KR101745659B1 - 이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 - Google Patents

이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이산화탄소 제거 장치는 유입 가스를 희석시켜 이산화탄소의 농도가 저하된 전처리 가스를 생성하는 혼합부; 상기 혼합부에서 배출된 전처리 가스를 흡수제에 접촉시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 흡수부; 및 상기 흡수부로부터 배출된 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 재생부;를 포함하며, 상기 제1 배출가스의 일부가 혼합부로 유입되는 것을 특징으로 한다.

Description

이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법{APPARATUS FOR REMOVING CARBON DIOXIDE AND THE METHOD FOR REMOVING CARBON DIOXIDE BY USING THE SAME}
본 발명은 이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법에 관한 것이다.
최근 지구온난화의 원인 물질인 온실가스의 배출을 억제하는 방법에 대한 국제적인 관심이 커지고 있다. 특히 온실가스 중 산성가스인 이산화탄소의 배출을 줄이기 위하여 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있다.
산성가스인 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 연구되고 있다. 이산화탄소를 포집 또는 제거하기 위한 화학적 흡수방법은 기술적 신뢰성이 확보된 기술이지만, 유입되는 가스의 이산화탄소의 농도가 높은 경우 이산화탄소를 흡수, 제거하는 흡수부의 설계가 용이하지 않은 문제점이 있다. 구체적으로, 유입 가스의 이산화탄소 농도가 높은 경우에는 흡수제의 비율이 높아지고, 일정 수준 이상의 이산화탄소 농도를 초과하는 경우에는 흡수부를 설계할 수 없는 문제점이 있다. 또한, 이 경우 이산화탄소 흡수 효율도 저하된다.
따라서, 유입 가스의 이산화탄소 농도의 조절이 가능한 이산화탄소 제거 장치의 개발이 필요한 실정이다.
이와 관련한 선행기술은 한국공개특허 제1991-0018075호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 유입 가스의 이산화탄소 농도를 조절하여 설계 및 제작이 용이한 이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 유입가스의 이산화탄소 농도를 조절하여, 이산화탄소 제거 효율이 높은 이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 이산화탄소 제거 장치에 관한 것이다.
일 구체예에서, 이산화탄소 제거 장치는 유입 가스를 희석시켜 이산화탄소의 농도가 저하된 전처리 가스를 생성하는 혼합부; 상기 혼합부에서 배출된 전처리 가스를 흡수제에 접촉시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 흡수부; 및 상기 흡수부로부터 배출된 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 재생부;를 포함하며, 상기 제1 배출가스에서 분기된 일부가 혼합부로 유입되는 것을 특징으로 한다.
다른 구체예에서, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 제1 배출가스에서 분기된 일부를 압축하는 압축기를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 유입 가스의 이산화탄소 농도(CCO2)를 측정하는 측정기, 상기 혼합부로 유입되는 상기 제1 배출가스의 양을 조절하는 제1 밸브 및 상기 혼합부로 유입되는 상기 유입 가스의 양을 조절하는 제2 밸브 중 하나 이상, 및 상기 혼합부에 유입되는, 상기 제1 배출가스 및 상기 유입 가스의 양을 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 밸브 및 제2 밸브 중 하나 이상을 제어하여 혼합부로 유입되는 제1 배출가스의 양과 유입 가스의 양을 조절하는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure 112015117649165-pat00001
(상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 흡수부에서 배출되는 상기 리치 흡수제와 상기 재생부에서 배출되는 상기 재생 흡수제가 열을 교환하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 흡수부에서 배출된 상기 리치 흡수제를 상기 재생부로 유입시키는 제1 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 재생부에서 배출되는 상기 재생 흡수제를 상기 흡수부로 유입시키는 제2 펌프, 및 상기 재생 흡수제의 온도를 30 ℃ 내지 50 ℃로 냉각하는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 재생부에서 배출되는 상기 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 응축시키는 응축기, 및 상기 응축된 제2 배출가스로부터 응축수를 분리하여 상기 재생부로 공급하는 기액분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 제1 배출가스에서 분기된 일부 혼합부로 유입시키는 송풍기를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 재생부에 에너지를 공급하는 보일러를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 이산화탄소 제거 방법에 관한 것이다.
일 구체예에서, 이산화탄소 제거 방법은 제1 배출가스에서 분기된 일부를 유입 가스와 혼합하여 전처리 가스의 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계; 상기 전처리 가스의 이산화탄소를 흡수제에 결합시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 단계; 및 상기 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제, 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 단계;를 포함하는 상기 이산화탄소 제거 장치를 이용한 이산화탄소 제거 방법일 수 있다.
상기 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계는, 하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 배출가스의 양과 상기 유입 가스의 양을 조절하여 혼합하는 것을 포함할 수 있다.
[식 1]
Figure 112015117649165-pat00002
(상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).
본 발명은 유입 가스의 이산화탄소 농도를 조절하여 설계 및 제작이 용이하고, 이산화탄소 제거 효율이 높은 이산화탄소 제거 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 제거 방법을 제공하는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 구체예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 구체예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 각 장치의 구성요소를 명확하게 표현하기 위하여 상기 구성요소의 폭이나 두께 등의 크기를 다소 확대하여 나타내었다. 또한, 설명의 편의를 위하여 구성요소의 일부만을 도시하기도 하였으나, 당업자라면 구성요소의 나머지 부분에 대하여도 용이하게 파악할 수 있을 것이다. 전체적으로 도면 설명 시 관찰자 시점에서 설명하였고, 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 이는 상기 일 요소가 다른 요소 위 또는 아래에 바로 위치하거나 또는 그들 요소들 사이에 추가적인 요소가 개재될 수 있다는 의미를 모두 포함한다. 또한, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원의 사상을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그리고, 복수의 도면들 상에서 동일 부호는 실질적으로 서로 동일한 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 "제1 배출가스에서 분기된 일부"와 "분기된 제1 배출가스"는 흡수부로부터 배출되는 제1 배출가스 중 혼합부로 유입되는 제1 배출가스의 일부를 의미한다.
본 발명의 하나의 관점은 이산화탄소 제거 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 일 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1을 참고하면, 일 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치(10)는 유입 가스(101)를 희석시켜 이산화탄소의 농도가 저하된 전처리 가스를 생성하는 혼합부(150), 혼합부(150)에서 배출된 전처리 가스(102)를 흡수제에 접촉시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스(103) 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제(201)를 형성하는 흡수부(100), 및 흡수부(100)로부터 배출된 리치 흡수제(201)에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제(503) 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스(502)를 형성하는 재생부(500)를 포함하며, 상기 제1 배출가스에서 분기된 일부(105)가 혼합부(150)로 유입되는 것을 특징으로 한다.
혼합부(150)는 제1 배출가스(103)에서 분기된 제1 배출가스의 일부(105)와 유입 가스(101)를 혼합하여 전처리 가스(102)를 형성시킨다.
흡수부(100)로 유입되는 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도가 높을 경우, 흡수부(100)의 설계가 용이하지 않거나, 흡수부 설계 자체가 불가능한 문제점이 있다. 또한, 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도가 높을 경우 이산화탄소 제거 효율이 저하되는 문제점이 있다. 본 발명의 혼합부(150)는 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스의 일부(105)를 유입 가스(101)와 혼합하여 흡수부(100)에 유입될 전처리 가스(102)를 형성함으로써, 이산화탄소 농도가 조절된 전처리 가스(102)를 흡수부(100)에 공급하여, 이산화탄소 제거 효율이 우수할 뿐만 아니라, 흡수부(100)의 설계 및 제작이 용이한 장점이 있다.
흡수부(100)는 전처리 가스(102)의 이산화탄소를 흡수제와 결합시킴으로써 전처리 가스(102)의 이산화탄소를 제거한다.
상기 흡수제는 이산화탄소와 결합할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 흡수제는 아민계 화합물, 아미노산계 화합물, 무기염류 용액 및 암모니아수 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이산화탄소 제거 효율 면에서 아민계 화합물을 적용할 수 있고, 구체적으로 모노에탄올 아민을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
흡수부(100)의 온도 및 압력은 이산화탄소와 흡수제의 결합에 적합한 온도 및 압력을 유지하는 것이 이산화탄소 제거 효율을 증가시킬 수 있다. 흡수부(100)의 온도는 흡수제에 따라 달라질 수 있고, 예를 들어 30 ℃ 내지 50 ℃, 구체적으로 35 ℃ 내지 45 ℃로 유지할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 흡수부(100)의 압력은 유입 가스의 압력에 따라 달라질 수 있고, 예를 들어 유입 가스의 압력이 33 atm인 경우, 30 atm 내지 33 atm으로 유지할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
흡수부(100)는 이산화탄소를 결합제와 결합시킨 후, 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스(103), 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제(201)를 배출한다. 상기 배출은 관을 통하여 할 수 있고, 유입되는 곳과 연결될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 이산화탄소 제거 장치(10)는 혼합부(150)을 포함하여 전처리 가스(102)의 이산화탄소 함량을 낮춤으로써, 흡수부(100)로부터 배출되는 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스(103)의 이산화탄소 함량은 약 1 몰% 이하, 구체적으로 약 0.5 몰% 이하, 더욱 구체적으로 약 0 몰%로 이산화탄소 제거 효율이 우수한 장점이 있다. 또한, 이산화탄소 제거 장치(10)는 혼합부(150)를 포함함으로써, 흡수부(100)의 설계 및 제작이 용이한 장점이 있다.
흡수부(100)로부터 배출되는 제1 배출가스(103)은 이산화탄소 제거 장치 외부로 배출(104)될 수 있고, 제1 배출가스(103) 중 일부(105)는 분기되어 혼합부(150)로 유입되어, 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도를 낮출 수 있다.
흡수부(100)로부터 배출되는 리치 흡수제(201)은 재생부(500)로 유입된다.
재생부(500)는 리치 흡수제(201)로부터 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생한다. 재생부(500)는 이산화탄소 분리를 위하여 일정 압력을 유지할 수 있다. 재생부(500)의 압력은 흡수제에 따라 달라질 수 있고, 예를 들어 0.8 atm 내지 1.2 atm, 구체적으로 0.9 atm 내지 1.1 atm일 수 있다. 재생부(500)의 온도는 흡수제에 따라 달라질 수 있고, 예를 들어 100 ℃ 내지 150 ℃, 구체적으로 110 ℃ 내지 140 ℃일 수 있다. 상기의 범위에서 흡수제의 재생효율이 증가하는 장점이 있다.
재생부(500)는 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생한 후, 재생 흡수제(503) 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스(502)를 배출한다.
재생 흡수제(503)은 다시 흡수부(100)로 유입되어 전처리 가스(102)의 이산화탄소와 결합하여 전처리 가스의 이산화탄소를 제거할 수 있다.
리치 흡수제(201)로부터 분리된 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스(502)는 이산화탄소 제거 장치 외부로 배출 될 수 있다. 외부로 배출된 이산화탄소는 포집기를 통해 수집되어 다른 제품의 원료로 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 다른 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 도 2를 참고하여 설명한다. 도 2는 도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 이산화탄소 제거 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2를 참고하면, 이산화탄소 제거 장치(20)는 제1 배출가스의 일부(105)를 압축하는 압축기(110)를 더 포함할 수 있다.
압축기(110)는 흡수부(100)로부터 배출되는 제1 배출가스(103) 중 혼합부로 유입되는 제1 배출가스의 일부(105)를 압축하여 혼합부(150)로 보낸다. 압축기(110)가 제1 배출가스의 일부(105)를 압축하는 정도는 유입가스(101)의 압력에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 20 atm 내지 50 atm, 구체적으로 30 atm 내지 35 atm으로 압축할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 분기된 제1 배출가스(105)는 압축기(110)에서 압축된 후, 혼합부(150)로 유입된다.
혼합부(150)는 상기 압축된 제1 배출가스(106)와 상기 유입 가스(101)를 혼합하여 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도는 혼합부(150)에 유입되는, 상기 압축된 제1 배출가스(106) 및 상기 유입 가스(101)의 양을 제어하는 방법으로 조절할 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 이산화탄소 제거 장치는, 상기 유입전 가스의 이산화탄소 농도(CCO2)를 측정하는 측정기(미도시), 상기 혼합부(150)로 유입되는 상기 제1 배출가스의 양을 조절하는 제1 밸브(미도시) 및 상기 혼합부로 유입되는 상기 유입 가스의 양을 조절하는 제2 밸브(미도시) 중 하나 이상, 및 상기 혼합부에 유입되는, 상기 제1 배출가스 및 상기 유입 가스(101)의 양을 조절하는 제어부(미도시)를 더 포함하고, 상기 제어부는 하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 밸브 및 제2 밸브 중 하나 이상을 제어하여 혼합부로 유입되는 제1 배출가스의 양과 유입 가스의 양을 조절하는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure 112015117649165-pat00003
(상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).
상기 제1 밸브는 용도 및 목적에 따라, 흡수부에서 배출된 제1 배출가스에서 분기된 후, 압축기(110) 전에 형성될 수도 있고, 압축기(110)와 혼합부(150) 사이에 형성될 수도 있다. 또한, 혼합부(150)에 유입되는 제1 배출가스는 용도 및 목적에 따라 압축되지 않을 수도 있고(도 1 참조), 압축기(110)로 압축된 가스일 수도 있다.
상기 이산화탄소 제거 장치(20)는 흡수부(100)에 유입되는 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도(A)를 제1 배출가스 및 상기 유입 가스(101)의 양을 제어하는 방법으로 조절할 수 있다.
전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도는 흡수부(100)의 용량 및 크기에 따라 달리 설정할 수 있고, 이산화탄소 제거 목적 및 용도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 전처리 가스(102)의 이산화탄소 농도는 5.0 몰% 내지 20.0 몰%, 구체적으로 13.0 몰% 내지 17.4 몰%일 수 있다. 상기의 범위에서 이산화탄소 제거 장치의 효율이 최적화 되고, 흡수부의 설계 및 제작이 용이한 장점이 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 흡수부(100)에서 배출되는 리치 흡수제(201)와 재생부(500)에서 배출되는 재생 흡수제(503)가 열을 교환하는 열교환기(300)를 더 포함할 수 있다.
흡수부(100)는 약 30 ℃ 내지 70 ℃에서 작동되고, 재생부(500)는 약 100 ℃ 내지 150 ℃에서 작동되어 흡수부 및 재생부 간에 온도 차이가 있다. 따라서, 흡수부(100)에서 배출되는 리치 흡수제(201)의 온도는 높이고, 재생부(500)에서 배출되는 재생 흡수제(503)는 온도를 낮추는 것이 필요하며, 열교환기(300)에서 높은 온도의 재생 흡수제가 낮은 온도의 리치 흡수제에 열을 전달할 수 있다. 이산화탄소 제거 장치(20)는 열교환기(300)를 포함함으로써, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 흡수부(100)에서 배출된 리치 흡수제(201)를 재생부(500)로 유입시키는 제1 펌프(200)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 펌프(200)는 리치 흡수제(201)가 재생부(500)로 유입될 수 있도록 압력을 제공할 수 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 재생부(500)에서 배출되는 재생 흡수제(503)를 흡수부(100)로 유입시키는 제2 펌프(400), 및 상기 재생 흡수제(503)의 온도를 30 ℃ 내지 70 ℃로 냉각하는 냉각기(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 펌프(400)는 재생 흡수제(503)가 흡수부(100)로 유입될 수 있도록 압력을 제공할 수 있다. 상기 냉각기(600)는 열교환기(300)에서 리치 흡수제(201)로 열을 전달한 재생 흡수제(503)의 남은 열을 흡수부(100)의 온도 수준으로 냉각시킬 수 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 재생부(500)에서 배출되는 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스(502)를 응축시키는 응축기(510), 및 상기 응축된 제2 배출가스로부터 응축수(505)를 분리하여 재생부(500)로 다시 공급하는 기액분리기(520)를 더 포함할 수 있다. 재생부(500)에서 리치 흡수제와 분리된 이산화탄소를 배출하는 과정에서 수증기가 함께 배출될 수 있으며, 응축기(510) 및 기액분리기(520)는 이 수증기를 재사용할 수 있도록 응축된 수증기(응축수)를 재생부로 다시 유입시킬 수 있다. 응축수가 분리된 제2 배출가스(504)는 이산화탄소 제거 장치 외부로 배출될 수 있다. 상기 응축수가 분리된 제2 배출가스(504)는 대부분 이산화탄소 일 수 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 상기 제1 배출가스에서 분기된 일부를 혼합부(150)로 유입시키는 송풍기(blower)(미도시)를 더 포함할 수 있다. 송풍기는 제1 배출가스에서 분기된 일부가 혼합부로 유입될 수 있도록 압력을 제공할 수 있다.
이산화탄소 제거 장치(20)는, 재생부(500)에 에너지를 공급하는 보일러(550)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 보일러의 열에너지는 스팀(540)으로 공급되며, 낮은 온도의 재생부 탑저액(530)이 보일러(550)으로부터 열을 흡수하고, 다시 재생부(500)에 탑저 증기(531)로 유입되어 재생부에 열에너지를 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 이산화탄소 제거 방법에 관한 것이다.
일 구체예에서, 이산화탄소 제거 방법은 제1 배출가스에서 분기된 일부를 유입 가스와 혼합하여 전처리 가스의 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계; 상기 전처리 가스의 이산화탄소를 흡수제에 결합시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 단계; 및 상기 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제, 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 단계;를 포함하는 상기 이산화탄소 제거 장치를 이용한 이산화탄소 제거 방법일 수 있다.
상기 이산화탄소 제거 방법의 구체적인 것은 본 발명의 이산화탄소 제거 장치에 기재된 바와 실질적으로 동일할 수 있다.
다른 구체예에 있어서, 상기 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계는, 하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 배출가스의 양과 상기 유입 가스의 양을 조절하여 혼합하는 것을 포함할 수 있다.
[식 1]
Figure 112015117649165-pat00004
(상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).
이상 본 발명의 구체예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구체예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
100: 흡수부, 101: 유입 가스, 102: 전처리 가스, 103: 제1 배출가스, 104: 외부로 배출되는 제1 배출가스, 105: 분기된 제1 배출가스, 106: 압축된 제1 배출가스, 110: 압축기, 120: 혼합부, 200: 제1 펌프, 201: 리치 흡수제, 300: 열교환기, 400: 제2 펌프, 500: 재생부, 502: 제2 배출가스, 503: 재생 흡수제, 504: 응축수가 분리된 제2 배출가스, 505: 응축수, 510: 응축기, 520: 기액분리기, 530: 재생부 탑저액, 531: 탑저 증기, 540: 스팀, 550: 보일러, 600: 냉각기

Claims (11)

  1. 유입 가스를 희석시켜 이산화탄소의 농도가 저하된 전처리 가스를 생성하는 혼합부;
    상기 혼합부에서 배출된 전처리 가스를 흡수제에 접촉시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 흡수부; 및
    상기 흡수부로부터 배출된 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 재생부;를 포함하며,
    상기 제1 배출가스에서 분기된 일부가 혼합부로 유입되는 이산화탄소 제거 장치이고,
    상기 제1 배출가스에서 분기된 일부를 압축하는 압축기,
    상기 유입 가스의 이산화탄소 농도(CCO2)를 측정하는 측정기,
    상기 혼합부로 유입되는 상기 제1 배출가스의 양을 조절하는 제1 밸브 및 상기 혼합부로 유입되는 상기 유입 가스의 양을 조절하는 제2 밸브 중 하나 이상, 및
    상기 혼합부에 유입되는, 상기 제1 배출가스 및 상기 유입 가스의 양을 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 밸브 및 제2 밸브 중 하나 이상을 제어하여 혼합부로 유입되는 제1 배출가스의 양과 유입 가스의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 장치:
    [식 1]
    Figure 112017008091268-pat00009

    (상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 흡수부에서 배출되는 상기 리치 흡수제와 상기 재생부에서 배출되는 상기 재생 흡수제가 열을 교환하는 열교환기를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 흡수부에서 배출된 상기 리치 흡수제를 상기 재생부로 유입시키는 제1 펌프를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 재생부에서 배출되는 상기 재생 흡수제를 상기 흡수부로 유입시키는 제2 펌프, 및
    상기 재생 흡수제의 온도를 30 ℃ 내지 50 ℃로 냉각하는 냉각기를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 재생부에서 배출되는 상기 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 응축시키는 응축기, 및
    상기 응축된 제2 배출가스로부터 응축수를 분리하여 상기 재생부로 공급하는 기액분리기를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 제1 배출가스에서 분기된 일부를 혼합부로 유입시키는 송풍기를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 이산화탄소 제거 장치는,
    상기 재생부에 에너지를 공급하는 보일러를 더 포함하는 이산화탄소 제거 장치.
  10. 제1 배출가스에서 분기된 일부를 유입 가스와 혼합하여 전처리 가스의 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계;
    상기 전처리 가스의 이산화탄소를 흡수제에 결합시켜 이산화탄소가 제거된 제1 배출가스 및 이산화탄소가 결합된 흡수제를 포함하는 리치 흡수제를 형성하는 단계; 및
    상기 리치 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 재생 흡수제, 및 이산화탄소를 포함하는 제2 배출가스를 형성하는 단계;
    를 포함하는 제1항, 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 이산화탄소 제거 장치를 이용한 이산화탄소 제거 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 이산화탄소의 농도를 낮추는 단계는,
    하기 식 1을 만족하도록 상기 제1 배출가스의 양과 상기 유입 가스의 양을 조절하여 혼합하는 것을 포함하는 이산화탄소 제거 방법:
    [식 1]
    Figure 112015117649165-pat00006

    (상기 식 1에서, G는 혼합부에 유입되는 제1 배출가스의 양(kmol/hr)이고, CCO2는 측정기에서 측정된 유입 가스의 이산화탄소 몰%이고, A는 목적하는 전처리 가스의 이산화탄소의 몰%이고, I는 혼합부에 유입되는 유입 가스의 양(kmol/hr)임).

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