KR102233842B1 - CO2 capture system using process heat and CO2 capture method using the same - Google Patents

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KR102233842B1
KR102233842B1 KR1020190162402A KR20190162402A KR102233842B1 KR 102233842 B1 KR102233842 B1 KR 102233842B1 KR 1020190162402 A KR1020190162402 A KR 1020190162402A KR 20190162402 A KR20190162402 A KR 20190162402A KR 102233842 B1 KR102233842 B1 KR 102233842B1
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남성찬
박성열
슐탄 해더
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a carbon dioxide capture process. More specifically, the present invention relates to a lower-energy carbon dioxide capture system and method using recirculation of heat generated in a process. The system and method of the present invention uses an absorbent of an absorption tower and condensed water generated in a regeneration tower for heat recovery, and applies an inter-heater to the regeneration tower to lower the heat required for reboiling, thereby reducing energy required for the carbon dioxide capture process.

Description

공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그를 이용한 이산화탄소 포집 방법 {CO2 capture system using process heat and CO2 capture method using the same}CO2 capture system using process heat and CO2 capture method using the same}

본 발명은 이산화탄소 포집 공정에 관한 것으로, 특히 공정에서 발생하는 열의 재순환을 이용한 저에너지형 이산화탄소 포집 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide capture process, and in particular, to a low-energy carbon dioxide capture system and method using the recycling of heat generated in the process.

화력발전소 등 산업체에서 배출되는 배가스에는 이산화탄소, 황산화물, 질소산화물 및 미세먼지 등 대기오염물질이 다량 포함되어 있다. 이러한 배기가스 내 유해물질의 분리 및 처리 기술은 학술적, 산업적 측면에서 뿐 아니라 인류의 지속 가능한 발전을 위해 중요성이 증가하고 있다. 석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료가 사용되는 상황에서 특히 다량의 이산화탄소의 생성은 피할 수 없는 현실이므로, 그 저감을 위한 이산화탄소의 경제적인 분리 및 회수 기술 개발의 필요성은 절실할 수밖에 없다.Exhaust gases emitted from industries such as thermal power plants contain large amounts of air pollutants such as carbon dioxide, sulfur oxides, nitrogen oxides, and fine dust. The technology for separating and treating harmful substances in exhaust gas is increasing in importance not only in the academic and industrial aspects, but also for the sustainable development of mankind. In the situation where fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are used, the generation of a large amount of carbon dioxide is an inevitable reality, so the need for economical separation and recovery technology for carbon dioxide reduction is inevitable.

이산화탄소 분리 및 회수 기술은 크게 연소 후 분리기술(Post-combustion technology), 연소 전 분리기술(Pre-combustion technology) 및 순산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)로 구분된다. 현재 연소 후 분리기술이 가장 폭 넓게 사용되고 있으며, 이는 화석연료 연소에서 발생한 이산화탄소(CO2)를 여러 용매에 흡수시키거나 반응시켜 제거하는 기술이다. 연소 전 분리기술(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 분리하는 기술이다. 또한, 순 산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)은 화석연료를 연소시킬 때 공기 대신 산소만을 이용하여 연소시켜 이산화탄소(CO2) 분리를 용이하게 하는 기술이다. Carbon dioxide separation and recovery technology is largely divided into post-combustion technology, pre-combustion technology, and oxygen-fuel combustion technology. Currently, the separation technology after combustion is most widely used, and it is a technology that absorbs or reacts carbon dioxide (CO 2) generated from fossil fuel combustion in various solvents. Pre-combustion technology separates carbon dioxide before combustion, and converts it into CO 2 and hydrogen by pre-treatment through gasification of fossil fuels such as coal, and then carbon dioxide (CO 2 )/hydrogen (H). 2 ) This is a technology that separates carbon dioxide (CO 2 ) from the mixed gas or by burning the mixed gas to separate carbon dioxide (CO 2) from the exhaust gas. In addition, the Oxy-fuel combustion technology is a technology that facilitates the separation of carbon dioxide (CO 2 ) by burning fossil fuels by using only oxygen instead of air.

기존 이산화탄소 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술은 연소 후 분리기술이다. 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.The easiest technology to apply to the existing carbon dioxide generation source is the separation technology after combustion. As a method of separating carbon dioxide by adsorption and desorption of carbon dioxide using an absorbent, the focus is on improving the performance of the absorbent and improving the process accordingly. In this technology, wet absorption technology and dry absorption technology have been commercialized and operated to supply carbon dioxide required for urea fertilizer production, automatic welding, and carbonated beverages, and the wet absorption technology is highly efficient.

습식 흡수기술의 대표적인 공정은 아민계 흡수제를 사용하는 이산화탄소 분리 회수 공정으로, 알킬기에 아민과 수산화기가 결합된 알칸올아민을 흡수제로 이용하는 화학흡수공정이다. 유입 가스로부터 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 흡수탑과 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하는 재생탑(가열 재생탑) 및 부대설비로 구성되어 있다. 이산화탄소 분리 공정에 필요한 에너지는 일반적으로 재생에너지(약 75%)와 기타 공정에너지(약 25%)로 구성되며 이중 재생에너지는 공정열과 반응열로 구성된다. 재생에너지를 줄이기 위해서는 재생에너지의 대부분을 차지하는 공정열을 활용해야 한다. A typical process of wet absorption technology is a carbon dioxide separation and recovery process using an amine-based absorbent, which is a chemical absorption process using an alkanolamine in which an amine and a hydroxyl group are bound to an alkyl group as an absorbent. It consists of an absorption tower that selectively absorbs carbon dioxide from the inlet gas, a regeneration tower (heating regeneration tower) that regenerates the absorbent that has absorbed carbon dioxide, and auxiliary equipment. The energy required for the carbon dioxide separation process is generally composed of renewable energy (about 75%) and other process energy (about 25%), of which renewable energy is composed of process heat and reaction heat. In order to reduce renewable energy, process heat, which accounts for most of the renewable energy, must be utilized.

대한민국 등록특허 제0983677호는 산성 기체 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.Korean Patent Registration No. 0983677 relates to an acid gas absorption and separation system and method, and discloses a method of utilizing steam generated in a steam generating boiler as a heat source for regeneration of an absorbent. However, this has a limitation in that the generated vapor is used only for regeneration of the absorbent.

따라서 재생공정을 위한 가열과 냉각에 따른 에너지의 소모가 많으므로 이를 감소시키기 위한 기술개발이 요구된다.Therefore, since the energy consumption due to heating and cooling for the regeneration process is large, technology development to reduce this is required.

대한민국 등록특허 제0983677호Republic of Korea Patent Registration No. 0983677

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명은 이산화탄소를 포집하는 시스템에서 발생하는 공정열 재순환을 이용하여 에너지 소모를 줄일 수 있는 이산화탄소 포집 시스템 및 포집 방법을 제공하고자 한다.The present invention was conceived in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a carbon dioxide collecting system and a collecting method capable of reducing energy consumption by using process heat recycling generated in a carbon dioxide collecting system.

본 발명은 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 이산화탄소 포집 시스템으로, 상기 포집 시스템은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하는 배기가스 공급라인; 상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 리치(rich) 흡수제 처리 라인; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 제1 리치 흡수제 분배라인; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 제2 리치 흡수제 분배라인; 상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기로 공급하되 제1 열교환기 및 응축기를 거쳐 공급하는 처리가스 배출라인; 상기 기-액 분리기에서 분리된 응축수를 재생탑으로 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 공급하는 응축수 공급라인 및, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저, 제2 열교환기 및 냉각기를 거쳐 흡수탑으로 공급하는 린흡수제 공급라인을 포함하고, 상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 리치 흡수제 공급라인 및 처리가스 배출라인이 교차하여 열교환하며, 상기 제2 열교환기에서는 린 흡수제가 응축수와 열교환하여 냉각되고, 상기 재생탑은 인터-히터(inter-heater)를 포함하는, 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템을 제공한다.The present invention is a carbon dioxide capture system having an absorption tower for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower for separating process gas from the absorbent, wherein the collection system is an exhaust gas supplying exhaust gas including carbon dioxide to the absorption tower. Supply line; A rich absorbent treatment line for supplying a rich absorbent absorbing carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor; A first rich absorbent distribution line for supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger; A second rich absorbent distribution line for supplying the remaining rich absorbent divided by the absorbent distributor to the regeneration tower, but supplying the remaining rich absorbent through an economizer; A process gas discharge line for supplying the process gas discharged from the regeneration tower to a gas-liquid separator and supplying it through a first heat exchanger and a condenser; A condensed water supply line for supplying the condensed water separated by the gas-liquid separator to the regeneration tower but through a second heat exchanger, and an economizer, a second heat exchanger for supplying the lean ansorbent regenerated in the regeneration tower to the absorption tower. And a lean absorbent supply line supplied to the absorption tower through the cooler, wherein the first rich absorbent supply line and the processed gas discharge line cross each other to exchange heat in the first heat exchanger, and in the second heat exchanger, the lean absorbent is It is cooled by heat exchange with condensed water, and the regeneration tower provides a carbon dioxide capture system using process heat including an inter-heater.

본 발명은 또한, 상기 흡수제는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)인, 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템을 제공한다.The present invention also provides a carbon dioxide capture system utilizing process heat, wherein the absorbent is monoethanolamine (MEA).

본 발명은 또한, 상기 이코노마이저에는 상기 분배기에 공급된 리치 흡수제 총 중량의 0.55 내지 0.71의 중량부가 제2 리치 흡수제 분배라인을 통해 공급되는, 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템을 제공한다.The present invention also provides a carbon dioxide capture system utilizing process heat in which 0.55 to 0.71 parts by weight of the total weight of the rich absorbent supplied to the distributor is supplied to the economizer through a second rich absorbent distribution line.

본 발명은 또한, 상기 인터-히터는 10 내지 1500 kmol/hr의 유량으로 흡수제를 상기 재생탑으로 재주입하는, 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템을 제공한다.The present invention also provides a carbon dioxide capture system using process heat in which the inter-heater re-injects an absorbent into the regeneration tower at a flow rate of 10 to 1500 kmol/hr.

본 발명은 또한, 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 이산화탄소 포집 방법으로, 상기 포집 방법은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하여 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키는 단계; 상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 단계; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 단계; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 단계; 상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기로 공급하되 제1 열교환기 및 응축기를 거쳐 공급하는 단계; 상기 기-액 분리기에서 분리된 응축수를 재생탑으로 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 공급하는 단계 및, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저, 제2 열교환기 및 냉각기를 거쳐 흡수탑으로 공급되는 단계를 포함하고, 상기 제1 열교환기에서는 상기 일부 리치 흡수제가 처리가스와 열교환하여 예열되며, 상기 제2 열교환기에서는 린 흡수제가 응축수와 열교환하여 냉각되고, 상기 재생탑은 인터-히터(inter-heater)를 포함하는, 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.The present invention also provides a carbon dioxide capture method including an absorption tower for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower for separating process gas from the absorbent, wherein the collection method supplies exhaust gas including carbon dioxide to the absorption tower. Absorbing carbon dioxide by an absorbent; Supplying a rich absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor; Supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger; Supplying the remaining rich absorbents divided by the absorbent distributor to a regeneration tower, but supplying them through an economizer; Supplying the processed gas discharged from the regeneration tower to a gas-liquid separator, but supplying it through a first heat exchanger and a condenser; Supplying the condensed water separated in the gas-liquid separator to the regeneration tower through a second heat exchanger, and supplying the lean ansorbent regenerated in the regeneration tower to the absorption tower, but an economizer, a second heat exchanger, and a cooler And supplying the rich absorbent to the absorption tower through the first heat exchanger, wherein the partial rich absorbent is preheated by heat exchange with the processed gas, and the lean absorbent is cooled by heat exchange with condensed water in the second heat exchanger, and the regeneration tower Provides a carbon dioxide capture method utilizing process heat, including an inter-heater.

본 발명의 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그를 이용한 이산탄소 포집 방법은 흡수탑의 흡수제 및 재생탑의 처리가스에서 발생된 응축수를 열 회수에 사용하고, 재생탑에 인터-히터(inter-heater)를 적용하여, 재비기 요구 열량을 낮춰 이산화탄소 포집 공정에 필요한 에너지를 절감할 수 있다.The carbon dioxide capture system using the process heat of the present invention and the carbon dioxide capture method using the same use the condensate generated from the absorbent of the absorption tower and the process gas of the regeneration tower for heat recovery, and use an inter-heater in the regeneration tower. ) Can be applied to reduce the amount of heat required for reboiling, thereby reducing the energy required for the carbon dioxide capture process.

도 1은 기존의 이산화탄소 포집 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템을 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 한 구현예에 따른 이코노마이저로 공급되는 리치 흡수제의 분할 중량비에 따른 재비기 요구열량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 구현예에 따른 재생탑의 인터-히터 장착 위치에 따른 재비기 요구 열량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 한 구현예에 따른 인터-히터에서 재생탑으로 재주입되는 흡수제의 유량에 따른 재비기 요구열량 및 온도 그래프이다.1 is a process diagram showing a conventional carbon dioxide capture system.
2 is a process chart showing a carbon dioxide capture system using process heat according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the change in required calories for reboiling according to the divided weight ratio of the rich absorbent supplied to the economizer according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a change in the amount of heat required for reboiling according to an inter-heater mounting position of a regeneration tower according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph of the required heat quantity and temperature for reboiling according to the flow rate of the absorbent re-injected into the regeneration tower from the inter-heater according to an embodiment of the present invention.

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. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그를 이용한 이산탄소 포집 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.Prior to the detailed description of the present invention, terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their conventional or dictionary meanings. Accordingly, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical spirit of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations. Hereinafter, a carbon dioxide capture system using process heat of the present invention and a carbon dioxide capture method using the same will be described with reference to the accompanying drawings.

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, 처리가스 또는 응축수를 운송하는 라인은 서로 "교차"한다고 표현하였다. 즉, 두 유체 운송라인은 열교환기에서 서로 "교차"하여 열을 교환할 수 있다. Here, in all the drawings for explaining the embodiment of the present invention, those having the same function are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In the present invention, it is expressed that the lines transporting the absorbent, processing gas, or condensed water that exchange heat in the heat exchanger are "intersected" with each other. That is, the two fluid transport lines can "cross" each other in the heat exchanger to exchange heat.

도 1은 기존의 산성 기체 포집 시스템을 나타낸다. 이산화탄소 등 산성 기체를 포함하고 있는 배기가스를 기체와 액체 사이의 접촉이 원활히 이루어지도록 넓은 표면적을 갖는 충전물이 충전되어 있는 흡수탑(20)에 공급하여, 상기 흡수탑의 상부에서 살포되는 용액 상태의 흡수제와 대기압 조건에서 접촉시킨다. 상기 접촉은 약 40 내지 50℃의 온도범위에서 진행되어, 배기가스 내의 이산화탄소를 흡수제에 흡수시킨다.1 shows a conventional acid gas trapping system. The exhaust gas containing acidic gas such as carbon dioxide is supplied to the absorption tower 20 filled with a packing material having a large surface area so that the contact between the gas and the liquid is made smoothly, and the solution is sprayed from the top of the absorption tower. Make contact with the absorbent under atmospheric pressure. The contacting proceeds in a temperature range of about 40 to 50° C., so that carbon dioxide in the exhaust gas is absorbed by the absorbent.

상기 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생탑(30)으로 보내져 약 120℃ 전후의 온도범위에서 가열 처리된 후 흡수제에서 탈거된 처리 가스를 상기 재생탑의 상부로 방출하고, 재생된 흡수제는 재비기(Reboiler)(40)를 거쳐 흡수탑으로 다시 공급되는 순환과정을 거친다. 상기 재생탑에서 방출된 처리가스는 처리가스 배출라인(300)을 통해 응축기(31)로 공급되어 물은 응축되고, 기-액 분리기(32)에서 응축되지 않은 수증기와 이산화탄소 등이 분리되어 최종산물로 얻어진다. 상기 응축된 물은 응축수 공급라인(330)을 따라 재생탑(30) 안으로 재순환되고, 이러한 재순환은 재생탑의 분리효율을 높이는 효과가 있으나 저온의 응축된 물이 유입됨에 따라 재비기 요구 열량(Reboiler heat duty)을 증가시키는 요인이 된다. 상기 재생된 흡수제는 흡수제 재순환 라인을 따라 이동해 이코노마이저(economizer)(12)를 통해 상기 재생탑으로 보내지는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 예열하고, 흡수탑으로 공급되는 배기가스 중의 이산화탄소를 흡수하기 위해 흡수탑에 다시 공급된다. 상기 이코노마이저(12)에서 재생된 흡수제 공급라인(400)과 흡수탑에서 산성 기체를 흡수한 흡수제를 재생탑으로 공급하는 이산화탄소를 흡수한 흡수제 공급라인(200)이 서로 교차한다. The absorbent absorbing the carbon dioxide is sent to the regeneration tower 30, heat-treated in a temperature range of about 120°C, and then discharges the processed gas removed from the absorbent to the upper portion of the regeneration tower, and the regenerated absorbent is reboiler. ) It goes through a circulation process that is supplied back to the absorption tower through (40). The process gas discharged from the regeneration tower is supplied to the condenser 31 through the process gas discharge line 300 so that water is condensed, and the water vapor and carbon dioxide that are not condensed in the gas-liquid separator 32 are separated to the final product. Is obtained as The condensed water is recirculated into the regeneration tower 30 along the condensed water supply line 330, and this recirculation has the effect of increasing the separation efficiency of the regeneration tower. It is a factor that increases heat duty). The regenerated absorbent moves along the absorbent recirculation line, preheats the absorbent that absorbs carbon dioxide sent to the regeneration tower through an economizer 12, and absorbs carbon dioxide in the exhaust gas supplied to the absorption tower. Is fed back to. The absorbent supply line 400 regenerated by the economizer 12 and the absorbent supply line 200 absorbing carbon dioxide supplying the absorbent absorbing acidic gas from the absorption tower to the regeneration tower cross each other.

도 2는 본 발명의 한 구현예에 따른 이산화탄소 포집 시스템을 나타내는 공정도이다. 본 발명의 이산화탄소 포집 시스템은 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑(20) 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑(30)을 구비한 이산화탄소 포집 시스템이다. 상기 포집 시스템은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하는 배기가스 공급라인; 상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 리치(rich) 흡수제 처리 라인(200); 상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 제1 리치 흡수제 분배라인(201); 상기 흡수제 분배기(60)에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 제2 리치 흡수제 분배라인(202); 상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기(32)로 공급하되 제1 열교환기(11) 및 응축기(31)를 거쳐 공급하는 처리가스 공급라인(300); 상기 기-액 분리기(32)에서 분리된 응축수를 재생탑(30)으로 공급하되 제2 열교환기(12)를 거쳐 공급하는 응축수 공급라인(320) 및, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저(13), 제2 열교환기(12) 및 냉각기(14)를 거쳐 흡수탑으로 공급하는 린흡수제 공급라인(400)을 포함한다. 2 is a flow chart showing a carbon dioxide capture system according to an embodiment of the present invention. The carbon dioxide trapping system of the present invention is a carbon dioxide trapping system including an absorption tower 20 for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower 30 for separating process gas from the absorbent. The collection system includes an exhaust gas supply line for supplying exhaust gas including carbon dioxide to an absorption tower; A rich absorbent treatment line 200 for supplying a rich absorbent absorbing carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor; A first rich absorbent distribution line 201 for supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger; A second rich absorbent distribution line 202 for supplying the remaining rich absorbent divided by the absorbent distributor 60 to the regeneration tower, but supplying it through an economizer; A process gas supply line 300 for supplying the process gas discharged from the regeneration tower to the gas-liquid separator 32 but through the first heat exchanger 11 and the condenser 31; A condensed water supply line 320 that supplies the condensed water separated by the gas-liquid separator 32 to the regeneration tower 30 but is supplied through the second heat exchanger 12, and a lean ansorbent regenerated in the regeneration tower. ) To the absorption tower, but includes an economizer 13, a second heat exchanger 12, and a lean absorbent supply line 400 for supplying to the absorption tower through the cooler 14.

본 발명의 이산화탄소 포집 시스템은 흡수탑 하부로부터의 이산화탄소를 흡수한 흡수제(리치 흡수제)가 리치흡수제 처리라인(200)을 통해 분배기(60)로 공급되고, 분배기에서 2개의 분배라인으로 분할된다. 제1 리치 흡수제 분배라인(201)은 재생탑 상부에서 배출되는 이산화탄소를 포함하는 처리가스 배출라인(300)과 열을 교환할 수 있다. 재생탑 상부의 고온의 처리가스는 이산화탄소 및 수증기가 포함되어 있으며, 이는 처리가스 배출라인(300)을 통해 기-액분리기(32)로 공급되는데, 제1 리치흡수제 분배라인(201)과 교차되어 제1 열교환기에서 냉각되며 이후 응축기(31)를 거쳐 더 냉각되어 공급된다. 이는 고온의 처리가스로 인한 응축기의 부하를 낮추기 위해 상대적으로 저온인 제1 리치 흡수제 분배라인(201)과 교차하여 열교환함으로써 냉각될 수 있다. 또한 제1 리치 흡수제 분배라인(201)은 처리가스와의 열교환으로 인해 예열되어 재생탑(30)으로 공급될 수 있어 재생탑의 재비기 요구열량을 낮출 수 있다. In the carbon dioxide capture system of the present invention, an absorbent (rich absorbent) absorbing carbon dioxide from the lower portion of the absorption tower is supplied to the distributor 60 through the rich absorbent treatment line 200, and is divided into two distribution lines in the distributor. The first rich absorbent distribution line 201 may exchange heat with the process gas discharge line 300 including carbon dioxide discharged from the top of the regeneration tower. The high-temperature process gas in the upper part of the regeneration tower contains carbon dioxide and water vapor, which is supplied to the gas-liquid separator 32 through the process gas discharge line 300, which intersects with the first rich absorbent distribution line 201. It is cooled in the first heat exchanger and then further cooled through the condenser 31 and supplied. This may be cooled by exchanging heat exchange with the relatively low temperature first rich absorbent distribution line 201 in order to lower the load of the condenser due to the high temperature process gas. In addition, the first rich absorbent distribution line 201 may be preheated due to heat exchange with the processing gas and supplied to the regeneration tower 30, thereby reducing the amount of heat required for reboiling of the regeneration tower.

상기 처리가스 배출라인(300)을 통해 기-액 분리기(32)로 공급되어 이산화탄소를 다량 포함하는 처리가스는 외부로 배출되고, 분리된 응축수는 응축수 공급라인(320)으로 공급된다. 상기 응축수는 응축수 공급라인(320)을 통해 제2 열교환기(12)로 공급되며, 상기 제2 열교환기(12)에서는 이코노마이저(13)를 거친 린 흡수제 공급라인(400)과 교차하여 열교환할 수 있다. 상기 응축수 공급라인의 응축수는 제2 열교환기에서 린 흡수제의 열을 회수하여 가열될 수 있으며, 이는 다시 재생탑으로 공급되어 재생탑에 열을 제공할 수 있다. 린 흡수제 공급라인(400)은 제2 열교환기(12)에서 응축수 공급라인(320)과 교차하여 냉각되며, 이는 제2 열교환기 이후 거치게 되는 냉각기의 부하를 감소시킬 수 있다.Processed gas which is supplied to the gas-liquid separator 32 through the process gas discharge line 300 and contains a large amount of carbon dioxide is discharged to the outside, and the separated condensed water is supplied to the condensed water supply line 320. The condensed water is supplied to the second heat exchanger 12 through the condensed water supply line 320, and the second heat exchanger 12 crosses the lean absorbent supply line 400 through the economizer 13 to perform heat exchange. have. The condensed water of the condensed water supply line may be heated by recovering heat from the lean absorbent in the second heat exchanger, which may be supplied to the regeneration tower to provide heat to the regeneration tower. The lean absorbent supply line 400 is cooled by crossing the condensed water supply line 320 in the second heat exchanger 12, which can reduce the load of the cooler that is passed after the second heat exchanger.

본 발명의 제2 리치흡수제 분배라인(202)은 재생탑 하부에서 배출되어 재비기를 거친 재생된 흡수제(린 흡수제) 공급라인(400)과 이코노마이저(13)에서 교차되어 열을 교환할 수 있다. 제2 리치 흡수제 분배라인(202)는 이코노마이저(13)에서 예열되어 재생탑(30)으로 주입되는 것이며, 재비기를 거친 린 흡수제 공급라인(400)은 리치 흡수제 공급라인(13)의 열회수로 냉각되며, 이후 제2 열교환기(12) 및 냉각기(14)를 거쳐 흡수탑으로 이송된다. 한 구현에에서 상기 이코노마이저에는 상기 분배기에 공급된 리치 흡수제 총 중량의 0.55 내지 0.71의 중량부가 제2 리치 흡수제 분배라인을 통해 공급될 수 있다. 상기 제2 리치 흡수제의 분배라인에 공급되는 리치 흡수제의 중량부는 이코노마이저에서 린 흡수제의 열을 회수할 수 있는 범위로, 0.55 중량부 이하에서는 열회수율이 낮고, 0.71 이상에서는 리치 흡수제가 예열되는 열이 부족하여 재생탑의 재비기 요구 열량을 줄이기 어렵다. 상기 이코노마이저(13)에서 린-리치 (lean-rich) 열교환 이후의 린 흡수제 용액은 재생탑에서 배출된 처리가스 내의 응축된 응축수와 제2 열교환기(12)에서 추가로 열을 교환하고, 냉각기에서 추가 냉각 후 흡수탑으로 재주입된다. The second rich absorbent distribution line 202 of the present invention may exchange heat by intersecting the recycled absorbent (lean absorbent) supply line 400 and the economizer 13 discharged from the bottom of the regeneration tower and subjected to reboil. The second rich absorbent distribution line 202 is preheated in the economizer 13 and injected into the regeneration tower 30, and the lean absorbent supply line 400 that has undergone reboil is cooled by heat recovery from the rich absorbent supply line 13. Then, it is transferred to the absorption tower through the second heat exchanger 12 and the cooler 14. In one embodiment, 0.55 to 0.71 parts by weight of the total weight of the rich absorbent supplied to the dispenser may be supplied to the economizer through the second rich absorbent distribution line. The part by weight of the rich absorbent supplied to the distribution line of the second rich absorbent is within a range in which heat of the lean absorbent can be recovered by the economizer, the heat recovery rate is low at 0.55 parts by weight or more, and the heat for preheating the rich absorbent is lower than 0.71. It is not enough to reduce the amount of heat required for reboiling of the regeneration tower. The lean absorbent solution after lean-rich heat exchange in the economizer 13 additionally exchanges heat in the second heat exchanger 12 with condensed condensed water in the process gas discharged from the regeneration tower, and in the cooler. After further cooling, it is re-injected into the absorption tower.

본 발명의 재생탑(30)은 인터-히터(50)를 포함한다. 상기 재생탑의 인터-히터는 재비기에서 발생되는 고온의 응축물(condensate)가 주입되어 열원으로 사용된다. 상기 재비기 응축물의 열을 회수하기 위해, 재생탑 내의 흡수제 용액의 일부를 재생탑의 높은 위치에서 인터-히터(50)로 공급하고, 상기 인터-히터(50)에서 재비기의 응축물을 사용하여 흡수제를 가열한 후 재생탑의 낮은 위치로 재주입하여 재생탑에 필요한 열에너지를 감소시킬 수 있다. 한 구현예에서 상기 상기 인터-히터는 10 내지 1500 kmol/hr의 유량으로 흡수제를 상기 재생탑으로 재주입할 수 있다. 본 발명의 이산화탄소 포집 시스템은 흡수탑에서 배출되는 이산화탄소를 흡수한 흡수제인 리치 흡수제의 분할, 증기 열 회수, 가열 환류 재순환 및 인터-히터를 포함하는 재생탑 등 공정 시스템 내에서 발생하는 공정열을 활용하여 공정에 필요한 에너지를 절감할 수 있다. The regeneration tower 30 of the present invention includes an inter-heater 50. The inter-heater of the regeneration tower is used as a heat source by injecting high-temperature condensate generated from reboiling. In order to recover the heat of the reboiler condensate, a part of the absorbent solution in the regeneration tower is supplied to the inter-heater 50 at a high position of the regeneration tower, and the reboiler condensate is used in the inter-heater 50. Therefore, after heating the absorbent, it can be re-injected into the lower position of the regeneration tower to reduce the thermal energy required for the regeneration tower. In one embodiment, the inter-heater may re-inject the absorbent into the regeneration tower at a flow rate of 10 to 1500 kmol/hr. The carbon dioxide capture system of the present invention utilizes process heat generated in the process system such as splitting of the rich absorbent, which is an absorbent that absorbs carbon dioxide discharged from the absorption tower, steam heat recovery, heating reflux recirculation, and regeneration tower including inter-heater. Thus, the energy required for the process can be saved.

또 다른 측면에서 본 발명은 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 이산화탄소 포집 방법으로, 상기 포집 방법은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하여 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키는 단계; 상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 단계; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 단계; 상기 흡수제 분배기에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 단계; 상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기로 공급하되 제1 열교환기 및 응축기를 거쳐 공급하는 단계; 상기 기-액 분리기에서 분리된 응축수를 재생탑으로 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 공급하는 단계 및, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저, 제2 열교환기 및 냉각기를 거쳐 흡수탑으로 공급되는 단계를 포함한다. 상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 리치 흡수제 분배라인이 처리가스 배출라인과 교차하여 열교환되며, 상기 제2 열교환기에서는 린 흡수제가 응축수와 열교환하여 냉각되고, 상기 재생탑은 인터-히터(inter-heater)를 포함할 수 있다.In another aspect, the present invention is a carbon dioxide capture method including an absorption tower for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower for separating a process gas from the absorbent, wherein the collection method comprises: Supplying the carbon dioxide to the absorbent; Supplying a rich absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor; Supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger; Supplying the remaining rich absorbents divided by the absorbent distributor to a regeneration tower, but supplying them through an economizer; Supplying the processed gas discharged from the regeneration tower to a gas-liquid separator, but supplying it through a first heat exchanger and a condenser; Supplying the condensed water separated in the gas-liquid separator to the regeneration tower through a second heat exchanger, and supplying the lean ansorbent regenerated in the regeneration tower to the absorption tower, but an economizer, a second heat exchanger, and a cooler It includes the step of supplying to the absorption tower through the. In the first heat exchanger, the first rich absorbent distribution line crosses the process gas discharge line to heat exchange, and in the second heat exchanger, the lean absorbent is cooled by heat exchange with condensed water, and the regeneration tower is inter-heater. heater).

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해서 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, examples are presented to aid in the understanding of the present invention. However, the following examples are provided for easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example

실시예 1. 실험방법Example 1. Experimental method

본 발명의 이산화탄소 포집 시스템에서 필요한 요구 열량을 줄이기 위해 최적화된 시스템 구성을 시뮬레이션하여 종래 이산화탄소 포집 시스템의 요구 열량과 비교하였다. 모든 구성은 Aspen Plus® V10.1에서 속도 기반 모델링을 사용하여 시뮬레이션하였다. 이산화탄소 포집 공정은 30 중량%의 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)을 흡수제로 사용하여 300 MW 석탄 화력 발전소에 대해 시뮬레이션하였다. 액상은 ENRTL 특성 패키지를 사용하여 모델링하였고, 기상은 RK 상태 방정식을 사용하여 모델링하였다. FLEXIPAC 250Y 구조 패킹으로 채워진 흡수탑 및 재생탑을 사용하였다.In order to reduce the required amount of heat required in the carbon dioxide capture system of the present invention, the optimized system configuration was simulated and compared with the required heat amount of the conventional carbon dioxide capture system. All configurations were simulated using velocity-based modeling on Aspen Plus® V10.1. The carbon dioxide capture process was simulated for a 300 MW coal-fired power plant using 30% by weight of monoethanolamine (MEA) as an absorbent. The liquid phase was modeled using the ENRTL characteristic package, and the gas phase was modeled using the RK equation of state. An absorption tower and a regeneration tower filled with FLEXIPAC 250Y structure packing were used.

이산화탄소 포집 시스템에서 일어나는 반응은 표 1에 기재되어 있다. 속도-제어 된 반응은 식 1에 주어진 전력 법칙을 사용하여 모델링하였다. 반응 상수 "k"및 활성화 에너지 "E"의 값은 표 1에 주어진다.The reactions taking place in the carbon dioxide capture system are listed in Table 1. The rate-controlled reaction was modeled using the power law given in Equation 1. The values of the reaction constant "k" and the activation energy "E" are given in Table 1.

[표 1] [Table 1]

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Figure 112019126715309-pat00002
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Ktot,i는 전체 질량 전달 계수를 나타내고 식 2에 의해 계산하였다. 기체 및 액체상의 질량 전달의 개별 계수는 각각 ki g 및 ki l로 표시된다. 질량 이동 계수는 Bravo et al (G. Q. Wang, 2005, Review of Mass-Transfer Correlations for Packed Columns, Ind. Eng. Chem. Page 8715-8729.)의 연구로부터 얻었다. 증기 액체 평형에 대한 이진 데이터는 물에서 이산화탄소에 대한 헨리 상수의 파라미터를 얻기 위해 회귀되었고 MEA 용매에서 이산화탄소에 대한 헨리 상수의 파라미터는 Wang et al. (1992, Solubility of N2O in alkanolamines and in mixed solvents, The Chemical Engineering Journal, Volume 48, Issue 1, Pages 31-40)의 연구로부터 얻었다. ENRTL 특성 패키지에 대한 아민과 물의 상호 작용 파라미터는 Austgen et al.(Austgen DM, 1989, Model of vapor-liquid equilibria for aqueous acid gas-alkanolamine systems using the electrolyte-NRTL equation. Ind. Eng. Chem Res. Page 1060-1073)의 연구로부터 얻었다. 물과 이산화탄소의 파라미터는 0으로 설정하였으며, 이 모델은 문헌(Moioli S, 2012, Simulation of CO2 capture by MEA scrubbing with a rate-based model. Procedia Engineering, Volume 42, Pages 1651-1661.)에서 검증되었다.K tot , i represents the total mass transfer coefficient and was calculated by Equation 2. The individual coefficients of mass transfer in the gas and liquid phase are denoted by k i g and k i l , respectively. The mass transfer coefficient was obtained from the study of Bravo et al (GQ Wang, 2005, Review of Mass-Transfer Correlations for Packed Columns, Ind. Eng. Chem. Page 8715-8729.). Binary data for vapor-liquid equilibrium were regressed to obtain the parameters of the Henry's constant for carbon dioxide in water, and the parameters of the Henry's constant for carbon dioxide in MEA solvents were determined by Wang et al. (1992, Solubility of N2O in alkanolamines and in mixed solvents, The Chemical Engineering Journal, Volume 48, Issue 1, Pages 31-40). The amine-water interaction parameters for the ENRTL characteristic package are described in Austgen et al. (Austgen DM, 1989, Model of vapor-liquid equilibria for aqueous acid gas-alkanolamine systems using the electrolyte-NRTL equation. Ind. Eng. Chem Res. Page 1060-1073). The parameters of water and carbon dioxide were set to 0, and this model was verified in the literature (Moioli S, 2012, Simulation of CO2 capture by MEA scrubbing with a rate-based model. Procedia Engineering, Volume 42, Pages 1651-1661.) .

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실시예 2. 실험결과 분석Example 2. Analysis of experimental results

1) 리치 흡수제의 분배 비율 조절1) Adjusting the distribution ratio of rich absorbent

흡수탑에서 배출되는 리치 흡수제의 제1 리치 흡수제 공급라인과 제2 리치 흡수제 공급라인에 각각 공급되는 리치 흡수제가 최적의 열효율을 나타내는 분할 비율을 측정하였다. 흡수탑에서 배출되는 전체 리치 흡수제 중 제2 리치 흡수제 공급라인에 공급되는 흡수제의 분할 중량 비율을 0.55내지 0.71로 적용하고 재비기 요구열량을 측정하였다. 그 결과는 도 3에 기재되어 있다. 제2 리치 흡수제의 분배라인에 최적화된 중량부는 0.61의 비율일 경우에 재비기 요구열량을 가장 절감할 수 있는 것으로 확인하였다. The split ratio of the rich absorbent discharged from the absorption tower to the first rich absorbent supply line and the second rich absorbent supply line, respectively, representing the optimum thermal efficiency, was measured. The divided weight ratio of the absorbent supplied to the second rich absorbent supply line among the total rich absorbent discharged from the absorption tower was applied to 0.55 to 0.71, and the required calorie amount of reboil was measured. The results are shown in FIG. 3. It was confirmed that when the weight portion optimized for the distribution line of the second rich absorbent was 0.61, the required heat quantity for reboiling could be most reduced.

2) 재생탑 인터-히터 위치 조절2) Regeneration tower inter-heater position adjustment

재생탑의 재비기 요구열량을 줄일 수 있는 최적의 인터-히터 위치를 적용하기 위해 인터-히터의 위치를 변화시켜 시뮬레이션하였다. 인터-히터로 공급되는 재비기 응축물로부터 열을 회수하기 위해서는 재생탑 내의 흡수제 용액의 일부를 재생탑의 더 높은 위치에서 인터-히터로 공급(withdrawal stage)하고, 상기 인터-히터에서 재비기의 응축물을 사용하여 흡수제를 가열한 후 재생탑의 낮은 위치로 재주입(feed back stage)하여 재생탑의 흡수제 재생에 필요한 열에너지를 감소시킬 수 있다. 그 결과는 도 4에 기재되어 있다. 도 4는 재생탑의 높이 위치에 따른 각 스테이지에서 재생탑으로부터 인터-히터로의 흡수제 주입 및 인터-히터로부터 재생탑으로 흡수제 재주입에 따른 재비기의 요구열량을 나타낸 그래프이다. 재생탑은 상단에서부터 하단으로 1 내지 18단(스테이지)으로 구성되며, 상부의 2 내지 7스테이지에서는 재생탑으로부터 인터-히터로 흡수제를 주입하고, 인터-히터에서 열교환된 흡수제가 재생탑 하부의 8 내지 18 스테이지로 재주입되도록 하였다. 재생탑으로부터 인터-히터로 흡수제를 주입하는 스테이지가 2 에서 7로 증가할수록, 즉 재생탑의 하부로 내려갈수록 재비기의 요구열량이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 인터-히터로부터 재생탑으로 재주입하는 스테이지가 8 에서 18로 증가할수록 재비기 요구열량이 감소하는 것으로 나타났다. 본 발명의 재생탑에 인터-히터의 최적의 위치구성은 재생탑으로부터 인터-히터로 흡수제를 주입하는 스테이지가 재생탑 상부의 2 스테이지이며, 재생탑으로 재주입하는 스테이지는 하부의 12 스테이지 이상일 때 효율적인 재비기 요구열랑을 나타냈다. 재생탑 내의 온도는 하부에서 상부로 갈수록 온도가 감소한다. 이에 따라 재생탑 상부에서의 흡수제 배출은 재비기 요구열량 감소에 더 큰 영향을 줄 수 있다. 또한 재생탑의 인터-히터에서 이산화탄소 및 수증기가 생성되고, 생성된 이산화탄소 및 수증기를 재생탑 하부로 재주입할 경우 재생탑 내에 열 에너지를 추가로 공급할 수 있으며 대량의 스트리핑제로 작용할 수 있다. 따라서 인터-히터를 거친 흡수제는 재생탑의 하부로 재주입하는 것이 유리하다.In order to apply the optimal inter-heater position that can reduce the reboiling required heat of the regeneration tower, the inter-heater position was changed and simulated. In order to recover heat from the reboiler condensate supplied to the inter-heater, a part of the absorbent solution in the regeneration tower is supplied to the inter-heater at a higher position in the regeneration tower (withdrawal stage). After heating the absorbent using the condensate, it is possible to reduce the thermal energy required for regeneration of the absorbent in the regeneration tower by feeding back stage to the lower position of the regeneration tower. The results are shown in FIG. 4. 4 is a graph showing the required heat quantity of reboiling according to the injection of the absorbent from the regeneration tower to the inter-heater and re-injection of the absorbent from the inter-heater to the regeneration tower at each stage according to the height of the regeneration tower. The regeneration tower consists of 1 to 18 stages (stages) from the top to the bottom, and in stages 2 to 7 above, the absorbent is injected from the regeneration tower to the inter-heater, and the absorbent heat-exchanged in the inter-heater is 8 under the regeneration tower. To 18 stages were allowed to re-inject. As the stage for injecting the absorbent from the regeneration tower into the inter-heater increases from 2 to 7, that is, as it goes down to the bottom of the regeneration tower, the required heat quantity of the reboiler increases. In addition, it was found that as the number of stages re-injected from the inter-heater to the regeneration tower increased from 8 to 18, the required heat for reboiling decreased. The optimal positional configuration of the inter-heater in the regeneration tower of the present invention is when the stage for injecting the absorbent from the regeneration tower into the inter-heater is two stages above the regeneration tower, and the stage for reinjecting into the regeneration tower is at least 12 stages at the bottom. It showed the desire for efficient re-brewing. The temperature in the regeneration tower decreases from the bottom to the top. Accordingly, the discharge of the absorbent from the top of the regeneration tower may have a greater effect on the reduction of the required heat quantity for reboiling. In addition, carbon dioxide and water vapor are generated in the inter-heater of the regeneration tower, and when the generated carbon dioxide and water vapor are re-injected into the lower part of the regeneration tower, heat energy can be additionally supplied to the regeneration tower and may act as a large amount of stripping agent. Therefore, it is advantageous to re-inject the absorbent through the inter-heater into the lower part of the regeneration tower.

3) 재생탑 배출 유량의 영향3) Effect of regeneration tower discharge flow rate

인터-히터로부터 재생탑으로 공급되는 공급라인의 온도는 배출 유량에 따라 달라 질 수 있다. 도 5는 인터-히터로부터 재주입되는 흡수제의 유량이 재비기 요구 열량에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 유량이 높을수록 온도 변화가 현저하지 않고 재생탑의 인터-히터에서 이산화탄소 및 수증기가 비교적 적게 발생하여재생탑의 스트리핑제로서의 영향이 저하되는 것으로 나타났다. 반면, 더 낮은 유속에서는 인터-히터의 재주입 온도가 높게 달성되어 더 많은 이산화탄소 및 수증기를 생성하여 재생탑 내부로 공급되어 스트리핑제로서의 효과가 증가되며, 이는 재비기 요구 열량을 감소시킬 수 있는 것으로 나타났다. 다만, 아민의 열 분해를 고려하여, 용매의 온도는 120℃로 제한하는 것이 바람직하며, 인터-히터의 재생탑으로의 재주입 온도는 120℃에서 최적 유량으로 1500kmol / hr으로 측정되었다.The temperature of the supply line supplied from the inter-heater to the regeneration tower may vary depending on the discharge flow rate. 5 is a graph showing the effect of the flow rate of the absorbent re-injected from the inter-heater on the amount of heat required for reboiling. It was found that the higher the flow rate, the less pronounced the temperature change, and relatively little carbon dioxide and water vapor were generated in the inter-heater of the regeneration tower, thereby reducing the effect of the regeneration tower as a stripping agent. On the other hand, at a lower flow rate, the re-injection temperature of the inter-heater is achieved high, generating more carbon dioxide and water vapor and supplying it to the inside of the regeneration tower to increase the effect as a stripping agent, which can reduce the amount of heat required for reboiling. appear. However, in consideration of the thermal decomposition of the amine, it is preferable to limit the temperature of the solvent to 120°C, and the reinjection temperature of the inter-heater into the regeneration tower was measured as 1500 kmol/hr at 120°C with an optimum flow rate.

4) 기존 시스템과의 재비기 요구열량 비교4) Comparison of required calories for reboiling with existing systems

본 발명의 이산화탄소 포집 시스템은 공정열을 활용하여 재비기 요구 열량을 효과적으로 절감하였다. 리치 흡수제의 즉 분할 비율, 인터-히터의 위치 및 배출 유량을 사용하여 최적화하는 시뮬레이션을 수행하였으며, 이를 기존 시스템과 비교하였다. 그 결과는 표 2에 기재되어있다. 최종적으로 재비기 요구열량은 본 발명의 이산화탄소 포집시스템에서 14%가 감소한 것으로 나타났다. The carbon dioxide capture system of the present invention effectively reduces the amount of heat required for reboiling by utilizing process heat. A simulation was performed to optimize using the rich absorbent, that is, the split ratio, the inter-heater position, and the discharge flow rate, and this was compared with the existing system. The results are shown in Table 2. Finally, it was found that the required calorific value for reboil was reduced by 14% in the carbon dioxide capture system of the present invention.

[표 2][Table 2]

Figure 112019126715309-pat00004
Figure 112019126715309-pat00004

이상에서 본원의 예시적인 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본원의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본원의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본원의 권리범위에 속하는 것이다.Although the exemplary embodiments of the present application have been described in detail above, the scope of the present application is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concept of the present application defined in the following claims are also included in the scope of the present application. It belongs to.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, are used in the same meaning as those of ordinary skill in the art generally understand in the related field of the present invention. The contents of all publications referred to herein by reference are incorporated into the present invention.

11. 제1 열교환기
12. 제2 열교환기
13. 이코노마이저
14. 냉각기
20. 흡수탑
30. 재생탑
31. 응축기
32. 기-액 분리기
40. 재비기
50. 인터-히터
60. 분배기
200. 리치 흡수제 처리라인
201. 제1 리치 흡수제 분배라인
202. 제2 리치 흡수제 분배라인
300. 처리가스 배출라인
320. 응축수 공급라인
400. 린 흡수제 공급라인11. First heat exchanger
12. Second heat exchanger
13. Economizer
14. Cooler
20. Absorption tower
30. Regeneration Tower
31. Condenser
32. Gas-liquid separator
40. Refill
50. Inter-heater
60. Splitter
200. Rich absorbent treatment line
201. The first rich absorbent distribution line
202. The second rich absorbent distribution line
300. Processed gas discharge line
320. Condensate supply line
400. Lean absorbent supply line

Claims (5)

흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 이산화탄소 포집 시스템으로,
상기 포집 시스템은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하는 배기가스 공급라인;
상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 리치(rich) 흡수제 처리 라인;
상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 제1 리치 흡수제 분배라인;
상기 흡수제 분배기에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 제2 리치 흡수제 분배라인;
상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기로 공급하되 제1 열교환기 및 응축기를 거쳐 공급하는 처리가스 배출라인;
상기 기-액 분리기에서 분리된 응축수를 재생탑으로 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 공급하는 응축수 공급라인 및,
상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저, 제2 열교환기 및 냉각기를 거쳐 흡수탑으로 공급하는 린흡수제 공급라인을 포함하고,
상기 제1 열교환기에서는 상기 제1 리치 흡수제 공급라인 및 처리가스 배출라인이 교차하여 열교환하며,
상기 제2 열교환기에서는 린 흡수제가 응축수와 열교환하여 냉각되고,
상기 재생탑은 인터-히터(inter-heater)를 포함하며,
상기 인터-히터는 재비기에서 발생되는 고온의 응축물을 열원으로 사용하고,
상기 재생탑 내의 흡수제 용액의 일부가 인터-히터로 공급되면 가열되어 10 내지 1500 kmol/hr의 유량으로 재생탑으로 재주입되는,
공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템.
A carbon dioxide capture system having an absorption tower for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower for separating process gas from the absorbent,
The collection system includes an exhaust gas supply line for supplying exhaust gas including carbon dioxide to an absorption tower;
A rich absorbent treatment line for supplying a rich absorbent absorbing carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor;
A first rich absorbent distribution line for supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger;
A second rich absorbent distribution line for supplying the remaining rich absorbent divided by the absorbent distributor to the regeneration tower, but supplying the remaining rich absorbent through an economizer;
A process gas discharge line for supplying the process gas discharged from the regeneration tower to a gas-liquid separator and supplying it through a first heat exchanger and a condenser;
A condensed water supply line for supplying the condensed water separated by the gas-liquid separator to the regeneration tower and supplied through a second heat exchanger; and
A lean absorbent supply line for supplying the lean ansorbent recycled from the regeneration tower to the absorption tower, but supplying the lean ansorbent to the absorption tower through an economizer, a second heat exchanger, and a cooler,
In the first heat exchanger, the first rich absorbent supply line and the processing gas discharge line cross and heat exchange,
In the second heat exchanger, the lean absorbent is cooled by heat exchange with condensed water,
The regeneration tower includes an inter-heater,
The inter-heater uses the high temperature condensate generated in the reboiler as a heat source,
When a part of the absorbent solution in the regeneration tower is supplied to the inter-heater, it is heated and re-injected into the regeneration tower at a flow rate of 10 to 1500 kmol/hr,
Carbon dioxide capture system using process heat.
 제 1 항에 있어서,
상기 흡수제는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)인,
공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템.
The method of claim 1,
The absorbent is monoethanolamine (MEA),
Carbon dioxide capture system using process heat.
 제 1 항에 있어서,
상기 이코노마이저에는 상기 분배기에 공급된 리치 흡수제 총 중량의 0.55 내지 0.71의 중량부가 제2 리치 흡수제 분배라인을 통해 공급되는,
공정열을 활용한 이산화탄소 포집 시스템.
The method of claim 1,
The economizer is supplied with a weight part of 0.55 to 0.71 of the total weight of the rich absorbent supplied to the distributor through a second rich absorbent distribution line,
Carbon dioxide capture system using process heat.
 삭제delete 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑 및 상기 흡수제로부터 처리 가스를 분리하는 재생탑을 구비한 이산화탄소 포집 방법으로,
상기 포집 방법은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 흡수탑으로 공급하여 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키는 단계;
상기 흡수탑 내에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제(rich absorbent)를 흡수제 분배기로 공급하는 단계;
상기 흡수제 분배기에서 분할한 일부 리치 흡수제를 제1 열교환기로 공급하는 단계;
상기 흡수제 분배기에서 분할한 나머지 리치 흡수제를 재생탑으로 공급하되 이코노마이저(economizer)를 거쳐 공급하는 단계;
상기 재생탑에서 방출되는 처리가스를 기-액 분리기로 공급하되 제1 열교환기 및 응축기를 거쳐 공급하는 단계;
상기 기-액 분리기에서 분리된 응축수를 재생탑으로 공급하되 제2 열교환기를 거쳐 공급하는 단계 및,
상기 재생탑에서 재생된 흡수제(lean ansorbent)를 흡수탑으로 공급하되 이코노마이저, 제2 열교환기 및 냉각기를 거쳐 흡수탑으로 공급되는 단계를 포함하고,
상기 제1 열교환기에서는 상기 일부 리치 흡수제가 처리가스와 열교환하여 예열되며,
상기 제2 열교환기에서는 린 흡수제가 응축수와 열교환하여 냉각되고,
상기 재생탑은 인터-히터(inter-heater)를 포함하며,
상기 인터-히터는 재비기에서 발생되는 고온의 응축물을 열원으로 사용하고,
상기 재생탑 내의 흡수제 용액의 일부가 인터-히터로 공급되면 가열되어 10 내지 1500 kmol/hr의 유량으로 재생탑으로 재주입되는,
공정열을 활용한 이산화탄소 포집 방법.A carbon dioxide capture method comprising an absorption tower for absorbing carbon dioxide using an absorbent and a regeneration tower for separating a process gas from the absorbent,
The collecting method includes: supplying exhaust gas including carbon dioxide to an absorption tower to absorb carbon dioxide by an absorbent;
Supplying a rich absorbent that has absorbed carbon dioxide in the absorption tower to an absorbent distributor;
Supplying a portion of the rich absorbent divided by the absorbent distributor to a first heat exchanger;
Supplying the remaining rich absorbents divided by the absorbent distributor to a regeneration tower, but supplying them through an economizer;
Supplying the processed gas discharged from the regeneration tower to a gas-liquid separator, but supplying it through a first heat exchanger and a condenser;
Supplying the condensed water separated by the gas-liquid separator to the regeneration tower but passing through a second heat exchanger; and
Supplying the lean ansorbent recycled from the regeneration tower to the absorption tower, but supplying the lean ansorbent to the absorption tower through an economizer, a second heat exchanger, and a cooler,
In the first heat exchanger, the part of the rich absorbent is preheated by heat exchange with the processing gas,
In the second heat exchanger, the lean absorbent is cooled by heat exchange with condensed water,
The regeneration tower includes an inter-heater,
The inter-heater uses the high temperature condensate generated in the reboiler as a heat source,
When a part of the absorbent solution in the regeneration tower is supplied to the inter-heater, it is heated and re-injected into the regeneration tower at a flow rate of 10 to 1500 kmol/hr,
Carbon dioxide capture method using process heat.
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