KR101379600B1 - 배기 가스로부터 회수한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

배기 가스로부터 회수한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기 가스 탱크, 열교환기, 필터, 분리막 모듈, 저장 탱크를 포함하는 장치를 통해 배기 가스로부터 이산화탄소를 고농축으로 분리하고, 이를 온실로 공급하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기 장치를 통해 배기 가스로부터 이산화탄소를 고농축으로 회수하고, 이를 이산화탄소에 의한 광합성이 이루어지는 농작물 재배를 위한 유리 또는 비닐 온실에 공급함으로써 농작물의 수확량과 품질 향상에 기여할 뿐만 아니라 온실 내 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 센서를 통해 그 농도를 실시간으로 모니터링하여 이산화탄소를 공급하여 최적의 생육 조건을 유지할 수 있다.

Description

배기 가스로부터 회수한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치 및 방법{An Apparatus and Method for Supplying Carbon Dioxide Recovered From Waste Gas Into a Green House}
본 발명은 농작물의 광합성에 필요한 탄소 비료로서 배기 가스로부터 고농축으로 회수한 이산화탄소를 온실에 직접적으로 공급할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
인류의 화석 연료 사용증가와 온실 가스 배출 증가로 인하여 2010년도에는 사상 최고 온실 가스의 농도인 398.1ppm에 도달하였으며, 농도 증가 추세도 더욱 가속화되고 있다.
온실 가스의 증가로 인한 기상 이변 문제 해결을 위해 국제 사회는 1992년 리우 정상회의, 1997년 교토 의정서, 2009년 코펜하겐 어코드, 2010년 칸쿤 합의문, 2011년 더반 플랫폼을 통해 온실 가스 감축 노력을 가속화하고 있다.
UN 기후 협약 교토 의정서에서 지정한 6가지 온실 가스 중 지구 온난화 기여도에서 49%를 차지하고 있는 이산화탄소에 대해서는 의정서에 입각하여 기후 협약 체결 당사자간 공동 이행 제도(Joint Implementation, JI), 청정 개발체제(Clean Development Mechanism, CDM), 배출권 거래제도(Emission Trading, ET)을 수행함으로써 감축에 대한 구체적인 사업화를 진행하고 있다.
이산화탄소에 대한 기술로는 이산화탄소 발생 자체를 줄이는 기술, 발생시키지 않는 기술, 발생 후 처리하는 기술로 크게 분류된다. 그 중 이산화탄소 발생 후 처리하는 기술로는 화학적, 물리적, 물리화학적 흡착법, 전기 변동 흡착법, 분리막 공법, 건조 흡수체를 이용한 공법, 및 저온 분리 공법 등이 알려져 있다.
대한민국 특허공개 제2010-73614호는 배기 가스 중에 함유된 이산화탄소를 회수하기 위해 배기 가스를 암모니아수가 있는 탈거탑에 주입하여 이산화탄소를 흡수시킨 후 암모니아수로부터 이산화탄소를 회수하는 방법을 제시하고 있다. 이러한 흡수 방식은 대용량 가스의 처리가 가능하며, 연소 배기 가스의 저농도 이산화탄소 회수 처리가 가능하나, 흡수액 재생 에너지 소비가 많고 장기 운전시 흡수액 열화에 의한 성능 저하 및 보충 비용이 많이 소요된다. 또한, 흡수액에 의한 장치 부식이 심한 단점이 있다.
WO 2010/086039호는 화석 연료 발전 설비의 배기 가스로부터 이산화탄소를 분리 농축하기 위한 방법을 제시하면서, 배기 가스를 흡착 매체와 접촉하여 이산화탄소를 분리하는 방법을 제시하고 있다. 상기 흡착 방법은 장치가 간단하여 소규모의 이산화탄소 처리에 적당하나 대용량의 배기 가스 처리가 어렵고 흡착 매체로부터 이산화탄소를 탈착시키는데 에너지 소비가 증가하는 문제가 수반된다.
이에 본 발명자들은 분리막을 이용하여 이산화탄소를 회수하고자 연구를 지속하였다.
분리막을 이용한 이산화탄소 회수는 높은 에너지 효율, 낮은 자본금과 운전비, 낮은 유지비, 설치와 운전의 간편함, 각 장치 결합의 간편함 그리고 스케일-업이나 스케일-다운이 매우 손쉬운 장점을 가지고 있어 이산화탄소 처리 공정에 적합하다.
현재 천연가스 또는 EOR(Enhanced Oil Recovery)가스로부터 이산화탄소를 분리하는 공정은 실용화된 적이 있으나, 연소 배기 가스 등과 같은 저압, 대용량 가스의 처리에 분리막을 이용한 공정은 아직 연구 단계에 있다.
상기 설명한 공법 등에 의해 회수된 이산화탄소는 에너지소비산업(Major Energy Using Industries), 수소 및 암모니아 생산공정(비료산업)(H2and NH3Production), 천연가스정제(Natural Gas Purification), 또는 분산 전원 수용가를 위한 미래 에너지(Energy Carriers for Distributed Energy Users) 분야에 적용할 수 있다.
이산화탄소는 지구 온난화와 같은 문제를 야기하나 농작물의 성장에 필요한 요소이다.
농작물에 따라 다소 차이는 보이나 이산화탄소 농도 증가는 작물의 광합성 속도를 촉진시킴으로써 작물 생육과 수량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 특히, 농작물 재배 밀집도가 높은 유리 온실 또는 비닐 온실에서는 이산화탄소 소비속도가 높아 쉽게 이산화탄소 0.03% 이하의 광합성 저하 현상이 발생된다.
이를 방지하기 위해서 광합성에 의한 유기물의 생성 속도와 호흡에 의한 유기물의 소모속도가 같은 이산화탄소 보상점 이상으로 이산화탄소를 공급함으로써 수확량 및 품질 향상에 영향을 줄 수 있다.
대한민국 특허공개 제2010-0073614호 WO 2010/086039호
이에 본 발명자들은 배기 가스로부터 고효율로 이산화탄소를 회수하고 이를 유리 온실 또는 비닐 온실에 공급하여 광합성에 필요한 탄소 비료로 사용할 수 있는 장치를 개발하고자 다각적으로 고민한 결과, 복수 개의 분리막을 사용하되 이를 직렬 및 병렬로 그 배치를 다양화하고 피드백 라인을 통해 이산화탄소를 고농축으로 회수하여 이산화탄소를 공급하는 장치를 설계하였다.
따라서 본 발명의 목적은 배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은
배기 가스가 저장되는 배기 가스 탱크,
배기 가스를 작동 유체와 열교환하기 위한 열교환기,
상기 열교환기를 거친 배기 가스 내 이물질을 제거하기 위한 필터,
상기 필터를 통과한 배기 가스 내 이산화탄소를 분리 농축하기 위해 직렬로 배치된 제1분리막 모듈, 제2분리막 모듈 및 제3분리막 모듈,
상기 제2분리막 모듈을 미통과한 농축 가스를 처리하기 위한 제4분리막 모듈,
상기 제3분리막 모듈을 통과하여 농축된 이산화탄소를 저장하기 위한 저장 탱크,
상기 저장 탱크 내 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 주입 라인, 및
상기 제3분리막 모듈을 미통과한 농축 가스와 제4분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 열교환기로 각각 주입하기 위한 제1 및 제2반송 라인을 구비한 배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위해,
배기 가스 탱크로부터 배기 가스를 열교환기에 주입하는 단계,
상기 열교환기를 통과한 배기 가스를 필터를 통과시켜 이물질을 제거하는 단계,
상기 필터를 통과한 가스를 직렬로 순차적으로 배치된 제1분리막 모듈, 제2분리막 모듈 및 제3분리막 모듈을 통과시켜 배기 가스 내 이산화탄소를 분리 농축하는 단계,
상기 제3분리막 모듈을 통과하여 농축된 이산화탄소를 저장 탱크로 이송하는 단계,
상기 제2분리막 모듈을 미통과한 농축 가스는 이와 병렬로 연결된 제4분리막 모듈을 통과시키는 단계,
상기 제3분리막 모듈을 미통과한 농축 가스와 제4분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 반송하여 열교환기로 주입하는 단계, 및
온실 내 이산화탄소의 농도를 실시간으로 모니터링하여 주입 라인을 통해 저장 탱크 내 이산화탄소를 온실로 공급하는 단계를 포함하는
배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 장치를 통해 배기 가스로부터 이산화탄소를 고농축으로 회수하고, 이를 이산화탄소에 의한 광합성이 이루어지는 농작물 재배를 위한 유리 또는 비닐 온실에 공급함으로써 농작물의 수확량과 품질 향상에 기여한다.
더불어 온실 내 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 센서를 통해 그 농도를 실시간으로 모니터링하여 이산화탄소를 공급하여 최적의 생육 조건을 유지할 수 있다.
또한, 배기 가스라는 폐자원의 재활용과 함께 분리막 모듈을 장착하여 에너지 소모량이 적고, 투자비가 낮으며 친환경적이라 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기 가스로부터 분리 농축한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에서 사용하는 분리막을 확대한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 명세서 내 언급되는 배기 가스는 천연 가스, 발전소, 보일러 등 각종 산업 장비의 폐기물 연소 가스를 의미한다.
또한, "처리 가스"의 용어는 분리막을 통과한 가스를 의미하고, "농축 가스"의 용어는 분리막을 통과하지 못한 가스를 의미하며, "배출 가스"는 농축 가스 중 장치 밖으로 최종적으로 버려지는 가스를 의미한다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 배기 가스로부터 분리 농축한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치를 도시한 모식도이다.
상기 장치는 기본적으로 배기 가스 탱크(1), 열교환기(3), 필터(5), 분리막 모듈(7A, 7B, 7C, 7D), 저장 탱크(9)를 포함하고, 이를 통과한 농축 이산화탄소는 온실(11)로 공급되며, 이를 구성 별로 설명한다. 이때 도시하지 않았으나 상기 구성 요소 이외에 각종 저장 탱크, 전처리 장치, 후처리 장치, 펌프, 센서, 유량계, 밸브 등과 같은 공지된 바의 장치를 더욱 구비할 수 있다.
배기 가스 탱크(1)는 각종 산업 현장에서 발생하는 배기 가스를 저장한 탱크로서, 이산화탄소를 비롯한 각종 유해 가스, 이물질 및 불순물 가스 등을 함유한다.
상기 배기 가스 탱크(1)로부터 공급 라인(L1)을 통해 열교환기(3)로 배기 가스가 공급된다.
열교환기(3)는 배기 가스를 작동 유체와 열교환하여 온도를 낮추기 위한 장치이다.
이때 배기 가스 탱크(1)와 열교환기(3) 사이의 공급 라인(L1)에는 배기 가스의 농도를 측정하기 위한 제1센서(S1)와 배기 가스의 유량을 조절하기 위한 제1유량계(F1)를 장착하여 열교환기(3)로 주입하는 배기 가스의 농도 및 유량을 조절한다.
또한, 공급 라인(L1)에는 제1펌프(P1), 바람직하기로 가압 펌프가 장착되어 배기 가스 탱크(1)로부터 열교환기(3)로 배기 가스를 주입한다.
열교환기(3)는 제1이송 라인(L2)을 통해 필터(5)와 연결된다.
필터(5)는 배기 가스 내 이물질을 제거하기 위한 것으로, 2∼6개의 필터를 직렬 또는 병렬로 연결한다.
상기 필터(5)의 재질이나 형태는 배기 가스의 전처리 장치에 사용하는 것이면 어느 것이던 가능하고, 일례로 귀금속 촉매 필터, 광촉매 필터, 활성탄 필터, 세라믹 필터 등이 사용될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 배기 가스 내 이산화탄소를 효과적으로 분리 농축하기 위해 기체 분리막 모듈을 구비한다.
기체 분리막 모듈 내 분리막들을 직렬 및 병렬로 배치하여 배기 가스 내 이산화탄소만을 효과적으로 분리한다. 상기 분리막은 공지된 것으로 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 시판되는 것을 구입하여 사용이 가능하다. 또한, 형태에 있어서도 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 바람직하기로는 중공사형 분리막이 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 장치는 중공사형 분리막이 장착된 기체 분리형 중공사형 모듈을 적어도 3 내지 8개를 사용하며, 본 발명의 일 실시예에서는 4개의 분리막 모듈을 사용하여 배치하였다. 이들 분리막 모듈 사이에는 추가의 분리막 모듈이 더욱 사용될 수 있으며, 이는 이 분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 추가될 수 있다.
상기 분리막 모듈 내 분리막의 재질은 본 발명에서 특별히 한정하지 않으며, 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종이 가능하며, 바람직하기로 폴리술폰 또는 폴리이미드를 사용한다.
구체적으로, 분리막 모듈은 도 2에 나타낸 바와 같이, 하우징과, 상기 하우징 내에 내장된 분리막과, 상기 하우징 상단부 및 하단부에 수직방향으로 각각 형성된 제1포트(21), 제2포트(22)와, 상기 하우징 상단부에 수평방향으로 형성된 제3포트(23)를 포함한다. 상기 제1포트(21)를 통해 배기 가스, 또는 처리 가스가 주입되며, 제2포트(22)를 통해 분리막 모듈을 통과한 처리 가스가 배출되고, 제3포트(23)를 통해 분리막 모듈을 통과하지 못한 농축 가스가 배출된다. 상기 포트를 통해 각각의 이송 라인과 배관 연결된다.
구체적으로, 상기한 구성을 갖는 분리막 모듈은 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제4분리막 모듈(7A 내지 7D)이 구성되고, 이들 제1분리막 모듈(7A), 제2분리막 모듈(7B), 제3분리막 모듈(7C)은 제3이송 라인(L4) 및 제4이송 라인(L6)을 통해 직렬 연결되고, 상기 제2분리막 모듈(7B)은 제4분리막 모듈(7D)과 제5이송 라인(L7)을 통해 병렬 연결된다.
이때 제1분리막 모듈(7A)을 통과한 처리 가스를 제2분리막 모듈(7B)로 이송하기 위한 제3이송 라인(L4)을 구비하고, 이를 통과하지 못한 농축 가스를 외부로 배출하기 위한 제1배출 라인(L5)을 구비한다.
또한, 제2분리막 모듈(7B)을 통과한 처리 가스가 제3분리막 모듈(7C)로 이송하기 위해 제4이송 라인(L6)을 구비하고, 이를 통과하지 못한 농축 가스를 제4분리막 모듈(7D)로 이송하기 위한 제5이송 라인(L7)을 구비한다.
제3분리막 모듈(7C)을 통과한 처리 가스는 고농도로 이산화탄소가 농축된 가스로, 이를 저장하기 위한 저장 탱크(9)로 이송하기 위한 제6이송 라인(L8)을 구비하고, 이를 통과하지 못한 농축 가스는 원료 가스로서 재사용하기 위해 제1반송 라인(L9)을 구비한다. 이때 상기 제1반송 라인(L9)은 공급 라인(L1)에 배관 연결된다.
제4분리막 모듈(7D)을 통과한 처리 가스를 원료 가스로서 재사용하기 위해 제2반송 라인(L10)을 구비하고, 이를 통과하지 못한 농축 가스를 외부로 배출하기 위한 제2배출 라인(L11)을 구비한다.
이때 각 분리막(7A 내지 7D)에 처리 가스의 이송은 각 이송 라인(L4, L6, L8)에 진공 펌프를 장착하여 이뤄질 수 있으며, 도 1과 같이 제2분리막 모듈(7B)과 제3분리막 모듈(7C) 사이에 제2펌프(P2), 바람직하기로 진공 펌프를 배치시켜 수행한다.
또한, 저장 탱크(9)에 이산화탄소의 공급은 제3분리막 모듈(7C)과 저장 탱크(9) 사이의 제3펌프(P3), 바람직하기로 진공펌프를 배치시켜 이루어진다.
저장 탱크(9)는 상기와 같은 다단 분리막을 통과하여 고농축으로 회수된 이산화탄소를 저장하기 위한 것으로, 이때 저장 탱크(9) 내 이산화탄소의 농도는 65% 이상이며, 분리막의 개수 및 배치에 따라 용이하게 조절할 수 있다.
이때 저장 탱크(9)는 내압을 측정하기 위한 압력계(P)와 이산화탄소의 유량을 조절할 수 있는 제2유량계(F2)가 장착된다.
저장 탱크(9)에 저장된 이산화탄소는 온실(11) 내부에 공급하는데, 이때 저장 탱크(9)와 온실(11)에 주입 라인(L12)을 설치하여 온실(11) 내부로 이산화탄소를 직접 공급할 수 있도록 한다.
온실(11)은 내부에 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있는 제2센서(S2)를 장착하고, 이를 실시간으로 모니터링 후 저장 탱크(9) 내 농축 이산화탄소를 온실(11) 내부로 공급한다.
상기한 장치를 이용하여 본 발명에서는 배기 가스로부터 이산화탄소를 고농도로 농축하여 온실에 직접 공급할 수 있다.
구체적으로 배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 방법은 먼저, 배기 가스 탱크(1)로부터 공급 라인(L1)을 통해 배기 가스를 열교환기(3)에 주입한다. 이때 공급 라인(L1)에 연결된 제1센서(S1)를 통해 배기 가스 내 이산화탄소의 농도를 측정하고, 제1유량계(F1)를 통해 주입하는 배기 가스의 유량을 제어한다.
다음으로, 상기 열교환기(3)를 통과한 배기 가스를 필터(5)를 통과시켜 이물질을 제거한다.
다음으로, 상기 필터(5)를 통과한 가스를 직렬로 배치된 제1분리막 모듈(7A), 제2분리막 모듈(7B) 및 제3분리막 모듈(7C)을 순차적으로 통과시켜 배기 가스 내 이산화탄소를 분리 농축한다.
구체적으로, 제1분리막 모듈(7A)을 통과한 처리 가스는 제3이송 라인(L4)을 통해 제2분리막 모듈(7B)로 이송하고, 미통과한 농축 가스는 제1배출 라인(L5)을 통해 외부로 배출한다.
다음으로, 제2분리막 모듈(7B)을 통과한 처리 가스는 제4이송 라인(L6)을 통해 제3분리막 모듈(7C)로 이송하고, 미통과한 농축 가스는 제5이송 라인(L7)을 통해 제4분리막 모듈(7D)로 이송한다.
다음으로, 제3분리막 모듈(7C)을 통과한 처리 가스를 농축 이산화탄소로 저장하는 저장 탱크(9)로 이송하고, 미통과한 농축 가스는 제1반송 라인(L9)을 통해 열교환기(3)로 주입한다.
다음으로, 제4분리막 모듈(7D)을 통과한 처리 가스는 제2반송 라인(L10)을 통해 열교환기(3)로 주입하고, 미통과한 농축 가스는 제2배출 라인(L11)을 통해 외부로 배출한다.
이렇게 본 발명의 방법으로 회수된 이산화탄소는 농도가 65% 이상인 고농축 이산화탄소이다.
다음으로, 센서를 이용하여 온실(11) 내 이산화탄소의 농도를 측정한 후 압력계(P) 및 제2유량계(F2)를 조절하고 주입 라인(L12)을 통해 저장 탱크(9)의 이산화탄소를 온실(11)로 공급한다.
본 발명에서 제시하는 장치를 통해 온실 내 이산화탄소의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있어 온실 내에서 키우는 농식물 및 농작물 등의 생산성을 효과적으로 높일 수 있으며, 탄소 원료로서 배기 가스를 사용하여 환경 오염을 저감할 수 있는 이점이 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
[실시예 1]
도 1에서 도시한 바와 같이 설계하여 장치를 제작하였다. 사용된 배기 가스는 활성탄 제조 공정에서 발생한 8.1% 및 8.6%의 이산화탄소가 함유된 배기 가스를 사용하였고, 필터로 3개의 세라믹 필터를 직렬로 연결하고, 분리막 모듈로 폴리술폰 기체분리용 중공사형 모듈을 사용하였다. 이때 하기 표 1에서 각 시험 가스의 조성%의 나머지 조성은 CO, NO, NO2, SO2 등 기타 혼합 가스이다.
상기 설계된 장치를 이용하여 배기 가스를 장치에 주입한 후, 저장 탱크에 포집된 이산화탄소의 농도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
조성(%) 원료 가스 포집 가스 CO2 가스 증가량
시험예 1


 O2 11.3 22.4
67.7% 증가
N2 78.6 8.5
CO2 8.1 68.7
총합 98.0 99.6
시험예 2


 O2 12.4 20.0
70.3% 증가
N2 77.9 7.9
CO2 8.6 71.3
총합 98.9 99.2
상기 표 1을 살펴보면, 원료로 사용된 배기 가스 내 이산화탄소의 농도가 약 8% 수준이었으나 도 1의 장치를 통해 68.7%, 71.3%로 높은 농도로 농축되었음을 알 수 있다.
이렇게 농축된 이산화탄소는 온실 내 설치된 센서를 통해 이산화탄소의 농도를 측정 후 공급될 수 있다.
1: 배기 가스 탱크 3: 열교환기
5: 필터 7A: 제1분리막 모듈
7B: 제2분리막 모듈 7C: 제3분리막 모듈
7D: 제4분리막 모듈 9: 저장 탱크
11: 온실 21: 제1포트
22: 제2포트 23: 제3포트
L1: 공급 라인 L2: 제1이송 라인
L3: 제2이송 라인 L4: 제3이송 라인
L5: 제1배출 라인 L6: 제4이송 라인
L7: 제5이송 라인 L8: 제6이송 라인
L9: 제1반송 라인 L10: 제2반송 라인
L11: 제2배출라인 L12: 주입 라인
P1: 제1펌프 P2:제2펌프
P3: 제3펌프 F1:제1유량계
F2: 제2유량계 S1: 제1센서
S2: 제2센서 P: 압력계

Claims (11)

  1. 배기 가스가 저장되는 배기 가스 탱크,
    배기 가스를 작동 유체와 열교환하기 위한 열교환기,
    상기 열교환기를 거친 배기 가스 내 이물질을 제거하기 위한 필터,
    상기 필터를 통과한 배기 가스 내 이산화탄소를 분리 농축하기 위해 직렬로 배치된 제1분리막 모듈, 제2분리막 모듈 및 제3분리막 모듈,
    상기 제2분리막 모듈을 미통과한 농축 가스를 처리하기 위한 제4분리막 모듈,
    상기 제3분리막 모듈을 통과하여 농축된 이산화탄소를 저장하기 위한 저장 탱크,
    상기 저장 탱크 내 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 주입 라인, 및
    상기 제3분리막 모듈을 미통과한 농축 가스와 제4분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 열교환기로 각각 주입하기 위한 제1 및 제2반송 라인을 구비한
    배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치는
    배기 가스를 열교환기로 공급하기 위한 공급 라인,
    열교환기를 통과한 배기 가스를 필터로 공급하기 위한 제1이송 라인,
    필터를 통과한 가스를 제1분리막 모듈으로 공급하기 위한 제2이송 라인,
    제1분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 제2분리막 모듈으로 공급하기 위한 제3이송 라인,
    제1분리막 모듈을 통과하지 못한 농축 가스를 배출하기 위한 제1배출 라인,
    제2분리막 모듈을 통과한 농축 가스를 제3분리막 모듈으로 공급하기 위한 제4이송 라인,
    제2분리막 모듈을 통과하지 못한 농축 가스를 제4분리막 모듈으로 공급하기 위한 제5이송 라인,
    제3분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 저장 탱크에 주입하기 위한 제6이송 라인, 및
    제4분리막 모듈을 통과하지 못한 농축 가스를 배출하기 위한 제2배출 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 공급 라인은
    배기 가스의 농도를 측정하기 위한 제1센서, 및
    배기 가스의 유량을 조절하기 위한 제1유량계를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저장 탱크는
    농축 이산화탄소의 농도를 측정하기 위한 압력계, 및
    이산화탄소의 유량을 조절하기 위한 제2유량계를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 온실은
    온실 내 이산화탄소의 농도를 측정하기 위한 제2센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 장치는
    배기 가스를 열교환기에 주입하기 위한 제1펌프,
    제2분리막 모듈을 통과한 가스를 제3분리막 모듈에 이송하기 위한 제2펌프, 및
    제3분리막 모듈을 통과한 가스를 저장 탱크에 주입하기 위한 제3펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1펌프는 가압 펌프이고, 제2펌프 및 제3펌프는 진공 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 필터는 귀금속 촉매 필터, 광촉매 필터, 활성탄 필터, 세라믹 필터 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 필터가 2∼6개로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분리막 모듈은 폴리술폰, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 셀룰로오스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종의 재질을 포함하는 기체 분리용 중공사형 모듈로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 배기 가스 탱크로부터 배기 가스를 열교환기에 주입하는 단계,
    상기 열교환기를 통과한 배기 가스를 필터를 통과시켜 이물질을 제거하는 단계,
    상기 열교환기를 거친 배기 가스를 필터를 통과시켜 이물질을 제거하는 단계,
    상기 필터를 통과한 가스를 직렬로 순차적으로 배치된 제1분리막 모듈, 제2분리막 모듈 및 제3분리막 모듈을 통과시켜 배기 가스 내 이산화탄소를 분리 농축하는 단계,
    상기 제3분리막 모듈을 통과하여 농축된 이산화탄소를 저장 탱크로 이송하는 단계,
    상기 제2분리막 모듈을 미통과한 농축 가스는 이와 병렬로 연결된 제4분리막 모듈을 통과시키는 단계,
    상기 제3분리막 모듈을 미통과한 농축 가스와 제4분리막 모듈을 통과한 처리 가스를 반송하여 열교환기로 주입하는 단계, 및
    온실 내 이산화탄소의 농도를 실시간 모니터링하여 주입 라인을 통해 저장 탱크 내 이산화탄소를 온실로 공급하는 단계를 포함하는
    배기 가스로부터 발생한 이산화탄소를 온실에 공급하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 온실로 이산화탄소의 공급은 저장 탱크에 장착된 압력계를 통해 압력을 확인 후 제2유량계를 조절하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.








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