KR102074990B1 - 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템 - Google Patents

바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가압순산소 공정에서 발생하는 오염물질을 공정 내에서 생산된 바이오촤를 이용하여 포집하는 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템에 관한 것으로, 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기; 바이오매스가 투입되며, 상기 연소기에서 발생하는 배가스의 일부를 열원으로 하여 투입된 상기 바이오매스로부터 바이오촤가 생산되는 바이오촤 생산부; 및 상기 바이오촤 생산부에서 생산된 바이오촤가 수용되어, 상기 연소기에서 발생하는 배가스가 통과하는 포집부;를 포함하는 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템을 제공한다.

Description

바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템{Pollutant colleting System for Pressurized Oxygen combustion using biochar}
본 발명은, 오염물질 포집 시스템으로서, 상세하게는 가압순산소 공정에서 발생하는 오염물질을 공정 내에서 생산된 바이오촤를 이용하여 포집하는 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템에 관한 것이다.
가압순산소 연소 기술은 기존의 연소 기술에 비하여 초고효율 발전 사이클로써 여러가지 장점을 가진다.
따라서, 이를 현재 세계적으로 발전 시스템에 적용하여는 연구가 활발히 이루어지고 있다.
가압순산소 연소 기술과 관련 기술은 크게, ASU(Air Seperation Unit)를 포함하는 순산소 연소기술, 연소기 설계기술, 오염물질 저감기술, 이산화탄소 포집기술 등이 있다.
이 중 오염물질 저감기술은, 순산소 연소방식에서 나타나는 문제점 중 하나인 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)등 유해물질과 고농도의 미세먼지로부터 관련 설비의 보호와 대기오염을 방지하는 것이다.
이러한 오염물질 저감에 있어서, 특허문헌 1에는 오염물질 저감을 위하여 배가스에 촉매제인 탈황 및 탈질제를 분사하여 오염물질을 제거한다. 때문에, 추가적인 비용이 많이 발생하게 된다는 문제가 있었다.
특허문헌 2에는 배가스와 냉매와의 열교환을 통하여 배가스를 응축시켜 오염물질을 제거한다. 그러나, 응축에 의한 제거만으로는 한계가 있는 실정이다.
특허문헌 1: KR 1394113 B1 특허문헌 2: KR 1439884 B1
이에, 본 발명은 상기한 종래의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 가압순산소 연소 조건에서 발생하는 문제인 미세먼지, 질소산화물, 및 황산화물을 효과적으로 포집하는 오염물질 포집 시스템을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기; 바이오매스가 투입되며, 상기 연소기에서 발생하는 배가스의 일부를 열원으로 하여 투입된 상기 바이오매스로부터 바이오촤가 생산되는 바이오촤 생산부; 및 상기 바이오촤 생산부에서 생산된 바이오촤가 수용되어, 상기 연소기에서 발생하는 배가스가 통과하는 포집부;를 포함하는 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템을 제공한다.
상기 포집부는, 상기 바이오촤 생산부에서 생산된 바이오촤가 수용되며, 상기 연소기에서 발생하는 배가스가 통과하는 수용부; 상기 수용부 하부에 위치하는 압력 유지부; 상기 수용부와 상기 압력 유지부 사이에 위치하는 제1개폐부; 상기 압력 유지부 하측에 위치하는 제2개폐부; 및 상기 압력 유지부에 가압기체를 공급하는 컴프레셔;를 포함할 수 있다.
상기 포집부는, 상기 수용부에 수용된 바이오촤 배출시, 상기 압력 유지부에 공급되는 상기 가압기체에 의해 상기 압력 유지부가 가압된 상태에서 상기 제1개폐부를 개방하여 상기 수용부에 수용된 바이오촤를 상기 압력 유지부로 이동시키고, 그리고, 상기 제1개폐부를 폐쇄하고 상기 제2개폐부를 개방하여 상기 바이오촤를 상기 압력 유지부 외부로 배출되도록 할 수 있다.
상기 포집부는, 상기 압력 유지부에서 배출되는 상기 가압기체의 배압을 조절하는 배압 조절장치를 더 포함할 수 있다.
상기 바이오촤 생산부에서 바이오매스 생산시 발생하는 타르가 상기 연소기로 투입될 수 있다.
상기 포집부 후단에 위치하며, 상기 포집부를 통과한 배가스를 응축하여 여분의 오염물질을 추가로 제거하는 FGC 유닛을 더 포함할 수 있다.,
상기 FGC 유닛 후단에 위치하며, 상기 FGC 유닛을 통과한 배가스의 이산화탄소를 제거하는 CPU부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 오염물질 포집 시스템에 의하면, 고가의 촉매제를 이용하는 기존의 오염물질 포집 시스템과 달리, 바이오매스에 연소기의 배가스를 열원으로 하여 바이오촤를 생산하고 이를 이용하여 배가스에 포함된 오염물질의 흡착, 제거가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 사용이 끝난 바이오촤를 비료 등으로 재사용이 가능하다는 장점이 있다.
그리고, 포집부 내 압력을 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기의 압력과 동일하게 유지하여 운전함으로써, 연소기 압력 저하로 인한 연소 효율 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템의 일 구성인 포집부의 개략도이다.
도 3 및 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템의 일 구성인 포집부의 개략도로서, 포집부에서 바이오촤의 배출이 이루어지는 모습을 순차로 나타낸다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
또한, 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템(이하, 설명의 편의를 위하여, 단순히 '오염물질 포집 시스템'이라 칭할 수 있다)을 상세히 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 포집 시스템은, 연소기(100), 바이오촤 생산부(200), 포집부(300)를 포함한다.
연소기(100)는 가압순산소 연소가 이루어지는 구성으로서, 일측으로 투입되는 연료와 가압산소의 연소가 이루어진다, 연소기(100)는 연소로, 보일러 등으로 구성될 수 있다.
연소기(100)에서의 가압순산소 연소를 위하여, 연소기(100) 일측에는 ASU(10)(Air Separation unit)이 구비되어, 공기로부터 산소를 분리, 가압하여 연소기(100)로 공급할 수 있다.
바이오촤 생산부(200)는 연소기(100)와 연결된다.
바이오촤 생산부(200) 일측으로 바이오매스가 투입되고, 연소기(100)에서의 가압순산소 연소에 의해 발생하는 배가스 일부가 바이오촤 생산부(200)로 투입된다.
연소기(100)에서 발생하여 바이오촤 생산부(200)로 투입되는 배가스를 열원으로 하여, 바이오촤 생산부(200)로 투입된 바이오매스의 열분해가 이루어지며 바이오촤가 생산된다.
바이오촤 생산부(200) 일측에는 컴프레셔(미도시)가 연결되어, 가압기체를 바이오촤 생산부(200)로 공급하여 바이오촤 생산부(200) 내부를 가압상태로 조절할 수 있다. 이는 연소기(100)에서의 연소가 가압순산소 조건으로 이루어지기 때문에, 연소기(100)와 연결된 바이오촤 생산부(200)의 압력을 연소기(100) 내부 압력과 동일한 가압조건으로 유지되도록 한다
바이오촤 생산부(200)로 투입된 바이오매스는 상기와 같이 연소기(100)로부터 투입된 배가스에 의해 대략 500℃ 내외의 온도에서 열분해가 이루어진다.
바이오매스의 열분해시, 바이오매스에 포함된 타르가 가스상으로 빠져나오면서, 바이오촤의 표면에 다수의 미세기공이 형성되게 됨으로써, 생산되는 바이오촤는 흡착능을 갖게 된다.
한편, 상기와 같이 바이오촤 생산 과정에서 바이오매스로부터 빠져나온 타르는 연소기(100)로 공급되어, 연소기(100)의 연료로 사용되도록 함으로써, 연료 효율 및 비용을 절감 할 수 있다.
포집부(300)는 바이오촤 생산부(200) 및 연소기(100)와 연결된다.
포집부(300)에는 바이오촤 생산부(200)에서 생산된 바이오촤가 투입되어 수용되고, 연소기(100)로부터 발생하는 배가스가 포집부(300)를 통과하게 된다.
연소기(100)에서 발생하여 포집부(300)를 통과하는 배가스에는 미세먼지, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 등의 오염물질이 포함되어 있다.
연소기(100)에서 발생하는 배가스가 포집부(300)를 통과하면서, 배가스에 포함된 상기 오염물질이 포집부(300)에 수용된 바이오촤에 형성된 미세기공에 의해 흡착, 제거되게 된다.
따라서, 고가의 촉매제를 이용하는 기존의 오염물질 포집 시스템과 달리, 바이오매스에 연소기(100)의 배가스를 열원으로 하여 바이오촤를 생산하고 이를 이용하여 배가스에 포함된 오염물질의 흡착, 제거가 가능하다는 장점이 있다.
다음, 도 2 내지 도 4를 참조하여 포집부(300)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 포집부(300)는 수용부(310), 압력 유지부(320), 컴프레셔, 및 개폐부를 구비한다.
수용부(310)는 바이오촤 생산부(200)와 연결되며, 바이오촤 생산부(200)에서 생산된 바이오촤가 투입되어 수용된다.
연소기(100)에서 발생한 배가스가 포집부(300)의 수용부(310)를 통과하면서, 수용부(310)에 수용된 바이오촤에 의해 배가스에 포함된 오염물질이 흡착, 제거된다.
압력 유지부(320)는 수용부(310) 하측에 마련되는 소정공간으로서, 일측에 연결된 컴프레셔(330)에서 공급되는 가압기체에 의해 가압상태가 유지될 수 있으며, 압력 유지부(320) 타측에 배압 조절부(340)가 더 구비됨으로써, 가압기체의 배압을 조절함으로써 압력 유지의 압력을 가압상태, 바람직하게는 연소기(100) 내의 가압상태와 같이 유지되도록 한다.
개폐부는 수용부(310)와 압력 유지부(320) 사이에 위치하는 제1개폐부(311) 및 압력 유지부(320) 하측에 위치하는 제2개폐부(321)로 구성된다.
제1개폐부(311)가 개방되면 수용부(310)와 압력 유지부(320)가 연통되며, 제2개폐부(321)가 개방되면 압력 유지부(320)와 외부가 연통된다.
각 개폐부의 구성은 한정되지 않고, 그 개방 및 폐쇄상태에 따라, 수용부(310)와 압력 유지부(320), 및 압력 유지부(320)와 외부의 연통 및 밀폐를 가능하게 하는 수당으로 구성될 수 있으며, 예를 들면 댐퍼, 밸브 등으로 구성되는 것이 바람직하다.
수용부(310)에 수집된 바이오촤를 통하여 배가스의 오염물질의 흡착이 진행됨에 따라, 바이오촤의 흡착능이 저하되는데, 이 경우, 흡착능이 저하된 바이오촤를 외부로 배출하고, 바이오촤 생산부(200)로부터 새로운 바이오촤가 수용부(310)에 투입되도록 하여야 한다.
수용부(310)에 수용된 바이오촤 배출시, 도 3에 나타낸 바와 같이, 압력 유지부(320)에 공급되는 가압기체에 의해 압력 유지부(320)가 가압된 상태에서 제1개폐부(311)를 개방하여 상기 수용부(310)에 수용된 바이오촤가 상기 압력 유지부(320)로 이동되며, 수용부(310) 상부를 통하여 새로운 바이오촤가 수용부(310)로 투입된다.
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1개폐부(311)를 폐쇄하고 제2개폐부(321)를 개방하여 압력 유지부(320) 내의 바이오촤를 압력 유지부(320) 외부로 배출되도록 한다.
따라서, 압력 유지부(320)와 각 개폐부의 동작에 따른 바이오촤의 외부 배출로 인하여, 바이오촤의 외부 배출시에도 수용부(310) 내부의 압력이 떨어지지 않고 유지된다.
즉, 압력 유지부(320)가 압력 완충영역의 역할을 하며, 이로써, 연소기(100)와 연결된 수용부(310) 내의 압력을 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기(100)의 압력과 동일하게 유지하여 운전함으로써, 연소기(100) 압력 저하로 인한 연소의 저해를 방지한다.
또한, 외부로 배출되는 바이오촤에는 질소산화물과 황산화물은 별도로 분리하여 재사용이 가능하고, 질소산화물이 포함된 바이오촤는 후처리 후 비료로 사용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 포집부(300) 후단에는 FGC(Flue Gas condensor) 유닛(400), CPU(Compression and Purification Unit)부(500)가 추가로 구비될 수 있다.
FGC 유닛(400)은 포집부(300) 후단에 위치하며, 일측으로 투입되는 냉매(물)를 통하여 포집부(300)를 통과한 배가스를 응축하여 여분의 오염물질을 추가로 제거하고, 투입된 냉매를 통하여 배가스의 잠열을 회수하여 사용할 수 있다.
CPU부(500)는 FGC 유닛(400) 후단에 위치하며, FGC 유닛(400)을 통과한 배가스의 이산화탄소를 제거, 회수한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 오염물질 포집 시스템에 의하면, 고가의 촉매제를 이용하는 기존의 오염물질 포집 시스템과 달리, 바이오매스에 연소기의 배가스를 열원으로 하여 바이오촤를 생산하고 이를 이용하여 배가스에 포함된 오염물질의 흡착, 제거가 가능하다는 장점이 있다.
또한, 사용이 끝난 바이오촤를 비료 등으로 재사용이 가능하다는 장점이 있다.
그리고, 포집부 내 압력을 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기의 압력과 동일하게 유지하여 운전함으로써, 연소기 압력 저하로 인한 연소 효율 저하를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 연소기
200: 바이오촤 생산부
300: 포집부
310: 수용부
320: 압력 유지부
400: FGC 유닛
500: CPU부

Claims (7)

  1. 가압순산소 연소가 이루어지는 연소기(100);
    바이오매스가 투입되며, 상기 연소기(100)에서 발생하는 배가스의 일부를 열원으로 하여 투입된 상기 바이오매스로부터 바이오촤가 생산되는 바이오촤 생산부(200); 및
    상기 바이오촤 생산부(200)에서 생산된 바이오촤가 수용되어, 상기 연소기(100)에서 발생하는 배가스가 통과하는 포집부(300);를 포함하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집부(300)는,
    상기 바이오촤 생산부(200)에서 생산된 바이오촤가 수용되며, 상기 연소기에서 발생하는 배가스가 통과하는 수용부(310);
    상기 수용부(310) 하부에 위치하는 압력 유지부(320);
    상기 수용부(310)와 상기 압력 유지부(320) 사이에 위치하는 제1개폐부(311);
    상기 압력 유지부(320) 하측에 위치하는 제2개폐부(321); 및
    상기 압력 유지부(320)에 가압기체를 공급하는 컴프레셔;를 포함하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 포집부(300)는,
    상기 수용부(310)에 수용된 바이오촤 배출시, 상기 압력 유지부(320)에 공급되는 상기 가압기체에 의해 상기 압력 유지부(320)가 가압된 상태에서 상기 제1개폐부(311)를 개방하여 상기 수용부(310)에 수용된 바이오촤를 상기 압력 유지부(320)로 이동시키고, 그리고, 상기 제1개폐부(311)를 폐쇄하고 상기 제2개폐부(321)를 개방하여 상기 바이오촤를 상기 압력 유지부(320) 외부로 배출되도록 하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 포집부(300)는,
    상기 압력 유지부(320)에서 배출되는 상기 가압기체의 배압을 조절하는 배압 조절장치를 더 포함하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오촤 생산부(200)에서 바이오촤 생산시 발생하는 타르가 상기 연소기(100)로 투입되는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집부(300) 후단에 위치하며, 상기 포집부(300)를 통과한 배가스를 응축하여 여분의 오염물질을 추가로 제거하는 FGC 유닛(400)을 더 포함하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 FGC 유닛(400) 후단에 위치하며, 상기 FGC 유닛(400)을 통과한 배가스의 이산화탄소를 제거하는 CPU부(500)를 더 포함하는,
    바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템.
KR1020180070483A 2018-06-19 2018-06-19 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템 KR102074990B1 (ko)

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