KR101899600B1 - 이산화 탄소 처리장치 - Google Patents
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Abstract
이 발명은, 탈거탑 상부로 배출되는 이산화탄소에 포함된 수증기를 응축 후, 탈거탑으로 재순환하고, 세척단을 거친 후, 응축수 포집단을 추가로 구비하여 포집하여 리보일러로 보냄으로써 탈거 효율을 높이고, 재생에너지 소비를 줄이는 이산화 탄소 처리장치에 관한 것으로서,
이산화탄소 함유 배가스 및 흡수액이 공급되고, 흡수액에 의해 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑; 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액이 공급되고, 상기 이산화탄소 함유 흡수액으로 부터 기화된 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 함유 가스를 배출하는 탈거탑; 상기 탈거탑에서 기화된 이산화탄소 흐름에 포함되어 있는 수증기를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 응축수와 이산화탄소를 기액분리하여 응축수는 탈거탑으로 재순환하고 이산화탄소는 배출하는 리플럭스 드럼; 재순환된 응축수를 이용하여 상기 탈거탑에서 기화되는 흡수액을 포집하고 기화되는 이산화탄소 흐름을 냉각시키는 세척단; 상기 세척단에서 사용된 응축수를 모으기 위한 응축수 포집단; 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수를 리보일러로 이송하는 이송관; 탈거탑 하단에서 이산화탄소가 제거된 흡수액의 일부는 리보일러로 보내지고 일부는 흡수탑에서 나온 이산화탄소를 포함한 흡수액과 열교환하기 위한 열교환기; 및 스팀 및 전기를 사용하여 탈거탑에 흡수액과 이산화탄소의 분리를 위한 열에너지를 공급하는 리보일러를 포함하여 이루어진다.
이산화탄소 함유 배가스 및 흡수액이 공급되고, 흡수액에 의해 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑; 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액이 공급되고, 상기 이산화탄소 함유 흡수액으로 부터 기화된 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 함유 가스를 배출하는 탈거탑; 상기 탈거탑에서 기화된 이산화탄소 흐름에 포함되어 있는 수증기를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 응축수와 이산화탄소를 기액분리하여 응축수는 탈거탑으로 재순환하고 이산화탄소는 배출하는 리플럭스 드럼; 재순환된 응축수를 이용하여 상기 탈거탑에서 기화되는 흡수액을 포집하고 기화되는 이산화탄소 흐름을 냉각시키는 세척단; 상기 세척단에서 사용된 응축수를 모으기 위한 응축수 포집단; 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수를 리보일러로 이송하는 이송관; 탈거탑 하단에서 이산화탄소가 제거된 흡수액의 일부는 리보일러로 보내지고 일부는 흡수탑에서 나온 이산화탄소를 포함한 흡수액과 열교환하기 위한 열교환기; 및 스팀 및 전기를 사용하여 탈거탑에 흡수액과 이산화탄소의 분리를 위한 열에너지를 공급하는 리보일러를 포함하여 이루어진다.
Description
이 발명은 이산화 탄소 처리장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 탈거탑 상부로 배출되는 이산화탄소에 포함된 수증기를 응축 후, 탈거탑으로 재순환하고, 세척단을 거친 후, 응축수 포집단을 추가로 구비하여 포집하여 리보일러로 보냄으로써 탈거 효율을 높이고, 재생에너지 소비를 줄이는 이산화 탄소 처리장치에 관한 것이다.
지구온난화의 원인 물질인 온실가스를 포집하고 저장하는 노력이 국제적으로 경주되고 있다. 특히 온실가스 중 산성가스인 이산화탄소를 줄이기 위해 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있다. 화학적 흡수법은 흡수액을 사용하여 이산화탄소를 흡수, 제거하는 것으로서, 높은 효율과 안정적인 공정 때문에 가장 많이 적용되고 있다.
화학적 흡수액을 이용한 일반적인 이산화탄소 흡수 및 탈거 공정에 따르면, 기본적으로 흡수탑과 탈거탑을 구비한다. 흡수탑에는 이산화탄소 함유 배가스와 흡수액이 공급되며, 상기 배가스 내의 이산화탄소는 화학반응에 의해 흡수액에 흡수된다. 이산화탄소가 제거된 배가스는 흡수탑 상부로 배출되며, 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액은 흡수탑 하부로 이동하여 탈거탑으로 이송된다. 이를 이산화탄소 흡수 공정이라 한다. 탈거탑에서는 상기 이산화탄소 함유 흡수액이 가열되어 흡수액으로부터 이산화탄소가 분리된다. 상기 흡수액으로터 분리된 이산화탄소는 탈거탑 상부로 배출되며, 이산화탄소가 분리된 흡수액은 흡수탑으로 이송되어 재사용된다. 이를 탈거공정 또는 흡수액의 재생공정이라 한다.
도 1은 종래의 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 이산화탄소 처리장치의 구성은, 가스투입라인을 통하여 입력되는 배가스(101)의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(201)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프(103)를 거쳐서 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(202)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 탈거탑(203)과, 탈거탑(203)으로부터 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(104)를 응축시키기 위한 응축기(205)와, 응축기(205)에 연결되어 응축수를 분리해서 탈거탑(203)으로 다시 공급하는 리플럭스드럼(206)과, 탈거탑(203)에 열에너지를 공급하는 리보일러(204)와, 탈거탑(203)으로부터 펌프(102)에 의해 공급되는 이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제(102)를 흡수탑 수준의 온도로 낮추어서 흡수탑(201)으로 공급하는 열교환기(202)를 포함하여 이루어진다.
상기한 흡수탑(201)의 내부에는 충진층(207)과. 포집단(208)과, 세척단(209)이 설치되며, 상기한 탈거탑(203)의 내부에는 충진층(207)과 세척단(209)이 설치되는 구조로 이루어진다.
상기한 구성에 의한 일반적인 이산화탄소 처리장치의 작용은 다음과 같다.
가스투입라인의 냉각된 배가스(101)가 흡수탑(201)으로 유입되어 40~60℃의 온도에서 흡수제(102)와 접촉되며, 이 과정에서 이산화탄소는 흡수제(102)와 결합되어 제거된다.
이와 같이 이산화탄소가 제거된 배가스(109)는 펌프(108)에 의해 순환되는 세척수를 이용하여 흡수제 또는 증기가 비말되는 것이 방지되면서 흡수탑(201)으로부터 배출된다. 배가스(109)의 이산화탄소의 농도는 흡수제(102)와의 화학 반응으로 감소시킬 수 있지만, 낮은 이산화탄소 농도를 유지하기 위해서는 흡수탑(201)이 높아져야 한다. 흡수탑(201)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다.
흡수탑(201)에서 화학적 결합에 의해 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 펌프(103)를 통해 열교환기(202)로 전달되어 열교환기(202)에 의해서 가열되며, 이와 같이 열교환기(202)에 의해 가열된 흡수제는 탈거탑(203)의 상부로 주입된다.
탈거탑(203)에서는 높은 온도(110-140℃) 및 대기압 정도의 압력에서 흡수제의 재생이 수행된다. 이와 같은 고온의 재생 조건을 유지하기 위하여 터빈 수증기 등의 열원이 리보일러(204)로부터 공급되며, 이 과정에서 열에너지가 소모된다. 탈거탑(203)으로 공급되는 열에너지는 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시킨다.
이와 같이 흡수제로부터 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스(104)는 응축기(205)에서 응축되고, 리플럭스 드럼(206)에서 이산화탄소 가스(105)와 응축수(106)로 분리된 후, 응축수(106)는 탈거탑(203)으로 다시 공급된다.
이산화탄소가 탈거된 재생 흡수제는 펌프(102)에 의해 열교환기(202)로 공급되고, 열교환기(202)를 거쳐서 흡수탑 수준의 온도로 낮추어져서 흡수탑(201)으로 이송된다.
상기 탈거탑(203)에서 이산화탄소 함유 흡수액으로부터 이산화탄소를 탈거하는 공정은 100~140℃의 높은 온도에서 수행되며, 이러한 온도를 유지하기 위해 많은 열에너지가 소모됨으로써 상기 이산화탄소 흡수 및 탈거공정에서 소모되는 에너지를 줄이기 위한 흡수액과 관련 공정의 개발이 요구되고 있다.
그러나 종래의 기술은 탈거탑(203)의 상부로 배출되는 이산화탄소에 포함되어 있는 수증기를 응축기(205)에서 응축수로 만든 후 탈거탑(203)으로 재순환시키고, 탈거탑(203)의 포집단(209)으로 이송된 응축수는 이후 상기 탈거탑(205)을 따라 내려오며 이산화탄소를 흡수한 흡수제와 혼합되며 혼합된 흡수제는 리보일러로(204)부터 얻은 열에너지를 이용하여 이산화탄소와 흡수제를 분리하게 되는데. 이때 탈거탑(203)의 포집단(209)으로 유입된 응축수는 탈거탑(203)의 온도를 떨어뜨리고 흡수액과의 혼합에 의하여 리보일러(204)로 공급되는 흡수액의 량을 증가시켜 탈거탑(203)의 열에너지 소비를 증가시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 탈거탑 상부로 배출되는 이산화탄소에 포함된 수증기를 응축 후, 탈거탑으로 재순환하고, 세척단을 거친 후, 응축수 포집단을 추가로 구비하여 포집하여 리보일러로 보냄으로써 탈거 효율을 높이고, 재생에너지 소비를 줄이는 이산화 탄소 처리장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 이산화탄소 함유 배가스 및 흡수액이 공급되고, 흡수액에 의해 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑; 상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액이 공급되고, 상기 이산화탄소 함유 흡수액으로 부터 기화된 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 함유 가스를 배출하는 탈거탑; 상기 탈거탑에서 기화된 이산화탄소 흐름에 포함되어 있는 수증기를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 응축수와 이산화탄소를 기액분리하여 응축수는 탈거탑으로 재순환하고 이산화탄소는 배출하는 리플럭스 드럼; 재순환된 응축수를 이용하여 상기 탈거탑에서 기화되는 흡수액을 포집하고 기화되는 이산화탄소 흐름을 냉각시키는 세척단; 상기 세척단에서 사용된 응축수를 모으기 위한 응축수 포집단; 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수를 리보일러로 이송하는 이송관; 탈거탑 하단에서 이산화탄소가 제거된 흡수액의 일부는 리보일러로 보내지고 일부는 흡수탑에서 나온 이산화탄소를 포함한 흡수액과 열교환하기 위한 열교환기; 및 스팀 및 전기를 사용하여 탈거탑에 흡수액과 이산화탄소의 분리를 위한 열에너지를 공급하는 리보일러를 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 리보일러로 보내지는 흡수액의 량은 열교환기로 보내지는 흡수액의 량과 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수의 량에 따라 결정되는 유량조절 장치를 더 구비하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 리플럭스 드럼에서 재순환되는 응축수의 일부는 리보일러로 및 흡수탑의 세척단으로 주입되거나 장치의 물질수지를 위하여 폐기되면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수의 일부는 탈거탑 하부로 보내지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 응축수 포집단에서 포집된 응축수의 일부 또는 전부가 세척단 상부로 보내져 순환되면 바람직하다.
이 발명은, 탈거탑 상부로 배출되는 이산화탄소에 포함된 수증기를 응축 후, 탈거탑으로 재순환하고, 세척단을 거친 후, 응축수 포집단을 추가로 구비하여 포집하여 리보일러로 보냄으로써 이산화탄소 포집 및 탈거 공정에 소모되는 에너지를 획기적으로 줄일 수 있으며, 탈거탑의 용량을 작게 설계할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 이 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 이 발명의 제4 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 4는 이 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
도 5는 이 발명의 제4 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도이다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 일예로서, 방향에 관한 용어는 설명상의 편의를 위하여 도면상에 표현된 위치를 기준으로 설정하기로 한다.
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도로서, 탈거탑(203)에 포집단(208)이 구비되어 있고, 세척단(209)을 거쳐서 포집된 응축수(113)를 리보일러(204)로 이송하는 이송관(113)을 구비되어 있는 점을 제외하면 도 1에 도시되어 있는 종래의 이산화탄소 처리장치의 구성과 동일하며, 탈거탑(203)의 열에너지 소비를 줄이기 위하여 세척단(209)으로 유입된 응축수를 포집단(208)에서 격리한 후 바로 리보일러(204)로 이송하여 냉각과 혼합에 의한 에너지 소비를 감소시킬 수 있다.
상기한 구성에 의한 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치의 작용은 다음과 같다.
탈거탑(203)에서 기화된 이산화탄소 흐름(104)에 포함되어 있는 수증기는 약 25oC에서 35oC의 냉각수를 이용하는 응축기(205)에서 응축되며 상기 응축기(205)에서 응축된 응축수(106)와 이산화탄소(105)를 리플럭스드럼(206)에서 기액분리하여 응축수(106)는 탈거탑(203)으로 재순환하고 이산화탄소(105)는 배출하게 된다.
상기 탈거탑(203)으로 재순환되는 응축수(106)는 세척단(209)의 상부로 보내져 탈거탑(203)에서 일부 기화되는 흡수액을 포집하고 이산화탄소 흐름을 냉각하게 된다.
탈거탑(203)으로 유입된 응축수(106)는 탈거탑(203)의 내부를 흘러내리면서 탈거탑(203)의 온도를 떨어뜨려 공정의 에너지 소비를 증가시키고, 또한 이산화탄소를 포함하고 있는 흡수액과 혼합에 의하여 탈거탑의 열에너지를 얻기 위한 열매체인 수증기를 생산하기 위한 리보일러(204)에서 과량의 흡수액을 유입하므로 리보일러(203)의 열부화를 증가시키게 되는데, 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 탈거탑(203)의 세척단(209)의 하부에 응축수를 포집하는 포집단(208)과 포집된 응축수를 리보일러(204)로 이송하는 이송관(113)을 구비하여, 응축수에 의한 탈거탑(203)의 냉각과 이산화탄소 포함 흡수액의 혼합에 의한 열에너지의 소비를 줄인다.
상기 탈거탑(203)의 포집단(208)은 굴뚝(chimney)형, 버블(bubble)형, 유니플럭스(uniflux)형, 밸브(valve)형, 발라스트(ballast)형, 플렉스트레이(flexitray)형, 너터플로트밸브(nutter float valve)형 및 샤우어(shower)형, 시브(sheive)형, 리플(ripple)형의 단(tray)일 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않으며, 통상의 기술자가 용이하게 사용할 수 있는 포집 수단을 이용할 수 있다.
상기 탈거탑(203)의 포집단(208)에서 포집된 응축수는 보온된 이송관(113)을 통해 리보일러(204)로 유입된다.
상기 탈거탑(203)에서 요구되는 열에너지는 리보일러(204)에 의해 공급되며 열을 전달하기 위하여 흡수액 수용액 중 리보일러(204)에서 만들어지는 수증기를 이용한다. 따라서 리보일러(204)로 유입되는 흡수액 중 물의 농도를 높이면 유입되는 흡수액의 량을 줄이면 리보일러(204)의 부하를 낮출 수 있다.
이에따라 탈거탑(203)의 포집단(208)에서 응축수를 유입하고 리보일러(204)로 유입되는 탈거탑 하단의 흡수액의 유입량을 줄이므로 탈거탑(203)의 에너지 효율을 높인다. 이를 위해 상기 리보일러(204)로 보내지는 흡수액(110)의 량은 열교환기(202)로 보내지는 흡수액(102)의 량과 상기 응축수 포집단(208)에서 포집된 응축수의 량에 따라 결정되는 유량조절 장치(210)를 구비한다. 상기 유량조절장치(210)는 유량 계측장치와 유량조절 밸브를 통하여 자동 제어 되도록 한다.
도 3은 이 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도로서, 리플럭스 드럼(208)에서 재순환되는 응축수를 흡수탑(201)의 세척단(209)으로 주입되거나 폐기하는 점을 제외하면 도 2에 도시되어 있는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치의 구성과 동일하다.
흡수탑(201)에는 이산화탄소 함유 배가스(101) 및 흡수액(102)이 공급되고, 흡수액(102)에 의해 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 흡수한다. 이산화탄소가 제거된 배가스(109)는 흡수탑(201)의 상부로 빠져 나가게 된다. 이때 배가스 중에는 비말동반하는 흡수제가 존재하게 되고 이를 방지하기 위하여 흡수탑(201)에 세척단(209)을 설치하여 세척수를 뿌려주어 흡수액의 비말동반과 배가스의 온도를 낮추게 된다.
상기 세척수(108)를 리플럭스 드럼(206)에서 재순환되는 응축수(106)의 일부를 사용하거나, 폐기(114)를 하는 설비를 추가로 구비할 수 있다.
도 4는 이 발명의 제3 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도로서, 탈거탑(203)의 포집단(208)에서 포집되어 리보일러(204)로 이송되는 응축수중의 일부를 탈거탑(203)의 하부로 보내는 구성을 제외하면 도 2에 도시되어 있는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치의 구성과 동일하다.
탈거탑(203)의 물의 물질수지는 일정하게 유지되어야 한다. 이와 같은 탈거탑(203)의 물질수지를 유지하고 재순환되는 리플럭스드럼(206)의 응축수에 의한 에너지 손실을 줄이기 위하여, 탈거탑(203)의 포집단(208)에서 포집되어 리보일러(204)로 이송되는 응축수중의 일부를 탈거탑(203)의 하부로 보내는 이송관을 설치하여 직접 탈거탑(203)의 하부로 이송하게 된다.
도 5는 이 발명의 제4 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치를 나타낸 구성도로서, 탈거탑(203)의 포집단에서 포집된 응축수중의 일부가 세척단(209)의 상부로 보내져 순환되는 점을 제외하면 도 2에 도시되어 있는 이 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 처리장치의 구성과 동일하다.
탈거탑(203)의 포집단(208_에서 포집된 응축수의 일부가 탈거탑(203)의 세척단(209)의 상부로 보내져 순환하도록 하면 세척단(209)의 성능을 높이고 탈거탑(203)에서의 물의 물질수지를 유지할 수 있게 된다.
상기한 제1 실시예와 비교예로서의 종래기술과의 비교를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 응축기(205)에서 응축된 응축수를 리플럭스 드럼(206)에서 이산화탄소와 분리한 후 탈거탑(203)의 세척단(209)을 거쳐 포집단(208)에서 포집후 리보일러(204)에 이송하는 구성에, 15wt%의 이산화탄소를 포함하는 40℃의 연소배가스를 2.0㎥ 유량으로 흡수탑 하부에 공급하였다. 또한, 40℃의 20wt% 모노에탄올아민 흡수액을 100㎖/min로 흡수탑 상부에 공급하였다.
상기 탈거탑(203)의 포집단(208)에서 리보일러(204)로 보내지는 응축수의 량은 5㎖/min의 유량이며, 이때 흡수탑(201)의 하단에서 리보일러(204)로 주입되는 흡수액의 량은 93㎖/min이다.
흡수탑(201)으로 공급되기 전의 이산화탄소 함유 배가스와 흡수탑에서 배출된 배가스의 이산화탄소 농도를 가스 분석기를 이용하여 측정하여 이산화탄소 제거율을 계산하였다. 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 탈거탑의 열사용량을 계산하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(비교예)
비교예로서 도 1에 도시된 바와 같이 응축기(205)에서 응축된 응축수를 리플럭스 드럼(206)에서 이산화탄소와 분리한 후 탈거탑(203)의 세척단(209)을 거쳐 공급하는 종래기술의 구성을 이용하여, 상기한 실시예 1과 동일한 조건에서 이산화탄소 제거율을 계산하였으며, 이산화탄소 제거율이 90%일 때의 이산화탄소 포집량(ton)당 탈거탑의 열사용량 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 응축수 이송경로 | 탈거탑 열 사용량 (GJ/ton-CO2) |
|
| 실시예1 | 세척단을 거쳐 포집단에서 포집후 리보일러로 이송 |
3.65 |
| 비교예 | 응축수 미이송 | 3.80 |
실시예 1 및 비교예의 경우, 응축기에서 응축된 응축수를 리플럭스 드럼에서 이산화탄소와 분리한 후 탈거탑의 세척단을 거쳐 포집단에서 포집후 리보일러에 이송하는 장치를 구비하지 않은 비교예가 실시예 1에 비해 0.15GJ의 열 에너지를 더 사용하였다. 이로부터, 본 발명의 응축기에서 응축된 응축수를 리플럭스 드럼에서 이산화탄소와 분리한 후 탈거탑의 세척단을 거쳐 포집단에서 포집후 리보일러에 이송하는 장치는 기존의 이산화탄소 처리장치에 비해 탈거탑에 소모되는 에너지를 절감시킬 수 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 결과를 볼 때 본 발명의 이산화탄소 처리장치를 사용하여 리보일러의 용량을 획기적으로 줄이거나, 탈거탑에 소모되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있다.
101: 이산화탄소 함유 배가스 102: 재생된 흡수액
103: 이산화탄소 함유 흡수액 104: 이산화탄소 함유 가스
105: 이산화탄소 106: 응축수
107: 스팀 108: 세척수
109: 이산화탄소가 제거된 배가스 110: 리보일러로 공급되는 흡수액
111: 리보일러에 의해 가열된 흡수액 112: 리보일러에 의해 가열된 증기
113: 리보일러로 공급되는 응축수 114: 폐기되는 응축수
201: 흡수탑 202: 재생된 흡수액 열교환기
203: 탈거탑 204: 리보일러
205: 응축기 206: 리플럭스 드럼
207: 충진층 208: 세척단
209: 포집단 210: 유량조절장치
103: 이산화탄소 함유 흡수액 104: 이산화탄소 함유 가스
105: 이산화탄소 106: 응축수
107: 스팀 108: 세척수
109: 이산화탄소가 제거된 배가스 110: 리보일러로 공급되는 흡수액
111: 리보일러에 의해 가열된 흡수액 112: 리보일러에 의해 가열된 증기
113: 리보일러로 공급되는 응축수 114: 폐기되는 응축수
201: 흡수탑 202: 재생된 흡수액 열교환기
203: 탈거탑 204: 리보일러
205: 응축기 206: 리플럭스 드럼
207: 충진층 208: 세척단
209: 포집단 210: 유량조절장치
Claims (5)
- 이산화탄소 함유 배가스 및 흡수액이 공급되고, 흡수액에 의해 이산화탄소 함유 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑;
상기 이산화탄소를 흡수한 이산화탄소 함유 흡수액이 공급되고, 상기 이산화탄소 함유 흡수액으로 부터 기화된 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 함유 가스를 배출하는 탈거탑;
상기 탈거탑에서 기화된 이산화탄소 흐름에 포함되어 있는 수증기를 응축하는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 응축수와 이산화탄소를 기액분리하여 응축수는 탈거탑으로 재순환하고 이산화탄소는 배출하는 리플럭스 드럼;
상기 탈거탑의 내부에 위치하고, 재순환된 응축수를 이용하여 상기 탈거탑에서 기화되는 흡수액을 포집하고 기화되는 이산화탄소 흐름을 냉각시키는 세척단;
상기 탈거탑의 내부에 위치하고, 상기 세척단에서 사용된 응축수를 모으기 위한 포집단;
상기 포집단에서 포집된 응축수를 리보일러로 이송하는 이송관;
탈거탑 하단에서 이산화탄소가 제거된 흡수액의 일부는 리보일러로 보내지고 일부는 흡수탑에서 나온 이산화탄소를 포함한 흡수액과 열교환하기 위한 열교환기; 및
상기 탈거탑의 하단으로부터 흡수액을 공급받고, 상기 이송관을 통해 상기 포집단에서 포집된 응축수를 공급받으며, 스팀 및 전기를 사용하여 탈거탑에 흡수액과 이산화탄소의 분리를 위한 열에너지를 공급하는 리보일러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소 처리장치. - 제 1항에 있어서,
상기 리보일러로 보내지는 흡수액의 량은 열교환기로 보내지는 흡수액의 량과 응축수 포집단에서 포집된 응축수의 량에 따라 결정되는 유량조절 장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소 처리장치. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 리플럭스 드럼에서 재순환되는 응축수의 일부는 리보일러로 및 흡수탑의 세척단으로 주입되거나 장치의 물질수지를 위하여 폐기되는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소 처리장치. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 포집단에서 포집된 응축수의 일부는 탈거탑 하부로 보내지는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소 처리장치. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 포집단에서 포집된 응축수의 일부는 세척단 상부로 보내져 순환되는 것을 특징으로 하는 이산화 탄소 처리장치.
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