KR101094325B1

KR101094325B1 - 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템

Info

Publication number: KR101094325B1
Application number: KR1020090111660A
Authority: KR
Inventors: 한근희; 이종섭; 최원길; 현주수; 민병무; 박종호
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-12-19
Also published as: KR20110054866A

Abstract

본 발명은 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하기 위한 볼텍스 튜브 장치와 이산화탄소의 분리에 사용되는 흡수제의 재생을 위한 재생장치를 포함하는 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템에 관한 것이다.

상술한 볼텍스 튜브 장치는, 혼합가스가 공급되는 공급관과, 상기 공급관에 설치되는 흡수제 분사부와, 상기 공급관을 통해 공급된 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 볼텍스 발생부와, 상기 볼텍스 발생부의 일측에서 연장되고 선단에 고온가스 배출구가 형성되는 제1튜브와, 상기 제1튜브의 고온가스 배출구에 설치되고 이산화탄소가 제거된 고온가스를 배출하는 제1토출구 및 이산화탄소가 흡착된 재생 대상 흡수제를 배출하는 제2토출구가 형성되는 이산화탄소 분리부와, 상기 볼텍스 발생부의 타측에서 연장되고 선단에 저온가스 배출구가 형성되는 제2튜브와, 상기 공급관을 통해 공급되는 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 분석기와, 상기 이산화탄소 분석기에서 측정된 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도에 따라 상기 흡수제 분사부의 분사량을 조절하는 제어부를 포함한다.

볼텍스, 튜브, 이산화탄소, 분리, 흡수제, 재생

Description

볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템{VORTEX TUBE APPARATUS AND CARBON DIOXIDE ABSORPTION AND SEPARATION SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하기 위한 볼텍스 튜브 장치와 이산화탄소의 분리에 사용되는 흡수제의 재생을 위한 재생장치를 포함하는 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 대기 중 이산화탄소 양이 증가함에 따라 발생하는 지구온난화는 인류가 해결해야할 중요한 환경문제 중의 하나이다. 이러한 이산화탄소는 화석연료의 연소 시에 대량으로 배출되므로, 화석연료를 연소함에 따라 발생하는 연소가스 중에서 이산화탄소만을 분리하여 제거하는 기술이 개발되고 있다. 상술한 이산화탄소 분리기술로는 흡수법, 흡착법, 심냉법, 막분리법 등이 있다.

그 중에서 흡수법은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 각종 흡수제를 연소가스 또는 혼합가스(이산화탄소를 포함하는 연소가스 또는 혼합가스, 이하 혼합가스라 함)에 접촉시킴으로써 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 방법이다.

한편, 흡수법을 이용한 이산화탄소 분리시스템은 흡수탑 하부로 혼합가스를 공급하면서 아민계의 흡수제를 상부에서 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 혼합가스와 흡수제가 상호 접촉함에 따라 혼합가스 내의 이산화탄소가 흡수제에 흡수, 반응함으로써 혼합가스 중에서 이산화탄소가 분리, 제거된다.

상술한 이산화탄소 분리시스템을 이용한 이산화탄소의 분리, 제거과정을 좀 더 상세히 설명하면, 흡수탑의 하부로 혼합가스를 공급하고, 흡수탑의 상부에서 흡수제를 물줄기 형태로 분사하여, 상승하는 혼합가스가 흡수제와 접촉하도록 한다.

그런데 상술한 구조의 이산화탄소 분리시스템은 혼합가스와 흡수제의 반응이 빠르지 못하다. 따라서 최근에는 흡수탑 내부에 충전재를 채워 혼합가스와 흡수제의 접촉면적을 확대하고, 접촉시간을 지연시키는 방법이 사용되었다. 또한, 흡수탑의 부피를 증대시켜 접촉시간을 지연시키는 방법을 사용하였다.

그러나 충전재를 채우는 방법은, 혼합가스가 충전재를 통해 이송되는 과정에서 압력손실이 발생하고, 혼합가스와 흡수제에 편류가 발생하여 흡수효율이 저하되는 등의 문제가 있다. 또한, 흡수탑의 부피를 증대시키는 방법은, 부피가 증대된 흡수탑 내부에 충전재를 채워야 하므로 비용적인 측면에서 비효율적이지 못하다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 볼텍스 튜브 장치를 이용하여 고압의 혼합가스를 고속으로 유동시키고, 혼합가스와 흡수제를 미세한 액적상태로 접촉되게 함으로써, 혼합가스와 흡수제의 접촉 면적이 증가하여 이산화탄소의 흡수효율을 향상시킬 수 있는 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 볼텍스 튜브 장치는,

혼합가스가 공급되는 공급관;

상기 공급관에 설치되는 흡수제 분사부;

상기 공급관을 통해 공급된 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 볼텍스 발생부;

상기 볼텍스 발생부의 일측에서 연장되고, 선단에 고온가스 배출구가 형성되는 제1튜브;

상기 제1튜브의 고온가스 배출구에 설치되고, 이산화탄소가 제거된 고온가스를 배출하는 제1토출구 및 이산화탄소가 흡착된 재생 대상 흡수제를 배출하는 제2토출구가 형성되는 이산화탄소 분리부;

상기 볼텍스 발생부의 타측에서 연장되고, 선단에 저온가스 배출구가 형성되는 제2튜브;

상기 공급관을 통해 공급되는 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 분석기; 및

상기 이산화탄소 분석기에서 측정된 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도에 따라 상기 흡수제 분사부의 분사량을 조절하는 제어부를 포함한다.

또한, 이산화탄소 흡수분리시스템은, 상술한 볼텍스 튜브 장치와, 상기 볼텍스 튜브 장치에서 배출되는 재생 대상 흡수제를 재생하는 재생장치를 포함한다.

또한 이러한 재생장치는,

상기 볼텍스 튜브 장치의 이산화탄소 분리부의 제2토출구에서 배출된 재생 대상 흡수제를 가열하는 가열기;

상기 가열기에서 가열된 재생 대상 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제를 생성하는 스트리퍼;

상기 스트리퍼에서 분리된 이산화탄소를 응축하는 제1응축기;

상기 볼텍스 튜브 장치의 제2튜브를 통해 배출되는 저온가스를 이용하여 상기 스트리퍼에서 생성된 재생 흡수제를 냉각하는 쿨러; 및

상기 볼텍스 튜브 장치의 이산화탄소 분리부의 제1토출구에서 배출된 고온가스를 응축하는 제2응축기를 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템은, 볼텍스 튜브 장치에 의해 혼합가스가 고속으로 유동하고, 그 과정에서 흡수제가 미세한 액적상태로 분사되어 혼합가스와 접촉하므로 혼합가스와 흡수제의 접촉 면적이 증가하여 이산화탄소의 흡수효율이 향상된다.

또한, 충전재를 사용하지 않고도 이산화탄소의 흡수효율이 향상되어, 충전재 사용시 발생되는 압력손실과 그로 인한 에너지 소모를 방지할 수 있다. 특히, 흡수장치를 소형화할 수 있으며, 이를 통해 경제적인 효과를 극대화할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치를 도시하는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예의 볼텍스 튜브 장치(100)는, 혼합가스가 공급되는 공급관(110)과, 공급관(110)에 설치되는 흡수제 분사부(120)와, 공급관(110)을 통해 공급된 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 볼텍스 발생부(130)와, 볼텍스 발생부(130)의 한쪽으로부터 연장되는 제1튜브(140)와, 제1튜브(140)의 선단에 설치되는 이산화탄소 분리부(150)와, 볼텍스 발생부(130)의 타측에서 연장되는 제2튜브(160)를 포함한다.

공급관(110)은 볼텍스 발생부(130)와 연결된다. 이 공급관(110)을 통해 이산화탄소 등과 같은 각종 유해물질을 포함한 혼합가스가 볼텍스 발생부(130)로 공급된다.

흡수제 분사부(120)는, 이산화탄소의 흡착성능이 우수한 액체상태 또는 미세한 분말상태의 흡수제가 분사되는 부분이다. 흡수제 분사부(120)는 공급관(110)의 둘레를 따라 방사상으로 설치되는 둘 이상으로 구성되며, 공급관(110)의 내측에 위치되는 흡수제 분사부(120)의 선단에는 분사노즐(122)이 마련된다.

볼텍스 발생부(130)는, 일측에 공급관(110)이 설치된 중공의 케이싱(132)과, 케이싱(132)의 내부에 설치되고 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 제너레이터(134)를 포함한다.

이 중 케이싱(132)의 내부에는 중공부(132a)가 형성되고, 측면에는 공급관(110)의 일단이 삽입되는 관통공(132b)이 형성된다. 또한, 제너레이터(134)의 측면에는 케이싱(132)의 중공부(132a)와 연결되어 혼합가스가 유입되는 유입공(134a)이 형성되고, 내부에는 볼텍스 챔버(134b)가 형성된다.

이때, 볼텍스 챔버(134b)의 일단은 제1튜브(140)와 연결되고, 타단은 제2튜브(160)와 연결된다. 또한, 제2튜브(160)와 연결되는 볼텍스 챔버(134b)의 타단 내측에는 디퓨저(134c)가 형성되고, 제1튜브(140)와 연결되는 부분에는 슬리브(134d)가 설치되며, 슬리브(134d)의 내측에는 디퓨저(134e)가 형성된다.

본 실시예에서는 볼텍스가 발생하는 볼텍스 발생부(130)를 상술한 바와 같은 구조로 예시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시킬 수 있는 구조라면 어떠한 구조든 적용될 수 있다.

제1튜브(140)는 일부가 볼텍스 발생부(130)에 연결되고, 선단에는 고온가스가 배출되는 고온가스 배출구(142)를 가진다.

한편, 흡수제 분사부(120)에서 제1튜브(140)의 고온가스 배출구(142)까지는 혼합가스에 포함된 이산화탄소와 흡수제가 반응(흡착반응)하는 구간(A)이다. 이 구간(A)의 길이를 조절할 경우 혼합가스 내의 이산화탄소 제거효율을 향상시킬 수 있다.

이산화탄소 분리부(150)는 제1튜브(140)의 고온가스 배출구(142)에 설치되어, 이산화탄소가 제거된 고온가스와 이산화탄소가 흡착된 재생 대상 흡수제를 분리 배출한다. 이러한 목적의 이산화탄소 분리부(150)는, 고온가스를 배출하는 제1 토출구(152a)와 재생 대상 흡수제를 배출하는 제2토출구(152b)가 상측과 하측에 각각 형성되는 케이싱(154)을 포함한다. 또한, 제1튜브(140)의 고온가스 배출구(142) 측에 이동 가능하게 설치되는 스로틀 밸브(156)와, 스로틀 밸브(156)를 이동시켜 고온가스 배출구(142)를 개폐(좀 더 상세하게는 개방량을 조절)하는 액추에이터(158)를 포함한다.

이때, 제2토출구(152b)를 통해 배출된 재생 대상 흡수제는 후술할 재생장치(도 2의 200)로 이송되어, 흡수제 내에 흡착된 이산화탄소를 분리함으로써 흡수제로 재생된다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

제2튜브(160)에는 일단에 저온가스가 배출되는 저온가스 배출구(162)가 형성되고, 저온가스 배출구(162)에는 저온가스의 배출량을 조절하는 조절밸브(164)가 설치된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치에 의한 이산화탄소의 분리과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 공급관(110)을 통해 혼합가스가 공급되면, 흡수제 분사부(120)에서 액체상태의 흡수제가 분사된다. 흡수제와 믹스된 혼합가스는 볼텍스 발생부(130)의 케이싱(132) 중공부(132a)와 제너레이터(134)의 유입공(134a)을 거쳐 볼텍스 챔버(134b)로 유입된다. 이렇게 유입된 혼합가스는 볼텍스 챔버(134b)에서 수백만 rpm으로 회전하는 1차 볼텍스(HV)로 변환된다.

볼텍스 챔버(134b)에서 변환된 1차 볼텍스(HV)는 제1튜브(140)를 따라 이송된다. 이때, 1차 볼텍스(HV)의 일부는 고온가스 배출구(142)를 통해 이산화탄소 분 리부(150) 측으로 배출되고, 나머지 일부는 스로틀 밸브(156)에 의해 회송되어 2차 볼텍스(LV)로 변환된다. 변환된 2차 볼텍스(LV)는 1차 볼텍스(HV)의 진행방향과 반대방향으로 이송된 후 제2튜브(160)의 저온가스 배출구(162)를 통해 배출된다.

상술한 1차 및 2차 볼텍스(HV,LV)는 동일한 회전방향 및 각속도로 회전하지만, 1차 볼텍스(HV)에 비해 2차 볼텍스(LV)의 직경이 작다. 따라서 직경이 큰 1차 볼텍스(HV)의 입자가 2차 볼텍스(LV)의 입자에 비해 더 빠른 속도로 운동하고, 이에 운동속도가 느린 2차 볼텍스(LV)의 입자가 지닌 운동에너지는 열에너지로 변환된다.

변환된 열에너지는 2차 볼텍스(LV)의 온도를 저하시킴과 동시에 1차 볼텍스(HV)의 온도를 상승시킨다. 결국, 1차 볼텍스(HV)는 고온가스가 되고, 2차 볼텍스(LV)는 저온가스가 된다.

한편, 1차 및 2차 볼텍스(HV,LV)는 제1튜브(140)를 따라 이송하는 동안 흡수제와의 흡착반응에 의해 이산화탄소가 제거된 후, 고온가스 배출구(142)와 저온가스 배출구(162)로 각각 배출된다.

이 중에서, 1차 볼텍스(HV)는 스로틀 밸브(156)를 통과하는 과정에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제와, 이산화탄소가 제거된 고온가스로 분리된다. 그리고 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 중력에 의해 제2토출구(152b)로 배출되며, 이산화탄소가 제거된 고온가스는 제1토출구(152a)로 배출된다.

한편 본 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치(100)는, 공급관(110)을 통해 유입되는 혼합가스의 공급량을 측정하는 유량계(172)와, 공급관(110), 제1토출관(152a) 및 저온가스 배출구(162)의 이산화탄소 농도를 측정하기 위한 이산화탄소 분석기(174)를 포함한다. 그리고 유량계(172) 및 이산화탄소 분석기(174)에서 측정된 데이터에 따라 흡수제 분사부(120) 및 후술할 흡수제 보조 분사부(159)의 분사량과, 고온가스 배출구(142) 및 저온가스 배출구(162)의 배출량을 조절하는 제어부(176)를 포함한다.

공급관(110)에는 제1 및 제2프로브(182,184)가 설치된다. 이 중, 제1프로브(182)는 유량계(172)와 연결되고, 제2프로브(184)는 이산화탄소 분석기(174)와 연결된다. 즉, 제1프로브(182)를 통해 채취된 혼합가스의 시료는 혼합가스의 공급량을 측정하는데 사용되고, 제2프로브(184)를 통해 채취된 혼합가스의 시료는 혼합가스의 이산화탄소 농도를 측정하는데 사용된다.

이렇게 측정된 혼합가스의 공급량과 이산화탄소 농도는 제어부(176)로 전송되고, 제어부(176)에서는 설정값과 측정값을 비교하여 흡수제 분사부(120)의 분사량을 제어한다. 다시 말해, 혼합가스의 공급량과 이산화탄소 농도에 따라 흡수제 분사부(120)의 분사량이 조절된다.

제1토출관(152a)에는 제3프로브(186) 및 흡수제 보조 분사부(159)가 설치된다. 제3프로브(186)는 분석기(174)와 연결되고, 제3프로브(186)를 통해 채취된 고온가스의 시료는 고온가스의 이산화탄소 농도를 측정하는데 사용된다.

이렇게 측정된 고온가스의 이산화탄소 농도는 제어부(176)로 전송되고, 제어부(176)에서는 설정값과 측정값을 비교하여 액추에이터(158)를 제어함으로써 스로틀 밸브(156)의 개방량을 조절한다. 일례로, 고온가스의 이산화탄소 농도가 설정값 보다 높으면 스로틀 밸브(156)의 개방량을 감소시키고, 이산화탄소 농도가 설정값보다 낮으면 스로틀 밸브(156)의 개방량을 증대시킨다.

또한, 제어부(176)는 고온가스의 이산화탄소 농도에 따라 흡수제 보조 분사부(159)의 분사량을 조절하는데, 고온가스의 이산화탄소 농도가 설정값보다 높으면 흡수제 보조 분사부(159)의 분사량을 늘리고, 이산화탄소 농도가 설정값보다 낮으면 흡수제 보조 분사부(159)의 분사량을 줄인다. 그리고 이산화탄소 농도가 설정치에 도달하면 흡수제 보조 분사부(159)의 작동을 중지시킨다.

저온가스 배출구(162)에는 제4프로브(188)가 설치된다. 제2프로브(186)는 분석기(174)와 연결되고, 제2프로브(186)를 통해 채취된 저온가스의 시료는 저온가스의 이산화탄소 농도를 측정하는데 사용된다.

이렇게 측정된 저온가스의 이산화탄소 농도는 제어부(176)로 전송되고, 제어부(176)에서는 설정값과 측정값을 비교하여 조절밸브(164)의 개방량을 조절한다. 예컨대, 저온가스의 이산화탄소 농도가 설정값보다 높으면 조절밸브(164)의 개방량을 감소시키고, 이산화탄소 농도가 설정값보다 낮으면 조절밸브(164)의 개방량을 증대시킨다.

도 2는 본 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템을 나타낸다.

본 실시예의 이산화탄소 흡수분리시스템은, 흡수제를 이용하여 혼합가스의 이산화탄소를 분리하는 볼텍스 튜브 장치(100)와, 이산화탄소 분리에 사용된 흡수제를 재생하는 재생장치(200)로 구성된다. 이때, 볼텍스 튜브 장치(100)에 대해서 는 이미 설명하였으므로, 이하에서는 재생장치(200)에 대해서 설명한다.

재생장치(200)는, 볼텍스 튜브 장치(100)의 이산화탄소 분리부(150)의 제2토출구(152b)에서 배출된 재생 대상 흡수제를 가열하는 가열기(210)와, 가열기(210)에서 가열된 재생 대상 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제를 생성하는 스트리퍼(220)와, 스트리퍼(220)에서 분리된 이산화탄소를 응축하는 제1응축기(230)와, 볼텍스 튜브 장치(100)의 제2튜브(160)를 통해 배출되는 저온가스를 이용하여 스트리퍼(220)에서 생성된 재생 흡수제를 냉각하는 쿨러(240)와, 볼텍스 튜브 장치(100)의 이산화탄소 분리부(150)의 제1토출구(152a)에서 배출된 고온가스를 응축하는 제2응축기(250)를 포함한다.

혼합가스는 볼텍스 튜브 장치(100)에서 이산화탄소가 분리되고, 이산화탄소가 흡착된 흡수제(이하, 재생 대상 흡수제라 함)는 중력에 의해 제2토출구(152b)를 통해 배출된다. 또한, 이산화탄소가 제거된 고온가스는 제1토출구(152a)를 통해 배출된다.

제2토출구(152b)를 통해 배출된 재생 대상 흡수제는 제1압송펌프(262)에 의해 가열기(210)로 압송되고, 가열기(210)에서 분리 온도(재생 대상 흡수제로부터 이산화탄소를 쉽게 분리할 수 있는 온도)까지 가열된 후 스트리퍼(220)로 이송된다.

이때, 재생 대상 흡수제는 가열기(210)로 이송되기 전에 열교환기(270)를 거치며 소정 온도로 가열된 후 가열기(210)로 공급되고, 가열기(210)에서 분리 온도까지 가열되어 스트리퍼(220)에 공급된다. 재생 대상 흡수제를 예비 가열하는 열교 환기(270)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

스트리퍼(재생반응기,220)로 이송된 재생 대상 흡수제는 기체상태의 이산화탄소와 이산화탄소가 분리된 액체상태의 흡수제(이하, 재생 흡수제라 함)로 분리되고, 기체상태의 이산화탄소는 제1출구(222)를 통해 제1응축기(230)로 배출되고, 액체상태의 재생 흡수제는 제2출구(224)를 통해 쿨러(240)로 배출된다.

이때, 스트리퍼(220)의 제2출구(224)측에는 보조 가열기(226)가 설치되는데, 이 보조 가열기(226)는 배출되는 재생 흡수제를 분리 온도까지 가열하기 위한 것이다. 즉, 재생 흡수제를 분리 온도까지 가열하여 후술할 열교환기(270)에서 재생 대상 흡수제와 열교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.

제1응축기(230)는 스트리퍼(220)의 제1출구(222)와 연결되어, 재생 대상 흡수제에서 분리된 이산화탄소를 응축한다. 제1응축기(230)를 통해 이산화탄소를 응축하는 과정에서 생성되는 재생 흡수제는 리턴배관(232)을 통해 스트리퍼(220)로 재공급된다.

스트리퍼(220)의 제2출구(224)를 통해 배출된 재생 흡수제는 제2압송펌프(264)에 의해 쿨러(240)로 압송되고, 쿨러(240)에서 냉각된다. 이때, 쿨러(240)는 볼텍스 튜브 장치(100)의 제2튜브(160)를 통해 배출되는 저온가스를 재생 흡수재의 쿨런트(coolant)로 사용한다.

한편, 재생 흡수제는 쿨러(240)로 이송되기 전에 열교환기(270)를 거치며 소정 온도로 냉각된 후 쿨러(240)로 공급되고, 쿨러(240)에서 추가로 냉각된 후 흡수제 분사부(120) 또는/및 흡수제 보조 분사부(159)에 공급된다. 재생 대상 흡수제를 예비 가열하는 열교환기(270)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

이와 같이, 본 실시예의 재생장치(200)는 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는데 사용되는 흡수제를 재생하여 재활용함으로써 흡수제의 소모량 및 손실량을 대폭 감소시킬 수 있다. 또한, 흡수제의 재생 시에 이용되는 전력에너지의 낭비를 최소화할 수 있다.

상술한 열교환기(270)는 스트리퍼(220)의 제2출구(224)를 통해 배출되는 재생 흡수제와, 제2토출구(152b)에서 배출되는 재생 대상 흡수제 사이에 열교환이 이루어지도록 하는 수단이다. 즉, 재생 흡수제가 쿨러(240)로 이송되는 배관(242)와 재생 대상 흡수제가 가열기(210)로 이송되는 배관(212)의 일부 구간을 서로 교차하도록 배치함으로써, 상대적으로 고온의 재생 흡수제와 상대적으로 저온의 재생 대상 흡수제 사이에 열교환이 이루어지도록 한다.

이와 같은 열교환기(270)에서 열교환된 재생 대상 흡수제는 예비 가열된 상태로 가열기(210)로 공급되고, 가열기(210)에서 분리 온도까지 가열된 후 스트리퍼(220)에 공급된다. 반면, 열교환기(270)에서 열교환된 재생 흡수제는 예비 냉각된 상태로 쿨러(240)로 공급되고, 쿨러(240)에서 재냉각된 후 흡수제 분사부(120) 또는/및 흡수제 보조 분사부(159)에 공급된다.

한편, 제2응축기(250)는 제1토출구(152a)에서 배출된 고온가스를 응축하고, 이산화탄소가 분리된 고온가스를 외부로 배출하는 수단이다. 이때, 제2응축기(250)는 쿨러(240)에서 재생 흡수제를 냉각하는데 사용된 저온가스를 함께 응축한다. 또한, 응축시 생성되는 재생 대상 흡수제는 후술할 저장챔버(280)로 이송하여 재생과 정을 거치도록 한다.

다른 한편, 제2토출구(152b)와 가열기(210)를 연결하는 스트림 상에 설치되고, 제2토출구(152b)에서 배출된 재생 대상 흡수제와 제2응축기(250)에서 고온가스 응축시 생성된 재생 대상 흡수제가 일시 저장되는 저장챔버(280)가 설치된다. 이 저장챔버(280)에 일시 저장된 재생 대상 흡수제는 제1압송펌프(262)에 의해 가열기(210)로 압송되고, 가열기(210)에서 분리 온도(재생 대상 흡수제로부터 이산화탄소를 쉽게 분리할 수 있는 온도)까지 가열된 후 스트리퍼(220)로 이송된다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼텍스 튜브 장치를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템을 도시하는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 볼텍스 튜브 장치 110: 공급관

120: 흡수제 분사부 130: 볼텍스 발생부

140: 제1튜브 150: 이산화탄소 분리부

160: 제2튜브 200: 재생장치

210: 가열기 220: 스트리퍼

230: 제1응축기 240: 쿨러

250: 제2응축기 270: 열교환기

280: 저장챔버

Claims

혼합가스가 공급되는 공급관;

상기 공급관에 설치되는 흡수제 분사부;

상기 공급관을 통해 공급된 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 볼텍스 발생부;

상기 볼텍스 발생부의 일측에서 연장되고, 선단에 고온가스 배출구가 형성되는 제1튜브;

상기 제1튜브의 고온가스 배출구에 설치되고, 이산화탄소가 제거된 고온가스를 배출하는 제1토출구 및 이산화탄소가 흡착된 재생 대상 흡수제를 배출하는 제2토출구가 형성되는 이산화탄소 분리부;

상기 볼텍스 발생부의 타측에서 연장되고, 선단에 저온가스 배출구가 형성되는 제2튜브;

상기 공급관을 통해 공급되는 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 분석기; 및

상기 이산화탄소 분석기에서 측정된 혼합가스의 양과 혼합가스의 이산화탄소 농도에 따라 상기 흡수제 분사부의 분사량을 조절하는 제어부를 포함하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 이산화탄소 분리부의 제1토출구에 설치되고, 상기 제1토출구를 통해 배출되는 고온가스의 이산화탄소 농도에 따라 상기 제어부에 의해 분사량이 제어되는 흡수제 보조 분사부를 더 포함하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 제2튜브의 저온가스 배출구에 설치되고, 상기 저온가스 배출구를 통해 배출되는 저온가스의 이산화탄소 농도에 따라 상기 제어부에 의해 개방량이 제어되는 조절밸브를 더 포함하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 3에 있어서,

상기 공급관에 설치되어 혼합가스의 공급량을 측정하는 제1프로브;

상기 공급관에 설치되어 혼합가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 제2프로브;

상기 제1토출구에 설치되어 고온가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 제3프로브; 및

상기 저온가스 배출구에 설치되어 고온가스의 이산화탄소 농도를 측정하는 제4프로브를 더 포함하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 흡수제 분사부는 상기 공급관의 둘레를 따라 설치되는 둘 이상의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 볼텍스 발생부는, 일측에 공급관이 설치된 중공의 케이싱과, 상기 케이싱의 내부에 설치되고 혼합가스를 이용하여 볼텍스를 발생시키는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 6에 있어서,

상기 제너레이터는, 내부에 볼텍스 챔버가 형성되고, 둘레에 혼합가스가 유입되는 유입공이 설치되며, 상기 제2튜브와 연결되는 내측에 디퓨저가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 7에 있어서,

상기 제너레이터는, 상기 제1튜브와 연결되는 부분에 슬리브가 설치되고, 상기 슬리브의 내측에 디퓨저가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 이산화탄소 분리부는, 상기 제1 및 제2토출구가 상측 및 하측에 각각 형성되는 케이싱과, 상기 제1튜브의 고온가스 배출구 측에 이동 가능하게 설치되는 스로틀 밸브와, 상기 스로틀 밸브를 이동시켜 상기 고온가스 배출구를 개폐하는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼텍스 튜브 장치
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 볼텍스 튜브 장치; 및

상기 볼텍스 튜브 장치에서 배출되는 재생 대상 흡수제를 재생하는 재생장치를 포함하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 재생장치가,

상기 볼텍스 튜브 장치의 이산화탄소 분리부의 제2토출구에서 배출된 재생 대상 흡수제를 가열하는 가열기;

상기 가열기에서 가열된 재생 대상 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제를 생성하는 스트리퍼;

상기 스트리퍼에서 분리된 이산화탄소를 응축하는 제1응축기;

상기 볼텍스 튜브 장치의 제2튜브를 통해 배출되는 저온가스를 이용하여 상기 스트리퍼에서 생성된 재생 흡수제를 냉각하는 쿨러; 및

상기 볼텍스 튜브 장치의 이산화탄소 분리부의 제1토출구에서 배출된 고온가스를 응축하는 제2응축기를 포함하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 11에 있어서,

상기 쿨러에서 냉각된 재생 흡수제가 상기 흡수제 분사부로 공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 12에 있어서,

상기 재생장치가, 상기 스트리퍼에서 생성된 재생 흡수제와, 제2토출구에서 배출된 재생 대상 흡수제 사이에 열교환이 이루어지는 열교환기를 더 포함하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 13에 있어서,

상기 제2토출구와 상기 가열기를 연결하는 스트림 상에 설치되고, 상기 제2토출구에서 배출된 재생 대상 흡수제와, 상기 제2응축기에서 고온가스 응축시 생성된 재생 대상 흡수제가 일시 저장되는 저장챔버를 더 포함하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 14에 있어서,

상기 제1응축기는 상기 스트리퍼에서 분리된 이산화탄소를 응축하는 과정에서 생성되는 재생 흡수제를 상기 스트리퍼로 재공급되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 14에 있어서,

상기 제2응축기는 상기 쿨러에서 재생 흡수제를 냉각하는데 사용된 저온가스를 응축하고, 응축시 생성되는 재생 대상 흡수제는 상기 저장챔버로 이송되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수분리시스템.
청구항 15에 있어서,

상기 제2토출구에서 배출된 재생 대상 흡수제와 상기 스트리퍼에서 배출된 재생 흡수제를 압송하는 압송펌프를 더 포함하는 이산화탄소 흡수분리시스템.