KR101996376B1

KR101996376B1 - 가스 포집 시스템

Info

Publication number: KR101996376B1
Application number: KR1020170081153A
Authority: KR
Inventors: 이재덕
Original assignee: 이재덕
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2019-07-03
Also published as: KR20190001322A

Abstract

본 발명은, 가스 포집 시스템에 관한 것으로서, 비극성 용매가 미리 정해진 수위로 충전되는 용해 공간과, 비극성 가스를 포함하는 외부의 공기를 상기 용해 공간에 유입시키는 가스 유입구를 구비하는 제1 챔버; 상기 비극성 가스의 용해도가 증가되도록 상기 용해 공간을 가압하거나 냉각하여, 상기 비극성 가스가 상기 비극성 용매에 용해된 비극성 용액을 생성하는 용해 유닛; 상기 비극성 용액이 미리 정해진 수위로 충전되는 분리 공간을 구비하는 제2 챔버; 및 상기 비극성 가스의 용해도가 감소되도록 상기 분리 공간을 감압하거나 가열하여, 상기 비극성 가스를 상기 비극성 용매로부터 분리하는 분리 유닛을 포함한다.

Description

가스 포집 시스템{SYSTEM FOR COLLECTING GAS}

본 발명은 공기 중에 포함된 유해 가스를 포집 가능한 가스 포집 시스템에 관한 것이다.

현재 대기오염 물질을 처리하는 방법 중 가장 대표적인 것에는 이산화탄소 흡수제를 이용한 CCS(Carbon Capture and Storage) 기술이 있다. CCS는 공장 등에서 생성된 이산화탄소를 이산화탄소 흡수제를 이용해 분리하고, 이처럼 분리된 이산화탄소를 파이프 라인을 통해 수송하여 깊은 지하에 저장하거나 별도의 처리 과정을 걸쳐 플라스틱 등으로 제품화하는 기술이다.

국제에너지기구인 IEA는 CCS 기술을 산업 부분에서 생성된 이산화탄소를 20% 이상 줄일 수 있는 최고의 온실가스 감축 기술로 평가하고, G8은 기후변화 방지를 위해 CCS 기술의 조기 상용화에 대한 구체적인 계획을 담은 공동 성명을 발표했다. 이 정도로 CCS는 산업 분야에서 환경 오염을 저감할 수 있는 최고의 방법으로 꼽힌다.

그러나. CCS 기술은 이산화탄소만을 포집할 수 있을 뿐 질소산화물 등 여러 치명적인 대기오염물질은 포집할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, CCS 기술은 공장에서 새로 생성된 이산화탄소만을 포집할 수 있을 뿐 기존에 이미 생성되어 대기 중으로 배출된 이산화탄소는 포집할 수 없다는 문제점이 있다. 즉, CCS 기술은 대기오염의 속도를 늦출 수는 있는 것이나 근본적인 대기오염 및 온실 효과를 막지는 못한다는 문제점이 있다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이산화탄소를 포함한 각종의 유해 가스를 포집 가능하도록 구조를 개선한 가스 포집 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 대기 중에 포함된 유해 가스를 포집 가능하도록 구조를 개선한 가스 포집 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 포집 시스템은, 비극성 용매가 미리 정해진 수위로 충전되는 용해 공간과, 비극성 가스를 포함하는 외부의 공기를 용해 공간에 유입시키는 가스 유입구를 구비하는 제1 챔버, 비극성 가스의 용해도가 증가되도록 용해 공간을 가압하거나 냉각하여, 비극성 가스가 비극성 용매에 용해된 비극성 용액을 생성하는 용해 유닛, 비극성 용액이 미리 정해진 수위로 충전되는 분리 공간을 구비하는 제2 챔버 및 비극성 가스의 용해도가 감소되도록 분리 공간을 감압하거나 가열하여, 비극성 가스를 비극성 용매로부터 분리하는 분리 유닛, 분리 유닛에서 배출된 비극성 가스를 종류 별로 분류하여 포집하는 포집 유닛을 포함하며, 제2 챔버는 분리 유닛에 의해 비극성 가스와 분리된 비극성 용매를 배출하는 용매 배출구 및 비극성 가스를 배출하는 가스 배출구를 구비하며, 제1 챔버는 용매 배출구에서 배출된 비극성 용매를 제공받는 용매 공급 라인을 구비하며, 용매 공급 라인 상에는 제1 개폐 밸브가 마련되며, 포집 유닛은, 가스 배출구에서 배출된 비극성 가스가 액화되도록 냉각하여 비극성 액체로 상 전이시키는 냉각기, 비극성 액체를 분별 증류하며, 비극성 액체가 유입되는 액체 유입구와, 복수 개의 가스 배출기들을 구비한 다층 분별 증류기를 포함하며, 다층 분별 증류기는, 지면에 수직한 수직방향으로 연장되되, 수직방향을 따라 복수 개의 가스 배출기들이 각각 배치되며, 각각의 가스 배출기에는 다층 분별 증류기에 의해 분별된 가스를 각각 저장하는 저장 부재가 구비됩니다.

바람직하게, 상기 용해 유닛은, 상기 용해 공간을 가압 가능한 가압기와, 상기 용해 공간을 냉각 가능한 냉각기를 구비한다.

바람직하게, 상기 가압기는, 상기 용해 공간에 삽입되는 가압 피스톤과, 상기 가압 피스톤이 상기 용해 공간을 가압 가능하도록 상기 가압 피스톤을 왕복 이송하는 가압 실린더를 갖는다.

바람직하게, 상기 분리 유닛은, 상기 분리 공간을 감압 가능한 감압기와, 상기 분리 공간을 가열 가능한 가열기를 구비한다.

바람직하게, 상기 감압기는, 상기 분리 공간에 삽입되는 감압 피스톤과, 상기 감압 피스톤이 상기 분리 공간을 감압 가능하도록 상기 감압 피스톤을 왕복 이송하는 감압 실린더를 갖는다.

바람직하게, 상기 제1 챔버는, 상기 공기 중 상기 비극성 가스가 상기 비극성 용매가 용해되고 남은 극성 가스를 상기 용해 공간으로부터 배출시키는 가스 배출구를 더 구비한다.

삭제

바람직하게, 상기 포집 유닛은, 상기 분별 증류기에 의해 분류된 이산화탄소를 저장하는 CCS 장치를 더 구비한다.

본 발명에 따른 유해가스 포집 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 이산화탄소 기타 비극성을 갖는 다양한 종류의 유해 가스들을 포집 및 저장할 수 있으므로, 이산화탄소만을 선택적으로 포집 및 저장 가능한 CCS 장치에 비해 대기 오염을 효과적으로 저감할 수 있다.

둘째, 본 발명은, 공장, 차량 기타 오염원에서 실시간으로 배출되는 유해 가스뿐만 아니라 이러한 유해 가스에 의해 이미 오염된 대기 중의 공기에 대해서도 유해 가스의 포집 및 저장 작업을 수행할 수 있으므로, 오염원에서 실시간으로 배출되는 유해 가스만을 여과 가능한 종래의 유해 가스 여과 장치에 비해 대기 오염 및 이로 인한 온실 효과를 근본적으로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명은 바람직한 실시예에 따른 가스 포집 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 용해 유닛에 의해 비극성 가스가 비극성 용매에 용해되는 양상을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 분리 유닛에 의해 비극성 가스가 비극성 용매로부터 분리되는 양상을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명은 바람직한 실시예에 따른 가스 포집 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스 포집 시스템(1)은, 제1 챔버(10)와, 용해 유닛(20)과, 제2 챔버(30)와, 분리 유닛(40)과, 포집 유닛(50) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 제1 챔버(10)는 공기(A) 중에 포함된 비극성 가스(Gn)를 분리하기 위한 공간을 제공하는 부재이다.

제1 챔버(10)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 챔버(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용매 유입구(11)와, 가스 유입구(13)와, 용해 공간(15)과, 용액 배출구(17)와, 가스 배출구(19) 등을 구비할 수 있다.

용매 유입구(11)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용해 공간(15)과 연통되도록 형성되며, 용매 공급 라인(60)과 연결된다. 용매 유입구(11)는 용해 공간(15)의 미리 정해진 기준 수위에 비해 낮게 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 용매 공급 라인(60)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 챔버(10)의 용매 유입구(11)와 연결되고 타단이 후술할 제2 챔버(30)의 용매 배출구(36)와 연결된다. 이러한 용매 공급 라인(60)은, 후술할 제2 챔버(30)의 용매 배출구(36)에서 배출된 비극성 용매(L1)가 저장되는 저장 탱크(62)와, 저장 탱크(62)에 저장된 비극성 용매(L1)를 제1 챔버(10)의 용매 유입구(11)를 향해 펌핑하는 용매 펌프(64)와, 제2 챔버(30)의 용매 배출구(36)와 저장 탱크(62) 사이 구간을 개폐하는 제1 개폐 밸브(66)와, 저장 탱크(62)와 제1 챔버(10)의 용매 유입구(11) 사이 구간을 개폐하는 제2 개폐 밸브(68) 등을 구비할 수 있다. 비극성 용매(L1)는 헥산인 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 비극성 용매(L1)는 비극성 가스(Gn)를 용해 가능한 성질을 갖는 다양한 종류의 비극성 용매들 중 적어도 하나로 구성될 수 있다. 용매 펌프(64)는 저장 탱크(62)에 저장된 비극성 용매(L1)를 용해 공간(15)에 기준 수위만큼 충전 가능하도록 구동된다. 용매 유입구(11)는 이러한 용매 공급 라인(60)을 통과한 비극성 용매(L1)를 용해 공간(15)에 유입시킬 수 있다.

가스 유입구(13)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용해 공간(15)과 연통되도록 형성되며, 가스 공급 라인(70)과 연결된다. 가스 유입구(13)는 용해 공간(15)의 기준 수위에 비해 높게 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 가스 공급 라인(70)은, 외부의 공기(A)를 가스 유입구(13) 쪽으로 펌핑하는 공기 펌프(72)와, 가스 공급 라인(70)을 개폐 가능한 개폐 밸브(74) 등을 구비할 수 있다. 공기(A)는, 대기 중의 공기인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 비극성 용매(L1)가 용해 공간(15)에 기준 수위만큼 충전된 경우에, 공기(A) 펌프(72)는 공기(A)를 펌핑하고 개폐 밸브(74)는 가스 공급 라인(70)을 개방하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가스 유입구(13)는, 이러한 가스 공급 라인(70)을 통과한 공기(A)를 용해 공간(15)의 내부로 유입시킬 수 있다.

용해 공간(15)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 챔버(10)의 내부 공간에 형성되며, 용매 유입구(11)를 통해 유입된 비극성 용매(L1)와 가스 유입구(13)를 통해 유입된 공기(A)가 각각 충전된다. 일반적으로, 공기(A)는 비극성 가스(Gn)와 극성 가스(Gp)를 각각 소정의 비율로 포함하며, 이산화탄소 기타 대부분의 유해 가스들은 비극성 가스(Gn)에 속한다. 용해 공간(15)은, 이처럼 공기(A)에 포함된 비극성 가스(Gn)를 비극성 용매(L1)에 용해하는데 필요한 공간을 제공할 수 있다.

용액 배출구(17)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용해 공간(15)과 연통되도록 형성되며, 용액 공급 라인(80)과 연결된다. 용액 배출구(17)는 비극성 용매(L1)의 기준 수위에 비해 낮게 위치하도록 형성된다. 용액 공급 라인(80)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 챔버(10)의 용액 배출구(17)와 연결되고 타단이 후술할 제2 챔버(30)의 용액 유입구(32)와 연결된다. 이러한 용액 공급 라인(80)은, 용액 공급 라인(80)을 개폐 가능한 개폐 밸브(82)를 구비할 수 있다. 개폐 밸브(82)는 비극성 가스(Gn)의 용해 작업이 완료된 경우에 용액 공급 라인(80)을 개방하는 것이 바람직하다. 용액 배출구(17)는, 비극성 가스(Gn)의 용해 작업이 완료되어 생성된 비극성 용액(L2)을 용해 공간(15)으로부터 배출시켜 용액 공급 라인(80)에 전달할 수 있다.

가스 배출구(19)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용해 공간(15)과 연통되도록 형성되며, 가스 배출 라인(90)과 연결된다. 가스 배출구(19)는 용해 공간(15)의 기준 수위에 비해 높게 위치하도록 형성된다. 가스 배출 라인(90)은, 가스 배출 라인(90)을 개폐 가능한 개폐 밸브(92)를 구비할 수 있다. 개폐 밸브(92)는, 비극성 가스(Gn)의 용해 작업이 완료된 경우에, 가스 배출 라인(90)을 개방하는 것이 바람직하다. 그러면, 가스 배출구(19)는 비극성 가스(Gn)가 용해되고 남은 극성 가스(Gp)를 용해 공간(15)으로부터 배출하여 가스 배출 라인(90)에 전달하고, 가스 배출 라인(90)은 이처럼 전달된 극성 가스(Gp)를 외부로 배출할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 용해 유닛에 의해 비극성 가스가 비극성 용매에 용해되는 양상을 설명하기 위한 도면이다.

다음으로, 용해 유닛(20)은 제1 챔버(10)의 용해 공간(15)에 충전된 비극성 가스(Gn)가 비극성 용매(L1)에 용해되도록 비극성 가스(Gn)의 용해도를 상승시키기 위한 장치이다.

용해 유닛(20)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 용해 유닛(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(22)와, 냉각기(24) 등을 구비할 수 있다.

압축기(22)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 가압 피스톤(26)과, 가압 실린더(28) 등을 구비할 수 있다.

가압 피스톤(26)은, 용해 공간(15)의 기준 수위에 비해 높게 위치하도록 용해 공간(15)의 내부에 삽입되며, 가압 피스톤(26)의 외주면과 용해 공간(15)의 내주면 사이로 공기(A)가 누출되지 않도록 용해 공간(15)과 대응하는 형상을 갖는다.

가압 실린더(28)는 유압 내지는 공압을 이용해 실린더 로드(28a)를 왕복 이송 가능하도록 마련되며, 실린더 로드(28a)는 제1 챔버(10)의 외벽을 관통하여 가압 피스톤(26)과 결합된다. 가압 실린더(28)는 가압 피스톤(26)을 왕복 이송하여 용해 공간(15)의 압력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 가압 실린더(28)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 용해 공간(15)에 대한 비극성 용매(L1)와 공기(A)의 충전 작업이 완료된 경우에, 용해 공간(15)의 압력이 증가하도록 피스톤을 용해 공간(15)의 바닥면 쪽으로 이송할 수 있다. 그러면, 비극성 가스(Gn)의 압력이 증가하여 공기(A) 중에 포함된 비극성 가스(Gn)의 용해도가 상승되고, 이처럼 용해도가 상승된 비극성 가스(Gn)가 비극성 용매(L1)에 용해됨으로써 비극성 용액(L2)이 생성된다. 예를 들어, 가압 실린더(28)는, 용해 공간(15)에 비극성 용매(L1)와 공기(A)를 충전하는 경우에, 비극성 용매(L1)와 공기(A)를 충전 가능한 용적이 증가하도록 가압 피스톤(26)을 용해 공간(15)의 천장면 쪽으로 이송할 수 있다.

냉각기(24)는, 유체를 냉각하기 위해 통상적으로 사용되는 냉각 장치로 구성되며, 용해 공간(15)을 냉각하도록 설치된다. 이러한 냉각기(24)에 의해 용해 공간(15)이 냉각되면, 비극성 가스(Gn)는 온도가 낮아져 용해도가 상승되고, 이러한 비극성 가스(Gn)가 비극성 용매(L1)에 용해됨으로써 비극성 용액(L2)이 생성된다. 냉각기(24)는 용해 공간(15)의 가압 및 냉각을 동시에 진행할 수 있도록 압축기(22)에 의해 용해 공간(15)이 가압될 때 구동되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 제2 챔버(30)는 비극성 용액(L2)을 비극성 용매(L1)와 비극성 가스(Gn)로 분리하기 위한 공간을 제공하는 장치이다.

제2 챔버(30)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 챔버(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 용액 유입구(32)와, 분리 공간(34)과, 용매 배출구(36)와, 가스 배출구(38) 등을 구비할 수 있다.

용액 유입구(32)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 분리 공간(34)과 연통되도록 형성되며, 용액 공급 라인(80)과 연결된다. 용액 유입구(32)는 분리 공간(34)의 미리 정해진 기준 수위에 비해 낮게 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 용액 유입구(32)는 용액 공급 라인(80)을 통과한 비극성 용액(L2)을 분리 공간(34)에 유입시킬 수 있다. 또한, 용액 공급 라인(80)의 개폐 밸브(82)는, 비극성 용액(L2)이 분리 공간(34)에 기준 수위만큼 충전되도록 용액 공급 라인(80)을 개폐할 수 있다.

분리 공간(34)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 챔버(30)의 내부에 형성되며, 용액 유입구(32)에 의해 유입된 비극성 용액(L2)이 충전된다.

용매 배출구(36)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 분리 공간(34)과 연통되도록 형성되며, 용매 공급 라인(60)과 연결된다. 용매 배출구(36)는 분리 공간(34)의 기준 수위에 비해 낮게 위치하도록 형성된다. 이러한 용매 배출구(36)는 후술할 분리 유닛(40)에 의해 비극성 가스(Gn)와 분리된 비극성 용매(L1)를 분리 공간(34)으로부터 배출시켜 용매 공급 라인(60)에 전달하고, 이처럼 용매 공급 라인(60)에 전달된 비극성 용매(L1)는 저장 탱크(62)에 저장된다. 제1 개폐 밸브(66)는, 분리 유닛(40)에 의한 비극성 용액(L2)의 분리 작업이 완료된 경우에 용매 공급 라인(60)을 개방하는 것이 바람직하다.

가스 배출구(38)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 분리 공간(34)과 연통되도록 형성되며, 가스 전달 라인(100)과 연결된다. 가스 배출구(38)는 분리 공간(34)의 기준 수위에 비해 높게 위치하도록 형성된다. 가스 전달 라인(100)은, 일단이 제2 챔버(30)의 가스 배출구(38)와 연결되고 타단이 후술할 포집 유닛(50)의 냉각기(24)와 연결된다. 이러한 가스 전달 라인(100)은, 가스 전달 라인(100)을 개폐 가능한 개폐 밸브(102)를 구비할 수 있다. 개폐 밸브(102)는. 분리 유닛(40)에 의한 비극성 용액(L2)의 분리 작업이 완료된 경우에, 가스 전달 라인(100)을 개방하는 것이 바람직하다.

도 3은 도 1에 도시된 분리 유닛에 의해 비극성 가스가 비극성 용매로부터 분리되는 양상을 설명하기 위한 도면이다.

다음으로, 분리 유닛(40)은 제2 챔버(30)의 분리 공간(34)에 충전된 비극성 용액(L2)이 비극성 용매(L1)와 비극성 가스(Gn)로 분리되도록 비극성 가스(Gn)의 용해도를 감소시키기 위한 장치이다.

분리 유닛(40)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분리 유닛(40)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 감압기(42)와, 가열기(44) 등을 구비할 수 있다.

감압기(42)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 감압 피스톤(46)과, 감압 실린더(48) 등을 구비할 수 있다.

감압 피스톤(46)은, 분리 공간(34)의 기준 수위에 비해 높게 위치하도록 분리 공간(34)의 내부에 삽입되며, 감압 피스톤(46)의 외주면과 분리 공간(34)의 내주면 사이로 비극성 가스(Gn)가 누출되지 않도록 분리 공간(34)과 대응하는 형상을 갖는다.

감압 실린더(48)는 유압 내지는 공압을 이용해 실린더 로드(48a)를 왕복 이송 가능하도록 마련되며, 실린더 로드(48a)는 제2 챔버(30)의 외벽을 관통하여 감압 피스톤(46)과 결합된다. 감압 실린더(48)는 감압 피스톤(46)을 왕복 이송하여 분리 공간(34)의 압력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 감압 실린더(48)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분리 공간(34)에 대한 비극성 용액(L2)의 충전 작업이 완료된 경우에, 분리 공간(34)의 압력이 감소하도록 감압 피스톤(46)을 분리 공간(34)의 천장면 쪽으로 이송할 수 있다. 그러면, 비극성 가스(Gn)의 압력이 감소하여 비극성 가스(Gn)의 용해도가 감소하고, 이처럼 용해도가 감소된 비극성 가스(Gn)가 비극성 용매(L1)로부터 이탈됨으로써 비극성 용액(L2)이 비극성 용매(L1)와 비극성 가스(Gn)로 분리된다. 예를 들어, 감압 실린더(48)는, 비극성 용매(L1)와 비극성 가스(Gn)의 배출 작업이 완료된 경우에, 분리 공간(34)의 용적이 감소하도록 감압 피스톤(46)을 분리 공간(34)의 바닥면 쪽으로 이송할 수 있다.

가열기(44)는, 유체를 가열하기 위해 통상적으로 사용되는 가열 장치로 구성되며, 분리 공간(34)을 가열하도록 설치된다. 이러한 가열기(44)에 의해 분리 공간(34)이 가열되며, 비극성 가스(Gn)는 온도가 높아져 용해도가 감소되고, 이러한 비극성 가스(Gn)가 비극성 용매(L1)로부터 이탈됨으로써 비극성 용액(L2)이 비극성 용매(L1)와 비극성 가스(Gn)로 분리된다. 가열기(44)는 분리 공간(34)의 감압 및 가열을 동시에 진행할 수 있도록 감압기(42)에 의해 분리 공간(34)이 감압될 때 구동되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 포집 유닛(50)은 분리 유닛(40)에서 배출된 비극성 가스(Gn)를 종류 별로 분류하여 포집하기 위한 장치이다.

포집 유닛(50)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 포집 유닛(50)은, 냉각기(51)와, 증류탑(52)과, 저장 부재(57) 등을 구비할 수 있다.

냉각기(51)는, 유체를 냉각하기 위해 통상적으로 사용되는 냉각 장치로 구성되며, 가스 전달 라인(100)을 통과한 비극성 가스(Gn)를 전달 받도록 설치된다. 이러한 냉각기(51)는 가스 전달 라인(100)을 통과한 비극성 가스(Gn)를 냉각하여 비극성 액체(L3)로 상 전이시킨다. 비극성 액체(L3)는 액체 전달 라인을 통해 후술할 증류탑(52)으로 전달된다.

증류탑(52)은 액체 혼합물을 분별 증류하기 위해 통상적으로 사용되는 증류탑으로 구성된다. 증류탑(52)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 다층 구조를 갖는다. 이러한 증류탑(52)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 전달 라인을 통과한 비극성 액체(L3)가 유입되는 액체 유입구(53)와, 외부와 연결되도록 각각의 층(54, 55, 56)마다 형성되는 가스 배출구들(54a, 55a, 56a)을 구비할 수 있다. 이러한 증류탑(52)은 액체 전달 라인을 통해 유입된 비극성 액체(L3)를 비극성 가스(Gn)로 상 전이되도록 가열한다. 그러면, 비극성 가스(Gn)에 포함된 각종의 비극성 물질들(Gn1, Gn2, Gn3)은 끊는 점이 낮은 순서대로 순차적으로 기화된다. 이처럼 기화된 비극성 물질들(Gn1, Gn2, Gn3)은 각각, 끊는 점이 낮을수록 높은 층까지 상승되어. 각각의 층마다 형성된 가스 배출구(54a, 54b, 54c)를 통해 저장 부재(57)로 전달되거나 외부로 배출될 수 있다. 증류탑(52)은 이러한 원리를 통해 비극성 가스(Gn)에 포함된 각종의 비극성 물질들(Gn1, Gn2, Gn3)을 분별할 수 있다.

저장 부재(57)는 증류탑(52)의 가스 배출구(54a, 54b, 54c)에서 배출된 비극성 물질(Gn1, Gn2, Gn3)을 저장할 수 있도록 마련된다. 저장 부재(57)의 설치 개수는 특별히 한정되지 않으며, 적어도 하나의 저장 부재(57)가 증류탑(52)의 가스 배출구들(54a, 54b, 54c) 중 어느 하나와 연결되도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 저장 부재(57)는 산소, 질소 등과 같이 유해성이 없는 비극성 물질(Gn2, Gn3)이 배출되는 가스 배출구(55a, 56a)에는 설치되지 않고 이산화탄소와 같이 유해성이 있는 비극성 물질(Gn1)이 배출되는 가스 배출구(54a)에만 선택적으로 설치될 수 있다. 저장 부재(57)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이산화탄소가 위치하는 층에 형성된 가스 배출구(54a)에는 이산화탄소를 포집 및 저장하기 위해 사용되는 CCS 장치로 구성된 저장 부재(57)가 연결될 수 있다. 이러한 저장 부재(57)에 저장된 비극성 물질(54a)은 재처리 과정을 통해 플라스틱 기타 제품의 제조 등에 활용될 수 있다.

위와 같이 가스 포집 시스템(1)는, 공기(A) 중에 포함된 비극성 가스(Gn)와 극성 가스(Gp)를 서로 분리한 후 비극성 가스(Gn)에 포함된 각 종의 비극성 물질들(Gn1, Gn2, Gn3)을 개별적으로 포집 및 저장할 수 있다. 그런데, 공기(A) 중에 포함된 각종의 유해 가스들은 대부분 비극성 물질로 구성되므로, 가스 포집 시스템(1)는 공기(A) 중에 포함된 유해 가스들을 포집 및 저장할 수 있다. 따라서, 가스 포집 시스템(1)는, 이산화탄소만 선별적으로 포집 및 저장 가능한 CCS 장치에 비해 질소산화물 기타 다양한 종류의 유해 가스들을 포집 및 저장 가능하므로, CCS 장치에 비해 환경 오염을 더욱 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한, 가스 포집 시스템(1)는, 설치 장소와 사용 환경에 특별한 제약이 없으므로, 공장, 차량 등의 오염원에서 실시간으로 배출되는 유해 가스뿐만 아니라 이러한 유해 가스에 의해 오염된 대기 중의 공기(A)에 대해서도 유해 가스의 포집 및 저장 작업을 수행할 수 있다. 따라서, 가스 포집 시스템(1)는 오염원에서 실시간으로 배출되는 유해 가스만 여과 가능한 종래의 유해 가스 여과 장치에 비해 대기 오염 및 온실 효과를 근본적으로 감소시킬 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 가스 포집 시스템
10 : 제1 챔버
11 : 용매 유입구
13 : 가스 유입구
15 : 용해 공간
17 : 용액 배출구
19 : 가스 배출구
20 : 용해 유닛
22 : 압축기
24 : 냉각기
26 : 가압 피스톤
28 : 가압 실린더
28a : 실린더 로드
30 : 제2 챔버
32 : 용액 유입구
34 : 분리 공간
36 : 용매 배출구
38 : 가스 배출구
40 : 분리 유닛
42 : 감압기
44 : 가열기
46 : 감압 피스톤
48 : 감압 실린더
48a : 실린더 로드
50 : 포집 유닛
51 : 냉각기
52 : 증류탑
53 : 액체 유입구
54, 55, 56 : 각 층
54a, 55a, 56a : 가스 배출구
57 : 저장 부재
60 : 용매 공급 라인
62 : 저장 탱크
64 : 용매 펌프
66 : 제1 개폐 밸브
68 : 제2 개폐 밸브
70 : 가스 공급 라인
72 : 공기 펌프
74 : 개폐 밸브
80 : 용액 공급 라인
82 : 개폐 밸브
90 : 가스 배출 라인
92 : 개폐 밸브
100 : 가스 전달 라인
102 : 개폐 밸브

Claims

비극성 용매가 미리 정해진 수위로 충전되는 용해 공간과, 비극성 가스를 포함하는 외부의 공기를 상기 용해 공간에 유입시키는 가스 유입구를 구비하는 제1 챔버;
상기 비극성 가스의 용해도가 증가되도록 상기 용해 공간을 가압하거나 냉각하여, 상기 비극성 가스가 상기 비극성 용매에 용해된 비극성 용액을 생성하는 용해 유닛;
상기 비극성 용액이 미리 정해진 수위로 충전되는 분리 공간을 구비하는 제2 챔버; 및
상기 비극성 가스의 용해도가 감소되도록 상기 분리 공간을 감압하거나 가열하여, 상기 비극성 가스를 상기 비극성 용매로부터 분리하는 분리 유닛;
상기 분리 유닛에서 배출된 비극성 가스를 종류 별로 분류하여 포집하는 포집 유닛;
을 포함하며,
상기 제2 챔버는, 상기 분리 유닛에 의해 상기 비극성 가스와 분리된 상기 비극성 용매를 배출하는 용매 배출구 및 상기 비극성 가스를 배출하는 가스 배출구를 구비하며,
상기 제1 챔버는, 상기 용매 배출구에서 배출된 상기 비극성 용매를 제공받는 용매 공급 라인을 구비하며, 상기 용매 공급 라인 상에는 제1 개폐 밸브가 마련되며,
상기 포집 유닛은, 상기 가스 배출구에서 배출된 비극성 가스가 액화되도록 냉각하여 비극성 액체로 상 전이시키는 냉각기;
상기 비극성 액체를 분별 증류하며, 상기 비극성 액체가 유입되는 액체 유입구와, 복수 개의 가스 배출기들을 구비한 다층 분별 증류기;
를 포함하며,
상기 다층 분별 증류기는, 지면에 수직한 수직방향으로 연장되되, 상기 수직방향을 따라 상기 복수 개의 가스 배출기들이 각각 배치되며, 각각의 가스 배출기에는 상기 다층 분별 증류기에 의해 분별된 가스를 각각 저장하는 저장 부재가 구비된 가스 포집 시스템.
제1항에 있어서,
상기 용해 유닛은, 상기 용해 공간을 가압 가능한 가압기와, 상기 용해 공간을 냉각 가능한 냉각기를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
제2항에 있어서,
상기 가압기는, 상기 용해 공간에 삽입되는 가압 피스톤과, 상기 가압 피스톤이 상기 용해 공간을 가압 가능하도록 상기 가압 피스톤을 왕복 이송하는 가압 실린더를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
제1항에 있어서,
상기 분리 유닛은, 상기 분리 공간을 감압 가능한 감압기와, 상기 분리 공간을 가열 가능한 가열기를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
제4항에 있어서,
상기 감압기는, 상기 분리 공간에 삽입되는 감압 피스톤과, 상기 감압 피스톤이 상기 분리 공간을 감압 가능하도록 상기 감압 피스톤을 왕복 이송하는 감압 실린더를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 챔버는, 상기 공기 중 상기 비극성 가스가 상기 비극성 용매가 용해되고 남은 극성 가스를 상기 용해 공간으로부터 배출시키는 가스 배출구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
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제1항에 있어서,
상기 포집 유닛은, 상기 분별 증류기에 의해 분류된 이산화탄소를 저장하는 탄소 포집 저장장치(Carbon Capture and Storage)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스 포집 시스템.
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