KR100527420B1

KR100527420B1 - Ｃｏ2 분리회수장치

Info

Publication number: KR100527420B1
Application number: KR10-2003-0045260A
Authority: KR
Inventors: 이창근; 진경태; 선도원; 한근희; 배달희; 박재현; 조성호; 유호정; 이승용; 박상도; 문길호; 유정석; 우광제
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-11-09
Also published as: KR20050003767A

Abstract

본 발명은 CO₂를 선택적으로 흡수하는 전달반응기와, CO₂를 잡고있는 고체입자가 CO₂를 놓아주면서 원래의 상태로 재생되는 재생반응기로 구성된 CO₂분리회수장치에 관한 것으로, 외부로부터 공급된 CO₂함유가스(11)가 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 회수하는 회수반응기(1); 상기 회수반응기(1)와 연결되어 기체는 배출시키고 CO₂를 함유하고 있는 고체만 분리하는 사이클론1(3a); 상기 사이클론1(3a)과 연결된 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(7)를 통해 CO₂를 함유하고 있는 고체를 공급받아 유동화가스(8)를 이용하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 분리된 건식고체흡수제를 이송수단을 통해 다시 회수반응기(1)로 보내는 재생용 유동층반응기(2); 및 상기 재생용 유동층반응기(2)에서 분리된 CO₂를 외부로 저장 또는 이용할 수 있도록 하는 CO₂분리회수장치이다.

Description

ＣＯ2 분리회수장치{CO2 capturing process}

본 발명은 CO₂분리회수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CO₂를 선택적으로 흡수하는 전달반응기와, CO₂를 잡고있는 고체입자가 CO₂를 놓아주면서 원래의 상태로 재생되는 재생반응기로 구성된 CO₂분리회수장치에 관한 것이다.

종래의 CO₂를 회수하는 공정으로는 습식법에 의한 공정이었다. 즉 아민류 계통의 용액을 통과하여 CO₂를 흡수하게 하고 재생탑에서 그 용액을 재생하는 방식인 것이다. 습식법의 경우 폐수가 생기는 문제점을 가지고 있다.

이를 극복하기 위하여 건식법이 발명되었다. 건식법은 2탑 반응기를 사용하여 CO₂를 분리 회수하는 방법으로, 배가스에 함유되어 있는 CO₂ 가스와 건식고체흡수제를 균일하게 접촉하도록 하여 CO₂만을 선택적으로 포집하여 회수한다.

종래의 기술은 회수반응기를 이동층으로 사용하였으나 반응이 발열반응으로 유지되기 때문에 온도조절에 문제점이 있으며 낮은 유속으로 반응기의 크기가 커야했다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, CO₂를 회수하는 반응기로서 높은 유속의 전달반응기 또는 유동층반응기를 이용하여, 반응기의 온도조절과 연속운전이 용이한 CO₂분리회수장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 외부로부터 공급된 CO₂함유가스(11)가 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 회수하는 회수반응기(1); 상기 회수반응기(1)와 연결되어 기체는 배출시키고 CO₂를 함유하고 있는 고체만 분리하는 사이클론1(3a); 상기 사이클론1(3a)과 연결된 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(7)를 통해 CO₂를 함유하고 있는 고체를 공급받아 유동화가스(8)를 이용하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 분리된 건식고체흡수제를 이송수단을 통해 다시 회수반응기(1)로 보내는 유동층반응기(2); 및 상기 유동층반응기(2)에서 응축 분리된 CO₂를 외부에서 이용할 수 있도록 방출하는 사이클론2(3b)을 포함하는 CO₂분리회수장치이다.

상기에서 이송수단은 재생반응기(2)의 측면과 회수반응기(1)의 하부를 연결하는 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(6a)이고, CO₂포함가스는 회수반응기(1)로 유입되는 것을 특징으로 하거나, 이송수단은 재생반응기(2)의 하단과 회수반응기(1)의 하부를 연결하며 수평으로 형성된 고체이송파이프(6b)이고, CO₂포함가스는 상기 고체이송파이프(6b)로 유입되는 것을 특징으로 한다.

또 다른 발명은, 고체이송가스(9)가 건식고체흡수제를 이송시키는 상승관(12); 상기 상승관(12)과 연결되어 이송가스는 배출시키고 고체만 분리하는 사이클론1(3a); 상기 사이클론1(3a)과 연결된 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(7)를 통해 상기 고체와, 외부로부터 공급된 CO₂함유가스(11)를 공급받아 CO₂회수반응기 역할을 하는 유동층반응기1(2'); 상기 유동층반응기(2')와 고체이송파이프(10)로 연결되고, 유동화가스(8)를 이용하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 분리된 건식고체흡수제를 이송수단을 통해 다시 상승관(12)으로 보내는 재생용 유동층반응기2(2); 및 상기 유동층반응기1(2') 및 유동층반응기2(2)에서 분리된 CO₂를 외부에서 이용할 수 있도록 방출하는 사이클론2,3(3b, 3c)을 포함하는 CO₂분리회수장치이다.

이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예로써, 회수반응기(1), 재생반응기인 유동층반응기(2), 사이클론(3a,3b), 고체이송파이프(6a,7)로 구성되어 있다.

본 발명과 같이 유동층반응기를 사용함으로써, 유속을 높임으로 인한 반응기의 단면적이 줄어들고 공정 구성도 간단하게 되며, 발열이 적어 온도제어가 수월해진다.

CO₂포함가스(11)는 가스분산판(4)을 통과하여 회수반응기(1) 내부로 공급되고, 상기 회수반응기(1) 안에서 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂가 회수된다.

상기 상승관과 연결된 사이클론(3a)에서는 고체와 기체를 분리하여 CO₂와 결합한 고체입자만 통과시키고, 기체를 외부로 방출한다.

사이클론(3a)를 통과한 고체입자는 루프실(5)이 형성된 고체이송파이프(7)를 거쳐 재생반응기인 유동층반응기(2)에 주입된다.

여기서 루프실(5)은 양 반응기 사이의 기체흐름의 차단 역할을 한다.

유동층반응기(2)에서는 하부에서 유동화가스(8)가 가스분산판(4)을 거쳐 공급되어, 사이클론(3a)를 통과한 고체입자를 유동화에 의해 재생하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 분리된 건식고체흡수제를 이송수단인 루프실(5)를 포함하는 고체이송파이프(6a)를 통해 다시 회수반응기(1)로 보낸다.

이 때, 발생한 CO₂를 사이클론2(3b)를 이용하여 분리된 CO₂ 가스를 사용하기 위해 외부로 방출한다.

상기 고체이송파이프(7,6a)에서 고체의 이송은 고체의 자중에 의한다.

도 2는 본 발명의 제2실시예로써, 회수반응기(1), 재생반응기인 유동층반응기(2), 사이클론(3a,3b), 고체이송파이프(6b,7)로 구성되어 있다.

제1실시예와의 차이는 재생반응기인 유동층반응기(2)에서 회수반응기(1)로의 고체흐름이 수평으로 형성된 고체이송파이프(6b)에 의하여 이루어진다는 것이다. 따라서, 수평형상의 고체이송파이프(6b)를 사용하여 공정이 간단하게 구성된다.

다만, 수평형상의 고체이송파이프(6b)를 사용하므로 고체를 이송시키기 위한 수단이 요구된다. 따라서, 본 발명은 CO₂함유가스(11)를 고체이송파이프(6b)에 직접 유입하여 고체를 회수반응기로 이송하는 고체이송가스의 역할을 하도록 하였다.

도 3은 본 발명의 제3실시예로써, 상승관(12), 2개의 유동층반응기(2,2'), 사이클론(3a,3b,3c), 고체이송파이프(6b,7,10)으로 구성되어 있다.

여기서 유동층반응기(2')가 CO₂의 흡수반응을 일으키는 회수반응기이고, 유동층반응기(2)이 재생반응기로써 역할한다. 여기서, 상승관(12)은 단지 고체를 상향이송시키는 역할을 한다.

회수반응기와 재생반응기인 유동층반응기(2,2')는 고체이송파이프(10)에 의해 연결된다.

재생반응기인 유동층반응기(2)로부터 회수반응기인 유동층반응기(2')로 입자를 이송시키기 위해서 고체이송파이프(6b)와 상승관(12)을 사용하였다.

CO₂함유가스(11)는 유동층반응기(2')에 유입된다. 또한, 수평형태의 고체이송파이프(6b)에는 고체의 이송을 원할히 하기 위해 고체이송가스(9)를 주입하였다.

상승관(12)과 유동층반응기(2,2')에는 사이클론(3a,3b,3c)가 각각 연결되어 기체상태의 물질 만을 외부로 방출시킨다.

본 발명으로서 온실가스의 주범인 이산화탄소 저감 및 처리를 위한 대책으로 지구 온난화 방지에 능동적으로 대처할 수 있다. 즉, 두 반응기 사이의 고체의 흐름이 정체되는 부분이 생기지 않으며, 복잡한 기계적 밸브를 사용하지 않고 간단하게 구성되어 있다. 공정의 관점에서 볼 때는 공정이 간결하고 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

재생용 고체 흡수제를 이용한 CO₂회수장치개발로 에너지가 절약되고 저가의 CO₂분리회수 기술을 확보할 수 있으며, 차세대 예연소(pre-combustion) CO₂포획기술과 CLC(Chemical Looping Combustor)에 적용 가능한 공정기술이다.

도 1은 실시예 1의 공정도

도 2는 실시예 2의 공정도

도 3은 실시예 3의 공정도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 회수반응기 2,2': 유동층반응기

3a,3b,3c: 사이클론 4: 가스분산판

5: 루프실 6a,6b,7,10: 고체이송파이프

8: 유동화가스 9: 고체이송가스

11: CO₂포함가스 12: 상승관

Claims

외부로부터 공급된 CO₂함유가스(11)가 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 회수하는 회수반응기(1);

상기 회수반응기(1)와 연결되어 기체는 배출시키고 CO₂를 함유하고 있는 고체만 분리하는 사이클론1(3a);

상기 사이클론1(3a)과 연결된 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(7)를 통해 CO₂를 함유하고 있는 고체를 공급받아 유동화가스(8)를 이용하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 분리된 건식고체흡수제를 이송수단을 통해 다시 회수반응기(1)로 보내는 유동층반응기(2); 및

상기 유동층반응기(2)에서 분리된 CO₂를 이용할 수 있도록 외부로 방출하는 사이클론2(3b)을 포함하는 CO₂분리회수장치
제1항에 있어서, 이송수단은 재생반응기(2)의 측면과 회수반응기(1)의 하부를 연결하는 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(6a)이고, CO₂포함가스는 회수반응기(1)로 유입되는 것을 특징으로 하는 CO₂분리회수장치
제1항에 있어서, 이송수단은 재생반응기(2)의 하단과 회수반응기(1)의 하부를 연결하며 수평으로 형성된 고체이송파이프(6b)이고, CO₂포함가스는 상기 고체이송파이프(6b)로 유입되는 것을 특징으로 하는 CO₂분리회수장치
고체이송가스(9)가 건식고체흡수제를 이송시키는 상승관(12);

상기 상승관(12)과 연결되어 이송기체는 배출시키고 고체만 분리하는 사이클론1(3a);

상기 사이클론1(3a)과 연결된 루프실(5)을 포함하는 고체이송파이프(7)를 통해 고체와, 외부로부터 공급된 CO₂함유가스(11)를 공급받아 회수반응기의 역할을 하는 유동층반응기1(2');

상기 유동층반응기(2')와 고체이송파이프(10)로 연결되고, 유동화가스(8)를 이용하여 CO₂와 건식고체흡수제로 분리하고, 재생된 건식고체흡수제를 이송수단을 통해 다시 상승관(12)으로 보내는 재생용 유동층반응기2(2); 및

상기 유동층반응기1(2') 및 유동층반응기2(2)에서 분리된 CO₂를 이용할 수 있도록 외부로 방출하는 사이클론2,3(3b, 3c)을 포함하는 CO₂분리회수장치