KR100912250B1 - 건식흡수제를 이용한 ｃｏ₂ 회수시스템의 사이클론익스펜더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 사이클론 익스펜더에 관한 것으로, 더 상세하게는 CO₂함유가스가 유입된 회수반응기에서 고체흡수제가 CO₂를 흡착시켜 분리하고, CO₂를 흡착한 고체흡수제와 CO₂가 분리된 가스를 사이클론에서 분리한 후 고체흡수제는 재생반응기로 공급하여 CO₂를 분리하는 재생공정을 통해 회수반응기로 재순환시키는 CO₂회수시스템에서 상기 기체와 고체흡수제를 분리하는 사이클론의 외부에 상기 사이클론을 내포하는 사이클론익스펜더를 더 장착하여 사이클론에서 분리된 기체가 사이클론익스펜더를 통해 기체배출관으로 배출되게 함으로써 사이클론 내부 유속의 급작스런 변화에 따라 고체흡수제가 기체배출관으로 직접 유입 배출되는 것을 방지하도록 한 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 사이클론 익스펜더에 관한 것이다.

본 발명의 사이클론익스펜더는 사이클론을 내포하도록 사이클론익스펜더를 더 설치하여 사이클론에서 분리된 기체가 사이클론익스펜더를 통해 기체배출관으로 배출되도록 하고, 이 과정에서 기체에 일부 포함되어 있는 고체흡수제는 사이클론익스펜더에 재포집되도록 함으로써 유속의 변화에 관계없이 기체와 고체를 안정적으로 분리할 수 있도록 하는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

CO2회수시스템, 건식흡수제, 사이클론, 익스펜더, 고체흡수제

Description

건식흡수제를 이용한 ＣＯ₂ 회수시스템의 사이클론 익스펜더{Cyclone Expander Of CO2 Capture System using Dry-sorbent}

본 발명은 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 사이클론 익스펜더에 관한 것으로, 더 상세하게는 CO₂함유가스가 유입된 회수반응기에서 고체흡수제가 CO₂를 흡착시켜 분리하고, CO₂를 흡착한 고체흡수제와 CO₂가 분리된 가스를 사이클론에서 분리한 후 고체흡수제는 재생반응기로 공급하여 CO₂를 분리하는 재생공정을 통해 회수반응기로 재순환시키는 CO₂회수시스템에서 상기 기체와 고체흡수제를 분리하는 사이클론의 외부에 상기 사이클론을 내포하는 사이클론익스펜더를 더 장착하여 사이클론에서 분리된 기체가 사이클론익스펜더를 통해 기체배출관으로 배출되게 함으로써 사이클론 내부 유속의 급작스런 변화에 따라 고체흡수제가 기체배출관으로 직접 유입 배출되는 것을 방지하도록 한 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 사이클론 익스펜더에 관한 것이다.

일반적으로 고체연료로부터 필요성분인 가연성가스와 오일성분을 수취하는 열분해과정과 기타 산업공정의 연소과정에서는 다량의 CO₂가 발생되고 이를 선택적으로 제거하여 수취성분의 농도를 향상시키는 방법이 적용되고 있다.

종래에 CO₂회수 공정으로는 습식법에 의한 공정이 사용되었다. 즉, CO₂를 포함하는 가스를 아민류 계통의 용액을 통과시켜 CO₂를 흡수하게 하고 재생탑에서 그 용액을 재생하여 사용하는 방법이며, 이러한 습식법은 공정과정에 폐수가 추가로 발생되는 단점이 있다.

따라서 상기 습식법의 단점을 해소하기 위한 대안으로 건식법에 의한 CO₂의 회수방법이 제안되었다. 상기 건식법을 이용한 시스템은 두개의 반응기를 이용하여 CO₂를 회수하는 것으로, 회수반응기에 공급된 CO₂를 고체흡수제(건식흡수제)에 흡착제거하고, 상기 고체흡수제는 재생반응기로 유입되어 흡착된 CO₂를 제거하여 다시 회수반응기에 공급하는 과정으로 이루어진다.

예컨대 본 발명자에 의해 출원등록된 대한민국 특허등록 0527420호(2005.11.02 등록)에는 건식법에 의한 CO₂회수장치가 기재되어 있다. 상기 장치는 고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 회수하는 회수반응기와, 상기 회수반응기의 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 기타 기체를 공급받아 고체흡수제와 기체성분을 분리하는 사이클론과, 상기 사이클론에 의해 분리된 CO₂가 흡착된 고체흡수제를 공급받아 고체흡수제로부터 CO₂를 분리하는 재생반응기를 포함하여 구성된다.

상기 장치에서 사이클론(1)은 도 5를 참조한 바와같이 일측에 기체유입구가 형성된 사이클론본체(2)와, 상기 본체의 상부에 결합되는 기체배출관(3)과, 상기 본체의 하부에 결합되는 고체배출관(4)의 결합체로 이루어진다.

이러한 구성을 갖는 사이클론(1)은 처리용량에 한계가 있어 한계점 이상의 혼합기체가 유입되거나, 급속스런 유속의 변화가 발생시에 혼합기체에 포함되어 있는 고체흡수제가 상부의 기체배출구(3)로 직접 유입되어 배출된다.

이와같이 고체흡수제가 기체배출구로 누출될 경우에는 분리된 기체에서 고체흡수제를 분리하는 필터링작업이 더 수행되도록 함은 물론 필터의 교환주기가 빨라지는 단점이 있으며, 고체흡수제의 량 감소에 의해 주기적으로 재충전이 이루어져야하는 문제점이 있다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 건식흡수제를 이용한 CO₂ 회수시스템의 사이클론 익스펜더는,

외부로부터 공급된 CO₂함유가스를 고체흡수제와 접촉시켜 CO₂를 선택적으로 흡착시키는 회수반응기와, 상기 회수반응기의 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 기체를 분리시키는 사이클론과, 상기 사이클론으로부터 공급받은 고체흡수제에 재생가스를 공급하여 흡착된 CO₂를 분리하는 재생반응기를 포함하는 CO₂회수시스템의 사이클론익스펜더에 있어서, 상기 사이클론익스펜더는 사이클론을 내포하는 통체로 형성하여 사이클론의 상단 기체배출구에서 배출된 성분을 공급받아 기체성분은 상단에 연통설치된 기체배출관으로 통해 배출하도록 한다.

또한, 상기 사이클론 익스펜더는 원통체의 하단을 경사면으로 형성하여 사이클론의 상단 기체배출구를 통해 유입된 고체흡수제가 포집되도록 하고, 상기 포집된 고체흡수제는 하단에 연통설치된 익스펜더배출관을 통해 사이클론 고체배출관으로 배출되도록 한다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 건식흡수제를 이용한 CO₂ 회수시스템의 사이클론 익스펜더는,

사이클론을 내포하도록 사이클론익스펜더를 더 설치하여 사이클론에서 분리된 기체가 사이클론익스펜더를 통해 기체배출관으로 배출되도록 하고, 이 과정에서 기체에 일부 포함되어 있는 고체흡수제는 사이클론익스펜더에 재포집되도록 함으로써 유속의 변화에 관계없이 기체와 고체를 안정적으로 분리할 수 있도록 하는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 건식흡수제를 이용한 CO₂ 회수시스템(10)은 CO₂가 포함된 가스를 유입받아 고체흡수제와 접촉시킴으로써 가스에 포함되어 있는 CO₂를 선택적으로 흡착시키는 회수반응기(20)를 갖는다.

상기 회수반응기(20)에는 중단에 가스분배판이 형성되어 하부로부터 유입된 유동화가스를 상부로 고르게 배출하여 고체흡수제를 유동화시킴으로써 회수반응기로 유입된 가스와의 접촉면적을 증가시킨다.

상기 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 CO₂가 제거된 가스의 혼합가스는 사이클론(40)에 공급되어 고체성분과 기체성분으로 분리되며, 분리된 기체성분은 별도의 공정에 의해 활용하고, 고체성분은 재생반응기(30)로 공급한다.

상기 CO₂가 흡착된 고체흡수제가 공급된 재생반응기(30)는, 재생가스에 의해 CO₂가 고체흡수제에서 분리되도록 하고 CO₂가 분리된 고체흡수제는 회수반응기(20)에 재투입하여 CO₂의 회수가 이루어지도록 한다.

이러한 시스템에서 상기 사이클론(40)에는 사이클론익스펜더(50)가 더 설치된다.

도 2를 참조한 바와같이 사이클론(40)은 회수반응기(20)로부터 CO₂를 흡착한 고체흡수제와 CO₂가 분리된 가스의 혼합가스를 공급받는 혼합가스유입구(43)가 상부일측에 형성된 본체(41)와, 상기 본체 하부에는 설치되어 분리된 고체를 재생반응기(30)로 이송하는 고체배출관(42)으로 구성되며, 상기 사이클론익스펜더(50)는 상기 사이클론(40)을 내포하도록 설치된다.

상기 사이클론익스펜더(50)의 상부에는 기체배출관(51)이 설치되어 사이클론의 상단에 형성된 기체배출구(44)를 통해 사이클론익스펜더 내부에 공급된 기체를 외부로 배출하도록 한다.

이러한 구조를 갖는 사이클론(40) 및 사이클론익스펜더(50)는 회수반응기(20)로부터 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 CO₂가 분리된 가스를 공급받아 고체성분과 기체성분을 분리하는데 사이클론으로 공급되는 혼합가스 유속이 급작스럽게 변화되거나 허용용량을 초과하여 공급될 경우에 고체성분이 선회되어 하강하지 않고 상부의 기체배출구로 배출된다.

상기 기체배출구(44)로 배출된 고체흡착제가 포함되는 기체는 사이클론익스펜더(50)에 공급되면서 유속이 작아져 기체성분은 상부의 기체배출관(51)을 통해 배출되고 기체에 포함되어 있었던 미량의 고체흡수제는 자중에 의해 사이클론익스펜더(50)에 포집되어 고체와 기체가 이중으로 분리가 이루어지도록 한다.

상기 사이클론익스펜더(50)는 도 3을 참조한 바와같이 하부가 경사면(52)으로 형성되어 분리된 고체흡수제의 포집이 용이하게 이루어지도록 하고, 상기 경사면의 최하단에는 익스펜더배출관(53)이 연통되어 포집된 고체흡수제를 사이클론의 고체배출관(42)으로 배출하도록 한다.

이 때 상기 익스펜더배출관(53)에는 도 4에 도시된 바와같이 밸브(54)를 장착하여 단속이 이루어지도록 함으로써 일정량 이상 포집되었을 때 밸브를 개방하여 배출이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 밸브는 전자동으로 제어시키기 위해 솔레노이드밸브를 사용할 수 있다.

한편, 상기 서술한 예는, 본 발명을 설명하고자하는 예일 뿐이다. 따라서 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 전문가가 본 상세한 설명을 참조하여 부분변경 사용한 것도 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 사이클론익스펜더가 장착된 CO2 회수시스템을 도시한 전체 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 사이클론익스펜더의 설치상태를 도시한 정단면도.

도 3은 본 발명에 따른 사이클론익스펜더의 설치상태를 도시한 측단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 사이클론익스펜더의 설치상태를 도시한 측단면도.

도 5는 종래 사이클론을 도시한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : CO2회수시스템 20 : 회수반응기

30 :재생반응기 40 : 사이클론

41 : 본체 42 : 고체배출관

43 : 혼합가스유입구 44 : 기체배출구

50 : 사이클론익스펜더 51 : 기체배출관

52 : 경사면 53 : 익스펜더배출관

54 : 밸브

Claims (3)

1. 외부로부터 공급된 CO₂함유가스를 고체흡수제와 접촉시켜 CO₂를 선택적으로 흡착시키는 회수반응기(20)와, 상기 회수반응기의 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 기체를 분리시키는 사이클론(40)과, 상기 사이클론으로부터 공급받은 고체흡수제에 재생가스를 공급하여 흡착된 CO₂를 분리하는 재생반응기(30)를 포함하는 CO₂회수시스템(10)의 사이클론익스펜더(50)에 있어서,

   상기 사이클론익스펜더(50)는 사이클론(40)을 내포하는 통체로 형성하여 사이클론의 상단 기체배출구(44)에서 배출된 성분을 공급받아 기체성분은 상단에 연통설치된 기체배출관(51)으로 통해 배출하도록 하고,

   상기 통체의 하단을 경사면으로 형성하여 사이클론의 상단 기체배출구(44)를 통해 유입된 고체흡수제가 포집되도록 하고,

   상기 포집된 고체흡수제는 하단에 연통설치된 익스펜더배출관(53)을 통해 사이클론 고체배출관(42)으로 배출되도록 하고,

   상기 익스펜더배출관(53)에는 밸브(54)를 장착하여 단속이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 사이클론 익스펜더.
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