KR100914887B1 - 건식흡수제를 이용한 ｃｏ₂회수시스템의 경사진재생반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 경사진 재생반응기에 관한 것으로, 더 상세하게는 외부로부터 공급된 CO₂함유가스가 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 흡착시키는 회수반응기와 상기 CO₂가 흡착된 건식고체흡수제에서 CO₂를 분리시키는 재생반응기를 포함하는 CO₂회수시스템에서 상기 재생반응기의 챔버를 상광하협의 원뿔대 형상으로 형성하여 재생반응기 전체에서의 압력을 일정하게 유지시켜 이동기체의 유속을 일정하게 이루어지도록 하는 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 경사진 재생반응기에 관한 것이다.

본 발명은 CO₂를 흡착시킨 고체흡수제가 충전되어 처리되는 재생반응기의 챔버 형상을 상측으로 갈수록 넓은면을 갖는 형태로 형성함으로써 하부로부터 상측으로 이동되는 이동가스와 이동되면서 증가되는 CO₂분리기체 만큼의 증가압력을 챔버면적으로 감소시켜 단위면적당 이동되는 기체수를 일정하게 유지하도록 하여 챔버내에 이동기체의 유속을 일정하게 이루어지도록 하여 균일하고 안정적인 CO₂의 분리가 가능하도록 하는 효과가 있다.

Description

건식흡수제를 이용한 ＣＯ₂회수시스템의 경사진 재생반응기{Tapered Regeneration Reactor Of CO2 Capture System using Dry-sorbent}

본 발명은 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 경사진 재생반응기에 관한 것으로, 더 상세하게는 외부로부터 공급된 CO₂함유가스가 건식고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 흡착시키는 회수반응기와 상기 CO₂가 흡착된 건식고체흡수제에서 CO₂를 분리시키는 재생반응기를 포함하는 CO₂회수시스템에서 상기 재생반응기의 챔버를 상광하협의 원뿔대 형상으로 형성하여 재생반응기 전체에서의 압력을 일정하게 유지시켜 이동기체의 유속을 일정하게 이루어지도록 하는 건식흡수제를 이용한 CO₂회수시스템의 경사진 재생반응기에 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 CO₂회수장치(1)가 기재되어 있다. 상기 장치는 도 5를 참조한 바와같이 고체흡수제와 접촉하여 CO₂를 회수하는 회수반응기(2)와, 상기 회수반응기의 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 기타 기체를 공급받아 고체흡수제와 기체성분을 분리하는 사이클론(3)과, 상기 사이클론에 의해 분리된 CO₂가 흡착된 고체흡수제를 공급받아 고체흡수제로부터 CO₂를 분리하는 재생반응기(4)를 포함하여 구성된다.

상기 장치에서는 원통형 재생반응기(4) 하부에서 상부방향으로 유동화가스를 공급하여 고체흡수제에 흡착된 CO₂가 분리되도록 하고 있는데, 상기 유동화가스는 상부로 이동되면서 분리된 CO₂가 더 포함됨으로 이동 가스량이 증가됨으로 상대적으로 하부보다는 고압상태가 되어 이동속도가 점차적으로 느려져 원활한 CO₂의 분리가 이루어지지 못하는 단점이 있다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 건식흡수제를 이용한 CO₂ 회수시스템의 경사진 재생반응기는,

외부로부터 공급된 CO₂함유가스를 고체흡수제와 접촉시켜 CO₂를 선택적으로 흡착시키는 회수반응기와, 상기 회수반응기의 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 기체를 분리시키는 사이클론과, 상기 사이클론으로부터 공급받은 고체흡수제에 재생가스와 스팀을 공급하여 흡착된 CO₂를 분리하는 재생반응기를 포함하는 CO₂회수시스템의 재생반응기에 있어서, 상기 재생반응기는 상광하협의 경사면을 갖도록 챔버를 형성하여 챔버 하부에서 분리된 CO₂에 의해 챔버 상측의 압력이 높아지는 것을 방지해 챔버내에서 유속이 일정하게 유지되도록 할 수 있다.

상기 챔버의 형태로는 전체를 원뿔대로 형성하거나, 상기 챔버를 고체흡수제가 충전되는 하부의 관체부와, 상기 관체부의 상단으로부터 상광하협의 원뿔대로 확장되어 가스를 이동시키는 확장부로 구획하여 이루어지도록 할 수 있다.

이상에서 상세히 기술한 바와 같이 본 발명의 건식흡수제를 이용한 CO₂ 회수시스템의 경사진 재생반응기는,

CO₂를 흡착시킨 고체흡수제가 공급되어 처리되는 재생반응기의 챔버 형상을 상측으로 갈수록 넓은면을 갖는 형태로 형성함으로써 하부로부터 상측으로 이동되는 이동가스와 이동되면서 증가되는 CO₂분리기체 만큼의 증가압력을 챔버면적으로 감소시켜 단위면적당 이동되는 기체수를 일정하게 유지하도록 하여 챔버내에 이동기체의 유속을 일정하게 이루어지도록 하여 균일하고 안정적인 CO₂의 분리가 가능하도록 하는 효과가 있다.

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

도 2는 본 발명에 따른 재생반응기의 실시예를 도시한 개략단면도.

도 3은 본 발명에 따른 재생반응기의 다른 실시예를 도시한 개략단면도.

도 4는 본 발명에 따른 재생반응기의 또다른 실시예를 도시한 개략단면도.

도 5는 종래 재생반응기를 도시한 개략단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : CO₂회수시스템 20 : 회수반응기

30 : 사이클론 40 : 재생반응기

41,41‘,41“ : 챔버 411 : 관체부

412 : 확장부

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

도 1을 참조한 바와같이 본 발명에 따른 재생반응기(40)가 설치되는 CO₂ 회수시스템(10)은 CO₂가 포함된 가스를 유입받아 고체흡수제와 접촉시킴으로써 가스에 포함되어 있는 CO₂를 선택적으로 흡착시키는 회수반응기(20)를 갖는다. 상기 회수반응기에는 중단에 가스분배판이 형성되어 하부로부터 유입된 유동화가스를 상부로 고르게 배출하여 고체흡수제를 유동화시킴으로써 회수반응기로 유입된 가스와의 접촉면적을 증가시킨다.

상기 CO₂가 흡착된 고체흡수제와 CO₂가 제거된 가스는 사이클론(30)에 공급되어 고체성분과 기체성분을 분리하며, 분리된 기체성분은 별도의 공정에 의해 활용하고, 고체성분은 재생반응기(40)로 공급한다.

상기 CO₂가 흡착된 고체흡수제가 공급된 재생반응기(40)는, 재생반응기의 하부로부터 공급되는 재생가스와 고온의 스팀에 의해 CO₂가 고체흡수제에서 분리되도록 한다. 이 때 상기 재생반응기의 챔버(41)는 하부에서 공급되는 재생가스에 의해 상측으로 갈수록 CO₂의 분리량이 늘어나 압력이 증가된다. 상기 압력의 증가는 챔버(41)내의 압력분포를 달리함으로 유동되는 고체흡수제가 서로 다른 속도를 갖는 재생가스(스팀)에 노출되어 부분적으로 분리율이 서로 다르게 형성된다. 즉, 본 발명은 챔버내의 서로 다른 압력차에 의해 상부로 이동되는 재생가스 및 스팀의 유속이 저항을 받게 되어 챔버내에 균일한 유속이 발생되지 않으므로, 이를 해소하기 위해 챔버 자체를 상측이 넓은 면을 갖도록 설계하였다.

예컨대 도 2를 참조한 바와같이 재생반응기(40)의 챔버(41)형태를 경사면으로 형성되는 상광하협의 원뿔대 형태로 형성하여 하부에서 공급되는 스팀(재생가스)이 상측으로 이동되면서 측면방향으로 퍼지도록 하여 일정량의 압력이 낮아지게 하였다. 상기 챔버(41)에 CO₂가 흡착된 고체흡수제가 공급되고, 하부로부터 재생가스가 상측으로 공급되면, 상기 재생가스는 고체흡수제에 흡착된 CO₂를 분리시켜 고체흡수제를 재생시키며, 분리된 CO₂가 챔버를 채우게 되어 챔버 전체의 압력이 균일하게 이루어지도록 하여 재생반응로에서의 재생가스(스팀) 유속을 일정하게 할 수 있다.

이 때 상기 챔버는 수학식1의 조건으로 형성되는 것이 바람직하다.

(Q_in : 재생반응기 주입유량,

Q_out : 재생반응기 상부유량)

상기 챔버의 조건보다 작은 값으로 형성할 경우에는 재생반응기 상부 유속이 증가하여 고체 흡수제의 상부 유출이 이루어지며, 상기 조건보다 큰 값으로 형성할 경우에는 고체흡수제로부터의 CO₂ 분리반응이 챔버의 일부분에서만 이루어짐으로 효율성이 떨어지게 됨으로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

유속에 따른 챔버 상하부의 직경을 예로 설명하면, 반응기 하부유속이 0.02m/s 일 경우에는 하부직경을 0.1m로 형성하고, 반응기 상부유속이 0.02m/s 일 경우에는 상부직경을 0.184m로 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로 도 3을 참조한 바와같이 상기 챔버(41‘)는 고체흡수제가 적층되는 하부에는 상광하협의 원뿔대인 확장부(412)로 형성하고, 상기 확장부의 상부에는 원통형인 관체부(411)로 형성된 형태로 제공할 수 있다.

상기 형태는 분리된 CO₂의 량이 확장부에서 증가되고 그 상부인 관체부 구간에서는 CO₂의 증가없이 동일한 량으로 진행됨으로 이동되는 챔버전구간에 동일 또는 유사한 압력을 갖도록 할수 있다.

한편, 상기 챔버(41“)의 형태는 도 4에 도시된 바와같이 고체흡수제가 적층되는 하부에는 원통형의 관체부(411)로 하고, 상측으로는 상광하협의 원뿔대로 형성하여 유속을 일정하게 하기 위한 확장부(412)로 구성된 형태로 제공할 수 있다.

상기 형태는 초기 유입되는 스팀 또는 재생가스는 고체흡수제가 다량 적층되는 관체부(411)를 동일한 면적으로 통과하도록 하고, 다량의 CO₂가 분리되어 이동될 것으로 예상되는 상측의 원뿔대인 확장부(412)에는 점차적으로 압력이 증가되는 이동기체를 이동면적을 증대시켜 속도 변화없이 상측으로 이동되도록 하였다.

상기한 바와같이 본 발명의 재생반응기(40)의 챔버(41) 형태는 챔버내의 기체 이동속도를 분리되는 CO₂의 량에 영향을 최소한으로 받게 하여 일정하게 유지되도록 하기 위한 것이다. 따라서, 압력변형에 따른 유속변화를 최소화하기 위해 초기스팀 또는 재생가스량이 이동되면서 증가되는 CO₂의 분리량 만큼 챔버(41)의 이동단면을 증가시켜 단위면적당 이동기체량을 동일하게 유지시켜 챔버내의 유속이 일정하게 유지되도록 한 것이다. 따라서, 상기한 바와같은 취지에서 챔버(41)의 수직간 면적을 변화시켜 원하는 기체분리공정에 적용될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

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.

Claims (5)

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

   상기 재생반응기는 상광하협의 경사면을 갖도록 원뿔대의 챔버(41)를 형성하여 챔버 하부에서 분리된 CO₂에 의해 챔버 상측의 압력이 높아지는 것을 방지해 챔버내에서 유속이 일정하게 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 건식흡수제를 이용한 ＣＯ₂회수시스템의 경사진 재생반응기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 형성조건으로는

   (Q_in : 재생반응기 주입유량 , Q_out : 재생반응기 상부유량)

   인 것을 특징으로 하는 건식흡수제를 이용한 ＣＯ₂회수시스템의 경사진 재생반응기.