게시판 > 질답게시판 > 재생탑에서 증발되는 증기량 계산 방법 문의

스테파노 Stefano

09-10-08 19:02

(1) Amine Regenerator에 Stripping Steam이 포함되어 있는지 확인해 보세요.
우선 Amine Regenerator의 상부에 Rich Amine이 투입 22.8 kg/h되고 있다면 Bottom의 Lean Amine 유량과 Top CO2 유량의 합이 22.5 kg/h가 되는지 확인해 보세요.

Rich Amine RNH:CO2/H2O ---------->Lean Amine RNH/H2O at Bottom + CO2/H2O at Top...............(1)

(2) 위의 Material Balance가 맞지 않으면 분명히 아래 식의 좌변과 같이 Stripping Steam 량이 포함되어 있을 것입니다.
(Rich Amine Solution + Stripping Steam) = (Lean Amine Solution + Wet CO2 Generated).........................(2)

재생되는 Acid Gas 중에는 수분이 포함되어 나가기 때문에 Amine Solution은 항상 Condensate를 더 넣어주거나 Regenerator Bottom에서 Stripping Steam을 투입하여 Water Balance를 맞추어 주는 것이 보통입니다.

(3) 질문에서 증발량이라는 것이 CO2와 함께 배출되는 Steam을 의미하는 것입니까? Reflux 되는 응축수를 말합니까?
CO2와 함께 배출되는 Steam은 Regeneraltor Overhead Condenser에서 응축기 출구온도까지 냉각되어 다시 Regenerator로 들여보내지기 때문에 실제로 CO2와 함께 배출되는 수증기의 양은 Condenser 출구온도에서 수증기포화 CO2가스상태로 배출되기 때문에 많은 량은 아닙니다.

Dry CO2 배출량 = A kg-mole/h (가정)
Regenerator Top 압력 = P = 120 kPa (abs)

Regenerator 응축기 출구 CO2의 온도: 45℃ (가정),
이 온도에서 물의 증기압 = Pv kPa

CO2와 함께 배출되는 수증기의 몰수 W와 CO2 몰수 A 및 P, Pv간의 관계식:
W/(A+W) = Pv / P ............................(3) ==> W를 구함

Amine Top Condenser 출구의 CO2온도에서 함께 배출되는 수증기 몰수는 위의 W가 되며, 나머지는 Regenerator에 모두 Reflux 될 것입니다.

Amine Regenerator의 Overall 및 각 Component (Amine, CO2, Water)의 Material Balance를 취해서 검토해 보세요.
(Lean Amine의 유량은 Make-up Amine Solution 혹은 Reclained(재생) Amine의 유량이 포함되어 있는지도 검토 필요)

(4) 질문의 계산에서
Rich Amine (흡수액) 22.8 kg/h 중 40w%가 Amine이라면 나머지는 CO2와 물이 될 것입니다.
이 Rich Amine이 재생되어 발생시키는 CO2는 수증기와 함께 Condenser로 배출되는데

고온 (90도)에서는 수증기 함량이 크지만 응축기 출구를 빠져나오면서 냉각된 CO2중에 포함되는 포화수증기의 양은 크게 줄어들게 됩니다.

(5) 만일...
증발 응축되어 Reflux되는 량이 계산수치보다 실제로 아주 크게 나오고 있다고 하면 Amine Regenerator Top의 Mist Eliminator의 기능이 현저히 떨어져 있거나 CO2 부하가 크게 증가되어 Amine Solution이 Droplet로 Carry-over 되어 Condneserf에 등어가고 있다는 이야기가 됩니다. (Regenerator Top에서 이런 현상이 나타날 가능성이 큽니다.)

따라서 정밀 점검해 보고 만일 그렇다면 우선 Demister의 변형여부를 먼저 조사해 보고 보완하거나 Regenerator~ Condener 사이에 별도의 Knock-out Drum을 설치할 필요가 있습니다.

답글을 기대하겠습니다.

(1) Amine Regenerator에 Stripping Steam이 포함되어 있는지 확인해 보세요.  
우선 Amine Regenerator의 상부에 Rich Amine이 투입 22.8 kg/h되고 있다면 Bottom의 Lean Amine 유량과  Top CO2 유량의 합이 22.5 kg/h가 되는지 확인해 보세요.

Rich Amine  RNH:CO2/H2O ---------->Lean Amine RNH/H2O at Bottom  +  CO2/H2O at Top...............(1)

(2) 위의 Material Balance가 맞지 않으면 분명히 아래 식의 좌변과 같이 Stripping Steam 량이 포함되어 있을 것입니다.
(Rich Amine Solution + Stripping Steam) = (Lean Amine Solution + Wet CO2 Generated).........................(2)

재생되는 Acid Gas 중에는 수분이 포함되어 나가기 때문에 Amine Solution은 항상 Condensate를 더 넣어주거나 Regenerator Bottom에서 Stripping Steam을 투입하여 Water Balance를 맞추어 주는 것이 보통입니다.

(3) 질문에서 증발량이라는 것이 CO2와 함께 배출되는 Steam을 의미하는 것입니까?  Reflux 되는 응축수를 말합니까?
CO2와 함께 배출되는 Steam은 Regeneraltor Overhead Condenser에서 응축기 출구온도까지 냉각되어 다시 Regenerator로 들여보내지기 때문에 실제로 CO2와 함께 배출되는 수증기의 양은 Condenser 출구온도에서 수증기포화 CO2가스상태로 배출되기 때문에 많은 량은 아닙니다.

Dry CO2 배출량 = A  kg-mole/h (가정) 
Regenerator Top 압력 = P  = 120 kPa (abs)

Regenerator 응축기 출구 CO2의 온도:   45℃ (가정),  
이 온도에서 물의 증기압 = Pv  kPa

CO2와 함께 배출되는 수증기의 몰수 W와 CO2 몰수 A 및 P, Pv간의 관계식: 
W/(A+W) = Pv / P ............................(3)   ==>   W를 구함

Amine Top Condenser 출구의 CO2온도에서 함께 배출되는 수증기 몰수는 위의 W가 되며,  나머지는 Regenerator에 모두 Reflux 될 것입니다.

Amine Regenerator의 Overall 및 각 Component (Amine, CO2, Water)의 Material Balance를 취해서 검토해 보세요.
(Lean Amine의 유량은 Make-up Amine Solution 혹은 Reclained(재생) Amine의 유량이 포함되어 있는지도 검토 필요)

(4) 질문의 계산에서
Rich Amine (흡수액) 22.8 kg/h 중 40w%가 Amine이라면 나머지는  CO2와 물이 될 것입니다.  
이 Rich Amine이 재생되어 발생시키는 CO2는 수증기와 함께 Condenser로 배출되는데

고온 (90도)에서는  수증기 함량이 크지만 응축기 출구를 빠져나오면서 냉각된 CO2중에 포함되는 포화수증기의 양은 크게 줄어들게 됩니다.

(5) 만일...
증발 응축되어 Reflux되는 량이 계산수치보다 실제로 아주 크게 나오고 있다고 하면 Amine Regenerator Top의 Mist Eliminator의 기능이 현저히 떨어져 있거나  CO2 부하가 크게 증가되어 Amine Solution이 Droplet로 Carry-over 되어 Condneserf에 등어가고 있다는 이야기가 됩니다. (Regenerator Top에서 이런 현상이 나타날 가능성이 큽니다.)

따라서 정밀 점검해 보고 만일 그렇다면  우선 Demister의 변형여부를 먼저 조사해 보고 보완하거나 Regenerator~ Condener 사이에 별도의 Knock-out Drum을 설치할 필요가 있습니다. 
 
답글을 기대하겠습니다.

요철발명왕 leejha

09-10-09 11:48

안녕하세요. 답변 감사드립니다.

앞서 언급하신 내용대로 재생탑에서 증발되는 수증기(M_T)은 Condenser 출구에서 배출되는 수증기(m_1)와 재생탑으로 reflux 되는 양(m_2)으로 나누어 볼수 있습니다.
M_T=m_1+m_2 ---------------------(1)

저희가 가스 분석기로 분석해보면 재생탑 출구에서 배출되는 CO2의 농도는 93% 이상이기 때문에 대부분은 다시 reflux로 응축된다고 보고 있습니다. 따라서 결국 중요한 것은 M_T 혹은 m_2의 값입니다.

m_2의 경우 실험실에서 실제 유량을 측정하여 계산을 할수도 있겠으나 제가 해보고 싶은것은 실험전에 재생탑에서 필요한 재생에너지를 추정하는 것입니다. 다시 말씀드리면 리보일러 측면에서 보면 (현재 전기히터 타입을 사용합니다.) 리보일러의 부하에 영향을 미치는 것은 M_T의 양이기 때문에 이를 추정할 수 있는 방법을 여쭈어 본것인데요 솔직히 잘 모르겠습니다.

번거로우시겠지만 다시 한번 코멘트 부탁드립니다.

감사합니다.

스테파노 Stefano

09-10-11 18:51

(1) Regenerator 의 Reboiler에 공급되는 Steam 외에 직접 공급하는 Stripping Steam이 있는지 없는지 확인하세요.

(2) CO2 가스 분석기가 수분(H2O)을 포함한 분석치인지 수분을 제외한 분석치인지 확인해 보세요.

(3) 그리고 나서 Regenerator 전체의 Material Blance와 Heat Balance를 취해서 Rich Amine Feed Solution (Flashing 직전의 고압 저온의 용액) 1 kg당 재생열을 계산해 보도록 하세요.