KR101351134B1 - 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템 - Google Patents

이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101351134B1
KR101351134B1 KR1020120108013A KR20120108013A KR101351134B1 KR 101351134 B1 KR101351134 B1 KR 101351134B1 KR 1020120108013 A KR1020120108013 A KR 1020120108013A KR 20120108013 A KR20120108013 A KR 20120108013A KR 101351134 B1 KR101351134 B1 KR 101351134B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
absorbent
absorption tower
tower
hopper
Prior art date
Application number
KR1020120108013A
Other languages
English (en)
Inventor
김경숙
김동원
류청걸
이종민
이중범
김성겸
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020120108013A priority Critical patent/KR101351134B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101351134B1 publication Critical patent/KR101351134B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템에 관한 것이다.
일례로, 배가스 분위기 하에서 흡수제가 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집하도록 하는 흡수탑; 상기 흡수탑 내의 가스를 유동 위치 별로 샘플링하는 제 1 가스 샘플링 탭; 재생 분위기 하에서 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 재생하여 상기 흡수탑으로 공급하는 재생탑; 상기 재생탑 내의 가스를 샘플링하는 제 2 가스 샘플링 탭; 및 상기 제 1 가스 샘플링 탭 및 상기 제 2 가스 샘플링 탭 중 적어도 하나를 통해 샘플링된 가스를 실시간으로 공급받고, 공급된 가스를 분석하는 가스 분석기를 포함하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 순환 유동층 환경에서, 흡수제의 흡수반응과 재생반응을 각각 분리한 독립적 테스트가 가능하며, 흡수탑의 높이에 따른 흡수제의 흡수능 측정이 가능하다.

Description

이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템{SYSTEM FOR EVALUATING OF CARBON DIOXIDE ABSORBENT}
본 발명은 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템에 관한 것이다.
국제에너지 기구(International Energy Agency, 이하 IEA라고 함)의 2010년 발표 자료에 의하면, 대량의 화석연료 사용으로 발생된 이산화탄소를 감축할 수 있는 유일하고 가장 저렴한 기술이 CCS(Carbon Capture and Storage)이며, 이러한 CCS 기술로 전 세계 이산화탄소 배출량의 19 % 정도를 저감할 수 있다고 제시하고 있다. 또한 IEA는 건물, 수송, 산업, 발전 등을 포함한 모든 부문에서의 이산화탄소 배출량 감축을 강조하면서, 특히 발전 부문에서의 급격한 감축의 중요성을 강조하고 있다.
발전분야에 적용 가능한 이산화탄소 포집기술은 발전 시스템에 따라 연소 후 (post-combustion), 연소 중 (oxy combustion), 연소 전 (pre-combustion) 기술로 분류할 수 있으며, 이 중에서 연소 후 배가스 이산화탄소 포집기술은 기존 발전시스템 및 신규건설 발전시스템에 적용 가능한 기술로 연소 중 및 연소 전 기술보다 우선적으로 해결해야 할 기술이다. 연소 후 배가스 이산화탄소 포집기술에는 흡수법, 흡착법, 막분리, direct mineralization and biofixation 등이 알려져 있다.
CCS 기술 개발은 크게 흡수제 개발과 공정 개발로 나눌 수 있으며, 최근 흡수제 개발 분야에서는 대부분 알카리 토금속에 바탕을 둔 건식 흡수제(dry alkali metal-based sorbent) 개발에 집중되고 있다. 특히, 대규모 흡수제 기술 개발에서는 K2CO3 및 Na2CO3을 활성물질로, activated carbon, TiO2, Al2O3, SiO2 및 여러 종류의 zeolite 지지체를 가진 흡수제를 분무건조 방식으로 대량 생산하는 기술개발이 진행되고 있다. 대표적인 알카리 금속 흡수제인 K2CO3 흡수제는 하기의 화학식 (1)에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소와 물과 몰비로 반응하여 KHCO3를 형성하며, 이때 이산화탄소 흡수반응은 60~70 ℃, 재생반응은 140~160 ℃에서 일어나는 가역반응이다.
K2CO3 + CO2 + H2O ↔ 2KHCO3 -------- (1)
한편, 건식 이산화탄소 흡수제를 이용하는 포집공정에는 고정층, 이동층, 기포유동층 및 고속유동층 기술 개발이 진행 중이며, 특히 화학식 (1)의 정반응인 흡수반응은 대량의 열이 발생하는 발열반응이므로 열 제어가 중요하고, 흡수제에 열 전달이 잘 이루어져야 한다. 포집공정의 규모를 줄이기 위해서는 유속이 커야 하므로 현재 흡수반응은 고속유동층 반응기, 재생반응은 기포유동층 반응기를 구비한 포집공정으로 연구가 집중되고 이다. 현재, 한국의 화력발전소에 2,000 Nm3/h (0.5 MW) 규모의 이산화탄소 포집공정 파일럿 플랜트가 설치 및 운전 중이다.
일반적으로, 이산화탄소 흡수 및 재생 설비는, 고속유동층인 흡수탑과 기포유동층인 재생탑으로 구성되며, 발전소 배가스의 일부를 분취하여 분무건조로 대량생산한 K2CO3 흡수제로써 이산화탄소 포집공정의 최적화 작업을 수행하고 있다. 0.5 MW 규모의 이산화탄소 포집공정 파일럿 플랜트에 요구되는 건식 이산화탄소의 양은 5~10톤이며, 계획 중인 10 MW 규모의 설비에서는 수십톤이 소요될 예정이고, 향후 발전소 규모인 500 MW 이상을 고려할 때 적합한 흡수제의 선정은 자원, 시간 및 인력의 낭비를 줄이기 위해서 매우 중요한 요소이다.
이산화탄소 흡수제의 반응성은 1차적으로 열중량 분석과 시차주사 열량계의 이중 기능을 지닌 열중량 분석기(Thermogravimetric analyzer, 이하 TGA라고 함)로 평가한다 (참고문헌: Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol 47, 4465~4472, 2008). 흡수와 재생반응은 각각 60~70 ℃, 140~160 ℃에서 수행하며, 가스의 조성은 화력발전소 배가스 조성을 모사하여 14.4% CO2, 5.4% O2, 10% H2O 및 나머지는 질소이고, 사용된 시료는 약 10~100 mg이다. 이때 배가스 내의 SOx 농도를 고려하여 SOx도 수십 내지 수백 ppm으로 주입할 수 있다.
TGA로 1차 스크리닝 테스트에서 선별된 이산화탄소 흡수제는 회분식(batch-type)의 고정층 반응기로 구성된 반응평가 시스템으로 흡수능과 재생능에 대한 테스트를 실시한다(참고문헌: Energy & Fuels, Vol 23, 4683~4687, 2008: 한국화학공학회지, 47, 349~354, 2009). 이때, 사용하는 시료의 양은 반응기 크기에 따라 다르지만 일반적으로 수~수십 그램 정도이며, 이상에서 설명한 바와 같이, 발전소 배가스의 모사가스로써 테스트를 실시한다.
열중량 분석기 및 고정층 반응기에 의한 이산화탄소 흡수능 시험은 소량의 시료로 짧은 시간 내에 이산화탄소 흡수능을 측정할 있다는 장점은 있으나, 제조한 흡수제의 유동화를 시험할 수 없고, 회분식 기포유동층 반응기는 이산화탄소 흡수능을 유동화 개념으로 측정할 수 있으나 실제 대규모의 이산화탄소 포집장치에 도입된 순환 유동층 개념으로 흡수제를 테스트할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 고속유동층 반응기와 기포유동층 반응기로 구성된 순환 유동층 반응기로 반응속도를 포함한 이산화탄소 반응특성에 대한 연구결과가 발표되었으나 이들 장치로는 흡수반응과 재생반응을 각각 분리하여 시험할 수 없을 뿐만 아니라 흡수탑 높이에 따른 이산화탄소 흡수능을 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은, 순환 유동층 환경에서, 흡수제의 흡수반응과 재생반응을 각각 분리한 독립적 테스트가 가능하며, 흡수탑의 높이에 따른 흡수제의 흡수능 측정 가능한 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템은, 배가스 분위기 하에서 흡수제가 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집하도록 하는 흡수탑; 상기 흡수탑 내의 가스를 유동 위치 별로 샘플링하는 제 1 가스 샘플링 탭; 재생 분위기 하에서 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 재생하여 상기 흡수탑으로 공급하는 재생탑; 상기 재생탑 내의 가스를 샘플링하는 제 2 가스 샘플링 탭; 및 상기 제 1 가스 샘플링 탭 및 상기 제 2 가스 샘플링 탭 중 적어도 하나를 통해 샘플링된 가스를 실시간으로 공급받고, 공급된 가스를 분석하는 가스 분석기를 포함한다.
또한, 상기 흡수탑과 탈부착 가능하도록 설치되고, 흡수제를 보관하는 제 1 호퍼; 및 상기 제 1 호퍼와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 제 1 호퍼에서 상기 흡수탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 1 로타리 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑으로 스팀을 공급하는 스팀 발생기; 상기 스팀 발생기와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 흡수탑으로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 제 1 스팀 유량계; 및 상기 스팀 발생기와 상기 재생탑 사이에 설치되고 상기 재생탑으로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 제 2 스팀 유량계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑과 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 보관하는 제 2 호퍼; 및 상기 제 2 호퍼와 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 제 2 호퍼에서 상기 재생탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 2 로타리 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑과 상기 제 2 호퍼 사이에 설치되고, 상기 흡수탑을 통해 배출되는 가스로부터 이산화탄소가 포집된 흡수제를 분리하여 상기 제 2 호퍼로 전달하는 사이클론을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제 외의 가스를 필터링하여 배기계통으로 전달하는 백 필터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재생탑과 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 재생탑을 통해 재생된 흡수제를 보관하는 제 3 호퍼; 상기 제 3 호퍼와 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 재생탑에서 상기 제 3 호퍼로 흡수제의 배출을 제어하는 제 3 로타리 밸브; 및 상기 제 3 호퍼와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 제 3 호퍼에서 상기 흡수탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 4 로타리 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재생탑과 배기계통 사이에 설치되고, 상기 재생탑을 통해 재생된 흡수제 이외의 가스를 냉각하여 배출하는 제 2 냉각기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑 내에는 상기 흡수탑으로 공급되는 가스에 포함된 응축수 제거를 제거하기 위한 증기 분리기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수탑 및 상기 재생탑 각각은, 상기 흡수탑 및 상기 재생탑의 내, 외부의 온도 및 차압을 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 열전대, 압력센서 및 차압계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 열전대, 상기 압력센서 및 상기 차압계를 원격으로 제어하고, 상기 열전대, 상기 압력센서 및 상기 차압계로부터 측정된 정보를 상기 가스 분석기로 전달하는 센서 원격 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 순환 유동층 환경에서, 흡수제의 흡수반응과 재생반응을 각각 분리한 독립적 테스트가 가능하며, 흡수탑의 높이에 따른 흡수제의 흡수능 측정 가능한 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템의 전체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 분무건식 방식으로 제조된 이산화탄소 흡수제를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템의 구성에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템(1000)의 전체적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템(1000)은, 흡수탑(100, carbonator), 재생탑(200, regenerator), 제 1 가스 샘플링 탭(300), 제 2 가스 샘플링 탭(400) 및 가스 분석기(940)을 포함한다.
이러한 구성과 더불어 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템(1000)은, 센서 원격 제어부(110), 제 1 호퍼(510, hopper), 제 1 로타리 밸브(520, rotary valve), 제 1 밸브 원격 제어부(530), 스팀 발생기(610, steam generator), 제 1 스팀 유량계(620), 제 2 스팀 유량계(630), 스팀 유량계 원격 제어부(640), 사이클론(710, cyclone), 제 2 호퍼(720), 제 2 로타리 밸브(730), 혼합기(740, mixer), 제 2 밸브 원격 제어부(750), 백 필터(760), 제 3 로타리 밸브(810), 제 3 호퍼(820), 제 4 로타리 밸브(830), 제 3 밸브 원격 제어부(840), 제 1 냉각기(C1, cooler), 제 2 냉각기(C2), 가스 공급부(910), 가스 유량계(921, 923), 가스 유량계 원격 제어부(925), 및 라인 히터(930, line heater)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
흡수탑(100)은, 실제 화력발전소 등의 굴뚝에서 배출되는 배가스 분위기 하에서 흡수제를 통해 배가스에 포함된 이산화탄소가 포집되도록 구성될 수 있다. 흡수탑(100)의 하부에는 공기 상자(101, air box), 분사판(103) 및 증기 분리기(105, vapor separator)가 설치될 수 있다. 증기 분리기(105)는 흡수탑(100)으로 공급되는 스팀(steam)으로 인해 발생되는 응축수를 제거하는 역할을 한다. 흡수탑(100)의 입구 및 출구를 포함하여 12개 이상의 지점에는 흡수탑(100)의 내, 외부 온도 및 차압을 측정하기 위한 열전대(thermocouiple, 미도시), 압력 센서(미도시) 및 차압계(미도시)가 설치될 수 있다. 또한, 상기 열전대(미도시), 압력 센서(미도시) 및 차압계(미도시)로 미립자가 유입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 열전대(미도시), 압력 센서(미도시) 및 차압계(미도시)의 전단에는 입자유입방지용 필터가 각각 설치될 수 있다. 또한, 상기 열전대(미도시), 압력 센서(미도시) 및 차압계(미도시)를 원격으로 제어하고, 상기 열전대(미도시), 압력 센서(미도시) 및 차압계(미도시)로부터 측정된 정보를 가스 분석기(940)로 전달하기 위한 센서 원격 제어부(110)가 설치될 수 있다.
재생탑(200)은, 실제 대용량 이산화탄소 포집 설비에서의 재생 분위기(예들 들어 CO2, H2O 환경) 하에서, 흡수탑(100)을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 재생하고, 재생된 흡수제를 흡수탑(100)으로 되돌려 보낼 수 있다. 재생탑(200)은 흡수탑(100)과 마찬가지로 그 하부에 공기 박스(201)와 분사판(203)이 설치될 수 있다.
제 1 가스 샘플링 탭(300)은, 흡수탑(100) 내에 가스가 유동하는 위치 별로 실시간으로 샘플링하고, 샘플링한 가스를 가스 분석기(940)로 전달할 수 있다. 이를 위해 제 1 가스 샘플링 탭(300)은, 흡수탑(100)의 하부에서부터 상부 방향으로 일정 간격으로 이격되어 설치된 다수의 샘플링 탭(301, 303, 305, 307, 309)을 포함할 수 있다. 샘플링 탭들(301, 303, 305, 307, 309)은 흡수탑(100) 내의 5개 지점에 약 1 m 간격(하부로부터 1.5, 2.5, 3.5, 4.5, 5.5 m 지점)마다 설치될 수 있다. 샘플링 탭들(301, 303, 305, 307, 309)이 흡수탑(100)의 높이에 따라 가스를 샘플링함으로써, 가스 분석기(940)에서 가스가 유동하는 위치 별로 이산화탄소의 및 SOx의 농도를 실시간으로 모니터링할 수 있게 한다.
제 2 가스 샘플링 탭(400)은 재생탑(200) 내의 가스를 실시간 샘플링하여 가스 분석기(940)로 전달할 수 있다.
가스 분석기(940)는 제 1 가스 샘플링 탭(300)과 제 2 가스 샘플링 탭(400)으로부터 샘플링된 가스를 개별적으로 실시간 공급 받고, 공급된 가스에 대한 흡수제의 성능을 분석 및 평가할 수 있다. 예를 들어, 가스 분석기(940)는 이산화탄소 및 SOx의 농도, 흡수제의 흡수능, 재생성, 성능유지, 고체 유동성 및 흐름성 등을 분석 및 평가할 수 있다.
제 1 호퍼(510)는 흡수탑(100)과 탈부착 가능하게 설치되고, 흡수탑(100)으로 공급될 이산화탄소 흡수제를 보관하는 역할을 한다. 제 1 호퍼(510)에는 제 1 호퍼(510)와 탈부착 가능하도록 설치되고, 제 1 호퍼(510) 내에 보관된 흡수제의 응축을 방지하기 위한 제 1 히트 자켓(heat jacket, 미도시)이 설치될 수 있다. 제 1 로타리 밸브(520)는 제 1 호퍼(510)와 흡수탑(100) 사이에 설치되고, 제 1 호퍼(510)에서 흡수탑(100)으로 공급되는 흡수제의 양을 조절할 수 있다. 제 1 밸브 원격 제어부(530)는 제 1 로타리 밸브(530)를 원격으로 제어하는 역할을 한다.
스팀 발생기(610)는 흡수탑(100)과 재생탑(200)으로 스팀을 공급하는 역할을 한다. 또한, 스팀 발생기(610)와 흡수탑(100) 사이에는 제 1 스팀 유량계(620)가 설치되며, 스팀 발생기(610)와 재생탑(200) 사이에는 제 2 스팀 유량계(630)가 설치될 수 있다. 제 1 스팀 유량계(620)는 흡수탑(100)으로 공급되는 스팀의 양을 조절하고, 제 2 스팀 유량계(630)는 재생탑(200) 내로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 역할을 한다. 즉, 제 1 및 제 2 스팀 유량계(620, 630)은 흡수탑(100)과 재생탑(200)으로 정량의 스팀이 공급되도록 스팀 량을 조절할 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 스팀 유량계(620, 630)는 스팀 유량계 원격 제어부(640)에 의해 원격으로 제어될 수 있다.
사이클론(710)은 흡수탑(100)과 제 2 호퍼(720) 사이에 설치되고, 흡수탑(100)을 통해 배출되는 흡수제를 포집하여 제 2 호퍼(720)로 전달할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 포집 가능한 입자의 크기가 다른 또 하나의 사이클론 및 호퍼를 각각 추가로 설치하여 흡수제가 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 제 2 호퍼(720)는 사이클론(710)을 통해 포집된 흡수제를 보관하는 역할을 한다. 제 2 호퍼(720)에는, 제 2 호퍼(720)와 탈부착 가능하도록 설치되고, 제 2 호퍼(720) 내에 보관된 흡수제의 응축을 방지하기 위한 제 2 히트 자켓(heat jacket, 미도시)을 포함할 수 있다. 제 2 로타리 밸브(730)는 제 2 호퍼(720)와 재생탑(200) 사이에 설치되고, 제 2 호퍼(720)에서 재생탑(200)으로 공급되는 흡수제를 양을 조절할 수 있다. 한편 제 2 로타리 밸브(730)와 재생탑(200) 사이에 혼합기(740)가 설치될 수 있다. 제 2 밸브 원격 제어부(740)는 제 2 로타리 밸브(730)를 원격으로 제어할 수 있도록 설치될 수 있다. 백 필터(760)는 흡수탑(100) 및 사이클론(710)과 연결되어 흡수탑(100)을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제 외의 가스를 필터링하여 배기계통(VENT 1)으로 전달할 수 있다.
제 3 로타리 밸브(810)는 재생탑(200)과 제 3 호퍼(820) 사이에 설치되고, 재생탑(200)에서 제 3 호퍼(820)로 흡수제의 배출을 제어할 수 있다. 제 3 호퍼(820)는 제 3 로타리 밸브(810)를 통해 재생탑(200)으로부터 배출되는 흡수제를 보관하는 역할을 한다. 제 3 호퍼(820)는 제 3 호퍼(820)와 탈부착 가능하도록 설치되고, 제 3 호퍼(820) 내에 보관된 흡수제의 응축을 방지하기 위한 제 3 히트 자켓(heat jacket, 미도시)을 포함할 수 있다. 제 4 로타리 밸브(830)는 제 3 호퍼(820)와 흡수탑(100) 사이에 설치되고, 제 3 호퍼(820)에서 흡수탑(100)으로 흡수제의 배출을 제어할 수 있다. 제 3 밸브 원격 제어부(840)는 제 3 로타리 밸브(810)와 제 4 로타리 밸브(830)와 연결되어 이들의 동작을 원격으로 제어할 수 있다. 제 1 냉각기(C1)는 제 4 로타리 밸브(830)와 흡수탑(100) 사이에 설치되어, 제 4 로타리 밸브(830)를 통해 배출되는 흡수제를 냉각시키고, 냉각된 흡수제를 흡수탑(100)으로 전달할 수 있다. 제 2 냉각기(C2)는 재생된 흡수제 이외의 가스를 냉각시키고, 냉각된 가스를 배기계통(VENT 2)으로 전달할 수 있다.
배가스 공급부(910)은 배가스 분위기와 재생 분위기를 각각 조성하기 위한 가스를 흡수탑(100) 및 재생탑(200)으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 배가스 공급부(910)는 SOx, CO2, N2 및 O2를 흡수탑(100)으로 공급하여 배가스 분위기를 조성하고, CO2와 N2가 혼합된 가스를 재생탑(200)으로 공급하여 재생 분위기를 조성함으로써 흡수제가 재생되도록 한다.
가스 유량계(921, 923)는 배가스 공급부(910)를 통해 공급되는 가스의 농도를 조절할 수 있다. 가스 유량계(921, 923)는 가스 유량계 원격 제어부(925)와 연결되어 원격으로 제어될 수 있다.
라인 히터(930)는 가스 유량계(921, 923)로부터 배출되는 가스를 미리 설정된 온도로 상승시켜 흡수탑(100)으로 공급하는 역할을 한다. 라인 히터(930)를 통해 가열된 가스는, 스팀 발생기(610)와 제 1 스팀 유량계(620)를 통해 공급되는 스팀과 함께, 흡수탑(100)의 공기 박스(101) 및 분사판(103)을 통해 분사되고, 분사판(103) 위에 설치된 증기 분리기(105)를 통해 흡수탑(100) 내부로 분사되는 가스에 포함되어 있는 응축수를 제거된 후 흡수탑(100) 내부로 공급될 수 있다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템(1000)의 동작에 관하여 상세히 설명한다.
먼저, 컨트롤 패널의 전원을 켜고, 흡수탑(100), 재생탑(200), 스팀 발생기(610) 및 라인 히터(930)의 전원을 켠다.
다음, 제 1 호퍼(510)에 정량의 흡수제를 공급하고, 퍼징용 질소를 가하면서 약 5분간 안정화 시킨다.
다음, 증기 분리기(105)를 통해 스팀 발생기(610)로부터 공급되는 스팀에 의한 응축수를 제거하고, 제 1 호퍼(510)로부터 흡수제를 흡수탑(100)으로 공급하고, 테스트하고자 하는 가스(SOx, CO2, N2, O2, 스팀)의 농도 및 량을 조절하여 흡수탑(100)의 하부에 설치된 분사판(103)을 통해 주입한다. 이때, 흡수탑(100) 내에는 흡수제, SOx, CO2, N2, O2, 스팀으로 혼합된 가스의 유동화가 발생하면서 흡수탑(100) 내부 온도 및 압력이 상승하게 되고, 흡수제의 이산화탄소 흡수반응이 일어나며, 제 1 가스 샘플링 탭(300)을 통해 흡수탑(100) 내에서 유동하는 반응 가스를 위치별로 실시간 샘플링하여 가스 분석기(940)로 전달할 수 있다. 가스 분석기(940)는 제 1 가스 샘플링 탭(300)으로부터 받은 샘플 가스를 가지고, 흡수탑(100)의 높이에 따른 CO2와 SOx의 농도가 실시간으로 측정 및 분석할 수 있으며, 또한 흡수제에 대한 CO2 흡수능 및 고체 유동성 등을 평가할 수 있다.
흡수탑(100)을 통해 흡수반응이 완료된 흡수제는 사이클론(710)에 의해 포집되어 제 2 호퍼(720)에 보관되고, 보관된 흡수제가 일정치(예를 들어 10 kg)가 되면 제 2 로타리 밸브(730)를 열어, 혼합기(740)를 거친 후 재생탑(200)으로 보낸다. 이때, 사이클론(710)에 의해 포집되지 않은 흡수제 이외의 가스들은 백 필터(760)를 통해 필터링된 후 배기계통(VENT 1)을 통해 배출된다.
재생탑(200)은 스팀 발생기(610)로부터 스팀을 공급 받거나, 배가스 공급부(910)으로부터 CO2와 N2로 혼합된 혼합가스를 공급 받아, 이산화탄소를 포집한 흡수제를 재생할 수 있다. 재생탑(200) 내부의 반응 가스는 제 2 가스 샘플링 탭(400)을 통해 실시간 샘플링되어 가스 분석기(940)로 전달된다. 가스 분석기(940)는 제 2 가스 샘플링 탭(400)을 통하여 샘플링 된 가스를 가지고 흡수제의 재생성, 성능유지, 고체 유동성 및 흐름성과 같은 기초적 성능을 분석 및 평가할 수 있다.
재생탑(200)을 통해 재생반응이 완료된 흡수제는 제 3 로타리 밸브(810)를 통해 제 3 호퍼(820)에 보관되고, 보관된 흡수제가 일정치가 되면 제 4 로타리 밸브(830)를 열어 제 1 냉각기(C1)로 공급한다. 이때, 제 1 냉각기(C1)는 재생반응이 완료된 흡수제를 냉각시킨 후, 냉각된 흡수제를 흡수탑(100)으로 전달한다. 재생탑(200)에서 재생반응이 완료된 흡수제 이외의 가스는 제 2 냉각기(C2)로 전달된 후 냉각되어 배기계통(VENT 2)을 통해 배출된다.
이와 같이 흡수제가 흡수탑(100)과 재생탑(200)을 순환하면서 흡수제에 대한 기초적인 성능, 흐름성 및 성능유지에 대한 분석 및 평가도 이루어질 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 분무건식 방식으로 제조된 이산화탄소 흡수제를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 이산화탄소 흡수제의 다수의 작은 구형 입자로 이루어지며, 이 입자의 평균직경은 약 100 마이크론 정도가 된다.
본 실시예에 따르면, 순환 유동층 환경에서, 흡수제의 흡수반응과 재생반응을 각각 분리한 독립적 테스트가 가능하며, 흡수탑의 높이에 따른 흡수제의 흡수능 측정이 가능하다. 이에 따라, 신규로 제조되는 많은 후보 이산화탄소 흡수제를 현재 발전소에 설치 및 운영 중인 대용량 이산화탄소 포집 파일럿 플랜트 및 향후 발전소 규모인 500 MW 설비에 설치될 포집설비와 유사한 조건 하에서 흡수제의 기초적 성능을 평가할 수 있음으로써, 실제 대규모 공정에서 사용 가능한 흡수제를 효과적으로 스크리닝할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
1000: 흡수제 반응평가 시스템
100: 흡수탑
101: 공기 박스
103: 분사판
105: 증기 분리기
110: 센서 원격 제어부
200: 재생탑
300: 제 1 가스 샘플링 전극탭
301: 제 1 샘플링 전극탭
303: 제 2 샘플링 전극탭
305: 제 3 샘플링 전극탭
307: 제 4 샘플링 전극탭
309: 제 5 샘플링 전극탭
400: 제 2 가스 샘플링 전극탭
510: 제 1 호퍼
520: 제 1 로타리 밸브
530: 제 1 밸브 원격 제어부
610: 스팀 발생기
620: 제 1 스팀 유량계
630: 제 2 스팀 유량계
640: 스팀 유량계 원격 제어부
710: 사이클론
720: 제 2 호퍼
730: 제 2 로타리 밸브
740: 혼합기
750: 제 2 밸브 원격 제어부
760: 백 필터
810: 제 3 로타리 밸브
820: 제 3 호퍼
830: 제 4 로타리 밸브
840: 제 3 밸브 원격 제어부
910: 가스 공급부
921, 923: 가스 유량계
925: 가스 유량계 원격 제어부
930: 라인 히터
940: 가스 분석기
C1: 제 1 냉각기
C2: 제 2 냉각기
VENT 1: 제 1 배기계통
VENT 2: 제 2 배기계통

Claims (11)

  1. 배가스 분위기 하에서 흡수제가 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집하도록 하는 흡수탑;
    상기 흡수탑 내의 가스를 유동 위치 별로 샘플링하는 제 1 가스 샘플링 탭;
    재생 분위기 하에서 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 재생하여 상기 흡수탑으로 공급하는 재생탑;
    상기 재생탑 내의 가스를 샘플링하는 제 2 가스 샘플링 탭; 및
    상기 제 1 가스 샘플링 탭 및 상기 제 2 가스 샘플링 탭 중 적어도 하나를 통해 샘플링된 가스를 실시간으로 공급받고, 공급된 가스를 분석하는 가스 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑과 탈부착 가능하도록 설치되고, 흡수제를 보관하는 제 1 호퍼; 및
    상기 제 1 호퍼와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 제 1 호퍼에서 상기 흡수탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 1 로타리 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑으로 스팀을 공급하는 스팀 발생기;
    상기 스팀 발생기와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 흡수탑으로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 제 1 스팀 유량계; 및
    상기 스팀 발생기와 상기 재생탑 사이에 설치되고 상기 재생탑으로 공급되는 스팀의 양을 조절하는 제 2 스팀 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑과 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제를 보관하는 제 2 호퍼; 및
    상기 제 2 호퍼와 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 제 2 호퍼에서 상기 재생탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 2 로타리 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수탑과 상기 제 2 호퍼 사이에 설치되고, 상기 흡수탑을 통해 배출되는 가스로부터 이산화탄소가 포집된 흡수제를 분리하여 상기 제 2 호퍼로 전달하는 사이클론을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑을 통해 이산화탄소가 포집된 흡수제 외의 가스를 필터링하여 배기계통으로 전달하는 백 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생탑과 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 재생탑을 통해 재생된 흡수제를 보관하는 제 3 호퍼;
    상기 제 3 호퍼와 상기 재생탑 사이에 설치되고, 상기 재생탑에서 상기 제 3 호퍼로 흡수제의 배출을 제어하는 제 3 로타리 밸브; 및
    상기 제 3 호퍼와 상기 흡수탑 사이에 설치되고, 상기 제 3 호퍼에서 상기 흡수탑으로 흡수제의 배출을 제어하는 제 4 로타리 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생탑과 배기계통 사이에 설치되고, 상기 재생탑을 통해 재생된 흡수제 이외의 가스를 냉각하여 배출하는 제 2 냉각기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑 내에는 상기 흡수탑으로 공급되는 가스에 포함된 응축수 제거를 제거하기 위한 증기 분리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑 및 상기 재생탑 각각은, 상기 흡수탑 및 상기 재생탑의 내, 외부의 온도 및 차압을 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 열전대, 압력센서 및 차압계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 열전대, 상기 압력센서 및 상기 차압계를 원격으로 제어하고, 상기 열전대, 상기 압력센서 및 상기 차압계로부터 측정된 정보를 상기 가스 분석기로 전달하는 센서 원격 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 반응평가 시스템.
KR1020120108013A 2012-09-27 2012-09-27 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템 KR101351134B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120108013A KR101351134B1 (ko) 2012-09-27 2012-09-27 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120108013A KR101351134B1 (ko) 2012-09-27 2012-09-27 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101351134B1 true KR101351134B1 (ko) 2014-01-15

Family

ID=50145479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120108013A KR101351134B1 (ko) 2012-09-27 2012-09-27 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101351134B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101554168B1 (ko) * 2014-01-09 2015-09-21 한국산업기술시험원 이산화탄소 포집제 성능평가장치
KR101799181B1 (ko) * 2016-01-25 2017-11-20 한국에너지기술연구원 건식 이산화탄소 포집장치의 고체 재순환 장치, 제어방법 및 그 고체 재순환장치를 갖는 건식 이산화탄소 포집장치
KR20190074048A (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 한국에너지기술연구원 폐열 발생 공장에 적용 가능한 폐열 활용방법
KR20220003237A (ko) * 2020-07-01 2022-01-10 영남대학교 산학협력단 이산화탄소 저감장치
WO2023105507A1 (ko) * 2021-12-10 2023-06-15 한국화학연구원 이산화탄소 포집장치 및 포집공정

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080057756A (ko) * 2006-12-20 2008-06-25 주식회사 포스코 코크스오븐가스함유 가스 제거약품 공급방법
KR20120057632A (ko) * 2009-08-21 2012-06-05 알스톰 테크놀러지 리미티드 광학 연도 가스 모니터링 및 제어
JP2012110841A (ja) 2010-11-25 2012-06-14 Ihi Corp 二酸化炭素の回収方法及び回収装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080057756A (ko) * 2006-12-20 2008-06-25 주식회사 포스코 코크스오븐가스함유 가스 제거약품 공급방법
KR20120057632A (ko) * 2009-08-21 2012-06-05 알스톰 테크놀러지 리미티드 광학 연도 가스 모니터링 및 제어
JP2012110841A (ja) 2010-11-25 2012-06-14 Ihi Corp 二酸化炭素の回収方法及び回収装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101554168B1 (ko) * 2014-01-09 2015-09-21 한국산업기술시험원 이산화탄소 포집제 성능평가장치
KR101799181B1 (ko) * 2016-01-25 2017-11-20 한국에너지기술연구원 건식 이산화탄소 포집장치의 고체 재순환 장치, 제어방법 및 그 고체 재순환장치를 갖는 건식 이산화탄소 포집장치
KR20190074048A (ko) * 2017-12-19 2019-06-27 한국에너지기술연구원 폐열 발생 공장에 적용 가능한 폐열 활용방법
KR102167944B1 (ko) * 2017-12-19 2020-10-20 한국에너지기술연구원 폐열 발생 공장에 적용 가능한 폐열 활용방법
KR20220003237A (ko) * 2020-07-01 2022-01-10 영남대학교 산학협력단 이산화탄소 저감장치
KR102385871B1 (ko) * 2020-07-01 2022-04-13 영남대학교 산학협력단 이산화탄소 저감장치
WO2023105507A1 (ko) * 2021-12-10 2023-06-15 한국화학연구원 이산화탄소 포집장치 및 포집공정

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101351134B1 (ko) 이산화탄소 흡수제 반응평가 시스템
Dhoke et al. Sorbents screening for post-combustion CO2 capture via combined temperature and pressure swing adsorption
Wang et al. Potassium capture by kaolin, part 2: K2CO3, KCl, and K2SO4
Fang et al. Continuous CO2 capture from flue gases using a dual fluidized bed reactor with calcium-based sorbent
Quinn et al. A high temperature lithium orthosilicate-based solid absorbent for post combustion CO2 capture
Veneman et al. CO2 capture in a continuous gas–solid trickle flow reactor
Abanades et al. Capturing CO2 from combustion flue gases with a carbonation calcination loop. Experimental results and process development
Huang et al. Development of post-combustion CO2 capture with CaO/CaCO3 looping in a bench scale plant
US20220266193A1 (en) Carbon dioxide capturing apparatus and capturing method
Mojtahedi et al. Desulfurization of hot coal gas in fluidized bed with regenerable zinc titanate sorbents
Yu et al. Parameter study and optimization on filtration and resistance characteristics of granular bed filter
EP2588856B1 (en) A method for sampling and analysing CO2 from a CO2-containing flue gas stream
Boonprasop et al. CO2 sorption and sorbent depressurized regeneration in circulating-turbulent fluidized bed regime
CN104801242A (zh) 一种流化床反应器及其应用
Shah et al. CO2 Capture from RFCC Flue Gas with 30w% MEA at Technology Centre Mongstad, Process Optimization and Performance Comparison
Gao et al. Separation performance in a novel coupled cyclone with built-in circulating granular bed filter (C-CGBF)
Krutka et al. Evaluation of Solid Sorbents As A Retrofit Technology for CO {sub 2} Capture from Coal-Fired Power Plants
JP2009262086A (ja) 石炭ボイラ排ガスの二酸化炭素回収方法及び石炭ボイラ排ガスの二酸化炭素回収システム
Coppola et al. Characterization of calcium looping sorbents with a novel twin bed reactor
Sjostrom Evaluation of solid sorbents as a retrofit technology for CO2 capture
Gogolev The Release, Distribution, and Implications of Alkalis in Chemical Looping Combustion of Biomass
Begag Bench Scale Development and Testing of Aerogel Sorbents for CO2 Capture Final Technical Report
CN202837264U (zh) 一种利用原始烟气进行催化剂性能测试的装置
CN106290707A (zh) 脱硫溶剂的性能测试系统
Fuchs Temperature swing adsorption process scale up from bench to pilot scale The ViennaGreenCO2 pilot program

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180103

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181227

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191226

Year of fee payment: 7