KR101534801B1 - 고농도 이산화탄소 포집 장치 - Google Patents

고농도 이산화탄소 포집 장치 Download PDF

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Abstract

고농도 이산화탄소 포집 장치가 개시된다. 개시된 고농도 이산화탄소 포집 장치는 ⅰ)이산화탄소 포함가스 및 흡수제가 내부로 공급되며, 흡수제를 통해 이산화탄소 포함가스 중의 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, ⅱ)흡수탑과 연결되며 흡수탑으로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받고, 재기화기와 연결되며 재기화기로부터 스팀의 열에너지를 제공받아 이산화탄소가 흡수된 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하고 그 재생된 흡수제를 흡수탑으로 공급하는 재생탑과, ⅲ)흡수탑의 하부에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑으로 공급하는 제1 라인과, 재생탑에서 재생된 흡수제를 흡수탑으로 공급하는 제2 라인이 교차하는 지점에 설치되며, 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 재생된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제1 열교환기와, ⅳ)흡수탑의 상부에 연결되며, 흡수탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제1 냉각부와, ⅴ)제1 냉각부와 연결되며, 제1 냉각부에서 응축된 응축수를 흡수탑으로 주입하는 제1 응축수 주입부와, ⅵ)재생탑의 상부에 연결되며, 재생탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제2 냉각부와, ⅶ)제2 냉각부와 연결되며, 제2 냉각부에서 응축된 응축수를 흡수탑으로 주입하는 제2 응축수 주입부를 포함할 수 있다.

Description

고농도 이산화탄소 포집 장치 {HIGH-CONCENTRATION CARBON DIOXIDE CAPTURE SYSTEM}
본 발명의 실시예는 고농도 이산화탄소 포집 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고농도의 이산화탄소가 포함된 배출가스에서 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포집하는 고농도 이산화탄소 포집 장치에 관한 것이다.
지구 온난화 현상에 대한 심각성이 인식되기 시작하면서 세계 각 국은 지구온난화의 원인 물질인 온실가스의 배출저감 대책을 마련하고 있다. 대표적으로 교토협약을 통해 세계 각 국에서는 이산화탄소의 배출을 감소시키기 위한 정책을 추진하고 있다.
최근에는 교토협약이 종료됨에 따라 Post-교토협약을 위한 전 세계적인 협의가 진행되고 있다. 국내에서도 이와 같이 온실가스의 배출을 감소시키기 위한 정책을 추진하고 있으며, 2015년부터 온실가스 배출권 거래제가 도입되면서 온실가스의 배출 저감을 위한 기술이 필요한 실정이다.
지구 온난화의 주된 물질인 온실가스는 이산화탄소, 이산화항, 황화수소와 같은 산성가스로서, 산업현장에서 화석연료를 사용함으로 인해 배출되는데, 주로 발전소, 제철소, 석유화학 플랜트 등에서 다량으로 배출되고 있다.
이에 산업현장에서는 온실가스 감축 규제에 대응하기 위해 온실가스의 대부분을 차지하고 있는 이산화탄소의 배출량을 저감하기 위한 노력이 활발히 일어나고 있다.
이산화탄소를 포집하여 배출을 감소시키기 위한 기술로는 흡수법, 흡착법, 막 분리법, 심냉법 등이 있다. 현재까지는 이산화탄소를 흡수하여 분리 회수하는 흡수법이 대용량의 가스를 처리하는데 용이하여 발전소 등에 적용되어 상용운전을 하고 있다.
그러나, 이러한 흡수법은 아민계 화학물질의 흡수제를 사용하여 흡수 설비에서 이산화탄소 포함가스 중의 이산화탄소를 포집하고, 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 열에너지를 공급하여 재생시켜야 하므로, 다량의 열에너지가 소모되고 있어 공정 비용이 증가하는 부담을 가지고 있다.
또한, 흡수 설비에서 배출되는 가스에는 많은 양의 수분과 흡수제를 포함하고 있기 때문에 흡수제의 손실 량이 크고, 나아가 흡수제의 열화로 인한 흡수제의 손실로 흡수제를 지속적으로 교체해야 하는데 따른 운전비가 증가한다.
더 나아가, 흡수제와 이산화탄소의 흡수반응은 발열반응으로서 흡수 설비에 주입되는 이산화탄소 포함가스의 이산화탄소 농고가 높을수록 흡수 설비의 온도가 증가하면서 흡수제의 흡수효율을 저하시킬 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 흡수제의 재생에 필요한 열에너지 및 흡수제의 손실을 최소화할 수 있고, 흡수제의 흡수효율을 높일 수 있도록 한 고농도 이산화탄소 포집 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치는, ⅰ)이산화탄소 포함가스 및 흡수제가 내부로 공급되며, 상기 흡수제를 통해 이산화탄소 포함가스 중의 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑과, ⅱ)상기 흡수탑과 연결되며 상기 흡수탑으로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받고, 재기화기와 연결되며 상기 재기화기로부터 스팀의 열에너지를 제공받아 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하고 그 재생된 흡수제를 상기 흡수탑으로 공급하는 재생탑과, ⅲ)상기 흡수탑의 하부에서 배출되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 재생탑으로 공급하는 제1 라인과, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 상기 흡수탑으로 공급하는 제2 라인이 교차하는 지점에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 상기 재생된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제1 열교환기와, ⅳ)상기 흡수탑의 상부에 연결되며, 상기 흡수탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제1 냉각부와, ⅴ)상기 제1 냉각부와 연결되며, 상기 제1 냉각부에서 응축된 응축수를 상기 흡수탑으로 주입하는 제1 응축수 주입부와, ⅵ)상기 재생탑의 상부에 연결되며, 상기 재생탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제2 냉각부와, ⅶ)상기 제2 냉각부와 연결되며, 상기 제2 냉각부에서 응축된 응축수를 상기 흡수탑으로 주입하는 제2 응축수 주입부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 제1 응축수 주입부는 제1 응축수 주입라인을 통해 상기 흡수탑의 하부와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 제2 응축수 주입부는 제2 응축수 주입라인을 통해 상기 흡수탑의 하부와 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 제1 라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 재생탑으로 공급하는 제1 흡수제 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제1 열교환기의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 제1 열교환기를 통해 상기 흡수탑으로 공급되는 상기 재생된 흡수제를 냉각하는 제2 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제2 열교환기의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 제2 열교환기를 통해 온도가 떨어진 상기 재생된 흡수제를 상기 흡수탑의 상부로 공급하는 제2 흡수제 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 재생탑의 상부에 연결되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 재생 온도에 따라 상기 재생탑의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제2 흡수제 공급부의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 재생된 흡수제의 열화상태를 모니터링 하는 흡수제 모니터링부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수제 모니터링부는 상기 재생된 흡수제의 pH 및 전기 전도도를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제1 열교환기의 전단 측에 구성되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제 및 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 제거하는 열화물질 제거유닛을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 열화물질 제거유닛은 상기 제1 흡수제 공급부의 후단에서 상기 제1 라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열화물질을 필터링 하는 제1 필터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 열화물질 제거유닛은 상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 필터링 하는 제2 필터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 필터는 필터 공극이 1.0㎛인 것으로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 열화물질 제거유닛은 상기 재기화기를 통하여 상기 제1 열교환기와 연결되는 상기 제2 라인 상의 바이패스 라인에 설치되는 흡수제 재생부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수제 재생부는 상기 재생된 흡수제에 NaOH 또는 Na2CO3의 염기물질을 120~200℃의 온도 범위에서 반응시켜 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 흡수탑의 하부와 상부를 연결하는 연결라인에 설치되며, 상기 흡수탑 하부의 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 흡수탑의 상부로 재 주입하기 위한 제3 흡수제 공급부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제3 흡수제 공급부의 후단에서 상기 연결라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 냉각하는 제3 냉각부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제1 흡수제 공급부의 후단 측에 설치되며, 상기 흡수탑의 하부로 유입되는 이산화탄소 포함가스와, 상기 흡수탑에서 상기 재생탑으로 공급되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제3 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 제3 열교환기는 상기 이산화탄소 포함가스를 상기 흡수탑으로 공급하는 공급라인과, 상기 제1 라인의 교차 지점에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제1 흡수제 공급부의 후단 측에 설치되며, 상기 재기화기에서 응축된 스팀 응축수와, 상기 흡수탑에서 상기 재생탑으로 공급되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제4 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 제4 열교환기는 상기 재기화기에서 응축된 스팀 응축수를 배출하는 응축수 배출라인과, 상기 제1 라인의 교차 지점에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치는, 상기 제2 냉각부 및 상기 제2 열교환기에 연결되며, 상기 재생된 흡수제 및 상기 재생탑에서 배출되는 배출가스의 열을 회수하여 온수를 생산하는 열 회수부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수제는 MEA(Monoethnolamine), DEA(Diethanolamine), MDEA(Methyl diethanolamine), TEA(Triethanolamine) 및 AMP(2-Amino-2-methyl-1-propanol)를 포함하는 아민계열 화합물 혹은 상기 아민계열 화합물에 무기염계 물질이 포함되어 있는 것으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수제는 물을 용매로 하여 10~50wt%의 농도를 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수탑으로 공급되는 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 온도는 80℃ 이하이고, 상기 재생탑은 80~150℃의 온도로 운전할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수탑으로 공급되는 이산화탄소 포함가스와 흡수제 유량 비율은 그 이산화탄소 포함가스와 흡수제의 부피를 기준으로 할 때 50~200을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치에 있어서, 상기 흡수탑의 지름과 그 흡수탑에 충진된 충진물의 충진 높이 비율은 10~100을 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 외부로 배출되는 흡수제의 손실을 최소화할 수 있고, 재생탑에서 흡수제 재생에 사용되는 열에너지를 최소화시킬 수 있으며, 흡수제의 이산화탄소 흡수효율을 향상시킬 수 있고,전체 장치의 운전비용을 절감할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
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 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
그리고, 하기의 상세한 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성이 동일한 관계로 이를 구분하기 위한 것으로, 하기의 설명에서 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...유닛", "...수단", "...부", "...부재" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 하는 포괄적인 구성의 단위를 의미한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 발전소, 제철소, 석유화학 플랜트 등과 같은 산업현장 및 소각장, 유기성 폐기물 에너지화 시설 등에서 배출되는 배출가스 중의 산성가스를 분리하는 배출가스 처리 시스템에 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 배출가스에 포함되어 있는 산성가스 중 고농도의 이산화탄소를 흡수제를 이용하여 흡수하고, 그 흡수제에 흡수된 이산화탄소를 분리하기 위한 것이다.
이러한 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 이산화탄소가 포함된 배출가스(이하에서는 "이산화탄소 포함가스" 라고 한다)를 공급받아 흡수제를 통해 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소가 제거된 가스를 배출하고, 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생하며 그 흡수제로부터 이산화탄소를 분리할 수 있다.
여기서, 고농도라 함은 배출가스에 포함된 이산화탄소의 농도가 비교적 농후한 것을 의미하는 바, 예를 들면 흡수제에 흡수되는 이산화탄소의 농도가 10~50wt%인 것을 의미한다.
그리고, 흡수제는 MEA(Monoethnolamine), DEA(Diethanolamine), MDEA(Methyl diethanolamine), TEA(Triethanolamine) 및 AMP(2-Amino-2-methyl-1-propanol)를 포함하는 아민계열 화합물 혹은 상기 아민계열 화합물에 무기염계 물질이 포함되어 있는 것일 수 있다. 나아가, 상기 흡수제는 물에 포함된 것으로 그 물을 용매로 하여 10~50wt%의 농도를 만족할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 흡수제의 재생에 필요한 열에너지 및 흡수제의 손실을 최소화할 수 있고, 흡수제의 흡수효율을 높일 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 기본적으로, 흡수탑(10), 재생탑(30) 그리고 제1 열교환기(70)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 흡수탑(10)은 위에서 언급한 바와 같은 흡수제를 통해 이산화탄소 포함가스 중의 이산화탄소를 흡수하는 설비이다. 상기한 이산화탄소 포함가스 및 흡수제는 20~80℃의 온도 범위로서 흡수탑(10)의 내부로 주입된다.
여기서, 이산화탄소 포함가스는 흡수탑(10)의 하부로 주입된다. 이산화탄소 포함가스는 가스 배출시설에서 100℃ 이상으로 배출되고, 흡수탑(10)으로 주입되기 전 80℃ 이하로 냉각되며 그 흡수탑(10)으로 주입될 수 있다.
그리고, 흡수제는 흡수탑(10)의 상부로 주입되는 바, 흡수탑(10)의 하부로 주입되는 이산화탄소 포함가스와 향류 방향으로 접촉되며, 이산화탄소와의 흡수반응(발열반응)을 통해 이산화탄소를 흡수한다.
상기 흡수탑(10)에서 흡수제에 이산화탄소가 흡수된 가스 즉, 이산화탄소가 제거된 가스는 흡수탑(10)의 상부로 배출된다. 이 때 상기 배출가스에는 대략 10% 정도의 수분과 흡수제가 포함될 수 있다. 또한 상기 흡수탑(10)에서 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 그 흡수탑(10)의 하부로 배출되는데, 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입온도가 80℃인 경우, 대략 100℃ 정도의 온도로서 배출된다.
한편, 상기 흡수탑(10)의 내부에는 흡수제의 이산화탄소 흡수효율을 높이기 위해 구조물 형태 또는 랜덤(IMPT 등) 형태의 충진물(10a)이 적어도 2단 이상으로 충진되어 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 상기 흡수탑(10)은 이산화탄소 포함가스의 주입량 및 흡수제의 주입량 비율이 그 이산화탄소 포함가스와 흡수제의 부피를 기준으로 할 때 50~200이고, 흡수탑 지름과 충진물(10a)의 충진 높이 비율이 10~100인 용량으로 구성될 수 있다. 그러나 이와 같은 흡수탑(10)의 설계 용량은 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 농도에 따라 다양하게 변동될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 재생탑(30)은 흡수탑(10)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생하기 위한 것이다. 상기 재생탑(30)은 흡수탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 열에너지를 통해 그 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하고 그 재생된 흡수제를 흡수탑(10)으로 공급(주입)할 수 있다.
이를 위해 상기 재생탑(30)은 유체라인을 통해 흡수탑(10)과 연결된다. 상기 유체라인으로는 흡수탑(10)의 하부에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑(30)으로 공급하는 제1 라인(11)과, 재생탑(30)에서 재생된 흡수제를 흡수탑(10)으로 공급하는 제2 라인(31)을 포함한다.
여기서, 상기 제1 라인(11)은 흡수탑(10)의 하부와 재생탑(30)의 상부를 연결하고, 제2 라인(31)은 제1 라인(11)과 상호 교차하며 뒤에서 더욱 설명될 재기화기(50)를 통해 재생탑(30)의 하부와 흡수탑(10)의 상부를 연결한다.
이 경우, 상기 제1 라인(11)에는 흡수탑(10)의 하부에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑(30)으로 공급하기 위한 제1 흡수제 공급부(15)가 설치된다. 상기 제1 흡수제 공급부(15)는 펌프로서 구비되며, 흡수탑(10)의 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하는 배출 측의 제1 라인(11)에 설치된다.
한편, 상기 재생탑(30)은 흡수제를 재생시키기 위해 그 흡수제의 종류에 따라 80~150℃의 온도로 운전하는데, 이를 위해 재생탑(30)은 재기화기(50)(당 업계에서는 "리보일러" 라고도 한다)와 연결된다. 상기 재생탑(30)은 재기화기(50)를 통해 스팀의 열에너지를 제공받아 이산화탄소가 흡수된 흡수제에서 이산화탄소를 분리하며, 그 흡수제를 재생시킬 수 있다.
즉, 상기 재생탑(30)은 재기화기(50)로부터 스팀의 열에너지를 제공받아 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 온도를 100℃ 이상으로 승온시킨 상태에서, 그 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하며 흡수제를 재생시킬 수 있다.
그리고, 상기 재생탑(30)은 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하고 그 이산화탄소가 포함된 가스를 상부로 배출하는데, 그 가스에는 다량의 수분과 흡수제가 포함될 수 있다.
상기에서 재기화기(50)는 발전소, 소각로 및 보일러 등에서 생산된 스팀(대략 150℃ 이상)을 공급받아 그 스팀의 열에너지를 재생탑(30)으로 제공하는 것으로, 재생탑(30)의 하부와 연결된다.
이러한 재기화기(50)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 리보일러로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
여기서, 상기 재기화기(50)는 위에서 언급한 바 있는 제2 라인(31)과 연결된다. 이에 재생탑(30)에서 배출되는 재생된 흡수제(80~150℃의 온도)는 재기화기(50)를 거치며 제2 라인(31)을 통해 흡수탑(10)으로 공급될 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 재생탑(30)으로 주입된 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 80~150℃의 온도로 승온시키기 위해 재생탑(30)의 상부에 연결되는 압력 조절부(60)를 포함하고 있다.
상기 압력 조절부(60)는 흡수제의 재생 온도에 따라 재생탑(30)의 압력을 조절하는 것으로, 예를 들면 상기 흡수제의 온도를 135℃로 승온할 경우, 약 0.2MPa까지 압력을 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1 열교환기(70)는 재생탑(30)으로부터 배출되며 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제(80~150℃의 온도)의 보유 열에너지를 회수하고, 그 열에너지를 흡수탑(10)으로부터 배출되며 재생탑(30)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공하기 위한 것이다.
즉, 상기 제1 열교환기(70)는 재생탑(30)으로부터 제2 라인(31)을 통해 배출되는 재생된 흡수제와, 흡수탑(10)으로부터 제1 라인(11)을 통해 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환을 통해 그 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 온도를 높여주기 위한 것이다. 이에 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 재생된 흡수제의 열을 제공받아 100℃ 이상을 유지한 상태로 제1 라인(11)을 통해 재생탑(30)의 상부로 주입될 수 있다.
여기서, 상기 흡수탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 제1 열교환기(70)의 전방 측에 구비된 제1 흡수제 공급부(15)에 의해 제1 라인(11)을 따라 유동하고, 제1 열교환기(70)에 의해 재생된 흡수제와 열교환하며 승온된 상태로 재생탑(30)의 상부로 공급될 수 있다.
그리고, 상기 재생탑(30)으로부터 배출되는 재생된 흡수제는 제2 라인(31)을 따라 유동하고, 제1 열교환기(70)에 의해 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 열교환하며 온도가 떨어진 상태로 흡수탑(10)의 상부로 공급될 수 있다.
상기 제1 열교환기(70)는 흡수탑(10)과 재생탑(30) 사이에서 제1 및 제2 라인(11, 31)이 교차하는 지점에 설치되며, 제1 라인(11)을 따라 유동하는 이산화탄소가 흡수된 흡수제와, 제2 라인(31)을 따라 유동하는 재생된 흡수제의 열 교환이 이루어진다.
이러한 제1 열교환기(70)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 열교환 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 흡수탑(10)의 상부에 배출되는 배출가스(이산화탄소가 흡수 제거된 가스) 중의 흡수제와 수분을 응축시키기 위한 제1 냉각부(110)를 포함하고 있다.
상기 흡수탑(10)에서는 약 10% 정도의 수분과 흡수제가 포함된 배출가스가 배출되는데, 제1 냉각부(110)는 대략 100℃ 정도의 배출가스를 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각하며, 그 배출가스에 포함되어 있는 수분과 흡수제를 응축시킬 수 있다.
상기 제1 냉각부(110)는 열을 가진 유체를 공랭 또는 수냉식으로 냉각하여 응축시킬 수 있는 공지 기술의 콘덴서로서, 흡수탑(10)의 상부와 연결되게 설치되되, 그 흡수탑(10)의 상부와 연결되며 이산화탄소가 흡수 제거된 가스를 배출하는 배출라인에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 제1 냉각부(110)에서 응축된 수분과 흡수제의 응축수를 흡수탑(10)으로 주입하기 위한 제1 응축수 주입부(120)를 포함하고 있다.
상기 제1 응축수 주입부(120)는 제1 냉각부(110)와 연결되며, 제1 냉각부(110)에서 응축된 수분과 흡수제의 응축수를 흡수탑(10)으로 주입할 수 있다. 여기서, 상기 제1 응축수 주입부(120)는 제1 응축수 주입라인(121)을 통해 흡수탑(10)의 하부와 연결될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 응축수 주입부(120)는 응축수와 그 응축수 이외의 가스(이산화탄소가 흡수 제거된 가스)를 분리하고, 응축수를 소정 펌핑 압력으로 배출하며 제1 응축수 주입라인(121)을 통해 흡수탑(10)의 하부로 주입할 수 있고, 응축수 이외의 가스를 대기 중으로 배출할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 재생탑(30)의 상부에서 배출되는 배출가스(이산화탄소가 풍부한 가스) 중의 흡수제와 수분을 응축시키기 위한 제2 냉각부(130)를 포함하고 있다.
상기 재생탑(30)에서는 수분과 흡수제(약 10% 정도의 농도)가 포함된 배출가스가 배출되는데, 제2 냉각부(130)는 대략 100℃ 이상의 배출가스를 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각하며, 그 배출가스에 포함되어 있는 수분과 흡수제를 응축시킬 수 있다.
상기 제2 냉각부(130)는 열을 가진 유체를 공랭 또는 수냉식으로 냉각하여 응축시킬 수 있는 공지 기술의 콘덴서로서, 재생탑(30)의 상부와 연결되게 설치되되, 그 재생탑(30)의 상부와 연결되며 이산화탄소가 풍부한 가스를 배출하는 배출라인에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 제2 냉각부(130)에서 응축된 수분과 흡수제의 응축수를 흡수탑(10)으로 주입하기 위한 제2 응축수 주입부(140)를 포함하고 있다.
상기 제2 응축수 주입부(140)는 제2 냉각부(130)와 연결되며, 제2 냉각부(130)에서 응축된 수분과 흡수제의 응축수를 흡수탑(10)으로 주입할 수 있다. 여기서, 상기 제2 응축수 주입부(140)는 제2 응축수 주입라인(141)을 통해 흡수탑(10)의 하부와 연결될 수 있다.
예를 들면, 상기 제2 응축수 주입부(140)는 응축수와 그 응축수 이외의 가스(이산화탄소 가스)를 분리하고, 응축수를 소정 펌핑 압력으로 배출하며 제2 응축수 주입라인(141)을 통해 흡수탑(10)의 하부로 주입할 수 있고, 응축수 이외의 가스를 배출할 수 있다. 이 때 상기 제2 응축수 주입부(140)에서 배출되는 가스(이산화탄소 가스)는 별도의 용기에 액화 상태로 압축 저장될 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 재생탑(30)에서 배출되며 제2 라인(31)을 따라 제1 열교환기(70)를 통해 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제를 냉각하기 위한 제2 열교환기(150)를 포함하고 있다.
상기 재생탑(30)에서는 재생된 흡수제를 배출하는데, 제2 열교환기(150)는 제1 열교환기(70)를 거치며 대략 100℃ 정도를 유지하는 재생된 흡수제를 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각할 수 있다.
상기 제2 열교환기(150)는 열을 가진 유체를 공랭 또는 수냉식으로 냉각하는 것으로서, 제1 열교환기(70)의 후단에서 제2 라인(31)에 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 제2 열교환기(150)를 통해 80℃ 이하로 온도가 떨어진 재생된 흡수제를 흡수탑(10)의 상부로 공급하기 위한 제2 흡수제 공급부(160)를 포함하고 있다.
상기 제2 흡수제 공급부(160)는 제2 열교환기(150)의 후단에서 제2 라인(31)에 설치되며, 재생된 흡수제를 제2 라인(31)을 통해 흡수탑(10)의 상부로 주입할 수 있는 펌프로 구비된다.
여기서, 상기 제2 흡수제 공급부(160)는 제1 및 제2 열교환기(70, 150)의 후단에 설치된다. 이는 펌프인 제2 흡수제 공급부(160)의 수명과 에너지를 극대화하고, 저가의 펌프를 사용할 수 있기 때문이다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 제2 흡수제 공급부(160)를 제1 및 제2 열교환기(70, 150)의 후단에 설치함에 따라, 온도가 낮아진 재생된 흡수제를 흡수탑(10)으로 공급하게 되므로, 저가 재질의 부품들을 채용한 펌프를 사용할 수 있고, 이로 인해 펌프의 설치비를 낮출 수 있다.
만약, 제2 흡수제 공급부(160)를 제1 열교환기(70)의 전단에 설치할 경우에는 고온(100℃ 이상)인 재생된 흡수제로 인하여 가스켓 등과 같은 펌프의 부품들을 고가의 재질로 대체해야 하므로, 고가의 펌프를 사용할 수밖에 없으며, 이로 인해 펌프의 설치비가 증가할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서와 같이 제2 흡수제 공급부(160)를 제1 및 제2 열교환기(70, 150)의 후단에 설치하게 되면, 재생탑(30)의 운전압력으로 재생된 흡수제를 흡수탑(10)으로 공급할 수 있기 때문에, 펌프의 양정을 감소시킬 수 있고, 펌프의 소요 전력량을 줄일 수 있으며, 전체 이산화탄소 포집 장치의 에너지 소비량을 감소시킬 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)의 작용을 앞서 개시한 도 1을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 발명의 실시예에서는 발전소, 제철소, 석유화학 플랜트 등과 같은 산업현장 및 소각장, 유기성 폐기물 에너지화 시설 등에서 배출되는 이산화탄소 포함 가스를 흡수탑(10)의 하부로 주입한다.
이산화탄소 포함가스는 고농도(10~50wt%)의 이산화탄소를 함유하고 있으며, 가스 배출시설에서 100℃ 이상으로 배출되고, 흡수탑(10)으로 주입되기 전 80℃ 이하(20~80℃)로 냉각될 수 있다.
이와 동시에, 본 발명의 실시예에서는 흡수탑(10)의 상부로 아민계열의 화합물을 포함하는 흡수제를 주입한다. 이 때 흡수제는 물을 용매로 하여 10~50wt%의 농도 및 20~80℃의 온도 범위로 흡수탑(10)에 주입될 수 있다.
그러면, 상기 흡수탑(10)에서는 이산화탄소 포함가스와 흡수제가 향류 방향으로 접촉되고, 이산화탄소와 흡수제의 흡수반응으로서 열을 발생시키며 이산화탄소를 흡수제에 흡수시킨다.
상기 흡수탑(10)에서 흡수제에 이산화탄소가 흡수된 가스 즉, 이산화탄소가 제거된 가스는 흡수탑(10)의 상부로 배출되는데, 그 배출가스에는 대략 10% 정도의 수분과 흡수제를 포함하고 있다.
이 과정에 본 발명의 실시예에서는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 제1 냉각부(110)를 통해 응축시키고, 그 응축수를 제1 응축수 주입부(120)를 통해 흡수탑(10)의 하부로 주입한다. 상기 제1 응축수 주입부(120)는 제1 응축수 주입라인(121)을 통해 흡수제와 수분의 응축수를 흡수탑(10)의 하부로 주입할 수 있다.
상기 제1 냉각부(110)에서는 대략 100℃ 정도의 배출가스를 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각하며, 그 배출가스에 포함되어 있는 수분과 흡수제를 응축시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 흡수탑(10)에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키고 그 응축수를 흡수탑(10)으로 주입함으로써 흡수제와 수분의 손실을 최소화할 수 있다. 만약, 흡수제와 수분의 손실되면 지속적으로 흡수제를 흡수탑(10)에 주입해야 하고, 흡수제의 농도 변화로 인하여 이산화탄소의 흡수효율이 저하될 수 있다.
한편, 상기 흡수탑(10)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 흡수탑(10)의 하부로 배출되는데, 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입온도가 80℃인 경우, 대략 100℃ 정도의 온도로 배출되고, 제1 흡수제 공급부(15)에 의해 제1 라인(11)을 따라 유동하며 재생탑(30) 측으로 공급된다.
이러는 과정을 거치는 동안, 재생탑(30)에서는 흡수탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 뒤에서 더욱 설명될 제1 열교환기(70)를 통해 100℃ 이상의 온도로 공급받는다, 그러면 재생탑(30)에서는 재기화기(50)를 통해 스팀의 열에너지를 제공받아 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 승온시키며 그 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생시킨다.
본 발명의 실시예에서는 상기 재생탑(30)으로 주입된 흡수제를 승온시키기 위해 압력 조절부(60)를 통해 재생탑(30)의 압력을 조절할 수 있다. 상기 압력 조절부(60)는 흡수제의 재생 온도에 따라 재생탑(30)의 압력을 조절하는데, 예를 들어 흡수제의 온도를 135℃로 승온할 경우, 압력 조절부(60)는 재생탑(30)의 압력을 약 0.2MPa까지 올리게 된다.
상기 재생탑(30)에서는 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하고 그 이산화탄소가 풍부한 가스를 상부로 배출하는데, 그 배출가스에는 대략 10% 정도의 수분과 흡수제를 포함하고 있다.
이러는 과정에 본 발명의 실시예에서는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 제2 냉각부(130)를 통해 응축시키고, 그 응축수를 제2 응축수 주입부(140)를 통해 흡수탑(10)의 하부로 주입한다. 상기 제2 응축수 주입부(140)는 제2 응축수 주입라인(141)을 통해 흡수제와 수분의 응축수를 흡수탑(10)의 하부로 주입할 수 있다.
상기 제2 냉각부(130)에서는 100℃ 이상의 배출가스를 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각하며, 그 배출가스에 포함되어 있는 수분과 흡수제를 응축시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 재생탑(30)에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키고 그 응축수를 흡수탑(10)으로 주입함으로써 흡수제와 수분의 손실을 최소화할 수 있다.
만약, 재생탑(30)에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키고 그 응축수를 다시 재생탑(30)으로 주입하는 경우에는 비교적 저온의 응축수로 인해 흡수제의 재생을 위한 재생탑(30)의 열에너지 소모가 증가할 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 재생탑(30)에서 배출되는 배출 가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키고 그 응축수를 흡수탑(10)으로 주입함에 따라, 재생탑(30)의 열에너지 사용량을 최소화시킬 수 있다.
한편, 상기 재생탑(30)에서 재생된 흡수제는 80~150℃의 온도 예를 들면, 135℃의 온도로서 재생탑(30)의 하부로 배출되는데, 그 재생탑(30)의 운전압력에 의해 재기화기(50)를 통하여 제2 라인(31)을 따라 유동하며 흡수탑(10) 측으로 공급된다.
이러는 과정에 본 발명의 실시예에서는 제1 라인(11)을 통해 흡수탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제와, 제2 라인(31)을 통해 재생탑(30)으로부터 배출되는 재생된 흡수제의 열 교환이 제1 열교환기(70)를 통해 이루어진다.
즉, 상기 제1 열교환기(70)에서는 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 재생된 흡수제의 열 교환을 통해 그 재생된 흡수제의 보유 열에너지를 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공할 수 있다.
이에, 상기 흡수탑(10)으로부터 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 제1 라인(11)을 따라 유동하고, 제1 열교환기(70)에 의해 재생된 흡수제와 열교환하며 승온된 상태로 재생탑(30)의 상부로 공급될 수 있다.
그리고, 상기 재생탑(30)으로부터 배출되는 재생된 흡수제는 제2 라인(31)을 따라 유동하며, 제1 열교환기(70)에 의해 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 열교환하며 온도가 떨어진 상태로 흡수탑(10)의 상부로 공급될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 재생된 흡수제의 열을 제1 열교환기(70)를 통해 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공하여 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 온도를 높인 상태로 그 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑(30)으로 공급할 수 있으므로, 재생탑(30)에서 흡수제 재생에 사용되는 열에너지를 최소화시킬 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 실시예에서는 제1 열교환기(70)를 거치며 대략 100℃ 정도를 유지하는 재생된 흡수제를 제2 열교환기(150)를 통해 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 주입 온도인 80℃ 이하로 냉각한다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 상기와 같이 제2 열교환기(150)를 거치며 온도가 낮아진 재생된 흡수제를 제2 흡수제 공급부(160)를 통해 흡수탑(10)의 상부로 주입한다.
상기 흡수탑(10)에서는 이산화탄소와 흡수제의 흡수반응이 발열반응이기 때문에 이산화탄소의 농도가 높을수록 흡수제와의 반응열이 증가하게 되어 흡수탑(10)의 온도가 지속적으로 상승할 수 있다. 이렇게 흡수탑(10)의 온도가 상승하면 흡수제의 이산화탄소 흡수효율이 저하될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에서는 흡수탑(10)으로 주입되는 재생된 흡수제의 온도를 제2 열교환기(150)를 통해 일정 수준으로 낮출 수 있기 때문에, 흡수탑(10)의 온도를 일정하고 낮게 유지시킴으로써 흡수제의 이산화탄소 흡수효율을 향상시킬 수 있다.
지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)는 상기한 일련의 과정을 통해 예를 들어, 약 12% 농도의 이산화탄소를 포함한 가스로부터 이산화탄소를 97% 이상 제거할 수 있고, 40% 농도의 이산화탄소를 포함한 가스로부터 이산화탄소를 95% 이상 제거할 수 있다.
이로써 본 발명의 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(100)에 의하면, 외부로 배출되는 흡수제의 손실을 최소화할 수 있고, 재생탑(30)에서 흡수제 재생에 사용되는 열에너지를 최소화시킬 수 있으며, 흡수제의 이산화탄소 흡수효율을 향상시킬 수 있고, 전체 장치의 운전비용을 절감할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(200)는 전기 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 재생탑(30)에서 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제의 열화 상태를 모니터링하며, 열화 시 발생되는 흡수제의 열화물질을 제거할 있는 구조로 이루어진다.
일반적으로, 흡수제는 이산화탄소와의 흡수반응 외에 열적으로 안정한 화합물을 형성하는 부가 반응이 일어나면서 재생되지 못하는 열화현상이 발생한다. 이러한 열화현상은 흡수제의 성능을 저하시키고 장치를 부식시키게 된다. 흡수제의 열화 현상 시 주로 발생하는 물질은 Carboxylic Acids, Imidazolodone 등이 있다.
이와 같이 흡수제의 열화현상이 발생되면 흡수제를 교체해야 한다. 하지만 흡수제의 교체비용이 막대하므로 열화현상이 발생되지 않게 운전을 하거나 흡수제를 처리해야 한다.
이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(200)는 흡수제 모니터링부(210) 및 열화물질 제거유닛(230)을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 흡수제 모니터링부(210)는 재생탑(30)에서 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제의 열화 상태를 모니터링 하기 위한 것이다. 상기 흡수제 모니터링부(210)는 제2 흡수제 공급부(160)의 후단에서 제2 라인(31)에 설치된다.
즉, 상기 흡수제 모니터링부(210)는 제2 흡수제 공급부(160)에 의하여 제2 라인(31)을 통해 재생탑(30)에서 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제의 열화 상태를 모니터링 할 수 있다. 이러한 흡수제 모니터링부(210)는 재생된 흡수제의 수소와 수산화이온을 측정할 수 있는 pH 및 전기전도도 측정장치를 포함할 수 있다.
상기 흡수제 모니터링부(210)를 통해 흡수제의 pH 및 전기 전도도를 측정하여 흡수제의 열화 상태를 모니터링 함으로써, 예를 들어 정상상태의 흡수제는 pH 10정도를 나타내지만 열화현상 등 흡수제의 상태가 좋지 않게 되면 pH가 떨어지는 현상이 발생함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 흡수제 모니터링부(210)의 모니터링 결과에 따라, 흡수제의 pH가 떨어지면 흡수제를 교체하거나 열화물질을 제거하는 공정으로 흡수제를 공급하여 열화물질을 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열화물질 제거유닛(230)은 흡수제의 열화현상에 의해 발생하는 열화물질을 제거하기 위한 것으로, 이산화탄소가 흡수된 흡수제 및 재생된 흡수제의 열화물질을 제거할 수 있다.
상기 열화물질 제거유닛(230)은 제1 열교환기(70)의 전단 측에 구성되는 제1 필터(231), 제2 필터(232) 그리고 흡수제 재생부(235)를 포함하고 있다.
상기 제1 필터(231)는 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열화물질을 필터링 하기 위한 것으로, 제1 흡수제 공급부(15)의 후단에서 제1 라인(11)에 설치된다. 상기 제2 필터(232)는 재생된 흡수제의 열화물질을 필터링 하기 위한 것으로, 제1 열교환기(70)의 전단에서 제2 라인(31)에 설치된다.
여기서, 상기 제1 및 제2 필터(231, 232)는 열화물질(입자상 물질)을 필터링 하는 필터 공극이 1.0㎛인 필터로 구비될 수 있다.
그리고 상기 흡수제 재생부(235)는 재생탑(30)에서 재생된 흡수제를 NaOH 또는 Na2CO3의 염기물질과 반응시켜 흡수제의 열화물질을 해리시키며 제거하기 위한 것이다.
상기 흡수제 재생부(235)는 120~200℃의 온도 범위에서 운전한다. 이를 위해 상기 흡수제 재생부(235)는 재기화기(50)를 통하여 제1 열교환기(70)와 연결되는 제2 라인(31) 상의 바이패스 라인(237)에 설치될 수 있다.
상기 흡수제 재생부(235)는 재기화기(50)를 통해 스팀의 열에너지를 제공받아 재생된 흡수제를 NaOH 또는 Na2CO3의 염기물질과 반응시키며 흡수제의 열화물질을 제거할 수 있다.
대안으로서, 상기 재생탑(30)에서 배출되는 재생된 흡수제의 온도가 흡수제 재생부(235)의 운전 온도 범위를 만족하면, 본 발명의 실시예에서는 흡수제 재생부(235)에 스팀의 열에너지를 공급하지 않고, 재생된 흡수제 자체의 열에너지를 이용하여 흡수제를 염기물질과 반응시켜 열화물질을 제거할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(200)에 의하면, 흡수제 모니터링부(210)를 통해 흡수제의 열화상태를 모니터링하며, 열화물질 제거유닛(230)을 통해 흡수제의 열화물질을 제거할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 흡수제의 열화현상에 의해 발생된 열화물질을 제1 및 제2 필터(231, 232)를 통해 필터링하고, 흡수제 재생부(235)를 통해 열화물질을 해리시켜 흡수제를 90% 이상 재생시킬 수 있으므로, 흡수제의 손실을 최소화할 수 있으며, 전체 장치의 운전비용을 절감할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(300)는 전기 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 흡수탑(10) 하부의 흡수제를 냉각하여 흡수탑(10)의 상부로 재 주입할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위한 본 발명의 제3 실시예에 따른 상기 고농도 이산화탄소 포집 장치(300)는 제3 흡수제 공급부(310) 및 제3 냉각부(330)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 흡수제 공급부(310)는 흡수탑(10) 하부의 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 그 흡수탑(10)의 상부로 재 주입하기 위한 것으로, 흡수탑(10)의 하부와 상부를 연결하는 연결라인(311)에 설치된다.
상기 제3 흡수제 공급부(310)는 흡수탑(10) 하부의 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 펌핑하여 연결라인(311)을 통해 흡수탑(10)의 상부로 주입할 수 있는 펌프로 구비된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 냉각부(330)는 제3 흡수제 공급부(310)를 통해 흡수탑(10) 하부의 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상부로 재 주입하는 과정에 그 흡수제를 냉각하기 위한 것이다.
상기 제3 냉각부(330)는 열을 가진 유체를 공랭 또는 수냉식으로 냉각하는 쿨링장치로서, 제3 흡수제 공급부(310)의 후단에서 연결라인(311)에 설치된다.
따라서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(300)에 의하면, 흡수탑(10) 하부에 있는 이산화탄소가 흡수된 흡수제가 100% 이산화탄소와 흡수반응이 이루어지지 않았으므로, 제3 흡수제 공급부(310)를 통해 흡수탑(10) 하부의 흡수제를 상부로 재 주입함으로써 이산화탄소와 실질적으로 반응하지 않은 흡수제를 재 사용할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예에서는 흡수탑(10) 하부의 흡수제를 제3 냉각부(330)를 통해 냉각하여 흡수탑(10)의 상부로 재 주입함에 따라, 흡수탑(10)의 온도를 냉각시킬 수 있기 때문에 흡수제의 이산화탄소 흡수효율을 증대시킬 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 전기 제1 실시예와 비교할 때, 이산화탄소 제거율이 10% 이상 증가하며, 특히 제3 냉각부(330)를 통해 흡수제의 온도를 약 40℃까지 냉각하는 경우 대부분의 이산화탄소를 제거할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제3 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(300)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(400)는 전기 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 흡수탑(10)으로 주입되는 이산화탄소 포함가스의 열에너지를 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(400)는 흡수탑(10)의 하부로 유입되는 이산화탄소 포함가스와 그 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제3 열교환기(410)를 포함하고 있다.
여기서, 이산화탄소 포함가스는 발전소, 소각로, 석유화학 플랜트 등에서 100℃ 이상으로 배출되는 가스이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제3 열교환기(410)는 제1 열교환기(70)의 전단 및 제1 흡수제 공급부(15)의 후단 측에 설치된다. 나아가 상기 제3 열교환기(410)는 이산화탄소 포함가스를 흡수탑(10)의 하부로 공급하기 위한 공급라인(411)과, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑(30)으로 공급하기 위한 제1 라인(11)의 교차 지점에 설치된다.
이러한 제3 열교환기(410)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 열교환 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(400)에 의하면, 공급라인(411)을 통해 이산화탄소 포함가스를 흡수탑(10)의 하부로 공급하며, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 제1 라인(11)을 통해 재생탑(30)으로 공급할 수 있다.
이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 공급라인(411)과 제1 라인(11)의 교차 지점에서 제3 열교환기(410)를 통해 이산화탄소 포함가스와 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어진다.
즉, 상기 제3 열교환기(410)에서는 이산화탄소 포함가스와 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환을 통해 그 이산화탄소 포함가스의 보유 열에너지를 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에서는 제3 열교환기(410)를 통해 이산화탄소 포함가스를 80℃ 이하로 냉각하여 흡수탑(10)의 하부로 주입할 수 있게 되고, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 승온시켜 재생탑(30)으로 공급할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 이산화탄소 포함가스가 보유하고 있는 열에너지를 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 흡수제에 제공함에 따라, 재생탑(30)에서 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생하는데 필요한 열에너지를 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전기 제1 실시예와 비교할 때, 재생탑(30)에서 흡수제를 재생하는데 필요한 열에너지를 약 3% 이상 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제4 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(400)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(500)는 전기 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 재기화기(50)에서 발생되는 스팀 응축수의 열에너지를 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(500)는 재기화기(50)에서 발생된 스팀 응축수와 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제4 열교환기(510)를 포함하고 있다.
여기서, 상기 재기화기(50)에서는 스팀의 열에너지를 재생탑(30)에 제공하여 흡수제의 재생을 수행하므로, 그 스팀이 응축하면서 약 90℃ 이상의 응축수가 발생된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제4 열교환기(510)는 제1 열교환기(70)의 전단 및 제1 흡수제 공급부(15)의 후단 측에 설치된다. 나아가 상기 제4 열교환기(510)는 재기화기(50)에서 응축된 스팀 응축수를 배출하는 응축수 배출라인(511)과, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생탑(30)으로 공급하기 위한 제1 라인(11)의 교차 지점에 설치된다.
이러한 제4 열교환기(510)는 당 업계에서 널리 알려진 공지 기술의 열교환 장치로서 이루어지므로, 본 명세서에서 그 구성의 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(500)에 의하면, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 제1 라인(11)을 통해 재생탑(30)으로 공급하고, 재기화기(50)를 통해 스팀의 열에너지를 재생탑(30)에 제공함으로써 재생탑(30)에서는 이산화탄소가 흡수된 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하며 그 흡수제를 재생시킬 수 있다.
이러는 과정에, 본 발명의 실시예에서는 재기화기(50)에서 응축된 스팀 응축수를 배출라인(511)을 통해 배출하게 되면, 그 배출라인(511)과 제1 라인(11)의 교차 지점에서 제4 열교환기(510)를 통해 스팀 응축수와 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어진다.
즉, 상기 제4 열교환기(510)에서는 스팀 응축수와 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환을 통해 그 스팀 응축수의 보유 열에너지를 이산화탄소가 흡수된 흡수제에 제공할 수 있다.
그러면, 본 발명의 실시예에서는 제4 열교환기(510)를 통해 스팀 응축수를 냉각하여 그 냉각된 스팀 응축수를 배출라인(511)을 통해 배출하고, 흡수탑(10)에서 배출되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 승온시켜 재생탑(30)으로 공급할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에서는 재기화기(50)에서 발생된 스팀 응축수가 보유하고 있는 열에너지를 흡수탑(10)에서 재생탑(30)으로 공급되는 흡수제에 제공함에 따라, 재생탑(30)에서 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생하는데 필요한 열에너지를 감소시킬 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 실시예에서는 전기 제1 실시예와 비교할 때, 재생탑(30)에서 흡수제를 재생하는데 필요한 열에너지를 약 3% 이상 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 제5 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(500)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(600)는 전기 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서, 재생탑(30)에서 재생된 흡수제 및 그 재생탑(30)에서 배출되는 배출가스의 열을 회수할 수 있는 구조로 이루어진다.
이를 위해 본 발명의 제6 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(600)는 재생탑(30)에서 흡수탑(10)으로 공급되는 재생된 흡수제 및 재생탑(30)의 상부로 배출되는 배출가스의 열을 회수하여 온수를 생산하는 열 회수부(610)를 포함하고 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 열 회수부(610)는 전기 제1 실시예에서 언급한 바 있는 제2 냉각부(130) 및 제2 열교환기(150)에 연결되게 설치된다.
예를 들면, 상기 열 회수부(610)는 제2 냉각부(130)에서 재생탑(30)의 배출가스를 냉각하고 데워진 온수와, 제2 열교환기(150)에서 재생된 흡수제를 냉각하고 데워진 온수를 저장하는 탱크로서 구비된다.
상기 열 회수부(610)는 제2 냉각부(130)를 통해 재생탑(30)의 배출가스(100℃ 이상)를 20~80℃로 냉각하고, 제2 열교환기(150)를 통해 재생된 흡수제를 냉각하는 과정에서 발생된 70℃ 이상의 온수를 저장하며, 그 온수를 열에너지 사용시설로 공급할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 열 회수부(610)를 통해 이산화탄소 포집 장치에 소요되는 열에너지의 약 70%를 회수할 수 있으며, 이로 인해 이산화탄소 포집 장치의 전체적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 전기 제1 실시예와 비교할 때, 본 발명의 실시예서의 전체적인 열에너지 소비량은 약 30% 정도이다.
상기와 같은 본 발명의 제6 실시예에 따른 고농도 이산화탄소 포집 장치(600)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제1 실시예와 같으므로 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 본 명세서에서 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사상을 이해하는 당업자는 동일한 기술적 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리 범위 내에 든다고 할 것이다.
10... 흡수탑 10a... 충진물
11... 제1 라인 15... 제1 흡수제 공급부
30... 재생탑 31... 제2 라인
50... 재기화기 60... 압력 조절부
70... 제1 열교환기 110... 제1 냉각부
120... 제1 응축수 주입부 121... 제1 응축수 주입라인
130... 제2 냉각부 140... 제2 응축수 주입부
141... 제2 응축수 주입라인 150... 제2 열교환기
160... 제2 흡수제 공급부 210... 흡수제 모니터링부
230... 열화물질 제거유닛 231... 제1 필터
232... 제2 필터 235... 흡수제 재생부
237... 바이패스 라인 310... 제3 흡수제 공급부
311... 연결라인 330... 제3 냉각부
410... 제3 열교환기 411... 공급라인
510... 제4 열교환기 511... 배출라인
610... 열 회수부

Claims (14)

  1. 이산화탄소 포함가스 및 흡수제가 내부로 공급되며, 상기 흡수제를 통해 이산화탄소 포함가스 중의 이산화탄소를 흡수하는 흡수탑;
    상기 흡수탑과 연결되며 상기 흡수탑으로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받고, 재기화기와 연결되며 상기 재기화기로부터 스팀의 열에너지를 제공받아 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하고 그 재생된 흡수제를 상기 흡수탑으로 공급하는 재생탑;
    상기 흡수탑의 하부에서 배출되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 재생탑으로 공급하는 제1 라인과, 상기 재생탑에서 재생된 흡수제를 상기 흡수탑으로 공급하는 제2 라인이 교차하는 지점에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제와 상기 재생된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제1 열교환기;
    상기 흡수탑의 상부에 연결되며, 상기 흡수탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제1 냉각부;
    상기 제1 냉각부와 연결되고, 제1 응축수 주입라인을 통해 상기 흡수탑의 하부와 연결되며, 상기 제1 냉각부에서 응축된 응축수를 상기 흡수탑으로 주입하는 제1 응축수 주입부;
    상기 재생탑의 상부에 연결되며, 상기 재생탑에서 배출되는 배출가스 중의 흡수제와 수분을 응축시키는 제2 냉각부;
    상기 제2 냉각부와 연결되고, 제2 응축수 주입라인을 통해 상기 흡수탑의 하부와 연결되며, 상기 제2 냉각부에서 응축된 응축수를 상기 흡수탑으로 주입하는 제2 응축수 주입부; 및
    상기 재생탑의 상부에 연결되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 재생 온도에 따라 상기 재생탑의 압력을 조절하는 압력 조절부;
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 제1 라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 재생탑으로 공급하는 제1 흡수제 공급부;
    상기 제1 열교환기의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 제1 열교환기를 통해 상기 흡수탑으로 공급되는 상기 재생된 흡수제를 냉각하는 제2 열교환기; 및
    상기 제2 열교환기의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 제2 열교환기를 통해 온도가 떨어진 상기 재생된 흡수제를 상기 흡수탑의 상부로 공급하는 제2 흡수제 공급부;
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 흡수제 공급부의 후단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 재생된 흡수제의 열화상태를 모니터링 하는 흡수제 모니터링부; 및
    상기 제1 열교환기의 전단 측에 구성되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제 및 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 제거하는 열화물질 제거유닛;
    을 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 흡수제 모니터링부는 상기 재생된 흡수제의 pH 및 전기 전도도를 측정하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 열화물질 제거유닛은,
    상기 제1 흡수제 공급부의 후단에서 상기 제1 라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열화물질을 필터링 하는 제1 필터와,
    상기 제1 열교환기의 전단에서 상기 제2 라인에 설치되며, 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 필터링 하는 제2 필터와,
    상기 재기화기를 통하여 상기 제1 열교환기와 연결되는 상기 제2 라인 상의 바이패스 라인에 설치되는 흡수제 재생부
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 흡수제 재생부는,
    상기 재생된 흡수제에 NaOH 또는 Na2CO3의 염기물질을 120~200℃의 온도 범위에서 반응시켜 상기 재생된 흡수제의 열화물질을 제거하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 흡수탑의 하부와 상부를 연결하는 연결라인에 설치되며, 상기 흡수탑 하부의 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 상기 흡수탑의 상부로 재 주입하기 위한 제3 흡수제 공급부; 및
    상기 제3 흡수제 공급부의 후단에서 상기 연결라인에 설치되며, 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 냉각하는 제3 냉각부;
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 흡수제 공급부의 후단 측에 설치되며, 상기 흡수탑의 하부로 유입되는 이산화탄소 포함가스와, 상기 흡수탑에서 상기 재생탑으로 공급되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제3 열교환기;
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제3 열교환기는,
    상기 이산화탄소 포함가스를 상기 흡수탑으로 공급하는 공급라인과, 상기 제1 라인의 교차 지점에 설치되는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 흡수제 공급부의 후단 측에 설치되며, 상기 재기화기에서 응축된 스팀 응축수와, 상기 흡수탑에서 상기 재생탑으로 공급되는 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 열 교환이 이루어지는 제4 열교환기;
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제4 열교환기는,
    상기 재기화기에서 응축된 스팀 응축수를 배출하는 응축수 배출라인과, 상기 제1 라인의 교차 지점에 설치되는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 냉각부 및 상기 제2 열교환기에 연결되며, 상기 재생된 흡수제 및 상기 재생탑에서 배출되는 배출가스의 열을 회수하여 온수를 생산하는 열 회수부
    를 포함하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 흡수제는 MEA(Monoethnolamine), DEA(Diethanolamine), MDEA(Methyl diethanolamine), TEA(Triethanolamine) 및 AMP(2-Amino-2-methyl-1-propanol)를 포함하는 아민계열 화합물 혹은 상기 아민계열 화합물에 무기염계 물질이 포함되어 있고, 물을 용매로 하여 10~50wt%의 농도를 만족하는 것인 고농도 이산화탄소 포집 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 흡수탑으로 공급되는 이산화탄소 포함가스 및 흡수제의 온도는 80℃ 이하이고, 상기 재생탑은 80~150℃의 온도로 운전하며,
    상기 흡수탑으로 공급되는 이산화탄소 포함가스와 흡수제 유량 비율은 그 이산화탄소 포함가스와 흡수제의 부피를 기준으로 할 때 50~200을 만족하고,
    상기 흡수탑의 지름과 그 흡수탑에 충진된 충진물의 충진 높이 비율은 10~100을 만족하는 고농도 이산화탄소 포집 장치.
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