KR100888739B1 - 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의흡수평형 시험방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법 및 시험장치가 개시된다. 개시된 본 발명은 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하는 공기 항온조; 상기 공기 항온조 내부에 설치되며 외부로부터 이산화탄소가 공급되어 충전되는 혼합가스 저장조; 및 상기 공기 항온조 내부에 설치되며 외부로부터 흡수용액이 공급되고 상기 혼합가스 저장조로부터 이산화탄소가 공급되어 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 흡수 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 고온 또는 고압상태에서 이산화탄소 흡수 평형시험이 가능하다.

이산화탄소, 연소가스, 화석, 배기가스, 온난화, 흡수용액, 흡수평형

Description

연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법 및 그 장치 {The device and method on absorption equilibrium test of absorbent for remove of carbon dioxide from flue gas}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치를 개략적으로 나타낸 도면, 그리고,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1; 공기 항온조 2; 혼합가스 저장조

3; 흡수 반응조 4; 혼합기

5; 공기 송풍기 6; 전기히터

7; 공기흐름 억제용 철편 8; 질소 공급부

9; 이산화탄소 공급부 10; 혼합가스 공급밸브

11; 흡수용액 정량펌프 12; 데이터 처리장치

13; 가스분석장치 14; 공기배출구

본 발명은 이산화탄소 흡수용액에 관련된 것이며, 보다 구체적으로는 화석연료의 연소에 있어서 발생하는 연소가스에서 지구온난화가스인 이산화탄소를 제거하는 할 수 있는 흡수용액의 흡수평형 시험방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 이산화탄소 흡수분리용 흡수용액의 흡수정도(흡수율, 흡수속도)를 측정하기 위한 흡수평형시험은 연소가스 중에 이산화탄소를 혼합가스로부터 흡수분리하기 위한 흡수용액의 개발에 있어서 매우 중요한 요소이다. 연소배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수제거하기 위한 흡수용액의 개발을 위한 흡수용액의 흡수정도를 알아보기 위한 시험장치는 종래에는 흡수 반응조에 적당량의 흡수용액을 충전하고 혼합가스 혹은 이산화탄소를 주입하여 흡수용액에 이산화탄소가 흡수됨으로써 흡수반응조의 압력이 감소하는 것을 측정하는 방식으로 이루어졌다. 이런 종래의 방식은 반응조의 온도를 시험에 필요한 조건으로 조절할 수 없고, 흡수반응조의 압력을 높이지 못한 상태의 대기압에서 시험하는 단점이 있다. 그러므로 흡수반응온도가 높은 범위 혹은 압력이 높은 조건에서는 이산화탄소의 흡수평형시험을 수행하지 못해 고온 또는 고압 상태에서 개발된 흡수용액이 실제 상용공정에 적용하기 위하여 다른 장치에서 시험을 거쳐야 하는 어려움이 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 고온 또는 고압 상태에서 화석연료를 연소하고 난 후 발생하는 연소가스에 포함된 이산화탄소를 흡수하여 분리하기 위한 흡수용액의 흡수정도를 시험할 수 있는 시험장치 및 시험방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치는 외부로부터 공급되는 예열공기로 인해 일정온도를 유지하는 공기 항온조; 상기 공기 항온조 내부에 설치되며 외부로부터 이산화탄소가 공급되어 충전되는 혼합가스 저장조; 및 상기 공기 항온조 내부에 설치되며 외부로부터 흡수용액이 공급되고 상기 혼합가스 저장조로부터 이산화탄소가 공급되어 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 흡수 반응조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법은 공기 항온조의 온도를 상승시키는 a) 단계; 혼합가스 저장조와 흡수 반응조에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하는 b) 단계; 혼합가스 저장조에 이산화탄소를 일정압력으로 충전하는 c) 단계; 흡수 반응조에 필요한 양의 흡수용액을 채우는 d) 단계; 공기 항온조의 온도를 시험에 적당한 온도까지 재차 상승시키는 e) 단계; 가스 및 용액 혼합기를 이용하여 흡수 반응조 내의 흡수용액을 저어주는 f) 단계; 이산화탄소가 흡수반응조로 공급되는 g) 단계; 및 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 h) 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 h) 단계는 가스분석장치에서 실시간으로 이산화탄소가 흡수용액에 흡수되는 정도를 측정하고, 데이터 처리장치에서 실시간으로 상기 흡수 반응조 내의 압력과 온도를 측정함으로써 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 것이 특징이다.

본 발명의 상기와 같은 목적 및 다른 특징들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 참고로 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 도면으로서, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이산화탄소 흡수평형시험장치는 외부로부터 공기를 예열하여 공급할 수 있는 공기 항온조(1) 안에 흡수평형시 험에 사용되는 혼합가스 혹은 이산화탄소를 저장할 수 있는 혼합가스 저장조(2)와 흡수평형시험을 위한 흡수 반응조(3)를 설치하였다. 평형시험을 위한 모든 반응은 공기 항온조(1) 내부에서 이루어지고, 기계적인 동작이나 수동작은 공기 항온조(1) 외부에서 수행하게 하여 고압 또는 고온상태에서 시험 가능하게 구성된다.

본 발명의 시험방법을 살펴보면 먼저 공기 항온조(1)를 밀폐하고 공기 송풍기(5)에서 발생한 공기를 전기히터(6)를 거쳐 공기 항온조(1)에 공급시켜 상기 공기 항온조(1)의 온도가 상승하게 한다.(S10) 다음은 질소 공급부(8)를 통해 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 질소를 공급하여 다른 반응물질이 투입되지 않도록 정제한다.(S20) 다음은 이산화탄소 공급부(9)를 열어 혼합가스 저장조(2)에 이산화탄소를 시험에 필요한 압력으로 충전시킨다.(S30) 다음은 상기 흡수 반응조(3)에 흡수용액 정량펌프(11)를 이용하여 시험에 필요한 양의 흡수용액을 채운다.(S40) 이때 흡수용액은 혼합가스 중에 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 물질로서 장치의 외부에 설치된 용기로부터 이송되는 것이 특징이다. 다음은 상기 공기 항온조(1)의 하부에 위치한 공기 송풍기(5)를 작동하여 전기히터(6)를 거쳐 공기 항온조(1)로 공급되는 공기의 온도를 상승시켜 공기 항온조(1)의 온도가 시험에 적당한 온도까지 상승시킨다.(S50) 이때, 공급된 가열공기는 공기 항온조(1)의 외벽에 부착된 공기흐름 억제용 철편(7)에 의해 발생되는 난류에 의해 상기 공기 항온조(1) 내부의 온도를 일정하게 유지된다. 이는 상기 공기 항온조(1)의 상측에 위치한 공기배출구(14)를 이용하여 공기배출을 조절하고, 공기흐름 억제용 철편(7)에 의해 발생된 난류로 인하여 짧은 시간 내에 공기 항온조(1)의 온도가 상승하도록 함으로써, 공기 항온조(1)의 온도가 일정하게 유지될 수 있다. 다음은 상기 공기 항온조(1)와 흡수 반응조(3)의 시험에 적당한 온도가 유지되면 장치의 외부에서 마그네틱 전동기가 부착된 가스 및 흡수용액을 혼합하는 혼합기(4)를 작동하여 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액을 저어준다.(S60) 다음은 이산화탄소가 저장된 혼합가스 저장조(2)에서 혼합가스 공급밸브(10)를 열어 CO2가스가 흡수 반응조(3)로 공급하게 한다.(S70) 이때 시험 초기조건에 적당한 흡수 반응조(3)의 내부 압력(CO2)을 유지하는 것이 바람직하다. 이때부터 시험이 시작되어 가스분석장치(13)에서 실시간으로 CO2가스가 흡수용액에의 흡수되는 정도를 측정하고, 데이터 처리장치(12)에서 실시간으로 흡수 반응조(3)내의 압력과 온도를 측정함으로써 이산화탄소 흡수반응 평형시험을 수행함으로써 본 발명은 달성하게 된다.(S80) 이로써, 본 발명의 혼합가스로부터 이산화탄소 흡수제거를 위한 흡수평형 시험장치는 공기 항온조(1)안에 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)를 설치하여 공기 항온조(1) 하부에 설치된 전기히터(6)를 통해 공기를 공급함으로써 흡수반응시험에 필요한 시스템 내의 온도를 단시간 내에 조절할 수 있게 하였고, 공기 항온조(1)의 외부에 설치된 가스공급밸브를 필요에 따라 조작함으로써, 혼합가스 저장조(2)의 혼합가스를 흡수 반응조(3)로 어떠한 고온 또는 고압 조건에서도 용이하게 공급할 수 있다.

현재 화력발전소에서 화석연료의 연소로 인하여 발생한 연소가스 중의 이산화탄소 배출량은 에너지 다소비업종의 산업분야에서 매우 높은 비율을 차지하고 있 어 이 부분에서 이산화탄소의 감축을 위해 적극적으로 기술개발을 서두르고 있다. 본 발명은 상기와 같은 구성으로 연소가스 중에 포함된 이산화탄소를 흡수제거처리하는 공정에서 사용되는 흡수제를 개발하는데 매우 유용하게 사용될 수 있는 시험방법 및 장치를 제시한다. 이러한 이산화탄소 제거를 위한 흡수평형 시험장치는 연소가스와 같은 혼합가스 중에 포함된 온실가스인 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 정도(흡수율, 흡수속도)를 시험할 수 있는 장치이다. 화석연료(석탄, 석유, 천연가스)를 연소하여 발생하는 연소배기가스는 연소조건에 따라 다르지만 대부분은 이산화탄소가 12-18% 내외로 조성되고, 산소가 약 3-8% 이하, 또 다른 혼합가스가 약 1% 이내, 나머지 가스는 질소로 이루어진다. 본 발명에 의하면 연소가스 중에 포함된 이산화탄소만을 선택적으로 흡수하여 제거할 수 있어, 현재 상용공정인 이산화탄소 흡수분리공정에 사용되거나, 이산화탄소 흡수공정에 사용하기 위하여 개발되는 화학적 흡수용액의 흡수정도(흡수율, 흡수속도 등)를 연소가스의 압력상태에 무관하게 측정할 수 있는 기술이 달성된다.

본 발명은 예시적인 방법으로 설명되었다. 여기서 사용된 용어들은 설명을 위한 것이며 한정의 의미로 이해되어서는 안 될 것이다. 상기 내용에 따라 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 따로 부가 언급하지 않는 한 본 발명은 청구항의 범주 내에서 자유로이 실행될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 지구온난화 가스로 잘 알려진 화석연료의 연소가스에 포함된 이산화탄소의 흡수제거를 위한 화학적 흡수용액의 흡수정도(흡수율, 흡수속도 등)를 시험 측정하는 장치 및 그 시험방법에 있어서, 고온 또는 고압에서도 연소가스와 같은 혼합가스 내에 이산화탄소만을 선택적으로 흡수제거하는 흡수제를 개발하거나 흡수분리공정기술을 개발할 수 있으므로 대기중으로 방출되는 이산화탄소의 양을 근본적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 외부 공기를 송풍하는 공기 송풍기(5);

   상기 공기 송풍기(5)에 의해 송풍된 공기를 예열시키는 전기히터(6);

   상기 전기히터(6)에 의해 예열된 공기로 인해 일정온도를 유지하며 예열된 공기가 난류가 발생되도록 외벽에 다수의 공기흐름 억제용 철편(7)이 구비된 공기 항온조(1);

   상기 공기 항온조(1) 내부에 설치되며 외부로부터 이산화탄소가 공급되어 충전되는 혼합가스 저장조(2);

   상기 공기 항온조(1) 내부에 설치되며 외부로부터 흡수용액이 공급되고 상기 혼합가스 저장조(2)로부터 이산화탄소가 공급되어 이산화탄소 흡수반응 평형시험이 수행되는 흡수 반응조(3);

   상기 흡수 반응조(3) 내의 흡수용액을 교반하는 혼합기(4);

   상기 흡수 반응조(3)내의 압력과 온도를 측정하여 실시간으로 흡수용액에 흡수되는 이산화탄소의 흡수율, 흡수속도를 분석하는 가스분석장치(13);

   상기 가스분석장치(13)에 의해 분석된 데이터를 실시간으로 처리하는 데이터 처리장치(12); 및

   상기 혼합가스 저장조(2)와 흡수 반응조(3)에 다른 반응물질이 침투하지 않도록 정제하기 위하여 질소를 공급하는 질소 공급부(8);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소가스로부터 이산화탄소 제거를 위한 흡수용액의 흡수평형 시험장치.
2. 삭제
3. 삭제

Images