KR101874995B1 - 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리 시스템 - Google Patents

지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 연돌에서 배출되는 이산화탄소가 포함된 배기가스를 일정한 량으로 공급하고, 지역난방열을 이용하여 배기가스 내의 수분을 제거한 후 공급처로 공급하도록 하며, 또한 배기가스를 일정하게 공급시 배기 가스 내 포함된 수분을 응축하고, 응축수를 외부로 배출하는 밸브를 설치하며, 밸브의 주변에 지역난방열을 공급하여 동절기에 응축수가 결빙되는 것을 방지하고, 수분을 사전에 제거하도록 하며, 또 배기가스 내의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습식 드라이어와 흡착식 드라이어를 이용하여 제거하고, 흡착식 드라이어 이후 여과 흡착탑을 설치하여 활성탄과 제올라이트를 내부에 충진시켜서 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하며, 멤브레인 필터를 이용하여 이산화탄소만을 포집하여 공급처로 공급하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리 시스템에 관한 것이다.

Description

지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리 시스템{EXTRACTING AND PRETREATMENT SYSTEM FOR CAPTURE OF CARBON DIOXIDE IN EXHAUST GAS USING DISTRICT HEATING}
본 발명은 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 연돌에서 배출되는 이산화탄소가 포함된 배기가스를 일정한 량으로 공급하고, 지역난방열을 이용하여 배기가스 내의 수분을 제거한 후 공급처로 공급하도록 하며, 또한 배기가스를 일정하게 공급시 배기 가스 내 포함된 수분을 응축하고, 응축수를 외부로 배출하는 밸브를 설치하며, 밸브의 주변에 지역난방열을 공급하여 동절기에 응축수가 결빙되는 것을 방지하고, 수분을 사전에 제거하도록 하며, 또 배기가스 내의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습식 드라이어와 흡착식 드라이어를 이용하여 제거하고, 흡착식 드라이어 이후 여과 흡착탑을 설치하여 활성탄과 제올라이트를 내부에 충진시켜서 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하며, 멤브레인 필터를 이용하여 이산화탄소만을 포집하여 공급처로 공급하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리 시스템에 관한 것이다.
산업의 발달과 함께 이산화탄소의 대기 중 농도증가로 인한 지구온난화 문제가 대두되고 있는데, 대기중 이산화탄소 농도가 증가하는 원인 중 가장 큰 원인은 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, 액화천연가스 등의 화석연료의 사용이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 대기 중에 이산화질소(CO2), 메탄(CH4), 이산화질소, 할로카본 등의 온실 가스농도가 증가하게 되었고 20세기 중반 이후 급속하게 증가하였다.
이러한 온실가스의 증가로 인한 지구 온난화 현상이 가속화되면서 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심이 점차로 높아지고 있으며, 선진국들은 2010년 지구온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 온실가스 저감 방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다. 특히 지구온난화현상을 야기하는 온실가스 중 80%정도를 차지하는 이산화탄소의 분리 및 고정은 더욱 중요한 문제로 대두되었다.
이산화탄소 배출량을 억제하기 위한 기술로는 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 회수하여 생물학적으로 전환시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 신재생 에너지기술 등이 있다.
지금까지 연구된 이산화탄소 분리회수기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 현실성 있는 대안으로 제시되고 있다. 특히, 흡수법은 대용량의 가스처리가 용이하고, 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에 적용이 용이하여 현재 상업 운전 중에 있다.
또한, 광물탄산화(Mineral carbonation) 기술은 배출원에서 포집된 이산화탄소(CO2)를 자연산 광물 또는 산업체에서 배출되는 무기계 산업부산물(Inorganic industrial waste)과 반응시켜 새로운 광물로 합성시키는 기술로 광물과 CO2를 반응시켜 탄산염 광물(CaCO3, MgCO3)로 만드는 기술이다. 생성된 탄산염은 안정하여 물에 잘 녹지 않으며, 대기 중으로 이산화탄소 방출이 불가능해 환경적으로도 해가 없는 광물로서 이산화탄소의 영구 저장 해결책을 제공할 수 있으며, 또한 고형 탄산염은 건축 재료 등으로 사용할 수 있다.
또한, 이산화탄소를 회수하여 생물학적으로 전환시키는 기술에 대해서도 연구가 활발히 진행되고 있다.
일례로, 이산화탄소의 생물학적 전환 처리를 위한 광합성 생물로서, 미세조류에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 식물성 플랑크톤인 미세조류는 여느 광합성 생물과 마찬가지로 태양을 에너지원으로 하며, 이산화탄소를 고정화하는 광합성 작용을 하며 성장하는 특성을 갖는다.
미세조류가 이산화탄소를 고정화하는 수단으로 각광 받는 이유는 첫째, 식물이 이산화탄소를 흡수하는 경우와 마찬가지로 태양 에너지를 주 에너지원으로 활용할 수 있어 이산화탄소를 회수하기 위해 투입해야 하는 에너지가 아주 작다는 점이다. 따라서 이산화탄소 고정화 공정의 운전에 따른 이산화탄소 발생량이 작으므로 이산화탄소 수지 측면에서 제거 효율이 높다.
둘째, 식물에 비해 이산화탄소 고정화 속도가 매우 높아 소요 부지 면적이 적다는 점이다. 동경전력연구소의 연구 결과에 따르면 미세조류의 이산화탄소 고정화 속도는 같은 조류인 대형조류(Macroalgae)에 비해 8배, 우리나라의 가장 흔한 수종인 소나무에 비해서는 무려 16배 이상 높은 것으로 나타났다.
이외에도 연소가스로부터 직접 이산화탄소를 고정화할 수 있어 이산화탄소에 대한 분리ㅇ농축 공정이 필요 없다는 장점이 있다. 게다가 이산화탄소 고정화 과정에 생산된 미세조류는 다양한 유용물질을 함유하고 있어 바이오 고가제품 생산에 활용이 가능하다.
그러나, 이러한 종래의 방식은 대부분 발전소 배기가스를 이용하기 때문에 배기라인에 배기팬이 설치되는데, 가스 차압에 의해 원활한 배기가스의 공급이 이루어지지 못하고, 맥동 형태로 공급되어 반응기가 압력에 의해 파손되거나 물이 넘치는 등의 문제점이 발생하고, 배기가스에 포함된 수분으로 인해 배기라인에 물이 차고, 이로 인해 배기팬의 고장이 발생하고, 물이 반응기 내부로 유입되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 연돌에 가스 공급관을 설치하고, 가스 공급관에 두대의 블로워를 병렬로 설치하여 기설정된 압력값에 따라 각 블로워를 동작시켜 일정한 량의 배기가스를 공급하도록 하는 국내 등록특허공보 제10-1408834호(배기가스 정량 공급이 가능한 산업설비용 추기장치)가 본 출원인에 의해 출원되어 개시되었다.
그러나, 상기 배기가스 정량 공급이 가능한 산업설비용 추기장치는 응축수를 배출하는 밸브만을 통해 수분을 제거하기 때문에 수분 제거량이 미미하고, 더욱이 배가기스에 포함된 오염물질, 이물질 및 냄새 등을 제거하지 못하는 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-1408834호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연돌에서 배출되는 이산화탄소가 포함된 배기가스를 일정한 량으로 공급하고, 지역난방열을 이용하여 배기가스 내의 수분을 제거한 후 공급처로 공급하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배기가스를 일정하게 공급시 배기가스 내 포함된 수분을 응축하고, 응축수를 외부로 배출하는 밸브를 설치하며, 밸브의 주변에 지역난방열을 공급하여 동절기에 응축수가 결빙되는 것을 방지하고, 수분을 사전에 제거하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 배기가스 내의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습식 드라이어와 흡착식 드라이어를 이용하여 제거하고, 흡착식 드라이어 이후 활성탄과 제올라이트가 내부에 충진된 여과 흡착탑을 설치하여 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 멤브레인 필터를 이용하여 이산화탄소만을 포집하여 공급처로 공급함으로써 안정적으로 고순도의 이산화탄소를 제공하도록 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
연돌의 측면을 수평하게 관통하고, 일끝단이 하방향으로 수직으로 절곡 형성되는 제 1수평부와, 상기 제 1수평부에서 수직으로 절곡되어 지상으로 향하는 수직부와, 상기 수직부에서 수평하게 형성되는 제 2수평부 및 상기 제 2수평부의 끝단에 응축수를 자동으로 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브로 이루어져 상기 연돌의 배기가스의 일부를 추기하는 가스 추기관과; 상기 가스 추기관과 연계하여 배기가스를 일정하게 공급하는 추기부와; 상기 추기부에서 가스 공급관을 통해 일정하게 공급되는 배기가스의 수분 및 이물질을 제거하는 전처리부; 및 상기 가스 추기관의 솔레노이드 밸브를 지역난방열로 가열시키는 밸브 가열부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 가스 추기관은 상기 제 1수평부가 균질의 배기가스를 공급하도록 지상으로부터 일정 거리 이격되어 상기 연돌의 측면에 설치되고, 배기가스의 공급 및 차단하도록 메인 밸브를 구비한다.
여기에서 또한, 상기 추기부는 상기 가스 추기관의 수직부 하단 일측에 설치되는 제 1가스 분기관과; 상기 가스 추기관의 수직부 하단 일측에서 상기 제 1가스 분기관과 병렬로 설치되는 제 2가스 분기관과; 상기 제 1가스 분기관과 상기 제 2가스 분기관으로부터 공급되는 배기가스를 상기 전처리부로 공급하도록 설치되고, 응축수를 외부로 배출하도록 트랩이 구비되는 제 1가스 공급관과; 상기 제 1가스 분기관 상에 설치되어 외부의 전원 제어에 따라 동작되는 제 1블로워와; 상기 제 2가스 분기관 상에 설치되어 외부의 전원 제어에 따라 동작되는 제 2블로워와; 상기 제 1가스 분기관 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 1기준 압력값 범위를 초과할 때 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 1기준 압력값 범위 미만일 때 온시키는 접점 신호를 출력하는 제 1압력계와; 상기 제 2가스 분기관 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 2기준 압력값 범위를 초과할 때 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 2기준 압력값 범위 미만일 때 온시키는 접점 신호를 출력하며, 상기 제 1압력계의 제 1기준 압력값 범위 내에서 제 2기준 압력값 범위가 설정되는 제 2압력계와; 상기 제 1압력계와 제 2압력계로부터 출력되는 접점 신호에 따라 상기 제 1블로워와 제 2블로워에 전원을 공급하는 스위칭 소자; 및 상기 제 1블로워와 제 2블로워를 소프트 기동시키는 인버터로 이루어진다.
여기에서 또, 상기 전처리부는 상기 제 1가스 공급관과 연계 설치되어 배기가스를 공급처로 공급하는 제 2가스 공급관과; 상기 제 2가스 공급관에 설치되어 배기가스 내의 유해 물질과 이물질을 제거하는 입자 필터와; 상기 제 2가스 공급관에서 상기 입자 필터의 후단에 설치되어 상기 입자 필터를 통해 이물질이 제거되는 배기가스의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습 로터를 통해 제거하는 제습 로터식 드라이어와; 상기 제 2가스 공급관에서 상기 제습 로터식 드라이어의 후단에 설치되어 상기 제습 로터식 드라이어를 통해 1차 수분이 제거된 배기가스의 수분을 지역난방열을 통해 재생되는 흡착제를 이용하여 제거하는 흡착식 드라이어와; 활성탄과 제올라이트가 충진되고, 수분이 제거된 배기가스의 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하며, 지역난방열에 의해 활성탄과 제올라이트가 재생되는 여과 흡착탑과; 상기 제 2가스 공급관에서 상기 여과 흡착탑의 후단에 설치되어 상기 여과 흡착탑을 통해 2차 수분이 제거된 배기가스의 이산화탄소를 분리시키는 멤브레인 필터; 및 상기 제 2가스 공급관에서 상기 멤브레인 필터의 후단에 설치되어 이산화탄소를 공급처로 공급하는 진공 펌프를 포함한다.
여기에서 또, 상기 제 2가스 공급관에 설치된 상기 입자 필터의 전후단에 배기가스를 일시 저장하는 제 1, 2버퍼 탱크가 구비된다.
여기에서 또, 상기 밸브 가열부는 지역난방열에 의해 수분을 일부 제거하고, 응축수가 결빙되는 것을 차단하도록 상기 솔레노이드 밸브의 외측에 감겨지는 온수배관이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템에 따르면, 연돌에서 배출되는 이산화탄소가 포함된 배기가스를 일정한 량으로 공급하고, 지역난방열을 이용하여 배기가스 내의 수분을 제거한 후 공급처로 공급하여 물이 공급처로 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 배기가스를 일정하게 공급시 배기가스 내 포함된 수분을 응축하고, 응축수를 외부로 배출하는 밸브를 설치하며, 밸브의 주변에 지역난방열을 공급하여 동절기에 응축수가 결빙되는 것을 방지하고, 수분을 사전에 제거할 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 배기가스 내의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습식 드라이어와 흡착식 드라이어를 이용하여 제거하고, 흡착식 드라이어 이후 활성탄과 제올라이트가 내부에 충진된 여과 흡착탑을 설치하여 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하여 이산화탄소 제거 효율을 증대시킬 수 있다.
또, 본 발명에 따르면 멤브레인 필터를 이용하여 이산화탄소만을 포집하여 공급처로 공급함으로써 안정적으로 고순도의 이산화탄소를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템중 추기부의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템중 전처리부의 구성을 나타낸 계통도이다.
이하, 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템중 추기부의 구성을 나타낸 계통도이며, 도 3은 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템중 전처리부의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템(1)은 가스 추기관(10)과, 추기부(20)와, 전처리부(30) 및 밸브 가열부(40)로 구성된다.
먼저, 가스 추기관(10)은 도 1에 도시된 바와 같이 연돌(S)의 배기가스의 일부를 추기하도록 제 1수평부(11)와, 수직부(12)와, 제 2수평부(13)와, 솔레노이드 밸브(14)로 이루어진다.
제 1수평부(11)는 연돌(S)의 측면을 수평하게 관통하고, 일끝단이 하방향으로 수직으로 절곡 형성된다. 이때, 가스 추기관(10)의 제 1수평부(11)는 배기가스의 공급 및 차단하도록 메인 밸브(15)를 구비하고, 균질의 배기가스를 공급하도록 지상으로부터 일정 거리 이격(예를 들어, 80M의 연돌인 경우 30M)되어 연돌(S)의 측면에 설치된다.
수직부(12)는 제 1수평부(11)에서 수직으로 절곡되어 지상으로 향한다.
제 2수평부(13)는 수직부(12)에서 수평하게 형성된다.
솔레노이드 밸브(14)는 제 2수평부(13)의 끝단에 응축수를 자동으로 외부로 배출한다.
그리고, 추기부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 제 1가스 분기관(21)과, 제 2가스 분기관(22)과, 제 1가스 공급관(23)과, 제 1블로워(24)와, 제 2블로워(25)와, 제 1압력계(26)와, 제 2압력계(27)와, 스위칭 소자(28) 및 인버터(29)로 이루어진다.
제 1가스 분기관(21)은 가스 추기관(10)의 수직부(12) 하단 일측에 설치된다. 이때, 제 1가스 분기관(21)의 지름은 가스 추기관(10)의 지름보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
제 2가스 분기관(22)은 가스 추기관(10)의 수직부 하단 일측에서 제 1가스 분기관(21)과 병렬로 설치된다. 이때, 제 2가스 분기관(22)의 지름은 제 1가스 분기관(21)의 지름과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1가스 공급관(23)은 제 1가스 분기관(21)과 제 2가스 분기관(22)으로부터 각각 공급되는 배기가스를 전처리부(30)로 공급하도록 설치된다. 이때, 제 1가스 공급관(23)은 가스 공급시 발생하는 응축수를 외부로 배출할 수 있도록 트랩(23a)을 구비하고, 제 1, 2가스 분기관(21, 22)의 지름과 동일하거나 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1블로워(24)는 제 1가스 분기관(21) 상에 설치되어 하기에서 설명할 스위칭 소자(28)의 전원 제어에 따라 동작되어 가스 추기관(10)의 배기가스를 제 1가스 분기관(21)을 통해 제 1가스 공급관(23)으로 공급한다.
제 2블로워(25)는 제 2가스 분기관(22) 상에 설치되어 스위칭 소자(28)의 전원 제어에 따라 동작되어 가스 추기관(10)의 배기가스를 제 2가스 분기관(22)을 통해 제 1가스 공급관(23)으로 공급한다.
제 1압력계(26)는 제 1가스 분기관(21) 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 1기준 압력값 범위를 초과하거나 미만인 경우 접점 신호를 출력한다. 여기에서, 제 1압력계(26)는 기설정된 제 1기준 압력값 범위를 초과할 때 스위칭 소자(28)를 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 1기준 압력값 범위 미만일 때 스위칭 소자(28)를 온시키는 접점 신호를 출력한다.
제 2압력계(27)는 제 2가스 분기관(22) 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 2기준 압력값 범위를 초과하거나 미만인 경우 접점 신호를 출력한다. 여기에서, 제 2압력계(27)는 기설정된 제 2기준 압력값 범위를 초과할 때 스위칭 소자(28)를 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 2기준 압력값 범위 미만일 때 스위칭 소자(28)를 온시키는 접점 신호를 출력한다. 여기에서 또한, 제 2압력계(27)는 제 1가스 공급관(23)으로 배기가스를 공급할 시 차압이나 맥동이 발생하는 것을 차단하도록 제 1압력계(26)의 제 1기준 압력값 범위 내에서 제 2기준 압력값 범위가 설정되어 빠른 공급 주기를 갖도록 하는 것이 바람직한데, 예를 들어, 제 1기준 압력값 범위가 0.15~0.3㎏f/㎠이면 제 2기준 압력값 범위는 0.18~0.2㎏f/㎠로 설정된다.
스위칭 소자(28)는 릴레이로서 제 1압력계(26)와 제 2압력계(27)에 각각 설치되고, 따라 제 1블로워(24)와 제 2블로워(25)에 전원을 공급하거나 차단한다.
인버터(29)는 제 1블로워(24)와 제 2블로워(25)를 소프트 기동시켜 급격 기동에 의해 파손되는 것을 방지한다.
또한, 전처리부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 제 2가스 공급관(31)과, 제 1버퍼 탱크(32)와, 입자 필터(33)와, 제 2버퍼 탱크(34)와, 제습 로터식 드라이어(35)와, 흡착식 드라이어(36)와, 여과 흡착탑(37)과, 멤브레인 필터(38) 및 진공 펌프(39)로 이루어진다.
제 2가스 공급관(31)은 제 1가스 공급관(23)과 연계 설치되어 배기가스를 공급처로 공급한다. 이때, 제 2가스 공급관(31)은 제 1가스 공급관(23)의 지름과 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
제 1버퍼 탱크(32)는 제 1가스 공급관(23)에 설치되어 배기가스를 일시 저장하여 압력을 조절한다.
입자 필터(33)는 통상의 구조로서 제 2가스 공급관(31)에서 제 1버퍼 탱크(32)의 후단에 설치되어 배기가스 내의 분진 등 다양한 입자물질을 제거한다.
제 2버퍼 탱크(34)는 제 1가스 공급관(23)에서 입자 필터(33)의 후단에 설치되어 배기가스를 일시 저장하여 압력을 조절한다. 이때, 제 2버퍼 탱크(34)는 제 1버퍼 탱크(32)의 부피보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
제습 로터식 드라이어(35)는 건채널과 습채널을 구비하고, 이들 사이에 제습 로터가 구비한 통상의 구조로서, 제 2가스 공급관(31)에서 제 2버퍼 탱크(34)의 후단에 설치되어 입자 필터(33)를 통해 이물질이 제거되는 배기가스의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습 로터를 통해 제거한다. 이때, 제습 로터식 드라이어(35)는 제습 로터가 회전되면서 지역난방열에 의해 건조되고, 배기가스를 제습 로터를 통과시키면서 수분을 제거하는 구조이다.
흡착식 드라이어(36)는 흡착제(활성 알루미나, 4A형 합성 제올라이트 등)가 저장된 한 쌍의 탱크가 구비되고, 어느 하나의 탱크로 유입되는 배기가스의 수분을 흡착제를 이용하여 제거하고, 지역난방열을 다른 하나의 탱크로 공급하여 흡착제를 건조시켜 순환시키는 구조로서, 제 2가스 공급관(31)에서 제습 로터식 드라이어(35)의 후단에 설치되어 제습 로터식 드라이어(35)를 통해 1차 수분이 제거된 배기가스의 수분을 지역난방열을 통해 재생되는 흡착제를 이용하여 2차로 제거한다.
여과 흡착탑(37)은 활성탄과 제올라이트가 저장되고, 흡착식 드라이어(36)를 통해 공급되는 수분이 제거된 배기가스의 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하고, 지역난방열에 의해 활성탄과 제올라이트가 재생된다.
멤브레인 필터(38)는 폴리머 재질로 기체를 분리하는 것으로서, 제 2가스 공급관(31)에서 여과 흡착탑(37)의 후단에 설치되어 여과 흡착탑(37)를 통해 2차 수분이 제거된 배기가스내 CO2, O2, N2 등 다양한 성분중에서 투과속도차에 의해서 CO2만 분리ㅇ포집하여 공급처로 공급한다. 이때, 멤브레인 필터(37)는 도 3에 도시된 바와 같이 2개가 직렬 연결하여 작동되는 것이 바람직하다.
진공 펌프(39)는 제 2가스 공급관(31)에서 멤브레인 필터(38)의 후단에 설치되어 이산화탄소를 흡입하여 공급처로 공급한다. 이때, 진공 펌프(39)는 각각의 멤브레인 필터(38)에 2개가 설치된다.
또, 밸브 가열부(40)는 지역난방열에 의해 수분을 일부 제거하고, 응축수가 결빙되는 것을 차단하도록 솔레노이드 밸브(14)의 외측에 감겨지는 온수배관이다.
이하, 본 발명에 따른 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 메인 밸브(15)가 개방되면 가스 추기관(10)의 제 1수평부(11)와, 수직부(12) 및 제 2수평부(13)를 통해 연돌(S)의 이산화탄소가 포함된 배기가스가 유입된다.
이러한 상태에서, 추기부(20)의 제 1가스 분기관(21)과 제 2가스 분기관(22) 내에는 배기가스가 미공급된 상태로 제 1, 2기준 압력값 범위 미만이기 때문에 제 1압력계(26)와 제 2압력계(27)에서 스위칭 소자(28)를 온시키는 신호가 출력된다.
그러면, 스위칭 소자(28)가 온되어 제 1블로워(24)와 제 2블로워(25)에 전원을 공급한다.
이로 인해 제 1가스 분기관(21)과 제 2가스 분기관(22)으로 배기가스가 유입되어 제 1가스 공급관(23)을 통해 전처리부(30)로 공급된다.
이러한 상태에서, 제 1압력계(26) 또는 제 2압력계(27)에서 측정된 압력이 기설정된 제 1, 2기준 압력값 범위를 초과하면, 제 1압력계(26) 또는 제 2압력계(27)는 스위칭 소자(28)를 오프시켜 제 1블로워(24) 또는 제 2블로워(25)의 전원 공급을 차단시킨다.
계속해서, 제 1압력계(26) 또는 제 2압력계(27)는 압력을 실시간으로 측정하여 상기와 같은 동작을 반복하여 제 1가스 공급관(23)으로 배기가스를 공급한다.
제 1가스 공급관(23)으로 배기가스가 공급되면, 전처리부(30)의 제 2가스 공급관(31)으로 배기가스가 공급된다. 이때, 진공 펌프(39)가 동작되어 배가기스를 흡입하기 때문에 배기가스가 진공 펌프(39)측으로 이동하게 된다.
제 2가스 공급관(31)의 배기가스는 제 1버퍼 탱크(32)에서 일시 저장된 후, 입자 필터(33)를 통과하면서 유해 물질과 이물질이 1차로 제거된 다음, 제 2버퍼 탱크(34)에 일시 저장된다.
그리고, 제 2버퍼 탱크(34)의 배기 가스는 제습 로터식 드라이어(35)로 공급되어 제습 로터를 이용하여 1차로 수분을 제거한 다음, 흡착식 드라이어(36)로 배출한다.
그러면, 흡착식 드라이어(36)는 1차 수분이 제거된 배기가스를 흡착제를 이용하여 2차로 수분을 제거하고, 활성탄과 제올라이트가 충진된 여과 흡착탑(37)을 통해 2차 수분이 제거된 배기가스의 냄새와 일부 이산화탄소를 제거한 후 멤브레인 필터(38)로 배출한다.
마지막으로, CO2, O2, N2 등 다양한 성분을 포함한 배기가스중에서 CO2만이 멤브레인 필터(38)에서 분리되어 공급처로 공급된다. 이때, 나머지 성분은 멤브레인 필터(38)에서 벤트, 즉 대기로 방출되거나 후처리된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 가스 추기관 11 : 제 1수평부
12 : 수직부 13 : 제 2수평부
14 : 솔레노이드 밸브 20 : 추기부
21, 22 : 제 1, 2가스 분기관 23 : 제 1가스 공급관
24, 25 : 제 1, 2블로워 26, 27 : 제 1, 2압력계
28 : 스위칭 소자 29 : 인버터
30 : 전처리부 31 : 제 2가스 공급관
32, 34 : 제 1, 2버퍼 탱크 33 : 입자 필터
35 : 제습 로터식 드라이어 36 : 흡착식 드라이어
37 : 여과 흡착탑 37 : 멤브레인 필터
38 : 진공 펌프 40 : 밸브 가열부
S : 굴뚝

Claims (6)

  1. 연돌의 측면을 수평하게 관통하고, 일끝단이 하방향으로 수직으로 절곡 형성되는 제 1수평부와, 상기 제 1수평부에서 수직으로 절곡되어 지상으로 향하는 수직부와, 상기 수직부에서 수평하게 형성되는 제 2수평부 및 상기 제 2수평부의 끝단에 응축수를 자동으로 외부로 배출하는 솔레노이드 밸브로 이루어져 상기 연돌의 배기가스의 일부를 추기하는 가스 추기관과;
    상기 가스 추기관과 연계하여 배기가스를 일정하게 공급하는 추기부와;
    상기 추기부에서 가스 공급관을 통해 일정하게 공급되는 배기가스의 수분 및 이물질을 제거하고, 이산화탄소를 분리하는 전처리부; 및
    지역난방열에 의해 수분을 일부 제거하고, 응축수가 결빙되는 것을 차단하도록 상기 솔레노이드 밸브의 외측에 감겨지는 온수배관인 밸브 가열부로 이루어지며,
    상기 추기부는,
    상기 가스 추기관의 수직부 하단 일측에 설치되는 제 1가스 분기관과;
    상기 가스 추기관의 수직부 하단 일측에서 상기 제 1가스 분기관과 병렬로 설치되는 제 2가스 분기관과;
    상기 제 1가스 분기관과 상기 제 2가스 분기관으로부터 공급되는 배기가스를 상기 전처리부로 공급하도록 설치되고, 응축수를 외부로 배출하도록 트랩이 구비되는 제 1가스 공급관과;
    상기 제 1가스 분기관 상에 설치되어 외부의 전원 제어에 따라 동작되는 제 1블로워와;
    상기 제 2가스 분기관 상에 설치되어 외부의 전원 제어에 따라 동작되는 제 2블로워와;
    상기 제 1가스 분기관 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 1기준 압력값 범위를 초과할 때 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 1기준 압력값 범위 미만일 때 온시키는 접점 신호를 출력하는 제 1압력계와;
    상기 제 2가스 분기관 상에 설치되어 관내 압력을 측정하여 기설정된 제 2기준 압력값 범위를 초과할 때 오프시키는 접점 신호를 출력하고, 기설정된 제 2기준 압력값 범위 미만일 때 온시키는 접점 신호를 출력하며, 상기 제 1압력계의 제 1기준 압력값 범위 내에서 제 2기준 압력값 범위가 설정되는 제 2압력계와;
    상기 제 1압력계와 제 2압력계로부터 출력되는 접점 신호에 따라 상기 제 1블로워와 제 2블로워에 전원을 공급하는 스위칭 소자; 및
    상기 제 1블로워와 제 2블로워를 소프트 기동시키는 인버터로 이루어지고,
    상기 전처리부는,
    상기 제 1가스 공급관과 연계 설치되어 배기가스를 공급처로 공급하는 제 2가스 공급관과;
    상기 제 2가스 공급관에 설치되어 배기가스 내의 유해 물질과 이물질을 제거하는 입자 필터와;
    상기 제 2가스 공급관에서 상기 입자 필터의 후단에 설치되어 상기 입자 필터를 통해 이물질이 제거되는 배기가스의 수분을 지역난방열에 의해 재생되는 제습 로터를 통해 제거하는 제습 로터식 드라이어와;
    상기 제 2가스 공급관에서 상기 제습 로터식 드라이어의 후단에 설치되어 상기 제습 로터식 드라이어를 통해 1차 수분이 제거된 배기가스의 수분을 지역난방열을 통해 재생되는 흡착제를 이용하여 제거하는 흡착식 드라이어와;
    활성탄과 제올라이트가 충진되고, 수분이 제거된 배기가스의 냄새와 일부 이산화탄소를 제거하며, 지역난방열에 의해 활성탄과 제올라이트가 재생되는 여과 흡착탑과;
    상기 제 2가스 공급관에서 상기 여과 흡착탑의 후단에 설치되어 상기 여과 흡착탑을 통해 2차 수분이 제거된 배기가스의 이산화탄소를 분리시키는 멤브레인 필터; 및
    상기 제 2가스 공급관에서 상기 멤브레인 필터의 후단에 설치되어 이산화탄소를 공급처로 공급하는 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 추기관은,
    상기 제 1수평부가 균질의 배기가스를 공급하도록 지상으로부터 일정 거리 이격되어 상기 연돌의 측면에 설치되고, 배기가스의 공급 및 차단하도록 메인 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2가스 공급관에 설치된 상기 입자 필터의 전후단에 배기가스를 일시 저장하는 제 1, 2버퍼 탱크가 구비되는 것을 특징으로 하는 지역난방열을 이용한 배기가스 내 이산화탄소 포집용 추기 및 전처리시스템.
  6. 삭제
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