KR102634991B1 - Capture system of carbon dioxide using the ionic liquid - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업공정에서 발생되는 연도가스와 이온성액체의 열전달 면적을 확장하여 소량의 이온성액체를 사용하면서 이온성액체를 효과적으로 냉각할 수 있도록 하여 적은 에너지 사용을 통해 효과적으로 이온성액체의 온도를 제어할 수 있을뿐만 아니라 이산화탄소를 선택적으로 흡수한 이온성액체를 고온의 배기가스 폐열을 이용하여 재생시킨 후 이산화탄소를 저장하여 탄소포집저장시스템을 효과적으로 실현할 수 있는 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 배가스를 방출하는 산업시설(100)로부터 연도가스를 하부로 연결된 연도가스 유입관(220)을 통해 공급받아 상기 연도가스에 포함된 CO2를 수용된 이온성액체로 용해하기 위한 흡수탱크(200)와, 상기 흡수탱크(200)의 하단부에 연결된 이온성액체 배출관(310)을 통해 유입받은 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 CO2를 분리하는 재생탱크(300)와, 상기 재생탱크(300)에 연결되어 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 CO2를 분리한 재생이온성액체를 상기 흡수탱크(200)의 상부에 연결하여 공급하는 재생이온성액체 공급관(320)을 포함하는 이산화탄소 포집시스템에 있어서, 상기 재생탱크(300)로부터 상기 분리된 CO2를 포집하여 저장하기 위한 탄소포집저장탱크(400)를 더 포함하고, 상기 재생탱크(300)는, 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 CO2를 상기 산업시설(100)에서 발생되는 적어도 60 oC 이상의 폐열을 사용하여 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 CO2를 분리한 재생이온성액체로 재생하고, 상기 흡수탱크(200)는, 물리적 흡수방법으로 상기 이온성액체가 상기 CO2 를 흡수하도록 14℃에서 16℃로 유지되며 내부에 상하로 관통된 낙하공(215)이 다수개 형성되는 다수개의 냉각판(210)이 일정 간격으로 이격되어 장착되고, 상기 냉각판(210)은, 효율적인 열전달을 위해 은(429W/m·k)이나 구리(400W/m·k)로 코팅되어 형성되는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판으로 100mm 내지 500mm 간격으로 이격되어 장착되며, 상기 낙하공(215)은, 10mm 내지 20mm의 직경을 갖고, 30mm 내지 50mm 간격으로 형성되어 구성될 수 있다.The present invention expands the heat transfer area between flue gas and ionic liquid generated in industrial processes to effectively cool the ionic liquid while using a small amount of ionic liquid, effectively lowering the temperature of the ionic liquid through the use of less energy. About a carbon dioxide capture system using ionic liquid that not only can be controlled but also can effectively realize a carbon capture and storage system by regenerating the ionic liquid that selectively absorbs carbon dioxide using high-temperature exhaust gas waste heat and then storing the carbon dioxide. will be.
The present invention is an absorption tank for receiving flue gas from an industrial facility (100) that emits flue gas through a flue gas inlet pipe (220) connected to the bottom, and dissolving CO 2 contained in the flue gas into the contained ionic liquid. (200) and a regeneration tank (300) for separating the dissolved CO 2 from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved, which flows in through the ionic liquid discharge pipe 310 connected to the lower end of the absorption tank 200. , connected to the regeneration tank 300 so that the CO 2 In the carbon dioxide capture system including a regenerated ionic liquid supply pipe 320 for supplying the regenerated ionic liquid from which CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid by connecting to the upper part of the absorption tank 200, the regeneration tank ( 300) and further includes a carbon capture and storage tank 400 for capturing and storing the separated CO 2 , and the regeneration tank 300 collects the dissolved CO 2 from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved. The CO 2 is generated by using waste heat of at least 60 o C or higher generated in the industrial facility 100. CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid and regenerated into regenerated ionic liquid, and the absorption tank 200 is maintained at 14°C to 16°C so that the ionic liquid absorbs the CO 2 using a physical absorption method. A plurality of cooling plates 210 having a plurality of vertically penetrating drop holes 215 are installed at regular intervals, and the cooling plates 210 are silver (429 W/m·m·m) for efficient heat transfer. k) or a stainless steel or aluminum plate formed by coating with copper (400W/m·k) and is mounted at intervals of 100mm to 500mm, and the drop hole 215 has a diameter of 10mm to 20mm, and is 30mm to 30mm. It can be configured to be formed at 50mm intervals.
Description
본 발명은 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업공정에서 발생되는 연도가스와 이온성액체의 열전달 면적을 확장하여 소량의 이온성액체를 사용하면서 이온성액체를 효과적으로 냉각할 수 있도록 하여 적은 에너지 사용을 통해 효과적으로 이온성액체의 온도를 제어할 수 있을뿐만 아니라 이산화탄소를 선택적으로 흡수한 이온성액체를 고온의 배기가스 폐열을 이용하여 재생시킨 후 이산화탄소를 저장하여 탄소포집저장시스템을 효과적으로 실현할 수 있는 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide capture system using ionic liquid, and more specifically, to expand the heat transfer area between flue gas and ionic liquid generated in industrial processes to effectively cool the ionic liquid while using a small amount of ionic liquid. Not only can the temperature of the ionic liquid be effectively controlled using less energy, but the ionic liquid that selectively absorbs carbon dioxide is regenerated using high-temperature exhaust gas waste heat and the carbon dioxide is stored for carbon capture and storage. This is about a carbon dioxide capture system using ionic liquid that can effectively realize the system.
대기 중 온실가스의 농도 증가로 인해 지구온난화, 기후변화, 이상기후가 지속적으로 가중되고 있다. 대표적 온실가스인 이산화탄소는 화력발전, 제철소, 화학공장 등에서 대량으로 발생된다. 이러한 이산화탄소에 대하여 아무런 기술적 조치를 취하지 않을 경우 2050년까지 이산화탄소가 62 Gton 수준으로 배출되어 지구온난화를 되돌릴 수 없는 지경에 이르게 될 것으로 관측되고 있다.Global warming, climate change, and abnormal climates are continuously increasing due to the increase in the concentration of greenhouse gases in the atmosphere. Carbon dioxide, a representative greenhouse gas, is generated in large quantities from thermal power plants, steel mills, and chemical plants. It is predicted that if no technical measures are taken against carbon dioxide, carbon dioxide will be emitted to the level of 62 Gton by 2050, making global warming irreversible.
연소 후 배가스로부터 CO2를 분리하는 기술 중에서는 화학흡수법 및 물리흡수법이 광범위하게 사용된다. Among technologies for separating CO 2 from exhaust gas after combustion, chemical absorption and physical absorption methods are widely used.
물리흡수법은 가스 흐름 내 산성 가스(H2S, CO2, SO2)들의 농도가 높을 때 선호되며, 그 예로 Selexol 공정이나 메탄올, 이온성 액체 등을 사용한다. 화학흡수법은 모노에탄올아민(MEA)과 같은 1차 아민, 디에탄올아민(DEA)이나 N-메틸디에탄올아민(MDEA)과 같은 2차, 3차 아민, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP)과 같은 입체장애아민들의 수용액(25~30%)이 주로 사용된다. 특히 알카놀아민류는 높은 CO2 분리 효율을 가지고 있기 때문에 산업계에서 많이 이용된다. 하지만, 이에도 불구하고 알카놀아민류는 흡수제 손실 및 흡수제 열화, 산화, 높은 재생에너지 등의 문제들을 가지고 있다. The physical absorption method is preferred when the concentration of acidic gases (H 2 S, CO 2 , SO 2 ) in the gas stream is high, for example, the Selexol process, methanol, or ionic liquid is used. The chemical absorption method uses primary amines such as monoethanolamine (MEA), secondary and tertiary amines such as diethanolamine (DEA) or N-methyldiethanolamine (MDEA), and 2-amino-2-methyl-1. -Aqueous solutions (25-30%) of sterically hindered amines such as propanol (AMP) are mainly used. In particular, alkanolamines are widely used in industry because they have high CO 2 separation efficiency. However, despite this, alkanolamines have problems such as absorbent loss, absorbent deterioration, oxidation, and high regeneration energy.
이의 대안으로 이온성 액체가 제시되었다. 이온성 액체는 특유의 안정성으로 인해 흡수제가 열화되거나 산화될 가능성이 낮으며, 낮은 증기압으로 인해 재생공정에서 흡수제 손실이 적으며, 열용량이 낮아 재생하는데 소요되는 에너지가 적다는 장점이 있다. 하지만 현재 시판되는 상온 이온성 액체(RTILs, room temperature ionic liquids)의 경우 대기압에서 CO2 분리 효율이 알카놀아민에 비해 현저히 낮기 때문에 연소 후 배가스 처리공정에서 적합하지 않다. 이러한 점을 보완하기 위해 산가스 분리를 위한 특수한 이온성 액체(TSILs, task-specific ionic liquids)을 개발하였다.As an alternative, ionic liquids have been proposed. Ionic liquids have the advantage of having a low risk of deterioration or oxidation of the absorbent due to their unique stability, low loss of absorbent during the regeneration process due to low vapor pressure, and low heat capacity that requires less energy for regeneration. However, room temperature ionic liquids (RTILs) currently available on the market are not suitable for the post-combustion exhaust gas treatment process because the CO 2 separation efficiency at atmospheric pressure is significantly lower than that of alkanolamines. To compensate for this, special ionic liquids (TSILs, task-specific ionic liquids) for acid gas separation were developed.
한편 이산화탄소 포집 및 저장기술의 기본적인 개념은 발생된 이산화탄소를 포집(Capture)하여 이를 대기로 방출시키지 않고 처리하는 방법인 격리(Sequestration) 또는 저장(Storage)하는 기술을 총칭하는 것으로, 일반적으로 CCS(Carbon Capture and Storage)로 명명하고 있다. Meanwhile, the basic concept of carbon dioxide capture and storage technology is a general term for sequestration or storage technologies that capture generated carbon dioxide and process it without releasing it into the atmosphere. It is generally referred to as CCS (Carbon Carbon). It is called Capture and Storage.
CCS는 화석연료를 지속적으로 사용하면서 온실가스 농도를 안정화하는 일련의 방법 중의 하나이며, 총 감축비용을 줄이고, 온실가스 배출 저감을 달성하는 데에 다양성을 증대시켜 주는 잠재력을 갖고 있다.CCS is one of a series of methods to stabilize greenhouse gas concentrations while continuously using fossil fuels, and has the potential to reduce total abatement costs and increase diversity in achieving greenhouse gas emission reductions.
이산화탄소 포집기술은 연소 후(post-combustion), 연소 전(precombustion), 그리고 순산소연소(연소 중, oxyfuel combustion)의 3가지 형태로 분류할 수 있다. 연소 후 이산화탄소를 회수하는 방법에는 흡수법, 흡착법, 분리막법, 심냉법 등이 사용되고 있다. 특히 배출되는 CO2의 농도가 낮은 경우에는 흡수법이나 흡착법이 많이 사용된다. 흡수법이나 흡착법은 흡수제나 흡착제에 잘 흡수 되거나 또는 흡착되는 일부 기체만 선택적으로 분리할 수 있어 공업적으로 많이 이용되고 있으나, 분리과정 중에 흡수제 및 흡착제가 화학적으로 변형되어 주기적 교체가 필요한 단점이 있다.Carbon dioxide capture technology can be classified into three types: post-combustion, precombustion, and oxyfuel combustion. Methods for recovering carbon dioxide after combustion include absorption, adsorption, membrane, and deep cooling methods. In particular, when the concentration of CO 2 emitted is low, absorption or adsorption methods are often used. Absorption or adsorption methods are widely used industrially because they can selectively separate only some gases that are well absorbed or adsorbed by the absorbent or adsorbent, but have the disadvantage that the absorbent and adsorbent are chemically transformed during the separation process and require periodic replacement. .
고체 흡착제를 사용하는 경우에는 흡착제의 화학적 변형이 적어 흡착제 교체 주기가 긴 경우에 적용하는 것이 유리하며, 이에 반해 흡수법은 액체상 흡수제를 사용하므로 흡수제 교체가 용이한 장점이 있어 대량의 배가스 정화나 기체 분리에 널리 활용되고 있으나, 흡수제가 화학적으로 변형되는 단점이 있다.When using a solid adsorbent, it is advantageous to apply it when the adsorbent replacement cycle is long because the chemical deformation of the adsorbent is small. On the other hand, the absorption method uses a liquid absorbent, so it has the advantage of being easy to replace the absorbent, so it can be used for purification of large quantities of exhaust gas or gas. Although it is widely used for separation, it has the disadvantage that the absorbent is chemically modified.
국제공개번호 WO 2013/091439(2013.06.27.)호는 높은 수집율, 저 에너지 소비 및 간소한 공정 절차의 특징을 가진 발전소의 연도 가스의 이산화탄소 수집 장치 및 방법을 제공하는 것이다.International Publication No. WO 2013/091439 (2013.06.27.) provides a device and method for collecting carbon dioxide from flue gas of a power plant with the characteristics of high collection rate, low energy consumption and simple process procedures.
도 4를 참조하여 이를 구체적으로 살펴보면, 흡수 타워(1)의 바닥으로부터 경사판을 구비하는 퇴적 풀(7)로 흐르는 농후 용액, 재생 타워(22), 가스 출구가 건조기(18), 압축기(17), 응축기(16) 및 액체 이산화탄소 저장 탱크(15)에 각각 직렬로 연결되어 있는 기액 분리기(19)를 구비하는 발전소의 연도 가스로부터 나오는 이산화탄소의 수집 장치에 있어서, 경사판을 구비하는 퇴적 풀(7)의 바닥 유동 출구는 농후 용액 펌프(8)가 배치된 파이프를 통해 제2 열교환기(23)의 제1 매체 입구에 연결되어 있고; 경사판을 구비하는 퇴적 풀(7)의 상층액 오버플로우는 파이프를 통해 순환 흡수 용액 저장 탱크(10)의 입구에 연결되고; 순환 흡수 용액 저장 탱크(10)의 출구는 흡수 용액 순환 펌프(9)가 배치되는 파이프를 통해 흡수 타워(1)에 있는 스프레이층(2)의 스프레이 파이프에 연결되고; 제2 열교환기(23)의 제1 매체 출구는 파이프를 통해 제1 열교환기(21)의 제1 매체 입구에 연결되고; 제1 열교환기(21)의 제1 매체 출구는 파이프를 통해 재생 타워(22)의 상부에 배치된 입구에 연결되고; 제2 열교환기(23)의 탑에 배치된 가스 출구는 제1 열교환기(21)와 쿨러(20)를 연결하는 파이프에 연결되고; 재생 타워(22)의 상부에 배치된 가스 출구는 파이프를 통해 제1 열교환기(21)의 제2 매체 입구에 연결되고; 제1 열교환기(21)의 제2 매체 출구는 파이프를 통해 쿨러(20)의 입구에 연결되고; 쿨러(20)의 출구는 파이프를 통해 기액 분리기(19)의 입구에 연결되며; 재생 타워(22)의 하부에 배치된 액체 출구는 부족 용액 펌프(13)가 배치된 파이프를 통해 제2 열교환기(23)의 제2 매체 입구에 연결되고; 제2 열교환기(23)의 제2 매체 출구는 필터(24)가 배치된 파이프를 통해 순환 흡수용액 저장 탱크(10)의 입구에 배치되고; 기액 분리기(19)의 응축물 오버플로우는 파이프를 통해 순환 흡수 용액저장 탱크(10)의 입구에 연결되고; 복합 흡수제 수용액을 저장하기 위한 용액 저장 탱크(12)는 용액 펌프(11)가 배치된 파이프를 통해 순환 흡수 용액 저장 탱크(10)의 입구에 연결된 것이 개시되어 있다.Looking at this in detail with reference to FIG. 4, the concentrated solution flows from the bottom of the absorption tower 1 to the sedimentation pool 7 equipped with an inclined plate, the regeneration tower 22, and the gas outlet is connected to the dryer 18 and compressor 17. , a device for collecting carbon dioxide from flue gases of a power plant, comprising a gas-liquid separator (19) connected in series to a condenser (16) and a liquid carbon dioxide storage tank (15), comprising: a sedimentation pool (7) with an inclined plate; The bottom flow outlet of is connected to the first medium inlet of the second heat exchanger (23) through a pipe on which the rich solution pump (8) is arranged; The supernatant overflow of the sedimentation pool (7) equipped with an inclined plate is connected to the inlet of the circulating absorption solution storage tank (10) through a pipe; The outlet of the circulating absorption solution storage tank (10) is connected to the spray pipe of the spray bed (2) in the absorption tower (1) through a pipe on which the absorption solution circulation pump (9) is arranged; The first medium outlet of the second heat exchanger (23) is connected to the first medium inlet of the first heat exchanger (21) through a pipe; The first medium outlet of the first heat exchanger (21) is connected to an inlet disposed at the top of the recovery tower (22) through a pipe; The gas outlet disposed in the tower of the second heat exchanger (23) is connected to a pipe connecting the first heat exchanger (21) and the cooler (20); The gas outlet disposed at the top of the regeneration tower (22) is connected to the second medium inlet of the first heat exchanger (21) through a pipe; The second medium outlet of the first heat exchanger 21 is connected to the inlet of the cooler 20 through a pipe; The outlet of the cooler 20 is connected to the inlet of the gas-liquid separator 19 through a pipe; The liquid outlet disposed at the bottom of the regeneration tower (22) is connected to the second medium inlet of the second heat exchanger (23) through a pipe on which the deficient solution pump (13) is disposed; The second medium outlet of the second heat exchanger (23) is disposed at the inlet of the circulating absorption solution storage tank (10) through a pipe on which the filter (24) is disposed; The condensate overflow of the gas-liquid separator (19) is connected to the inlet of the circulating absorption solution storage tank (10) through a pipe; It is disclosed that the solution storage tank 12 for storing the composite absorbent aqueous solution is connected to the inlet of the circulating absorption solution storage tank 10 through a pipe on which the solution pump 11 is disposed.
특히, 위 공개특허의 흡수 타워(1)는 공압 버블링 타워이고; 시브(sieve) 플레이트(5), 공압 버블링층(4), 필러층(3), 및 디미스터(demister)(26)가 각각 흡수 타워의 바닥에서부터 상방으로, 흡수 타워(1)의 하부에 배치된 연도 가스 입구(6)와 흡수 타워(1)의 탑에 배치된 연도 가스 출구(27) 사이에 배치되고; 흡수 타워(1)에는 스프레이층(2)이 더 마련되고, 스프레이층(2)에는 2 내지 4개의 스프레이 파이프들이 마련되고, 각각의 스프레이 파이프에는 복수의 노즐들이 배치되고; 시브 플레이트(5)는 원형의 관통 구멍을 구비하고, 원형의 관통 구멍과 시브 플레이트(5)의 면적 비율을 30 내지 40%이고; 디미스터(26)는 상부 필터 스크린, 하부 필터 스크린, 및 상부 필터 스크린과 하부 필터 스크린 사이에 배치된 스프레이 유니트를 구비하는 것이 개시된다.In particular, the absorption tower (1) in the above published patent is a pneumatic bubbling tower; A sieve plate (5), a pneumatic bubbling layer (4), a filler layer (3), and a demister (26) are each disposed at the bottom of the absorption tower (1) upward from the bottom of the absorption tower. disposed between the flue gas inlet (6) disposed in the tower of the absorption tower (1) and the flue gas outlet (27) disposed in the tower of the absorption tower (1); The absorption tower (1) is further provided with a spray layer (2), two to four spray pipes are provided in the spray layer (2), and a plurality of nozzles are disposed on each spray pipe; The sieve plate 5 has a circular through hole, and the area ratio of the circular through hole and the sieve plate 5 is 30 to 40%; The demister 26 is disclosed having an upper filter screen, a lower filter screen, and a spray unit disposed between the upper and lower filter screens.
그러나 상기와 같은 종래기술들은 CO2를 선택적으로 흡수하는 이온성액체로 채워진 흡수탱크 안에 혼합가스를 주입하여 CO2를 흡수하는 방식으로 다량의 이온성액체가 필요할 뿐만 아니라 흡수탱크 안의 이온성액체의 온도를 제어하기 위해선 많은 에너지가 소비되는 문제점이 있다.However, the above prior technologies absorb CO 2 by injecting mixed gas into an absorption tank filled with an ionic liquid that selectively absorbs CO 2 , which not only requires a large amount of ionic liquid but also requires the use of ionic liquid in the absorption tank. There is a problem in that a lot of energy is consumed to control temperature.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명은 이온성액체의 온도가 높아질수록 이온성액체의 CO2 흡수능이 감소하며 이에 따라 효과적으로 CO2를 흡수하기 위해서 이온성액체의 온도를 낮춰야할 필요가 있으므로, 흡수탱크 내의 형상을 변경하여 소량의 이온성액체를 사용하며 적은 에너지 사용을 통해 효과적으로 이온성액체의 온도를 제어할 수 있는 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템을 제공하는 목적이 있다.The present invention was proposed to solve the above-mentioned problem. As the temperature of the ionic liquid increases, the CO 2 absorption capacity of the ionic liquid decreases. Accordingly, in order to effectively absorb CO 2 , the temperature of the ionic liquid is increased. Since there is a need to lower the temperature of the ionic liquid by changing the shape of the absorption tank, the purpose is to use a small amount of ionic liquid and provide a carbon dioxide capture system using ionic liquid that can effectively control the temperature of the ionic liquid by using less energy. there is.
본 발명은 층간낙하형 흡수탱크를 제작하여 열전달 면적을 넓혀 이온성액체를 효과적으로 냉각할 수 있는 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템을 제공하는 목적이 있다.The purpose of the present invention is to provide a carbon dioxide capture system using ionic liquid that can effectively cool the ionic liquid by manufacturing an interlayer drop-type absorption tank to expand the heat transfer area.
한편, 본 발명은 산업공정에서 발생되는 연도가스 중 선택적으로 CO2가 흡수된 이온성액체를 고온의 배가스의 폐열을 이용해 재생시킨 후 CO2를 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 시스템의 실현을 위한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템을 제공하는 목적이 있다.Meanwhile, the present invention is the realization of a CCS (Carbon Capture & Storage) system that stores CO 2 after regenerating ionic liquid in which CO 2 is selectively absorbed from the flue gas generated in industrial processes using the waste heat of high-temperature flue gas. The purpose is to provide a carbon dioxide capture system using ionic liquid.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 과제들은 바람직한 실시예를 설명한 아래의 기재로부터 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be understood more clearly from the following description of the preferred embodiment.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템은, 배가스를 방출하는 산업시설(100)로부터 연도가스를 하부로 연결된 연도가스 유입관(220)을 통해 공급받아 상기 연도가스에 포함된 CO2를 수용된 이온성액체로 용해하기 위한 흡수탱크(200)와, 상기 흡수탱크(200)의 하단부에 연결된 이온성액체 배출관(310)을 통해 유입받은 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 CO2를 분리하는 재생탱크(300)와, 상기 재생탱크(300)에 연결되어 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 CO2를 분리한 재생이온성액체를 상기 흡수탱크(200)의 상부에 연결하여 공급하는 재생이온성액체 공급관(320)을 포함하는 이산화탄소 포집시스템에 있어서, 상기 재생탱크(300)로부터 상기 분리된 CO2를 포집하여 저장하기 위한 탄소포집저장탱크(400)를 더 포함하고, 상기 재생탱크(300)는, 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 CO2를 상기 산업시설(100)에서 발생되는 적어도 60 oC 이상의 폐열을 사용하여 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 CO2를 분리한 재생이온성액체로 재생하고, 상기 흡수탱크(200)는, 물리적 흡수방법으로 상기 이온성액체가 상기 CO2 를 흡수하도록 14℃에서 16℃로 유지되며 내부에 상하로 관통된 낙하공(215)이 다수개 형성되는 다수개의 냉각판(210)이 일정 간격으로 이격되어 장착되고, 상기 냉각판(210)은, 효율적인 열전달을 위해 은(429W/m·k)이나 구리(400W/m·k)로 코팅되어 형성되는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판으로 100mm 내지 500mm 간격으로 이격되어 장착되며, 상기 낙하공(215)은, 10mm 내지 20mm의 직경을 갖고, 30mm 내지 50mm 간격으로 형성되어 구성될 수 있다.In order to achieve the above object, the carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention receives flue gas from an industrial facility (100) that emits flue gas through a flue gas inlet pipe (220) connected to the lower part of the flue gas. An absorption tank 200 for dissolving CO 2 contained in the gas into the contained ionic liquid, and ions in which the CO 2 is dissolved flowing in through the ionic liquid discharge pipe 310 connected to the lower end of the absorption tank 200. A regeneration tank 300 for separating the dissolved CO 2 from the liquid, and a regeneration tank 300 connected to the CO 2 In the carbon dioxide capture system including a regenerated ionic liquid supply pipe 320 for supplying the regenerated ionic liquid from which CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid by connecting to the upper part of the absorption tank 200, the regeneration tank ( 300) and further includes a carbon capture and storage tank 400 for capturing and storing the separated CO 2 , and the regeneration tank 300 collects the dissolved CO 2 from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved. The CO 2 is generated by using waste heat of at least 60 o C or higher generated in the industrial facility 100. CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid and regenerated into regenerated ionic liquid, and the absorption tank 200 is maintained at 14°C to 16°C so that the ionic liquid absorbs the CO 2 using a physical absorption method. A plurality of cooling plates 210 having a plurality of vertically penetrating drop holes 215 are installed at regular intervals, and the cooling plates 210 are silver (429 W/m·m·m) for efficient heat transfer. k) or a stainless steel or aluminum plate formed by coating with copper (400W/m·k) and is mounted at intervals of 100mm to 500mm, and the drop hole 215 has a diameter of 10mm to 20mm, and is 30mm to 30mm. It can be configured to be formed at 50mm intervals.
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상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 층간낙하형 흡수탱크를 통해 열전달 면적을 넓혀 이온성액체를 효과적으로 냉각할 수 있다. 즉, 본 발명은 물리적 흡수방법으로 이온성액체가 CO2 를 흡수하며 이는 화학반응 없이 CO2를 용해시켜 화학적 흡수방법에 비해 CO2가 흡수될 때 열이 덜 방출되도록 한다.As described above, according to the present invention, the ionic liquid can be effectively cooled by expanding the heat transfer area through the interlayer drop type absorption tank. That is, the present invention uses a physical absorption method in which the ionic liquid absorbs CO 2 , which dissolves CO 2 without a chemical reaction, thereby releasing less heat when CO 2 is absorbed compared to the chemical absorption method.
또한, 본 발명은 소량의 이온성액체를 사용할 뿐만 아니라 적은 에너지 사용을 통해 효과적으로 이온성액체의 온도를 제어할 수 있는 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템을 실현하는 효과가 있다. In addition, the present invention has the effect of realizing a carbon dioxide capture system using ionic liquid that not only uses a small amount of ionic liquid, but also can effectively control the temperature of the ionic liquid through low energy consumption.
한편, 본 발명은 산업공정에서 발생되는 연도가스 중 선택적으로 CO2가 흡수된 이온성액체를 고온의 배기가스의 폐열을 이용해 재생시킨 후 CO2를 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 시스템의 실현에 공헌할 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 이온성액체는 넓은 온도범위에서 액체상태를 유지하여 고온(400oC 이하)에서도 거의 증발되지 않기 때문에 CO2를 재생할 때 재생탱크의 온도는 산업시설에서 발생되는 60 oC 이상의 폐열을 사용할 수 있는 것이다.Meanwhile, the present invention is the realization of a CCS (Carbon Capture & Storage) system that stores CO 2 after regenerating ionic liquid in which CO 2 is selectively absorbed from the flue gas generated in industrial processes using the waste heat of high-temperature exhaust gas. There is an effect that can contribute to . That is, in the present invention, the ionic liquid maintains a liquid state over a wide temperature range and hardly evaporates even at high temperatures (400 o C or less), so when regenerating CO 2 , the temperature of the regeneration tank is 60 o C or higher than that generated in industrial facilities. Waste heat can be used.
도 1은 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템의 개략적인 다이아그램,
도 2는 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템에서 흡수탱크 및 재생탱크의 개략적인 다이아그램,
도 3은 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집방법을 설명하기 위한 다이아그램,
도 4는 종래의 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템의 개략적인 다이아그램.1 is a schematic diagram of a carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention;
Figure 2 is a schematic diagram of an absorption tank and a regeneration tank in the carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention;
Figure 3 is a diagram illustrating the carbon dioxide capture method using ionic liquid according to the present invention;
Figure 4 is a schematic diagram of a conventional carbon dioxide capture system using ionic liquid.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, the carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템의 개략적인 다이아그램이고, 도 2는 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템에서 흡수탱크 및 재생탱크의 개략적인 다이아그램이다.Figure 1 is a schematic diagram of a carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention, and Figure 2 is a schematic diagram of an absorption tank and a regeneration tank in the carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention.
한편, 도 3은 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집방법을 설명하기 위한 다이아그램이다.Meanwhile, Figure 3 is a diagram to explain the carbon dioxide capture method using ionic liquid according to the present invention.
상기 도면의 구성 요소들에 인용부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, '상부', '하부', '앞', '뒤', '선단', '전방', '후단' 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면(들)의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시 예의 구성요소는 다양한 배향으로 위치설정될 수 있기 때문에 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.In adding quotation marks to the components of the drawings, the same components are given the same symbols as much as possible even if they are shown in different drawings, a known function that is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention. and detailed description of the configuration is omitted. Additionally, directional terms such as 'top', 'bottom', 'front', 'back', 'front', 'front', 'back', etc. are used in connection with the orientation of the disclosed drawing(s). Since components of embodiments of the present invention can be positioned in various orientations, the term directional is used for illustrative purposes and is not limiting.
본 발명의 바람직한 일실시 예에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템은, 상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 배가스를 방출하는 산업시설(100)로부터 연도가스를 하부로 연결된 연도가스 유입관(220)을 통해 공급받아 상기 연도가스에 포함된 이산화탄소를 수용된 이온성액체로 용해하기 위한 분위기를 제공하는 흡수탱크(200)와, 상기 흡수탱크(200)의 하단부에 연결된 이온성액체 배출관(310)을 통해 유입받은 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 이산화탄소를 분리하는 재생탱크(300)와, 상기 재생탱크(300)에 연결되어 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 이산화탄소를 분리한 재생이온성액체를 상기 흡수탱크(200)의 상부에 연결하여 공급하는 재생이온성액체 공급관(320)과, 상기 재생탱크(300)로부터 상기 분리된 이산화탄소를 포집하여 저장하기 위한 탄소포집저장탱크(400)를 포함하여 구성된다.The carbon dioxide capture system using an ionic liquid according to a preferred embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, inflows flue gas from an industrial facility 100 that emits flue gas to the bottom. An absorption tank 200 that is supplied through a pipe 220 and provides an atmosphere for dissolving carbon dioxide contained in the flue gas into the contained ionic liquid, and an ionic liquid discharge pipe connected to the lower end of the absorption tank 200 ( The CO 2 introduced through 310) is connected to a regeneration tank 300 that separates the dissolved carbon dioxide from the dissolved ionic liquid, and is connected to the regeneration tank 300 so that the CO 2 A regenerated ionic liquid supply pipe 320 that connects and supplies the regenerated ionic liquid separated from the dissolved ionic liquid to the upper part of the absorption tank 200, and the separated carbon dioxide from the regenerated tank 300. It is configured to include a carbon capture and storage tank 400 for capturing and storing.
본 발명은 화석연료를 사용하는 발전소, 철강공장, 시멘트공장 등 대량으로 이산화탄소를 포함하는 배가스를 배출하는 산업시설(100)에 적용이 가능하다. 또한, 상기 이온성액체는 일반적으로 온도가 높아질수록 이산화탄소 흡수능이 감소하기 때문에 적은 에너지를 사용하여 효과적으로 이온성액체의 온도를 제어할 수 있고, 산업공정에서 발생되는 폐열을 이용하여 CO2가 용해된 이온성액체를 적은 비용으로 재생할 수 있게 된다.The present invention can be applied to industrial facilities 100 that emit large quantities of exhaust gas containing carbon dioxide, such as power plants using fossil fuels, steel factories, and cement factories. In addition, since the ionic liquid's ability to absorb carbon dioxide generally decreases as the temperature increases, the temperature of the ionic liquid can be effectively controlled using little energy, and CO 2 can be converted to CO 2 using waste heat generated from industrial processes. Dissolved ionic liquid can be recycled at low cost.
상기 이온성액체(ionic liquid)는 상대적으로 크기가 큰 양이온과 작은 음이온으로 구성되어 있으며, 각 이온을 조절하는 것에 의해 이온성액체의 물성을 변화시킬 수 있다. 이러한 물성 변화를 통하여 CO2를 선택적으로 흡수하기 위한 이온성액체를 제조할 수 있고, 이를 이용한 CO2 흡수 연구가 활발히 진행되고 있으며, 기존 연구에 따르면 imidazolium계의 양이온이 이산화탄소 흡수능이 가장 뛰어나지만 주로 음이온의 종류에 따라 흡수능력에 큰 영향을 미치는 것으로 알려지고 있다.The ionic liquid is composed of relatively large cations and small anions, and the physical properties of the ionic liquid can be changed by controlling each ion. Through these changes in physical properties, it is possible to manufacture an ionic liquid to selectively absorb CO 2 , and research on CO 2 absorption using this is actively underway. According to existing research, imidazolium-based cations have the best carbon dioxide absorption ability, but mainly It is known that the type of anion has a significant impact on the absorption ability.
상기 이온성액체는 분자내에 양이온과 음이온을 포함하는 염(salt) 화합물을 포함하며, 상기 화합물은 시아누르산(cyanuric acid)으로부터 수소가 1개 내지 3개 중 어느 하나가 제거된 시아누르 음이온을 1종이상 포함하여, 화합물내 음이온이 하기 화학식 A 내지 화학식 C에서 선택되는 적어도 하나 또는 이들의 혼합성분일 수 있다.The ionic liquid contains a salt compound containing a cation and an anion in the molecule, and the compound is a cyanuric anion in which any one of 1 to 3 hydrogens has been removed from cyanuric acid. Including one or more types, the anion in the compound may be at least one selected from the following formulas A to C, or a mixture thereof.
[화학식 A] [화학식 B] [화학식 C][Formula A] [Formula B] [Formula C]
상기 시아누르 음이온에 대응하는 양이온은 1가 또는 2가 또는 3가 또는 그이상의 양이온을 가지는 것이면 종류에 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 예시적으로, 수소, 중수소, 1차아민의 염, 2차아민의 염, 3차아민의 염, 4차아민의 염, 알카리 금속, 알카리 토금속, 전이금속 등이 사용가능하다(등록특허 제10-1922520호).The cation corresponding to the cyanuric anion can be used without limitation as long as it has a monovalent, divalent, trivalent, or higher cation. Examples include hydrogen, deuterium, salts of primary amines, and secondary amines. Salts, salts of tertiary amines, salts of quaternary amines, alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, etc. can be used (Patent No. 10-1922520).
상기 흡수탱크(200)는, 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 다수개의 냉각판(210)이 일정 간격으로 이격되어 장착된다. 또한, 상기 냉각판(210)에는 상하로 관통된 낙하공(215)이 다수개 형성되어 구성된다.As shown in FIG. 2, the absorption tank 200 is equipped with a plurality of cooling plates 210 spaced apart from each other at regular intervals. In addition, the cooling plate 210 is formed with a plurality of drop holes 215 penetrating upward and downward.
따라서, 본 발명의 흡수탱크(200)에서는 상기 재생이온성액체 공급관(320)을 통해 공급된 이온성액체와 상기 연도가스 유입관(220)을 통해 유입된 연도가스에 포함된 CO2 를 용해하면서 상기 냉각판(210)을 통해 용해열을 전달하고 상기 낙하공(215)을 통해 하부로 낙하하게 된다. 즉, 적은 에너지를 사용하여 상기 흡수탱크(200)의 온도를 쉽게 제어할 수 있게 된다.Therefore, in the absorption tank 200 of the present invention, the ionic liquid supplied through the regenerative ionic liquid supply pipe 320 and the CO 2 contained in the flue gas introduced through the flue gas inlet pipe 220 are dissolved. Dissolution heat is transferred through the cooling plate 210 and falls downward through the falling hole 215. That is, the temperature of the absorption tank 200 can be easily controlled using little energy.
한편, 상기 냉각판(210)은 바람직하게는 효율적인 열전달을 위해 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판으로 제작되는 것이 바람직하고, 100mm 내지 500mm 간격으로 이격되는 것이 바람직하고, 상기 낙하공(215)은 10mm 내지 20mm의 직경을 갖고, 30mm 내지 50mm 간격으로 되어있는 것이 바람직하다.Meanwhile, the cooling plate 210 is preferably made of stainless steel or aluminum plate for efficient heat transfer, and is preferably spaced apart at intervals of 100 mm to 500 mm, and the drop hole 215 is 10 mm to 20 mm. It is desirable to have a diameter and be spaced between 30mm and 50mm.
상기 냉각판(210)의 간격은 흡수탱크(200)의 높이에 따라 변경될 수 있다. 또한 이온성액체는 금속과 호환되어 부식을 일으키지 않기 때문에 상기 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판 등으로 제작되어 상당한 소음을 감당할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The spacing between the cooling plates 210 may change depending on the height of the absorption tank 200. In addition, since ionic liquids are compatible with metals and do not cause corrosion, it is preferable that they are made of stainless steel or aluminum plates so that they can withstand considerable noise.
한편, 상기 냉각판(210)을 빠르게 냉각하기 위하여 열전달율이 높은 은(429W/m·k)이나 구리(400W/m·k)로 코팅하여 이온성액체를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order to quickly cool the cooling plate 210, it is desirable to coat it with silver (429 W/m·k) or copper (400 W/m·k), which have high heat transfer rates, to effectively cool the ionic liquid.
이는 상기 이온성액체의 종류에 따라 15℃ 내지 30℃로 냉각하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 냉각판(210)을 연중 14℃에서 16℃의 일정한 온도를 유지하는 지하수를 사용하여 에너지 사용량을 극소화하였다.This is preferably cooled to 15°C to 30°C depending on the type of ionic liquid, and in the present invention, the cooling plate 210 uses groundwater that maintains a constant temperature of 14°C to 16°C throughout the year to minimize energy usage. did.
상기 이온성액체는 흡수탱크(200)의 상부에 장착된 냉각판(210)에 수직으로 떨어지며, 냉각판(210)과 열전달을 통해 이온성액체를 냉각시키면서 냉각판(210)에 형성된 낙하공(215)을 통해 아래로 이동하고, 상기 연도가스는 위로 흐르면서 이온성액체가 CO2 가스를 선택적으로 흡수시키게 된다.The ionic liquid falls vertically on the cooling plate 210 mounted on the upper part of the absorption tank 200, and cools the ionic liquid through heat transfer with the cooling plate 210, and a drop hole formed in the cooling plate 210 ( 215), and the flue gas flows upward, causing the ionic liquid to selectively absorb CO 2 gas.
본 발명은 물리적 흡수방법으로 이온성액체가 CO2 를 흡수하며 이는 화학반응 없이 CO2를 용해시켜 화학적 흡수방법에 비해 CO2가 흡수될 때 열이 덜 방출된다. 또한 상기 CO2가 제거된 연도가스는 상기 흡수탱크(200)의 상단부에 연결된 연도가스 배출관(250)을 통해 배출된다.In the present invention, an ionic liquid absorbs CO 2 through a physical absorption method, which dissolves CO 2 without a chemical reaction, so less heat is released when CO 2 is absorbed compared to the chemical absorption method. Additionally, the flue gas from which the CO 2 has been removed is discharged through the flue gas discharge pipe 250 connected to the upper end of the absorption tank 200.
상기 CO2가 용해된 이온성액체는 상기 흡수탱크(200)의 하단부에 연결된 이온성액체 배출관(310)을 통해 상기 재생탱크(300)로 공급되게 된다.The ionic liquid in which the CO 2 is dissolved is supplied to the regeneration tank 300 through the ionic liquid discharge pipe 310 connected to the lower end of the absorption tank 200.
본 발명에서 이온성액체는 넓은 온도범위에서 액체상태를 유지하여 고온(400oC 이하)에서도 거의 증발되지 않기 때문에 CO2를 재생할 때 재생탱크(300)의 온도는 산업시설에서 발생되는 60 oC 이상의 폐열을 사용할 수 있다.In the present invention, the ionic liquid maintains a liquid state over a wide temperature range and hardly evaporates even at high temperatures (below 400 o C), so when regenerating CO 2 , the temperature of the regeneration tank 300 is 60 o C generated in industrial facilities. More waste heat can be used.
상기 이온성액체는 변동성이 극히 낮기 때문에 Pressure swing adsorption method와 유사한 방법으로 이온성액체의 기체 분리 및 재생이 가능하며, 또한 CO2 탈착 과정은 작동압력을 차별화함으로써 헨리의 법칙을 사용할 수도 있다.Since the ionic liquid has extremely low volatility, gas separation and regeneration of the ionic liquid is possible using a method similar to the pressure swing adsorption method, and the CO 2 desorption process can also use Henry's law by differentiating the operating pressure.
상기와 같이 CO2가 용해된 이온성액체에서 분리된 CO2는 탄소포집저장탱크(Carbon Capture & Storage, 400)에 포집되어 저장된다.As described above, CO 2 separated from the ionic liquid in which CO 2 is dissolved is captured and stored in a carbon capture & storage tank (Carbon Capture & Storage, 400).
한편, 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 재생된 이온성액체는 상기 재생이온성액체 공급관(320)을 통해 상기 흡수탱크(200)의 상부로 공급되어 순환하게 된다.Meanwhile, the ionic liquid regenerated from the ionic liquid in which CO 2 is dissolved is supplied to the upper part of the absorption tank 200 through the regenerated ionic liquid supply pipe 320 and circulates.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템의 작용효과를 상기 도 3을 참조하여 설명한다.The operational effects of the carbon dioxide capture system using ionic liquid according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIG. 3.
본 발명은 화석연료를 사용하는 발전소, 철강공장, 시멘트공장 등 대량으로 이산화탄소를 포함하는 배가스(Flue gas)를 흡수탱크(200)의 하부를 통해 공급받는다.In the present invention, a large amount of flue gas containing carbon dioxide is supplied through the lower part of the absorption tank 200, such as from fossil fuel-using power plants, steel plants, and cement plants.
상기 흡수탱크(200)는, 이온성액체가 수용되어 있다. 상기 이온성액체는 종류에 따라 15℃ 내지 30℃로 냉각하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 냉각판(210)을 연중 14℃에서 16℃의 일정한 온도를 유지하는 지하수를 사용하여 에너지 사용량을 극소화하였다. 즉, 본 발명은 물리적 흡수방법으로 이온성액체가 CO2 를 흡수하며 이는 화학반응 없이 CO2를 용해시켜 화학적 흡수방법에 비해 CO2가 흡수될 때 열이 덜 방출되기 때문이다.The absorption tank 200 contains ionic liquid. The ionic liquid is preferably cooled to 15°C to 30°C depending on the type, and in the present invention, the cooling plate 210 uses groundwater that maintains a constant temperature of 14°C to 16°C throughout the year to minimize energy usage. . In other words, in the present invention, the ionic liquid absorbs CO 2 through a physical absorption method. This is because CO 2 is dissolved without a chemical reaction and less heat is released when CO 2 is absorbed compared to the chemical absorption method.
상기 이온성액체는 흡수탱크(200)의 상부에 장착된 냉각판(210)에 수직으로 떨어지며, 냉각판(210)과 열전달을 통해 이온성액체를 냉각시키면서 냉각판(210)에 형성된 낙하공(215)을 통해 아래로 이동하고, 상기 연도가스는 위로 흐르면서 이온성액체에 CO2 가스가 선택적으로 흡수하게 된다.The ionic liquid falls vertically on the cooling plate 210 mounted on the upper part of the absorption tank 200, and cools the ionic liquid through heat transfer with the cooling plate 210, and a drop hole formed in the cooling plate 210 ( 215), and as the flue gas flows upward, CO 2 gas is selectively absorbed by the ionic liquid.
한편, 상기 냉각판(210)은 바람직하게는 효율적인 열전달을 위해 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판으로 제작된다. 다시 말해, 이온성액체는 금속과 호환되어 부식을 일으키지 않기 때문에 상기 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판 등으로 제작되어 상당한 소음을 감당할 수 있도록 한다.Meanwhile, the cooling plate 210 is preferably made of stainless steel or aluminum plate for efficient heat transfer. In other words, since ionic liquids are compatible with metals and do not cause corrosion, they are made of stainless steel or aluminum plates, so that they can handle a considerable amount of noise.
또한 상기 냉각판(210)은 빠르게 냉각하기 위하여 열전달율이 높은 은(429W/m·k)이나 구리(400W/m·k)로 코팅하여 이온성액체를 효과적으로 냉각시킬 수 있도록 한다.In addition, the cooling plate 210 is coated with silver (429 W/m·k) or copper (400 W/m·k), which has a high heat transfer rate, for rapid cooling to effectively cool the ionic liquid.
상기와 같이 CO2가 용해된 이온성액체는 상기 흡수탱크(200)의 하단부에 연결된 이온성액체 배출관을 통해 상기 재생탱크(300)로 공급되게 된다(CO2 rich solvent).As described above, the ionic liquid in which CO 2 is dissolved is supplied to the regeneration tank 300 through the ionic liquid discharge pipe connected to the lower end of the absorption tank 200 (CO 2 rich solvent).
상기 재생탱크(300)에서는 이온성액체가 재생되는데, 본 발명에서 사용하는 이온성액체는 넓은 온도범위에서 액체상태를 유지하여 고온(400oC 이하)에서도 거의 증발되지 않기 때문에 CO2를 분리할 때 재생탱크(300)의 온도는 산업시설에서 발생되는 60 oC 이상의 폐열을 사용하게 된다.The ionic liquid is regenerated in the regeneration tank 300. The ionic liquid used in the present invention maintains a liquid state over a wide temperature range and hardly evaporates even at high temperatures (400 o C or less), so CO 2 can be separated. When the temperature of the regeneration tank 300 is higher than 60 o C, waste heat generated in industrial facilities is used.
상기와 같이 CO2가 용해된 이온성액체에서 분리된 CO2는 탄소포집저장탱크(400)에 포집되어 저장된다.As described above, CO 2 separated from the ionic liquid in which CO 2 is dissolved is captured and stored in the carbon capture and storage tank 400.
또한, 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 재생된 이온성액체는 상기 재생이온성액체 공급관(320)을 통해 상기 흡수탱크(200)의 상부로 공급되어 순환하게 된다.In addition, the ionic liquid regenerated from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved is supplied to the upper part of the absorption tank 200 through the regenerated ionic liquid supply pipe 320 and circulates.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.The embodiments of the present invention described above and shown in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The scope of protection of the present invention is limited only by the matters stated in the claims, and those skilled in the art can improve and change the technical idea of the present invention into various forms. Therefore, if such improvements and changes are obvious to those skilled in the art, they will fall within the scope of protection of the present invention.
100: 산업시설 200: 흡수탱크
210: 냉각판 215: 낙하공
220: 연도가스 유입관 250: 연도가스 배출관
300: 재생탱크 310: 이온성액체 배출관
320: 재생이온성액체 공급관 400: 탄소포집저장탱크100: Industrial facility 200: Absorption tank
210: Cooling plate 215: Drop ball
220: Flue gas inlet pipe 250: Flue gas discharge pipe
300: Regeneration tank 310: Ionic liquid discharge pipe
320: Regenerative ionic liquid supply pipe 400: Carbon capture and storage tank
Claims (9)
상기 재생탱크(300)로부터 상기 분리된 CO2를 포집하여 저장하기 위한 탄소포집저장탱크(400)를 더 포함하고,
상기 재생탱크(300)는, 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 상기 용해된 CO2를 상기 산업시설(100)에서 발생되는 적어도 60 oC 이상의 폐열을 사용하여 상기 CO2가 용해된 이온성액체에서 CO2를 분리한 재생이온성액체로 재생하고,
상기 흡수탱크(200)는, 물리적 흡수방법으로 상기 이온성액체가 상기 CO2 를 흡수하도록 14℃에서 16℃로 유지되며 내부에 상하로 관통된 낙하공(215)이 다수개 형성되는 다수개의 냉각판(210)이 일정 간격으로 이격되어 장착되고,
상기 냉각판(210)은, 효율적인 열전달을 위해 은(429W/m·k)이나 구리(400W/m·k)로 코팅되어 형성되는 스테인레스 스틸 또는 알루미늄판으로 100mm 내지 500mm 간격으로 이격되어 장착되며,
상기 낙하공(215)은, 10mm 내지 20mm의 직경을 갖고, 30mm 내지 50mm 간격으로 형성되는, 이온성액체를 이용한 이산화탄소 포집시스템.An absorption tank (200) for receiving flue gas from an industrial facility (100) that emits flue gas through a flue gas inlet pipe (220) connected to the bottom, and dissolving CO 2 contained in the flue gas into the received ionic liquid. , a regeneration tank 300 for separating the dissolved CO 2 from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved, which flows in through the ionic liquid discharge pipe 310 connected to the lower end of the absorption tank 200, and the regeneration tank 300 is connected to the CO 2 In the carbon dioxide capture system including a regenerated ionic liquid supply pipe 320 for supplying the regenerated ionic liquid from which CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid by connecting to the upper part of the absorption tank 200,
It further includes a carbon capture and storage tank (400) for capturing and storing the CO 2 separated from the regeneration tank (300),
The regeneration tank 300 uses waste heat of at least 60 o C or higher generated in the industrial facility 100 to convert the dissolved CO 2 from the ionic liquid in which the CO 2 is dissolved. CO 2 is separated from the dissolved ionic liquid and regenerated as a regenerated ionic liquid.
The absorption tank 200 is maintained at 14°C to 16°C so that the ionic liquid absorbs the CO 2 by a physical absorption method, and is formed with a plurality of drop holes 215 penetrating upward and downward inside the cooling tank 200. Plates 210 are mounted and spaced apart at regular intervals,
The cooling plate 210 is a stainless steel or aluminum plate formed by coating with silver (429 W/m·k) or copper (400 W/m·k) for efficient heat transfer and is mounted at intervals of 100 to 500 mm,
The drop holes 215 have a diameter of 10 mm to 20 mm and are formed at intervals of 30 mm to 50 mm. A carbon dioxide capture system using an ionic liquid.
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