KR20130076564A - 이산화탄소 회수장치 - Google Patents

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Abstract

이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받도록 구성된 이산화탄소 회수장치를 개시한다.
본 발명의 일실시예에 따른 이산화탄소 회수장치는 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액에 흡수되도록 한 후 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 회수하는 이산화탄소 회수장치(100)에 있어서, 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하도록 구성된 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연소가스 또는 공정가스의 열을 전달하도록 구성된 열전달부(400)를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받을 수 있으며, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화할 수 있고, 연소가스 또는 공정가스의 열을 활용할 수 있으며, 이산화탄소 회수장치의 효율을 높일 수 있다.

Description

이산화탄소 회수장치 {APPARATUS FOR COLLECTING CO₂}
본 발명은 화석연료를 연소시킨 연소가스 또는 제철공정의 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액을 이용하여 흡수하고 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 회수하는 이산화탄소 회수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받도록 구성된 이산화탄소 회수장치에 관한 것이다.
이산화탄소 회수장치는 화석연료를 연소시킨 연소가스 또는 제철공정의 공정가스에 포함된 이산화탄소를 회수하는 장치이다.
이산화탄소 회수장치에서 연소가스 또는 공정가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법에는 흡수법, 흡착법, 심냉법, 막분리법 등이 있다.
이 중, 흡수법은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 흡수액을 사용하여 이산화탄소를 회수하는 방법이다. 이를 위해서, 흡수법을 사용하는 이산화탄소 회수장치에서는 먼저 연소가스 또는 공정가스를 흡수액에 접촉하도록 하여 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액에 흡수시킨다. 그리고, 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 가열하여 이산화탄소가 흡수액으로부터 증발되어 분리되도록 한다. 이와 같이, 흡수액으로부터 분리된 이산화탄소는 모아져서 농축되거나 압축되어 사용처로 보내게 된다.
이러한 흡수법을 사용하는 이산화탄소 회수장치에서는 전술한 바와 같은 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 많은 에너지가 소요된다. 그리고, 이러한 이산화탄소를 분리하기 위한 에너지는 태양열 또는 원자력 등에 의하는 경우를 제외하고는 화석연료를 통해서 얻어지게 된다. 이와 같이 화석연료에 의해서 이산화탄소를 분리하기 위한 에너지를 얻게 되는 경우에는 추가적인 이산화탄소의 발생이 불가피하고, 이에 따라 이산화탄소를 분리하기 위해서 많은 에너지가 소요되면 될수록 이산화탄소 분리효과가 저하되어 이산화탄소 회수장치의 효율이 낮아진다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래에서 발생하는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명의 목적의 일 측면은 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 다른 측면은 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화하도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 또 다른 측면은 연소가스 또는 공정가스의 열을 활용할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 목적의 또 다른 측면은 이산화탄소 회수장치의 효율을 높이도록 하는 것이다.
상기 과제들 중 적어도 하나의 과제를 실현하기 위한 일실시 형태와 관련된 이산화탄소 회수장치는 다음과 같은 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 기본적으로 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받도록 구성된 것을 기초로 한다.
본 발명의 일실시 형태에 따른 이산화탄소 회수장치는 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액에 흡수되도록 한 후 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 회수하는 이산화탄소 회수장치에 있어서, 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하도록 구성된 재생부 또는 농축부에 연소가스 또는 공정가스의 열을 전달하도록 구성된 열전달부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 열전달부는 연소가스 또는 공정가스가 유동하는 가스배관에 구비되며 연소가스 또는 공정가스에 의해서 내부의 물이 증발하여 증기가 되도록 구성된 증발기; 및 증발기에 연결되어 증발기에서 배출되는 증기가 공급되며 공급된 증기로부터 열을 전달받아 재생부 또는 농축부에 공급하도록 재생부 또는 농축부에 연결되는 리보일러; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발기로부터 공급되는 증기의 양이 소정량 이하인 경우에는 리보일러에 별도의 증기를 공급할 수 있다.
그리고, 상기 증발기에서 배출되는 증기의 온도가 소정 온도 이상인 경우에 리보일러에 증기를 공급할 수 있다.
또한, 상기 열전달부는 리보일러에 열을 전달하여 증기가 응축된 물이 모이도록 리보일러에 연결된 탱크; 를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 탱크는 증발기에 연결되어 물을 공급할 수 있다.
또한, 상기 탱크의 수위가 일정 수위 이상인 경우에 증발기에 물을 공급할 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 연소가스 또는 공정가스의 열을 활용할 수 있다.
그리고 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 이산화탄소 회수장치의 열효율을 높일 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 일실시예를 나타내는 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 일실시예의 작동을 나타내는 도면이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 이산화탄소 회수장치에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하, 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술적인 특징을 이해시키기에 가장 적합한 실시예들을 기초로 하여 설명될 것이며, 설명되는 실시예들에 의해 본 발명의 기술적인 특징이 제한되는 것이 아니라, 이하, 설명되는 실시예들과 같이 본 발명이 구현될 수 있다는 것을 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 설명된 실시예들을 통해 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하며, 이러한 변형 실시예는 본 발명의 기술 범위 내에 속한다 할 것이다. 그리고, 이하, 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받도록 구성된 것을 기초로 한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액에 흡수되도록 한 후 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 회수하도록 구성될 수 있다.
이를 위해서, 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 연소가스 또는 공정가스와 흡수액이 유입되도록 구성된 흡수부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 이러한 흡수부에서는 연소가스 또는 공정가스가 흡수액과 접촉하도록 하여 흡수액에 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소가 흡수되도록 구성될 수 있다.
이러한 흡수부는 탑형태로 구성될 수 있다. 그러나, 흡수부의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소가 흡수액에 흡수되도록 하는 구성이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 도1에 도시된 실시예와 같이 재생부(200) 또는 농축부(300)를 포함할 수 있다. 재생부(200) 또는 농축부(300)는 전술한 흡수부에 연결되어 이산화탄소가 흡수된 흡수액이 유입될 수 있다. 그리고, 이산화탄소가 흡수된 흡수액이 가열되어 흡수액으로부터 이산화탄소가 분리되어 배출되도록 구성될 수 있다. 또한, 농축부(300)에서는 분리된 이산화탄소가 농축되도록 구성될 수 있다. 재생부(200)와 농축부(300)도 전술한 흡수부와 같이 탑형태로 구성될 수 있다.
이러한 재생부(200) 또는 농축부(300)의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하거나 분리된 이산화탄소를 농축할 수 있는 구성이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
한편, 도1에 도시된 실시예와 같이 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 열전달부(400)를 포함할 수 있다. 이러한 열전달부(400)는 도2에 도시된 바와 같이 전술한 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연소가스 또는 공정가스의 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 열전달부(400)는 증발기(410)와 리보일러(420)를 포함할 수 있다.
증발기(410)는 도1에 도시된 실시예와 같이 연소가스 또는 공정가스가 유동하는 가스배관(T)에 구비될 수 있다. 그리고, 연소가스 또는 공정가스에 의해서 내부의 물이 증발하여 증기가 되도록 구성될 수 있다. 이러한 증발기(410)의 구성도 특별히 한정되지 않고, 연소가스 또는 공정가스가 유동하는 가스배관(T)에 구비되며 내부의 물이 증발하여 증기가 되도록 구성된 것이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
이러한 구성에 의해서 가스배관(T)을 유동하는 연소가스 또는 공정가스에 포함된 열은 증발기(410) 내부의 물에 전달되어 증기가 됨으로써 잠열의 형태로 증기에 포함될 수 있다.
리보일러(420)는 증발기(410)에 연결될 수 있다. 도1에 도시된 실시예와 같이 증발기(410)와 리보일러(420)는 증기유동관(Tv)에 의해서 연결될 수 있다. 이에 따라, 도2에 도시된 바와 같이 증발기(410)에서 배출된 증기는 증기유동관(Tv)을 유동하여 리보일러(420)에 공급될 수 있다.
또한, 리보일러(420)는 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연결될 수 있다. 리보일러(420)는 도1에 도시된 실시예와 같이 연결관에 의해서 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연결될 수 있다. 그리고, 리보일러(420)는 공급된 증기로부터 열을 전달받아 재생부(200) 또는 농축부(300)에 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 리보일러(420)의 구성은 특별히 한정되지 않으며, 공급된 증기로부터 열을 전달받아 재생부(200) 또는 농축부(300)에 공급하도록 구성된 것이라면 주지의 어떠한 구성이라도 가능하다.
이와 같이, 재생부(200) 또는 농축부(300)에 전달된 열은 전술한 바와 같이 재생부(200) 또는 농축부(300)에 유입된 이산화탄소가 흡수된 흡수액에 전달할 수 있다. 이에 따라, 이산화탄소가 흡수된 흡수액이 가열되어 흡수액으로부터 이산화탄소가 분리될 수 있다. 그리고, 분리된 이산화탄소는 도시되지는 않았지만, 재생부(200) 또는 농축부(300)에서 배출될 수 있다.
따라서, 재생부(200) 또는 농축부(300)에 외부에서 별도의 에너지를 공급하지 않아도 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다. 그러므로, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 연소가스 또는 공정가스의 열을 활용할 수 있다. 그리고, 이산화탄소 회수장치의 열효율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 증발기(410)로부터 공급되는 증기의 양이 소정량 이하인 경우에는 리보일러(420)에 공정용 증기를 공급하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 증발기(410)와 리보일러(420)을 연결하는 증기유동관(Pv)에는 유로전환밸브(Vp)가 구비될 수 있다. 그리고, 유로전환밸브(Vp)에는 도시된 실시예와 같이 별도의 증기가 공급되는 증기공급관(Tf)이 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 증발기(410)로부터 공급되는 증기의 양이 소정량 이하인 경우에는 유로전환밸브(Vp)를 조작하여 별도의 증기가 리보일러(420)에 공급되도록 할 수 있다. 따라서, 소정량 이상의 증기를 항상 리보일러(420)에 공급할 수 있다.
증기공급관(Tf)은 증기공급원(도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 이러한 증기공급원은 특별히 한정되지 않으며, 증기공급관(Tf)에 별도의 증기를 공급하는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)는 증발기(410)로부터 공급되는 증기의 온도가 소정 온도 이상인 경우에 리보일러(420)에 증기를 공급하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 증발기(410)와 유로전환밸브(Vp)에 연결된 증기유동관(Pv)에는 온도센서(St)가 구비될 수 있다. 그리고, 온도센서(St)는 유로전환밸브(Vp)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 온도센서(St)와 유로전환밸브(Vp)는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)를 제어하는 제어부(도시되지 않음)에 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 온도센서(St)에서 측정된 증기유동관(Pv)을 유동하는 증기의 온도가 소정 온도 미만이면, 제어부는 유로전환밸브(Vp)를 조작하여 증발기(410)에서 배출된 증기가 리보일러(420)로 유동하지 않도록 할 수 있다. 이러한 경우에는 유로전환밸브(Vp)를 조작하여 별도의 증기가 리보일러(420)로 유동하도록 할 수 있다. 그리고, 온도센서(St)에서 측정된 증기의 온도가 소정 온도 이상이면, 제어부는 유로전환밸브(Vp)를 조작하여 증발기(410)에서 배출된 증기가 리보일러(420)로 유동하도록 할 수 있다.
한편, 열전달부(400)는 탱크(430)를 더 포함할 수 있다. 이러한 탱크(430)는 리보일러(420)에 연결될 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 탱크(430)는 물유동관(Tw)에 의해서 리보일러(420)에 연결될 수 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 리보일러(420)에 열을 전달하여 증기가 응축된 물은 도2에 도시된 바와 같이 물유동관(Tw)을 통해 탱크(430)로 유동하여 탱크(430)에 모아질 수 있다.
또한, 탱크(430)는 도1에 도시된 실시예와 같이 증발기(410)에 연결될 수 있다. 도시된 실시예와 같이 탱크(430)는 물유동관(Tw)에 의해서 탱크(430)에 연결될 수 있다. 따라서, 도2에 도시된 바와 같이 탱크(430)에 담긴 물이 증발기(410)에 공급될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 증발기(410)에 공급된 물은 증발기(410)에서 연소가스 또는 공정가스로부터 열을 전달받아 증기로 된다. 그리고, 증기는 리보일러(420)로 유동하여 재생부(200) 또는 농축부(300)에 열을 공급하여 재생부(200) 또는 농축부(300)에 담긴 이산화탄소가 흡수된 흡수액에 열을 전달하고 응축되어 물로 된다. 또한, 이와 같이 응축된 물은 리보일러(420)를 통해 탱크(430)로 공급되어 탱크(430)에 담기게 된다. 그리고, 탱크(430)에 담긴 물은 다시 증발기(410)에 공급된다.
따라서, 증발기(410)에 공급된 물은 도2에 도시된 바와 같이 증발기(410), 리보일러(420), 탱크(430) 및, 증발기(410)로 순환하면서 증기와 물로 상태변화하게 된다. 그리고, 전술한 바와 같이 가스배관(T)을 유동하는 연소가스 또는 공정가스로부터 열을 전달받아 재생부(200) 또는 농축부(300)에 담긴 이산화탄소가 흡수된 흡수액에 열을 전달할 수 있다.
한편, 탱크(430)의 수위가 일정 수위 이상인 경우에 증발기(410)에 물을 공급하도록 구성될 수 있다. 이를 위해서, 도1에 도시된 실시예와 같이 탱크(430)에는 수위센서(Sw)가 구비되고 증발기(410)와 탱크(430)를 연결하는 물유동관(Tw)에는 펌프(P)가 구비될 수 있다. 따라서, 수위센서(Sw)에 의해서 감지된 탱크(430)의 수위가 소정 수위 이상인 경우에는 펌프(P)를 구동하여 탱크(430)에 담긴 물이 증발기(410)에 공급될 수 있다. 이에 의해서, 전술한 바와 같은 증발기(410), 리보일러(420), 탱크(430) 및, 증발기(410)를 순환하는 라인에 항상 물이 공급될 수 있다.
또한, 증발기(410)와 탱크(430)를 연결하는 물유동관(Tw)에는 도1에 도시된 실시예와 같이 유량조절밸브(Vc)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 증발기(410)로부터 탱크(430)로 유동하는 물의 유량을 조절할 수 있다.
그리고, 도1에 도시된 실시예와 같이 탱크(430)에는 드레인관(Td)이 연결될 수 있다. 또한, 드레인관(Td)에는 도시된 실시예와 같이 펌프(P)와 개폐밸프(V)가 구비될 수 있다. 따라서, 개폐밸브(V)를 열고 펌프(P)를 구동하여 탱크(430)에 저장된 물이 드레인관(Td)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치(100)를 사용하면, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해서 필요한 열을 연소가스 또는 공정가스로부터 제공받을 수 있으며, 이산화탄소가 흡수된 흡수용액으로부터 이산화탄소를 분리하기 위해 필요한 에너지를 최소화할 수 있고, 연소가스 또는 공정가스의 열을 활용할 수 있으며, 이산화탄소 회수장치의 효율을 높일 수 있다.
상기와 같이 설명된 이산화탄소 회수장치는 상기 설명된 실시예의 구성이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : 이산화탄소 회수장치 200 : 재생부
300 : 농축부 400 : 열전달부
410 : 증발기 420 : 리보일러
430 : 탱크 T : 가스배관
Tv : 증기유동관 Tf : 증기공급관
Td : 드레인관 Tw : 물유동관
P : 펌프 Vc : 유량조절밸브
V : 개폐밸브 Vp : 유로전환밸브 St : 온도센서 Sw : 수위센서

Claims (7)

  1. 연소가스 또는 공정가스에 포함된 이산화탄소를 흡수액에 흡수되도록 한 후 이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 회수하는 이산화탄소 회수장치(100)에 있어서,
    이산화탄소가 흡수된 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하도록 구성된 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연소가스 또는 공정가스의 열을 전달하도록 구성된 열전달부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 열전달부(400)는
    연소가스 또는 공정가스가 유동하는 가스배관(T)에 구비되며 연소가스 또는 공정가스에 의해서 내부의 물이 증발하여 증기가 되도록 구성된 증발기(410); 및
    상기 증발기(410)에 연결되어 상기 증발기(410)에서 배출되는 증기가 공급되며 공급된 증기로부터 열을 전달받아 상기 재생부(200) 또는 농축부(300)에 공급하도록 상기 재생부(200) 또는 농축부(300)에 연결되는 리보일러(420);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 증발기(410)로부터 공급되는 증기의 양이 소정량 이하인 경우에는 상기 리보일러(420)에 별도의 증기를 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 증발기(410)에서 배출되는 증기의 온도가 소정 온도 이상인 경우에 상기 리보일러(420)에 증기를 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열전달부(400)는 상기 리보일러(420)에 열을 전달하여 증기가 응축된 물이 모이도록 상기 리보일러(420)에 연결된 탱크(430); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탱크(430)는 상기 증발기(410)에 연결되어 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 탱크(430)의 수위가 일정 수위 이상인 경우에 상기 증발기(410)에 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.
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