VRU customized system (reference)

가스유량, 조성 및 운전조건 등에 따라 여러가지 흡착 system이 배치될 수 있으며 아래와 같이 각 case별 특징을 고려하여 system구성이 가능하다.

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CVA (Carbon Vacuum Adsorption) – 2 activated carbon beds

가장 흔하게 적용하는 배열로서 2bed이며, one bed에서 활성탄으로 흡착하고 다른 bed에서는 진공하에서 재생을 하는 것이다.

• 20~50vol% HC이 포함된 가스가 VRU로 도입되어, 활성탄의 미세공과 표면적이 매우 커서 HC가스의 분자들이 활성탄 표면에 흡착하게 된다. 이를 통해 배출되는 HC은 10~150mg/Nm3이하가 된다.
• 흡착과정의 capacity가 포화되기전 즉, 파과 (breakthrough)되기 전, 재생 모드로 전환이 되며 이는 매 15분 마다 진행이 된다. 재생모드로 되면 vacuum pump에 의해 탈착이 진행된다.
• 재생은 3단계로 진행이 되며 먼저, 흡착탑내 void spae에 남아 있는 잔여 vapor를 비우며, 두번째로는 활성탄 표면에 달라붙은 물질을 탈착하는 압력까지 떨어트려 bulk성 HC이 이 때 제거된다. 마지막으로 purge gas를 도입하여 잔여 가스를 sweeping한다. (분압효과 고려)
• 탈착과정에서 회수된 가스는 농도가 매우 높고 (약 95vol% VOC) 이 가스는 후단의 absorber로 가서 향류로 내려오는 흡수제에 의해 대부분의 VOC가 흡수되어 회수된다.
• absorber top으로 나가는 가스는 흡수제로 포화되어 다시 VRU의 흡착탑으로 recycle된다.

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재생과정에서 압력은 50~100mbarA정도이며 위의 배열은 보통 truck이나 railway terminal주변에 throughput이 낮은 capacity를 처리하는데 유효하다.

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CVA (Carbon Vacuum Adsorption) – 3 activated carbon beds

2bed와 다른 점은 흡착시 one bed가 아닌 2bed로 운전하고 나머지 one bed는 재생을 하는 기준이다.

 

2bed에 대해 3bed의 장점으로는 아래와 같다.

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• 동일한 capacity에 대해 2bed보다 차압이 더 낮고 흡착탑 크기를 더 줄일 수 있으며, 흡착탑 이송에 있어서도 유리하고 설치도 용이하며, footprint도 줄일 수 있다. 아울러 활성탄 물량도 줄일 수 있고 개별 배관 size도 줄일 수 있다.
• 재생 시작시 먼저 감압을 수행하되 이미 진공상태에서 재생이 완료된 vessel과 equalizing을 하여 loss를 줄일 수 있다.

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다만 vacuum skid와 absorber column은 2bed때와 동일하며 이는 loading rate가 매우 큰 marine terminal등에 설치되어 왔다.

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ACVA (pre-Absorption/Carbon Vacuum Adsorption) – with 2 or 3 activated carbon beds

ACVA는 CVA의 변형으로 inlet gas내 HC농도가 높거나 흡수제가 available하고 활성탄에 해로운 성분이 있어서 이를 사전에 제거를 해야 할 경우 유용하다. feed gas를 pre-absorber에서 treating하여 흡착탑에 도입시키므로서 VRU 크기를 줄일 수 있고, 공정의 안정성과 활성탄의 수명을 유지할 수 있다.

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pre-absorber에서 흡수제에 의해 가스유량이나 HC농도가 줄어들게 되며 흡수제는 흡수이후 tank로 되돌아가거나 흡수탑에서 재사용될 수도 있다.

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다른 scheme으로 pre-absorber와 absorber를 integration한 것으로서, loading으로부터 발생된 gas는 upper packing에서 treating되고, 흡착탑으로부터 탈착된 HC가스는 absorber의 bottom에서 유입되어 top으로 나가면서 흡수제에 의해 탈착된 물질들이 흡수된다.

 

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CVPC (Activated Carbon Adsorption/Pressurized Condensation) – with 2 or 3 activated carbon beds

VRU를 위해 적절한 흡착제가 없을 경우 가압 응축방식을 적용할 수 있다. 이 역시 2bed 혹은 3bed 모두 이용 가능하다. 이를 위해 이전 concept의 absorber는 compressor, condenser, collection tank로 대체된다.

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PLA (Pressurized Liquid Absorption)

이 경우 저온의 흡착제가 흡수탑 위로 공급되고 가스는 compressor에 의해 압축되어 흡수탑으로 들어와서 흡수가 진행되며 이 때 고압, 저온의 조건에 의해 흡수 효율을 높일 수 있다.

이 방법은 emission조건이 덜 까다로울 경우나 VRU footprint가 극히 제한될 경우 혹은 증발압력이 30kPa이하의 흡수제가 available한 경우 적용할 수 있다. crude oil recovery를 위해 on board VRU system을 설치하지만 모든 crude oil 조성에 적절한 것은 아니며 효율도 높지 않다.

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CLA (Cold Liquid Absorption)

HC rich vapor가 HC liquid와 contact할 때의 분압에 따라 기액 평형이 되며 이에 따라 흡수가 일어난다. 즉, HC rich vapor는 흡수탑으로 들어가고 top으로부터는 케로진과 같은 차갑고 분자량이 큰 HC liquid와 contact하게 된다.

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액체는 증기보다 분압이 작고 많은 양으로 존재하기 때문에 결과적으로 평형에서의 분압은 inlet vapor 자체의 분압보다 낮아진다. 따라서 HC vapor의 대부분은 기상으로 존재하지 못하고 액상에 흡수된다.

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대기중으로 venting되는 가스내 존재하는 HC양은 흡수제의 온도 및 가스와 흡수제 유량의 비에 의해 좌우된다. 이 공정을 통해 대기로 배출되는 VOC는 흡착제 온도가 -25도일 때 가솔린 vapor treating unit로부터 배출 가스 처리시 HC은 약 20g/m3정도 대기중으로 나온다. 흡수제는 재생을 위해 가열되어 volatile성분들을 제거하여 원래의 낮은 분압상태로 만들어 재사용한다.

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secondary re-absorber column에서 HC rich vapor를 회수하며 이곳에서 대기조건의 가솔린에 의해 흡수가 일어난다. 흡수제는 다시 냉각되어 new cycle에서 재사용된다. 하지만 OPEX가 크고 저온으로 인한 ice생성 및 emission문제로 인해 많이 사용되지는 않는다.

 

 

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