KR101298543B1 - Apparatus and Method for Treating Waste Gas - Google Patents

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Abstract

연소 배기가스에 포함된 이산화탄소 또는 질소 산화물 등의 유해성분을 가압-냉각방식을 통하여 액화 분리토록 구성된 연소 배기가스 처리장치 및 방법이 제공된다.Provided is a combustion exhaust gas treating apparatus and method configured to liquefy and separate harmful components such as carbon dioxide or nitrogen oxide contained in combustion exhaust gas through a press-cooling method.

상기 연소 배기가스 처리장치는, 연소 배기가스를 가압하는 압축기와, 상기 압축기와 연계되고 가압된 연소 배기가스로 부터 냉열을 회수하는 주 열교환기와, 상기 주 열교환기와 연계되면서 냉열이 회수된 연소 배기가스의 유해성분을 액화 분리하는 액화수단 및, 상기 액화수단과 연계되고 유해성분이 분리된 연소 배기가스에 포함된 압력에너지를 동력으로 회수하고 상기 압축기와 축 연결된 터빈을 포함하여 구성되어 있다.The combustion exhaust gas treatment apparatus includes a compressor for pressurizing combustion exhaust gas, a main heat exchanger for recovering cold heat from the pressurized combustion exhaust gas associated with the compressor, and a combustion exhaust gas for which cold heat is recovered in association with the main heat exchanger It includes a liquefaction means for liquefying and separating the harmful components of, and a turbine associated with the compressor and the pressure energy associated with the liquefaction means to recover the pressure energy contained in the combustion exhaust gas separated from the harmful components.

이와 같은 본 발명에 의하면, 각종 연소로에서 배출되는 연소 배기가스를 최소한의 에너지를 사용하여 기계적인 압축 액화 과정을 거처 배출할 수 있도록 함으로써 화석연료의 연소에 의한 유행성분의 환경오염물질의 배출을 최대한 억제하도록 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to discharge the combustion pollutants emitted from various combustion furnaces through mechanical compression liquefaction process using a minimum amount of energy to discharge the environmental pollutants of the epidemic component by the combustion of fossil fuels. An improved effect can be obtained that allows for maximum inhibition.

연소 배기가스, 유해성분, 가압, 냉각, 액화, 이산화탄소, 질소산화물 Combustion exhaust gases, harmful components, pressurized, cooled, liquefied, carbon dioxide, nitrogen oxides

Description

연소 배기가스 처리장치 및 방법{Apparatus and Method for Treating Waste Gas}Apparatus and Method for Treating Waste Gas

도 1은 본 발명에 의한 연소 배기가스 처리장치의 구성도1 is a block diagram of a combustion exhaust gas treatment apparatus according to the present invention

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *Description of the Related Art [0002]

1.... 연소 배기가스 처리장치 10,10',10",10a,10b.... 연소 배기가스1 .... Combustion Emissions Treatment System 10,10 ', 10 ", 10a, 10b .... Combustion Emissions

20.... 압축기 30.... 증발기20 .... Compressor 30 .... Evaporator

40.... 유기랭킨 사이클 장치 42.... 작동유체40 .... Organic Rankine Cycle Apparatus 42 .... Working Fluid

44.... 유기매체 터빈 46.... 발전기44 .... Organic Turbine 46 .... Generator

48.... 응축기 50.... 주 열교환기48 .... condenser 50 .... main heat exchanger

52.... 보조열교환기 60.... 팽창터빈52 .... Auxiliary Heat Exchanger 60 .... Expansion Turbine

70.... 액화수단 80.... 동력회수용 터빈70 .... Liquefaction means 80 ... Power recovery turbine

82.... 축82 .... Axis

본 발명은 연소 배기가스 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 각종 연소 로에서 배출되는 연소 배기가스를 최소한의 에너지를 사용하여 기계적인 압축 액화 과정을 거처 배출할 수 있도록 함으로써, 화석연료의 연소에 의한 환경 오염물질의 배출을 최대한 억제하고, 이를 통하여 현재 문제가 되고 있는 지구온난화 가스배출문제를 해소하도록 한 연소 배기가스 처리장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a combustion exhaust gas treatment device, and more particularly, to exhaust the combustion exhaust gas discharged from various combustion furnaces through a mechanical compression liquefaction process using a minimum amount of energy. The present invention relates to a combustion exhaust gas treatment apparatus and method for suppressing the emission of environmental pollutants as much as possible, thereby eliminating the problem of global warming gas emissions.

인류의 문명(생활)을 유지하는데 필수적으로 요구되는 대부분의 에너지는, 예외적인 경우를 제외하고는 대부분 화석연료의 연소에 의하여 얻어지고 있다. Most of the energy necessary to maintain human civilization is obtained by the burning of fossil fuels, except in exceptional cases.

그런데, 이와 같은 화석연료의 연소시에는 대부분 질소산화물, 이산화탄소 등의 연소 생성물질의 발생이 필수적으로 수반된다.However, in the combustion of such fossil fuels, the generation of combustion products such as nitrogen oxides and carbon dioxide is essential.

현재, 이와 같은 연소 생성물질은 대기오염과 지구 온난화의 주요 요인으로 작용하고 있으며 그 심각성이 점차 가속화 되고 있는 실정이다.At present, such combustion products are acting as a major factor in air pollution and global warming, and their severity is gradually accelerating.

특히, 발전 보일러 등 대형 연소로에서 배출되는 이산화 탄소 등의 환경 오염 물질의 발생 양은 상당하기 때문에, 이와 같은 환경오염물질의 처리 기술들에 대한 집중적인 연구가 진행되고 관련 기술들이 제안되고 있다.In particular, since the amount of environmental pollutants such as carbon dioxide emitted from large combustion furnaces such as power generation boilers is considerable, intensive studies on the treatment techniques of such environmental pollutants have been conducted and related technologies have been proposed.

예를 들어, 연소 배기가스에 포함된 이산화 탄소 등의 환경 오염 물질을 제거하는 알려진 대표적인 기술은 PSA(pressure swing adsorption) 법 또는 흡수액을 이용한 흡수식 제거 법 등이 있다.For example, known representative techniques for removing environmental pollutants such as carbon dioxide contained in combustion exhaust gas include a pressure swing adsorption (PSA) method or an absorption removal method using an absorbent liquid.

이와 같은 제거 방법에서 질소산화물 등은 주로 활성탄을 이용하는 방법을 통하여 제거된다.In such a removal method, nitrogen oxides are mainly removed through the use of activated carbon.

즉, 이와 같은 기술들은 흡착성 물질이나 흡수액 등과 같은 중간 매개 물질을 이용하여 유해한 연소 생성물질을 분리하여 제거하는 공동적인 기술 특성을 이용하는 것이다.In other words, these techniques utilize common technical features to separate and remove harmful combustion products using intermediate media such as adsorbents or absorbents.

그러나, 이와 같은 알려진 종래의 PSA나 흡수식 제거방법은 실질적으로 유해 연소 생성물질의 제거를 위한 흡수 또는 흡착 물질을 주기적으로 교체하여야 하기 때문에, 실질적으로 비용이 계속 발생된다.However, this known conventional PSA or absorbent removal method is substantially costly because of the need to periodically replace the absorbent or adsorbent material for removal of the noxious combustion products.

특히, 설비의 가동 중단없이 연속적으로 배기가스를 처리해야 하는 가동환경에서는 적용이 불리한 문제가 있었다.In particular, there is a problem in that the application is disadvantageous in the operating environment in which the exhaust gas must be treated continuously without stopping the equipment.

따라서, 실제 산업 공정에서는 분리를 위한 중간 매개물질의 필요 없이 기계적인 장치의 구성만으로 배기가스 중 유해물질을 분리할 수 있는 방법이 가장 바람직한 것이다.Therefore, in an actual industrial process, the method of separating the harmful substances in the exhaust gas by the configuration of a mechanical device without the need for an intermediate medium for separation is most desirable.

이에 따라, 본 발명에서는 압축-냉각에 의한 액화의 원리를 적용하여 흡수 물질 등의 중간 매개 물질의 사용없이 기계적인 장치 구성만으로 가동 중단없이 연속적으로 배기가스를 효과적으로 처리하는 배기가스 처리장치를 제안하고, 이와 같은 장치가 요구되어 왔다. Accordingly, the present invention proposes an exhaust gas treatment apparatus that effectively treats exhaust gas continuously without interruption by using only mechanical device configuration by applying the principle of liquefaction by compression-cooling and without using intermediate media such as absorbent material. Such a device has been required.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적은, 각종 연소로에서 배출되는 연소 배기가스를 최소한의 에너지를 사용하여 기계적인 압축-액화 과정을 거쳐 배출하도록 함으로써, 화석연료의 연소에 의한 환경오염 물질 배출을 최대한 억제하고, 이에 따라 지구온난화의 원인이 되는 가스 배출을 방지하도록 한 연소 배기가스 처리장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of which is to discharge the combustion exhaust gas discharged from various combustion furnaces through a mechanical compression-liquefaction process using a minimum of energy, the fossil fuel An object of the present invention is to provide a combustion exhaust gas treating apparatus and method for suppressing the emission of environmental pollutants caused by combustion as much as possible, thereby preventing the emission of gases that cause global warming.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 연소 배기가스를 가압하는 압축기;The present invention as a technical aspect for achieving the above object, a compressor for pressurizing the combustion exhaust gas;

상기 압축기와 연계되고 가압된 연소 배기가스로 부터 냉열을 회수하는 주 열교환기;A main heat exchanger associated with the compressor and recovering cold heat from pressurized combustion exhaust gas;

상기 주 열교환기와 연계되면서 냉열이 회수된 연소 배기가스의 유해성분을 액화 분리하는 액화수단; 및,Liquefaction means associated with the main heat exchanger to liquefy and separate toxic components of combustion exhaust gas from which cold heat is recovered; And

상기 액화수단과 연계되고 유해성분이 분리된 연소 배기가스에 포함된 압력에너지를 동력으로 회수하고 상기 압축기와 축 연결된 동력회수용 터빈;A power recovery turbine associated with the liquefaction means and recovering the pressure energy contained in the combustion exhaust gas in which noxious components are separated, and connected to the compressor;

을 포함하여 연소 배기가스의 유해성분을 액화 분리토록 구성된 연소 배기가스 처리장치를 제공한다.It provides a combustion exhaust gas treatment apparatus configured to liquefy to separate the harmful components of the combustion exhaust gas, including.

이때, 상기 압축기와 주 열교환기사이에 증발기를 매개로 유기 랭킨 사이클 장치가 연계 구성될 수 있다.At this time, the organic Rankine cycle device may be linked between the compressor and the main heat exchanger via an evaporator.

바람직하게는, 상기 유기 랭킨 사이클 장치는, 증발기를 통하여 열을 전달받는 작동유체가 고온의 연소 배기가스에 의하여 기화되도록 구성되면서, 이 작동유체를 통하여 구동하는 유기매체 터빈과 발전기 및, 유기매체 터빈에서 팽창된 작동 유체를 액화하는 응축기를 포함하고 증발기와는 사이클형태로 연계 구성될 수 있다.Preferably, the organic Rankine cycle apparatus is configured such that the working fluid receiving heat through the evaporator is vaporized by the high temperature combustion exhaust gas, the organic medium turbine and the generator driving through the working fluid, and the organic medium turbine It may include a condenser for liquefying the expanded working fluid in the evaporator and may be configured in a cycle form.

또한, 상기 주 열교환기와 액화수단사이에는 보조 열교환기가 배치되고, 상기 보조 열교환기에는 압축기와 연계되어 연소 배기가스를 팽창을 통하여 액화 온도까지 냉각하는 팽창터빈이 더 연계되는 것이 바람직하다.In addition, an auxiliary heat exchanger is disposed between the main heat exchanger and the liquefaction means, and in the auxiliary heat exchanger, an expansion turbine for cooling the combustion exhaust gas to the liquefaction temperature through expansion with the compressor is further connected.

이때, 상기 액화수단은, 상기 주 열교환기와 팽창터빈중 적어도 하나와 보조 열교환기를 통과하면서 액화 가능 온도까지 냉각된 연소 배기가스중에 포함된 이산화탄소 및 질소산화물의 유해성분을 액화 분리시키는 분리통으로 제공되는 것이 가능하다.In this case, the liquefaction means is provided as a separation vessel for liquefying and separating the harmful components of carbon dioxide and nitrogen oxides contained in the combustion exhaust gas cooled to the liquefiable temperature while passing through at least one of the main heat exchanger and the expansion turbine and the auxiliary heat exchanger. It is possible.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 연소 배기가스를 압축기에서 압축하여 발생되는 압축 열을 유기랭킨 사이클 장치의 작동 열원으로 하여 축 동력으로 회수하고,In another aspect, the present invention is to recover the heat of compression generated by compressing the combustion exhaust gas in the compressor as the operating heat source of the organic Rankine cycle apparatus,

압축된 연소 배기가스를 주 열교환기를 이용하여 냉열을 회수하고, 연소 배기가스에 포함된 유해성분을 액화수단에서 액화시키며, The compressed combustion exhaust gas is recovered by cold heat using a main heat exchanger, and toxic components contained in the combustion exhaust gas are liquefied by the liquefaction means.

유해성분이 액화된 연소 배기가스에 포함된 압력에너지를 상기 압축기와 축 직결된 터빈의 동력용으로 회수하여 최소 에너지만으로 연소 배기가스에 포함된 유해성분을 액화 분리하는 연소 배기가스 처리방법을 제공한다.Provided is a combustion exhaust gas treatment method for recovering pressure energy contained in combustion exhaust gas in which harmful components are liquefied for power of a turbine directly connected to the compressor, and liquefying and separating harmful components contained in combustion exhaust gas with minimum energy.

이때, 압축기에서 가압되어 온도 상승된 연소 배기가스는 압축기와 유기 랭킨 사이클 장치사이에 매개된 증발기에서 상기 유기 랭킨 사이클 장치의 작동유체에 열 전달하고, 상기 주 열교환기를 통과하면서 액화 가능 온도로 냉각되면서 이 산화탄소 및 질소산화물의 유해성분이 액화수단에서 분리되어 외부 배출되는 것이 바람직하다.At this time, the combustion exhaust gas pressurized by the compressor to increase the temperature is transferred to the working fluid of the organic Rankine cycle unit in the evaporator mediated between the compressor and the organic Rankine cycle unit, and cooled to a liquefiable temperature while passing through the main heat exchanger It is preferable that the harmful components of the carbon oxides and nitrogen oxides are separated from the liquefaction means and discharged to the outside.

더 바람직하게는, 증발기에서 주열교환기로 전달되는 연소 배기가스중 일부는 팽창터빈에서 팽창 과정을 통하여 액화에 필요한 온도까지 냉각됨으로서 연계된 액화수단에서 이산화탄소와 질소산화물의 유해성분이 액화 분리되고 외부 배출되도록 하는 것이다.More preferably, some of the combustion exhaust gas delivered from the evaporator to the main heat exchanger is cooled to a temperature necessary for liquefaction through an expansion process in the expansion turbine so that harmful components of carbon dioxide and nitrogen oxides are liquefied and discharged from the associated liquefaction means. It is.

또는, 주열교환기와 팽창터빈중 적어도 하나를 통과한 연소 배기가스는 주 열교환기와 액화수단사이에 더 배치된 보조 열교환기를 통하여 유해성분의 액화를 더 촉진시키고, 상기 액화수단은 유해성분이 액화 분리되는 분리통일 수 있다.Alternatively, the combustion exhaust gas passing through at least one of the main heat exchanger and the expansion turbine further promotes liquefaction of harmful components through an auxiliary heat exchanger further disposed between the main heat exchanger and the liquefaction means, and the liquefaction means separates the toxic components from the liquefied separation. It can be unified.

그리고, 유해성분이 액화 분리된 잔류 연소 배기가스는 주 열교환기에서 다시 열 교환을 거쳐, 동력회수용 터빈에서 동력이 회수된 후, 대기압 수준으로 감압된 저압상태와 유해성분이 분리된 상태의 가스가 최종 배출된다.The residual combustion exhaust gas in which the toxic components are liquefied and separated is subjected to heat exchange again in the main heat exchanger, and after the power is recovered from the power recovery turbine, the low pressure and the low pressure components decompressed to atmospheric pressure are finally separated. Discharged.

이하, 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

먼저, 화석연료를 연소시키는 발전소 등의 연소설비에서 발생된 연소 배기가스중에 포함된 대표적인 유해 환경 오염물질인 이산화탄소와 질소산화물 등은 고온 저압에서 액화가 가능하다. First, carbon dioxide and nitrogen oxide, which are representative hazardous environmental pollutants contained in combustion exhaust gas generated from a combustion facility such as a power plant for burning fossil fuel, can be liquefied at high temperature and low pressure.

예를 들어, 이산화 탄소의 경우는 임계압력과 온도가 각각 74 bar와 31℃ 이며, 온도가 낮을수록 액화를 가능하게 하는 압력은 낮아진다. For example, in the case of carbon dioxide, the critical pressure and temperature are 74 bar and 31 ° C., respectively, and the lower the temperature, the lower the pressure that enables liquefaction.

만약, 온도가 약 -50℃ 정도이면, 10기압에서 이산화 탄소는 액화될 수 있 다.If the temperature is about -50 ℃, carbon dioxide can be liquefied at 10 atmospheres.

따라서, 본 발명에서는 이와 같은 현상 즉, 이산화탄소의 액화 가능한 것을 이용하여 연소 배기가스를 장치에서 먼저 압축한다.Therefore, in the present invention, the combustion exhaust gas is first compressed in the apparatus by using such a phenomenon, that is, liquefied carbon dioxide.

다음, 압축된 연소 배기가스의 일부를 팽창시켜 냉열을 얻고, 이를 이용하여 연소 배기가스 온도를 저하시켜 이산화 탄소를 비롯한 질소산화물 등 유해 연소 생성물을 액화 분리한다.Next, a portion of the compressed combustion exhaust gas is expanded to obtain cold heat, and the combustion exhaust gas temperature is lowered by using the same to liquefy and separate toxic combustion products such as carbon dioxide and nitrogen oxides.

이 경우 연소 배기가스의 압력과 온도는 장치의 설치여건에 따라서 최적의 범위를 선택할 수 있음은 물론이다.In this case, of course, the pressure and temperature of the combustion exhaust gas can be selected to the optimum range depending on the installation conditions of the device.

또한, 연소 배기가스의 압축을 위하여 필요한 압축 동력과 압축과정에서 발생하는 압축 열은 동력 회수용 터빈과 유기 랭킨 발전 장치를 이용하여 회수 함으로써 최소한의 에너지를 사용하여 연소 배기가스의 압축-액화를 가능하게 한다.In addition, the compression power required for the compression of the combustion exhaust gas and the heat of compression generated during the compression process can be recovered by using a power recovery turbine and an organic Rankine power generation unit, thereby compressing and liquefying the combustion exhaust gas using minimal energy. Let's do it.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention according to the accompanying drawings in more detail as follows.

먼저, 도 1에서는 본 발명에 따른 연소 배기가스 처리장치(1)의 전체 구성을 도시하고 있다.First, in FIG. 1, the whole structure of the combustion waste gas processing apparatus 1 which concerns on this invention is shown.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 화석연료를 연소시키는 발전소 등의 연소설비(미도시)에서 배출되는 연소 배기가스(10)는 통상적으로 200℃ 정도의 온도이고, 이 연소 배기가스(10)는, 압축기(20)를 이용하여 요구되는 압력까지 가압한다.That is, as shown in FIG. 1, the combustion exhaust gas 10 discharged from a combustion facility (not shown) such as a power plant that burns fossil fuel is typically at a temperature of about 200 ° C., and this combustion exhaust gas 10 is provided. Pressurizes to the required pressure using the compressor 20.

이때, 미설명 부호인 22는 압축기 가동 모터인데, 이 가동 모터는 압축기 주 동력원이 아니라 다음에 설명하는 동력회수용 터빈(80)과 축(82) 연결되어 압축기 주 동력원이 전달된다.At this time, reference numeral 22 denotes a compressor operating motor, which is connected to the shaft 82 and the power recovery turbine 80 described below, not the compressor main power source, so that the compressor main power source is transmitted.

따라서, 압축기(20)에서 유입된 연소 배기가스(10)를 가압하면 연소 배기가스(10)의 온도가 상승된다. Therefore, when the combustion exhaust gas 10 introduced from the compressor 20 is pressurized, the temperature of the combustion exhaust gas 10 is increased.

다음, 상기 압축기(20)에서 가압되어 고온, 고압으로 된 연소 배기가스는 연결된 증발기(30)를 통하여 유기 랭킨 사이클 장치(40)의 작동유체(42)에 열을 전달한다.Next, the combustion exhaust gas pressurized by the compressor 20 at a high temperature and a high pressure transfers heat to the working fluid 42 of the organic Rankine cycle apparatus 40 through the connected evaporator 30.

그 다음, 증발기(30)에서 전열되어 냉각된 상태의 연소 배기가스(10')는, 주 열교환기(50)를 통과하면서 액화가 가능한 온도까지 더 냉각된다.Subsequently, the combustion exhaust gas 10 ′ in the state of being heated and cooled in the evaporator 30 is further cooled to a temperature at which liquefaction is possible while passing through the main heat exchanger 50.

이때, 상기 증발기(30)에서는 작동유체(42)가 압축된 고온의 연소 배기가스(10')의 전열에 의하여 기화된다.At this time, in the evaporator 30, the working fluid 42 is vaporized by the heat transfer of the compressed high-temperature combustion exhaust gas 10 '.

따라서, 기화된 작동유체(42)는 사이클을 구현하면서 유기매체 터빈(44)과 발전기(46)를 구동하는 동력원을 발생시킨다.Accordingly, the vaporized working fluid 42 generates a power source for driving the organic medium turbine 44 and the generator 46 while implementing the cycle.

또한, 유기매체 터빈(44)에서 팽창된 작동유체(42)는 응축기(48)에서 액화된 다음 펌프(P)에서 승압되어, 다시 증발기(30)로 보내어 지는 사이클을 구현한다. In addition, the working fluid 42 expanded in the organic medium turbine 44 is liquefied in the condenser 48 and then boosted in the pump P to implement a cycle that is sent back to the evaporator 30.

따라서, 이와 같은 유기랭킨 사이클 장치(40)을 통하여, 연소 배기가스(10)의 압축과정에서 발생되는 손실열은 다시 전력으로 회수 될 수 있게 된다. Therefore, through the organic Rankine cycle device 40, the heat loss generated during the compression process of the combustion exhaust gas 10 can be recovered to the power again.

특히, 200℃ 수준의 연소 배기가스(10)를 압축하여 승온하는 과정은 히트펌프에서의 승온 과정으로서, 유기랭킨 사이클의 측면에서 보면 연소 또는 다른 방법에 의하여 증발기(30)에서 작동유체(42) 증발열을 얻는 것과 비교할때, 더 효율적 으로 고온으로 가압된 연소 배기가스(10)를 발생시키는 이점을 얻을 수 있다. In particular, the process of compressing and increasing the temperature of the combustion exhaust gas 10 at a temperature of 200 ° C. is a temperature raising process in a heat pump, and in view of the organic Rankine cycle, the working fluid 42 in the evaporator 30 by combustion or other methods. Compared to obtaining the heat of evaporation, the advantage of generating the combustion exhaust gas 10 pressurized to a higher temperature more efficiently can be obtained.

다음, 도 1에서 도시한 바와 같이, 증발기(30)를 통하여 전열되면서 냉각된 연소 배기가스의 일부(10")는 주 열교환기(50)의 전에 분기 배치된 팽창터빈(60)에서 팽창 과정을 통하여 액화에 필요한 온도까지 더 냉각된다.Next, as shown in FIG. 1, the portion 10 ″ of the combustion exhaust gas cooled while being heated through the evaporator 30 is subjected to the expansion process in the expansion turbine 60 branched before the main heat exchanger 50. It is further cooled to the temperature required for liquefaction.

그리고, 주 열교환기(50)를 통과하여 냉각된 연소 배기가스(10')도 액화에 필요한 온도까지 냉각된다. The combustion exhaust gas 10 'cooled through the main heat exchanger 50 is also cooled to a temperature necessary for liquefaction.

다음, 도 1에서 도시한 바와 같이, 증발기(30)를 거친 냉각된 연소 배기가스(10')는 주 열교환기(50)를 거쳐 액화수단(70)인 분리통에 전달되기 전에 보조 열교환기(52)를 거치면서 더 냉각되고, 동시에 팽창터빈(60)을 거치면서 냉각된 저온, 고압의 연소 배기가스(10")도 액화수단(70)인 분리통에 도달하기 전에 보조 열교환기(52)를 거치면서 더 냉각된다.Next, as shown in FIG. 1, the cooled combustion exhaust gas 10 ′ having passed through the evaporator 30 is passed through the main heat exchanger 50 to the separator, which is the liquefaction means 70, before being transferred to the secondary heat exchanger ( 52, further cooled, and at the same time the low-temperature, high-pressure combustion exhaust gas 10 "cooled by the expansion turbine 60 also before the auxiliary heat exchanger 52 before reaching the separation vessel, the liquefaction means 70. It is cooled more while going through.

따라서, 냉각된 연소 배기가스(10')(10")에 포함된 이산화탄소와 질소산화물 등의 유해성분은 액화수단(70)인 분리통에서 액화되고, 자체 중력에 의하여 그 하부에 집적된 후 배출파이프(72)를 통하여 외부 배출된다. Therefore, harmful components such as carbon dioxide and nitrogen oxide contained in the cooled combustion exhaust gases 10 'and 10 " are liquefied in a separator, which is the liquefaction means 70, and are discharged after they are accumulated under their own gravity by their own gravity. Externally discharged through the pipe (72).

다음, 상기 액화수단(70)에서 배출되는 이산화탄소와 질소산화물 등의 유해성분이 액화 분리된 연소 배기가스(10a)는 주 열교환기(50)에서 다시 열 교환을 거쳐, 동력회수용 터빈(80)에서 팽창된다.Next, the combustion exhaust gas 10a in which toxic components such as carbon dioxide and nitrogen oxide discharged from the liquefaction means 70 are liquefied and separated through heat exchange again in the main heat exchanger 50, and then, in the power recovery turbine 80. Swell.

그리고, 이 과정에서 동력이 회수된 후, 대기압 수준으로 감압된 저압의 연소 배기가스(이산화탄소 등이 액화 처리된 가스)(10b)가 최종적으로 배출된다. After the power is recovered in this process, the low pressure combustion exhaust gas (gas in which carbon dioxide and the like is liquefied) 10b is finally discharged.

이때, 상기 동력회수용 터빈(80)의 축(82)은 앞에서 최초 연속배기가스가 유 입 가압되는 압축기(20)와 직결되어 있다.In this case, the shaft 82 of the power recovery turbine 80 is directly connected to the compressor 20 in which the first continuous exhaust gas is introduced and pressurized from the front.

따라서, 압축기에서 연소 배기가스(10)를 압축하는 데에 필요한 동력을 장치(1)에서 자체적으로 제공될 수 있고, 그만큼 필요 에너지가 최소화되는 것이다. Therefore, the power required to compress the combustion exhaust gas 10 in the compressor can be provided by the apparatus 1 itself, so that the required energy is minimized.

한편, 상기 압축기(20)에 연결된 모터(22)는, 부가적으로 필요한 경우 압축동력을 발생시키는 보조 동력원으로 제공될 수 있다.On the other hand, the motor 22 connected to the compressor 20 may additionally be provided as an auxiliary power source for generating compressed power if necessary.

따라서, 본 발명의 연소 배기가스 처리장치(1)의 경우에는 연소 배기가스 (10)의 압축에 필요한 동력을 동력 회수용 터빈(80)을 통하여 회수가 가능하다.Therefore, in the case of the combustion exhaust gas treating apparatus 1 of the present invention, the power required for the compression of the combustion exhaust gas 10 can be recovered through the power recovery turbine 80.

또한, 압축 과정에서 생성되는 손실열은 유기랭킨 사이클을 적용하여 회수하게 되며, 저온의 연소 배기가스가 보유하고 있는 냉열 또한 주 열교환기(50)를 통하여 회수함으로써, 압축-냉각-액화과정에서 발생하는 손실열 만을 보충해도 전체 시스템의 가동을 가능하게 하는 것이다.In addition, the heat loss generated during the compression process is recovered by applying the organic Rankine cycle, and the cold heat held by the low-temperature combustion exhaust gas is also recovered through the main heat exchanger 50, thereby generating the compression-cooling-liquefaction process. It is possible to make the whole system operate even if only the loss heat is compensated.

이와 같이 본 발명인 연소 배기가스 처리장치 및 방법에 의하면, 각종 연소로에서 배출되는 연소 배기가스를 최소한의 에너지를 사용하여 기계적인 압축-액화 과정을 거쳐 배출하도록 함으로써, 화석연료의 연소에 의한 환경오염 물질 배출을 최대한 억제하고, 이에 따라 지구온난화의 원인이 되는 가스 배출을 방지하도록 한 연소 배기가스 처리장치를 제공하는 데에 있다.Thus, according to the combustion exhaust gas treatment apparatus and method of the present invention, by causing the combustion exhaust gas discharged from various combustion furnaces to be discharged through a mechanical compression-liquefaction process using a minimum of energy, environmental pollution by burning fossil fuel It is to provide a combustion exhaust gas treatment apparatus which suppresses the emission of materials as much as possible and thereby prevents the emission of gases that cause global warming.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하 의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described in connection with specific embodiments so far, it will be appreciated that the invention can be varied and modified without departing from the spirit or scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that those skilled in the art can easily know.

Claims (10)

연소 배기가스를 가압하는 압축기;A compressor for pressurizing combustion exhaust gas; 상기 압축기와 연계되고 가압된 연소 배기가스로 부터 냉열을 회수하는 주 열교환기;A main heat exchanger associated with the compressor and recovering cold heat from pressurized combustion exhaust gas; 상기 주 열교환기와 연계되면서 냉열이 회수된 연소 배기가스의 유해성분을 액화 분리하는 액화수단; 및,Liquefaction means associated with the main heat exchanger to liquefy and separate toxic components of combustion exhaust gas from which cold heat is recovered; And 상기 액화수단과 연계되고 유해성분이 분리된 연소 배기가스에 포함된 압력에너지를 동력으로 회수하고 상기 압축기와 축 연결된 동력회수용 터빈;A power recovery turbine associated with the liquefaction means and recovering the pressure energy contained in the combustion exhaust gas in which noxious components are separated, and connected to the compressor; 을 포함하여 연소 배기가스의 유해성분을 액화 분리토록 구성된 연소 배기가스 처리장치.Combustion exhaust gas treatment device configured to liquefy and separate the harmful components of the combustion exhaust gas, including. 제 1항에 있어서, 상기 압축기와 주 열교환기사이에 증발기를 매개로 유기 랭킨 사이클 장치가 연계 구성된 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리장치.The combustion exhaust gas treating apparatus according to claim 1, wherein an organic Rankine cycle apparatus is connected between the compressor and the main heat exchanger via an evaporator. 제 2항에 있어서, 상기 유기 랭킨 사이클 장치는, 증발기를 통하여 열을 전달받는 작동유체가 고온의 연소 배기가스에 의하여 기화되도록 구성되면서, 이 작동유체를 통하여 구동하는 유기매체 터빈과 발전기 및, 유기매체 터빈에서 팽창된 작동유체를 액화하는 응축기를 포함하고 증발기와는 사이클형태로 연계 구성된 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리장치.The organic Rankine cycle apparatus according to claim 2, wherein the organic Rankine cycle device is configured such that a working fluid receiving heat through an evaporator is vaporized by a high temperature combustion exhaust gas, and an organic medium turbine and a generator driving through the working fluid, and organic A combustion exhaust gas treatment apparatus comprising a condenser for liquefying an expanded working fluid in a media turbine and configured in a cycle form with an evaporator. 제 1항에 있어서, 상기 주 열교환기와 액화수단사이에는 보조 열교환기가 배치되고, 상기 보조 열교환기에는 압축기와 연계되어 연소 배기가스를 팽창을 통하여 액화 온도까지 냉각하는 팽창터빈이 더 연계되는 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리장치.The method of claim 1, wherein an auxiliary heat exchanger is disposed between the main heat exchanger and the liquefaction means, and the auxiliary heat exchanger is further associated with an expansion turbine for cooling the combustion exhaust gas to the liquefaction temperature through expansion with the compressor. Combustion exhaust gas treatment device. 제 1 항 또는 제 4항에 있어서, 상기 액화수단은, 상기 주 열교환기와 팽창터빈중 적어도 하나와 보조 열교환기를 통과하면서 액화 가능 온도까지 냉각된 연소 배기가스중에 포함된 이산화탄소 및 질소산화물의 유해성분을 액화 분리시키는 분리통으로 구성된 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리장치.The liquefaction means according to claim 1 or 4, wherein the liquefaction means includes harmful components of carbon dioxide and nitrogen oxide contained in combustion exhaust gas cooled to a liquefiable temperature while passing through at least one of the main heat exchanger and the expansion turbine and the auxiliary heat exchanger. Combustion exhaust gas treatment apparatus, characterized in that consisting of a separator for liquefied separation. 연소 배기가스를 압축기에서 압축하여 발생되는 압축 열을 유기랭킨 사이클 장치의 작동 열원으로 하여 축 동력으로 회수하고,Compressed heat generated by compressing the combustion exhaust gas in the compressor is recovered as axial power by using as an operating heat source of the organic Rankine cycle apparatus. 압축된 연소 배기가스를 주 열교환기를 이용하여 냉열을 회수하고, 연소 배기가스에 포함된 유해성분을 액화수단에서 액화시키며, The compressed combustion exhaust gas is recovered by cold heat using a main heat exchanger, and toxic components contained in the combustion exhaust gas are liquefied by the liquefaction means. 유해성분이 액화된 연소 배기가스에 포함된 압력에너지를 상기 압축기와 축 직결된 터빈의 동력용으로 회수하여 최소 에너지만으로 연소 배기가스에 포함된 유해성분을 액화 분리하는 연소 배기가스 처리방법.A combustion exhaust gas treatment method for recovering pressure energy contained in combustion exhaust gas in which noxious components are liquefied, for power of a turbine directly connected to the compressor, and liquefying and separating the noxious components contained in combustion exhaust gas with only minimal energy. 제 6항에 있어서, 압축기에서 가압되어 온도 상승된 연소 배기가스는 압축기와 유기 랭킨 사이클 장치사이에 매개된 증발기에서 상기 유기 랭킨 사이클 장치의 작동유체에 열 전달하고, 상기 주 열교환기를 통과하면서 액화 가능 온도로 냉각되면서 이산화탄소 및 질소산화물의 유해성분이 액화수단에서 분리되어 외부 배출되는 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리방법.7. The combustion exhaust gas pressurized by the compressor to be elevated in temperature is capable of transferring heat to the working fluid of the organic Rankine cycle apparatus in an evaporator mediated between the compressor and the organic Rankine cycle apparatus, and liquefied while passing through the main heat exchanger. The combustion exhaust gas treatment method characterized in that the harmful components of carbon dioxide and nitrogen oxides are separated from the liquefaction means and discharged to the outside while being cooled to a temperature. 제 7항에 있어서, 증발기에서 주열교환기로 전달되는 연소 배기가스중 일부는 팽창터빈에서 팽창 과정을 통하여 액화에 필요한 온도까지 냉각됨으로서 연계된 액화수단에서 이산화탄소와 질소산화물의 유해성분이 액화 분리되고 외부 배출되는 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리방법.The method of claim 7, wherein a part of the combustion exhaust gas delivered from the evaporator to the main heat exchanger is cooled to the temperature required for liquefaction through the expansion process in the expansion turbine, so that harmful components of carbon dioxide and nitrogen oxides are liquefied separated from the associated liquefaction means and the external discharge Combustion exhaust gas treatment method characterized in that. 제 8항에 있어서, 주열교환기와 팽창터빈중 적어도 하나를 통과한 연소 배기가스는 주 열교환기와 액화수단사이에 더 배치된 보조 열교환기를 통하여 유해성분 의 액화를 더 촉진시키고, The combustion exhaust gas passing through at least one of the main heat exchanger and the expansion turbine further promotes liquefaction of harmful components through an auxiliary heat exchanger further disposed between the main heat exchanger and the liquefaction means. 상기 액화수단은 유해성분이 액화 분리되는 분리통인 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리방법.The liquefaction means is a combustion exhaust gas treatment method, characterized in that the separation component is liquefied separation of harmful components. 제 8항에 있어서, 유해성분이 액화 분리된 잔류 연소 배기가스는 주 열교환기에서 다시 열 교환을 거쳐, 동력회수용 터빈에서 동력이 회수된 후, 대기압 수준으로 감압된 저압상태와 유해성분이 분리된 상태의 가스가 최종 배출되는 것을 특징으로 하는 연소 배기가스 처리방법.9. The method of claim 8, wherein the residual combustion exhaust gas in which the toxic components are liquefied and separated is subjected to heat exchange again in the main heat exchanger, and after the power is recovered from the power recovery turbine, the low pressure state and the harmful components separated to atmospheric pressure are separated. Combustion gas treatment method characterized in that the gas of the final discharge.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104454048A (en) * 2014-10-18 2015-03-25 杭州哲达科技股份有限公司 ORC expansion recycling method and device of waste heat of air compressor set
KR101617083B1 (en) 2014-04-24 2016-05-13 한국에너지기술연구원 Equipment and method for processing volatile organic compound

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7997077B2 (en) * 2006-11-06 2011-08-16 Harlequin Motor Works, Inc. Energy retriever system
KR101520831B1 (en) * 2008-09-30 2015-05-18 재단법인 포항산업과학연구원 method and apparatus of CO2 separation and collection at off gas
KR101304886B1 (en) 2010-11-30 2013-09-06 기아자동차주식회사 System for regenerating CO2 absorption solution

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0596131A (en) * 1991-10-09 1993-04-20 Kansai Electric Power Co Inc:The Method for removing co2 in combustion exhaust gas
JPH05113105A (en) * 1991-10-22 1993-05-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power generation while producing carbon dioxide and inert gas
KR970011311B1 (en) * 1992-01-17 1997-07-09 칸사이덴료꾸 가부시기가이샤 Process for removing carbon dioxide from combustion exhaust gas

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0596131A (en) * 1991-10-09 1993-04-20 Kansai Electric Power Co Inc:The Method for removing co2 in combustion exhaust gas
JPH05113105A (en) * 1991-10-22 1993-05-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Power generation while producing carbon dioxide and inert gas
KR970011311B1 (en) * 1992-01-17 1997-07-09 칸사이덴료꾸 가부시기가이샤 Process for removing carbon dioxide from combustion exhaust gas

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101617083B1 (en) 2014-04-24 2016-05-13 한국에너지기술연구원 Equipment and method for processing volatile organic compound
CN104454048A (en) * 2014-10-18 2015-03-25 杭州哲达科技股份有限公司 ORC expansion recycling method and device of waste heat of air compressor set

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