KR101592767B1 - Reactor and Apparatus for capturing carbon dioxide and Method using the same - Google Patents

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류청걸
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Abstract

Provided is a carbon dioxide capturing reactor which ensures reduction in installation costs, enhances carbon dioxide capturing rate, decreases energy consumption required for a process, and can use various kinks of wet-type carbon dioxide absorbents. In addition, provided are a carbon dioxide capturing apparatus and a carbon dioxide capturing method using the carbon dioxide capturing apparatus. According to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide capturing reactor comprises: a housing; an exhaust gas inlet installed at a lower end of the housing; an exhaust gas outlet installed at an upper end of the housing; a carbon dioxide outlet connected to the exhaust gas outlet; an absorbent injection unit installed to be separated from the exhaust gas outlet at the upper end of the housing; and a cooling unit installed in the housing. In addition, the carbon dioxide capturing reactor sequentially carries out an absorption reaction, a regeneration reaction, and a cooling reaction, and then stays in a standby mode. Furthermore, disclosed are a carbon dioxide capturing apparatus and a carbon dioxide capturing method using the carbon dioxide capturing apparatus.

Description

이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법{Reactor and Apparatus for capturing carbon dioxide and Method using the same}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a carbon dioxide capture reactor, a carbon dioxide capture apparatus, and a carbon dioxide capture method using the same.

본 발명의 일 실시예는 이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a carbon dioxide capture reactor, a carbon dioxide capture device, and a carbon dioxide capture method using the same.

기후변화에 대응하기 위한 이산화탄소(CO2) 감축의 기술적 방안으로는 에너지 효율향상, 재생에너지와 원자력 이용 및 이산화탄소 포집/저장 기술 등이 있다. 이산화탄소 포집저장 기술은 화석연료를 사용함으로써 발생된 이산화탄소를 대기로 방출하기 전에 포집 분리하고, 압축/ 수송하여 안전하게 저장하는 기술을 총칭하는 것으로 보통 CCS (carbon capture and storage)라 불리고 있다. 이와 같은 CCS 기술은 화력발전, 철강과 정유, 시멘트 등 산업에 적용하여 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 20%(2050 기준)을 감축할 수 있는 유일한 기술로, 국내외 온실가스 감축목표 달성에 크게 기여할 것이다. 이와 같은 CCS 기술은 특히 석탄화력 발전 산업에 적용하는 경우 그 효과가 가장 크며, 국가의 온실가스감축 목표 달성은 물론 국가의 에너지안보, 경제발전과 국민건강에 크게 이바지 할 것이므로 그 중요성이 더욱 커지고 있다.Technological measures to reduce carbon dioxide (CO 2 ) to cope with climate change include improving energy efficiency, using renewable energy and nuclear energy, and capturing and storing carbon dioxide. Carbon dioxide capture and storage technologies are collectively referred to as CCS (carbon capture and storage), which collects, separates, compresses, and transports and safely stores carbon dioxide generated by the use of fossil fuels before discharging it to the atmosphere. Such a CCS technology will contribute to the achievement of domestic and overseas GHG reduction targets as the only technology that can reduce 20% (2050 standard) of global CO2 emissions by applying to the industries such as thermal power generation, steel, oil and cement. Such a CCS technology is particularly effective when applied to the coal-fired power generation industry, and it is becoming more important because it will contribute to the nation's energy security, economic development and public health, as well as achieving the national GHG reduction target .

이산화탄소 포집기술은 CCS 기술 전체 비용의 약 75% 이상을 차지하는 핵심 기술로서 연소 전 포집기술(pre-combustion technology), 연소 후 포집기술(post-combustion technology) 및 순산소 연소기술(oxy-fuel combustion technology)로 구분할 수 있다.Carbon dioxide capture technology is a core technology that accounts for more than 75% of the total cost of CCS technology, including pre-combustion technology, post-combustion technology and oxy-fuel combustion technology ).

상기 이산화탄소 포집기술 중 연소 후 포집기술은 연소 공정을 거친 후 발생한 배가스 내에 포함되어 있는 이산화탄소를 포집하는 기술이다. 연소 후 포집기술은 대기압상태의 저온에서 운전이 가능하며, 상대적으로 상용화에 가장 근접해 있다는 장점이 있으나, 에너지 비용이 과다한 문제를 해결해야 하며, 포집 및 회수에 앞서서 불순물인 먼지, SOx, NOx 등을 제거해야 하는 단점이 있다. Among the carbon dioxide capture techniques, the post-combustion capture technique captures the carbon dioxide contained in the exhaust gas generated after the combustion process. The post-combustion capture technology can operate at low temperature under atmospheric pressure and has the advantage of being relatively close to commercialization. However, it is necessary to solve the problem of excessive energy cost and it is necessary to solve the problem of impurities such as dust, SOx and NOx There is a drawback that it must be removed.

이러한 기술의 종류에는 습식 흡수, 건식 흡수, 흡착, PSA(Pressure Swing Adsorption), 막분리, 심냉법 등 다양한 기술이 개발 중에 있으며, 현재 연소 후 포집기술의 연구 방향은 이산화탄소 포집단가를 낮추기 위한 흡수제 개발과 공정의 단순화를 통한 저가형 포집기술의 개발이 핵심을 이루고 있다.Various technologies such as wet absorption, dry absorption, adsorption, PSA (pressure swing adsorption), membrane separation, and seawater cooling are under development in this kind of technology. Research direction of current post combustion combustion technology is development of absorbent for lowering CO2 capture unit price And the development of low-cost capture technology through simplification of the process.

현재 국내에서 개발 중인 연소 후 건식 이산화탄소 포집기술은 흡수 반응기에서 선택적으로 이산화탄소와 잘 반응하는 고체 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 재생반응기로 보내 재생하여 이산화탄소를 분리하고, 재생된 고체흡수제를 다시 순환시켜 상기와 같은 과정을 반복하여 이산화탄소를 포집하는 기술이다.The present post-combustion dry carbon dioxide capture technology currently being developed in Korea uses a solid absorbent that selectively reacts with carbon dioxide selectively in the absorption reactor to collect carbon dioxide, recover the carbon dioxide by regenerating the carbon dioxide to the regeneration reactor to separate the carbon dioxide, The absorbent is circulated again, and the above process is repeated to collect carbon dioxide.

현재 한국과 미국을 중심으로 발전소, 시멘트, 정유화학, 제철소 등 대규모로 이산화탄소를 배출하는 산업체를 대상으로 하여 유동층이나 이동층을 이용한 이산화탄소 포집공정에 대한 연구개발이 진행되고 있다. 특히 국내에서는 고속유동층과 기포유동층을 병합한 유동층 이산화탄소 포집공정을 개발 중에 있으며, 그 공정에 적용 가능한 물성을 갖는 흡수제 개발을 위하여 원료물질의 혼합과 분쇄, 슬러리 제조, 분무건조 성형, 소성 및 대량생산의 단계를 거치는 연구개발도 지속적으로 이루어지고 있다.Research and development on carbon dioxide capture process using fluidized bed or mobile bed has been under way for industries such as power plants, cement, refinery chemical plants, steel mills, etc., which mainly produce carbon dioxide in Korea and USA. Particularly in Korea, we are developing a fluidized-bed carbon dioxide capture process that combines a fast fluidized bed and a bubble fluidized bed. In order to develop an absorbent material that can be applied to the process, mixing and grinding of raw materials, slurry preparation, spray drying, Research and development is under way.

종래의 건식 이산화탄소 포집공정과 관련된 국내외 주요 특허로는 "CO2 분리 회수장치(문헌번호 2005-0003767, 한국 KIER, 2005)", "수송 재생반응기를 갖는 CO2 회수장치(문헌번호 2010-0099929, 한국 KIER, 2010), "Carbon dioxide capture process with regenerable sorbents(US 6,387,337, 미국 DOE, 2000)" 등이 있다. 기존 특허의 주요 내용은 주로 유동층 공정이나 이동층 및 고정층 공정으로 두 개의 반응기(흡수반응기와 재생반응기)와 고체 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포집하는 장치에 관한 것을 포함하고 있다.The major domestic and foreign patents related to the conventional dry carbon dioxide capture process include "CO 2 separation / recovery device (Document No. 2005-0003767, Korea KIER, 2005)", "CO 2 recovery device having transportation / regeneration reaction device (Document No. 2010-0099929, The main contents of the existing patents are mainly composed of two reactors (adsorption reactor, adsorption reactor and adsorption reactor) in fluidized bed process, mobile bed and fixed bed process, And a regeneration reactor) and an apparatus for collecting carbon dioxide using a solid absorbent.

하지만, 종래의 건식 이산화탄소 포집공정들은 습식공정에 비해 상대적으로 많은 장점들을 가지고 있지만, 낮은 이산화탄소 포집률, 복잡한 장치 등 극복해야 할 문제를 가지고 있다. 또한 유동층 공정에 적용키 위해서는 일정한 강도(AI 값, Attrition Index)이상의 내마모도가 강한 흡수제를 구형으로 제조해야 하며, 구형제조에 적합한 분무건조 성형기술을 이용한 흡수제의 대량생산기술 개발도 극복해야 할 과제로 볼 수 있다.However, conventional dry CO2 capture processes have relatively many advantages over wet processes, but have problems to overcome such as low CO2 capture rate and complicated devices. In addition, in order to be applied to the fluidized bed process, it is necessary to manufacture a spherical absorbent having a high wear resistance higher than a certain strength (AI value, Attrition Index), and to overcome the development of a mass production technology of an absorbent using a spray- can see.

본 발명의 일 실시예는 설치비용을 절감할 수 있으며, 이산화탄소의 포집률을 향상시키고, 공정의 사용에너지를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 다양한 종류의 건식 이산화탄소 흡수제를 사용할 수 있는 이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.One embodiment of the present invention provides a carbon dioxide capture reactor capable of reducing the installation cost, improving the collection rate of carbon dioxide, reducing the energy used in the process, and using various kinds of dry carbon dioxide absorbent, And a carbon dioxide capture method using the same.

또한, 본 발명의 일 실시예는 흡수제와 배가스 및 스팀, 이산화탄소, 질소와 같은 재생매체와 흡수제와의 접촉 반응을 난류화(turbulence) 및 기포화(bubbling)시키고, 흡수반응기, 재생반응기, 냉각반응기 및 대기반응기를 번들(bundle)로 배치하여 현재 연구개발 중에 있는 종래 기술의 문제점인 장치의 복잡성 및 높이에 따른 문제점, 낮은 이산화탄소 포집률과 과도한 공정상의 에너지 사용 및 사용흡수제의 한계성 등을 보완하는 이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법을 제공한다.In an embodiment of the present invention, turbulence and bubbling of the contact reaction between the absorbent and the flue gas and the regenerant medium such as steam, carbon dioxide, nitrogen and the absorbent are performed, and the absorbent, the regeneration, And an atmospheric reactor are bundled so as to solve the problem of the conventional technology which is a problem in the prior art, which is a problem of the apparatus and the complexity and height of the apparatus, the low carbon dioxide capture rate, the excessive use of energy in the process, A capture reactor, a carbon dioxide capture device, and a carbon dioxide capture method using the same.

본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소 포집 반응기는 하우징, 상기 하우징의 하단에 설치된 배가스 주입구, 상기 하우징의 상단에 설치된 배가스 배출구, 상기 배가스 배출구에 연결된 이산화탄소 배출구, 상기 하우징의 상단에서 상기 배가스 배출구와 이격되어 설치된 흡수제 주입 유닛 및 상기 하우징 내부에 설치된 냉각 유닛을 포함하고, 흡수 반응, 재생 반응, 냉각 반응 및 대기 상태를 순차적으로 수행한다.A carbon dioxide capture reactor according to an embodiment of the present invention includes a housing, an exhaust gas inlet provided at a lower end of the housing, an exhaust gas outlet installed at an upper end of the housing, a carbon dioxide outlet connected to the exhaust gas outlet, And a cooling unit installed inside the housing, and performs an absorption reaction, a regeneration reaction, a cooling reaction, and a standby state in sequence.

상기 하우징의 하단에 설치된 흡수제 배출 유닛을 더 포함할 수 있다.And an absorbent discharge unit provided at a lower end of the housing.

상기 흡수제 배출 유닛은 상기 배가스 주입구의 일측에 설치될 수 있다.The absorbent discharge unit may be installed at one side of the flue gas inlet.

상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구 각각에는 밸브가 설치되어, 상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구를 선택적으로 개폐할 수 있다.Each of the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port is provided with a valve to selectively open and close the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port.

상기 하우징의 하단에는 상기 배가스 주입구에 인접하게 분산판이 설치될 수 있다.A dispersion plate may be installed at a lower end of the housing adjacent to the exhaust gas inlet.

상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구의 입구 영역에는 메쉬 플레이트가 설치될 수 있다.A mesh plate may be installed in the inlet region of the exhaust gas outlet and the carbon dioxide outlet.

상기 이산화탄소 배출구에서, 상기 메쉬 플레이트의 후단에는 필터가 더 설치될 수 있다.At the carbon dioxide outlet, a filter may be further provided at the rear end of the mesh plate.

상기 이산화탄소 배출구에는 응축기 및 응축수 배출구가 설치될 수 있다.
The carbon dioxide outlet may be provided with a condenser and a condensed water outlet.

본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소 포집 장치는 상기 이산화탄소 포집 반응기가 4개로 구성된다.The carbon dioxide collecting apparatus according to an embodiment of the present invention has four carbon dioxide collecting reactors.

상기 4개의 이산화탄소 포집 반응기는 제 1 이산화탄소 포집 반응기, 제 2 이산화탄소 포집 반응기, 제 3 이산화탄소 포집 반응기 및 제 4 이산화탄소 포집 반응기로 구성되고, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 흡수 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하며, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 재생 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하며, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 냉각 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하며, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 대기 상태를 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행할 수 있다.
The four carbon dioxide capture reactors are composed of a first carbon dioxide capture reactor, a second carbon dioxide capture reactor, a third carbon dioxide capture reactor, and a fourth carbon dioxide capture reactor. When the absorption reaction is performed in the first carbon dioxide capture reactor, In the second carbon dioxide capture reactor, a regeneration reaction is performed. In the third carbon dioxide capture reactor, a cooling reaction is performed. In the fourth carbon dioxide capture reactor, a standby state is performed. When the regeneration reaction is performed in the first carbon dioxide capture reactor A cooling reaction is performed in the second carbon dioxide capture reactor, a standby state is performed in the third carbon dioxide capture reactor, an absorption reaction is performed in the fourth carbon dioxide capture reactor, and a cooling reaction is performed in the first carbon dioxide capture reactor When you do, In the second carbon dioxide capture reactor, an atmospheric state is performed, an absorption reaction is performed in the third carbon dioxide capture reactor, a regeneration reaction is performed in the fourth carbon dioxide capture reactor, and a standby state is performed in the first carbon dioxide capture reactor The absorption reaction is performed in the second carbon dioxide capture reactor, the regeneration reaction is performed in the third carbon dioxide capture reactor, and the cooling reaction is performed in the fourth carbon dioxide capture reactor.

본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소 포집 방법은 상기 하우징에 배가스 및 흡수제를 주입하는 단계(A), 상기 배가스 내 이산화탄소를 흡수하는 단계(B), 이산화탄소를 함유한 상기 흡수제를 재생하는 단계(C) 및 재생된 상기 흡수제를 냉각하는 단계(D)를 포함할 수 있다.The method for collecting carbon dioxide according to an embodiment of the present invention includes the steps of (A) injecting flue gas and absorbent into the housing, (B) absorbing carbon dioxide in the flue gas, (C) recovering the absorbent containing carbon dioxide And (D) cooling the regenerated absorbent.

상기 (A)단계에서, 상기 배가스는 난류화 속도로 주입되어, 상기 하우징 내에서 난류화(turbulence) 상태가 유지될 수 있다.In the step (A), the exhaust gas may be injected at a turbulent rate so that the turbulence state in the housing can be maintained.

상기 (A)단계에서, 상기 배가스 배출구 및 이산화탄소 배출구는 폐쇄될 수 있다.In the step (A), the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port may be closed.

상기 (B)단계에서는 상기 배가스 배출구는 개방되고 상기 이산화탄소 배출구는 폐쇄될 수 있다.In the step (B), the exhaust gas outlet may be opened and the carbon dioxide outlet may be closed.

상기 (C)단계에서는 상기 배가스 배출구는 폐쇄되고 상기 이산화탄소 배출구는 개방될 수 있다.In the step (C), the exhaust gas outlet may be closed and the carbon dioxide outlet may be opened.

상기 (C)단계에서는 상기 배가스 주입구를 통해 스팀이 주입될 수 있다.In the step (C), steam may be injected through the exhaust gas inlet.

상기 (D)단계에서는 상기 냉각 유닛을 통해 냉각 매체가 주입되어 상기 흡수제가 냉각될 수 있다.In the step (D), a cooling medium may be injected through the cooling unit to cool the absorbent.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법은 흡수반응기, 재생반응기, 냉각반응기 및 대기반응기를 번들로 구성함으로써, 포집 반응기의 전체적인 크기를 줄여 부지면적을 줄일 수 있으며, 그에 따른 비용을 절감할 수 있다. The carbon dioxide capture reactor, the carbon dioxide capture apparatus, and the carbon dioxide capture method using the same according to an embodiment of the present invention can reduce the overall area of the capture reactor by reducing the area of the collection reactor by bundling the absorption reactor, the regeneration reactor, the cooling reactor, And the cost can be reduced accordingly.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 반응기, 이산화탄소 포집 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 포집 방법은 기존의 유동층 설비에서 필수적인 사이클론, 백필터 등이 불필요함으로 기존의 고속유동층 장치에 비해 장치비 및 운전유지비를 절감할 수 있으며, 장치의 단순화가 가능하다.Particularly, the carbon dioxide capture reactor, the carbon dioxide capture apparatus, and the carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture reactor and the carbon dioxide capture method using the same according to the embodiment of the present invention do not require the cyclone and the bag filter, which are essential in the existing fluidized bed equipment, It is possible to simplify the device.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 반응기를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 방법을 도시한 순서도 이다.
도 3은 도 1에 도시된 이산화탄소 포집 반응기를 1열 번들로 배치한 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시된 이산화탄소 포집 반응기를 2열 번들로 배치한 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 장치에서 이산화탄소 포집 반응기에서의 반응 순서를 나타내는 순서도이다.
1 is a schematic view showing a carbon dioxide capture reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a carbon dioxide capture method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a carbon dioxide collecting apparatus in which the carbon dioxide collecting reactors shown in FIG. 1 are arranged in a one-row bundle.
FIG. 4 is a schematic view showing a carbon dioxide collecting apparatus in which the carbon dioxide collecting reactors shown in FIG. 1 are arranged in a two-row bundle.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a reaction in a carbon dioxide capture reactor in a carbon dioxide capture apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified in various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.In the following drawings, thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of description, and the same reference numerals denote the same elements in the drawings. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 반응기를 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a carbon dioxide capture reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 반응기(100)는 하우징(100a), 배가스(스팀) 주입구(101), 분산판(102), 냉각 유닛(103), 메쉬 플레이트(104), 필터(105), 배가스 배출구(106), 배가스 배출 밸브(107), 이산화탄소 배출 밸브(108), 수분 응축기(109), 이산화탄소 배출구(110), 응축수 배출구(111), 흡수제 주입 유닛(112) 및 흡수제 배출 유닛(113)를 포함한다.1, a carbon dioxide capture reactor 100 according to an embodiment of the present invention includes a housing 100a, an exhaust gas inlet 101, a dispersion plate 102, a cooling unit 103, a mesh plate A condenser water outlet 111 and an absorbent inlet unit 106. The filter 105 and the exhaust gas outlet 106 are connected to an exhaust gas outlet valve 107, a carbon dioxide outlet valve 108, a water condenser 109, a carbon dioxide outlet 110, 112) and an absorbent discharge unit (113).

상기 배가스(스팀) 주입구(101)는 상기 하우징(100a)의 하단에 형성된다. 여기서, 상기 배가스(스팀) 주입구(101)를 통해 흡수반응 때는 배가스가, 재생반응 때는 스팀이 상기 반응기(100)의 내부로 주입된다.The exhaust gas inlet (101) is formed at the lower end of the housing (100a). Here, exhaust gas is injected into the reactor 100 through the exhaust gas inlet 101, and steam is injected into the reactor 100 during a regeneration reaction.

상기 분산판(102)은 상기 하우징(100a)의 하면에 형성되며, 상기 배가스(스팀) 주입구(101)를 통해 주입된 배가스나 스팀을 상기 하우징(100a)의 상부로 분사시키는 역할을 한다. 이때 주입속도는 기포화, 슬러깅화, 난류화 속도로 주입되어 흡수제를 난류화 및 기포화 시킴으로써 흡수반응 혹은 재생반응을 촉진하는 역할을 한다.The dispersion plate 102 is formed on the lower surface of the housing 100a and injects the steam or steam injected through the steam inlet 101 into the upper portion of the housing 100a. At this time, the injection rate is injected at the rate of bubbling, sludging, and turbulence, and serves to promote the absorption or regeneration reaction by turbulating and bubbling the absorbent.

상기 냉각 유닛(103)은 상기 하우징(100a)의 내부에 위치하며, 상기 흡수제 난류화 영역 아랫부분 혹은 상기 배가스 배출영역 중간부분까지 설치된다. 상기 냉각 유닛(103)은 알칼리금속 계열의 흡수제를 사용할 경우 아래 [화학식3], [화학식4]와 같은 흡수제의 흡수반응 시 일어나는 발열반응에 의한 반응기의 온도상승을 흡수반응에 적절한 온도로 냉각시키는 역할을 한다.The cooling unit 103 is located inside the housing 100a and is installed to a lower portion of the absorbent turbulence region or an intermediate portion of the exhaust gas discharge region. When the alkali metal-based absorbent is used, the cooling unit 103 cools the temperature rise of the reactor due to the exothermic reaction occurring in the absorption reaction of the absorbent such as the following Chemical Formula 3 and Chemical Formula 4 to a temperature suitable for the absorption reaction It plays a role.

[화학식 3](3)

Figure 112014091315514-pat00001
Figure 112014091315514-pat00001

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112014091315514-pat00002
Figure 112014091315514-pat00002

여기서, 고체아민 흡수제(30% MEA)의 경우 [화학식5]와 같은 흡수반응을 일으키며, 알칼리 흡수제에 비해 비교적 낮은 발열반응이 일어난다.Here, in the case of a solid amine absorbent (30% MEA), an absorption reaction similar to that of the general formula (5) occurs and a relatively low exothermic reaction occurs compared with the alkali absorbent.

Figure 112014091315514-pat00003
Figure 112014091315514-pat00003

또한, 상기 냉각 유닛(103)은 수랭식, 공랭식 또는 가스 냉각식으로 [화학식3] 내지 [화학식5]에 의한 발열반응에 의한 반응기를 냉각할 수 있으나, 본 발명에서 그 방법을 한정하는 것은 아니다. 이와 같이, 상기 냉각 유닛(103)이 반응기내의 온도를 흡수제의 반응온도로 냉각시킴으로써 이산화탄소 포집률을 향상시킬 수 있다.The cooling unit 103 can cool the reactor by the exothermic reaction of the formulas (3) to (5) by a water-cooling type, an air-cooling type or a gas cooling type, but the present invention is not limited thereto. As described above, the cooling unit 103 can cool the temperature in the reactor to the reaction temperature of the absorbent to improve the carbon dioxide capture ratio.

이와 더불어 상기 냉각 유닛(103)은 흡수제 재생반응 이후 흡수제의 냉각 운전모드에서도 사용된다.In addition, the cooling unit 103 is also used in the cooling operation mode of the absorbent after the absorbent regeneration reaction.

상기 메쉬 플레이트(104)는 상기 하우징(100a) 내 상면에 부착되며, 흡수 반응 및 재생 반응 시 일어날 수 있는 흡수제의 비산 유출을 방지할 수 있는 규격으로 설계된다. 예를 들면 흡수제 최소 크기가 50㎛ 라면 약 270 메쉬 이하의 플레이트를 설치할 수 있다.The mesh plate 104 is attached to the upper surface of the housing 100a and designed to prevent the scattering of the absorbent that may occur during the absorption reaction and the regeneration reaction. For example, if the minimum size of the absorbent is 50 탆, a plate of about 270 mesh or less can be provided.

상기 필터(105)는 상기 하우징(100a) 상단에 형성되며, 상기 배가스 배출구(106)로 배가스가 배출되기 전에 배가스 중에 메쉬 플레이트(104)를 거쳐 비산되어 나오는 미세 흡수제 분말을 제거하는 역할을 한다.The filter 105 is formed at the upper end of the housing 100a and serves to remove the fine absorbent powder scattered through the mesh plate 104 in the exhaust gas before the exhaust gas is discharged to the exhaust gas outlet 106. [

상기 배가스 배출구(106)는 상기 반응기(100)의 최상단에 형성되며, 흡수 반응 시 배가스 중의 이산화탄소가 제거된 배가스가 배출된다. 이와 같은 이산화탄소 흡수 반응 과정에서는 배가스 배출 밸브(107)는 열린 상태로, 이산화탄소 배출 밸브(108)는 닫힌 상태에서 운전이 이루어진다.The exhaust gas outlet 106 is formed at the upper end of the reactor 100, and the exhaust gas from which the carbon dioxide in the exhaust gas is removed during the absorption reaction is discharged. In the carbon dioxide absorption reaction process, the exhaust gas discharge valve 107 is opened and the carbon dioxide discharge valve 108 is closed.

상기 수분 응축기(109)는 상기 반응기(100)의 상부에 형성되며, 재생 반응 시 사용된 스팀 및 재생 반응 시 나오는 수분을 응축하여 수분을 제거함으로써 고순도의 이산화탄소를 분리하는 역할을 한다. 이와 같은 이산화탄소 재생 반응 과정에서는 배가스 배출 밸브(107)는 닫힌 상태로, 이산화탄소 배출 밸브(108)는 열린 상태에서 운전이 이루어진다.The water condenser 109 is formed on the upper part of the reactor 100 to condense the steam used during the regeneration reaction and the moisture generated during the regeneration reaction to remove moisture to separate the high purity carbon dioxide. In the carbon dioxide regeneration process, the flue gas discharge valve 107 is closed and the carbon dioxide discharge valve 108 is opened.

상기 이산화탄소 배출구(110)는 상기 수분 응축기(109) 상부에 형성되며, 수분 응축기에서 수분이 제거된 고순도의 이산화탄소를 배출하는 역할을 한다.The carbon dioxide outlet 110 is formed on the water condenser 109 to discharge high-purity carbon dioxide from which water has been removed from the water condenser.

상기 응축수 배출구(111)은 상기 수분 응축기(109) 하부에 형성되며, 응축수 배출 밸브(111a)를 통해 응축기(109)에서 제거된 수분을 배출하는 역할을 한다.The condensed water outlet 111 is formed below the water condenser 109 and serves to discharge moisture removed from the condenser 109 through a condensate discharge valve 111a.

상기 흡수제 주입 유닛(112)은 상기 하우징(100a)의 좌측 혹은 우측 상부에 형성되며, 슬라이드 게이트나 컨트롤 밸브를 설치하여 흡수반응에 필요한 흡수제 주입 및 흡수제 보충량을 조절하는 역할을 한다.The absorbent injection unit 112 is formed on the left side or the upper right side of the housing 100a and is provided with a slide gate or a control valve to adjust the absorbent injection amount and absorbent replenishment amount necessary for the absorption reaction.

상기 흡수제 배출 유닛(113)는 상기 반응기(100)의 하부에서 배가스 주입구(101)의 일측에 연결되어 형성되며, 슬라이드 게이트나 컨트롤 밸브를 설치하여 흡수제배출 및 분석을 위한 시료채취 등의 역할을 한다.The absorbent discharge unit 113 is connected to one side of the flue gas inlet 101 at a lower portion of the reactor 100 and has a slide gate or a control valve to collect a sample for absorbent discharge and analysis .

상기와 같은 구성을 갖는 이산화탄소 포집 반응기에서 이산화탄소를 포집하는 공정 및 재생하는 일련의 방법을 도 2를 참조하면 다음과 같다.A process of collecting carbon dioxide in a carbon dioxide capture reactor having the above-described configuration and a series of processes for regenerating carbon dioxide will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 방법을 도시한 순서도 이다.2 is a flowchart illustrating a carbon dioxide capture method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 이산화탄소 포집 방법은 흡수 반응(S1), 재생 반응(S2), 냉각 반응(S3) 및 대기 상태(S4)를 포함한다.The carbon dioxide capture method according to an embodiment of the present invention includes an absorption reaction (S1), a regeneration reaction (S2), a cooling reaction (S3), and a standby state (S4).

우선, 흡수 반응(S1)에서는 반응기(100)에 일정량의 건식 이산화탄소 흡수제가 충진되고, 이산화탄소가 함유된 배가스가 배가스 주입구(101)를 거쳐 분산판(102)을 통해 난류화 속도로 분사되면, 흡수제가 반응기 전 영역에서 난류화 되면서 [화학식3] 내지 [화학식5]와 같은 흡수반응을 일으켜 배가스 중의 이산화탄소를 포집한다. 이때 흡수 반응 시의 발열 반응을 제어하기 위해 냉각 유닛(103)에는 냉각 매체가 흘러 포집 반응기(100) 내부를 냉각시킨다. First, in the absorption reaction (S1), the reactor 100 is filled with a certain amount of the dry carbon dioxide absorbent, and when the flue gas containing carbon dioxide is injected at the turbulent flow rate through the dispersing plate 102 through the flue gas inlet 101, Absorbs the carbon dioxide in the exhaust gas as shown in [Formula 3] to [Formula 5] while being turbulent in the entire region of the reactor. At this time, in order to control the exothermic reaction in the absorption reaction, a cooling medium flows in the cooling unit 103 to cool the inside of the collection reactor 100.

이후, 이산화탄소가 제거된 배가스는 필터(105)에서 미세 비산 흡수제가 제거된 후 배가스 배출구(106)를 통해 배출된다. 이와 같은 흡수공정에서는 이산화탄소 배출 밸브(108)는 닫힌 상태가 된다. Thereafter, the exhaust gas from which the carbon dioxide has been removed is discharged through the exhaust gas outlet 106 after the fine dispersing agent is removed from the filter 105. In this absorption process, the carbon dioxide discharge valve 108 is closed.

보통 배가스 중에는 물(H2O)의 농도가 약 10%, 이산화탄소의 농도가 12~14% 정도이므로, 기존의 K계(K2CO3) 흡수제를 사용하는 공정에서는 추가로 공급해주는 물(H2O)의 주입량에 의해 흡수제가 응집하지 않는 온도(70도)에서 운전하는 것이 바람직하다. 이때, 배가스 중의 물(H2O)은 이 반응기전에서 매우 중요한 변수로 작용한다. 즉 이산화탄소 흡수제는 당량 대 당량의 반응기전 때문에 추가로 물을 공급해 주는 조습 공정이 없을 시 이론상의 이산화탄소 제거율은 100%가 될 수 없으나, 본 발명에서 제안하는 적용 방법은 추가로 수분을 공급하는 조습 공정 대신에 흡수 온도를 60? 이하로 낮추고, 난류화를 통한 기-고 접촉면적과 접촉시간을 높임으로서 일정수준의 이산화탄소 제거율 향상을 기대할 수 있다. 이로 인해 기존의 대형 플랜트에 적용하고자 하는 고속 유동층 공정과 같이 이산화탄소 제거율을 높이기 위해 따로 수분을 보충해주는 공정을 생략할 수 있다. 그러나 조업 공정상 필요한 경우 수분을 공급해 주는 조습 공정을 배가스 주입구(101)부분에 추가함으로써 이산화탄소의 제거율을 높일 수도 있다. 그 외에 본 장치를 원활하게 운영할 수 있는 기계식, 전기식, 제어식 밸브 등 부속설비를 추가할 수 있다.Usually because during the off-gas the concentration of water (H 2 O) of about 10%, the concentration of the carbon dioxide 12 ~ 14%, the old K series (K 2 CO 3) Water (H that supplies further the process of using a sorbent 2 O) at a temperature (70 degrees) at which the absorbent does not aggregate. At this time, water (H 2 O) in the flue gas acts as a very important parameter in this reaction mechanism. That is, since the carbon dioxide absorbent is equivalent to the equivalent amount of the reaction mechanism, theoretically the carbon dioxide removal rate can not be 100% when there is no humidity control step for supplying additional water. However, in the application method proposed in the present invention, Instead, the absorption temperature is 60? And it is possible to expect a certain level of carbon dioxide removal rate improvement by increasing the contact area and the contact time through the turbulence. As a result, it is possible to omit the process of supplementing water to increase the carbon dioxide removal rate as in the high-speed fluidized bed process to be applied to the existing large-scale plant. However, if necessary, a moisture conditioning process for supplying moisture may be added to the portion of the exhaust gas inlet 101 to increase the removal rate of carbon dioxide. In addition, additional facilities such as mechanical, electric, and control valves can be added to smoothly operate the device.

이후, 재생 반응(S2)에서는 상기 반응기(100)에서 흡수 반응이 완료되면 재생 모드로 전환되어 배가스 주입구(101)를 통해 스팀이 주입되고, 분산판(102)을 통해 유동화 속도 이하로 분사되면서 흡수제가 반응기 내에서 기포화(bubbling) 되면서 다음의 [화학식6] 내지 [화학식8]과 같은 재생반응을 일으켜 흡수제와 이산화탄소가 분리된다. 여기서, 흡수제를 재생시킨 스팀과 분리된 이산화탄소는 필터(105)에서 미세 비산흡수제가 제거된 후 스팀과 재생반응에서 나온 물은 수분 응축기(109)에서 응축수로 응축된 후 응축수 배출구(111)를 통해 배출되고, 고순도의 이산화탄소는 이산화탄소 배출구(110)를 통해 배출된다. 배출되는 고순도의 이산화탄소는 재활용을 위해 압축 저장되거나 혹은 직접 이용처로 운반될 수 있다. 이와 같은 재생공정에서는 배가스 배출밸브(107)는 닫힌 상태가 된다.Thereafter, in the regeneration reaction (S2), when the absorption reaction is completed in the reactor (100), the regeneration mode is switched to inject the steam through the exhaust gas inlet (101) Is bubbled in the reactor to cause a regeneration reaction such as the following formulas (6) to (8) to separate the absorbent and carbon dioxide. Here, the carbon dioxide separated from the steam recovered from the absorbent is condensed into condensed water in the water condenser 109 after the fine dispersing agent is removed from the filter 105, and then discharged through the condensate water outlet 111 And the high-purity carbon dioxide is discharged through the carbon dioxide exhaust port 110. [ The high-purity carbon dioxide emitted can be either stored for recycling or transported directly to the user. In this regeneration step, the exhaust gas discharge valve 107 is closed.

[화학식 6][Chemical Formula 6]

Figure 112014091315514-pat00004
Figure 112014091315514-pat00004

[화학식 7](7)

Figure 112014091315514-pat00005
Figure 112014091315514-pat00005

[화학식 8][Chemical Formula 8]

Figure 112014091315514-pat00006
Figure 112014091315514-pat00006

이산화탄소 흡수제는 활성물질인 탄산칼륨(K2CO-)이나 탄산나트륨 (Na2CO3)이 배기가스중의 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)와 반응하여 탄산수소칼륨(KHCO3)이나 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 되며, 이론적으로 반응온도가 낮을수록 이산화탄소 흡수반응에 유리하다. 이 두 흡수제를 비교할 경우 탄산나트륨의 반응열이 낮고 이산화탄소 흡수능이 높아 경제성이 높다고 할 수 있다. 고체아민 흡수제의 경우 반응열이 더욱 낮아 재생에너지를 감소시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다. 그러나 탄산칼슘(K2CO3) 흡수제의 경우, 본 발명에서 제시하는 스팀을 이용한 직접가열 방식의 재생과정에서 생성되는 sesquihydrate(K2CO3 1.5H2O)가 반응열이 매우 낮다는 것을 활용한다면, 기존의 흡수제기술로도 재생에너지를 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.Carbon dioxide absorbent is potassium carbonate (K 2 CO-) of the active substance and sodium carbonate (Na 2 CO 3) water in the exhaust gas (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2), and potassium carbonate to reaction (KHCO 3) or Sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ). Theoretically, the lower the reaction temperature, the more favorable the carbon dioxide absorption reaction. Compared with these two absorbents, the reaction temperature of sodium carbonate is low and the absorption ability of carbon dioxide is high, which is economical. In the case of solid amine sorbents, the reaction heat may be lower, which may have the advantage of reducing the renewable energy. However, in the case of the calcium carbonate (K 2 CO 3 ) absorbent, it is possible to utilize that the sesquihydrate (K 2 CO 3 1.5H 2 O) generated in the regeneration process of the direct heating method using steam, , The existing absorbent technology can greatly reduce the renewable energy.

이후, 냉각 반응(S3)에서는 반응기(100)에서 재생이 완료되면 냉각 유닛(103)을 통해 냉각매체가 주입되면서 흡수제가 흡수온도에 적합한 온도인 60도 이하로 냉각된다. 이때 냉각효율을 높이기 위해 배가스 주입구(101)를 통해 고순도 질소 등을 주입 및 분사시켜 기포화(bubbling)하는 공정을 추가할 수 있다. In the cooling reaction (S3), when the regeneration is completed in the reactor (100), the cooling medium is injected through the cooling unit (103) and the absorbent is cooled to a temperature of 60 deg. At this time, in order to increase the cooling efficiency, it is possible to add a process of bubbling by injecting and injecting high purity nitrogen or the like through the exhaust gas inlet 101.

이후, 냉각이 완료되면 반응기(100)는 대기 상태(S4)에 돌입한다.
Thereafter, when the cooling is completed, the reactor 100 enters the standby state S4.

이상에서 설명한 것과 같이 하나의 반응기(100)에서의 운전모드 전환과정을 반복함으로써 이산화탄소 포집 반응기의 연속운전이 가능하다. As described above, continuous operation of the carbon dioxide capture reactor is possible by repeating the operation mode switching process in one reactor (100).

또한, 본 발명에서는 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 포집 반응기는 번들로 배치되어 이산화탄소 포집 장치를 형성한다. Also, in the present invention, as shown in FIGS. 3 to 4, the carbon dioxide capture reactors are bundled to form a carbon dioxide capture device.

도 3은 설치공간의 여유가 있을 경우 반응기(201, 202, 203, 204)들의 1열 배치로 형성된 이산화탄소 포집 장치(200)를 도시한 것이고, 도 4는 공간 활용을 위해 반응기(211, 212, 213, 214)들의 2열 배치로 형성된 이산화탄소 포집 장치(210)를 도시한 것이다. 또한, 도시하지는 않았지만 이산화탄소 처리용량이 커질 경우 이와 같은 배치를 위쪽으로 2단 이상 설치함으로써 용량을 증가시킬 수 있다.FIG. 3 shows a carbon dioxide collecting apparatus 200 formed by arranging one row of reactors 201, 202, 203 and 204 when there is a space of a space for installation. FIG. 213, and 214, respectively, of the carbon dioxide collecting device 210 shown in FIG. In addition, although not shown, when the carbon dioxide treatment capacity is large, the capacity can be increased by providing two or more such arrangements upward.

도 5는 도 3의 이산화탄소 포집 반응기(201, 202, 203, 204)들에서의 반응 순서를 도시한 것이다.FIG. 5 shows the sequence of reactions in the carbon dioxide capture reactors 201, 202, 203, 204 of FIG.

도 5를 참조하면, 이산화탄소 포집 반응기(201, 202, 203, 204) 각각은 상술한 바와 같이 흡수 반응 -> 재생 반응 -> 냉각 반응 -> 대기 상태로 변하는 일련의 반응을 수행한다. 물론, 대기 상태 후 다시 흡수 반응을 수행하여 일련의 반응을 반복된다. Referring to FIG. 5, each of the carbon dioxide capture reactors 201, 202, 203, and 204 performs a series of reactions that are changed into an absorption reaction-> regeneration reaction-> cooling reaction-> standby state as described above. Of course, the absorption reaction is performed again after the atmospheric state to repeat a series of reactions.

이를 상세히 설명하면, 제 1 이산화탄소 포집 반응기(201)에서 흡수 반응을 수행할 시, 제 2 이산화탄소 포집 반응기(202)에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기(203)에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기(204)에서는 대기 상태를 수행한다.More specifically, when the absorption reaction is performed in the first carbon dioxide capture reactor 201, a regeneration reaction is performed in the second carbon dioxide capture reactor 202, and a cooling reaction is performed in the third carbon dioxide capture reactor 203 And the fourth carbon dioxide capture reactor 204 performs a standby state.

또한, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기(201)에서 흡수 반응 종료 후 재생 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기(202)에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기(203)에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기(204)에서는 흡수 반응을 수행한다.When the regeneration reaction is carried out after completion of the absorption reaction in the first carbon dioxide capture reactor 201, the second carbon dioxide capture reactor 202 performs a cooling reaction and the third carbon dioxide capture reactor 203 And the fourth carbon dioxide capture reactor 204 performs an absorption reaction.

또한, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기(201)에서 재생 반응 종료 후 냉각 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기(202)에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기(203)에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기(204)에서는 재생 반응을 수행한다.When the cooling reaction is completed after the regeneration reaction is completed in the first carbon dioxide capture reactor 201, the second carbon dioxide capture reactor 202 performs a standby state, and the third carbon dioxide capture reactor 203 absorbs And the fourth carbon dioxide capture reactor 204 performs a regeneration reaction.

또한, 상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기(201)에서 냉각 반응 종료 후 대기 상태를 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기(202)에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기(203)에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기(204)에서는 냉각 반응을 수행한다.In addition, when the first carbon dioxide capture reactor 201 performs a standby state after completion of the cooling reaction, the second carbon dioxide capture reactor 202 performs an absorption reaction, and in the third carbon dioxide capture reactor 203, And the fourth carbon dioxide capture reactor 204 performs a cooling reaction.

여기서, 각 반응기의 이와 같은 순차적인 역할은 시간이나 흡수반응에 따른 흡수제의 이산화탄소 포집량(시간)을 변수로 하여 정해 질 수 있다.
Here, such a sequential role of each reactor can be determined by taking time or absorbing amount of carbon dioxide (time) of the absorbent as a variable.

본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정/변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. will be.

100 : 이산화탄소 포집 반응기 101 : 배가스(스팀) 주입구
102 : 분산판 103 : 냉각 유닛
104 : 메쉬 플레이트 105 : 필터
106 : 배가스 배출구 107 : 배가스 배출 밸브
108 : 이산화탄소 배출 밸브 109 : 수분 응축기
110 : 이산화탄소 배출구 111 : 응축수 배출구
112 : 흡수제 주입 유닛 113 : 흡수제 배출 유닛
200, 210 : 이산화탄소 포집 장치
100: Carbon dioxide capture reactor 101: Flue gas (steam) inlet
102: Dispersion plate 103: Cooling unit
104: mesh plate 105: filter
106: Flue gas outlet 107: Flue gas outlet valve
108: CO 2 exhaust valve 109: water condenser
110: Carbon dioxide outlet 111: Condensate outlet
112: absorbent injection unit 113: absorbent discharge unit
200, 210: CO2 capture device

Claims (17)

하우징,
상기 하우징의 하단에 설치된 배가스 주입구,
상기 하우징의 상단에 설치된 배가스 배출구,
상기 배가스 배출구에 연결된 이산화탄소 배출구,
상기 하우징의 상단에서 상기 배가스 배출구와 이격되어 설치된 흡수제 주입유닛 및
상기 하우징 내부에 설치된 냉각 유닛을 포함하고,
흡수 반응, 재생 반응, 냉각 반응 및 대기 상태를 순차적으로 수행하는 이산화탄소 포집 반응기;
상기 이산화탄소 포집 반응기가 4개로 구성되고,
상기 4개의 이산화탄소 포집 반응기는 제 1 이산화탄소 포집 반응기, 제 2 이산화탄소 포집 반응기, 제 3 이산화탄소 포집 반응기 및 제 4 이산화탄소 포집반응기로 구성되고,
상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 흡수 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하며,
상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 재생 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하며,
상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 냉각 반응을 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 대기 상태를 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하며,
상기 제 1 이산화탄소 포집 반응기에서 대기 상태를 수행할 시, 상기 제 2 이산화탄소 포집 반응기에서는 흡수 반응을 수행하고, 상기 제 3 이산화탄소 포집 반응기에서는 재생 반응을 수행하고, 상기 제 4 이산화탄소 포집 반응기에서는 냉각 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
housing,
An exhaust gas inlet provided at the lower end of the housing,
An exhaust gas outlet provided at an upper end of the housing,
A carbon dioxide outlet connected to the exhaust gas outlet,
An absorber injecting unit disposed at an upper end of the housing and spaced apart from the exhaust gas outlet,
And a cooling unit provided inside the housing,
A carbon dioxide capture reactor that sequentially performs an absorption reaction, a regeneration reaction, a cooling reaction, and an atmospheric state;
The carbon dioxide capture reactor is composed of four,
The four carbon dioxide capture reactors are composed of a first carbon dioxide capture reactor, a second carbon dioxide capture reactor, a third carbon dioxide capture reactor, and a fourth carbon dioxide capture reactor,
Wherein the second carbon dioxide capture reactor performs a regeneration reaction when the absorption reaction is performed in the first carbon dioxide capture reactor, the cooling reaction is performed in the third carbon dioxide capture reactor, Lt; / RTI &
The second carbon dioxide capture reactor performs a cooling reaction, the third carbon dioxide capture reactor performs a standby state, and the fourth carbon dioxide capture reactor performs an absorption reaction. Lt; / RTI &
In the first carbon dioxide capture reactor, the second carbon dioxide capture reactor performs a standby state, the third carbon dioxide capture reactor performs an absorption reaction, and the fourth carbon dioxide capture reactor performs a regeneration reaction. Lt; / RTI &
In the first carbon dioxide capture reactor, an absorption reaction is performed in the second carbon dioxide capture reactor, a regeneration reaction is performed in the third carbon dioxide capture reactor, and a cooling reaction is performed in the fourth carbon dioxide capture reactor Wherein the carbon dioxide trapping device is configured to perform the carbon dioxide capture device.
제 1항에 있어서,
상기 하우징의 하단에 설치된 흡수제 배출 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
The method according to claim 1,
And an absorber discharging unit installed at a lower end of the housing.
제 2항에 있어서,
상기 흡수제 배출 유닛은 상기 배가스 주입구의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the absorbent discharge unit is installed at one side of the flue gas inlet.
제 1항에 있어서,
상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구 각각에는 밸브가 설치되어, 상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구를 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a valve is provided in each of the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port to selectively open and close the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port.
제 1항에 있어서,
상기 하우징의 하단에는 상기 배가스 주입구에 인접하게 분산판이 설치된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
The method according to claim 1,
And a dispersion plate is installed at a lower end of the housing adjacent to the exhaust gas inlet.
제 1항에 있어서,
상기 배가스 배출구 및 상기 이산화탄소 배출구의 입구 영역에는 메쉬 플레이트가 설치된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
The method according to claim 1,
And a mesh plate is installed in an inlet region of the exhaust gas outlet and the carbon dioxide outlet.
제 6항에 있어서,
상기 이산화탄소 배출구에서, 상기 메쉬 플레이트의 후단에는 필터가 더 설치된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
The method according to claim 6,
Wherein a filter is further provided at a rear end of the mesh plate at the carbon dioxide outlet.
제 4항에 있어서,
상기 이산화탄소 배출구에는 응축기 및 응축수 배출구가 설치된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the carbon dioxide outlet is provided with a condenser and a condensed water outlet.
삭제delete 삭제delete 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 이산화탄소 포집 장치를 이용한 이산화탄소 포집 방법에 있어서,
상기 하우징에 배가스 및 흡수제를 주입하는 단계(A);
상기 배가스 내 이산화탄소를 흡수하는 단계(B);
이산화탄소를 함유한 상기 흡수제를 재생하는 단계(C);
재생된 상기 흡수제를 냉각하는 단계(D); 및
대기하는 단계(E)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
9. A carbon dioxide capture method using the carbon dioxide capture device according to any one of claims 1 to 8,
(A) injecting an exhaust gas and an absorbent into the housing;
(B) absorbing carbon dioxide in the flue gas;
(C) regenerating the absorbent containing carbon dioxide;
(D) cooling the regenerated absorbent; And
(E). ≪ / RTI >
제 11항에 있어서,
상기 (A)단계에서, 상기 배가스는 난류화 속도로 주입되어, 상기 하우징 내에서 난류화(turbulence) 상태가 유지되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
12. The method of claim 11,
In the step (A), the exhaust gas is injected at a turbulent rate so that a turbulence state is maintained in the housing.
제 11항에 있어서,
상기 (A)단계에서, 상기 배가스 배출구 및 이산화탄소 배출구는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
12. The method of claim 11,
In the step (A), the exhaust gas outlet and the carbon dioxide exhaust port are closed.
제 13항에 있어서,
상기 (B)단계에서는 상기 배가스 배출구는 개방되고 상기 이산화탄소 배출구는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
14. The method of claim 13,
Wherein the flue gas outlet is opened and the carbon dioxide outlet is closed in the step (B).
제 14항에 있어서,
상기 (C)단계에서는 상기 배가스 배출구는 폐쇄되고 상기 이산화탄소 배출구는 개방되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
15. The method of claim 14,
Wherein the exhaust gas outlet is closed and the carbon dioxide outlet is opened in the step (C).
제 15항에 있어서,
상기 (C)단계에서는 상기 배가스 주입구를 통해 스팀이 주입되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
16. The method of claim 15,
Wherein the steam is injected through the exhaust gas inlet in the step (C).
제 11항에 있어서,
상기 (D)단계에서는 상기 냉각 유닛을 통해 냉각 매체가 주입되어 상기 흡수제가 냉각되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the cooling medium is injected through the cooling unit to cool the absorbent in the step (D).
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