KR102343773B1 - 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템 - Google Patents

도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 블로워, 상기 블로워로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고 제1 처리가스를 배출하는 광배양 공정부, 상기 블로워로부터 공급되는 배기가스와 상기 제1 처리가스가 유입되는 혼합탱크, 상기 혼합탱크에서 혼합된 제2 처리가스를 공급받고, 상기 제2 처리가스를 복수의 분리막을 이용하여 질소가 함유된 제1 농축가스, 산소가 함유된 제2 농축가스 및 이산화탄소가 함유된 제3 농축가스로 분리하는 분리막 공정부, 상기 분리막 공정부에서 분리된 상기 제3 농축가스를 이용하여 이산화탄소를 광물화하고 제3 처리가스를 상기 혼합탱크로 배출하는 광물화 반응부, 복수의 센서를 이용하여 각 공정에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정하는 센서부, 상기 센서부의 감지값을 이용하여 상기 블로워, 상기 광배양 공정부, 상기 혼합탱크, 상기 분리막 공정부 및 상기 광물화 반응부로 공급 및 배출되는 가스의 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부를 포함하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템을 제공한다.

Description

도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템{Hybrid system of carbon dioxide compact membrane separation and utilization for urban power plants}
실시예는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 도심에 위치한 도심형 발전소나 산업단지에서도 좁은 공간에서 저렴한 비용으로 효과적인 이산화탄소 포집 분리를 하고 후처리로 이를 이용하여 다양한 고가물질로 전환할 수 있는 새로운 탄소 자원화를 할 수 있는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 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 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 이산화질소, 할로카본 등의 온실 가스 농도가 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 처리는 더욱 중요한 문제로 대두되었다.
배출된 이산화탄소 성분을 처리하기 위한 기술로 이산화탄소 분리막 포집 기술, 이산화탄소 광물화 기술 및 미세조류를 이용한 광배양기술 등 다양한 기술이 등장하고 있다.
그러나, 각각의 기술들은 이산화탄소를 처리할 수 있는 장점이 있으나, 시스템 설치비, 이산화탄소 처리량, 단위면적당 낮은 이산화탄소 저감률 등 다양한 문제점이 존재한다.
실시예는 바이오매스 성장률을 향상시키고, 분리막 포집부에서 효율적으로 가스를 분리하고 이를 활용하여 미세조류 성장속도 상승과 배출가스의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 블로워; 상기 블로워로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고 제1 처리가스를 배출하는 광배양 공정부; 상기 블로워로부터 공급되는 배기가스와 상기 제1 처리가스가 유입되는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에서 혼합된 제2 처리가스를 공급받고, 상기 제2 처리가스를 복수의 분리막을 이용하여 질소가 함유된 제1 농축가스, 산소가 함유된 제2 농축가스 및 이산화탄소가 함유된 제3 농축가스로 분리하는 분리막 공정부; 상기 분리막 공정부에서 분리된 상기 제3 농축가스를 이용하여 이산화탄소를 광물화하고 제3 처리가스를 상기 혼합탱크로 배출하는 광물화 반응부; 복수의 센서를 이용하여 각 공정에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정하는 센서부; 상기 센서부의 감지값을 이용하여 상기 블로워, 상기 광배양 공정부, 상기 혼합탱크, 상기 분리막 공정부 및 상기 광물화 반응부로 공급 및 배출되는 가스의 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 분리막 공정부는 제1 분리막, 제2 분리막 및 제3 분리막을 이용하여 상기 제1 농축가스, 상기 제2 농축가스 및 상기 제3 농축가스로 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 분리막에서 분리된 상기 제1 농축가스와 상기 제2 농축가스의 혼합가스를 제2 분리막으로 이동하고, 상기 제2 농축가스와 상기 제3 농축가스의 혼합가스는 제3 분리막으로 이동하며, 상기 제2 분리막에서는 제1 농축가스와 제2 농축가스가 분리되고, 상기 제3 분리막에서는 제2 농축가스와 제3 농축가스가 분리되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 농축가스는 질소의 함량이 95~99%인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 농축가스는 산소의 함량이 80~90%인 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제3 농축가스는 이산화탄소의 함량이 85~95%인 것을 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 농축가스는 미세분산기를 통해 마이크로 버블화되어 상기 광물화 반응부로 주입되며, 상기 광물화 반응부로 공급되는 상기 제3 농축가스와 함께 반응하여 광물화 슬러리탱크 내부가 균일하게 혼합되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 농축가스는 상기 광배양 공정부로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 농축가스는 45~55m3/hr로 공급되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 처리가스의 이동라인에는 워터트랩이 배치되어 상기 제1 처리가스 내부에 함유하는 수분을 제거하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 워터트랩을 통해 제거된 수분은 상기 광배양 공정부로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 블로워는 상기 배기가스의 유입량을 결정하는 제1 블로워와 상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스 중 상기 광배양 공정부로 유입되는 배기가스 량을 조절하는 제2 블로워를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 센서부는 상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스의 이산화탄소를 측정하는 제1 센서, 상기 광배양 공정부에서 배출되는 제1 처리가스의 이산화탄소를 측정하는 제2 센서, 상기 혼합탱크에서 배출되는 혼합가스의 이산화탄소를 측정하는 제3 센서, 상기 분리막 공정부에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제4 센서, 상기 분리막공정에서 배출되는 제3 농축가스의 이산화탄소를 측정하는 제5 센서 및 상기 광물화 반응부에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제6 센서를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스량을 감소시키고, 상기 제2 블로워를 통해 상기 광배양 공정부로 유입되는 배기가스량을 증대하여 상기 혼합탱크 내부의 이산화탄소 농도를 낮추는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 분리막 공정부의 재순환율을 증대하여 상기 제6 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우, 상기 제어부는 상기 광물화 반응부로 투입되는 탄산칼슘의 투입량을 증대하여 상기 제6 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 미세조류 배양공정의 변화로 바이오매스 성장률을 상승시키는 효과가 있다.
또한, 분리막 포집부에서 생성되는 가스를 활용하여 균일한 광물화 반응 및 미세조류 성장속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 구조도이고,
도 3은 도 1의 구성요소인 분리막 공정부의 세부 구조도이고,
도 4는 도 2에서 산소 공급농도에 따른 바이오매스의 농도를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 4는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템의 구조도이고, 도 3은 도 1의 구성요소인 분리막 공정부의 세부 구조도이고, 도 4는 도 2에서 산소 공급농도에 따른 바이오매스의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템은 블로워(100), 광배양 공정부(200), 혼합탱크(300), 분리막 공정부(400), 광물화 반응부(500), 센서부(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.
블로워(100)는 이산화탄소가 포함된 배기가스가 유입되며, 이를 각 요소에 분배할 수 있다. 일실시예로 블로워(100)는 배기가스의 유입량을 결정하는 제1 블로워(110)와 제1 블로워(110)를 통해 유입되는 배기가스 중 광배양 공정부(200)로 유입되는 배기가스 량을 조절하는 제2 블로워(120)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 블로워(110)와 제2 블로워(120)를 통해 유입되는 배기가스 양은 제어부(700)를 통해 조절될 수 있다.
광배양 공정부(200)는 블로워(100)로부터 배기가스를 공급받고 미세조류를 이용하여 광배양 고정을 수행하고 제1 처리가스를 배출할 수 있다.
광배양 공정부(200)는 미세조류를 이용하여 이산화탄소 고정화하는 공정을 수행할 수 있다. 식물성 플랑크톤인 미세조류는 태양을 에너지원으로 하며, 이산화탄소를 고정화하는 광합성 작용을 하며 성장하게 된다.
이러한 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 것은 식물이 이산화탄소를 광합성하는 경우와 마찬가지로 태양 에너지를 주 에너지원으로 활용할 수 있어 이산화탄소를 고정하기 위해 투입해야 하는 에너지 소모량이 매우 작은 장점이 존재한다.
미세조류는 식물에 비해 성장속도가 빠르고, 1세대 바이오연료인 콩,옥수수, 유채씨 등에 비하여 단위면적당 바이오매스 생산성이 20-100배 이상 높은 특징을 가지고, 해상이나 황무지를 통해 대량 배양이 가능하며, 하수, 해수 폐수 등 다양한 수자원을 활용할 수 있다. 특히, 화력발전소와 같은 탄소 배출원에서 나오는 연소 배기가스를 직접적으로 세포 배양에 활용할 수 있다는 장점이 존재한다.
미세조류 공정의 경우, 이산화탄소를 바이오디젤, 바이오폴리머, 의약품, 건강식품, 천연색소 등 다양한 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 태양광을 활용하여 추가적인 에너지 투입이 없어 저비용의 경제성을 갖춘 친환경 공정 개발이 가능하다는 장점을 가진다.
이러한 광배양에 사용가능한 미세조류로는 네오클로리스(Neochloris sp.), 클로렐라(Chlorella sp.), 클로로코쿰(Chlorococcum sp.), 스피루리나(Spirulina sp.), 헤마토코쿠스(Haematococcus sp.), 네오스폰지오코쿰(Neospongiococcum sp.), 세네데스무스(Scenedesmus sp.), 두나리엘라(Dunaliella sp.) 등을 예를 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 이산화탄소를 바이오매스로 전환하는 능력을 가지는 미세조류라면 제한 없이 사용가능하다.
광배양 공정부(200)를 통해 배출되는 처리가스의 이동라인에는 워터트랩(210)이 배치되어 제1 처리가스 내부에 함유되어 있는 수분을 제거할 수 있다. 미세조류 광배양공정에서 배출되는 제1 처리가스는 습윤포화된 상태이다. 이러한 제1 처리가스는 워터트랩(210)을 지나면서 수분이 제거되고, 수분이 제거된 제1 처리가스는 혼합탱크(300)로 이동할 수 있다.
이때, 워터트랩(210)에서 회수된 물은 광배양 공정부(200)로 공급되어 물을 재활용할 수 있다.
혼합탱크(300)는 제1 블로워(110)를 통해 공급되는 배기가스와 수분이 제거된 제1 처리가스가 유입될 수 있다. 이때, 제어부(700)는 분리막 공정부(400)로 공급되는 혼합가스의 이산화탄소 농도를 제어할 수 있다.
분리막 공정부(400)는 혼합탱크(300)에서 혼합된 제2 처리가스를 공급받고, 제2 처리가스를 복수의 분리막을 이용하여 제2 처리가스를 질소가 함유된 제1 농축가스, 산소가 함유된 제2 농축가스 및 이산화탄소가 함유된 제3 농축가스로 분리할 수 있다.
분리막 공정부(400)는 제2 처리가스를 복수의 분리막에 유입시켜 통과하는 경우 각 성분의 분리공극차와 투과속도에 기인하여 질소, 산소 및 이산화탄소 각각의 성부을 주성분으로 하는 농축가스로 분리할 수 있다.
분리막 공정부(400)는 제1 분리막(410), 제2 분리막(420) 및 제3 분리막(430)을 이용하여 제1 농축가스, 제2 농축가스 및 제3 농축가스로 분리할 수 있다.
일실시예로, 혼합탱크(300)에서 유입된 제2 처리가스는 제1 분리막(410)에서 분리된 제1 농축가스와 제2 농축가스의 혼합가스를 제2 분리막(420)으로 이동시키고, 제2 농축가스와 제3 농축가스의 혼합가스는 제3 분리막(430)으로 이동시킬 수 있다. 이후 제2 분리막(420)에서는 제1 농축가스와 제2 농축가스가 분리되며, 제3 분리막(430)에서는 제2 농축가스와 제3 농축가스가 분리될 수 있다. 이후 제2 분리막(420)에서 분리된 제2 농축가스와 제3 분리막(430)에서 분리된 제3 농축가스는 하나에 배관으로 모여 이동하게 된다.
복수의 분리막을 통해 분리된 제1 농축가스, 제2 농축가스 및 제3 농축가스는 시스템 내부에서 활용될 수 있다.
이때, 제1 농축가스는 질소의 함량이 95~99%, 제2 농축가스는 산소의 함량이 80~90%, 제3 농축가스는 이산화탄소의 함량이 85~95%일 수 있다.
광물화 반응부(500)는 분리막 공정부(400)에서 분리된 제3 농축가스를 이용하여 이산화탄소를 광물화하고 제3 처리가스를 혼합탱크(300)로 배출할 수 있다.
광물화 반응부(500)는 포집된 이산화탄소를 자연산 광물 또는 산업체에서 배출되는 무기계 산업부산물(inorganic industrial waste)과 반응시켜 새로운 광물로 합성시키는 기술이다.
일실시예로, 광물화 반응부(500)는 배기가스 내 이산화탄소가 건축부산물(슬래그, 폐콘크리트)내 Ca, Mg 성분과 광물화 반응을 통해 CaCO3, MgCO3 와 탄산염을 생산하여 이산화탄소를 영구적으로 고체화할 수 있다.
생성된 탄산염은 안정하여 물에 잘 녹지 않으며, 대기 중으로 이산화탄소 방출이 불가능해 환경적으로도 해가 없으며, 이산화탄소를 영구적으로 저장하여 이산화탄소의 배출문제를 해결할 수 있다.
이때, 고순도의 질소가스를 함유한 제1 농축가스는 미세분산기를 통해 마이크로 버블화되어 광물화 반응부(500)로 주입되며, 광물화 반응부(500)로 공급되는 제3 농축가스와 함께 반응하여 광물화 슬러리 탱크 내부가 균일하게 혼합되도록 할 수 있다.
일실시예로, 98%로 농축된 질소가스를 함유하는 제1 농축가스는 광물화 폐콘미분말 슬러리탱크로 유입되어 분사되며, 분사되는 미세질소기포로 인해 균일한 혼합 및 유지 효과를 통해 효과적인 광물화 반응이 일어나도록 할 수 있다.
또한, 산소가 농축된 제2 농축가스는 고농도의 산소가스를 판매하여 수익을 올리거나, 광배양 공정부(200)로 공급되어 미세조류 배양을 촉진할 수 있다.
85%로 농축된 산소가 포함된 제2 농축가스는 광배양 공정부(200)로 공급되어 미세조류의 성장속도를 향상시키는 촉진제로 사용될 수 있다.
일실시예로, 도 4를 참조하면, 광배양 공정부(200)에서 클로렐라를 15일간 배양하는 경우, 종래의 공정에서는 2.6g/L의 바이오매스 농도가 나타나고 있다.
본 발명의 실시예에서 산소가 함유된 제2 농축가스를 주입하는 경우, 제2 농축가스를 10m3/h로 주입하는 경우 2.5g/L, 20m3/h로 주입하는 경우 2.8g/L, 30m3/h로 주입하는 경우 3.1g/L, 50m3/h로 주입하는 경우 3.3g/L, 70m3/h로 주입하는 경우 2.7g/L, 100m3/h로 주입하는 경우 2.3g/L의 바이오매스가 생성되는 것을 확인할 수 있다. 산소가스를 촉진재로 주입하는 경우 일정영역까지는 바이오매스 성장속도가 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 50m3/h를 넘어가는 경우 성장속도가 감소함을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명에서 제2 농축가스의 공급량는 45~55m3/h에서 결정되는 것이 바람직하며, 최적의 조건으로 50m3/h로 공급될 수 있다.
센서부(600)는 복수의 센서를 이용하여 각 공정에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정할 수 있다.
일실시예로, 센서부(600)는 제1 블로워(110)를 통해 유입되는 배기가스의 이산화탄소를 측정하는 제1 센서(610), 광배양 공정부(200)에서 배출되는 제1 처리가스의 이산화탄소를 측정하는 제2 센서(620), 혼합탱크(300)에서 배출되는 혼합가스의 이산화탄소를 측정하는 제3 센서(630), 분리막 공정부(400)에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제4 센서(640), 분리막공정에서 배출되는 제3 농축가스의 이산화탄소를 측정하는 제5 센서(650) 및 광물화 반응부(500)에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제6 센서(660)를 포함할 수 있다.
제어부(700)는 센서부(600)의 감지 값을 이용하여 블로워(100), 광배양 공정부(200), 혼합탱크(300), 분리막 공정부(400) 및 광물화 공정부로 공급 및 배출되는 가스의 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어할 수 있다.
본 발명은 최종적으로 배출되는 이산화탄소의 양을 제어하여 배기가스 배출량을 제어하는 것을 목적으로 한다.
그러나, 유입되는 이산화탄소 양이나, 처리되는 이산화탄소 양이 항상 일정한 것이 아니기 때문에 처리효율이 달라져 최종 배출되는 이산화탄소의 양이 달라지는 문제점이 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 제4 센서(640)에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우 시스템의 구성요소를 제어하여 이산화탄소 배출량을 조절할 수 있다.
제어부(700)는 제4 센서(640)에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우, 제어부(700)는 상기 제1 블로워(110)를 통해 유입되는 배기가스량을 감소시키고, 제2 블로워(120)를 통해 상기 광배양 공정부(200)로 유입되는 배기가스량을 증대하여 상기 혼합탱크(300) 내부의 이산화탄소 농도를 낮추어 최종 배출되는 이산화탄소 양을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(700)는 분리막 공정부(400)의 재순환율을 증대하여 제4 센서(640)에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어할 수 있으며, 광물화 반응부(500)로 투입되는 탄산칼슘의 투입량을 증대하여 제4 센서(640)에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어할 수도 있다.
일실시예로, 제1 센서(610)에서 감지되는 배기가스 내 이산화탄소 농도가 8%이며, 제4 센서(640)에서 감지지되는 이산화탄소 농도가 1%로 유지해야 하는데, 제4 센서(640)에서 감지되는 이산화탄소의 농도가 2~3%인 경우 배출되는 이산화탄소 농도를 낮출 필요가 있다.
제어부(700)는 제1 블로워(110)를 유입가스량을 적게하고(400m3/min→300m3/min), 제 블로워(100)를 통해 광배양 공정부(200)로 유입되는 유입가스량을 증대(100m3/min→200m3/min)하고, 광물화 공정부 내의 이산화탄소농도를 제2 센서(620)를 통해 5.5%로 맞추면, 제3 센서(630)를 통해 측정되는 이산화탄소의 농도를 (8~10%→6.5~8%) 제어할 수 있다.
또한, 분리막 공정부(400) 내부에서 1~3단 공정내 재순환율이나 외부순환율을 높이거나, 제5 센서(650)에서 측정되는 이산화탄소 농도대비 산화칼슐(CaO) 투입량이나 재순환율을 높여 광물화 처리가스내 이산화탄소농도를 낮추어 제4 센서(640)를 통해 배출되는 최종 이산화탄소 농도를 낮출 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 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.
100 : 블로워 110 : 제1 블로워
120 : 제2 블로워 200 : 광배양 공정부
210 : 워터트랩 300 : 혼합탱크
400 : 분리막 공정부 410 : 제1 분리막
420 : 제2 분리막 430 : 제3 분리막
500 : 광물화 반응부 600 : 센서부
610 ; 제1 센서 620 : 제2 센서
630 : 제3 센서 640 : 제4 센서
650 : 제5 센서 660 : 제6 센서
700 : 제어부

Claims (16)

  1. 배기가스가 유입되며, 이를 분배하는 블로워;
    상기 블로워로부터 배기가스를 공급받아 미세조류를 이용하여 광배양 공정을 수행하고 제1 처리가스를 배출하는 광배양 공정부;
    상기 블로워로부터 공급되는 배기가스와 상기 제1 처리가스가 유입되는 혼합탱크;
    상기 혼합탱크에서 혼합된 제2 처리가스를 공급받고, 상기 제2 처리가스를 복수의 분리막을 이용하여 질소가 함유된 제1 농축가스, 산소가 함유된 제2 농축가스 및 이산화탄소가 함유된 제3 농축가스로 분리하는 분리막 공정부;
    상기 분리막 공정부에서 분리된 상기 제3 농축가스를 이용하여 이산화탄소를 광물화하고 제3 처리가스를 상기 혼합탱크로 배출하는 광물화 반응부;
    복수의 센서를 이용하여 각 공정에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정하는 센서부;
    상기 센서부의 감지값을 이용하여 상기 블로워, 상기 광배양 공정부, 상기 혼합탱크, 상기 분리막 공정부 및 상기 광물화 반응부로 공급 및 배출되는 가스의 유량 및 이산화탄소 함유량을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 분리막 공정부는 제1 분리막, 제2 분리막 및 제3 분리막을 이용하여 상기 제1 농축가스, 상기 제2 농축가스 및 상기 제3 농축가스로 분리하는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 분리막에서 분리된 상기 제1 농축가스와 상기 제2 농축가스의 혼합가스를 제2 분리막으로 이동하고, 상기 제2 농축가스와 상기 제3 농축가스의 혼합가스는 제3 분리막으로 이동하며,
    상기 제2 분리막에서는 제1 농축가스와 제2 농축가스가 분리되고,
    상기 제3 분리막에서는 제2 농축가스와 제3 농축가스가 분리되는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 농축가스는 질소의 함량이 95~99%인 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 농축가스는 산소의 함량이 80~90%인 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 농축가스는 이산화탄소의 함량이 85~95%인 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 농축가스는 미세분산기를 통해 마이크로 버블화되어 상기 광물화 반응부로 주입되며,
    상기 광물화 반응부로 공급되는 상기 제3 농축가스와 함께 반응하여 광물화 슬러리탱크 내부가 균일하게 혼합되도록 하는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 농축가스는 상기 광배양 공정부로 공급되는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 농축가스는 45~55m3/hr로 공급되는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 처리가스의 이동라인에는 워터트랩이 배치되어 상기 제1 처리가스 내부에 함유하는 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 워터트랩을 통해 제거된 수분은 상기 광배양 공정부로 유입되는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 블로워는 상기 배기가스의 유입량을 결정하는 제1 블로워와 상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스 중 상기 광배양 공정부로 유입되는 배기가스 량을 조절하는 제2 블로워를 포함하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 센서부는
    상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스의 이산화탄소를 측정하는 제1 센서, 상기 광배양 공정부에서 배출되는 제1 처리가스의 이산화탄소를 측정하는 제2 센서, 상기 혼합탱크에서 배출되는 혼합가스의 이산화탄소를 측정하는 제3 센서, 상기 분리막 공정부에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제4 센서, 상기 분리막공정에서 배출되는 제3 농축가스의 이산화탄소를 측정하는 제5 센서 및 상기 광물화 반응부에서 배출되는 이산화탄소를 측정하는 제6 센서를 포함하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우,
    상기 제어부는 상기 제1 블로워를 통해 유입되는 배기가스량을 감소시키고, 상기 제2 블로워를 통해 상기 광배양 공정부로 유입되는 배기가스량을 증대하여 상기 혼합탱크 내부의 이산화탄소 농도를 낮추는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우,
    상기 제어부는 상기 분리막 공정부의 재순환율을 증대하여 상기 제6 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 제4 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도가 기설정된 값보다 높은 경우,
    상기 제어부는 상기 광물화 반응부로 투입되는 탄산칼슘의 투입량을 증대하여 상기 제6 센서에서 감지되는 이산화탄소 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템.
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