WO2015083865A1 - 산성 가스 분리 회수 시스템 및 방법 - Google Patents

산성 가스 분리 회수 시스템 및 방법 Download PDF

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백일현
유정균
박기태
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한국에너지기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a system and method for reducing the amount of heat that must be provided to a regeneration tower for absorbent regeneration in acidic gas separation and recovery systems, including carbon dioxide.
  • Carbon Dioxide Capture & Storage (CCS) technology isolates carbon dioxide from power plants, steel and cement plants that emit large amounts of carbon dioxide from fossil fuels.
  • carbon dioxide capture technology is a core technology that accounts for 70 to 80% of the total cost. It is mainly a post-combustion technology, a pre-combustion technology, and an oxygen-fuel combustion technology. combustion technology) (CO2 capture and storage technology, Park Sang-do, physics and advanced technology, June, 2009).
  • Post-combustion technology is a technology that absorbs or reacts carbon dioxide (CO 2 ) from fossil fuel combustion by absorbing or reacting it in various solvents. Pre-combustion technology removes carbon dioxide before combustion. By separating and pre-processing through gasification of fossil fuels such as coal and converting them into CO 2 and hydrogen, the carbon dioxide (CO 2 ) is separated or mixed in a carbon dioxide (CO 2 ) / hydrogen (H 2 ) mixed gas. It is a technology that captures carbon dioxide (CO 2 ) in exhaust gas by burning gas.
  • oxygen-fuel combustion technology is a technology that facilitates the capture of carbon dioxide (CO 2 ) by burning only using oxygen instead of air when burning fossil fuel. Post-combustion capture technology is currently the most widely used.
  • the representative process of the wet absorption technology is a capture process using an amine-based absorbent, which is a technology that has secured the technical reliability that has been applied in the reforming process of the petrochemical process, but in order to be applied to the flue gas containing various pollutants, the performance of the absorbent is improved. This is necessary.
  • the process using an amine-based absorbent is a chemical absorption process using an alkanolamine in which an amine and a hydroxyl group are bonded to an alkyl group as an absorbent, and a regeneration tower that selectively absorbs carbon dioxide from an inflow gas and an absorber that absorbs carbon dioxide. (Heating regeneration tower) and auxiliary facilities.
  • Monoethanol amine the most widely used amine absorbent, provides the cause of acid-base neutralization reactions with acidic carbon dioxide in aqueous solution.
  • bicarbonate is decomposed and regenerated at about 110 to 130 ° C.
  • the amines used as absorbents show a lot of differences in absorption capacity and absorption rate of carbon dioxide according to their structural characteristics.
  • the regeneration process proceeds at about 110 to 130 ° C., so that a part of the absorbent is vaporized and discharged together with carbon dioxide in the regeneration process.
  • a preheating technique that can reduce the amount of heat required to reprocess the process.
  • Korean Patent No. 0983677 relates to an acid gas absorption separation system and method, and discloses a method of utilizing steam generated in a steam generation boiler as a heat source for regenerating an absorbent.
  • this is a limitation of using the generated steam only for regenerating the absorbent.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and provides an acid gas separation recovery system and acid gas separation recovery method that can reduce energy consumption by utilizing the heat of the system itself in a system for separating and recovering acid gas. I would like to.
  • the present inventors preheat a portion of the absorbent supplied to the regeneration tower by heating the low temperature water in which the process gas from the regeneration tower is cooled and condensed in the condenser by heat exchange with the processing gas.
  • the present invention has been found by maximizing energy efficiency by preheating the remaining portion of the absorbent supplied to the regeneration tower by heat exchange with the process gas.
  • the present invention provides an acid gas separation and recovery system having an absorption tower for absorbing acid gas by using an absorbent and a regeneration tower for separating process gas from the absorbent, wherein the acid gas is absorbed in the absorption tower.
  • the absorbent is supplied to the regeneration tower, and the absorbent is branched to the regeneration tower via a first absorbent supply line and a second heat exchanger which are directed to the regeneration tower via a fifth heat exchanger, a first heat exchanger, and a sixth heat exchanger.
  • a branched absorbent feed line comprising a second absorbent feed line directed to the liquid;
  • a process gas line configured to supply the process gas from the regeneration tower to a condenser via a third heat exchanger, and then sequentially pass through the second heat exchanger and the fourth heat exchanger before reaching the condenser;
  • Regeneration to receive the low temperature absorbent from the regeneration tower and to heat the reboiler condensate from the reboiler for supplying the high temperature absorbent to the sixth heat exchanger through the reboiler condensate discharge line and the first heat exchanger to the absorption tower Absorbent feed lines;
  • a condensed water supply line configured to recirculate water condensed in the condenser to the absorption tower through the fourth heat exchanger and the fifth heat exchanger in sequence;
  • a second heat exchanger in which the second absorbent supply line and the process gas line from the regeneration tower cross each other;
  • a fourth heat exchanger in which the processing gas line passing through the second heat exchanger and
  • the present invention also provides an acidic gas separation recovery system, wherein the operating temperature of the condenser is 30 to 40 ° C.
  • the present invention also provides an acidic gas separation and recovery system in which the first heat exchanger intersects the first absorbent supply line and an absorbent transfer line for transferring the regenerated absorbent to the absorption tower via a reboiler connected to the lower part of the regeneration tower. to provide.
  • a method for recovering acidic gas separation comprising: supplying exhaust gas containing acidic gas to an absorption tower to absorb acidic gas into the absorbent; The absorbent absorbing the acid gas emitted from the absorption tower is separated into a first portion and a second portion to supply the first portion to the regeneration tower, and the second portion is preheated by heat exchange with the process gas discharged from the regeneration tower.
  • the present invention also provides an acidic gas separation recovery method, wherein the operating temperature of the condenser is 30 to 40 ° C.
  • the present invention also provides a method for recovering acidic gas, wherein the first portion of the absorbent is preheated by heat exchange with the regenerated absorbent through a reboiler connected to the bottom of the regeneration tower.
  • the system and method of the present invention preheat the absorbent supplied to the regeneration tower with recirculating condensate which has been heated by heat exchange with hot steam at the top of the regeneration tower, and the heat medium vapor for heating the absorber solution in the reboiler is absorber.
  • the preheating absorber supplied to the regeneration tower using a heat exchanger is injected into the regeneration tower, thereby reducing the required amount of reboiling heat.
  • FIG 2 shows an acidic gas separation recovery system according to an embodiment of the present invention.
  • the lines carrying the absorbent, the process gas or the condensate for exchanging heat in the heat exchanger are expressed as "intersecting" with each other. That is, the two fluid transfer lines exchange heat by "crossing" each other in a heat exchanger.
  • the exhaust gas containing acidic gas, such as carbon dioxide, is supplied to the absorption tower 1 filled with a filler having a large surface area so that the contact between the gas and the liquid can be smoothly performed, Contact with absorbent at atmospheric conditions.
  • the contact proceeds in a temperature range of about 40 to 50 ° C. to absorb acidic gas such as carbon dioxide in the exhaust gas into the absorption solution.
  • the absorbent released from the absorption tower that is, the absorbent absorbing acidic gas such as carbon dioxide, is sent to the regeneration tower 2 and heat-treated at a temperature range of about 120 ° C.
  • the discharged and regenerated absorbent is subjected to a circulation process which is fed back to the absorption tower via a reboiler.
  • the treatment gas discharged from the regeneration tower is supplied to the condenser through the treatment gas discharge line 300 so that water is condensed in the condenser 70, and acid gas such as water vapor and carbon dioxide, which are not condensed, is obtained as a final product.
  • the condensed water is recycled into the regeneration tower along the condensed water supply line 400, and this recirculation has an effect of increasing the separation efficiency of the regeneration tower, but as the low temperature condensed water is introduced, the reboiler 80 requires calories (Reboiler). heat duty).
  • the regenerated absorbent travels along the absorbent recycle line 500 to preheat the absorbent absorbing the acidic gas sent to the regeneration tower through the first heat exchanger 10 and back to the absorption tower to absorb the new acidic gas. Supplied.
  • the absorbent supply line 500 regenerated in the first heat exchanger and the absorbent supply line 700 for supplying the absorbent absorbing the acidic gas in the absorption tower 1 to the regeneration tower 2 cross each other.
  • the system is an acid gas separation and recovery system having an absorption tower (1) for absorbing acid gas by using an absorbent and a regeneration tower (2) for separating process gas from the absorbent, wherein The first absorbed absorbent is supplied to the regeneration tower, but the branching of the absorbent is directed to the regeneration tower via the fifth heat exchanger 50, the first heat exchanger 10, and the sixth heat exchanger 60.
  • a branched absorbent supply line 700 comprising a absorbent supply line 100 and a second absorbent supply line 200 directed to a regeneration tower via a second heat exchanger 20; Process gas from the regeneration tower is supplied to the condenser 70 through the third heat exchanger 30, but sequentially passes through the second heat exchanger 20 and the fourth heat exchanger 45 before reaching the condenser.
  • the operating pressure and temperature of the reboiler are generally about 2 bar and 120 ° C., respectively.
  • Steam is used as a heat medium for heating the absorbent solution in the reboiler, and the temperature of the steam is about 135 ° C or higher.
  • the vapor provides latent heat to heat the absorbent solution in the reboiler, condensate with water and flow out of the process.
  • the condensed water is 130 ° C. or higher, heat recovery is possible, and the absorbent solution passed through the fifth heat exchanger 50 and the first heat exchanger 10 is further heated and injected into the regeneration tower 2 by the high temperature condensed water. This reduces the amount of heat required for reboiling.
  • the flow of the processing gas passing through the upper end of the regeneration tower 2 contains a considerable amount of hot steam, and the heat energy consumption can be reduced by heat recovery of the hot steam.
  • the process of Figure 2 is installed in the second heat exchanger at the top of the regeneration tower heat exchange with the part 200 of the flow 700 to absorb the carbon dioxide from the absorption tower from the high temperature vapor at the top of the regeneration tower
  • the regeneration tower injection flow is additionally heated to inject the reboiler heat duty.
  • the operating temperature of the condenser is 30 to 40 °C.
  • the first absorbent supply line and the absorbent transfer line for transferring the regenerated absorbent to the absorption tower through a reboiler connected to the lower part of the regeneration tower cross each other. To preheat the absorbent supplied to the first absorbent supply line.
  • the absorbent absorbing the acid gas emitted from the absorption tower is separated into a first portion and a second portion to supply the first portion to the regeneration tower, and the second portion is preheated by heat exchange with the process gas discharged from the regeneration tower.

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 비롯한 산성 가스 분리 및 회수 공정에서, 흡수제 재생을 위한 재생탑에 제공해야 하는 열량을 감축시킬 수 있는 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 산성 가스를 분리 회수하는 공정에서 공정 자체의 열을 활용하여 에너지 소모를 줄일 수 있는 산성 가스 분리 회수 시스템 및 산성 가스 분리 회수 방법을 제공한다. 본 발명의 시스템 및 방법은 온도가 낮은 응축된 물을 고온의 처리 가스와 열교환시킴으로써 응축된 물을 예열시키고 응축기의 냉각용량을 낮추고, 저온의 응축된 물을 예열된 상태로 재생탑에 유입시키므로 재비기 요구 열량을 낮추는 효과가 있다. 또한, 재생탑 상단의 고온 증기와 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수하고 나오는 흐름의 일부를 열교환시켜 재생탑 주입흐름을 추가 가열하여 주입하므로 재비기의 열 필요량을 감소시킨다.

Description

산성 가스 분리 회수 시스템 및 방법
본 발명은 이산화탄소를 비롯한 산성 가스 분리 및 회수 시스템에서, 흡수제 재생을 위한 재생탑에 제공해야 하는 열량을 감축시킬 수 있는 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
화석연료의 사용에 따라 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 등 산성 가스 농도가 증가하여, 이로 인한 지구 온난화가 문제되고 있다. 특히 대기 중 이산화탄소는 1992년 리우 환경회의 이후 그 저감을 위한 여러 방안이 세계적으로 활발히 논의되고 있다.
이산화탄소 포집 및 저장(CCS; Carbon Dioxide Capture& Storage) 기술은 화석연료를 사용하여 이산화탄소를 대량 배출하는 발전소, 철강, 시멘트 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 대기로부터 격리시키는 기술이다.
CCS 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70 내지 80%를 차지하는 핵심 기술로 크게 연소 후 포집기술(Post-combustion technology), 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology) 및 순산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)로 구분(이산화탄소 포집 및 저장기술, 박상도, 물리학과 첨단기술, June, 2009)된다.
연소 후 포집기술(Post-combustion technology)은 화석연료 연소에서 나온 이산화탄소(CO2)를 여러 용매에 흡수시키거나 반응시켜 제거하는 기술이며, 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)은 연소 전에 이산화탄소를 분리해 내는 것으로 석탄과 같은 화석연료를 가스화 시키는 과정을 통해 사전 처리하여 CO2와 수소로 전환시킨 후에 이산화탄소(CO2)/수소(H2)혼합가스 중에서 이산화탄소(CO2)를 분리하거나 또는 혼합가스를 연소시켜서 배기가스 중의 이산화탄소(CO2)를 포집하는 기술이다. 또한, 순 산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)은 화석연료를 연소시킬 때 공기 대신 산소만을 이용하여 연소시켜 이산화탄소(CO2) 포집을 용이하게 하는 기술이다. 위 기술 중 연소 후 포집기술이 현재 가장 폭넓게 사용되고 있다.
기존 이산화탄소 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술은 연소 후 포집기술이다. 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡탈착하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로 흡수제 성능향상과 이에 따른 공정 개선 등에 초점이 맞추어져 있다. 이 기술은 요소비료 생산, 자동용접, 탄산음료 등에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위하여 습식 흡수기술과 건식 흡착기술이 상용화되어 가동되고 있으며, 습식 흡수기술의 효율이 높은 편이다.
습식 흡수기술의 대표적인 공정은 아민계 흡수제를 사용하는 포집공정으로 석유화학공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이지만, 다양한 오염물이 포함된 연도가스에 적용하기 위해서는 흡수제 성능 및 공정 개선이 필요하다. 아민계 흡수제를 사용하는 공정은, 알킬기에 아민과 hydroxyl기가 결합된 알칸올아민을 흡수제로 이용하는 화학흡수공정으로 유입 가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 흡수탑과 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑(가열 재생탑) 및 부대설비로 구성되어 있다.
아민계 흡수제로 가장 널리 이용되고 있는 MEA(Mono Ethanol Amine)는 아민기의 비공유 전자에 의하여 형성되는 알칼리성이 수용액에서 산성인 이산화탄소와 산-염기 중화반응의 원인을 제공하며, 생성된 염(carbamate 또는 bicarbonate)은 약 110 내지 130℃에서 분해되어 재생된다. 흡수제로 사용되는 아민들은 각각의 구조적인 특성에 따라 이산화탄소의 흡수능과 흡수 속도 등에 많은 차이를 보이고 있다.
이산화탄소를 흡수하는 공정은 약 40 내지 50℃에서 이루어지는데 비해, 재생공정은 약 110 내지 130℃에서 진행되므로 재생공정에서 흡수제의 일부가 증기화되어 이산화탄소와 함께 배출되므로 이를 냉각응축시키기 위한 냉각기 및 재생공정의 재비기의 요구 열량을 줄일 수 있는 예열 기술이 필요하다.
대한민국 등록특허 제 0983677호는 산성 가스 흡수 분리 시스템 및 방법에 관한것으로, 증기 발생용 보일러에서 발생된 증기를 흡수제 재생용 열원으로 활용하는 방법을 개시한다. 하지만 이는 발생된 증기를 흡수제 재생용으로만 활용하는 것의 한계가 있다.
따라서 재생공정을 위한 가열과 냉각에 따른 에너지의 소모가 많으므로 이를 감소시키기 위한 기술개발이 요구된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(0001) 대한민국 등록특허 0983677
[비특허문헌]
(0001) 이산화탄소 포집 및 저장기술, 박상도, 물리학과 첨단기술, June, 2009
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 산성 가스를 분리 회수하는 시스템에서 시스템 자체의 열을 활용하여 에너지 소모를 줄일 수 있는 산성 가스 분리 회수 시스템 및 산성 가스 분리 회수 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 재생탑에서 나온 처리 가스를 응축기에서 냉각응축시킨 낮은 온도의 물을 처리 가스와 열교환으로 온도를 높여 그 열에너지로 재생탑으로 공급되는 흡수제의 일부를 예열시키고, 상기 재생탑으로 공급되는 흡수제의 나머지 부분도 상기 처리 가스와 열교환으로 예열시키면, 에너지 효율을 극대화할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
한 양태에서 본 발명은, 흡수제를 이용하여 산성 가스를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 산성 가스 분리 회수 시스템에 있어서, 상기 흡수탑 내에서 산성 가스를 흡수한 상기 흡수제를 상기 재생탑에 공급하되 상기 흡수제를 분기시켜 제5 열교환기, 제1 열교환기 및 제6 열교환기를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 제1 흡수제 공급라인 및 제2 열교환기를 거쳐 재생탑으로 향하도록 하는 제2 흡수제 공급라인을 포함하는 분기된 흡수제 공급라인; 상기 재생탑에서 나온 처리가스가 제3 열교환기를 거쳐 응축기에 공급되도록 하되, 상기 응축기에 도달하기 전에 제2 열교환기 및 제4 열교환기를 차례로 거치는 처리가스 라인; 상기 재생탑으로부터 저온의 흡수제를 공급받아 가열하여 고온의 흡수제를 공급하는 재비기에서 나오는 응축수를 분기시켜 제6 열교환기로 향하게 하는 재비기 응축수 배출라인 및 제1 열교환기를 거쳐 흡수탑으로 향하도록 하는 재생된 흡수제 이송라인; 상기 응축기에서 응축된 물이 상기 제4 열교환기 및 제5 열교환기를 차례로 거쳐 상기 흡수탑으로 재순환되도록 하는 응축수 공급라인; 상기 제2 흡수제 공급라인 및 상기 재생탑으로부터 나온 상기 처리가스 라인이 서로 교차하는 제2 열교환기; 상기 제2 열교환기를 거친 처리가스 라인 및 상기 응축수 공급라인이 서로 교차하는 제4 열교환기; 상기 제4 열교환기를 거친 응축수 공급라인 및 상기 제1 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 제5 열교환기; 및 상기 재비기 응축수 배출라인 및 상기 제5 열교환기와 제1 열교환기를 거친 제1 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 제5 열교환기를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 응축기의 작동 온도는 30 내지 40℃인, 산성 가스 분리 회수 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 산성 가스는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인, 산성 가스 분리 회수 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 흡수제 이송라인이 서로 교차하는, 산성 가스 분리 회수 시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 산성 가스 분리 회수 방법을 제공하고, 상기 방법은 산성 가스를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 가스를 흡수제에 흡수시키는 단계; 흡수탑에서 방출되는 산성 가스를 흡수한 흡수제를 제1 부분 및 제2부분으로 분리하여 상기 제1 부분을 재생탑으로 공급하고, 상기 제 2 부분을 재생탑에서 방출되는 처리가스와 열교환하여 예열시킨 후 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 가스를 분리하는 단계; 상기 흡수탑에서 방출되고 상기 흡수제의 제2 부분과 열교환한 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 냉각응축시키기 전에, 상기 냉각응축 과정을 이미 거쳐 응축된 물을 상기 처리가스와 열교환하여 예열시킨 뒤 상기 제1 부분의 흡수제를 열교환으로 예열시키는 단계; 및 상기 예열시키는 단계를 거친 제1부분의 흡수제를 상기 재생탑에 연결된 재비기에서 응축된 응축수와 열교환으로 추가 예열시키는 단계를 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 응축기의 작동 온도는 30 내지 40℃인, 산성 가스 분리 회수 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상상기 산성 가스는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인, 산성 가스 분리 회수 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 흡수제의 제1 부분은, 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제와 열교환하여 예열하는, 산성 가스 분리 회수 방법을 제공한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 재생탑 상단의 고온 증기와 열교환하여 온도를 높인 재순환 응축수로 상기 재생탑으로 공급되는 흡수제를 예열하고, 재비기(Reboiler) 내부 흡수제 용액을 가열하기 위한 열매체인 증기가 흡수제 용액에 열을 주고 응축된 고온의 물로 열교환기를 이용하여 재생탑으로 공급되는 흡수제를 추가 예열하여 재생탑으로 주입함으로써 재비기 요구 열량을 낮추는 효과가 있다.
도 1은 종전의 산성 가스 분리 회수 시스템을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산성 가스 분리 회수 시스템을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 산성 가스 분리 회수 시스템 및 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
여기서, 본 발명의 실시 형태를 설명하기 위한 전체 도면에 있어서, 동일한 기능을 갖는 것은 동일한 부호를 붙이고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 본 발명에서는 열교환기에서 열을 교환하는 흡수제, 처리 가스 또는 응축수를 운송하는 라인은 서로 "교차"한다고 표현하였다. 즉, 두 유체 운송라인은 열교환기에서 서로 "교차"하여 열을 교환한다.
도 1은 종전의 산성 가스 분리 회수 시스템을 나타낸다. 이산화탄소 등 산성 가스를 함유하고 있는 배기가스를 기체와 액체 사이의 접촉이 원활히 이루어지도록 넓은 표면적을 갖는 충전물이 충전되어 있는 흡수탑(1)에 공급하여, 상기 흡수탑의 상부에서 살포되는 용액 상태의 흡수제와 대기압 조건에서 접촉시킨다. 상기 접촉은 약 40 내지 50℃ 내외의 온도범위에서 진행되어, 배기가스 내의 이산화탄소 등 산성 가스를 흡수용액에 흡수시킨다.
상기 흡수탑에서 방출되는 흡수제, 즉 이산화탄소 등 산성 가스가 흡수된 흡수제는 재생탑(2)으로 보내져 약 120℃ 전후의 온도범위에서 가열 처리된 후 흡수제에서 유리된 처리 가스는 상기 재생탑의 상부로 방출하고, 재생된 흡수제는 재비기(Reboiler)를 거쳐 흡수탑으로 다시 공급되는 순환과정을 거친다. 상기 재생탑에서 방출된 처리가스는 처리가스 배출라인(300)을 통해 응축기로 공급되어 응축기(70)에서 물은 응축되고 응축되지 않은 수증기와 이산화탄소 등 산성 가스는 최종산물로 얻어진다. 상기 응축된 물은 응축수 공급라인(400)을 따라 재생탑 안으로 재순환되고, 이러한 재순환은 재생탑의 분리효율을 높이는 효과가 있으나 저온의 응축된 물이 유입됨에 따라 재비기(80) 요구 열량(Reboiler heat duty)을 증가시키는 요인이 된다. 상기 재생된 흡수제는 흡수제 재순환 라인(500)을 따라 이동해 제1 열교환기(10)를 통해 상기 재생탑으로 보내지는 산성 가스를 흡수한 흡수제를 예열하고, 새로운 산성 가스를 흡수하기 위해 흡수탑에 다시 공급된다. 상기 제1 열교환기에서 재생된 흡수제 공급라인(500)과 흡수탑(1)에서 산성 가스를 흡수한 흡수제를 재생탑(2)으로 공급하는 흡수제 공급라인(700)이 서로 교차한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산성 가스 분리 회수 시스템을 나타낸다. 상기 시스템은 흡수제를 이용하여 산성 가스를 흡수하는 흡수탑(1) 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑(2)을 구비한 산성 가스 분리 회수 시스템에 있어서, 상기 흡수탑 내에서 산성 가스를 흡수한 상기 흡수제를 상기 재생탑에 공급하되 상기 흡수제를 분기시켜 제5 열교환기(50), 제1 열교환기(10) 및 제6 열교환기(60)를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 제1 흡수제 공급라인(100) 및 제2 열교환기(20)를 거쳐 재생탑으로 향하도록 하는 제2 흡수제 공급라인(200)을 포함하는 분기된 흡수제 공급라인(700); 상기 재생탑에서 나온 처리가스가 제3 열교환기(30)를 거쳐 응축기(70)에 공급되도록 하되, 상기 응축기에 도달하기 전에 제2 열교환기(20) 및 제4 열교환기(45)를 차례로 거치는 처리가스 라인(300); 상기 재생탑으로부터 저온의 흡수제를 공급받아 가열하여 고온의 흡수제를 공급하는 재비기(80)에서 나오는 응축수를 분기시켜 제6 열교환기(60)로 향하게 하는 재비기 응축수 배출라인(650) 및 제1 열교환기를 거쳐 흡수탑으로 향하도록 하는 재생된 흡수제 이송라인(500); 상기 응축기(70)에서 응축된 물이 상기 제4 열교환기(45) 및 제5 열교환기(50)를 차례로 거쳐 상기 흡수탑(1)으로 재순환되도록 하는 응축수 공급라인(400); 상기 제2 흡수제 공급라인(200) 및 상기 재생탑으로부터 나온 상기 처리가스 라인(300)이 서로 교차하는 제2 열교환기(20); 상기 제2 열교환기를 거친 처리가스 라인 및 상기 응축수 공급라인이 서로 교차하는 제4 열교환기(45); 상기 제4 열교환기(45)를 거친 응축수 공급라인(400) 및 상기 제1 흡수제 공급라인(100)이 서로 교차하는 제5 열교환기(50); 및 상기 재비기 응축수 배출라인(650) 및 상기 제5 열교환기(50)와 제1 열교환기(10)를 거친 제1 흡수제 공급라인(100)이 서로 교차하는 제6 열교환기(60)를 포함한다.
종래 공정에서 일반적으로 재비기(Reboiler)의 작동 압력과 온도는 각각 약 2bar와 120℃이다. 재비기 내 흡수제 용액을 가열하기 위한 열매체로 증기(Steam)를 사용하며, 이 증기의 온도는 약 135℃ 이상이다. 증기는 잠열을 제공하여 재비기 내 흡수제 용액을 가열하고 물로 응축(Condensate)되어 공정 외부로 유출된다.
이 응축수는 130℃ 이상이므로 열회수가 가능하며, 상기 고온의 응축수로 상기 제5 열교환기(50)와 제1 열교환기(10)를 통과한 흡수제 용액을 추가로 가열하여 재생탑(2)에 주입하면 재비기에서 요구하는 열량을 감소시킨다.
재생탑(2)의 상단을 통과하는 처리 가스의 흐름은 상당량의 고온 증기를 포함하고 있으며, 이 고온 증기를 열회수함으로써 열에너지 소모량을 저감시킬 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 도 2의 공정은 재생탑 상단에 제2 열교환기를 설치하여 재생탑 상단의 고온 증기를 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수시키고 나오는 흐름(700)의 일부(200)와 열교환(20)시킴으로써 재생탑 주입흐름을 추가 가열하여 주입하게 되어, 재비기의 열 필요량(Reboiler heat duty)를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 응축기의 작동 온도는 30 내지 40℃이다. 또한 상기 산성 가스는 이이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)등이 선택될 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 흡수제 이송라인이 서로 교차하도록 하여 상기 제1 흡수제 공급라인으로 공급되는 흡수제를 예열한다.
본 발명의 일 구현예에서는, 산성 가스를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 가스를 흡수제에 흡수시키는 단계; 흡수탑에서 방출되는 산성 가스를 흡수한 흡수제를 제1 부분 및 제2 부분으로 분리하여 상기 제1 부분을 재생탑으로 공급하고, 상기 제 2 부분을 재생탑에서 방출되는 처리가스와 열교환하여 예열시킨 후 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 가스를 분리하는 단계; 상기 흡수탑에서 방출되고 상기 흡수제의 제2 부분과 열교환한 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 냉각응축시키기 전에, 상기 냉각응축 과정을 이미 거쳐 응축된 물을 상기 처리가스와 열교환하여 예열시킨 뒤 상기 제1 부분의 흡수제를 열교환으로 예열시키는 단계; 및 상기 예열시키는 단계를 거친 제1부분의 흡수제를 상기 재생탑에 연결된 재비기에서 응축된 응축수와 열교환으로 추가 예열시키는 단계를 포함하는, 산성 가스 분리 회수 방법을 제공한다.
[부호의 설명]
1. 흡수탑
2. 재생탑
10. 제1 열교환기
20. 제2 열교환기
30. 제3 열교환기
45. 제4 열교환기
50. 제5 열교환기
60. 제6 열교환기
70. 응축기
100. 제1 흡수제 공급라인
200. 제2 흡수제 공급라인
300. 처리 가스 라인
400. 응축수 공급라인
500. 흡수제 재공급라인
650. 재비기 응축수 배출라인

Claims (8)

  1. 흡수제를 이용하여 산성 가스를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 산성 가스 분리 회수 시스템에 있어서,
    상기 흡수탑 내에서 산성 가스를 흡수한 상기 흡수제를 상기 재생탑에 공급하되 상기 흡수제를 분기시켜 제5 열교환기, 제1 열교환기 및 제6 열교환기를 거쳐 상기 재생탑으로 향하도록 하는 제1 흡수제 공급라인 및 제2 열교환기를 거쳐 재생탑으로 향하도록 하는 제2 흡수제 공급라인을 포함하는 분기된 흡수제 공급라인;
    상기 재생탑에서 나온 처리가스가 제3 열교환기를 거쳐 응축기에 공급되도록 하되, 상기 응축기에 도달하기 전에 제2 열교환기 및 제4 열교환기를 차례로 거치는 처리가스 라인;
    상기 재생탑으로부터 저온의 흡수제를 공급받아 가열하여 고온의 흡수제를 공급하는 재비기에서 나오는 응축수를 분기시켜 제6 열교환기로 향하게 하는 재비기 응축수 배출라인 및 제1 열교환기를 거쳐 흡수탑으로 향하도록 하는 재생된 흡수제 이송라인;
    상기 응축기에서 응축된 물이 상기 제4 열교환기 및 제5 열교환기를 차례로 거쳐 상기 흡수탑으로 재순환되도록 하는 응축수 공급라인;
    상기 제2 흡수제 공급라인 및 상기 재생탑으로부터 나온 상기 처리가스 라인이 서로 교차하는 제2 열교환기;
    상기 제2 열교환기를 거친 처리가스 라인 및 상기 응축수 공급라인이 서로 교차하는 제4 열교환기;
    상기 제4 열교환기를 거친 응축수 공급라인 및 상기 제1 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 제5 열교환기; 및
    상기 재비기 응축수 배출라인 및 상기 제5 열교환기와 제1 열교환기를 거친 제1 흡수제 공급라인이 서로 교차하는 제5 열교환기를 포함하는,
    산성 가스 분리 회수 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기의 작동 온도는 30 내지 40℃인,
    산성 가스 분리 회수 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산성 가스는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인,
    산성 가스 분리 회수 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 흡수제 공급라인, 및 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거쳐 재생된 흡수제를 흡수탑으로 이송하는 재생된 흡수제 공급라인이 서로 교차하는,
    산성 가스 분리 회수 시스템.
  5. 산성 가스 분리 회수 방법에 있어서, 상기 방법은
    산성 가스를 함유하고 있는 배기가스를 흡수탑에 공급하여 산성 가스를 흡수제에 흡수시키는 단계;
    흡수탑에서 방출되는 산성 가스를 흡수한 흡수제를 제1 부분 및 제2부분으로 분리하여 상기 제1 부분을 재생탑으로 공급하고, 상기 제 2 부분을 재생탑에서 방출되는 처리가스와 열교환하여 예열시킨 후 재생탑으로 공급하여 상기 흡수제로부터 산성 가스를 분리하는 단계;
    상기 흡수탑에서 방출되고 상기 흡수제의 제2 부분과 열교환한 상기 처리가스를 응축기로 공급하여 냉각응축시키기 전에, 상기 냉각응축 과정을 이미 거쳐 응축된 물을 상기 처리가스와 열교환하여 예열시킨 뒤 상기 제1 부분의 흡수제를 열교환으로 예열시키는 단계; 및
    상기 예열시키는 단계를 거친 제1부분의 흡수제를 상기 재생탑에 연결된 재비기에서 응축된 응축수와 열교환으로 추가 예열시키는 단계를 포함하는,
    산성 가스 분리 회수 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 응축기의 작동 온도는 30 내지 40℃인,
    산성 가스 분리 회수 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 산성 가스는, 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), 카보닐 설파이드(COS) 또는 머캡탄(RSH, R= 탄화수소)인,
    산성 가스 분리 회수 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 흡수제의 제1 부분은, 재생탑 하부와 연결된 재비기(Reboiler)를 거친 재생된 흡수제와 열교환하여 예열하는,
    산성 가스 분리 회수 방법.
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