WO2023121226A1 - 탄소 흡수장치 - Google Patents
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- F01N2590/00—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
- F01N2590/02—Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
Definitions
- the present invention relates to a carbon absorption device, and more particularly, to remove carbon from exhaust gas in an internal space, an exhaust gas inlet for receiving exhaust gas containing carbon is formed on one side and discharges the exhaust gas from which the carbon is removed.
- a housing having an exhaust gas outlet formed on the other side thereof, and a partition wall defining an internal space inside the housing as a plurality of absorption stages, wherein the partition wall extends so that adjacent absorption stages are in fluid communication with each other, and is formed by the partition wall.
- the present invention relates to a carbon absorbing device that can be mounted on a ship or the like by absorbing carbon in the exhaust gas at a relatively small height by successively absorbing carbon in the exhaust gas through gas-liquid contact with the absorbent while sequentially flowing through a plurality of absorption stages. .
- the carbon-neutrality of the fuel must be considered in order to achieve the essential goal of the EEDI regulation.
- the purpose of establishing IMO's initial strategy is to contribute to the international efforts to reduce greenhouse gas emissions by IMO in line with the Kyoto Protocol and the Paris climate Agreement adopted by the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). If the above-mentioned hydrogen or ammonia propulsion method is introduced into a ship, greenhouse gases generated by the ship during voyage can be reduced by 100%. However, since most hydrogen and ammonia are currently produced by reforming hydrocarbon fuels, greenhouse gas emissions generated in the fuel production stage cannot be avoided.
- the onboard carbon dioxide capture system is a technology with high potential for introduction considering both the carbon neutralization of fuel and the technological maturity.
- the shipboard carbon dioxide capture system refers to a technology that selectively captures and stores carbon dioxide in the exhaust gas discharged from the engine during ship operation.
- the onboard carbon dioxide capture system is a technology that can intuitively reduce greenhouse gases emitted into the atmosphere because it captures and stores carbon dioxide, a greenhouse gas generated from hydrocarbon fuel, and stores or regenerates the captured carbon dioxide underground. When treated using the energy-based methanation method, greenhouse gas emissions throughout the life cycle of hydrocarbon fuels can be reduced.
- a ship has a plurality of bulkheads extending in the width direction connecting the port side and the starboard side, and a plurality of containers may be loaded between the bulkheads for cargo transportation.
- An exhaust gas generator 7 including a main engine and an auxiliary engine may be provided at the aft side of the ship, and a chimney 8 may be provided between the bulkheads to purify and discharge the exhaust gas.
- the chimney 8 protrudes from the deck of the ship and extends in the width direction of the ship, and an exhaust gas generator 7 may be provided under the chimney 8 in an engine room or the like of the ship body.
- the conventional carbon dioxide capture system of FIG. 2 includes an absorption tower 91 that removes carbon dioxide from exhaust gas by combining it with an absorbent, a heat exchanger 93 for heat exchange by receiving the absorbent that has absorbed carbon dioxide through a pump P, and A reboiler 92 connected to the regeneration tower 92 to remove carbon dioxide chemically bonded to the heat exchanged absorbent and heating the absorbent; and a reboiler 94 to condense and store the stripped carbon. It further includes a condenser 95 for processing.
- the carbon dioxide absorption and removal device performs a carbon dioxide absorption process and a regeneration process (separation process) of the absorbent using the above configurations, and the regenerated absorbent is re-supplied to the absorption tower 91.
- the synthesis of carbon dioxide and the absorbent performed in the absorption tower 91 is an exothermic reaction, and an additional cooling method is forced on the absorption tower for continuous reaction, and the exhaust gas contains foreign substances such as dust salts and plankton and is mixed into the absorbent. This leads to a decrease in the efficiency of the entire system.
- the absorption tower 91 and the regeneration tower 92 may be disposed inside the stack 8 together with the scrubber 95, and the scrubber 95 and the absorption tower 92 Since the tower 91 has a vertically long cylindrical shape, it is difficult to efficiently arrange it inside the chimney 8 having a limited space. Even more so.
- the exhaust gas flow extends vertically in the absorption tower 91, the height of the absorption tower becomes too high, so that carbon dioxide cannot be completely treated in the stack 8 through the conventional absorption tower 91. do.
- Patent Document 1 US Patent Registration No. US 9,272,241 (2016.03.01.)
- the present invention has been made to solve the above problems,
- An object of the present invention is to provide a carbon absorber capable of absorbing carbon in exhaust gas while having a relatively low height.
- Another object of the present invention is to provide a carbon absorber capable of absorbing carbon in exhaust gas in multiple stages while having a low height.
- Another object of the present invention is to provide a carbon absorber with improved space utilization.
- Another object of the present invention is to provide a carbon absorber that has a square cross section and can be efficiently placed inside a stack of a ship.
- Another object of the present invention is to remove carbon from exhaust gas in an internal space, and an exhaust gas inlet for receiving exhaust gas containing carbon is formed on one side and an exhaust gas outlet for discharging carbon-removed exhaust gas is on the other side.
- a housing formed in the housing, and a barrier rib defining an internal space inside the housing as a plurality of absorption stages, the barrier rib is formed so that exhaust gas flowing in the internal space of the carbon absorber cannot pass, and from an inner surface of the housing It extends to one side, but extends in the second direction while facing the first direction of the carbon absorber, so that the plurality of absorption stages are arranged in the first direction in the internal space to form multiple absorption stages in the longitudinal direction so that the exhaust gas is
- An object of the present invention is to provide a carbon absorber in which carbon inside is collected while flowing in a direction.
- Another object of the present invention is a carbon absorption device in which the barrier rib is extended so that adjacent absorption stages are in fluid communication with each other, and the exhaust gas introduced into the internal space sequentially flows through the plurality of absorption stages to sequentially collect carbon in the exhaust gas. is to provide
- the partition wall extends from one inner surface of the carbon absorber toward the opposite surface, or extends from one surface and the opposite surface toward the other surface and one surface, when the length of the partition wall extends from one surface to the other surface.
- An opening not blocked by the partition wall is formed, and the partition wall is extended so that the opening not blocked by the partition wall is alternately formed at the top and bottom of the internal space, so that the exhaust gas flows in an S shape. It is to provide a carbon absorber in which the flow length is maximized while doing so.
- Another object of the present invention is that in the absorption stage, an absorbent is injected through an absorbent injection nozzle, and the absorbent falling in the absorption stage and the exhaust gas flowing alternately form a countercurrent and a countercurrent flow to perform carbon capture performance. It is to provide an improved carbon absorber.
- Another object of the present invention is to provide a carbon absorber capable of transporting absorbents having different carbon capture concentrations in different ways, in which outlets for discharging the absorbents collected in the lower part of the housing are formed for each absorption stage.
- Another object of the present invention is to further include a cooling device for cooling the inner space of the carbon absorption device, wherein the cooling device has a gradually lower temperature from an absorption end at an exhaust gas inlet side to an absorption end at an exhaust gas outlet side. It is to provide a carbon absorbing device capable of effectively absorbing carbon even in a part having a low carbon concentration by cooling the inner space so as to be.
- Another object of the present invention is a chimney extending in the width direction of the ship to discharge the exhaust gas discharged from the exhaust gas generator to the outside, removing carbon from the exhaust gas in the internal space, facing each other and extending in the longitudinal direction.
- An outlet includes a carbon absorber formed on the other side in the longitudinal direction, and the carbon absorber is accommodated inside the stack to effectively remove carbon from exhaust gas discharged from the ship and to provide a ship with improved space utilization inside the stack.
- Another object of the present invention is a regeneration device for receiving an absorbent that absorbs carbon from the carbon absorber and removing carbon from the absorbent, and a first method for transferring the absorbent that absorbs carbon in the carbon absorber to the regenerator. It further includes a transfer conduit and a second transfer conduit for transferring the carbon-desorbed absorbent to the carbon absorber, wherein the regeneration unit, the first transfer conduit, and the second transfer conduit are disposed in a stack, and the exhaust gas is disposed inside the stack. It further includes a scrubber that receives exhaust gas generated from the generator and performs a desulfurization reaction, and the carbon absorber receives the exhaust gas desulfurized through the scrubber through the exhaust gas inlet and primarily removes sulfur oxides while cooling the exhaust gas. It is to provide a ship capable of discharging after removing carbon secondarily from gas.
- Another object of the present invention is to provide a ship in which at least a part of the first wall and the second wall of the carbon absorber are formed integrally with the chimney, so that workability is excellent and carbon absorption is not reduced due to shaking of the ship. is to do
- Another object of the present invention is to provide a carbon absorber capable of transporting absorbents having different carbon capture concentrations in different ways, in which outlets for discharging the absorbents collected in the lower part of the housing are formed for each absorption stage.
- the present invention is implemented by an embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
- the present invention removes carbon from exhaust gas in the interior space, and an exhaust gas inlet for receiving carbon-containing exhaust gas is formed on one side and exhaust exhaust gas from which carbon is removed is discharged. It is characterized in that it includes a housing having a gas outlet formed on the other side, and partition walls defining an internal space inside the housing as a plurality of absorption stages.
- the partition wall of the present invention is formed so that exhaust gas flowing in the internal space of the carbon absorber cannot pass, and extends from one inner surface of the housing to one side, and the first It is characterized in that the plurality of absorption ends are arranged in the first direction in the inner space by extending in the second direction while facing the direction.
- the barrier rib of the present invention is extended so that adjacent absorption stages are in fluid communication with each other, so that the exhaust gas introduced into the internal space flows through the plurality of absorption stages sequentially, so that the carbon in the exhaust gas is gradually reduced. It is characterized by being captured by.
- the barrier rib of the present invention extends from one inner side of the carbon absorber toward the opposite side, or extends from one side and the opposite side toward the other side and one side, wherein the barrier rib extends. It is characterized in that the length is smaller than the distance from one side to the other side, so that an opening that is not blocked by the partition wall is formed.
- the partition wall of the present invention is extended so that openings not blocked by the partition wall are alternately formed in upper and lower parts of the inner space.
- an absorbent in the absorption stage of the present invention, is injected through an absorbent injection nozzle, and the absorbent falling in the absorption stage and the exhaust gas flowing alternately flow in a counter-current direction and a counter-flow direction. It is characterized in that it is formed as.
- outlets for discharging the absorbent collected in the lower part of the housing to the outside are formed for each absorption stage.
- the present invention further includes a cooling device for cooling the inner space of the carbon absorption device, and the cooling device moves from the exhaust gas inlet-side absorption end to the exhaust gas outlet-side absorption end. It is characterized in that the inner space is cooled to have a gradually lower temperature.
- the cooling device of the present invention is formed of a cooling water passage at least partially accommodated in an inner space, and the cooling medium in the cooling water passage flows from the exhaust gas outlet side to the exhaust gas inlet side. characterized by
- the present invention can obtain the following effects by combining and using the above embodiments and configurations to be described below.
- the present invention has an effect of providing a carbon absorber capable of absorbing carbon in exhaust gas while having a relatively low height.
- the present invention has the effect of providing a carbon absorbing device capable of absorbing carbon in exhaust gas in multiple stages while having a low height.
- the present invention can provide a carbon absorber with improved space utilization.
- the present invention has the effect of providing a carbon absorber that has a square cross section and can be efficiently placed inside the chimney of a ship.
- the present invention removes carbon from exhaust gas in an internal space, and an exhaust gas inlet for receiving carbon-containing exhaust gas is formed on one side and an exhaust gas outlet for discharging carbon-removed exhaust gas is formed on the other side.
- a barrier rib defining an internal space into a plurality of absorption stages inside the housing, the barrier rib is formed so that exhaust gas flowing in the internal space of the carbon absorber cannot pass, and extends from one inner surface of the housing to one side.
- the plurality of absorption stages are arranged in the first direction in the inner space to form multiple absorption stages in the longitudinal direction, and the exhaust gas flows in the longitudinal direction. Carbon inside can be captured.
- the present invention provides a carbon absorption device in which the barrier rib extends so that adjacent absorption stages are in fluid communication with each other, and the exhaust gas introduced into the internal space sequentially flows through the plurality of absorption stages to sequentially capture carbon in the exhaust gas.
- the barrier rib extends from one inner surface of the carbon absorber toward the opposite surface, or extends from one surface and the opposite surface toward the other surface and one surface, wherein the length of the partition wall is greater than the distance from one surface to the other surface.
- a small opening that is not blocked by the partition wall is formed, and the partition wall is extended so that the opening that is not blocked by the partition wall is alternately formed at the top and bottom of the internal space, so that the exhaust gas flows in an S shape and the flow length is increased. is maximized
- an absorbent in the absorption stage, an absorbent is injected through an absorbent injection nozzle, and the absorbent falling in the absorption stage and the exhaust gas flowing alternately form a countercurrent and a countercurrent flow, thereby improving the carbon capture performance.
- outlets through which the absorbents collected in the lower portion of the housing are discharged to the outside are formed for each absorption stage so that absorbents having different carbon capture concentrations can be transported differently.
- the present invention further includes a cooling device that cools the inner space of the carbon absorption device, wherein the cooling device has a gradually lower temperature from an absorption end at an exhaust gas inlet side to an absorption end at an exhaust gas outlet side, so that the inner space has a gradually lower temperature. is cooled to have the effect of effectively absorbing carbon even in areas with low carbon concentration.
- the present invention a chimney extending in the width direction of the ship to discharge the exhaust gas discharged from the exhaust gas generator to the outside, removing carbon from the exhaust gas in the internal space, and a first wall that faces each other and extends in the longitudinal direction , Including a second wall facing each other and extending in the width direction, an exhaust gas inlet for receiving exhaust gas containing carbon is formed on one side in the longitudinal direction, and an exhaust gas outlet for discharging carbon-removed exhaust gas is in the longitudinal direction It includes a carbon absorber formed on the other side, and the carbon absorber is accommodated inside the stack and effectively removes carbon from exhaust gas discharged from the ship, while providing an effect of providing a ship with improved space utilization inside the stack.
- the present invention provides a regenerator for receiving an absorbent that absorbs carbon from the carbon absorber and removing carbon from the absorbent, a first transfer conduit for transferring the absorbent that absorbs carbon in the carbon absorber to the regenerator, and a carbon absorber. Further comprising a second transport conduit for transporting the removed absorbent to the carbon absorber, wherein the regenerator, the first transport conduit, and the second transport conduit are disposed in a chimney, and generated from an exhaust gas generator inside the chimney It further includes a scrubber receiving exhaust gas and performing a desulfurization reaction, and the carbon absorber receives the exhaust gas desulfurized through the scrubber through the exhaust gas inlet to primarily remove sulfur oxides and secondarily removes sulfur oxides from the cooled exhaust gas. to provide a ship that can be discharged after removing the carbon by
- the present invention since at least a part of the first wall and the second wall of the carbon absorber are formed integrally with the stack, it is possible to provide a ship having excellent workability and not reducing carbon absorption due to shaking of the ship.
- the present invention has an effect of providing a carbon absorption device capable of transporting absorbents having different carbon capture concentrations in different ways in which outlets for discharging the absorbents collected in the lower portion of the housing are formed for each absorption stage.
- 1 is a view showing a ship equipped with a conventional stack 8
- FIG. 2 is a view showing a conventional carbon capture system
- FIG. 3 is a view showing that a conventional carbon capture system is disposed inside the chimney of a ship
- FIG. 4 is a view showing a carbon capture system 100 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 5 is a view showing a carbon absorber 10 according to an embodiment of the present invention
- FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line A-A' of a carbon absorber 10 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 7 to 8 are A-A' cross-sectional views of a carbon absorber 10 according to another embodiment of the present invention.
- FIG 9 is a view showing that a cooling device 20 is provided in a carbon absorber 10 according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 10 is a view showing that the carbon capture system 100 according to an embodiment of the present invention is disposed inside the chimney 8
- FIG. 11 is a view showing that the carbon capture system 100 according to another embodiment of the present invention is disposed inside the chimney 8
- the stack 8 protrudes from the deck of the ship and extends in the width direction of the ship, and the exhaust gas generator 7 is installed at the bottom of the stack 8 inside the engine room of the ship body.
- the ship is a large container ship having a container loading volume of 10,000 TEU or more and an exhaust gas amount of the main engine of the exhaust gas generator 7 exceeding 100,000 to 200,000 Nm 3 /h.
- Each component of the carbon capture system 100 to be described later in the present invention is disposed inside the chimney 8, so workability and space utilization for installation and maintenance can be improved.
- the carbon capture system 100 removes harmful components in the exhaust gas generated from the exhaust gas generator 7, preferably sulfur oxides, which are the main cause of marine pollution, and carbon dioxide and carbon monoxide, which are the causes of global warming and carbon emission costs. It is discharged after removing such carbon components, but has improved space utilization within the limited space and / or volume in the stack 8 of the ship, and is equipped to efficiently remove and / or absorb sulfur oxides and carbon components in exhaust gas.
- the carbon capture system 100 may include a carbon absorption device 10, a cooling device 20, a regeneration device 30, a conduit 40, and a scrubber 50 disposed or arranged inside the chimney 8. there is.
- the carbon absorber 10 is configured to remove carbon compounds in exhaust gas, preferably carbon dioxide, by combining them with an absorbent, through a chemical reaction between carbon dioxide in exhaust gas supplied therein and the absorbent. Carbon compounds can be removed or captured.
- the absorbent may be amine-based, amino acid salt, inorganic salt solution, ammonia water, and the like.
- the carbon absorber 10 may include a housing 11, a partition wall 13, a contact increasing portion 14, and an absorbent spraying portion 15.
- the housing 11 constitutes the exterior of the carbon absorber 10 while defining the inner space, and can accommodate a partition wall 13, a contact increasing portion 14, and an absorbent spraying portion 15, which will be described later, therein. .
- the housing 11 has a square planar shape, so space utilization can be improved.
- the first walls 111 facing each other and extending in the longitudinal direction, facing each other and extending in the width direction may include an upper surface 114 and a lower surface 115 formed to face each other.
- the internal space is defined by the first wall 111, the second wall 113, the upper surface 114, and the lower surface 115, and while the exhaust gas flows in the internal space, the absorbent and carbon dioxide or carbon monoxide in the exhaust gas Elimination or absorption of the compound may occur.
- the carbon absorber 10 may have a length to width ratio of 2:1, 3:1 or greater. Accordingly, a flow path may be formed in the longitudinal direction of the carbon absorber 10 as a whole in the internal space.
- the carbon absorber 10 has a rectangular shape and extends in the longitudinal direction, but may have a length-to-width ratio of 1.5:1 or less and may have a square plane.
- the housing 11 may include an exhaust gas inlet 11a, an exhaust gas outlet 11b, an absorbent inlet 11c, and a discharge port 11d as openings communicating with the outside.
- the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 11a provided on one side of the carbon absorber 10 flows in the carbon absorber 10 and is supplied through a second conveying conduit 42 to be described later, so that the absorbent Carbon dioxide is removed by a chemical reaction with the absorbent sprayed by the ejection unit 15 .
- the exhaust gas from which carbon dioxide has been removed is discharged to the outside through the exhaust gas outlet 11b formed on the upper part of the carbon absorber 10, and the absorbent with the carbon dioxide collected in the lower portion is discharged through the outlet 11d.
- an exhaust gas inlet 11a for receiving carbon-containing exhaust gas is formed on one side of the housing, preferably on one side in the longitudinal direction, and exhaust gas from which carbon is removed is introduced.
- An exhaust gas outlet 11b for discharging may be formed on the other side in the longitudinal direction. That is, the exhaust gas outlet 11b is formed on the opposite side in the longitudinal direction to the exhaust gas inlet 11a.
- the exhaust gas inlet 11a may be formed on the second wall 113 so that the exhaust gas flows into the carbon absorber 10 along the longitudinal direction of the housing.
- the exhaust gas outlet 11b is formed on the upper surface 114 to discharge exhaust gas from which carbon dioxide has been removed to the outside.
- the absorbent inlet 11c is provided on the other side of the housing and may be formed on the first wall 111 or the second wall 113. In a preferred embodiment of the present invention shown in FIG. 5, a plurality of absorbent inlets 11c are formed so that the absorbent can be introduced into each absorption stage to be described later.
- the outlet 11d is formed on the lower surface 115 of the housing to discharge the absorbent collected at the lower portion. It can be understood by those skilled in the art that each opening of the housing 11 may be formed in another place of the housing within the range of performing the above-described function.
- the partition wall 13 may be provided in the housing 11 to guide the flow of exhaust gas.
- the partition wall 13 extends from one inner surface of the housing 11 to one side, and may be formed of a material through which exhaust gas cannot pass.
- a plurality of the barrier ribs 13 are formed in the housing to partition a plurality of absorption stages in the inner space, so that the plurality of absorption stages may be formed by the barrier rib 13 .
- the barrier 13 may be a metal plate, and may be made of stainless material or coated with an anti-corrosion agent to prevent corrosion by an absorbent.
- the barrier rib 13 may be formed of a flexible film rather than metal, but even in this case, exhaust gas may not pass through the barrier rib 13 .
- the barrier rib 13 may extend downward from the upper surface 114 or upward from the lower surface 115 .
- the partition wall 13 extends in the longitudinal direction of the carbon absorber 10, that is, in the width direction of the carbon absorber 10 while facing the side of the second wall 113, so that a plurality of absorption ends are formed in the longitudinal direction of the carbon absorber 10. It may be provided to be arranged as.
- the barrier rib 13 may form an opening that is not blocked by the barrier rib in the internal space so that absorption stages adjacent to each other among the plurality of absorption stages defined by the barrier rib may communicate with each other in fluid. That is, the partition wall 13 may extend from the upper surface 114 toward the lower surface 115, extend from the lower surface toward the upper surface, or may extend from the upper surface and the lower surface toward the opposite lower surface and toward the upper surface, but the extended length may extend from one surface. It is smaller than the distance to the other surface and forms an opening in the part where the partition wall is missing.
- the partition wall 13 includes a first partition wall 13a and a second partition wall 13b divided according to the position where the opening is formed.
- the first partition wall 13a is a partition wall extending from the lower surface 115 to the upper surface 114 of the housing to form an opening on the upper side of the inner space. Accordingly, the exhaust gas flowing in the inner space may flow to an adjacent absorption end through the upper opening of the inner space.
- the second partition wall 13b is a partition wall provided to form an opening on the lower side, and extends from the upper surface 114 toward the lower surface 115 .
- the second partition wall 13b may include a portion extending upward by a predetermined distance from the lower surface 115 to collect and extract the absorbent.
- an opening can be formed above the water surface of the absorbent, and the exhaust gas can flow through the lower opening to the adjacent absorption stage.
- a portion extending a predetermined distance from the lower surface 115 toward the upper surface 114 may be omitted.
- the first partition wall 13a and the second partition wall 13b may be alternately formed along the longitudinal direction of the carbon absorber 10 . Accordingly, the exhaust gas introduced into the inner space flows sequentially through the plurality of absorption stages S1, S2, and S3, so that carbon in the exhaust gas can be sequentially collected. In this process, the exhaust gas flows upwards, then downwards, and then upwards again, thereby maximizing the passage through which carbon can be removed through a reaction with the absorbent.
- carbon and the absorbent can be combined as the absorbent is sprayed at the absorption stage in the internal space.
- the carbon in the exhaust gas is sequentially collected, and the carbon is captured for each absorption stage.
- Quantities may vary.
- the outlet 11d according to an embodiment of the present invention is formed for each absorption stage in the internal space, and can discharge absorbents that have captured carbon at different concentrations through different paths.
- the absorbent discharged through the plurality of outlets 11d may be joined into the same conduit and transported to the regeneration device 30, but the absorbent discharged through the plurality of outlets 11d may be regenerated through a separate conduit. It can be transferred to device 30.
- the absorbent having a high carbon capture concentration such as the absorbent discharged from the first absorption stage (S1), may be discharged without being regenerated, or transported separately from the absorbent having a different carbon capture concentration in order to be regenerated for a longer period of time.
- the absorbent may be introduced through the absorbent inlet 11c for each absorption stage.
- the concentration of carbon dioxide in the exhaust gas passing through each absorption stage may be different. Accordingly, carbon dioxide or acid gas in the exhaust gas can be efficiently captured by injecting different amounts of absorbents for each absorption stage or by injecting absorbents having different compositions and/or composition ratios.
- the carbon dioxide concentration in the exhaust gas may gradually decrease while going from the absorption stage S1 at the exhaust gas inlet 11a to the absorption stage S3 at the exhaust gas outlet 11b.
- different concentrations and amounts of the absorbent may be injected for each absorption stage so that carbon dioxide is uniformly captured in the absorption stage.
- a plurality of third partition walls 13c may be provided in the housing 11 .
- the third partition wall 13c is a partition wall having openings formed on the upper and lower sides of the internal space, a lower part extending upward from the lower surface 115, and an upper part extending from the first wall 111 in the width direction to the inside space can be occluded.
- the contact increasing unit 14 has a configuration provided to increase contact between the exhaust gas and the absorbent, and has a microstructure that increases the gas-liquid contact between the absorbent and the exhaust gas while occupying passages in the absorption stages S1, S2, and S3.
- the contact increasing portion 14 may be formed of a packing, and has a known or known material and structure that increases gas-liquid contact between the exhaust gas and the absorbent.
- the contact increasing part 14 forms a structure in which a plurality of fillers are gathered, and the fillers made of steel, ceramic, plastic, etc. may be used.
- random packing in which fillers are gathered without a certain pattern, structured packing with a certain pattern, and the like may be applied.
- the type and shape of the contact increasing unit 14 may vary depending on the processing capacity and length design of the carbon absorber.
- the absorbent spraying part 15 is a part disposed on the flow path of the exhaust gas in the housing 11 and spraying the absorbent.
- the absorbent spraying part 15 is disposed above the contact increasing part 14 and sprays the cleaning liquid toward the contact increasing part 14 .
- the absorbent dispensing unit 15 is connected to the absorbent inlet 11c and has a rod-shaped dispensing body 151 extending into the housing, and a plurality of branches branched side by side at regular intervals from the dispensing body 151 or formed in the dispensing body. It includes two injection nozzles 153, and may further include an absorbent supply means (not shown) for supplying an absorbent and compressed air to each of the injection nozzles 153 through the injection body 151.
- the absorbent and compressed air supplied by the absorbent supply means may be supplied to the jetting body 151 through the absorbent inlet 11c.
- the specific shape and arrangement of the absorbent spraying unit 15 may vary depending on the spraying capacity of the absorbent spraying unit 15 and overall length design of the carbon absorber 10 .
- the absorbent As the absorbent is injected from the absorbent spraying unit 15 and the absorbent falls by gravity, gas-liquid contact occurs between the exhaust gas and the absorbent in the contact increasing unit 14 or inside the absorption stage, and carbon in the exhaust gas is absorbed into the absorbent. It can be.
- the exhaust gas in the inner space has a flow in which rising and falling are alternately performed by a flow path curved in an S shape. Accordingly, the absorbent falling in the absorption stage and the exhaust gas flowing can alternately form counter-current and counter-current flow.
- the absorbent dispensing unit 15 is provided for each absorption stage to inject the absorbent for each absorption stage.
- the spray body 151 extends across a plurality of absorption stages, and is branched from the spray body 151 or formed on the spray body 151. 153) may be provided across a plurality of absorption stages to spray the absorbent.
- the cooling device 20 may be provided to cool the inner space of the carbon absorption device.
- the cooling device 20 is formed of a cooling water passage at least partially accommodated in an internal space, and the cooling medium in the cooling water passage flows from the exhaust gas outlet 11b side to the exhaust gas inlet 11a side. As the exhaust gas containing carbon flows from the exhaust gas inlet 11a toward the exhaust gas outlet 11b, the carbon in the exhaust gas is sequentially captured while passing through a plurality of absorption stages.
- the exhaust gas outlet (11b) side absorption stage where the carbon concentration in the exhaust gas is relatively low, has a lower temperature than the exhaust gas inlet (11a) side absorption stage. By doing so, it is possible to promote the capture of carbon in the exhaust gas.
- the cooling device 20 may be formed as a cooling water passage, but the internal space may be cooled to have a gradually lower temperature from the absorption end on the exhaust gas inlet side to the exhaust gas outlet side absorption end in the carbon absorber 10. Other possible configurations may also be used.
- the regenerator 30 receives the absorbent that has absorbed carbon from the carbon absorber 10 and regenerates the absorbent by removing carbon from the absorbent.
- the absorbent from which carbon dioxide is removed in the regenerator 30 is supplied to the carbon absorber 10, so that after being transported from the carbon absorber 10 to the regenerator 30, carbon dioxide is removed and returned to the carbon absorber 10. It can be transported to form a circulation line of an absorbent used for absorbing carbon dioxide from exhaust gas.
- the absorbent transported from the carbon absorber 10 to the regenerator 30 and the absorbent transported from the regenerator 30 to the carbon absorber 10 may be transferred after heat exchange through a heat exchanger.
- the regeneration device 30 may be disposed below the carbon absorption device in the chimney 8. Since the above-described carbon absorber 10 has a flow path in the longitudinal direction and captures and absorbs carbon in absorption stages arranged in multiple stages, the height of the carbon absorber 10 can be lower than that of the conventional absorption tower, and accordingly, In the embodiment, the regeneration device 30 is not provided horizontally apart from the carbon absorption device 10, but may regenerate the absorbent at a vertically spaced lower part. Like the carbon absorber 10, the regeneration device 30 has a rectangular cross section and can have improved space utilization within the chimney.
- the regenerator 30 can circulate the absorbent in fluid communication with the carbon absorber 10 through a conduit 40 described later, and has a reboiler for heating the absorbent and a condenser for condensing the carbon separated from the absorbent (not shown). ) and can be connected through a conduit.
- the conduit 40 has a configuration for transporting the absorbent between the carbon absorber 10 and the regenerator 30, and supplies the absorbent that captures carbon from the carbon absorber 10 to the regenerator 30. It includes a transfer conduit 41 and a second transfer conduit 42 for supplying the carbon-desorbed absorbent from the regenerator 30 to the carbon absorber 10. Pumps for facilitating the transfer may be additionally provided in the first transfer conduit 41 and the second transfer conduit 42 . After the first conveying conduit 41 and the second conveying conduit 42 exchange heat through a heat exchanger (not shown) provided between the carbon absorber 10 and the regenerator 30, the absorbent may be supplied to each component. there is.
- the first conveying conduit 41 is connected to the outlet 11d formed on the lower surface 115 of the housing of the carbon absorber 10 to transfer the absorbent to the regenerator 30, from the plurality of outlets 11d.
- the outflowing absorbent may be integrated and transported to the regenerator 30, but the absorbent is transferred to another zone of the regenerator 30, another regenerator, or a different configuration as a separate conduit according to the outlet 11d provided differently for each absorption stage. can also be transferred.
- the second transfer conduit 42 is connected to the absorbent inlet 111c provided in the first wall 111 or the second wall 113.
- the scrubber 50 removes harmful substances in the exhaust gas by injecting washing water while allowing the exhaust gas generated due to ship operation to flow therein.
- the scrubber 50 is preferably a wet scrubber, and contaminants can be removed by washing water sprayed or supplied from the inside of the scrubber while the exhaust gas passes through packing, dispersing means, etc. in the scrubber.
- the sprayed washing water may be seawater. Since the particles of the sprayed seawater are relatively small and the upward flow of the exhaust gas is relatively strong, foreign substances in the washing water may be mixed into the exhaust gas. Exhaust gas passing through the scrubber 50 may flow into the inlet 11a of the carbon absorber 10 along the exhaust gas supply passage.
- the scrubber 50 and the carbon absorber 10 of the present invention may be disposed inside the chimney 8 along the longitudinal direction of the chimney 8, that is, along the width direction of the ship. there is.
- the scrubber and the carbon absorber 10 inside the chimney 8 have a square cross-section, improving installation workability inside the chimney, and unlike the cylindrical carbon absorber 10, toward the inner corner of the chimney 8 By reducing the surplus space generated, substantially more exhaust gas can be processed.
- the required height of the carbon absorber 10 is reduced so that the regenerator 30 can be provided below the carbon absorber 10, so that the regenerator 30 is installed outside the chimney 8. Dead space is reduced compared to that provided, and the conduit for transporting the absorbent can be compactly installed and arranged within the stack without the need to go out of the stack.
- the carbon absorber 10 may be integrally formed with the chimney 8.
- the first wall 111 or the second wall 113 of the housing 11 may be integrally formed with the chimney 8. Accordingly, since the carbon absorber 10 is fixed to the stack 8, the installation work is easy, and the problem that the carbon absorber 10 is shaken according to the movement of the ship and the carbon in the exhaust gas is not smoothly collected can be solved. there is.
- parts of the regenerator 30 and the scrubber 50 may also be integrally formed with the chimney 8.
- the carbon absorber 10 may be disposed and used together with the scrubber 50 in the ship, but the carbon absorber 10 may be used independently.
- the carbon absorber 10 may be provided to receive exhaust gas from the land and to collect acid gases such as carbon dioxide in the exhaust gas.
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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
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.
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 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 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 (12)
- 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.
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