KR102505577B1 - 연도 가스 배출 저감 기술 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 성분을 갖는 연도 가스를 처리하는 방법을 제공한다. 방법은 활성화된 용액을 형성하기 위해 자기장 및 전기장 모두를 통해 용액을 통과시키는 단계를 포함한다. 또한, 방법은, 연도 가스의 하나 이상의 성분이 활성화된 용액에 의해 적어도 부분적으로 흡수되어 잔류 용액을 형성하도록, 활성화된 용액을 연도 가스와 접촉시키는 단계를 포함한다.

Description

연도 가스 배출 저감 기술
본 발명은 일반적으로 연도 가스로부터 CO2, CO, NO, NOx, 및 SOx와 같은 온실 가스를 감소시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
온실 가스 배출 문제는 점점 증가하는 문제가 되고 있다. 이러한 문제의 주요 원인은 발전소, 정유소, 산업 발전소, 및 열 발생 시스템, 운송, 시멘트 공장 및 가마, 폐기물 소각로, 및 온실 가스가 배출되는 기타 산업 시스템 또는 프로세스(총괄적으로 연도 가스 배출 시스템 또는 프로세스라고 한다)에서 온실 가스가 검사되지 않은 상태로 배출되는 것이다. 전 세계적으로 전력 수요가 증가하고 있으며 전 세계 전력의 60% 이상이 화석 연료(예를 들어, 석탄) 화력 발전소와 같은 화력 발전소에서 생산된다. 이러한 수치는 화석 연료가 저렴하고 풍부하며 이로부터 전력을 추출하는 기술이 잘 확립되어 있기 때문에 향후 20년 동안 크게 변하지 않을 것이다.
온실 가스 배출, 특히 CO2 배출을 감소시키는 방법에는 원자력 사용이 포함된다. 원자력은 CO2를 생성하지 않지만 핵폐기물 저장과 관련하여 여전히 일반적으로 사용되는 것을 불가능하게 하는 많은 문제가 있다. 탄소 제거(carbon sequestration)는 화석 연료 연소 발전소에서 배출되는 CO2를 대기로 유입하는 것을 줄이거나 포집하는 방법으로 연구되고 있는 또다른 기술이다.
그러나, 탄소 제거는 용량에 있어서 매우 비싸고 유한하다. 항상 확장 가능한 것은 아니며, 이는 일반적으로 중대 규모 CO2 생산자, 예를 들어, 25,000톤 이상의 CO2 p.a를 방출하는 발전소만을 대상으로 할 수 있다. 이로 인해 다수의 소규모 CO2 생산 업체가 그대로 및/또는 규제되지 않은 채로 남게 된다.
또한, 연도 가스에서 SO2 또는 HCl을 제거하기 위해 석회 또는 석회석 기반 시약으로 연도 가스 '스크러빙(scrubbing)'하는 것은 이미 공지되어 있으나, 주요 지구 온난화 원인으로 여겨지는 NOx 가스 또는 CO2에는 거의 영향을 미치지 않는다.
전 세계 에너지 소비가 증가함에 따라 CO2 배출을 감소시키기 위한 대안이 필요하다.
본원에서 임의의 선행기술이 언급되는 경우, 이러한 참조는 호주 또는 다른 국가에서 해당 기술 분야의 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것으로 인정되지 않는다는 것을 이해해야한다.
하나 이상의 성분을 갖는 연도 가스를 처리하는 방법이 개시되고, 방법은, 자기장과 전기장을 통해 용액을 통과시켜 활성화된 용액을 형성하는 단계, 및 연도 가스의 하나 이상의 성분이 활성화된 용액에 의해 적어도 부분적으로 흡수되어 잔류 용액을 형성하도록 활성화된 용액을 연도 가스와 접촉시키는 단계를 포함한다.
이론에 제한되지 않고, 물과 같은 용액을 활성화시키는 것은 용액 중의 이온과 같은 용질의 용해도를 증가시키는 데 도움이 된다고 여겨진다. 예를 들어, 방해석과 같은 난용성 미네랄에 대해, 자기장 및 전기장의 존재는 수화된 CaCo3의 응집을 방해하여 액상 에멀션(liquid emulsion)을 형성하여 상이한 핵 생성 클러스터(prenucleation clusters)로 전환시켜 상이한 구조의 결정을 이루는 데에 도움이 되는 것으로 여겨진다. 이는 결정의 가장자리 및 모서리의 수를 증가시켜(즉, 응집체의 표면적이 증가한다) 해리 및 용해도를 높이는 데 도움이 된다. 이는 용액에 존재하는 이온의 수가 증가할 수 있으며, 이는 연도 가스에 의한 활성화된 용액의 반응성을 증가시킬 수 있음을 의미한다. 용질이 이온인 경우, 활성화는 각각의 이온의 수화 반경을 늘리고 각각의 이온을 용액에 더 오래 유지하는 데 도움이 될 수 있게 한다. 이는 CO2와 같은 연도 가스 성분이 활성화된 용액에 의해 전환되거나 흡수되는 능력을 증가시키는 데 도움이 될 수 있다(예를 들어, 가용화되어 CO3 2-를 형성한다). 달리 말하면, 기상(gas phase)과 수상(aqueous phase) 사이에서 연도 가스를 포함하는 성분의 분배 계수는 수상을 향해 이동한다. 탄소 미립자가 연도 가스에 존재하면 잔류 용액에 응집될 수 있다. 응집체가 100nm보다 크면 빛을 굴절시키고 물의 색이 변하게 할 수 있다. 활성화된 용액은 연도 가스의 하나 이상의 성분과 반응할 수 있다. 예를 들어, 활성화된 용액은 CO2를 탄소 및 산소로 환원시키고/시키거나 CO2를 CO3 2-로 전환시켜 이온과 추가로 반응하여 불용성 광물을 형성하는 것을 도울 수 있다.
용어 "흡수"는 연도 가스 성분과 활성화된 용액과의 상호 작용(예를 들어, 연도 가스 성분의 흡수 및 연도 가스 성분을 다른 형태로 전환(예를 들어, CO2를 CO3 2-로 전환))을 포함하는 것으로 광범위하게 해석되어야 한다. 전환이 발생하기 위해서는, 전환이 발생하기 전에 연도 가스 성분이 일반적으로 흡수될 필요가 있다.
일 실시예에서, 자기장은 자기 코일로부터 제공될 수 있다. 코일은 0.0002nT 내지 10T의 자속 밀도와 그 사이의 다른 모든 하위 범위를 생성할 수 있다. 예를 들어, 코일은 약 1mT 내지 1T, 약 0.01μT 내지 1T, 약 0.01μT 내지 1mT, 약 1μT 내지 200μT, 및 약 0.01μT 내지 200μT의 자속 밀도를 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 10T보다 큰 자속 밀도가 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 자기장은 지구의 자기장에 의해 제공될 수 있다. 당업자는 자속 밀도가 m2당 웨버(Wb) 및 가우스(G)와 같은 다른 단위로 표현될 수 있음을 이해할 것이다.
실시예에서, 전기장은 제1 안테나에서 생성된 진동하는 정현파 파형의 형태 또는 쌍극자 및 제2 안테나 또는 쌍극자에서 생성된 진동하는 정현파 파형이다. 제1 안테나 또는 쌍극자에서 생성된 정현파 파형은 제2 안테나 또는 쌍극자에서 생성 된 정현파와 위상이 180°어긋날 수 있다. 정현파는 일부 실시예에서 구형파(square waveform)로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 안테나 또는 쌍극자는 전기장 발생기와 관련될 수 있다. 자기장은 제1 안테나 또는 쌍극자와 제2 안테나 또는 쌍극자 사이에 존재할 수 있다. 진동하는 전기장의 주파수는 0.3Hz 내지 2,000THz 범위일 수 있고, 다른 모든 하위 범위, 예를 들어, 0.3Hz 내지 100MHz, 0.3Hz 내지 1MHz, 0.3Hz 내지 500kHz, 0.3Hz 내지 300kHz, 및 0.3Hz 내지 100kHz일 수 있다.
실시예에서, 활성화된 용액을 연도 가스와 접촉시키는 단계는 활성화된 용액을 연도 가스에 증기 및/또는 미스트로서 분사하는 단계를 포함할 수 있다. 증기는 미스트를 포함할 수 있다. 활성화된 용액은 에어로졸 발생기를 사용하여 연도 가스에 주입될 수 있다. 용액은 수성에 기초할 수 있다. 용액은 물일 수 있다. 물은 연도 가스 성분의 흡착 및/또는 전환을 돕는 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제는 염(들) 또는 다른 용질을 포함할 수 있다. 물은 해수일 수 있다. 일부 실시예에서, 용액은 증기 형태이며 증기는 연도 가스와 접촉하기 전에 활성화된다. 달리 말하면, 용액은 활성화되기 전에 증기로 전환된다. 일부 다른 실시예에서, 용액은 먼저 활성화된 다음 증기로 전환되고, 활성화된 증기는 연도 가스와 접촉한다.
실시예에서, 방법은 잔류 용액을 수집하는 단계를 포함할 수 있다. 연도 가스의 적어도 부분적으로 흡수된 하나 이상의 성분은 잔류 용액으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 탄소 미립자는 탄소 나노 튜브와 같은 탄소계 물질의 제조에서 추가 처리를 위해 수집되어 보내질 수 있다. 활성 용액에 미립자가 흡수된 경우, 미립자는 흡수되어 다른 형태로 변환되기보다는 현탁될 수 있다. 대안적으로, 회수된 탄소 미립자는 화력 발전소의 공급 원료로 사용될 수 있다.
실시예에서, 방법은 연속적으로 수행될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 방법은 온-오프 방식과 같은 주기적 방식으로 수행될 수 있다. 방법은 활성화 된 용액이 연도 가스와 접촉하는 속도를 증가시킴으로써 연도 가스 배출의 증가에 응답할 수 있다.
하나 이상의 구성 요소를 갖는 연도 가스를 처리하기 위한 시스템이 또한 개시되며, 시스템은, 연도 가스에 용액을 전달하도록 구성된 도관; 연도 가스로 전달되는 용액과 관련되고 전기장을 발생시키도록 구성되는 전기장 발생기; 연도 가스로 전달되는 용액과 관련되는 자기장을 포함하고, 시스템은 연도 가스로 전달되는 용액이 전기장 및 자기장에 의해 활성화되어 활성화된 용액이 형성되도록 구성되며, 활성화된 용액은 연도 가스와 접촉하여 연도 가스의 하나 이상의 성분을 적어도 부분적으로 흡수하여 잔류 용액을 형성하기 위해 개구를 통과할 수 있다.
자기장은 자기장을 생성하도록 구성된 자기 발생기에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 자기장은 지구의 자기장에 의해 제공된다. 실시예에서, 자기장 발생기는 0.0002μT 내지 10T 사이의 자기장 및 그 사이의 다른 모든 하위 범위를 발생시키도록 구성된 자기 코일일 수 있다. 예를 들어, 코일은 약 1mT 내지 1T, 약 0.01μT 내지 1T, 약 0.01μT 내지 1mT, 및 약 0.01μT 내지 200μT의 자속 밀도를 생성할 수 있다. 10T보다 큰 자속이 사용될 수 있다. 실시예에서, 전기장 발생기는 제1 안테나 또는 쌍극자 및 제2 안테나 또는 쌍극자 사이에 진동하는 정현파를 생성하기 위한 제1 안테나 또는 쌍극자 및 제2 안테나 또는 쌍극자를 가질 수 있다. 실시예에서, 자기장 발생기는 제1 안테나 또는 쌍극자와 제2 안테나 또는 쌍극자 사이에 위치할 수 있다. 이는 용액의 활성화 효율성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있다.
실시예에서, 진동하는 전기장의 주파수는 0.3Hz 내지 2,000kTHz의 범위일 수 있고, 예를 들어, 0.3Hz 내지 100MHz, 0.3Hz 내지 1MHz, 0.3Hz 내지 500kHz, 0.3Hz 내지 300kHz, 및 0.3Hz 내지 100kHz 범위의 다른 하위 범위일 수 있다. 실시예에서, 개구는 연도 가스에서 활성화된 용액의 증기 및/또는 미스트를 발생시키기 위한 장치일 수 있다. 예를 들어, 장치는 미세 미스트를 발생시키는 노즐일 수 있다.
전기장 발생기 및 자기장 발생기는 단일 장치로 형성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 US2014/0374236에 서술된 장치일 수 있다. 실시예에서, 장치는 2개의 안테나, 용매 및 용질을 포함하는 액체를 보유하기 위한 인클로저, 2개의 안테나에 작동적으로 연결되어 각각의 안테나에서 발진 전압을 발생시키는 발전기를 포함하고, 진동하는 전기장을 생성하기 위해 전압과 위상이 다른 각각의 전압이 있고, 및 용질의 화학적 및/또는 물리적 특성을 변경시키기 위해, 액체가 2개의 안테나와 접촉하지 않으면서, 인클로저 내의 액체가 자기장의 존재하에 전기장에 노출된다. 용액은 US2014/0374236에 기술된 바와 같이 전기장 및 자기장을 사용하여 활성화될 수 있다.
실시예에서, 시스템은 잔류 용액을 수집하기 위한 수집 포트를 추가로 포함 할 수 있다. 수집 포트는 연도 가스의 적어도 부분적으로 흡수된 하나 이상의 성분이 수집되고 추가로 정제되도록 할 수 있다. 실시예에서, 시스템은 연도 가스를 연속적으로 처리하도록 구성될 수있다.
실시예에서, 전기장 발생기 및 자기장 발생기는 도관의 외부에 위치할 수 있고, 용액은 도관의 내부를 통과하도록 구성될 수 있다. 일부 화력 발전소에는 이미 도관이 있으므로, 예를 들어, 세정기 시스템의 경우, 전기장 발생기 및 자기장 발생기는 기존의 화력 발전소에 용이하게 설치될 수 있다.
실시예에서, 시스템은 도관을 통해 활성화된 용액을 펌핑하기 위한 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 방법 및 시스템은 석탄 화력 발전소와 같은 화석 연료에 사용될 수 있다. 이러한 실시예에서, 용액은 보일러로 들어가기 전에 활성화될 수 있으며, 이는 활성화된 증기를 생성한 후 연도 가스와 접촉할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 하나 이상의 연도 스택에 직접 장착될 수 있다. 이러한 방식으로, 본 개시는 또한 전술 한 바와 같은 시스템에 장착된 연도를 제공한다. 하나 이상의 시스템이 연도에 장착될 수 있다.
전술한 바와 같은 방법을 수행하기 위해 사용된 전술한 바와 같은 시스템이 또한 개시된다.
전기장 발생기 및 자기장 발생기는 대부분의 경우 화석 연료 발전소를 차단할 필요 없이 비교적 낮은 기술의 설치자에 의해 설치될 수 있다. 설치는 물 망상 시스템의 설치와 유사할 수 있다. 전술한 바와 같은 시스템 및 방법을 작동시키기 위한 전력 요건은 임의의 작동에 대해 계산될 수 있으며, 지정된 작업에 필요한 펌프 및 망상 조합의 크기에 기초할 수 있다.
전술한 대로 시스템 및 방법을 작동하는 데 필요한 전력은 최소화될 수 있고 필요한 경우 낮은 전압에서 적절한 태양 전지판/풍력 발생기 및 배터리 조합으로부터 공급될 수 있다. 물망에 전력을 공급하기 위해 표준 그리드 또는 발전기 전력이 사용될 수 있다. 단위 크기, 스택 크기, 부피, 및 온도를 포함한 가스 조성 등과 같은 플랜트 및 배출에 대한 기술적 세부 사항이 알려지면 전력 계산이 이용될 수 있다.
전술한 바와 같은 시스템 및 방법은 확장 가능할 수 있는데, 연도 및 연도 가스의 양이 클수록 필요한 활성수(activated water)의 양은 더 많다.
연도 가스라는 용어는 일반적으로 가연성 연료의 연소로부터 생성 된 CO, CO2, SO2, NO, 및 NOx를 포함하지만 이에 제한되지 않는 가스 배출물을 포함하는 데 사용된다. 예를 들어, 전술한 방법 또는 시스템은 발전소, 정련소, 산업 발전 및 열 발생 시스템, 운송 및 폐기물 소각로, 시멘트 공장, 석회 공장, 가마, 상업선 및 유람선과 같은 공급원으로부터의 온실 가스 배출을 처리하는데 사용될 수 있다. 따라서, 전술한 방법 및 시스템은 다양한 응용에서 연도 가스를 처리하기 위해 사용될 수 있다.
도 1은 연도 가스 처리 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2는 연도 가스 처리 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 3은 연도 가스 처리에 사용되는 장치의 실시예를 도시한다.
연도 가스를 처리하기 위한 시스템(10)의 실시예가 도 1에 도시되어 있다. 물(11) 형태의 용액이 저장소(12)에 유지되고 도관(14)과 유체 연통된다. 펌프(16)는 도관(14)에 연결되어 자기장 발생기(18) 및 전기장 발생기(20)를 통해 저장소(12)로부터 물을 펌핑한다. 자기장 발생기(18) 및 전기장 발생기(20)는 도관(14)과 동축으로 배열되도록 도관(14)의 외부 표면 주위에 위치한다. 도관(14)은 먼저 자기장 발생기(18)를 통과한 후 전기장 발생기(20)를 통과하나, 다른 실시예에서, 이러한 순서는 역전될 수 있거나, 또는 대안적으로, 자기장 발생기(18)와 전기장 발생기(20)는 동일한 장치에 제공된다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생기(18)는 전기장 발생기(20)의 제1 및 제2 안테나 사이에 위치한다. 일부 실시예에서, 두 개 보다 많은 안테나가 사용된다. 대안적으로, 일부 실시예에서는 하나 이상의 안테나가 사용된다. 자기장 발생기(20)는 0.0002μT 내지 10T의 자속 밀도를 생성하도록 구성된 자기 코일이다. 전기장 발생기는 약 0.3Hz 내지 2,000kTHz의 진동 주파수를 발생시키도록 구성된다. 또한, 도 1의 실시예에서, 전기장 발생기는 제1 안테나 또는 쌍극자 및 제2 안테나 또는 쌍극자에서 생성된 진동 정현파 파형을 생성하도록 구성되며, 여기서 제1 안테나에서 생성된 정현파 파형은 제2 안테나에서 생성된 정현파 파형과 위상이 180°어긋난다.
일부 실시예에서, 시스템(10)이 지구 자기장과 같은 백그라운드 자기장에 종속될 수 있기 때문에 자기장 발생기(18)는 필요하지 않다. 물은 해수일 수 있거나 적어도 식수보다 염도가 높을 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 휴대용 수돗물이 시스템(10)에서 사용된다.
도관(14)은 전기장 발생기(20)로부터 2차 도관(22)으로 연장된다. 연무 노즐(26) 형태의 복수의 개구는 2차 도관(22)과 유체 연통된다. 연무 노즐(26)은 연도(24)의 벽을 통과하여 연도(24)의 내부 용적(25)과 접촉한다. 시스템(10)의 사용 에서, 물이 펌프(16)의 활성화를 통해 자기장 발생기(18) 및 전기장 발생기(20)를 통해 통과하여, 물이 활성화된다. 이어서, 이러한 활성화된 물은 미세한 미스트로서 내부 용적(25)으로 전달되어, 내부 용적을 통과하는 화살표(28)로 나타낸 바와 같이 연도 가스와 접촉할 수 있다. 도 1의 연도(24), 미스트 노즐(26), 도관(14) 및 2차 도관(22)의 특정 배열은 단지 예시적인 것이며 많은 다른 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 연무 노즐(26)은 도관(14)에 부착되고 이차 도관(22)은 사용되지 않는다. 다른 실시예에서, 연무 노즐이 4개 이하이다. 다른 실시예에서, 미스트 노즐은 연도(24)의 개별 영역을 처리하기 위해 개별 그룹으로서 제공된다. 다른 실시예에서, 연도 가스(28)를 처리하기 위해 하나 이상의 시스템(10)이 연도(24)에 장착된다. 연도 가스(28)는 연도를 통해 시스템을 구동하도록 압력을 받을 수 있거나 연도 가스(28)의 흐름을 구동하기 위해 팬 또는 펌프가 사용될 수 있다.
활성화된 물의 미세한 안개가 연도 가스(28)와 접촉하면, 미립자 탄소, CO2, CO, NO, NOx, 및 SOx와 같은 연도 가스의 성분은 활성화된 미스트에 의해 흡수되어 잔류 미스트를 형성한 다음 잔류수로 응축된다. 시스템(10)의 사용에 있어서, 활성화된 미스트의 용적은 내부 용적(25)으로 전달될 것이며, 총 부피는 활성화된 물의 투여 속도 및 처리될 연도 가스(예를 들어, 활성화된 미스트에 의해 처리될 것으로 예상되는 오염 물질의 양)의 유형에 종속된다. 연도(24)의 침수를 방지하기 위해, 탭(30)이 잔류수를 배출시키기 위해 제공된다. 일부 실시예에서 탭(30)은 잔류물이 연도 가스(28)가 연도(24)를 빠져나가는 것을 방지할 수 있도록 섬프(sump)로서 제공된다. 도 1에 도시되지 않으나, 이어서, 잔류수가 제거되고, 입자상 탄소와 같은 잔류 용액의 성분의 추출 및 처리 및/또는 재사용이 이루어질 수 있다.
일부 실시예에서, 물(11)은 중력을 통해 전달되며, 이는 펌프(16)에 대한 요구를 제거할 수 있다. 대신에, 도관(14)을 통한 물의 유량을 제어하기 위해 유사한 밸브가 사용될 수 있다. 물(11)은 연도 가스(28)를 처리하기 위해 자기장 발생기(18) 및 전기장 발생기(20)를 통해 연속적으로 펌핑될 수 있거나, 펄스식 펌핑 방법이 사용될 수 있다.
일 실시예에서(도시되지 않음), 활성화된 물은, 자기장 발생기(18)(제공된 경우) 및 전기장 발생기(20) 이후, 발전소와 관련되는 보일러를 통과할 수 있다. 2차 도관(22) 또는 이와 유사한 것은 보일러의 하류에 위치되고 연도(24)는 보일러와 관련되는다.
일 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이 자기장 및 전기장을 제공하기 위해장치(200)가 사용된다. 장치(200)의 자기장(EM) 발생기(206)에 공급된 파형은 파형 복사기 및 위상 발생기(204)에 의해 생성되며, 이러한 파형은 또한 전기장 발생기(208)에 파형을 공급한다(도 3). 파형 복사기 및 위상 발생기(204)로의 입력은 조정 가능한 주파수 출력 모듈(202)을 갖는 파형 발생기에 의해 공급된다. 장치(200)의 배열은 자기장 코일 파형의 주파수가 안테나 파형의 주파수와 동일하도록 보장한다. 이러한 배열은 또한 자기장 코일의 위상이 안테나 중 하나의 위상과 동일하게 하는 데 도움이 될 수 있다. 도 3의 실시예에서, 자기장 발생기와 관련되는 자기 코일은 전기장 발생기의 안테나 사이에 위치한다.
도 2는 연도 가스를 처리하기 위한 시스템(100)의 또다른 실시예를 도시한다. 시스템(100)에서, 연도 가스는 연도(112)를 통해 이동하도록 구성된다. 연도(112)는 연도 가스가 연도(112)로 유입되는 연기 유입구(114)를 갖는다. 사용 중에, 연기 유입구(114)는 연소실을 위한 배기구에 연결될 것이다. 연소실은 가연성 연료를 연소시키는 데 사용된다. 따라서, 연소실로부터의 배기가스는 배출구 외부로 및 연기 유입구(114) 내로 퍼널링된다(funnelled). 연소실이라는 용어는 발전소, 정제소, 산업 발전, 및 열 발생 시스템, 운송 및 폐기물 소각로, 시멘트 공장, 석회 공장, 가마, 상업선 및 유람선의 연소실을 포함하여 널리 사용된다.
연도(112)는 연도(112)를 통해 연도 가스를 펌핑하는 것을 돕는 추출 팬(116)을 구비한다. 추출 팬(116)은 연도(112)를 통해 연도 가스를 펌핑하기 위해 모든 실시예에서 요구되는 것은 아니다. 연도(112)는 또한 잔류 용액을 수집하기 위한 잔류 포집 지점으로서 작용하기 위해 섬프(118) 형태의 수집 포트를 갖는다. 연도(112)의 일반적인 U자형은 연도(112)를 통한 연도 가스의 흐름을 제한하지 않으면서 잔류 용액이 섬프(118)에 모이게 한다.
연도(112)는 1차 세척 챔버(112a) 및 2차 세척 챔버(112b)를 갖는다. 그러나, 세척 챔버는 임의의 수일 수 있으며, 세척 챔버의 총 수는 처리될 연도 가스의 양 및 유형에 종속될 것이다.
처리된 연도 가스의 육안 검사를 가능하게 하기 위해, 및 활성화된 미스트가 존재하는 경우 센서(미도시)가 연도 가스의 조성을 모니터링할 수 있게 하기 위해 관찰 윈도우(124)이 팬(116)의 상류에 위치한다. 일부 실시예에서, 센서는 파이프(120)를 통해 물을 펌핑하는데 사용되는 펌프와 연통한다. 예를 들어, 센서가 연도 가스의 후처리에서 성분(들)의 수준이 임계값 이상임을 감지하면, 펌프는 프로그램 가능한 컴퓨터 로직(PLC)을 통해 펌핑 속도를 증가시켜 활성 증기 및/또는 미스트 형성 속도를 증가시켜 연도 가스 성분의 흡수 속도를 증가시키도록 지시될 수 있다.
파이프(120) 형태의 도관은 연도(112) 주위에 위치한다. 파이프(120)의 일 단부는 물(도시되지 않음)과 같은 부피의 용액을 보유할 수 있는 저장소와 연통된다. 파이프(120)는 연무 노즐(122) 형태의 개구를 갖는다. 도 2의 실시예에서, 시스템은 연도(112)의 길이를 따라 배치된 4개의 연무 노즐을 갖지만, 다른 실시예는 4개보다 많거나 적은 연무 노즐을 갖는다. 연무 노즐의 수는 연도(112)의 크기 및 처리될 연도 가스의 양에 종속된다. 파이프(120)를 통해 이동하는 물은 연도(112)에서 물의 연무를 형성하기 위해 연무 노즐을 빠져나가고, 여기서 물의 연무는 연도(112)를 통해 이동하는 임의의 연도 가스와 접촉한다. 일부 실시예에서, 개구는 미스트 외에 또는 대신에 증기를 제공하는 형태이다.
물 미스트를 형성하기 전에, 물은 전기장 및 자기장을 통과하여 활성화된 용액(도시되지 않음)을 형성한다. 이러한 방식으로, 활성화된 물에서 생성된 미스트는 활성화된 미스트로 간주될 수 있다. 전기장은 전기장 발생기에서 생성되고 자기장은 자기장 발생기(미도시)에서 생성되거나, 또는 일부 실시에에서는 지구 자기장이 제공된다. 도 2의 실시예에서, 용액은 US2014/0374236에 서술된 바와 같이 전기장 및 자기장을 사용하여 활성화된다. 일부 실시예에서, 물이 연무 노즐(122)을 빠져나가기 전에 파이프(112)를 통과할 때 활성화된다. 이를 통해 필요에 따라 물을 지속적으로 활성화할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 물은 벌크로 활성화되어 저장소에 저장된 후 파이프(120)를 통해 펌핑된다. 이러한 실시예들에서, 물은, 예를 들어, 현장 밖에서 활성화되어 저장소로 운반되거나 저장소에서 한 번 활성화 될 수 있다.
활성화된 미스트는 사용중인 연도 가스와 접촉하여 미립자 탄소, CO2, CO, NO, NOx, 및 SOx와 같은 연도 가스 성분이 활성화된 미스트에 흡수되어 잔류 미스트를 형성할 수 있다. 잔류 물 미스트의 액적(droplet)은 섬프(118)로 모여 잔류 물 용액을 형성할 수 있다. 이어서, 잔류 용액이 제거되고, 입자상 탄소와 같은 잔류 용액의 성분이 추출되어 재사용될 수 있다.
예시
시스템
직경 525cm x 높이 460cm의 스테인레스 스틸 드럼에 화로와 송풍기가 장착되어 연소를 지원한다. 연소에서 연도로 연도 가스를 보내기 위해 125mm 길이의 유연한 알루미늄 덕트가 사용되었다.
도 2에 기술된 것과 유사한 연도는 3개의 분무 스프레이가 장착된 100mm x 1000mm 챔버 1개 및 단일 분무 스프레이가 장착된 100mm x 850mm 세척 챔버 1개를 포함하였다. U 벤드 구성 잔류 캡쳐 유닛은 각각의 세척 챔버 하부에 구성되었다. 이는 세척 챔버를 대기로부터 밀봉하고 사용된 유체 샘플이 분석을 위해 추출될 수있는 지점을 제공하는 이중 목적을 가졌다. U 벤드의 하부 말단을 일정한 수준으로 세척 챔버에 대한 밀봉을 유지하는 수준으로 대기로 배출시키고, 필요한 경우 오버 플로우 잔류 유체가 추가 분석을 위해 수집되도록 하였다. 이러한 구성은 스프레이 노즐에 의해 전달되는 유체의 양에 관계없이 세척 챔버가 침수되는 것을 자동으로 방지했다.
샘플링 챔버는 투명한 관찰 윈도우 및 제4 스프레이 노즐로부터 1150mm의 샘플링 포트가 장착된 100mm x 1300mm 튜브였다. Unigas 3000+ 프로브의 오염을 모니터링하고 오염을 피하기 위해 투명한 윈도우가 필요했으며, 샘플 포트의 위치는 완전히 혼합된 샘플에 대한 요구사항을 충족시키면서 분석기 프로브가 오염될 가능성을 감소시켰다.
12볼트 전기 회로는 200psi 펌프, 100와트 송풍기, 및 가변 저항 제어 추출 팬에 전원을 공급하도록 설계되어, 시스템의 배기 흐름에 시스템을 통한 긍정적인 흐름이 보장된다.
US2014/0374236에 기술된 바와 같이 수돗물을 전기장 및 자기장으로 처리하였다.
O2, CO2, CO, SO2, NO, 및 NOx를 측정하도록 구성된 새로운 보정된 Unigas 3000+ 연소 가스 분석기가 가스 분석에 사용되었다.
흑탄 (Black coal)
1kg의 분쇄된 흑탄이 스테인리스 스틸 버너에서 점화되었고, 송풍된 공기 공급원의 도움으로 385℃ 이상으로 올라갔으며, 그 결과 연기 배출물이 비교적 깨끗해졌다. 이러한 배출은 연도를 통해 덕트(ducted)되고, 활성화된 물의 분사를 활성화하기 바로 이전에 Unigas 3000+ 연도 가스 분석을 사용하여 분석되었다. 이는 "석탄 연기 제어(Control Coal Smoke)" 샘플로 표시되어 있다.
이어서, 버너 배출물(연기 배출물)이 3개의 미스트 노즐에 의해 생성된 마이크로 미스트에 노출되도록, 활성화된 물을 제1 세척 챔버로 펌핑하였다. 사용된 잔류 유체를 추가 분석을 위해 제1 잔류 포집 유닛에 수집하였다. 세척된 연기 배출물은 제2 세척 챔버로 유입되어 제4 스프레이 노즐로부터 마이크로 미스트에 노출된다. 이러한 챔버로부터의 잔류물은 가능한 추가 분석을 위해 제2 잔류 포집 유닛에서 수집되었다.
이어서, 연기 배출물이 샘플링 챔버로 들어가서 동일한 포트에서 Unigas 3000+ 프로브를 통해 분석되었다. 이러한 판독값은 "처리된 석탄 연기(Treated Coal Smoke)" 샘플로 표시되었다. 처리된 연기 배출물은 최종적으로 추출 팬을 통해 대기로 방출되었다.
가스 샘플링 및 분석은 Unigas 3000+ 연도 가스 분석기(Flue Gas Analyser)를 사용하여 수행되었다. 원하는 데이터는 처리된 샘플과 처리되지 않은(대조군) 샘플을 비교한 것이다. 샘플 연기 배출물 특성이 균일하게 유지되도록 하기 위해, 샘플 채취 사이의 짧은 시간 범위가 주요 요구 사항이었다. 자체 보정 및 지속적 분석을 위한 Unigas 3000+의 기능은 샘플을 서로 수분 내에 획득할 수 있게 하였다.
결과적으로, 데이터는 이러한 실험에서 목표로 하는 가스에 대해 신뢰할 수 있는 결과를 제공하기에 충분히 정확한 것으로 판명되었다.
버너에서 나오는 연기 배출물은 비교적 깨끗해 보이나(Ringleman Standard 1~2), 제1(3개의 스프레이) 세척 챔버로부터 취한 잔류 샘플은 원수와 비교하여 예상치 못하게 어두웠다. 이것은 활성수가 실제로 폐수에서 탄소(및 미립자)를 제거하고 있음을 나타낸다. 비록 제2 세척 챔버의 온도가 제1 챔버의 연기 배출 가스보다 (주변에 접근함에 따라) 상당히 낮았음에도 불구하고, 제2 세척 챔버의 잔류 샘플도 어둡다. 이는 스프레이가 연기 배출물을 냉각시키나 활성화된 처리의 효과는 온도에 종속되지 않음을 나타낸다.
흑탄으로부터의 연도 가스에 활성화되지 않은(즉, 일반 수돗물) 물을 사용하는 효과를 확인하기 위한 실험도 완료되었다. 미활성수는 연수 가스를 활성수와 유사하게 냉각시키고 또한 일부 미립자를 포획하였으나, 유출물에서의 가스 조성에 대한 상당한 백분율 변화는 없었다.
흑탄의 연도 가스에 활성화되지 않은(즉, 일반 수돗물) 물을 사용하는 효과를 확인하기 위한 실험도 완료되었다. 미활성수는 연도 가스를 활성수와 유사하게 냉각시키고 또한 일부 미립자를 포획하였으나, 유출물에서의 가스 조성에 대한 상당한 백분율의 변화는 없었다.
이러한 결과는 자기장과 전기장이 존재하면 연도 가스와 반응할 수 있는 골재, 입자, 광물, 및 이온 물질을 용해시키는 데 도움이 된다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 방해석의 용해도가 증가하여 용액 중 Ca2 + 및 CO3 2- 농도가 증가할 수 있다. CO3 2-의 증가는 더 높은 pH 및 H2CO3와 같은 종을 형성하는 더 큰 성능으로 인해 용액에서 CO2 가용화에 도움이 된다. 이는 가스상과 수성상 사이의 CO2의 분배 계수를 수성상을 향해 효과적으로 이동시킨다. 칼슘이 예로서 사용되나, 수성 배관에서 규모로 발견되는 것과 같은 많은 다른 광물학적 종이 가용화되고 CO2와 같은 연도 가스와 반응할 수 있다.
활성수는 또한 위에서 제시된 유사한 이유로 NO, NOx, 및 SO2와 같은 다른 가스에 대한 분배 계수를 수성상으로 이동시키는 것을 도울 수 있다.
O2의 백분율 증가는 활성수에 용해된 O2의 가스 제거에 의해 설명될 수 있다. 또한, 처리된 연도 가스를 형성하기 위해 연도 가스로부터 CO2의 제거는 처리된 연도 가스의 조성을 변화시키고, 이는 처리된 연도 가스를 구성하는 각각의 가스의 분압을 변화시킬 수 있다. 산소 분압이 증가하면, 이는 활성화된 물에 용해된 O2의 가스 방출을 촉진할 것이다. 또한, 활성화된 미스트 및/또는 연도 내의 증기의 높은 표면적은 활성화된 미스트 및/또는 증기로부터 가스를 방출할 수 있는 산소의 양을 증가시키는 것을 돕는다. 그러나, 일부 실시예에서, 관찰된 O2 증가는 연도 가스로부터 CO2 및 CO와 같은 가스를 제거한 결과이며, 이는 동일한 양의 O2가 이제 처리된 연도 가스의 더 많은 비율을 차지함을 의미한다.
활성수에 의해 처리될 때 연도 가스로부터 CO2 및 다른 가스가 제거되는 특정 메커니즘은 연도 가스의 특정 조성 및 활성수에 존재하는 용질에 따라 달라질 수 있음을 이해해야 한다.
흑탄으로부터의 결과
측정된 가스 연기 제어 활성수가 있음 백분율 변화
O2 20.7% 21.1% +1.93%
CO2 0.30% 0.00% -100.00%
CO 0.20% 0.00% -100.00%
NO(ppm) 13 6 -53.85%
NOx(ppm) 13 6 -53.85%
SO2(ppm) 10 0 -100.00%
디젤 연료
Unigas 3000+ 필터를 빠르게 막는 디젤 연기의 높은 입자 함량으로 인해 제어 연기 데이터를 얻는 데 상당한 어려움이 예상되었다. 이벤트에서, 필터는 매우 지저분하나 완전히 막지는 않았으며 의미있는 결과를 얻었다.
그럼에도 불구하고, 이러한 결과는 결정적인 것으로 간주되지 않으며 우수한 측정 장비를 통해 % 변화 수치의 개선이 예상된다.
디젤 연료로부터의 결과
측정된 가스 연기 제어 활성수가 있음 백분율 변화
O2 17.9% 20.7% +15.64%
CO2 2.20% 0.20% -90.91%
CO 0.08% 0.00% -100.00%
NO(ppm) 4 0 -100.00%
NOx(ppm) 5 0 -100.00%
SO2(ppm) 70 11 -84.29%
갈탄
갈탄 실험은 흑탄과 동일한 과정을 거쳤지만 연기 발생은 투명하지 않았다. 이것은 연료의 수분 함량이 높을 수 있으므로 인식된 연기 중 일부는 실제로 증기 일 수 있다.
갈탄으로부터의 결과
측정된 가스 연기 제어 활성수가 있음 백분율 변화
O2 17.50% 20.7% +18.29%
CO2 2.50% 0.20% -88.00%
CO 0.08% 0.00% -100.00%
NO(ppm) 16 3 -81.25%
NOx(ppm) 19 4 -78.95%
SO2(ppm) 16 8 -50.00%
벙커 오일
벙커 오일은 주변 온도에서 발화되지 않았으므로, 점화되기 전에 전통적인 파라핀 화염 라이터를 사용하여 가열해야 했다. 이는 가연성이 되도록 이러한 연료를 130℃ 이상으로 유지해야하는 선적(주요 연료원인 경우)의 보고서와 일치한다.
이러한 작업이 끝나면 매우 잘 연소되었으나, 매우 어두운(매연 그을음/미립자) 연기가 발생하여 의미있는 판독값을 얻은 직후 Unigas 3000+ 필터가 오염되었다. 후속 판독은 명백한 오염으로 인해 불확실한 것으로 간주되었다.
벙커 오일로부터의 결과
측정된 가스 연기 제어 활성수가 있음 백분율 변화
O2 17.50% 20.7% +18.29%
CO2 2.50% 0.30% -88.00%
CO 0.08% 0.01% -87.50%
NO(ppm) 31 14 -54.84%
NOx(ppm) 32 14 -56.25%
SO2(ppm) 351 60 -82.91%
표현되는 언어 또는 필요한 암시로 인해 문맥이 달리 요구하는 경우를 제외하고, 전술한 서술 및 하기 청구 범위에서, "포함하는" 또는 "포함하다" 또는 "포함하고 있는"과 같은 변형은 포괄적인 의미로, 즉, 언급된 특징들의 존재를 명시하지만, 방법 및 시스템의 다양한 실시예들에서 추가적인 특징들의 존재 또는 추가를 배제하지는 않는다.

Claims (25)

  1. 하나 이상의 성분을 갖는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    도관의 내부를 통해 용액을 통과시키는 단계;
    전기장 발생기의 제1 안테나와 제2 안테나-여기서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 도관의 외부 표면 상에 위치하여 상기 도관의 내부를 통과하는 상기 용액과의 직접적인 접촉이 방지됨- 사이에 전기장을 발생시키는 단계;
    자기장 발생기의 자기장 코일-여기서 상기 자기장 코일은 상기 도관의 외부 표면 상에서 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 위치하여 상기 도관의 내부를 통과하는 상기 용액과의 직접적인 접촉이 방지됨-에 의해 자기장을 발생시키는 단계;
    활성화된 용액을 생성하기 위해, 상기 전기장 및 상기 자기장을 통해 상기 용액을 통과시키는 단계; 및
    상기 연도 가스의 상기 하나 이상의 성분이 상기 활성화된 용액에 의해 적어도 부분적으로 흡수되어 잔류 용액을 형성하도록 상기 활성화된 용액을 상기 연도 가스와 접촉시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자기장은 0.01μT 내지 1mT의 자속 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기장은 진동하는 정현파 파형의 형태이고, 상기 제1 안테나에서 생성된 제1 정현파 파형은 상기 제2 안테나에서 생성된 제2 정현파 파형과 위상이 180°어긋나는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기장의 주파수는 0.3Hz 내지 100MHz 범위인 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 활성화된 용액을 상기 연도 가스와 접촉시키는 단계는 상기 활성화된 용액을 상기 연도 가스에 증기 및/또는 미스트로서 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 잔류 용액을 수집하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 잔류 용액으로부터 적어도 부분적으로 흡수된 하나 이상의 상기 성분을 추출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은 연속적으로 반복되는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 용액은 물인 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    보일러의 상류 용액 측에 상기 활성화된 용액을 형성하는 단계;
    상기 보일러를 통해 상기 활성화된 용액을 통과시키는 단계; 및
    상기 활성화된 용액을 상기 보일러의 하류 용액 측에 있는 상기 연도 가스와 접촉시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 방법.
  11. 하나 이상의 성분을 갖는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은:
    상기 연도 가스에 용액을 전달하도록 구성되고, 내부 통로를 구비한 도관;
    전기장 발생기의 제1 안테나와 제2 안테나-여기서 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 상기 도관의 외부 표면 상에 위치하여 상기 도관의 내부를 통과하는 상기 용액과의 직접적인 접촉이 방지됨- 사이에 전기장을 발생시키기 위한 상기 전기장 발생기; 및
    자기장 발생기의 자기장 코일-여기서 상기 자기장 코일은 상기 도관의 외부 표면 상에서 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 위치하여 상기 도관의 내부를 통과하는 상기 용액과의 직접적인 접촉이 방지됨-에 의해 자기장을 발생시키기 위한 상기 자기장 발생기
    를 포함하고,
    상기 시스템은 상기 도관을 통과하여 상기 연도 가스로 전달되는 상기 용액이 상기 전기장 및 상기 자기장에 의해 활성화되어 활성화된 용액을 형상하도록 구성되고,
    상기 활성화된 용액은 상기 도관의 개구를 통과여 상기 연도 가스와 접촉하여 잔류 용액을 형성하기 위해 상기 연도 가스의 하나 이상의 성분을 적어도 부분적으로 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자기장 발생기는 0.01μT 내지 1mT의 자속 밀도를 생성하도록 구성된 자기 코일인 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전기장 발생기는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 사이에 진동하는 정현파를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전기장의 주파수는 0.3Hz 내지 100MHz 범위인 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 개구는 상기 연도 가스에서 활성화된 용액의 증기 및/또는 미스트를 생성하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 시스템은 상기 잔류 용액을 수집하기 위한 수집 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  17. 제11항에 있어서, 상기 시스템은 상기 연도 가스를 연속하여 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 도관을 통해 활성화된 상기 용액을 펌핑하기 위한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  19. 제11항에 있어서, 상기 전기장 발생기 및 상기 자기장 발생기는 보일러의 상류 용액 측에 위치하고, 상기 개구를 갖는 상기 도관은 상기 보일러의 하류 측에 위치하는 것을 특징으로 하는, 연도 가스를 처리하기 위한 시스템.
  20. 제11항에 따른 시스템에 장착되는 것을 특징으로 하는 연도.
  21. 제20항에 있어서, 상기 연도는 발전소의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 연도.
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