KR100811664B1 - 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템 - Google Patents

열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템 Download PDF

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문창열
이병찬
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Abstract

본 발명은 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템에 관한 것이다.
본 발명은, 열기관으로부터 배출되는 배기가스를 이송한 후 방출하는 배기가스 배출관; 상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 원료 물질과 물의 반응을 통해 강알칼리수를 생성하여 수용하고 상기 배기가스 중의 탄소류를 상기 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조; 상기 제거 반응조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 및 상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 슬러지를 고열 분해시켜 상기 제거 반응조로 공급될 상기 원료 물질을 생성하는 분해조;를 포함한다.
따라서, 각종 산업 플랜트 및 운행 장치에 구비되는 열기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있으므로, 대기 환경 오염을 방지하고, 이산화탄소 배출 규제에 적극적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020070138706
이산화탄소, 탄소류, 생석회, 수산화칼슘, 탄산칼슘, 열기관, 보일러

Description

열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템{CARBON DIOXIDE REDUCTION SYSTEM FOR HEAT ENGINE}
본 발명은 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원료 물질을 순환 재생하면서 열기관으로부터 배출되는 배기가스 내의 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적이면서 경제적으로 제거할 수 있는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 열기관은 연료의 연소를 통해 열 에너지를 발생시키고 발생된 열 에너지의 일정량을 역학적 에너지로 변환시킨 후 나머지의 열 에너지는 방출하는 것으로, 내연기관, 외연기관 및 보일러 등을 포함한다.
이러한 열기관은 각종 산업 플랜트에 필수적인 동력원으로 구비되며, 또한 자동차, 선박, 비행기와 같은 운행 장치에도 동력원으로 구비된다.
그리고, 열기관은 연료의 연소를 통해 열 에너지를 얻으므로, 연료 연소에 따른 배기가스를 발생하여 배출하며, 배기가스에는 각종 유해물질이 함유되어 있다.
일 예로, 자동차와 같은 운행 장치에서 배출되는 배기가스에는 이산화탄 소(CO2), 일산화탄소(CO), 질소 화합물(NO, NO2), 탄화수소(HC)와 같은 유해물질이 함유되어 있으며, 따라서 배기가스를 배기가스 정화장치에 통과시켜 함유된 유해물질을 정화장치에 구비된 촉매인 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등과 반응시켜 이산화탄소(CO2), 물(H2O), 질소(N2)로 변경시켜 배출한다.
그러나, 배기가스 정화장치를 이용하면 인체에 해로운 맹독성 물질은 제거할 수 있으나, 또 다른 주요 환경 오염 물질 중의 하나인 이산화탄소와 같은 탄소류는 제거하지 못한다.
이산화탄소는 전체 온실가스의 약 60%를 차지하여 지구 온난화 현상 등의 주범으로, 일찍이 기후 변화에 관한 국제 협약을 통해 그 배출 감축에 대한 노력과 규제가 이루어지고 있다.
관련하여, 최근에는 이산화탄소 배출권 시장이 도입되면서 각 기업체는 할당된 목표치 만큼 이탄화탄소 배출량을 감축하지 못하면, 그 만큼 배출권을 구입해야 하므로 원가 상승으로 경쟁력을 상실할 수 있고, 반대로 할당된 목표치 보다 더욱 배출량을 감소한 기업은 감축분 만큼의 배출권을 다른 기업에 팔 수 있어 부가적인 수익을 창출할 수 있으면서 친환경 기업의 이미지를 얻을 수 있다.
따라서, 각 기업들은 이산화탄소 배출 감축 기술의 개발에 많은 노력을 기울이고 있으나, 아직까지 효율성, 경제성, 산업적 활용 가치 및 현장 적용성 면에서 만족할 만큼 획기적인 이산화탄소 배출 저감 기술이 개발되지 못하고 있는 실정이다.
덧붙여, 보통의 열기관은 작동에 따라 발생되는 1,000℃ 이상의 고열 중의 일부만을 회수하는 정도로 활용하고 나머지의 고열은 그대로 방출함으로써, 온실 효과나 지구 온난화를 가중시키면서 에너지를 낭비시키는 문제점도 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 열기관에서 배출되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있고, 또한 순도가 높은 이산화탄소를 별도로 수집하여 재활용되도록 할 수 있음으로써, 효율성 및 경제성 면에서 우수한 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 열기관에서 발생되는 고열을 최대한 이용하여 회수할 수 있음으로써, 에너지 낭비를 방지할 수 있는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템은, 열기관으로부터 배출되는 배기가스를 이송한 후 방출하는 배기가스 배출관; 상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 원료 물질과 물의 반응을 통해 강알칼리수를 생성하여 수용하고 상기 배기가스 중의 탄소류를 상기 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조; 상기 제거 반응조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 및 상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 슬러지를 고열 분해시켜 상기 제거 반응조로 공급될 상기 원료 물질을 생 성하는 분해조;를 포함한다.
바람직하게, 상기 분해조로부터 상기 원료 물질을 공급받아 저장한 후 상기 제거 반응조로 공급하는 원료 물질 저장조;를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조;를 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 분해조는, 상기 제거 반응조로부터 상기 강알칼리수를 공급받아 고열 분해하여 상기 원료 물질과 물을 생성한다.
또한 바람직하게, 상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 상기 이산화탄소를 상기 이산화탄소 수집조로 이송 공급하는 제3 이송관; 및 상기 제3 이송관 내에 구비되어 상기 이산화탄소와 함께 이송될 수 있는 상기 원료 물질의 이송을 차단하는 필터 수단;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조 내의 상기 강알칼리수를 상기 제거 반응조 전방의 상기 배기가스 배출관 내로 이송 공급하여 상기 배기가스 배출관 내부에서 상기 배기가스와 상기 강알칼리수가 접촉 반응되도록 하는 인출관; 및 상기 인출관을 통해 상기 강알칼리수가 이송되도록 상기 강알칼리수에 이송력을 부여하는 이송 구동 수단;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 인출관을 통해 이송되는 상기 강알칼리수를 상기 배기가스 배출관 내로 세분화시켜 분사하는 분사 노즐;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조로부터 상기 슬러지 저장조로 상기 슬러지를 이송하여 공급하는 이송 수단;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조는, 상기 물을 투입받기 위한 물 공급부; 및 상기 원료 물질을 투입받기 위한 원료 물질 공급부;를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조는, 상기 강알칼리수와 상기 배기가스의 접촉률을 향상시키기 위한 접촉률 향상 수단;을 구비할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 접촉률 향상 수단은, 내부 수용된 상기 강알칼리수를 회전시키는 회전 수단, 상기 강알칼리수를 교반시키는 교반 수단, 유입되는 상기 배기가스를 세분화시켜 분사하는 가스 세분 수단, 상기 배기가스를 에어레이션시켜 분사하는 폭기 수단 중의 어느 하나 이상일 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조 후방의 상기 배기가스 배출관 내에 구비되어 상기 배기가스와 함께 배출되는 상기 슬러지를 여과하여 포집하는 필터 수단; 및 상기 필터 수단에 의해 포집되는 상기 슬러지를 상기 슬러지 저장조로 이송하여 공급하는 분기관;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 슬러지 저장조는, 상기 슬러지를 슬러지 상태로 저장하거나 고열로 건조시켜 저장할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 슬러지 저장조는, 저장된 상기 슬러지를 외부 인출하기 위한 슬러지 배출부;를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 슬러지 저장조는, 상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 슬러지를 건조시킬 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 원료 물질 저장조는, 저장된 상기 원료 물질을 외부 인출하기 위한 원료 물질 배출부;를 구비할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 이산화탄소 수집조에 저장된 상기 이산화탄소를 상기 제거 반응조 전방의 상기 배기가스 배출관으로 이송 공급하는 제4 이송관;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 분해조는, 상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 슬러지를 분해시킬 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 제거 반응조로부터 상기 강알칼리수를 공급받아 고열로 분해시켜 상기 원료 물질과 물을 생성하는 부가 분해조; 및 상기 제거 반응조로부터 상기 부가 분해조로 상기 강알칼리수를 이송하여 공급하는 제5 이송관;을 더 포함할 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 부가 분해조는, 상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 강알칼리수를 분해시킬 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 부가 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 기화된 상태의 상기 물은 상기 제거 반응조로 이송 공급되거나 외부 인출되어 재활용될 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 열기관은, 내연 기관, 외연 기관, 보일러, 연도(煙道) 중의 어느 하나일 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 원료 물질은 생석회이고, 상기 강알칼리수는 수산화칼슘 성분이며, 상기 슬러지는 탄산칼슘 성분일 수 있다.
또한 바람직하게, 상기 강알칼리수는, 수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 성분 중의 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, 각종 산업 플랜트 및 운행 장치에 구비되는 열기관으로부터 배출되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있으므로, 대기 환경 오염을 방지하고, 이산화탄소 배출 규제에 적극 대응할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
또한, 탄소류의 제거를 위한 원료 물질을 순환 재생하여 이용하므로, 원료 물질을 최대한 이용 가능하고, 소량의 원료 물질만을 소요할 수 있어, 경제성을 제공할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
나아가, 탄산칼슘, 이산화탄소, 생석회 및 고온 수증기와 같은 여러 유용한 부산물을 획득할 수 있으므로, 이 점에서도 경제성을 확보하고, 우수한 활용성도 제공할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
또한 나아가, 열기관에서 발생되는 고열을 원료물질을 재생시키는데 이용하는 것에 의해 최대한 회수할 수 있으므로, 에너지 낭비를 방지할 수 있는 효과가 달성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따르면, 원료 물질인 생석회(CaO)를 물과 반응시켜 수산화칼 슘(Ca(OH)2) 성분의 강알칼리수를 제조한 다음 수산화칼슘으로 열기관(100)으로부터 배출되는 배기가스 내의 이산화탄소와 같은 탄소류를 제거하며, 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘(CaCO3) 슬러지를 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 분해시키는 것에 의해 다시 원료 물질인 생석회를 생성한다.
즉, 본 발명에 따른 이산화탄소 배출 저감 시스템은 에너지 자체 자립이 가능한 순환 재생형이다.
또한, 본 발명에 따르면, 유용한 부산물로서 탄산칼슘, 고순도의 이산화탄소, 생석회 및 고온 수증기를 획득할 수 있다.
본 발명에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템은, 열기관(100)에서 연료 연소에 따라 발생되어 배출되는 배기가스를 이송한 후 방출하는 배기가스 배출관(110)과, 배기가스 배출관(110)의 도중에 구비되어 유입되는 배기가스 중에 함유된 이산화탄소(CO2)와 같은 탄소류를 수산화칼슘(Ca(OH)2) 성분의 강알칼리수를 이용하여 제거하는 제거 반응조(120)와, 제거 반응조(120)에서의 제거 반응에 따라 생성되는 탄산칼슘(CaCO3) 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조(140)와, 열기관(100)으로부터 고열을 전달받아 슬러지 저장조(140)로부터 공급되는 탄산칼슘 슬러지를 고열 분해시키는 분해조(160)와, 분해조(160)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 생석회(CaO) 성분의 원료 물질을 공급받아 저장한 후 제거 반응조(120)로 공급하는 원료 물질 저장조(180)와, 분해조(160)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조(210)를 포함한다.
제거 반응조(120)는 배기가스 배출관(110)의 도중에 구비되어 배출되는 배기가스가 통과되며, 배기가스 중에 함유된 이산화탄소와 같은 탄소류를 내부 수용된 수산화칼슘의 강알칼리수를 이용하여 제거한다.
즉, 내부 수용된 수산화칼슘에 배기가스를 접촉시켜 배기가스 내에 함유된 이산화탄소를 제거하며, 그때의 반응식은 "Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O"이다.
이러한 제거 반응조(120)는 외부로부터 원료 물질인 생석회와 물을 투입받아 투입된 원료 물질과 물의 반응으로 수산화칼슘을 생성하여 내부에 수용하며, 즉 "CaO + H2O → Ca(OH)2"의 반응식에 따라 pH10 내지 12 이상의 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 생성하고, 생성된 수산화칼슘을 내부 수용하고 있다가 해당 수산화칼슘에 대해 접촉되도록 유입되는 배기가스 내의 이산화탄소를 제거한다.
그리고, 제거 반응조(120)는 필요 시점에서 외부로부터 새로운 생석회를 투입받기 위한 원료 물질 공급부(122-1)와, 외부로부터 새로운 물을 투입받기 위한 물 공급부(122-2)를 구비한다.
여기서, 제거 반응조(120)는 후술하는 원료 물질 저장조(180)로부터 생석회를 기본적으로 공급받으며, 부족 시 원료 물질 공급부(122-1)를 통해 외부로부터 새로운 생석회를 투입받는다.
또한, 제거 반응조(120)는 수산화칼슘의 생성 반응시 고열이 발생되므로, 발생되는 고열에 견딜 수 있는 재질 및 구조로 구비된다.
나아가, 제거 반응조(120)는 내부 수용된 수산화칼슘과 배기가스 내의 이산 화탄소 간의 접촉률을 향상시켜 반응이 신속하게 이루어지도록 함과 아울러, 반응 효율이 극대화되도록 하기 위한 접촉률 향상 수단(미도시)을 구비한다.
여기서, 접촉률 향상 수단으로는 수용된 강알칼리수를 회전시키는 회전 수단, 강알칼리수를 교반시키는 교반 수단, 유입되는 배기가스를 세분화시켜 분사하는 가스 세분 수단, 유입되는 배기가스를 에어레이션(aeration)시켜 분사하는 폭기(曝氣) 수단 등일 수 있다.
상기한 제거 반응조(120)에서의 제거 반응에 따라 그 내부에는 반응 부산물로서 탄산칼슘 슬러지가 생성되어 침적되며, 침적된 탄산칼슘 슬러지는 이송 수단(130)에 의해 이송되어 슬러지 저장조(140)로 공급된다.
여기서, 이송 수단은 탄산칼슘 슬러지를 원활히 이송할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 나사식 회전체를 이용할 수 있다.
그리고, 제거 반응조(120)에서의 제거 반응에 따라 부유물질이 발생될 수 있으므로, 해당 제거 반응조(120)에는 부유물질을 적절히 제거할 수 있는 스크랩퍼(scrapper) 수단(미도시) 등이 구비될 수도 있다.
나아가, 제거 반응조(120)에서 정화 처리된 배기가스는 이후 후방의 배기가스 배출관(110)으로 배출되어 최종적으로 대기 방출될 수 있다.
이때, 제거 반응조(120)로부터 정화 처리된 배기가스가 배출되는 때에 미세량의 탄산칼슘 및 수산화칼슘이 함께 배출될 수 있으므로, 제거 반응조(120) 후방의 배기가스 배출관(110) 내에는 함께 배출되는 탄산칼슘 및 수산화칼슘을 여과하여 포집할 수 있는 필터 수단(112)이 구비됨과 아울러, 해당 필터 수단(112)에 의 해 포집되는 탄산칼슘 및 수산화칼슘을 슬러지 저장조(140)로 이송할 수 있는 분기관(114)이 구비될 수 있다.
나아가, 배기가스 내의 이산화탄소를 보다 효과적으로 제거시키기 위해, 제거 반응조(120) 내의 수산화칼슘을 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110)으로 공급하여 전방의 배기가스 배출관(110) 내부에서 먼저 배기가스와 수산화칼슘이 접촉되어 1차적으로 제거 반응이 이루어지도록 한 다음, 이후 제거 반응조(120)에서 본격적으로 2차 제거 반응이 이루어지도록 할 수도 있다.
이를 위해, 제거 반응조(120) 내의 수산화칼슘을 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110)으로 이송하기 위한 인출관(124)이 구비되고, 인출관(124)의 끝단에는 이송되는 수산화칼슘을 배기가스 배출관(110) 내로 세분화시켜 분사하는 분사 노즐(미도시)이 구비되며, 인출관(124)을 통한 수산화칼슘의 가압 이송을 위해 펌프와 같은 이송 구동 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
덧붙여, 제거 반응조(120) 내의 강알칼리수가 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110)으로 역류하는 것을 방지하기 위해 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110)은 소정 기울기를 갖도록 구비되거나 적절한 역류 방지 수단(미도시)을 구비할 수 있다.
한편, 슬러지 저장조(140)는 제거 반응조(120)에서의 제거 반응의 진행에 따라 생성된 후 공급되는 탄산칼슘(CaCO3) 슬러지를 저장한다.
이러한 슬러지 저장조(140)는 기본적으로 탄산칼슘을 슬러지 상태 그대로 저 장하나, 이와 다르게 열기관(100)으로부터 전달되는 고열이나 자체 구비하는 가열 수단(미도시)으로부터 발생되는 고열을 이용하여 탄산칼슘 슬러지를 건조시켜 고상 상태로 저장할 수도 있다.
그리고, 슬러지 저장조(140)에 저장된 탄산칼슘은 이후 슬러지 이송관(150)을 통해 이송되어 분해조(160)로 공급되며, 이때 탄산칼슘의 이송에는 공기압 이송, 수압 이송, 컨베이어 이송, 자연 유하 이송 등의 적절한 방법을 채택하여 이용할 수 있다.
상기한 슬러지 저장조(140)에는 내부 저장된 탄산칼슘을 외부 인출하여 재활용할 수 있도록 슬러지 배출부(142)가 구비되며, 인출되는 탄산칼슘은 철강, 시멘트 및 비료 제조를 위한 원재료나 공사용 골재로 재활용할 수 있다.
또한, 슬러지 저장조(140)에는 필요에 따라 외부로부터 슬러지가 직접 공급될 수도 있다.
한편, 분해조(160)는 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 슬러지 저장조(140)로부터 공급되는 탄산칼슘을 하기와 같은 반응식에 따라 분해시켜 원료 물질인 생석회와 이산화탄소를 발생시킨다.
"CaCO3 (860℃ 이상 가열) → CaO + CO2↑"
즉, 탄산칼슘은 860℃ 이상으로 가열하면 분해되므로, 1,500℃ 이상의 고열을 발생시키는 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 충분히 분해시킬 수 있다.
이러한 분해조(160)는 열기관(100)으로부터 고열을 원활히 전달받을 수 있도록 열기관(100)에 인접되게 구비될 수 있으며, 또한 고온 및 고압 환경에 견딜 수 있는 재질 및 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 분해조(160)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 생석회는 제1 이송관(170)을 통해 원료 물질 저장조(180)로 이송되어 저장되며, 또한 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소는 제3 이송관(200)을 통해 이산화탄소 수집조(210)로 이송되어 저장된다.
이때, 생석회의 이송은 분해 반응에 따른 이산화탄소 발생 가스압에 의해 자동으로 이루어질 수 있으며, 기타 일반 공기압 이송, 수압 이송, 컨베이어 이송, 자연 유하 이송 등을 선택적으로 이용할 수 있다.
물론, 이산화탄소의 이송은 자체의 발생 가스압에 의해 이루어진다.
한편, 분해조(160)로부터 제3 이송관(200)을 통해 이산화탄소가 이송 시 생석회가 함께 이송되는 것을 방지하기 위해 제3 이송관(200)에는 이산화탄소는 통과시키면서 생석회는 여과하여 그 이송을 차단할 수 있는 필터 수단(202)이 구비될 수 있다.
또한, 분해조(160) 내의 이산화탄소가 상기한 슬러지 이송관(150)으로 역류하는 것을 방지하기 위해 분해조(160)에 인접하는 슬러지 이송관(150) 부분에는 역류 방지 수단(미도시)이 구비될 수 있다.
한편, 원료 물질 저장조(180)는 분해조(160)에서의 분해 반응에 따라 생성된 후 공급되는 생석회를 저장하며, 저장된 생석회를 이후 제거 반응조(120)로 공급한 다.
이러한 원료 물질 저장조(180)에는 내부 저장된 생석회를 외부 인출할 수 있는 원료 물질 배출부(182)가 구비되며, 인출되는 생석회는 산업용 및 에너지용으로 재활용될 수 있다.
그리고, 원료 물질 저장조(180)에 저장된 생석회는 이후 제2 이송관(190)을 통해 이송되어 제거 반응조(120)로 공급되며, 이때 그 이송은 적절한 방법을 채택하여 이루어질 수 있다.
한편, 이산화탄소 수집조(210)는 분해조(160)에서의 분해 반응에 따라 생성된 후 공급되는 고순도의 이산화탄소를 저장하며, 이산화탄소를 많은 양 저장할 수 있도록 압축 또는 냉각하여 저장할 수 있다.
이와 같이 수집된 이산화탄소는 이후 식물의 광합성 촉진을 위한 식물 재배용이나 산업용 원재료로 재활용될 수 있다.
그리고, 이산화탄소 수집조(210)에 저장된 이산화탄소는 필요에 따라 제4 이송관(220)을 통해 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110)으로 이송 공급되어 제거 처리될 수도 있다.
나아가, 이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템에 대해 도 2를 참조로 설명한다.
본 제2 실시예는 전술한 제1 실시예의 구성을 모두 포함하며, 추가적으로 제거 반응조(120)로부터 공급되는 수산화칼슘을 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 분해시키는 부가 분해조(240)와, 제거 반응조(120)로부터 수산화칼슘 을 부가 분해조(240)로 이송하여 공급하는 제5 이송관(230)을 포함한다.
상기한 부가 분해조(240)는 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 제거 반응조(120)로부터 공급되는 수산화칼슘을 하기와 같은 반응식에 따라 분해시켜 원료 물질인 생석회와 물을 발생시킨다.
"Ca(OH)2 (580℃ 이상 가열) → CaO + H2O"
즉, 수산화칼슘은 580℃ 이상으로 가열하면 분해되므로, 1,500℃ 이상의 고열을 발생시키는 열기관(100)으로부터 전달되는 고열을 이용하여 충분히 분해시킬 수 있다.
이러한 부가 분해조(240)는 상기한 분해조(160)와 마찬가지로 열기관(100)으로부터 고열을 원활히 전달받을 수 있도록 열기관(100)에 인접되게 구비될 수 있으며, 또한 고온 및 고압 환경에 견딜 수 있는 재질 및 구조로 이루어질 수 있다.
그리고, 부가 분해조(240)에서의 분해 반응에 따라 생성되는 생석회는 제1 이송관(170)을 통해 원료 물질 저장조(180)로 이송되어 저장되며, 또한 분해 반응에 따라 생성되는 기화된 수증기 상태의 물은 외부로 인출되어 온수용이나 난방용으로 재활용되거나 제거 반응조(120)로 공급되어 수산화칼슘을 생성하는데 재이용될 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 분해조(160)와 부가 분해조(240)가 각기 별도로 구비되는 것으로 나타내었으나, 이와 다르게 하나의 분해조로 구성되고 해당 하나의 분해조에서 탄산칼슘의 분해와 함께 수산화칼슘의 분해도 모두 일어나도록 할 수도 있다.
덧붙여, 본 발명에서 표현하는 열기관(100)이란, 연료를 연소시켜 고열을 발생시키고 고열의 열 에너지를 다른 역학적 에너지로 변화시키는 내연 기관 및 외연 기관 뿐만 아니라, 배기가스를 배출함과 아울러 900℃ 이상의 고열을 발생시킬 수 있는 것은 모두 포함하는 의미이다.
즉, 고열을 발생시켜 역학적 에너지로 변환시키지는 않으나 배기가스를 배출함과 아울러 고열을 발생시키는 보일러를 포함할 수 있고, 또한 고온 상태의 배기가스를 방출하면서 자체적으로 고온화될 수 있는 연도(煙道)를 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이산화탄소 배출 저감 시스템은 상기한 의미의 열기관(100)이 탑재되거나 장착되는 각종 산업 플랜트 및 자동차와 같은 운행 장치 등에 적절히 구비될 수 있다.
또한 덧붙여, 본 발명에 따른 이산화탄소 배출 저감 시스템은 자동 운전이 가능하도록 전반적인 작동 제어를 실시하는 제어 패널을 더 구비할 수 있고, 해당하는 유체를 이송하는 각 이송관 상에는 유체의 공급을 개폐하는 밸브 수단(미도시)과, 유체의 압력 및 유량을 측정하는 유압계(미도시) 및 유량계(미도시)가 구비될 수 있다.
이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템의 작용에 대해 이하 설명한다.
사전에, 제거 반응조(120)로 소정 량의 생석회와 물을 투입하여 투입된 생석회와 물의 반응에 따라 수산화칼슘의 강알칼리수가 내부에 생성된다.
이와 같이 준비한 후에, 열기관(100)을 작동시키면, 열기관(100)에서의 연료 연소에 따라 배기가스가 발생되어 배기가스 배출관(110)을 통해 배출된다.
배기가스 배출관(110)을 통해 배출되는 배기가스는 제거 반응조(120) 내로 유입되어 내부에 수용된 수산화칼슘과 접촉 반응하여 배기가스 중에 함유된 이산화탄소가 제거된다.
이와 더불어, 제거 반응조(120) 내의 수산화칼슘이 인출관(124)을 통해 제거 반응조(120) 전방의 배기가스 배출관(110) 내로 공급되어 배기가스 배출관(110) 내부에서 먼저 어느 정도 접촉 반응된 다음 이후 제거 반응조(120) 내에서 본격적으로 접촉 반응될 수 있다.
이어서, 제거 반응조(120) 내에서 이산화탄소가 제거되어 정화된 배기가스는 제거 반응조(120)로부터 유출되어 후방의 배기가스 배출관(110)을 통해 계속 이송된 후 최종적으로 외부 방출된다.
한편, 제거 반응조(120) 내에서의 제거 반응에 따라 탄산칼슘 슬러지가 생성되어 침적되며, 침적된 탄산칼슘 슬러지는 이송 수단(130)에 의해 슬러지 저장조(140)로 이송되어 저장된다.
그리고, 이와 같이 저장된 탄산칼슘은 필요 시 외부 인출되어 재활용될 수 있다.
이어서, 슬러지 저장조(140)에 저장된 탄산칼슘 슬러지는 슬러지 이송관(150)을 통해 이송되어 분해조(160)로 공급된다.
그 후, 탄산칼슘 슬러지는 분해조(160)에서 열기관(100)으로부터 전달되는 고열에 의해 분해되어 생석회와 이산화탄소를 생성한다.
그 다음, 분해조(160)에서 생성된 생석회는 제1 이송관(170)을 통해 이송되어 원료 물질 저장조(180)에 저장되며, 또한 생성된 이산화탄소는 제3 이송관(200)을 통해 이송되어 이산화탄소 수집조(210)에 저장된다.
그리고, 이와 같이 각각 저장되는 생석회와 이산화탄소는 필요 시 외부 인출되어 재활용될 수 있으며, 또한 저장된 이산화탄소는 필요 시 제4 이송관(220)을 통해 배기가스 배출관(110)으로 이송되어 제거 처리될 수 있다.
이어서, 원료 물질 저장조(180)에 저장된 생석회는 제2 이송관(190)을 통해 제거 반응조(120)로 이송 공급되어 수산화칼슘을 생성하는데 재차 이용된다.
한편, 제거 반응조(120) 내의 수산화칼슘은 필요 시 제5 이송관(230)을 통해 부가 분해조(240)로 이송 공급되며, 공급된 수산화칼슘은 부가 분해조(240)에서 열기관(100)으로부터 전달되는 고열에 의해 분해되어 생석회와 물을 생성한다.
그리고, 생성된 생석회는 제1 이송관(170)을 통해 이송되어 원료 물질 저장조(180)에 저장되며, 또한 생성된 기화된 상태의 물은 외부 인출되어 온수용이나 난방용으로 재활용되거나 제거 반응조(120)로 공급되어 수산화칼슘을 생성하는데 재차 이용된다.
덧붙여, 필요 시 제거 반응조(120) 내로는 새로운 생석회와 물이 추가로 투입된다.
이로써, 본 발명에 의하면, 배기가스 중에 함유되어 있는 탄소류를 효율적으로 제거할 수 있으므로, 대기 환경 오염을 방지하고, 점차 강화되는 이산화탄소 배 출 규제에 적극 대처할 수 있다.
또한, 원료 물질을 순환 재생하여 재이용하므로, 소량의 원료 물질만을 소요할 수 있어, 매우 경제적일 수 있다.
그리고, 유용하게 재활용될 수 있는 탄산칼슘, 생석회, 이산화탄소 및 고온 상태의 수증기와 같은 여러 부산물을 얻을 수 있어, 이 점에서도 경제성 및 활용성이 매우 우수할 수 있다.
덧붙여, 이상에서는 원료 물질로 생석회를 이용하여 수산화칼슘의 강알칼리수를 생성하고 생성된 수산화칼슘 성분의 강알칼리수를 이용하여 탄소류를 제거하는 경우에 대해 대표적으로 나타내었으나, 탄소류를 제거하기 위한 강알칼리수로는 기타 수산화나트륨, 수산화칼륨을 이용할 수도 있음은 물론이다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템을 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 열기관 110 : 배기가스 배출관
112 : 필터 수단 114 : 분기관
120 : 제거 반응조 122-1 : 원료 물질 공급부
122-2 : 물 공급부 124 : 인출관
130 : 이송 수단 140 : 슬러지 저장조
142 : 슬러지 배출부 150 : 슬러지 이송관
160 : 분해조 170 : 제1 이송관
180 : 원료 물질 저장조 182 : 원료 물질 배출부
190 : 제2 이송관 200 : 제3 이송관
202 : 필터 수단 210 : 이산화탄소 수집조
220 : 제4 이송관 230 : 제5 이송관
240 : 부가 분해조

Claims (24)

  1. 열기관으로부터 배출되는 배기가스를 이송한 후 방출하는 배기가스 배출관;
    상기 배기가스 배출관의 도중에 구비되어 원료 물질과 물의 반응을 통해 강알칼리수를 생성하여 수용하고 상기 배기가스 중의 탄소류를 상기 강알칼리수에 접촉시켜 제거하는 제거 반응조;
    상기 제거 반응조에서의 제거 반응에 따라 생성되는 슬러지를 공급받아 저장하는 슬러지 저장조; 및
    상기 슬러지 저장조로부터 공급되는 상기 슬러지를 고열 분해시켜 상기 제거 반응조로 공급될 상기 원료 물질을 생성하는 분해조;를 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분해조로부터 상기 원료 물질을 공급받아 저장한 후 상기 제거 반응조로 공급하는 원료 물질 저장조;를 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 이산화탄소를 공급받아 저장하는 이산화탄소 수집조;를 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 분해조는,
    상기 제거 반응조로부터 상기 강알칼리수를 공급받아 고열 분해하여 상기 원료 물질과 물을 생성하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 상기 이산화탄소를 상기 이산화탄소 수집조로 이송 공급하는 제3 이송관; 및
    상기 제3 이송관 내에 구비되어 상기 이산화탄소와 함께 이송될 수 있는 상기 원료 물질의 이송을 차단하는 필터 수단;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조 내의 상기 강알칼리수를 상기 제거 반응조 전방의 상기 배기가스 배출관 내로 이송 공급하여 상기 배기가스 배출관 내부에서 상기 배기가스와 상기 강알칼리수가 접촉 반응되도록 하는 인출관; 및
    상기 인출관을 통해 상기 강알칼리수가 이송되도록 상기 강알칼리수에 이송력을 부여하는 이송 구동 수단;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시 스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인출관을 통해 이송되는 상기 강알칼리수를 상기 배기가스 배출관 내로 세분화시켜 분사하는 분사 노즐;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조로부터 상기 슬러지 저장조로 상기 슬러지를 이송하여 공급하는 이송 수단;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조는,
    상기 물을 투입받기 위한 물 공급부; 및
    상기 원료 물질을 투입받기 위한 원료 물질 공급부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조는,
    상기 강알칼리수와 상기 배기가스의 접촉률을 향상시키기 위한 접촉률 향상 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 접촉률 향상 수단은,
    내부 수용된 상기 강알칼리수를 회전시키는 회전 수단, 상기 강알칼리수를 교반시키는 교반 수단, 유입되는 상기 배기가스를 세분화시켜 분사하는 가스 세분 수단, 상기 배기가스를 에어레이션시켜 분사하는 폭기 수단 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조 후방의 상기 배기가스 배출관 내에 구비되어 상기 배기가스와 함께 배출되는 상기 슬러지를 여과하여 포집하는 필터 수단; 및
    상기 필터 수단에 의해 포집되는 상기 슬러지를 상기 슬러지 저장조로 이송하여 공급하는 분기관;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러지 저장조는,
    상기 슬러지를 슬러지 상태로 저장하거나 고열로 건조시켜 저장하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  14. 제 1 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 슬러지 저장조는,
    저장된 상기 슬러지를 외부로 인출하기 위한 슬러지 배출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 슬러지 저장조는,
    상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 슬러지를 건조시키는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 원료 물질 저장조는,
    저장된 상기 원료 물질을 외부로 인출하기 위한 원료 물질 배출부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  17. 제 3 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 수집조에 저장된 상기 이산화탄소를 상기 제거 반응조 전방의 상기 배기가스 배출관으로 이송 공급하는 제4 이송관;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 분해조는,
    상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 슬러지를 분해시키는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 제거 반응조로부터 상기 강알칼리수를 공급받아 고열로 분해시켜 상기 원료 물질과 물을 생성하는 부가 분해조; 및
    상기 제거 반응조로부터 상기 부가 분해조로 상기 강알칼리수를 이송하여 공급하는 제5 이송관;을 더 포함하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 부가 분해조는,
    상기 열기관으로부터 전달되는 고열을 이용하여 상기 강알칼리수를 분해시키는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 부가 분해조에서의 분해 반응에 따라 생성되는 기화된 상태의 상기 물은 상기 제거 반응조로 이송 공급되며 또는 외부 인출되어 재활용되는 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 열기관은,
    내연 기관, 외연 기관, 보일러, 연도(煙道) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료 물질은 생석회이고, 상기 강알칼리수는 수산화칼슘 성분이며, 상기 슬러지는 탄산칼슘 성분인 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 강알칼리수는,
    수산화칼슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨 성분 중의 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 열기관의 이산화탄소 배출 저감 시스템.
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