WO2023121226A1

WO2023121226A1 - 탄소 흡수장치

Info

Publication number: WO2023121226A1
Application number: PCT/KR2022/020844
Authority: WO
Inventors: 이수규; 진성재; 박제상; 김병옥; 김용섭
Original assignee: 주식회사 파나시아
Priority date: 2021-12-21
Filing date: 2022-12-20
Publication date: 2023-06-29
Also published as: KR20230095188A

Abstract

본 발명은 탄소 흡수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 타측에 형성되는 하우징, 상기 하우징 내부에서 내부공간을 복수의 흡수단으로 획정하는 격벽을 포함하고, 상기 격벽은 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록 연장되어 상기 격벽에 의해 형성되는 유로를 따라 유동하는 배기가스가 복수의 흡수단을 차례로 유동하면서 흡수제와 기액첩촉하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 흡수되어 비교적 작은 높이로 배기가스 내 탄소를 흡수하여 선박 등에 탑재가능한 탄소 흡수장치에 관한 것이다.

Description

탄소 흡수장치

선박 온실가스 배출을 2050년까지 2008년 대비 50% 이상 감축하겠다는 IMO 초기 전략에 의거 일부 선종에 대해 EEDI Phase 3 규제 시기를 앞당겨 질 가능성이 높아졌고 EEDI Phase 4 규제 논의가 점차 진행됨에 따라 선박 온실가스 배출에 대한 규제 강화가 가시화되고 있다.

규제가 강화되고 있는 상황에서도 아직 일부 선종의 경우 phase 3 규제 대응이 쉽지 않다. Container ship 이나 general cargo ship의 경우 기존 선박의 50% 이상이 EEDI phase 3를 만족하고 있는 반면, oil tanker와 bulk carrier의 경우 기존 선박의 30% 만이 EEDI phase 3를 만족함에 따라 기존 기술로는 강화되는 EEDI 규제를 만족하기 어렵다는 것을 나타내고 있다. 이에 bulk carrier의 경우, MEPC 74차에서 279,000 dwt 이상 선박에 대해서는 EEDI reference line을 상향 조정하면서 규제 완화가 이루어졌지만, 이는 단기적인 규제 완화일 뿐 EEDI phase 3 이후 규제를 만족하기 위해서는 oil tanker와 bulk carrier를 대상으로 규제 만족을 위한 기술 도입에 대해 심각하게 고려해 보아야 하는 상황이다.

강화되는 EEDI 규제를 만족하기 위해서 탄화수소 기반 연료 이외에 대체 연료 추진 기술들이 제시되고 있으나 연료 수급과 기술 성숙도 (Maturity) 측면을 고려하였을 때 본격적으로 도입하기 위해서는 시간이 필요하다. 현재 선박 온실가스 배출 규제 대응을 위해 수소나 암모니아를 이용한 내연기관이나 연료전지를 이용한 선박 추진 방식에 대해 많은 연구가 수행되고 있다. 하지만 이러한 기술들은 대부분 연구단계에 있어 대양 항해 (Deep-sea shipping)에 도입하기 위해서는 기술 성숙도를 높일 필요가 있으며, 연구 개발 이후에도 해당 대체 연료 수급을 위한 인프라 구축에도 많은 시간이 필요할 것으로 예상되고 있다. 만약 LNG 추진 방식의 기술 도입 역사를 고려한다면 수소나 암모니아 추진 방식 또한 본격적으로 도입되기 위해서는 20년 이상 시간이 걸릴 것으로 바라보고 있다.

또한, EEDI 규제의 본질적인 목표 달성을 위해서는 연료의 탄소 중립도 (Carbon-neutrallity)를 고려해야 한다. MEPC 72차 회의에서 채택한 결의서에 따르면 IMO 초기 전략 수립의 목적은 UN 기후협약(UNFCCC)에서 채택한 교토 의정서와 파리 기후 협약에 발맞추어 IMO가 국제 온실가스 배출 저감 노력에 기여하기 위함이라고 언급하고 있다. 앞서 언급한 수소 또는 암모니아 추진 방식을 선박에 도입할 경우 항행 동안 선박에서 발생하는 온실가스는 100% 저감할 수 있다. 하지만 현재 대부분의 수소와 암모니아를 탄화수소 연료를 개질하여 생산하기 때문에 연료 생산 단계에서 발생하는 온실가스 배출을 피할 수 없다. 이러한 탄소 중립적이지 못한 연료를 지속적으로 사용할 경우 해운 분야에서 발생하는 온실가스 배출을 연료 생산 국가로 떠넘기는 형태가 됨으로 오히려 전세계적 온실가스 배출 저감에 기여하지 못한 결과를 초래 할 수 있다. 최근 MEPC 회의에서 일부 회원국들이 선박 온실가스 배출 규제는 선박에서만 발생하는 온실가스 배출에 대해서만 규제 해야 한다고 주장하고 있으나 탄소 중립적이지 못한 연료를 사용하여 온실가스 배출 저감 목표를 도달하였다고 주장 할 경우 추후 온실가스 배출 저감 책임을 다른 국가들에게 떠넘겼다는 비판을 피할 수 없을 것으로 생각된다. 또한, 아국(俄國)에서 선박 연료에 대한 전주기 탄소 집약도 (Life cycle carbon intensity) 추산에 대한 의제를 지속적으로 제안하고 있으므로 앞으로 탄소 중립도를 고려한 선박 온실가스 배출 규제에 대비한 기술 개발이 필요하다.

선상 이산화탄소 포집 시스템은 연료의 탄소 중립화와 기술 성숙도 측면 모두 고려하였을 때 도입 가능성이 높은 기술이다. 선상 이산화탄소 포집 시스템이란 선박 운항 동안 엔진에서 배출되는 exhaust gas 내 이산화탄소를 선택 포집하여 저장하는 기술을 뜻한다. 연료의 탄소 중립화 측면에서 선상 이산화탄소 포집 시스템은 탄화수소 연료에서 발생하는 온실가스인 이산화탄소를 포집하여 저장하기 때문에 직관적으로 대기 중으로 방출되는 온실가스를 저감할 수 있는 기술이며, 포집된 이산화탄소를 지중 저장 또는 재생에너지를 이용한 메탄화(Methanation) 방식을 이용해 처리하게 되면 탄화수소 연료의 전주기적(Life cycle) 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 또한, 기술 성숙도 측면에서 이미 이산화탄소 포집 기술은 석유 화학 분야나 발전 분야에서 많이 사용되어 왔던 기술이고 최근 해양플랜트 분야 Floating LNG (FLNG)에도 적용된 바 있기 때문에 기술의 선박 적용 가능성은 다른 대체 연료 기술에 비해서는 높다고 볼 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 선박은 좌현과 우현을 연결하는 폭방향으로 연장된 복수의 격벽을 가지고 있으며, 격벽 사이에는 화물 운송을 위해 복수의 컨테이너가 적재될 수 있다. 선박의 후미 쪽에는 주기관 및 보조기관을 포함하는 배기가스 발생장치(7)가 구비되고, 배기가스를 정화하여 배출하기 위해 격벽 사이에 연돌(8)이 구비될 수 있다. 상기 연돌(8)은 선박의 갑판으로부터 돌출하여 선박의 폭방향으로 연장형성되고, 상기 연돌(8)의 하부에는 선박 본체의 기관실 등 내부에 배기가스 발생장치(7)가 구비될 수 있다.

나아가, 배기가스 중 산성가스인 이산화탄소를 줄이기 위해 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있으며, 화학적 흡수법은 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 흡수, 포집하는 것으로서, 높은 효율과 안정적인 공정 때문에 가장 많이 적용되고 있다.

도 2의 종래 이산화탄소 포집시스템은 배기가스의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 제거하는 흡수탑(91)과, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 펌프(P)를 거쳐 입력받아서 열교환하기 위한 열교환기(93)와, 열교환된 흡수제에 화학적으로 결합되어 있는 이산화탄소를 탈거시키기 위한 재생탑(92)을 포함하고, 재생탑(92)에 연결되어 흡수제를 가열하는 리보일러(94) 및 탈거된 탄소를 응축하여 저장할 수 있도록 처리하는 응축기(95)를 추가로 포함한다. 이에 따라 이산화탄소의 흡수 및 탈거 장치는, 상기 구성들을 이용하여 이산화탄소 흡수공정과, 흡수제의 재생공정(탈거공정)을 수행하며, 재생된 흡수제는 흡수탑(91)으로 재공급된다. 그러나, 흡수탑(91)에서 수행되는 이산화탄소와 흡수제의 합성은 발열반응으로 지속적인 반응을 위해서는 흡수탑에 부수적인 냉각방법이 강요되고, 배기가스에는 분진 염, 플랑크톤 등의 이물질들을 포함하여 흡수제에 혼입되면 전체적인 시스템의 효율 저하를 초래한다.

선박 등에서 배출되는 배기가스로부터 이산화탄소를 포집하기 위해서는 제한된 공간 내에서 이산화탄소 포집을 수행해야 한다는 문제가 있다. 도 3과 같이 종래의 이산화탄소 포집시스템을 선박에 적용하는 경우 흡수탑(91)과 재생탑(92)이 스크러버(95)와 함께 연돌(8) 내부에 배치될 수 있는데, 스크러버(95)와 흡수탑(91)이 상하로 긴 원통형 형상을 가지고 있어 제한된 공간을 가지는 연돌(8) 내부에서 효율적으로 배치하는 것이 힘들며, 리보일러(94)와 응축기(95)를 추가로 연돌 내에 구비해야 하는 경우는 더욱 그러하다. 또한, 흡수탑(91) 내에서 배기가스의 동선이 상하로 연장되는 경우 흡수탑의 높이가 지나치게 높아져 연돌(8) 내에서 종래의 흡수탑(91)을 통해 이산화탄소를 온전히 처리할 수 없는 것이 문제된다.

(특허문헌 1) 미국 등록특허공보 US 9,272,241호(2016.03.01.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 비교적 낮은 높이를 가지면서 배기가스 내 탄소를 흡수할 수 있는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 낮은 높이를 가지면서도 다단으로 배기가스 내 탄소 흡수가 가능한 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공간활용성이 향상된 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 사각 형상의 단면을 가져 선박의 연돌 내부에 효율적으로 배치가능한 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 타측에 형성되는 하우징, 상기 하우징 내부에서 내부공간을 복수의 흡수단으로 획정하는 격벽을 포함하고, 상기 격벽은 탄소 흡수장치 내부공간을 유동하는 배기가스가 통과할 수 없도록 형성되며, 하우징의 내측 일면으로부터 일측으로 연장되되, 탄소 흡수장치의 제1방향을 면하면서 제2방향으로 연장되어 상기 복수의 흡수단이 내부공간에서 제1방향으로 배열되어 길이방향으로 다단의 흡수단이 형성되어 배기가스가 길이방향으로 유동하면서 내부의 탄소가 포집되는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 격벽은 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록 연장되어, 내부공간으로 유입된 배기가스가 복수의 흡수단을 차례로 유동하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집되는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 격벽은 탄소 흡수장치의 내측 일면으로부터 대향하는 타면을 향해 연장되거나, 일면 및 대향하는 타면으로부터 타면 및 일면을 향해 연장되되, 상기 격벽이 연장된 길이가 일면으로부터 타면까지의 거리보다 작아 격벽에 의해 폐색되지 않은 개구가 형성되고, 상기 격벽에 의해 폐색되지 않는 개구가 내부공간의 상부와 하부에 교번적으로 형성되도록 상기 격벽이 연장됨으로써 배기가스가 S자 형태로 유동하면서 유동길이가 극대화되는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 흡수단에서는 흡수제 분사노즐을 통해 흡수제가 분사되고, 상기 흡수단 내에서 낙하하는 흡수제와 유동하는 배기가스가 대향류와 동향류를 교번적으로 형성하여 탄소포집 성능이 향상되는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하우징의 하부에서 포집된 흡수제를 외부로 배출하는 취출구가 흡수단별로 형성되어 탄소 포집 농도가 다른 흡수제를 각각 달리 이송할 수 있는 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 탄소 흡수장치의 내부공간을 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하고, 상기 냉각장치는 배기가스 유입구 측 흡수단에서 배기가스 유출구 측 흡수단으로 갈수록 점진적으로 낮은 온도를 가지도록 상기 내부공간을 냉각시켜 탄소 농도가 낮은 부분에서도 효과적으로 탄소 흡수가 가능한 탄소 흡수장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 배기가스 발생장치로부터 배출되는 배기가스를 외부로 배출하기 위해 선박의 폭 방향으로 연장되는 연돌, 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 서로 대향하며 길이방향으로 연장되는 제1벽체, 서로 대향하며 폭방향으로 연장되는 제2벽체를 포함하고, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 길이방향 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 길이방향 타측에 형성된 탄소 흡수장치를 포함하고, 상기 탄소 흡수장치는 연돌 내측에 수용되어 선박에서 배출되는 배기가스에서 탄소를 효과적으로 제거하면서 연돌 내부 공간활용성이 향상된 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 탄소 흡수장치로부터 탄소를 흡수한 흡수제를 공급받아 상기 흡수제으로부터 탄소를 탈거시키는 재생장치, 탄소 흡수장치 내에서 탄소를 흡수한 흡수제를 상기 재생장치로 이송하는 제1이송도관, 탄소가 탈거된 흡수제를 상기 탄소 흡수장치로 이송하는 제2이송도관을 더 포함하고, 상기 재생장치, 제1이송도관 및 제2이송도관이 연돌 내에 배치되고, 상기 연돌 내부에 배기가스 발생장치로부터 발생한 배기가스를 유입받고 탈황반응을 수행하는 스크러버를 더 포함하고, 상기 탄소 흡수장치는 상기 스크러버를 통해 탈황된 배기가스를 배기가스 유입구로 유입받아 일차적으로 황산화물을 제거하면서 냉각된 배기가스 중에서 2차적으로 탄소를 제거한 후 배출할 수 있는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 탄소 흡수장치의 제1벽체 및 제2벽체의 적어도 일부가 상기 연돌과 일체로 형성되어 작업성이 우수하고 선박의 흔들림에 따라 탄소흡수가 저하되지 않는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 타측에 형성되는 하우징, 상기 하우징 내부에서 내부공간을 복수의 흡수단으로 획정하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 격벽은 탄소 흡수장치 내부공간을 유동하는 배기가스가 통과할 수 없도록 형성되며, 하우징의 내측 일면으로부터 일측으로 연장되되, 탄소 흡수장치의 제1방향을 면하면서 제2방향으로 연장되어 상기 복수의 흡수단이 내부공간에서 제1방향으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 격벽은 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록 연장되어, 내부공간으로 유입된 배기가스가 복수의 흡수단을 차례로 유동하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 격벽은 탄소 흡수장치의 내측 일면으로부터 대향하는 타면을 향해 연장되거나, 일면 및 대향하는 타면으로부터 타면 및 일면을 향해 연장되되, 상기 격벽이 연장된 길이가 일면으로부터 타면까지의 거리보다 작아 격벽에 의해 폐색되지 않은 개구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 격벽에 의해 폐색되지 않는 개구가 내부공간의 상부와 하부에 교번적으로 형성되도록 상기 격벽이 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 흡수단에서는 흡수제 분사노즐을 통해 흡수제가 분사되고, 상기 흡수단 내에서 낙하하는 흡수제와 유동하는 배기가스가 대향류와 동향류를 교번적으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 하우징의 하부에서 포집된 흡수제를 외부로 배출하는 취출구가 흡수단별로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 탄소 흡수장치의 내부공간을 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하고, 상기 냉각장치는 배기가스 유입구 측 흡수단에서 배기가스 유출구 측 흡수단으로 갈수록 점진적으로 낮은 온도를 가지도록 상기 내부공간을 냉각시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 상기 냉각장치는 적어도 일부가 내부공간에 수용되는 냉각수로로 형성되되, 상기 냉각수로 내의 냉각매질은 배기가스 유출구 측으로부터 배기가스 유입구 측으로 유동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 비교적 낮은 높이를 가지면서 배기가스 내 탄소를 흡수할 수 있는 탄소 흡수장치를 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 낮은 높이를 가지면서도 다단으로 배기가스 내 탄소 흡수가 가능한 탄소 흡수장치를 제공하는 효과를 준다.

본 발명은, 공간활용성이 향상된 탄소 흡수장치를 제공할 수 있다.

본 발명은, 사각 형상의 단면을 가져 선박의 연돌 내부에 효율적으로 배치가능한 탄소 흡수장치를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 타측에 형성되는 하우징, 상기 하우징 내부에서 내부공간을 복수의 흡수단으로 획정하는 격벽을 포함하고, 상기 격벽은 탄소 흡수장치 내부공간을 유동하는 배기가스가 통과할 수 없도록 형성되며, 하우징의 내측 일면으로부터 일측으로 연장되되, 탄소 흡수장치의 제1방향을 면하면서 제2방향으로 연장되어 상기 복수의 흡수단이 내부공간에서 제1방향으로 배열되어 길이방향으로 다단의 흡수단이 형성되어 배기가스가 길이방향으로 유동하면서 내부의 탄소가 포집될 수 있다.

본 발명은, 상기 격벽은 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록 연장되어, 내부공간으로 유입된 배기가스가 복수의 흡수단을 차례로 유동하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집되는 탄소 흡수장치를 제공한다.

본 발명은, 상기 격벽은 탄소 흡수장치의 내측 일면으로부터 대향하는 타면을 향해 연장되거나, 일면 및 대향하는 타면으로부터 타면 및 일면을 향해 연장되되, 상기 격벽이 연장된 길이가 일면으로부터 타면까지의 거리보다 작아 격벽에 의해 폐색되지 않은 개구가 형성되고, 상기 격벽에 의해 폐색되지 않는 개구가 내부공간의 상부와 하부에 교번적으로 형성되도록 상기 격벽이 연장됨으로써 배기가스가 S자 형태로 유동하면서 유동길이가 극대화된다.

본 발명은, 상기 흡수단에서는 흡수제 분사노즐을 통해 흡수제가 분사되고, 상기 흡수단 내에서 낙하하는 흡수제와 유동하는 배기가스가 대향류와 동향류를 교번적으로 형성하여 탄소포집 성능이 향상되는 효과를 얻는다.

본 발명은, 하우징의 하부에서 포집된 흡수제를 외부로 배출하는 취출구가 흡수단별로 형성되어 탄소 포집 농도가 다른 흡수제를 각각 달리 이송할 수 있다.

본 발명은, 상기 탄소 흡수장치의 내부공간을 냉각시키는 냉각장치를 더 포함하고, 상기 냉각장치는 배기가스 유입구 측 흡수단에서 배기가스 유출구 측 흡수단으로 갈수록 점진적으로 낮은 온도를 가지도록 상기 내부공간을 냉각시켜 탄소 농도가 낮은 부분에서도 효과적으로 탄소 흡수가 가능한 효과를 가진다.

본 발명은, 배기가스 발생장치로부터 배출되는 배기가스를 외부로 배출하기 위해 선박의 폭 방향으로 연장되는 연돌, 내부공간에서 배기가스 내 탄소를 제거시키며, 서로 대향하며 길이방향으로 연장되는 제1벽체, 서로 대향하며 폭방향으로 연장되는 제2벽체를 포함하고, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 길이방향 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 길이방향 타측에 형성된 탄소 흡수장치를 포함하고, 상기 탄소 흡수장치는 연돌 내측에 수용되어 선박에서 배출되는 배기가스에서 탄소를 효과적으로 제거하면서 연돌 내부 공간활용성이 향상된 선박을 제공하는 효과를 준다.

본 발명은, 상기 탄소 흡수장치로부터 탄소를 흡수한 흡수제를 공급받아 상기 흡수제으로부터 탄소를 탈거시키는 재생장치, 탄소 흡수장치 내에서 탄소를 흡수한 흡수제를 상기 재생장치로 이송하는 제1이송도관, 탄소가 탈거된 흡수제를 상기 탄소 흡수장치로 이송하는 제2이송도관을 더 포함하고, 상기 재생장치, 제1이송도관 및 제2이송도관이 연돌 내에 배치되고, 상기 연돌 내부에 배기가스 발생장치로부터 발생한 배기가스를 유입받고 탈황반응을 수행하는 스크러버를 더 포함하고, 상기 탄소 흡수장치는 상기 스크러버를 통해 탈황된 배기가스를 배기가스 유입구로 유입받아 일차적으로 황산화물을 제거하면서 냉각된 배기가스 중에서 2차적으로 탄소를 제거한 후 배출할 수 있는 선박을 제공한다.

본 발명은, 상기 탄소 흡수장치의 제1벽체 및 제2벽체의 적어도 일부가 상기 연돌과 일체로 형성되어 작업성이 우수하고 선박의 흔들림에 따라 탄소흡수가 저하되지 않는 선박을 제공할 수 있다.

본 발명은, 하우징의 하부에서 포집된 흡수제를 외부로 배출하는 취출구가 흡수단별로 형성되어 탄소 포집 농도가 다른 흡수제를 각각 달리 이송할 수 있는 탄소 흡수장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 연돌(8)이 구비된 선박을 도시한 도면

도 2는 종래의 탄소 포집시스템을 도시한 도면

도 3은 종래의 탄소 포집시스템이 선박의 연돌 내부에 배치된 것을 도시한 도면

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 포집시스템(100)을 도시한 도면

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 흡수장치(10)를 도시한 도면

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 흡수장치(10)의 A-A' 단면도

도 7 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소 흡수장치(10)의 A-A' 단면도

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 흡수장치(10)에 냉각장치(20)가 구비된 것을 도시한 도면

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소 포집시스템(100)이 연돌(8) 내부에 배치된 것을 도시한 도면

도 11은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 탄소 포집시스템(100)이 연돌(8) 내부에 배치된 것을 도시한 도면

이하에서는 본 발명에 따른 탄소 포집장치 및 탄소포집시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니고, 다른 구성요소 또한 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 명세서에 기재된 "~부" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다. 또한, 어떤 구성요소간 "연결"된다고 할 때, 이는 구성요소끼리 직접 접촉하며 체결된다는 것에 한정되는 것이 아니라 다른 구성요소를 통하여 체결되는 것을 포함하며, 체결되어있지 않더라도 소정의 힘이나 에너지를 전달할 수 있도록 배치된다는 것을 의미할 수 있다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.

먼저, 전술한 바와 같이 상기 연돌(8)은 선박의 갑판으로부터 돌출하여 선박의 폭 방향으로 연장형성되고, 상기 연돌(8)의 하부에는 선박 본체의 기관실 등 내부에 배기가스 발생장치(7)가 구비될 수 있다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에서 상기 선박은 배기가스 발생장치(7)인 주기관의 배기가스량이 10만 내지 20만Nm³/h를 초과하며 1만 TEU 이상의 컨테이너 적재용적을 가지는 대형 컨테이너선일 수 있다. 본 발명에서 후술하는 탄소포집시스템(100)의 각 구성은 연돌(8) 내부에 배치되어 설치 및 유지관리에 대한 작업성과 공간활용성이 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 탄소포집시스템(100)의 개념도이다. 상기 탄소포집시스템(100)은 배기가스 발생장치(7)에서 발생한 배기가스 내 유해성분, 바람직하게는 해양오염 등의 주 원인이 되는 황산화물과 지구온난화 및 탄소배출비용의 원인이 되는 이산화탄소, 일산화탄소 등 탄소성분을 제거한 후 배출하되, 선박의 연돌(8) 내 제한된 공간 및/또는 부피 내에서 향상된 공간활용성을 가지며 효율적으로 배기가스 내 황산화물과 탄소성분을 제거 및/또는 흡수하도록 구비된다. 상기 탄소포집시스템(100)은 연돌(8) 내부에 배치 내지 배열되는 탄소 흡수장치(10), 냉각장치(20), 재생장치(30), 도관(40) 및 스크러버(50)를 포함할 수 있다.

도 5를 참고하면, 상기 탄소 흡수장치(10)는 배기가스 내의 탄소 화합물, 바람직하게는 이산화탄소를 흡수제과 결합시킴으로써 제거하는 구성으로, 내부에 공급된 배기가스 내의 이산화탄소와 흡수제 사이의 화학반응을 통해 탄소화합물을 제거 또는 포집할 수 있다. 상기 흡수제는 아민계, 아미노산염, 무기염류 용액, 암모니아수 등일 수 있다. 탄소 흡수장치(10)는 하우징(11), 격벽(13), 접촉증가부(14) 및 흡수제분사부(15)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(11)은 내부공간을 규정하면서 탄소 흡수장치(10)의 외형을 구성하며, 후술하는 격벽(13), 접촉증가부(14) 및 흡수제분사부(15)를 내부에 수용할 수 있다. 상기 하우징(11)은 사각의 평면형상을 가져 공간활용성이 향상될 수 있으며, 사각 평면을 구성하기 위하여 서로 대향하며 길이방향으로 연장되는 제1벽체(111), 서로 대향하며 폭방향으로 연장되는 제2벽체(113), 상호 대향하여 형성된 상면(114) 및 하면(115)을 포함할 수 있다. 상기 제1벽체(111), 제2벽체(113), 상면(114) 및 하면(115)에 의해 내부공간이 규정되며, 내부공간에서 배기가스가 유동하면서 흡수제와 배기가스 내 이산화탄소 또는 일산화탄소 등 탄소 화합물의 제거 내지 흡수가 일어날 수 있다. 탄소 흡수장치(10)는 길이와 폭의 비가 2:1, 3:1 또는 그 이상을 가질 수 있다. 이에 따라 내부공간에서는 전체적으로 탄소 흡수장치(10)의 길이방향으로 유로가 형성될 수 있다. 탄소 흡수장치(10)는 사각형상을 가지면서 길이방향으로 연장되지만, 길이와 폭의 비가 1.5:1 이하일 수도 있으며 정사각형의 평면을 가질 수도 있다.

상기 하우징(11)은 외부와 연통하는 개구부로 배기가스 유입구(11a), 배기가스 유출구(11b), 흡수제유입구(11c) 및 취출구(11d)를 포함할 수 있다. 상기 탄소 흡수장치(10)의 일측에 구비된 배기가스 유입구(11a)를 통해 유입된 배기가스는 탄소 흡수장치(10) 내에서 유동하면서, 후술하는 제2이송도관(42)을 통해 공급되어 흡수제분사부(15)에 의해 분사되는 흡수제와의 화학반응에 의해 이산화탄소가 제거된다. 이산화탄소가 제거된 배기가스는 탄소 흡수장치(10) 상부에 형성된 배기가스 유출구(11b)를 통해 외부로 배출되며, 하부에 포집된 이산화탄소를 포집한 흡수제는 취출구(11d)를 통해 배출되고, 제1이송도관(41)을 통해 열교환기를 거쳐 재생ㅈ장치(30)으로 이송된다. 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구(11a)가 하우징의 일측, 바람직하게는 길이방향 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구(11b)가 길이방향 타측에 형성될 수 있다. 즉, 배기가스 유출구(11b)는 배기가스 유입구(11a)에 대해 길이방향 반대쪽에 형성된다. 배기가스 유입구(11a)는 제2벽체(113)에 형성되어 배기가스가 탄소 흡수장치(10) 내부로 하우징의 길이방향을 따라 유동하도록 안내될 수 있다. 배기가스 유출구(11b)는 상면(114)에 형성되어 이산화탄소가 제거된 배기가스를 외부로 배출할 수 있다.

흡수제유입구(11c)는 하우징의 다른 일측에 구비되되, 제1벽체(111)나 제2벽체(113) 상에 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 흡수제유입구(11c)가 복수개 형성되어 후술하는 흡수단별로 흡수제를 유입받을 수 있다.

취출구(11d)는 하우징의 하면(115)에 형성되어 하부에 모인 흡수제를 배출할 수 있다. 상기 하우징(11)의 각 개구부는 상술한 기능을 수행하는 범위 내에서 하우징의 다른 곳에 형성될 수 있음이 통상의 기술자에게 이해될 수 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 실시예들을 참고하면, 상기 격벽(13)은 하우징(11) 내에 구비되어 배기가스의 유동을 가이드할 수 있다. 격벽(13)은 상기 하우징(11)의 내측 일면으로부터 일측으로 연장되며, 배기가스가 통과할 수 없는 재질로 형성될 수 있다. 상기 격벽(13)은 하우징 내에서 복수개 형성되어 내부공간 내 복수의 흡수단을 구획하여, 격벽(13)에 의해 복수의 흡수단이 형성될 수 있다. 상기 격벽(13)은 금속 플레이트일 수 있고, 흡수제에 의한 부식을 방지하기 위해 스테인리스 재질이거나 부식방지제 코팅이 될 수 있다. 또한, 상기 격벽(13)은 금속이 아닌 가요성의 막으로 형성될 수 있으나, 이 경우에도 배기가스가 격벽(13)을 통과할 수 없도록 구비될 수 있다. 상기 격벽(13)은 상면(114)으로부터 하방으로 연장되거나, 하면(115)으로부터 상방으로 연장될 수 있다. 상기 격벽(13)은 탄소 흡수장치(10)의 길이방향, 즉 제2벽체(113) 측을 면하면서 탄소 흡수장치(10)의 폭방향으로 연장되어 복수의 흡수단이 탄소 흡수장치의 길이방향으로 배열되도록 구비될 수 있다.

상기 격벽(13)은 격벽에 의해 획정되는 복수의 흡수단 중 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록, 내부공간에 격벽에 의해 폐색되지 않은 개구를 형성할 수 있다. 즉 격벽(13)은 상면(114)으로부터 하면(115)을 향해 연장되거나, 하면으로부터 상면을 향해 연장되거나, 상면 및 하면으로부터 대향하는 하면 및 상면을 향해 연장될 수 있으나, 연장된 길이가 일면으로부터 타면까지의 거리보다 작아 격벽이 결여된 부분에 개구를 형성하는 것이다. 이에 따라 길이방향으로 배열된 복수의 흡수단(S1, S2, S3) 내의 배기가스가 복수의 흡수단을 길이방향에 따라 차례로 유동하거나, 하나의 흡수단에서 다른 흡수단으로 유동할 수 있다. 상기 격벽(13)은 개구가 형성된 위치에 따라 구분되는 제1격벽(13a)과 제2격벽(13b)을 포함한다.

도 6을 참고하면, 제1격벽(13a)은 내부공간의 상측에 개구를 형성하도록, 하우징의 하면(115)으로부터 상면(114) 측으로 연장되는 격벽이다. 이에 따라 내부공간을 유동하는 배기가스는 내부공간의 상측 개구를 통해 인접한 흡수단으로 유동할 수 있다. 반면, 제2격벽(13b)은 하측에 개구를 형성하도록 구비되는 격벽으로, 상면(114)으로부터 하면(115)을 향해 연장된다. 제2격벽(13b)은 흡수제의 집수 및 취출을 위해 하면(115)으로부터 소정거리 상측으로 연장되어 구비된 일부분을 포함할 수 있다. 따라서 개구가 흡수제의 수면 위에 형성될 수 있으며, 배기가스는 하측 개구를 통해 인접한 흡수단으로 유동할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에서, 하면(115)으로부터 상면(114)을 향해 소정거리 연장되는 부분은 생략될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 제1격벽(13a)과 제2격벽(13b)이 탄소 흡수장치(10)의 길이방향으로 따라 교번적으로 형성될 수 있다. 이에 따라 내부공간으로 유입된 배기가스가 복수의 흡수단(S1, S2, S3)을 차례로 유동하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집될 수 있다. 이 과정에서 배기가스는 상측으로 유동하다가 하측으로 유동한 후, 다시 상측으로 유동하는 과정을 반복하여 흡수제와 반응을 통해 탄소가 제거될 수 있는 유로가 극대화된다.

후술하는 바와 같이 내부공간 내 흡수단에 흡수제가 살포되면서 탄소와 흡수제가 결합할 수 있는데, 배기가스가 길이방향으로 형성된 유로를 따라 유동하면서 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집되고, 흡수단별로 탄소 포집량이 다르게 될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 취출구(11d)는 내부공간 내 흡수단별로 형성되어 각각 다른 농도로 탄소를 포집한 흡수제를 각각 다른 경로로 배출할 수 있다. 일 실시예에서는 복수의 취출구(11d)를 통해 배출된 흡수제가 동일한 도관으로 합류되어 재생장치(30)로 이송될 수 있지만, 복수의 취출구(11d)를 통해 배출된 흡수제가 분리된 도관을 통해 재생장치(30)로 이송될 수 있다. 또한 첫번째 흡수단(S1)에서 배출되는 흡수제와 같이 탄소 포집 농도가 높은 흡수제는 재생시키지 않고 배출시키거나, 더욱 긴 시간동안 재생시키기 위해 탄소포집 농도가 다른 흡수제와 격리되어 이송될 수도 있다. 또한 도 5 내지 도 7에서와 같이, 흡수단별로 흡수제유입구(11c)로부터 흡수제를 유입받을 수 있다. 각 흡수단을 지나는 배기가스 내 이산화탄소 농도가 다를 수 있다. 따라서 흡수제를 흡수단별로 다른 양으로 분사하거나, 상이한 조성 및/또는 조성비의 흡수제를 분사함으로써 배기가스 내 이산화탄소 내지 산성가스를 효율적으로 포집할 수 있다. 일 실시예에서, 배기가스 유입구(11a) 측 흡수단(S1)으로부터 배기가스 유출구(11b) 측 흡수단(S3)으로 가면서 배기가스 내 이산화탄소 농도가 점진적으로 줄어들 수 있다. 각 흡수단에서는 흡수단 내 이산화탄소의 포집이 일정하도록 흡수단별로 흡수제의 농도와 양을 다르게 하여 분사할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에서, 하우징(11) 내에는 제3격벽(13c)이 복수개 구비될 수도 있다. 제3격벽(13c)은 내부공간의 상측과 하측에 각각 개구부가 형성된 격벽으로, 아래쪽 일부분은 하면(115)으로부터 상측으로 연장되고, 위쪽 일부분은 제1벽체(111)로부터 폭방향으로 연장되어 내부공간을 폐색할 수 있다.

상기 접촉증가부(14)는 배기가스와 흡수제의 접촉을 증가시키도록 구비된 구성으로, 흡수단(S1, S2, S3) 내 유로를 점유하면서 흡수제와 배기가스 사이의 기액접촉을 증대시키는 미세구조를 가질 수 있다. 상기 접촉증가부(14)는 패킹으로 형성될 수 있으며, 배기가스와 흡수제 사이의 기액접촉을 증대시키는 공지된 또는 공지될 소재와 구조를 가진다. 상기 접촉증가부(14)는 다수의 충진재가 모여있는 구조를 이루는데, 상기 충진재는 철강, 세라믹, 플라스틱 재질 등으로 만들어진 것이 사용될 수 있다. 또한, 상기 접촉증가부(14)의 형태는 일정한 패턴이 없이 충진재들이 모여있는 랜덤(random) 패킹과 일정한 패턴이 있는 스트럭쳐드(structured) 패킹 등이 적용될 수 있다. 상기 접촉증가부(14)는 탄소 흡수장치의 처리용량 및 길이 설계 등에 따라 그 종류와 형태가 달라질 수 있다.

상기 흡수제분사부(15)는 상기 하우징(11)의 내부 중 배기가스의 유동경로 상에 배치되어 흡수제를 분사하는 부분이다. 상기 흡수제분사부(15)는 상기 접촉증가부(14)의 상부에 배치되어 상기 접촉증가부(14)를 향해 세정액을 분사한다. 상기 흡수제분사부(15)는 흡수제유입구(11c)와 연결되며, 하우징 내부로 연장되는 막대형의 분사몸체(151)와, 상기 분사몸체(151)에서 일정 간격으로 나란히 분지되거나 분사몸체에 형성된 다수개의 분사노즐(153)을 포함하고 있으며, 상기 분사몸체(151)를 통해 각 상기 분사노즐(153)에 흡수제와 압축공기를 공급하는 흡수제공급수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 흡수제공급수단(미도시)이 공급하는 흡수제 및 압축공기는 상기 흡수제유입구(11c)를 통해 상기 분사몸체(151)로 공급될 수 있다. 상기 흡수제분사부(15)의 구체적인 형태와 배치 등은 상기 흡수제분사부(15)의 분사용량 및 상기 탄소 흡수장치(10)의 전체적인 길이 설계 등에 따라 달라질 수 있다.

흡수제분사부(15)에서 흡수제를 분사하고, 흡수제는 중력에 의해 낙하함에 따라, 접촉증가부(14) 또는 흡수단 내부에서 배기가스와 흡수제 사이의 기액접촉이 일어나 배기가스 내 탄소가 흡수제에 흡수될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 도 6에서와 같이 내부공간의 배기가스는 S자 형상으로 굴곡진 유로에 의해 상승과 하강이 교번적으로 이루어지는 유동을 가지게 된다. 이에 따라 흡수단 내에서 낙하하는 흡수제와 유동하는 배기가스가 대향류, 동향류를 교번적으로 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 흡수제분사부(15)는 흡수단별로 구비됨으로써 흡수단별로 흡수제를 분사함이 바람직하다. 그러나 도 8과 같은 본 발명의 다른 일 실시예에서는, 분사몸체(151)가 복수의 흡수단을 가로질러 연장되고, 분사몸체(151)로부터 분지되거나 분사몸체(151) 상에 형성되는 분사노즐(153)이 복수의 흡수단에 걸쳐 구비되어 흡수제를 분사할 수도 있다.

도 9를 참고하면, 상기 냉각장치(20)는 탄소 흡수장치의 내부공간을 냉각시키도록 구비될 수 있다. 상기 냉각장치(20)는 적어도 일부가 내부공간에 수용되는 냉각수로로 형성되되, 상기 냉각수로 내의 냉각매질은 배기가스 유출구(11b) 측으로부터 배기가스 유입구(11a) 측으로 유동하도록 구비될 수 있다. 탄소를 포함하는 배기가스가 배기가스 유입구(11a)로부터 배기가스 유출구(11b) 쪽으로 유동하면서, 복수의 흡수단을 거치면서 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집된다. 흡수제와 배기가스 내 탄소가 결합하는 화학반응은 발열반응에 해당하므로, 상대적으로 배기가스 내 탄소 농도가 낮은 배기가스 유출구(11b) 쪽 흡수단에서는 배기가스 유입구(11a) 쪽 흡수단보다 온도를 낮게 함으로써 배기가스 내 탄소의 포집을 촉진할 수 있다. 상기 냉각장치(20)는 냉각수로로 형성될 수 있으나, 탄소 흡수장치(10) 내 배기가스 유입구 측 흡수단에서 배기가스 유출구 측 흡수단으로 갈수록 점진적으로 낮은 온도를 가지도록 상기 내부공간을 냉각시킬 수 있는 다른 구성이 사용될 수도 있다.

다시 도 4를 참고하면, 상기 재생장치(30)는 상기 탄소 흡수장치(10)로부터 탄소를 흡수한 흡수제를 공급받아 상기 흡수제으로부터 탄소를 탈거시킴으로써 흡수제를 재생시키는 구성이다. 재생장치(30)에서 이산화탄소를 탈거한 흡수제는 탄소 흡수장치(10)로 공급됨으로써, 탄소 흡수장치(10)으로부터 재생장치(30)으로 이송된 후 이산화탄소가 탈거되어 다시 탄소 흡수장치(10)로 이송되어 배기가스의 이산화탄소 흡수에 사용되는 흡수제의 순환라인을 형성할 수 있다. 탄소 흡수장치(10)로부터 재생장치(30)로 이송되는 흡수제와 재생장치(30)로부터 탄소 흡수장치(10)로 이송되는 흡수제는 열교환기를 통해 열교환된 후 이송될 수도 있다.

상기 재생장치(30)는 연돌(8) 내에서 상기 탄소 흡수장치의 하부에 배치될 수 있다. 상술한 탄소 흡수장치(10)가 길이방향으로 유로를 가지면서 다단으로 배치된 흡수단에서 탄소를 포집 및 흡수하기 때문에, 탄소 흡수장치(10)의 높이는 종래 흡수탑보다 낮아질 수 있고, 이에 따라 일 실시예에 있어서 상기 재생장치(30)는 탄소 흡수장치(10)와 수평으로 이격되어 구비되는 것이 아니라, 수직으로 이격된 하부에서 흡수제의 재생을 수행할 수 있다. 상기 재생장치(30)는 탄소 흡수장치(10)와 같이 사각 형상의 단면을 가져 연돌 내에서 향상된 공간활용성을 가질 수 있다. 상기 재생장치(30)는 후술하는 도관(40)을 통해 탄소 흡수장치(10)와 유체연통하여 흡수제를 순환시킬 수 있으며, 흡수제를 가열하는 리보일러와 흡수제로부터 분리된 탄소를 응축시키는 응축기(미도시)와 도관을 통해 연결될 수 있다.

상기 도관(40)은 탄소 흡수장치(10)와 재생장치(30) 사이에서 흡수제를 이송시키는 구성으로, 탄소 흡수장치(10)로부터 재생장치(30) 측으로 탄소를 포집한 흡수제를 공급하는 제1이송도관(41)과, 재생장치(30)로부터 탄소 흡수장치(10) 측으로 탄소가 탈거된 흡수제를 공급하는 제2이송도관(42)을 포함한다. 상기 제1이송도관(41)과 제2이송도관(42)에는 이송을 촉진하기 위한 펌프가 추가적으로 구비될 수 있다. 제1이송도관(41)과 제2이송도관(42)이 탄소 흡수장치(10)와 재생장치(30) 사이에 구비되는 열교환기(미도시)를 통해 열교환한 후 흡수제를 각 구성에 공급할 수도 있다.

상기 제1이송도관(41)은 탄소 흡수장치(10)의 하우징의 하면(115)에 형성되는 취출구(11d)와 연결되어 흡수제를 재생장치(30)로 이송시키는데, 복수의 취출구(11d)로부터 유출되는 흡수제를 통합하여 재생장치(30)로 이송시킬 수도 있으나, 흡수단별로 달리 구비된 취출구(11d)에 따라 별개의 도관으로써 재생장치(30)의 다른 구역, 다른 재생장치 또는 다른 구성으로 흡수제를 이송할 수도 있다. 제2이송도관(42)은 제1벽체(111) 또는 제2벽체(113)에 구비된 흡수제유입구(111c)와 연결된다.

상기 스크러버(50)는 선박 운항으로 인해 발생하는 배기가스가 내부에 유동하도록 하면서 세정수를 분사하여 상기 배기가스 내 유해물질을 제거한다. 상기 스크러버(50)는 습식 스크러버임이 바람직하고, 배기가스가 스크러버 내의 패킹, 분산수단 등을 통과하면서 스크러버 내부에서 분사되거나 공급되는 세정수에 의해 오염물질이 제거될 수 있다. 분사되는 세정수는 해수일 수 있는데, 분사되는 해수의 입자가 상대적으로 작고, 배기가스의 상승유동은 상대적으로 강하기 때문에 세정수 내 이물질이 배기가스에 혼입될 수 있다. 스크러버(50)를 통과한 배기가스는 배기가스 공급유로를 따라 탄소 흡수장치(10)의 유입구(11a)로 유입될 수 있다. 엔진에서 발생하여 유동하는 고온의 배기가스는 상기 스크러버(50)를 통과하면서 세정수에 의해 냉각되므로, 상기 탄소 흡수장치(10)에서 배기가스로부터 이산화탄소를 흡수하기 위하여 배기가스를 부수적으로 냉각하는 과정이 생략되어 효율적인 이산화탄소 포집이 가능하다.

도 4 및 도 10 내지 11을 참고하면, 본 발명의 스크러버(50) 및 탄소 흡수장치(10)는 연돌(8) 내부에서 연돌(8)의 길이방향, 즉 선박의 폭방향을 따라 배치될 수 있다. 이때 연돌(8) 내부의 스크러버와 탄소 흡수장치(10)는 사각 형상의 단면을 가져 연돌 내부에서의 설치 작업성이 향상되고, 원통형상의 탄소 흡수장치(10)와 달리 연돌(8) 내부 모서리쪽에 발생하는 잉여공간을 줄여 실질적으로 더욱 많은 배기가스를 처리할 수 있게 된다.

특히, 본 발명의 경우 탄소 흡수장치(10)의 필요 높이가 줄어들어 재생장치(30)가 탄소 흡수장치(10)의 하부에 구비될 수 있도록 함으로써, 연돌(8) 외부에 재생장치(30)를 구비하는 것에 비해 데드 스페이스가 줄어들고 흡수제를 이송하는 도관이 연돌 외부로 나갈 필요 없이 연돌 내에서 컴팩트하게 설치 및 배치될 수 있다.

이와 같은 실시예에서, 상기 탄소 흡수장치(10)는 적어도 일부가 연돌(8)과 일체로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 하우징(11)의 제1벽체(111) 또는 제2벽체(113)가 연돌(8)과 일체로 형성될 수 있다. 이에 따라 탄소 흡수장치(10)가 연돌(8)에 고정되어 설치작업이 용이하고 선박의 움직임에 따라 탄소 흡수장치(10)가 흔들려 배기가스 내 탄소포집이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 해결될 수 있다. 또한, 상기 탄소 흡수장치(10)의 경우와 같이, 재생장치(30) 및 스크러버(50)의 일부도 연돌(8)과 일체로 형성될 수 있다.

탄소 흡수장치(10)는 상술한 바와 같이 선박 내에서 스크러버(50)와 함께 배치되어 사용될 수 있으나, 탄소 흡수장치(10)가 독립적으로 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는, 탄소 흡수장치(10)가 육상에서 배기가스를 유입받고, 배기가스 내 이산화탄소 등 산성가스를 포집하도록 구비될 수도 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

내부공간에서 배기가스 내 탄소화합물을 포집하며, 탄소가 포함된 배기가스를 유입받는 배기가스 유입구가 일측에 형성되고 탄소가 제거된 배기가스를 배출하는 배기가스 유출구가 타측에 형성되는 하우징,

상기 하우징 내부에서 내부공간을 복수의 흡수단으로 획정하는 격벽을 포함하는 탄소 흡수장치.
제1항에 있어서, 상기 격벽은 탄소 흡수장치 내부공간을 유동하는 배기가스가 통과할 수 없도록 형성되며, 하우징의 내측 일면으로부터 일측으로 연장되되, 탄소 흡수장치의 제1방향을 면하면서 제2방향으로 연장되어 상기 복수의 흡수단이 내부공간에서 제1방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제2항에 있어서, 상기 제1방향은 수평방향이고, 제2방향은 제1방향과 직교하는 방향인 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제3항에 있어서, 상기 격벽은 인접한 흡수단이 서로 유체연통하도록 연장되어, 내부공간으로 유입된 배기가스가 복수의 흡수단을 차례로 유동하여 배기가스 내 탄소가 축차적으로 포집되는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제3항에 있어서, 상기 격벽은 탄소 흡수장치의 내측 일면으로부터 대향하는 타면을 향해 연장되거나, 일면 및 대향하는 타면으로부터 타면 및 일면을 향해 연장되되,

상기 격벽이 연장된 길이가 일면으로부터 타면까지의 거리보다 작아 격벽에 의해 폐색되지 않은 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제5항에 있어서, 상기 격벽에 의해 폐색되지 않는 개구가 내부공간의 상부와 하부에 교번적으로 형성되도록 상기 격벽이 연장되는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제4항에 있어서, 상기 흡수단에서는 흡수제 분사노즐을 통해 흡수제가 분사되고, 상기 흡수단 내에서 낙하하는 흡수제와 유동하는 배기가스가 대향류와 동향류를 교번적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제7항에 있어서, 상기 하우징의 하부에서 포집된 흡수제를 외부로 배출하는 취출구가 흡수단별로 형성된 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 탄소 흡수장치와, 상기 탄소 흡수장치의 내부공간을 냉각시키는 냉각장치를 포함하는 탄소포집시스템.
제9항에 있어서, 상기 냉각장치는 배기가스 유입구 측 흡수단에서 배기가스 유출구 측 흡수단으로 갈수록 점진적으로 낮은 온도를 가지도록 상기 내부공간을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 탄소포집시스템.
제10항에 있어서, 상기 냉각장치는 적어도 일부가 내부공간에 수용되는 냉각수로로 형성되되, 상기 냉각수로 내의 냉각매질은 배기가스 유출구 측으로부터 배기가스 유입구 측으로 유동하는 것을 특징으로 하는 탄소포집시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄소 흡수장치는 육상에서 배기가스 내 탄소 화합물을 포집하는 것을 특징으로 하는 탄소 흡수장치.