KR950006512B1 - 연소배기가스의 탈탄산가스장치 및 방법 - Google Patents

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마스미 후지이
요시쯔구 홋타
타이이치로 스다
켄지 고바야시
쿠니히코 요시다
시게루 시모죠
무쯔노리 카라사키
마사키 이이지마
후미오 토미카와
토오루 세토
시게아끼 미쯔오까
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미쯔비시주우고오교오 가부시기가이샤
코오노 미찌아끼
칸사이덴료꾸 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

연소배기가스의 탈탄산가스장치 및 방법
제1도는 본 발명의 탈 CO2장치 및 방법의 일실시태양의 설명도.
제2도는 본 발명의 탈 CO2장치 및 방법의 다른 실시태양의 설명도.
제3도는 본 발명의 장치 및 방법의 다른 실시태양의 설명도.
제4도는 종래의 탈 CO2장치 및 방법의 일태양의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 탈 CO2탑 2,30 : 하부층전부
3 : 상부향류접촉부(트레이부) 4 : 탈 CO2탑 연소배기가스공급구
5 : 탈 CO2연소배기가스배출구 6 : MEA 수용액공급구
7 : 제1노즐 8,14,27 : 냉각기
9 : CO2흡수 MEA 수용액배출구 10 : 압입블로우어
11 : 연소배기가스공급구 12,20 : 연소배기가스냉각기
13 : 순환펌프 15 : 제2노즐
16 : 응축수배출라인 17 : 응축수공급배관
18 : 물공급구 19 : 탈 CO2탑 연소배기가스 공급배관
21,29,37,41 : 노즐 22 : 충전부
23 : 가습냉각수순환펌프 24 : 보급수공급라인
25 : CO2흡수 MEA 수용액배출펌프 26 : 열교환기
28 : MEA 수용액재생탑 31 : 재생가열기
32 : 상부충전부 33 : 환류수펌프
34 : CO2분리기 35 : 회수 CO2배출라인
36 : 재상탑환류냉각기 38 : 재생탑환류수공급라인
39 : 연소가스공급블로우어 40 : 재생탑환류액공급구
본 발명은 연소배기가스중의 CO2가스를 제거하는 장치 및 동방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 알칸올아민을 흡수제로서 사용하는 연소배기가스중의 탈 CO2장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 지구의 온난화현상의 원인의 하나로서 CO2에 의한 온실효과가 지적되고, 지구환경을 지키는데 있어서 국제적으로도 그 대책이 급격해져 왔다. CO2의 발생원으로서는, 화석연료를 연소시키는 모든 인간의 활동분야에 미치고, 그 배출규제가 금후 한층 강화되는 경향에 있다. 이에 따라서 대량의 화석연료를 사용하는 화력발전소등의 동력발생 설비를 대상으로, 보일러의 연소배기가스를 알칸올아민수용액등과 접촉시키고, 연소배기가스중의 CO2를 회수하는 방법 및 회수된 CO2를 대기에 방출하는 일없이 저장하는 방법이 정력적으로 연구되고 있다.
여기서, CO2를 흡수하는 알칸올아민으로서는 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄오아민, 메틸디에탄올아민, 디이소프로판올아민, 디글리콜아민 등의 수용액, 혹은 이들의 혼합수용액을 들 수 있으나, 통상 모노에탄올아민(MEA)수용액이 자주 사용된다.
종래, 모노에탄올아민을 흡수제로서 사용해서 배기가스중의 CO2가스를 흡수 제거하는 방법이 알려져 있다. 이 종래방법 및 장치의 일례를 흡수제로서 모노에탄올아민(이하, MEA라고 약칭)을 사용한 경우에 대해서 제3도에 따라서 설명한다.
제4도에 있어서, (01)은 탈CO2탑, (02)는 CO2흡수제의 하부충전부, (03)은 상부충전부, (04)는 탈 CO2탑 연소배기가스공급구, (05)는 탈 CO2연소배기가스배출구, (06)은 MEA 수용액공급구, (07)은 제1노즐, (08)은 필요에 따라서 형성되는 액보유부, (09)는 물순환펌프, (010)은 냉각기, (011)는 제2노즐, (012)는 CO2흡수 MEA 수용액배출구, (013)은 압입블로우어이다.
또, (014)는 연소배기가스공급구, (015)는 연소배기가스냉각기, (016)은 순환펌프, (017)은 냉각기, (018)은 제3노즐, (019)는 응축수배출라인이다.
보일러등에 의해 발생한 연소배기가스는, 통상 100~150℃이며, 이 연소배기가스는, 연소배기가스냉각기(015)에 의해서 냉각되어 일부의 응축수를 응축수배출라인(019)으로부터 시스템밖으로 배출한 후, 압입블로우어(013)에 의해서 탈 CO2연소배기가스공급구(04)로부터 탈 CO2탑(01)에 공급된다. 이 연소배기가스는 탑(01)내에 있어서, MEA 수용액공급구(06)로부터 제1노즐(07)을 거쳐 공급된 일정한 농도와 온도의 MEA 수용액과, 하부충전부(02)에 있어서 향류(向流) 접촉하고, 연소배기가스중의 CO2는 MEA 수용액에 의해서 흡수제거된다. CO2를 흡수한 MEA 수용액은 CO2수용액배출구(012)에 의해 배출되고, 도시생략한 MEA 수용액재생탑에 보내지고, 상기의 MEA 수용액공급구(06)에 순환된다.
한편, 하부충전부(02)에서 탈 CO2된 연소배기가스는 액보유부(08)를 통해서 상부충전부(03)에 향한다. 하부충전부(02)에 있어서 연소배기가스는 MEA와의 흡수반응에 의해 발열하므로, 기액분리후의 탈CO2연소배기가스는, 그 온도가, 연소배기가스공급구로부터 공급되는 연소배기 온도보다 높아지고, 그 온도조건에 알맞는 수증기를 포화하고 있다. 이 탈 CO2연소배기가스는, 그 온도하에서 MEA 수용액의 MEA 증기압분의 MEA를 함유하고 있으므로, 그대로 탈 CO2탑(01)으로부터 탈 CO2연소배기가스 배출구(05)를 거쳐 시스템밖으로 방출하면, MEA의 손실과 함께 주위의 대기를 오염시킬 염려가 있다.
그래서, 기액분리후의 적당량의 응축수를 물순환펌프(09)에 의해 냉각기(010)에 인도하고, 여기서 이 순환수를 냉각해서 이 순환수를 제2노즐(011)로부터 분무하고, 상승해 오는 탈 CO2연소배기가스와 상부충전부(03)에서 향류접촉시켜서 탈 CO2연소배기가스의 온도를 저하시키는 동시에, 물 및 MEA의 증기를 응축하고, MEA를 대기중에 방산시키지 않도록 하고 있다.
또한, 제4도에 예시한 연소배기가스의 냉각시스템은 예를들면 LNG와 같이, 수소를 비교적 많이 함유한 연료에 사용된다. 따라서, 연소배기가스중에는 연료유래의 수증기가 포함되고, 이것이 냉각되므로써 응축수가 되어 축적되고, 잉여수로서 응축수배출라인(019)으로부터 배출된다. 연소배기가스의 냉각시스템으로서는, 이것과는 달리 예를들면 석탄이나 중유와 같이 비교적 탄소를 많이 함유한 연료를 태우는 보일러에 주로 적용되는 가습냉각에 의한 방법이 있다.
이것에는 후기와 같이 통상 열교환기(017)는 설치할 필요가 없고, 단지 순환하는 물과 연소배기가스를 접촉시키고, 물의 증발에 의해 냉각하는 것이며, 순화수는 증발에 의해 서서히 없어지므로 외부로부터 보급하게 된다.
상기 제4도에 의해서 설명한 종래의 탈 CO2방법 및 장치는 그 나름대로 유용한 것이나, 또한 탈 CO2탑으로부터 시스템밖으로 가지고 나오는 흡수제인 알칸올아민의 양이 많고, 따라서 귀중한 흡수제의 손실이 크고, 또한 그에 따른 대기오염을 발생한다는 불편이 있었다.
또 상기 탈 CO2방법 및 장치에 있어서, 탈 CO2연소배기가스배출구(05)에 의해 배출되는 탈 CO2연소 배기가스중에는 미량이지만 암모니아가 검출된다. 이 암모니아의 유래로서는 알칸올아민의 일부가 프로세스계내에서 분해하기 때문이라고 추측된다. 암모니아가 검출되는 다른 원인으로서는 연소배기가스중의 NOx를 저감할 목적에서 연료에 암모니아를 첨가하고 있는 경우에는, 그 암모니아의 잔류도 생각할 수 있다. 어떻든 미량이라고는 해도 암모니아가 그대로 탈 CO2연소배기가스와 함께 대기에 방출되면 악취로서 새로운 환경문제가 될 수 있으므로, 이것을 제거하지 않으면 안된다. 그러나 처리배기가스중에 함유되는 암모니아는 미량이며 이것을 어떻게 효율좋게 제거하는가가 과제였다.
본 발명은 상기 기술수준에 비추어서 종래의 탈 CO2방법 및 장치에 비해서, 대폭으로 흡수제인 알칸올아민 손실량을 저감하고, 그에 따른 대기오염의 염려를 없앨 수 있는 연소배기가스의 탈 CO2방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.
또, 본 발명자들은 제3도에서 예시하는 연소배기사스중의 CO2를 알칸올아민을 사용해서 제거하는 프로세스의 상기 과제에 대해서 예의 검토한 결과, 알칸올아민수용액의 재생탑의 환류수를 탈 CO2탑에서 탈 CO2연소배기가스와 접촉시키는 것이 유효하다는 것을 알아내어 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 요지는 하기와 같다.
① 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중의 CO2를 제거하는 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부의 연소배기가스의 후류쪽에 CO2가 제거된 탈 CO2연소배기가스를 냉각하는 냉각부와 이 냉각부에서 응축한 물과 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치.
② 상기 ①항의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서 탈 CO2연소배기가스의 온도를 연소배기가스공급구로부터 공급되는 연소배기가스의 물포화 상태의 온도보다 높게 유지하고, 또한 탈 CO2연소배기가스에 대동해서 시스템밖으로 반출되는 수증기에 알맞는 양의 물을 상기 냉각부에서 응축공급하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
③ 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중의 CO2를 제거하는 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부의 연소배기가스의 후류쪽에 물공급 및 이 공급수와 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성하고, 또한 탈 CO2장치의 상류쪽에 탈 CO2장치에 공급되는 연소배기가스냉각수단을 형성하고, 이 냉각수단에 의해서 응축한 물을 상기 물공급부에 공급하는 수단을 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치.
④ 상기 ③항의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서, 상기 냉각수단에 의해서 얻어진 응축수를 상기 물공급부에 공급하고, 탈 CO2장치로부터 탈 CO2연소배기가스에 대동해서 시스템밖으로 반출되는 수증기에 알맞는 양만큼 상기 물공급부로부터 탈 CO2연소가스와 향류접촉하는 접촉부에 공급하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
⑤ 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중에 함유되는 CO2를 제거하는 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부의 연소배기가스의 후류쪽에 알칸올아민수용액의 재생탑의 환류수와 CO2가 제거된 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치이다.
⑥ 상기 ⑤항의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서, 탈 CO2장치의 연소배기가스의 입구 및 출구의 연소배기가스온도를 동일하게 하도록 탈 CO2장치에 공급하는 알칸올아민수용액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
이하, 본 발명의 연소배기가스의 탈 CO2장치 및 방법의 일태양을 제1도에 의해서 설명하고 본 발명의 작용을 명확히 한다
제1도에 있어서, (1)은 탈 CO2탑, (2)는 하부충전부, (3)은 상부향류접촉부(여기서는 트레이부), (4)는 탈 CO2탑 연소배기가스공급구, (5)는 탈 CO2연소배기가스배출구, (6)은 MEA 수용액공급구, (7)은 제1노즐, (8)은 냉각기, (9)는 CO2흡수 MEA 수용액배출구, (10)은 압입블로우어, (11)은 연소배기가스 공급구, (12)는 연소배기가스냉각기, (13)은 순환펌프, (14)는 냉각기, (15)는 제2노즐, (16)은 응축수배출라인이다.
제4도에 관해서 설명한 바와 같이 해서 일부 응축수를 시스템밖으로 배출한 연소배기가스는, 탈 CO2탑연소배기가스공급구(4)로부터 탈 CO2탑(1)에 공급되고, MEA 수용액공급구(6)로부터 제1노즐(7)을 거쳐 공급된 일정농도, 온도의 MEA 수용액과 하부충전부(2)에서 향류접촉되고, 연소배기가스중의 CO2는 MEA 수용액에 의해서 공급제거된다. CO2를 흡수한 MEA 수용액은 CO2흡수 MEA 수용액배출구(9)에 의해 배출되고, 도시생략한 MEA 수용액재생탑에 보내지고, 상기 MEA 수용액공급구(6)에 순환된다.
하부충전부(2)에서 탈 CO2된 연소배기가스는 MEA 증기를 대동해서 위쪽으로 흐르고, 상부향류접촉부 (3)에 이르고, 여기서 탈 CO2탑(1)의 상부의 냉각기(8)에 의해 냉각되어서 공급되는 응축수와 향류접촉된다. 이때, 응축해서 낙하하는 응축수의 양은, 연소배기가스중의 CO2제거계통으로부터 시스템밖으로 가지고 나오는 수증기에 알맞는 양이 되도록 냉각기(8)를 흐르는 냉매량을 조절해야 한다. 그렇지 않으면 탈 CO2탑(1) 및 이에 접속하는 도시생량의 MEA 재생탑으로 이루어진 시스템의 밸런스가 무너지고, MEA 수용액공급구(6)로부터 탈 CO2탑(1)에 공급하는 MEA 수용액의 농도가 일정하게 유지되지 않기 때문이다.
상부향류접촉부(3)에 있어서의 낙하하는 물과 상승하는 MEA 증기를 대동하는 탈 CO2연소배기가스와의 접촉에 의해, 상부향류접촉부(3)의 이론단 1단에 대해서 개략적으로 탈 CO2연소배기가스에 대동하는 수증기중의 MEA 농도는 약 2자리수 이상 저감한다. 트레이단수를 적당히 선정하므로써, 결과적으로 탈 CO2연소가스배출구(5)로부터 배출되는 탈 CO2연소배기가스에 대동해서 시스템밖으로 가지고 나오는 MEA는 거의 0으로 할 수 있다.
다음에 본 발명의 연소배기가스의 탈 CO2장치 및 방법의 다른 태양을 제2도에 의해서 설명한다.
제2도에 있어서, (1)은 탈 CO2탑, (2)는 하부충전부, (3)은 상부향류접촉부, (4)는 탈 CO2탑 연소배기가스공급구, (5)는 탈 CO2연소배기가스배출구, (6)은 MEA 수용액공급구, (7)은 제1노즐, (18)은 물공급구, (9)는 CO2흡수 MEA 수용액배출구, (10)은 압입블로우어, (11)은 연소배기가스공급구, (12)는 연소가스냉각기, (13)은 순환펌프, (14)는 냉각기, (15)는 제2노즐, (19)는 탈 CO2탑 연소배기가스공급배관, (17)은 응축수 공급배관이다.
연소배기가스는 연소배기가스공급구(11)로부터 연소배기가스냉각기(12)에 도입되고, 냉각기(14)에 의해서 응측되어서 제2노즐(15)로부터 낙하하는 응축수와 접촉해서 이 연소배기가스중의 수분은 응축하고, 탈 CO2탑 연소배기가스배관(19)을 거쳐 압입블로우어(10)에 의해, 탈 CO2탑(1)의 탈 CO2탑 연소배기가스공급구(4)에 공급된다. 한편, 연소배기가스냉각기(11)에서 발생한 응축수는 응축수공급배관(17)을 통해서 탈 CO2탑(1)의 상부에 형성된 물공급구(18)에 공급된다.
공급구(4)로부터 탈 CO2탑(1)에 공급된 일부 탈수연소배기가스는 MEA 수용액공급구(6)로부터 제1노즐(7)을 거쳐 공급된 일정농도, 온도의 MEA 수용액과 하부충전부(2)에서 향류접촉하고, 연소배기가스중의 CO2는 MEA 수용액에 의해서 흡수제거되고 CO2를 흡수한 MEA 수용액은 CO2흡수 MEA 수용액배출구(9)에 의해 배출되고, 도시생략의 MEA 수용액재생탑에 보내지고, 상기 MEA 수용액공급구(6)에 순환된다.
하부층전부(2)에서 탈 CO2된 연소배기가스는 MEA 증기를 대동해서 위쪽으로 흐르고, 상부 향부접촉부(3)에 이르고, 여기서 탈 CO2탑(1)의 상부의 물공급구(18)로부터 공급되는 응축수와 향류접촉한다. 이때 물공급구(18)로부터 공급되는 응축수의 양은 연소배기가스중의 CO2제거계통으로부터 시스템밖으로 가지고 나오는 수증기에 알맞는 양으로 해야 하며, 이 때문에 상기 연소배기가스냉각기(12)에 공급되는 냉매의 양 또는 제2노즐(15)에 순환하는 양을 조절해야 한다. 그렇지 않으면, 탈 CO2탑(1) 및 이것에 접속하는 도시생략의 MEA 수용액재생탑으로 이루어지는 시스템의 물밸런스가 무너지고, MEA 수용액공급구(6)로부터 탈 CO2탑(1)에 공급하는 MEA수용액의 농도가 일정하게 유지되지 않기 때문이다. 또한, 연소배기가스냉각기(12)에서 생성되는 응축수의 양이 지나치게 많을 경우에는, 과잉분을 시스템밖으로 배출한다.
상기 장치 및 방법에 의해, 제1도에 관해서 설명한 것과 마찬가지의 효과를 나타낼 수 있다.
상기 본 발명의 일태양에 의해서 명백한 바와 같이, 본 발명 장치 및 방법에 의하면 시스템밖으로의 흡수제의 손실을 전무에 가까운 상태로 할 수 있고, 따라서 대기오염의 문제도 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 제3도의 종래의 장치 및 방법에 비하면 물순한펌프의 동력을 절약할 수 있고, 또한 냉각기 등의 기기를 생략할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명의 제1도 및 제2도의 실시태양과 종래의 장치 및 방법을 표시한 제4도의 태양을 대비해서 표 1 및 표 2에 표시하여 본 발명의 효과를 나타낸다.
[표 1]
(주 1) ㆍ하부로부터 상부를 향해서 제1단, 제2단, 제3단 트레이라고 칭함.
ㆍ트레이의 제1단, 제2단, 제3단은 이론단을 의미한다.
(주 2) ㆍ탈 CO2전의 배기가스냉각과, 탈 CO2후의 배기가스냉각의 냉각수량의 합계.
[표 2]
(주)는 표1과 같다.
본 발명의 장치 및 방법의 다른 태양을 제3도에 의해서 설명한다. 제3도에서는 주요설비만 표시하고 부속설비는 생략했다.
제3도에 있어서, (1)은 탈 CO2탑, (2)는 하부충전부, (3)은 상부충전부 또는 트레이, (4)는 탈 CO2탑 연소배기가스공급구, (5)는 탈 CO2연소배기가스배출구, (6)은 MEA 수용액공급구, (7)은 노즐, (40)은 재생액환류액공급구, (41)은 노즐, (20)은 연소배기가스냉각기, (21)은 노즐, (22)는 충전부, (23)은 가습냉각수순환펌프, (24)는 보급수 공급라인, (25)은 CO2흡수 MEA 수용액배출펌프, (26)은 열교환기, (27)은 냉각기, (28)은 MEA 수용액재생(이하 「재생」이라고도 약칭)탑, (29)는 노즐, (30)은 하부충전부, (31)은 재생가열기(리보일러), (32)는 상부충전부, (33)는 환류수펌프, (34)는 CO2분리기, (35)는 회수 CO2배출라인, (36)은 재생탑환류냉각기, (37)은 노즐, (38)은 재생탑환류수공급라인, (39)는 연소가스공급블로우어이다.
제3도에 있어서, 연소배기가스는 연소배기가스공급블로우어(39)에 의해 연소배기가스냉각기(20)에 압압되고, 노즐(21)로부터의 가습냉각수와 충전부(22)에서 접촉하고, 가습냉각되고, 탈 CO2탑 연소배기가스공급구(4)를 통해서 탈 CO2탑(1)에 인도된다. 연료의 종류나 냉각조건에도 있으나, 이에 의해 탈 CO2탑(1)에의 입구연소배기가스온도는 통상 50~80℃가 되나, 본 발명의 장치 및 방법에 있어서는 반드시 이 이상 냉각할 필요가 없으므로 제4도에서 표시한 냉각기(017)는 불필요하게 된다.
연소배기가스와 접촉한 가습냉각수는 연소배기가스냉각기(20)의 하부에 모이고, 펌프(23)에 의해 노즐(21)에 순환사용된다. 가습냉각수는 연소배기가스를 가습냉각하므로써 서서히 없어지므로 보급수공급라인(24)에 의해 보충된다.
탈 CO2탑(1)에 압압된 연소배기가스는, 제4도에서 설명한 바와 같이 노즐(7)로부터 공급되는 일정농도의 MEA 수용액과 충전부(2)에서 향류접촉되고, 연소배기가스중의 CO2는 MEA 수용액에 이해 흡수제거되고, 탈 CO2연소배기가스는 상부충전부(3)에 향한다. 탈 CO2탑(1)에 공급되는 MEA 수용액은 CO2를 흡수하고, 그 흡수에 의한 반응열로 인해서, 공급구(6)에 있어서의 온도보다도 고온이 되고, CO2흡수 MEA수용액배출펌프(250에 의해 열교환기(26)에 보내지고, 가열되어 재생탑(28)에 인도된다.
본 발명의 방법에 있어서는, 탈 CO2탑(1)에 공급되고 MEA 수용액의 온도를 조절하므로써 CO2의 흡수에 의한 반응열의 대부분을 재생탑(28)에 복귀하는 MEA 수용액에 의해서 탈 CO2탑(1)의 밖으로 옮겨가도록 한다.
MEA 수용액의 온도조절은, 열교환기(26) 혹은 필요에 따라서 이 열교환기(26)와 MEA 수용액공급구(6)의 사이에 배설되는 냉각기(27)에 의해 행할 수 있다. 시스템내가 정상상태가 된후에는, 통상 탈 CO2탑(1)에 공급되는 MEA 수용액의 온도도 일정하게 된다. 이에 의해 연소배기가스의 온도는 반응열에 의해서도 거의 상승하지 않고, 연소배기가스공급구(4)의 공급온도와 대략 동일온도에서 탈 CO2탑(1)을 상승해서 배출되게 된다. 또한 여기서 동일하다는 것은 엄밀한 의미는 아니고, 다소의 온도차가 생겨도 후술하는 탈 CO2탑(1)의 물밸러스가 유지되는 상태에 있어서는 동일한 범위에 포함된다.
연소배가가스온도가 탈 CO2탑(1)의 입구와 출구에서 동일하게 되도록 MEA 수용액공급구(6)로부터 공급되는 MEA 수용액의 온도를 조절하므로써, 탈 CO2탑(1) 나아가서는 제3도의 시스템 전체의 물밸런스가 유지되게 된다. 따라서 탈 CO2탑(1)에 공급되는 연소배기가스의 온도가 만약 50~80℃로서 높아도, 제4도의 프로세스에서 설치되는 냉각기(010)는 불필요하다. 또 탈 CO2탑(1)으로부터 배출되는 연소배기가스의 온도가 높아도 후술하는 바와 같이 재생탑(28)으로부터의 환류수를 탈 CO2탑에 사용하는 본 발명의 장치 및 방법에 의해 MEA의 시스템밖으로의 방식은 유효하게 방지된다.
재생탑(28)에서는 재생가열기(31)에 의한 가열에 의해서 MEA 수용액으로 재생되고, 열교환기(26)에 의해 냉각되어 탑 CO2탑(1)에 복귀된다. 재생탑(28)의 상부에 있어서, MEA 수용액으로부터 분리된 CO2는 노즐(37)로부터 공급되는 환류수와 접촉하고, 재생탑환류냉각기(36)에 의해 냉각되고, CO2분리기(34)에서 CO2에 동반한 수증기가 응축한 환류수와 분리되고, (35)로부터 CO2회수공정에 인도된다. 환류수의 일부는 환류수펌프(33)에 의해서 재생탑(28)에 환류된다.
이 장치 및 방법의 특징은, 이 환류수의 일부를 재생탑환류수공급라인(38)에 의해 재생탑환류액공급구(40), 노즐(41)을 개재해서 탈 CO2탑(1)에 공급하는 것이다.
탈 CO2된 MEA 증기를 함유한 연소배기가스와 이 환류수를 상기 충전부 또는 트레이(3)로 구성된 부분에서 향류접촉시키므로써, 연소배기가스중의 MEA 증기를 거의 0까지 내리는데 있다.
또, 환류수는 CO2분리기(34)에 의해서 CO2와 분리된 것이므로, 그 물에는 CO2가 그 온도에 있어서의 포화상태 또는 그에 가까운 농도로 함유되어 있다. 예를들면 CO2분리기(34)에 의해서 분리되는 환류수의 온도가 40℃ 전후인 경우, 그 환류수에는 약 400ppm 전후의 CO2가 함유되어 있다.
탈 CO2탑(1)의 하부충전부(2)에서 탈 CO2된 연소배기가스는 50~80℃로 높고, 그 온도에 있어서의 증기분압상당의 비교적 다량의 MEA 증기, 미량의 암모니아 및 수증기를 함유해서 위쪽으로 흐르고, 재생탑 호나류수공급라인(38)에 의해 재생탑(28)으로부터 공급되는 상기 환류수와 접촉한다. 그러나, 암모니아 및 MEA는 약염기이므로, 약산성의 CO2를 대략 포화상태에서 함유하는 환류수와 탈 CO2연소배기가스를 상부접촉부(3)에서 접촉시키므로써, 제4도의 상부충전부에서 물을 사용하는 제4도에 표시한 종래 기술의 경우와 비교해서, 이것들은 휠씬 용이하게 환류수에 도입되고, 대기중에 방출되는 것을 유효하게 방지할 수 있다. 탈 CO2탑(1)에 공급되는 환류수는 탈 CO2연소배기가스와 접촉해서 MEA 및 암모니아를 흡수한 후, 탈 CO2탑(1)을 하강하고, MEA 수용액과 혼합하여 재생탑(28)에 복귀되게 된다. 탈 CO2탑(1)에 공급되는 환류수는 전체 환류수의 일부이며, 결국 재생탑(28)에 복귀되므로 시스템내의 물밸런스상 아무런 문제가 없다.
또한, 탈 CO2연소배기가스중의 MEA는 환류수중의 CO2와 반응하나, 그것은 하부충전부(2)에서 일어나고 있는 반응과 동일하다. 또 탈 CO2연소배기가스중의 암모니아는 환류수중의 CO2와 반응하므로써 다음식으로 표시하는 어느하나의 반응이 일어나고, 탄산아모늄염류로서 물에 흡수된다.
상기 반응식에 의해 발생하는 탄산암모늄염류 특히 NH4HCO3은 수용액중에서는 비교적 안정되고, 이들 염류로서 아모니아가 탈 CO2연소배기가스로부터 제거되므로써, 대기중으로의 암모늄의 방출은 어느정도 억제된다. 연소배기가스처리를 그대로 계속하면, 이들 암모늄염이 시스템내에 축적되게 되고, 재생과정에서 분해되어 암모늄에 복귀되기 때문에, 암모니아의 방출을 완전히 억제하는 것은 곤란하다.
또한, 제3도에 있어서는, 연소배기가스의 냉각은 가습냉각방법에 의한 것이나, 반드시 이것일 필요는 없고, 제4도에 표시한 냉각기를 사용하는 프로세스라도 상관없다.
그러나, 본 발명에 의하면 탈 CO2연소배기가스의 온도가 높고, 그 온도에 알맞는 다량의 MEA 증기를 함유하고 있어도, CO2함유재생탑환류수를 사용하므로써, 유효하게 그 배출을 방지할 수 있다. 따라서 상기와 같이 제1도의 프로세스를 채용하므로써, 제4도의 냉각기(017)가 불필요하게 되고, 비용적으로도 유리하게 된다.
이하, 본 발명의 제3실시태양과 종래의 장치 및 방법을 표시한 제4도의 태양을 각각 표 3, 표 4에 표시하여, 본 발명의 효과를 나타낸다.
[표 3]
[표 4]
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 재생탑의 환류수의 일부를 탈 CO2탑으로 사용하므로, 연소배기가스중의 CO2를 흡수한 나머지의 탈 CO2연소배기가스에 동반해서 시스템밖으로 가지고 나오는 알칸올아민을 효과적으로 억제할 수 있다.
마찬가지로, 동연소배기가스중에 미량 함유되는 암모니아도 어느 정도 억제할 수 있게 되었다. 그리고 종래 필요하게 되었던 탈 CO2탑의 탑꼭대기의 순환수나 그 냉각기는 불필요하게 되었다. 또 본 발명에 의해 탈 CO2탑에 공급되는 연소배기가스온도와 탈 CO2연소배기가스의 배출온도가 동일하게 되도록, 동 탑에 공급되는 MEA 수용액의 온도를 조절하므로 동 탑 나아가서는 시스템내 장치 전체의 물의 밸런스를 유지할 수 있다.

Claims (6)

  1. 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중의 CO2를 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성하고, 이 접촉부로부터의 연소배기가스의 후류쪽에 CO2가 제거된 탈 CO2연소배기가스를 냉각하는 냉각부와 이 냉각부에서 응축한 물과 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치.
  2. 청구범위 제1항 기재의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서, 탈 CO2연소배기가스의 온도를 연소배기가스공급구로부터 공급되는 연소배기가스의 물포화상태의 온도보다 높게 유지하고, 또한 탈 CO2연소배기가스에 대동해서 시스템밖으로 반출되는 수증기에 알맞는 양의 물을 상기 냉각부에서 응축하여, 상기 접촉부에 공급하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
  3. 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중의 CO2를 제거하는 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성하고 이 접촉부로부터의 연소배기가스의 후류쪽에, 물공급부 및 이 공급수와 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성하고, 또한 탈 CO2장치의 상류쪽에 탈 CO2장치에 공급되는 연소배기가스냉각수단을 형성하고, 이 냉각수단에 의해서 응축한 물을 상기 물공급부에 공급하는 수단을 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치.
  4. 청구범위 제3항 기재의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서, 상기 냉각수단에 의해서 얻어진 응축수를 상기 물공급부에 공급하고, 탈 CO2장치로부터 탈 CO2연소배기가스에 대동해서 시스템밖으로 반출되는 수증기에 알맞는 양만큼 상기 물공급부로부터 탈 CO2연소가스와 향류접촉하는 접촉부에 공급하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
  5. 연소배기가스와 알칸올아민수용액을 접촉시키고, 연소배기가스중에 함유되는 CO2를 제거하는 탈 CO2장치에 있어서, 알칸올아민수용액과 연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성하고, 이 접촉부로부터의 연소배기가스의 후류쪽에, 알칸올아민수용액의 재생탑의 환류수와 CO2가 제거된 탈 CO2연소배기가스가 향류접촉하는 접촉부를 형성해서 이루어진 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2장치.
  6. 청구범위 제5항 기재의 연소배기가스의 탈 CO2장치를 사용해서 탈 CO2탑의 연소배기가스의 입구 및 출구의 연소배기가스온도를 동일하게 하도록 탈 CO2탑에 공급하는 알칸올아민수용액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연소배기가스의 탈 CO2방법.
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