KR20180023373A - 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법 - Google Patents

산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180023373A
KR20180023373A KR1020160108563A KR20160108563A KR20180023373A KR 20180023373 A KR20180023373 A KR 20180023373A KR 1020160108563 A KR1020160108563 A KR 1020160108563A KR 20160108563 A KR20160108563 A KR 20160108563A KR 20180023373 A KR20180023373 A KR 20180023373A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
absorbent
acid gas
acidic
acid
gas
Prior art date
Application number
KR1020160108563A
Other languages
English (en)
Inventor
임호진
아킬 아프잘
최보미
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020160108563A priority Critical patent/KR20180023373A/ko
Publication of KR20180023373A publication Critical patent/KR20180023373A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/75—Multi-step processes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/38—Removing components of undefined structure
    • B01D53/40—Acidic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/8678—Removing components of undefined structure
    • B01D53/8681—Acidic components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/102—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20494—Amino acids, their salts or derivatives
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/20—Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209—Other metals
    • B01D2255/2092—Aluminium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

본 발명은 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는
배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템에 관한 것이다.

Description

산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법{SYSTEM FOR COLLECTING ACID GAS INCLUDING ACIDIC CATALYST AND METHOD FOR COLLECTING THE SAME}
본 발명은 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산성가스를 흡수한 흡수제가 재생탑으로 공급되기 전에 산성촉매 층을 통과하거나 또는 산성촉매 층을 포함하는 재생탑으로 산성가스를 흡수한 흡수제를 공급하여 상기 흡수제와 산성가스의 분리시 필요한 에너지를 감소시키고, 재생에너지 사용량 및 재생탑 크기를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에서는 혼합가스 중 산성가스 포집을 위한 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액 또는 암모니아수 등을 단독 혹은 혼합한 흡수제를 사용하는 흡수 및 탈거 공정에 관한 것으로 보다 자세하게는 흡수탑에서 산성가스를 흡수하여 재생탑으로 이동하는 흡수제(리치아민)를 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 이 흡수제를 산성촉매 층을(알루미나, 제올라이트 등) 통과시켜 재생탑으로 공급하여 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하며, 재생탑 내부에 산성촉매 층을 구성하여 흡수제와 산성가스 분리를 촉진하여 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있는 시스템 및 방법이다. 산성 촉매는 수소이온을 리치아민에 공급하여 흡수제와 산성가스의 분리를 촉진한다.
최근 지구온난화의 원인 물질인 온실가스를 포집하고 저장하는 노력이 국제적으로 경주되고 있다. 특히 온실가스 중 산성가스인 이산화탄소를 줄이기 위하여 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있다. 화력발전소 등 연소설비에서 발생하는 산성가스인 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 연구되고 있다. 이산화탄소를 포집하기 위한 아민계 포집공정은 화학적 흡수기술의 일종으로 석유화학 공정 중 개질공정에서 적용된 바 있는 기술적 신뢰성이 확보된 기술이나 석유화학 공정가스가 아닌 연소 배가스에 적용하기 위해서는 공정의 개선이 필요한 분리기술이다.
종래의 화학적 흡수제를 이용한 산성가스의 흡수 및 탈거 공정에 대한 흐름도는 도 1과 같다. 냉각된 배가스(1)는 통상적으로 40~60℃의 온도에서 흡수제(2)와 접촉되며, 산성가스는 흡수제 내의 화학적 흡수제와 결합한 다음, 순환되는 세척용 물(3)을 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말동반하는 것을 방지한 후, 흡수탑(9)에서 배출된다. 출구 가스에 산성가스 농도는 흡수제에서의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 출구 산성가스 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑이 높아져야 한다. 화학적 결합에 의해 산성가스를 흡수한 흡수제(5)는 열교환기(10)를 거쳐 가열되어 재생탑(11)의 상부로 주입된다. 흡수제의 재생은 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 재생탑에서 수행된다. 재생 조건을 유지하기 위하여 열이 리보일러(12)로 공급되며 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 공급되는 에너지는 흡수제에서 화학적으로 결합되어 있는 산성가스를 탈거시키고 탈거된 산성가스와 수증기의 혼합가스(6)는 응축기(13)에서 회수되어 재생탑(11)로 다시 공급된다. 산성가스가 탈거된 흡수제(2)는 열교환기(10)를 거쳐 흡수탑 수준의 온도로 낮추어 흡수탑으로 펌프에 의해 이송된다.
상기한 산성가스의 흡수 및 탈거공정에서 흡수제의 재생을 위해 많은 에너지가 소모되므로 재생에너지를 줄이기 위한 흡수제와 관련 공정의 개발이 절실히 요구되고 있다. 특히 탈거 공정의 장치 및 흐름을 최적화하여 가장 경제적인 산성가스, 대표적으로 연소 반응에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소의 포집효율을 높이고자 하는 연구가 진행되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 흡수제의 재생을 위한 재생에너지를 줄일 수 있는 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한 본 발명은, 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.
또한 본 발명은, 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및 산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.
본 발명의 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법은 흡수제와 산성가스의 분리 시 필요한 에너지를 최소화할 수 있으며, 종래의 흡수제와 산성가스 분리회수 시스템 및 방법보다 재생에너지 사용량과 재생탑 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법은 가스 분리회수 공정 운전 시, 가장 많은 비중을 차지하는 재생에너지 비용을 줄이고 재생탑의 높이를 작게 설계할 수 있어서 초기 투자비를 줄일 수 있는 경제적인 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 혼합가스 중 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 흡수제와 산성가스의 분리 시 필요한 에너지를 최소화하는 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법에 관한 것이다.
구체적으로 본 발명의 일 측면에 따르면 본 발명은,
배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및 상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계; 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및 산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), MDEA(methyl diethanolamine), TEA(triethanolamine)를 포함한 알킬계, 아세틸계 혹은 피퍼라진계열의 아민용액 또는 그 혼합용액으로 이루어진 흡수제를 사용할 수 있다.
상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 이산화탄소가 포화된 리치아민인 것을 특징으로 한다.
상기 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제는 린아민인 것을 특징으로 한다.
상기 열교환기는 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 탈거탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 95℃ 내지 110℃로 승온되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 100 내지 105℃로 승온될 수 있다.
상기 산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 상기 산성촉매는 알루미나일 수 있다.
본 발명에서는 흡수탑에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 상기 흡수제를 산성촉매 층으로 통과시킨 후, 재생탑으로 공급하여 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하거나 또는 재생탑 내부에 산성촉매 층을 구성하여 흡수제와 산성가스 분리를 촉진하여 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있게 하였다. 본 발명에 사용된 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 산성가스를 포함하고 있는 화학공정가스 및 연소 배가스는 흡수탑에 의해 발생되는 압력강하를 극복하기 위하여 팬을 이용하여 배가스 냉각기로 보내지고 냉각된 배가스는 통상적으로 40 내지 60℃의 온도에서 흡수제와 접촉한다. 배가스 중 산성가스는 흡수제와 접촉되어 흡수되며 산성가스를 빼앗긴 배가스는 흡수제 증기가 비말하는 것을 방지하기 위한 세정장치를 거친 후 흡수탑에서 배출된다. 흡수액(리치아민)의 0 내지 50%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 나오는 흡수제(린아민)와 열교환하여 승온(100~105℃)되고, 상기 승온된 흡수제를 산성촉매 층에 통과시켜 재생탑 상부에서 산성가스와 흡수제의 분리를 촉진하거나, 또는 재생탑 전체를 산성촉매로 구성하여 산성가스와 흡수제의 분리가 용이하게 일어날 수 있다. 이와 같이 본 발명은 저에너지로 산성가스를 과량 탈거할 수 있으며, 흡수제와 산성가스의 탈거가 알루미나, 제올라이트 등 표면에 산성을 띠는 촉매에 의해 촉진되어 보편적인 아민 흡수제의 산성가스 분리회수 시스템 보다 재생에너지 사용량 및 재생탑 크기를 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 산성촉매 도입을 통해 리보일러에서 사용하는 스팀의 약 20% 이상을 감소시킬 수 있고, 상기와 같이 사용 스팀량이 감소하게 되면 린-리치 열교환기를 통과하는 리치아민 온도가 100℃이하로 감소하여 배관 해머링 현상도 방지 가능한 것을 특징으로 한다.
이하, 비교예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
[실시예]
실시예 1
30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3 유량으로 흡수탑 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 흡수탑에서 흡수제와 이산화탄소의 발열반응에 의해 승온된 흡수제의 30%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 배출되는 린아민과 1차 열교환하여 승온(100~105℃)되며, 상기 승온된 흡수제를 알루미나 산성촉매 층을 통과시켜 재생탑 상부에서 이산화탄소와 흡수제의 분리를 촉진하는 시스템을 설치하였다. 실시예 1의 산성가스 포집시스템을 도 2에 나타내었다.
실시예 2
30wt%의 모노에탄올아민을 흡수제로 이용하여 15 vol%의 이산화탄소를 포함하고 있는 40℃로 조절된 연소배가스를 2.0m3 유량으로 흡수탑 하부에 투입하였다. 흡수제의 순환량은 100ml/min, 흡수탑에 투입되는 흡수제의 온도는 40 ℃로 하였다. 흡수탑에서 흡수제와 이산화탄소의 발열반응에 의해 승온된 흡수제의 30%(리치아민 지류)가 재생탑 하부에서 배출되는 린아민과 1차 열교환하여 승온(100~105℃)되며, 상기 승온된 흡수제를 알루미나 산성촉매 층으로 구성된 재생탑으로 통과시켜 상기 재생탑 상부에서 이산화탄소와 흡수제의 분리를 촉진하는 시스템을 설치하였다. 실시예 2의 산성가스 포집시스템을 도 3에 나타내었다.
비교예 1
상기 실시예 2에서 흡수탑에서 배출된 흡수액을 재생탑에서 배출된 고온의 흡수액으로만 열교환하고 재생탑과 리보일러 순으로 흡수제가 통과하며, 재생탑의 높이가 실시예 2의 재생탑 높이의 1.2배인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 설치하였다. (일반적인 상용공정과 동일)
[평가 및 결과]
실험예 1: 리보일러 열사용량
상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따른 리보일러 열사용량을 표 1로 나타내었다. 흡수탑으로 들어오기 전과 흡수탑을 거친 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하고, 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 리보일러 열사용량을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예/비교예 알루미나 산성촉매 사용 여부 및 설치 위치 리보일러 열사용량 (GJ/ton-CO2)
실시예 1 1. 알루미나 산성촉매 사용
2. 알루미나 산성촉매 리치아민 배관에 20cm 충진 사용(100g)		 3.38
실시예 2 1. 알루미나 산성촉매 사용
2. 알루미나 산성촉매로 재생탑 구성(800g)		 3.05
비교예 1 1. 알루미나 산성촉매 미사용 3.85
표 1을 참고하면, 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 리보일러 열사용량은 각각 3.38, 3.05, 3.85 GJ/ton-CO2으로 나타났다. 상기 실시예 1 및 실시예 2의 경우, 비교예 1에 비하여 동일한 이산화탄소의 제거효율(90%)에서 동일한 이산화탄소를 포집하는데 리보일러의 열사용량이 더 적게 사용됨을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과를 볼 때 동일한 이산화탄소 제거율을 기준으로 본 발명의 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법을 적용할 경우, 리보일러에 사용되는 스팀사용량을 획기적으로 감소시킬 수 있고, 재생탑으로 공급되는 리치아민 총량의 감소로 재생탑 높이도 줄일 수 있어서, 초기 투자비 또한 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1. 배가스
2. 재생된 흡수제(린아민)
3. 세척수
4. 이산화탄소가 제거된 배가스
5. 이산화탄소가 포화된 흡수제(리치아민 본류)
6. 이산화탄소와 수증기 혼합가스
7. 이산화탄소
8. 응축수
9. 흡수탑
10. 린-리치아민 열교환기
11. 재생탑
12. 리보일러
13. 응축기
14. 린아민 냉각기
15. 산성촉매
16. 촉매 유실방지용 지지체

Claims (11)

  1. 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기;
    상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 통과시키는 산성촉매 층; 및
    상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  2. 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 열교환기; 및
    상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는, 산성촉매 층을 포함하는 재생탑;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염계 용액 및 암모니아수로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제는 이산화탄소가 포화된 리치아민인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제는 린아민인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 열교환기는 상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 탈거탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 95℃ 내지 110℃로 승온시키는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산성가스는 이산화탄소, 황화수소, 이산화황, 이산화질소 및 황화카보닐로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템.
  9. 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계;
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계;
    상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 재생탑으로 공급하기 전에 산성촉매 층을 통과시키는 제3단계; 및
    상기 산성촉매 층을 통과한 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.
  10. 흡수탑으로 공급된 배가스 중에 함유된 산성가스를 흡수제에 흡수시켜 제1 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제1단계;
    상기 제1 산성가스 포화 흡수제와 재생탑 하부에서 배출되는 흡수제를 열교환하여 승온된 제2 산성가스 포화 흡수제를 생성하는 제2단계; 및
    산성촉매 층을 포함하는 재생탑에서 상기 제2 산성가스 포화 흡수제를 산성가스 및 흡수제로 분리하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 산성촉매는 알루미나, 실리카알루미나 및 제올라이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집방법.
KR1020160108563A 2016-08-25 2016-08-25 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법 KR20180023373A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160108563A KR20180023373A (ko) 2016-08-25 2016-08-25 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160108563A KR20180023373A (ko) 2016-08-25 2016-08-25 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180023373A true KR20180023373A (ko) 2018-03-07

Family

ID=61689047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160108563A KR20180023373A (ko) 2016-08-25 2016-08-25 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180023373A (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109432984A (zh) * 2018-12-06 2019-03-08 叶丽清 一种机加工废气收集装置
KR20210078986A (ko) * 2019-12-19 2021-06-29 주식회사 포스코 산성가스 함유 배가스로부터 산성가스를 제거하는 배가스 정제장치 및 방법
KR20220039284A (ko) * 2020-09-22 2022-03-29 한국전력공사 다공성 금속구조체 촉매를 이용한 산성가스 포집 시스템
CN116808784A (zh) * 2023-08-10 2023-09-29 达高工业技术研究院(广州)有限公司 二氧化碳捕捉剂及其制备方法和二氧化碳的捕捉方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109432984A (zh) * 2018-12-06 2019-03-08 叶丽清 一种机加工废气收集装置
KR20210078986A (ko) * 2019-12-19 2021-06-29 주식회사 포스코 산성가스 함유 배가스로부터 산성가스를 제거하는 배가스 정제장치 및 방법
KR20220039284A (ko) * 2020-09-22 2022-03-29 한국전력공사 다공성 금속구조체 촉매를 이용한 산성가스 포집 시스템
KR20220117185A (ko) * 2020-09-22 2022-08-23 한국전력공사 다공성 금속구조체 촉매를 이용한 산성가스 포집 시스템
KR20220117862A (ko) * 2020-09-22 2022-08-24 한국전력공사 다공성 금속구조체 촉매를 이용한 산성가스 포집 시스템
CN116808784A (zh) * 2023-08-10 2023-09-29 达高工业技术研究院(广州)有限公司 二氧化碳捕捉剂及其制备方法和二氧化碳的捕捉方法
CN116808784B (zh) * 2023-08-10 2024-01-19 达高工业技术研究院(广州)有限公司 二氧化碳捕捉剂及其制备方法和二氧化碳的捕捉方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5507584B2 (ja) アミン放出物制御のための方法およびプラント
JP5597260B2 (ja) 燃焼排ガス中の二酸化炭素除去装置
KR101751723B1 (ko) 산성가스 포집 시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
JP2016159239A (ja) 二酸化炭素の回収装置および回収方法
KR20180023373A (ko) 산성촉매 층을 포함하는 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
JP5738137B2 (ja) Ｃｏ２回収装置およびｃｏ２回収方法
JP2018122278A (ja) 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去方法および酸性ガス除去装置
KR101726162B1 (ko) 산성가스 포집을 위한 탈거장치의 에너지원 재사용 방법
KR101199473B1 (ko) 산성가스 분리 회수 장치
KR101190725B1 (ko) 산성가스 분리회수 장치
KR102091882B1 (ko) 탈거공정 개선을 통한 산성가스 포집시스템 및 이를 이용한 산성가스 포집방법
KR101956927B1 (ko) 스팀응축수에 포함된 증기의 재순환을 통한 이산화탄소 포집공정 및 시스템
KR101951047B1 (ko) 화학적 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치
KR20150004562A (ko) 이산화탄소 포집 장치
JP2016112482A (ja) 二酸化炭素回収方法および二酸化炭素回収装置
KR20200011761A (ko) 금속 산화물 촉매를 이용한 아민계 이산화탄소 흡수제의 증류 재생방법
KR20130047470A (ko) 암모니아수 흡수용액을 사용하는 개선된 이산화탄소 포집 방법 및 이를 구현하는 장치
JP2012115779A (ja) Ｃｏ２回収システム
KR101725555B1 (ko) 흡수효율이 향상된 이산화탄소 회수장치 및 회수방법
KR20160035790A (ko) 탈거탑 리보일러의 응축수 에너지를 재활용한 이산화탄소 포집 장치
KR101630054B1 (ko) 산성가스 포집 시스템 및 그 포집 방법
JP2014205102A (ja) 被処理ガス中の二酸化炭素を回収する方法およびそのための装置
JP2019135034A (ja) 酸性ガス回収装置および酸性ガス回収方法
KR20230001891A (ko) 산성가스 포집 시스템 및 산성가스 포집 방법
KR20180024464A (ko) 탈염수를 이용한 산성가스 포집방법