KR100779618B1 - Apparatus and methode of co2 absorption from flue gas by double vortex tube - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 흡수탑을 이용한 CO2 흡수제거 장치를 도시한 구성도,1 is a block diagram showing a CO 2 absorption removal device using a conventional absorption tower,
도 2는 본원발명의 일 실시 예에 따르는 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 장치의 구성도,2 is a block diagram of a CO 2 absorption removal apparatus using a two-stage vortex tube according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 제1 및 제2 보르텍스 튜브 내에서 와류가 형성되는 과정을 도시한 모식도,3 is a schematic diagram showing a process of forming a vortex in the first and second vortex tubes according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 배가스와 흡수액을 별도로 공급하도록 구성되는 제 1 보르텍스 튜브의 사시도,4 is a perspective view of a first vortex tube configured to separately supply exhaust gas and absorbent liquid according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 배가스와 흡수액을 동일한 위치로 공급하도록 구성되는 제 1 보르텍스 튜브의 사시도이다.5 is a perspective view of a first vortex tube configured to supply exhaust gas and absorbent liquid to the same position according to the present invention.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *Description of the main symbols in the drawings
100: 흡수탑 120: 정제가스100: absorption tower 120: purified gas
140: 충진물 140: Fill
150: 재생탑 160: 저장탱크150: regeneration tower 160: storage tank
200: 제 1 보르텍스 300: 제 2 보르텍스200: first vortex 300: second vortex
110, 210: 배가스 220: 배가스 주입구110, 210: flue gas 220: flue gas inlet
230: 보르텍스 회전실 231: 회전실 입구230: vortex rotary chamber 231: rotary chamber entrance
240: 반응부 250: 조절밸브240: reaction unit 250: control valve
260: 배기구 270: 배가스 출구260: exhaust port 270: exhaust gas outlet
271: 1차 흡수액혼합배가스 130, 280: 흡수액271: primary absorption liquid
371: 2차 흡수액혼합배가스371: secondary absorption liquid mixed exhaust gas
400: 흡수액 회수 탱크400: absorbent liquid recovery tank
T1: 흡수액 저장탱크T1: Absorbent Storage Tank
P1, P2: 펌프P1, P2: Pump
본 발명은 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 2단의 보르텍스 튜브를 이용하여 흡수액과 배가스를 혼합하여 CO2 를 제거하는 것에 의해 CO2 제거를 위한 장치의 크기를 소형화하고, 흡수액의 소모를 줄이며, 흡수효율을 향상시킬 수 있도록 하는 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a CO 2 absorption removal method using a vortex tube, and more particularly, to a size of a device for removing CO 2 by removing CO 2 by mixing an absorbent liquid and an exhaust gas using a two-stage vortex tube. The present invention relates to a CO 2 absorption removal apparatus using a two-stage vortex tube and a method for minimizing the size, reducing the consumption of the absorbent liquid, and improving the absorption efficiency.
일반적으로 화석연료의 연소시 발생하는 이산화탄소는 대기 중으로 방출되었을 때 태양으로부터 오는 열을 지구대기 밖으로 방출하지 못하게 하는 온실효과의 주원인이 된다.In general, carbon dioxide from the burning of fossil fuels is a major cause of the greenhouse effect that prevents the release of heat from the sun to the atmosphere when released into the atmosphere.
따라서 이산화탄소를 배가스에서 분리 회수하여 농축된 상태로 저장 또는 고정화하는 방법이 현재 많이 연구 개발되어 있고, 배가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하는 방법에 있어서 흡착법, 흡수법,막분리법 등이 개발되어 있다.Therefore, many methods of separating and recovering carbon dioxide from exhaust gas and storing or immobilizing it in a concentrated state have been researched and developed. Adsorption, absorption, and membrane separation methods have been developed for separating and recovering carbon dioxide from exhaust gas.
흡착법은 대용량화 및 공정운전에 소모되는 에너지가 많이 필요하여 실용화에 어려움이 있고, 막분리법은 에너지절감 공정이나 소형에 활용할 수 있는 방법이므로 대규모 배가스 배출장치에 활용하기는 어렵다. The adsorption method is difficult to commercialize because it requires a lot of energy consumed in large capacity and process operation, and the membrane separation method is a method that can be used for energy saving process or small size, so it is difficult to use for large-scale exhaust gas discharge device.
이에 반해 흡수법은 이미 수십년 전부터 기술의 완성도 및 상업화에 성공하여 석유 및 천연가스처리공정에서 발생하는 이산화탄소를 제거하기 위해 활용되고 있으며 현재 수천 기가 운전되고 있다. 그러나 흡수법은 흡수액의 종류에 따라 경제성이 매우 많이 좌우되는 문제가 있다. On the other hand, the absorption method has already succeeded in the completion and commercialization of technology for decades, and is being used to remove carbon dioxide generated from oil and natural gas processing processes, and thousands of units are currently in operation. However, the absorption method has a problem that the economic efficiency depends very much on the type of absorbent liquid.
대표적인 이산화탄소 흡수액은 아민계 화합물로서 현재 상업적으로 가장 많이 이용되고 있다.Representative carbon dioxide absorbents are the most commercially available amine compounds at present.
도 1은 아민계 흡수액을 사용하는 종래의 CO2 흡수법의 일반적인 공정을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a typical process of a conventional CO 2 absorption method using an amine-based absorbing solution.
도 1에 도시된 바와 같이, 이산화탄소를 포함한 배가스(110)를 흡수탑(100) 하방에서 취입하고, 흡수액(130)은 흡수탑 상방에서 공급한다. 흡수탑 안에는 흡수탑내의 배가스와 흡수액의 접촉면적을 향상시키기 위해 표면적이 큰 충진물(140)을 장입하여 이를 통해 향류, 즉 반대 방향으로 흐르는 기체와 액체가 서로 접촉하게 함으로써 흡수율을 향상시킨다. 이산화탄소가 포함된 흡수액은 재생탑(150)에서 이산화탄소만 별도로 분리되고, 분리된 이산화탄소(170)는 가압냉각되어 액상으로 저장탱크(160)에 저장된다. 그리고 재생된 흡수액(130)은 다시 흡수탑(100)으로 보내지는 과정이 되풀이된다. 이 때 이산화탄소가 제거된 정제가스(120)는 흡수탑 상부로 배출된다.As shown in FIG. 1, the
그러나 이러한 충진탑식 흡수방법은 흡수탑의 크기가 커지는 단점이 있고 흡수액을 많이 사용함에 따라 흡수액 비용이 증가되며 특히 흡수액을 재생하는데 있어서 에너지소모를 많이 요구하므로 전체적으로 운전비용이 증가되는 문제가 있다.However, the packed tower absorption method has a disadvantage in that the size of the absorption tower increases, and the cost of the absorbent liquid is increased by using a lot of the absorbent liquid, and in particular, it requires a lot of energy consumption in regenerating the absorbent liquid, thereby increasing the overall operating cost.
따라서, 본원발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 보르텍스 튜브를 2단으로 설치하여 흡수액의 배가스 흡입율을 향상시키기 위해 흡스탑을 대신하여 2단의 보르텍스 튜브를 적용하는 것에 의해 이산화탄소 흡수장치의 크기를 소형화하고, 흡수효율을 향상시키며, 이산화탄소 제거시 흡수액의 사용량을 줄이고, 흡수액 공급비용 및 흡수액 재생에 소모되는 에너지 비용을 절감시키 는 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art described above, to install the vortex tube in two stages to apply a two-stage vortex tube in place of the suction stop to improve the exhaust gas suction rate of the absorbent liquid. CO 2 absorption using two-stage vortex tubes to reduce the size of carbon dioxide absorbers, improve the absorption efficiency, reduce the amount of absorbent used to remove carbon dioxide, and reduce the cost of absorbent feed and energy spent on regeneration of absorbent. It is an object of the present invention to provide a removal device and a method thereof.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 장치는, 배가스와 흡수액이 유입되어 혼합된 1차 흡수액 혼합 배가스를 배출하는 제 1 보르텍스 튜브와; 상기 제 1 보르텍스 튜브의 1차 흡수액 혼합 배가스가 유입되어 2차 혼합된 2차 흡수액 혼합 배가스를 배출하는 제 2 보르텍스 튜브와; 상기 제 2 보르텍스 튜브의 2차 흡수액 혼합 배가스를 임시 저장하여 CO2 가 제거된 정제가스를 대기로 방출하고, CO2 를 흡수한 흡수액을 수집하는 흡수액회수탱크와; 상기 흡수액회수탱크의 CO2 를 흡수한 흡수액을 유입받은 후 CO2 와 흡수액을 분리 배출하는 재생탑;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An apparatus for removing CO 2 using a two-stage vortex tube of the present invention for achieving the above object includes: a first vortex tube for discharging a primary absorbent liquid mixed exhaust gas into which exhaust gas and absorbent liquid are introduced; A second vortex tube into which the first absorbent liquid mixed exhaust gas of the first vortex tube flows in and discharges the second mixed absorbent liquid mixed exhaust gas; An absorbent liquid recovery tank configured to temporarily store the secondary absorbent liquid mixed exhaust gas of the second vortex tube to discharge the purified gas from which CO 2 has been removed, and collect the absorbent liquid absorbing CO 2 ; And a regeneration tower for separating and discharging the CO 2 and the absorbent liquid after receiving the absorbent liquid absorbing the CO 2 of the absorbent liquid recovery tank.
상기 제 1 보르텍스 튜브는 배가스와 흡수액의 주입구가 분리 구성되는 것을 특징으로 한다.The first vortex tube is characterized in that the inlet of the exhaust gas and the absorption liquid is configured to be separated.
상기 제 1 보르텍스 튜브는 배가스와 흡수액의 주입구가 동일 위치에 구성되는 것을 특징으로 한다.The first vortex tube is characterized in that the inlet of the exhaust gas and the absorption liquid is configured in the same position.
상기 재생탑은 상기 흡수액의 저장 및 보충을 위한 흡수액저장탱크;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The regeneration tower further comprises an absorbent liquid storage tank for storing and replenishing the absorbent liquid.
상술한 목적을 달성하기 위한 본원발명의 2단 보르텍스 튜브를 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 방법은, CO2를 포함하는 배가스와 흡수액을 제 1 보르텍스 튜브에 유입하여 혼합하여 1차 흡수액 혼합 배가스를 형성하여 배출하는 1차 흡수과정과; 상기 1차 흡수과정의 1차 흡수액 혼합 배가스를 제 2 보르텍스 튜브로 유이받아서 2차 흡수액 혼합 배가스를 형성하여 배출하는 2차 흡수과정과; 상기 2 차 흡수과정에서 배출되는 2차 흡수액 혼합 배가스로부터 정제가스를 분리한 후 흡수액을 회수하는 흡수액 회수 과정과; 상기 흡수액으로부터 CO2를 분리하여 저장하는 것에 의해 흡수액을 재사용할 수 있도록 수거하는 흡수액 수거 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.CO 2 absorption removal method using a two-stage vortex tube of the present invention for achieving the above object, the two-stage vortex tube, by mixing the exhaust gas and the absorbent liquid containing CO 2 into the first vortex tube 1 A primary absorption process of forming and discharging the primary absorption liquid mixed exhaust gas; A second absorption process of receiving the first absorption liquid mixed exhaust gas of the first absorption process into a second vortex tube to form and discharge the second absorption liquid mixed exhaust gas; An absorbent liquid recovery process of separating the purified gas from the secondary absorbent liquid mixed exhaust gas discharged in the second absorption process and recovering the absorbent liquid; It characterized in that it comprises an absorbent liquid collection process for collecting so that the absorbent liquid can be reused by separating and storing the CO 2 from the absorbent liquid.
상기 1차 흡수과정은 상기 배가스와 상기 흡수액을 상기 제 1 보르텍스 튜브의 동일 위치에서 유입되도록 하여 수행되는 것을 특징으로 한다.The first absorption process may be performed by introducing the exhaust gas and the absorbent liquid at the same position of the first vortex tube.
상기 1차 흡수과정은 상기 배가스와 상기 흡수액을 상기 제1 보르텍스 튜브의 다른 위치에서 유입되도록 하여 수행되는 것을 특징으로 한다.The first absorption process may be performed by introducing the exhaust gas and the absorbent liquid at different positions of the first vortex tube.
상술한 구성을 가지는 본원발명은 제 1 보르텍스 튜브와 제 2 보르텍스 튜브를 흡수탑으로 활용하여 연소배가스와 CO2 흡수액을 병류로 고압 분사하여 제 1 보르텍스 튜브내로 유입시키는 것에 의해 와류를 생성시키는 것에 의해 CO2의 1차 흡수를 행하고, 이 후 다시 제 2 보르텍스 튜브내에서 와류를 형성시켜 CO2의 2차 흡 수를 수행하는 것에 의해 CO2의 흡수율을 현저히 향상시키며,CO2가스를 흡수한 흡수액을 수거 CO2가스와 흡수액으로 분리하여 흡수액을 재사용할 수 있도록 함으로써, 이산화탄소 흡수장치의 크기를 소형화하고, 흡수효율을 향상시키며, 이산화탄소 제거시 흡수액의 사용량을 줄이고, 흡수액 공급 비용 및 흡수액 재생에 소모되는 에너지 비용을 절감시킬 수 있도록 한다.The present invention having the above-described configuration utilizes a first vortex tube and a second vortex tube as an absorption tower to generate a vortex by injecting a combustion exhaust gas and a CO 2 absorbent liquid in a cocurrent flow into the first vortex tube. performing a first absorption of CO 2 by having, by forming a vortex in the back after the second vortex tube sikimyeo significantly improved the absorption rate of CO 2 by performing a number of second intake of CO 2, CO 2 gas By absorbing the absorbent absorbed liquid into the collected CO 2 gas and the absorbent liquid to reuse the absorbent liquid, the size of the carbon dioxide absorbing apparatus is reduced, the absorption efficiency is improved, the amount of absorbent liquid is reduced when removing carbon dioxide, the absorbent liquid supply cost and It is possible to reduce the energy cost of absorbing liquid regeneration.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본원발명의 일 실시 예에 따르는 2단 보르텍스 튜브를 이용한 CO2의 흡수 제거 장치(이하 "CO2 흡수 제거 장치")의 구성을 나타내는 도면이다.Figure 2 is a view of the configuration of the second stage in accordance with one embodiment of the present invention the vortex tube to remove the CO 2 absorbent by using an apparatus (hereinafter referred to as "CO 2 absorption removal device").
도 2에 도시된 바와 같이 본원발명의 CO2 흡수 제거 장치는 종래기술의 흡수탑(100)을 대신하여 2단의 제 1 및 제 2 보르텍스 튜브(200, 300)가 구성된다. 그리고 제 2 보르텍스 튜브(300)의 배출구에는 흡수액 회수 탱크(400)가 구비되고, 흡수액 회수탱크(400)에서 정제가스가 배출된 후 이산화탄소를 흡수한 흡수액이 회수된다. 그리고 흡수액 회수탱크(400)의 배출구 측에는 재생탑(160)이 배치되어 흡수액으로부터 이산화탄소를 분리하여 저장하는 것에 의해 흡수액을 재사용할 수 있도록 회수하도록 구성된다. 회수된 흡수액은 흡수액의 공급 및 보충을 수행할 수 있도록 하는 흡수액저장탱크(T1)에 저장된다.As shown in FIG. 2, the CO 2 absorption removal apparatus of the present invention includes two stages of the first and
상술한 구성을 가지는 본원발명의 CO2 흡수 제거 장치는 제 1 보르텍스 튜 브(200)로 배가스(210)와 흡수액(280)이 유입되어 와류를 형성하는 것에 의해 흡수액의 방울을 미세화시켜서 CO2와의 접촉 면적을 넓힌 상태로 배가스와 혼합시켜 1차 흡수액 혼합가스(271)로 된 후 제 2 보르텍스 튜브(300)로 유입되어 재 혼합되어 2차 흡수액 혼합가스(371)로 된다. 이러한 혼합과정에 의해 흡수액(280)에 의한 배가스(210) 내의 CO2의 흡수율을 현저히 향상되고, 이로 인해, CO2 흡수 제거 장치를 소형화하고, 흡수액의 소모를 줄일 수 있도록 하며, 운전 비용을 절감할 수 있도록 하는 것이다.In the CO 2 absorption removal device having the above-described configuration, the
도 3은 본 발명에 따른 제 1 보르텍스 튜브 내에서 와류가 형성되는 과정을 도시한 모식도로서, 도 3을 참조하여 상기 제 1 보르텍스 튜브(200)의 기능을 더욱 상세히 설명한다.FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process of forming a vortex in a first vortex tube according to the present invention. The function of the
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 보르텍스 튜브(200)는 배가스(210)가 주입되는 배가스 투입구(220)가 보르텍스 회전실(230)에 직교하는 방향으로 연통하여 있고, 보르텍스 회전실(230)은 실린더 형태의 반응부(240)와 연통한다. 반응부(240) 끝에는 배기구(260)의 크기를 조절할 수 있도록 전후 이동이 가능한 원추형의 조절밸브(250)가 설치되어 있는데, 원추는 보르텍스 회전실(230)을 향하는 방향으로 설치되어 있다. 그 반대 방향인 보르텍스 회전실 끝에는 배가스 출구(270)가 형성되어 있다.As shown in FIG. 3, the
이때 배가스(210)와 흡수액(280)이 공급되는 보르텍스 회전실 입구(231)는 배가스 투입구(220)보다 직경이 작게 형성되고, 배가스 출구(270)는 보르텍스 회전실(230)과 접하는 부분보다 외부로 향하는 방향의 직경이 커지도록 원추형의 형상으로 형성된다.At this time, the vortex rotating chamber inlet 231 to which the
상술한 바와 같은 구성을 가지는 제 1 보르텍스 튜브(200)에 의한 CO2 흡수방법은 다음과 같이 수행된다.The CO 2 absorption method by the
CO2를 포함하는 배가스(210)를 압축기를 사용하여 3~10기압의 압력으로 보르텍스 튜브(200)의 투입구(220)로 고압 분사한다. 이때 흡수액(280)을 배가스(210)와 병류, 즉 같은 방향으로 동시에 공급해준다.The
이 경우 흡수액(280)의 동시 공급 방법은 별도의 투입구에서 공급하는 방법과, 동일한 위치의 투입구를 통하여 공급해주는 방법이 있다.In this case, the simultaneous supply method of the
도 4는 본 발명에 따른 배가스와 흡수액을 별도로 공급하도록 구성되는 제 1 보르텍스 튜브의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 배가스와 흡수액을 동일한 위치로 공급하도록 구성되는 제 1 보르텍스 튜브의 사시도이다.4 is a perspective view of a first vortex tube configured to supply exhaust gas and absorbent liquid separately according to the present invention, and FIG. 5 is a perspective view of a first vortex tube configured to supply exhaust gas and absorbent liquid according to the present invention to the same position. to be.
도 4의 경우에는 배가스 유입구(220)와 흡수액 유입구(280a)가 서로 다른 위치에 형성되어 있으며, 도 5의 경우에는 배가스와 흡수액이 동시에 보르텍스 회전실(230) 내로 유입되록 배가스 유입구(220)의 측부에 흡수액 유입구(280a)가 형성된다.In the case of FIG. 4, the
상술한 바와 같은 이산화탄소 흡수제거 장치에 사용할 수 있는 흡수액으로는 모노에탄올아민(MEA, Monoethanolamine), 메틸디에탄올아민(MDEA, Methyldiethanolamine), 디에탄올아민(DEA, diethanolamine), 3급 아민, K2CO3, NH3 등이 있고, 본 발명에서는 모노에탄올아민(이하 MEA라 함)을 사용하였다.Absorbents that can be used in the carbon dioxide absorption removal apparatus as described above are monoethanolamine (MEA, Monoethanolamine), methyldiethanolamine (MDEA, Methyldiethanolamine), diethanolamine (DEA, diethanolamine), tertiary amine, K 2 CO 3 , NH 3, and the like, and monoethanolamine (hereinafter referred to as MEA) was used in the present invention.
공급된 흡수액(280)은 고압분사된 배가스(210)와 혼합되어 제 1 보르텍스 튜브 내의 보르텍스 회전실(230)로 다시 공급된다. 보텍스 회전실(230) 내부로 분사된 배가스(210)와 흡수액(280)은 회전실 내부를 회전하면서 강한 와류를 형성한다. 이때 형성된 배가스(210)의 강한 와류로 인해 흡수액(280) 액적은 미세하게 분산된다. 미세하게 분산된 흡수액(280)은 액적이 클 때보다 비 표면적이 급격히 증가하므로 배가스(210)와의 접촉면적이 넓어지게 되고, 동일한 양의 흡수액을 사용하더라도 비표면적의 증대로 인해 배가스(210)와의 반응효과는 더욱 증가하여 이산화탄소의 흡수율이 현저히 높아지게 된다. 이때 생성되어 배출되는 흡수액 액적을 포함하는 가스를 1차 흡수액혼합배가스(271)라 한다.The absorbed
강한 와류를 형성한 배가스(210)와 액적이 미세화된 흡수액(280)은 소용돌이 형상으로 반응부(240)안에서 회전하면서 이산화탄소가 흡수액(280)에 흡수되고 동시에 압축된다. 이때, 흡수액(280)으로 사용되는 MEA의 화학식은 다음과 같다.The
또한 배가스(210)중의 이산화탄소와 흡수액(280)과의 반응식은 다음과 같은 세가지 형태로 일어난다.In addition, the reaction between the carbon dioxide and the
2RNH2 + CO2 + H2O = 2(RNH3)+ + CO3 2 - 2RNH 2 + CO 2 + H 2 O = 2 (RNH 3) + + CO 3 2 -
2RNH3 +·CO3 2 - + CO2 + H20 = 2RNH3 + + 2HCO3 - 2RNH 3 + · CO 3 2 - + CO 2 + H 2 0 = 2RNH 3 + + 2HCO 3 -
이때 반경 방향에서 정온 차이점을 통해서 반응부(240) 내에서 회전하는 동안 주변부분에서는 높은 압력으로 압축되기 때문에 온도가 상승하고, 중심부분에서는 압력이 낮아 팽창하기 때문에 온도가 하강한다.At this time, due to the difference in the constant temperature in the radial direction during the rotation in the
원추 형상의 조절밸브(250)는 앞으로 이동하면 배기구(260)의 면적이 좁아지고, 뒤로 이동하며 넓어지는 구조를 갖도록 설치된다. 와류는 흡수반응을 일으키며 조절밸브(250)까지 이동하고, 이때 조절밸브에서 이산화탄소와 반응하고 냉각응축된 흡수액 액적을 포함하는 가스 다시 반응부(240) 중심부를 거슬러 배가스 출구(270)를 통해 1차 흡수액혼합배가스(271)로 배출되고 나머지 뜨거운 배가스는 조절밸브(250) 주위에 생성된 배기구(260)로 배출된다. 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 조절밸브(250)를 완전히 앞으로 이동하여 배기구(260)가 형성되지 않도록 하였다.If the cone-shaped
제 1 보르텍스 튜브(200)에서 배출되는 1차 흡수액혼합배가스(271)는 다시 제 2 보르텍스 튜브(300)로 유입된다. 제 2 보르텍스 튜브(300)는 도 3의 제 1 보르텍스 튜브(200)와 달리 제 1 보르텍스 튜브(200)로부터 배출되는 1차 흡수액 혼합배가스(271)가 유입되는 유입구만이 형성된 것을 제외하고는 제 1 보르텍스 튜 브(200)의 구조와 동일 하므로 그 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 즉, 제 2 보르텍스 튜브(300)로 유입된 1차 흡수액혼합배가스(271)는 상기 제 1 보르텍스 튜브(300)에서와 동일한 과정에 의해 흡수액과 이산화탄소가 반응하고, 응축되어서 배가스 출구(270)를 통해 이산화탄소가 더욱 제거된 2차 흡수액혼합배가스(371)로 배출된다. 배출된 2차 흡수액혼합배가스(371)는 회수되고, 이산화탄소를 제외한 배가스는 대기로 방출되거나 별도의 처리 장치를 통해 정화된다.The first absorption liquid
이때, 보르텍스 튜브(200, 300) 내부의 조절밸브(250)를 앞으로 이동하여 배기구(260)의 면적을 좁힐수록 배가스 출구로 배출되는 흡수액과 배가스의 온도는 내려가게 되는데, 본 발명은 배기구(260)를 완전히 닫음으로써 응축효과를 최대화하였다.At this time, as the
상기 보르텍스 튜브(200, 300) 내부에서의 냉각 및 응축 기제와 효과, 배가스 출구로의 배출 과정 등은 실험에 의하여 경험적으로 알고 있는 바이나, 현재 그 원리가 명확히 규명되어 있지는 않다. The cooling and condensation mechanisms and effects in the
상기 배가스 출구(270)로 배출된 흡수액(280)은 이산화탄소를 포함하고 있는데, 이 흡수액은 별도로 회수되어 재생탑(150)을 거쳐서 이산화탄소를 분리하여 재생되고 다시 보르텍스 튜브(200) 안으로 공급되는 순환 과정을 거치게 된다. 또한 이 때 분리된 이산화탄소는 별도의 저장탱크(160)에 보관된다.The
<실시예 1><Example 1>
이산화탄소가 12%인 배가스를 20%의 농도를 가지는 모노에탄올아민을 흡수액으로 이용하여 배가스와 함께 보르텍스 튜브에 공급할 때 그림 3도와 같이 기체와 액체의 공급을 별도의 주입구에서 공급하면서 기체와 액체비를 변화시키면서 흡수실험한 결과 기체/액체비 450에서 28%의 흡수율을 나타내었으며 이 후에 2단계로 보르텍스 튜브를 거친 후 70%의 흡수율을 나타내었다.When exhaust gas with 12% carbon dioxide is supplied to the vortex tube with exhaust gas using monoethanolamine having a concentration of 20% as the absorbent liquid, gas and liquid ratios are supplied while supplying gas and liquid from separate inlets as shown in Fig. As a result of the absorption test with the change of, the absorption rate was 28% at 450 gas / liquid ratio and then 70% after passing through the vortex tube in two stages.
<실시예 2><Example 2>
실시예1의 배가스를 이용하여 그림 5도와 같이 기체와 액체를 동일한 공급위치에서 공급하면서 기체와 액체비를 변화시키면서 흡수실험을 한 기체와 액체비가 350일 때 38%의 이산화탄소 흡수율을 나타내고 있다.Using the exhaust gas of Example 1 as shown in Fig. 5, the gas and liquid ratios of the gas and liquid experiments while varying the gas and liquid ratios while supplying the gas and liquid at the same supply position are 38%.
이 배가스를 2단계 보르텍스 튜브를 거친 결과 80%의 흡수율을 나타내었다.This flue gas was passed through a two-stage vortex tube and showed an 80% absorption rate.
<비교예1>Comparative Example 1
실시예 1의 배가스를 이용하여 흡수탑에서 탑의 상부에는 모노에탄올 아민 20%용액을 흡수탑의 하부에는 실시예1과 같은 조성의 배가스를 공급하여 기체와 액체비를 35로 하였을 때 흡수율은 98%를 나타내었으며 기체와 액체비를 100으로 하였을 때 35%정도의 흡수율을 나타내었다.In the absorption tower using the exhaust gas of Example 1, a 20% solution of monoethanol amine was supplied to the upper part of the tower and the exhaust gas having the same composition as that of Example 1 was supplied to the lower part of the absorption tower so that the gas and liquid ratio was 35. % And the absorption ratio was about 35% when the gas and liquid ratio were set to 100.
실시예1과 실시예 2에서 비교예1에 비해 흡수액의 사용량을 약 80% 이상 절감할 수 있었다.In Examples 1 and 2, the amount of the absorbent liquid used was reduced by about 80% or more compared with Comparative Example 1.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 보르텍스 튜브를 이용한 CO2 흡수제거 장치 및 방법은 하나의 보르텍스 튜브를 흡수탑으로 이용하여 배가스 중에 함유된 이산화탄소를 흡수제거한 결과 기존의 충진식 흡수탑 방법에 비해 흡수액을 60%이상 절감할 수 있으면서 이산화탄소를 제거할 수 있었고, 이산화탄소 흡수장치의 크기를 소형화하고, 흡수효율을 향상시킬 수 있었으나, 보르텍스 튜브를 2개 사용하여 연속적으로 흡수제거한 결과 기존의 충진식 흡수탑 방법에 비해 흡수액을 80%이상 절감할 수 있으면서 또한 1개의 보르텍스 튜브를 이용한 것 보다 2배 이상의 이산화탄소를 제거하여 이산화탄소의 제거효율을 현저히 향상시키는 효과르 제공한다.As described above, the apparatus and method for CO 2 absorption removal using a vortex tube according to the present invention is a method of absorbing and removing carbon dioxide contained in exhaust gas using one vortex tube as an absorption tower. Compared with the two vortex tubes, it was possible to reduce carbon dioxide and reduce carbon dioxide, reduce the size of carbon dioxide absorber and improve absorption efficiency. Compared to the absorption tower method, it can reduce the absorbing liquid by more than 80% and removes more than twice as much carbon dioxide than using one vortex tube.
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