KR102550070B1 - 판형 열교환기를 포함하는 블루수소 생산을 통한 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 블루수소 생산 과정 중 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템에 관한 것으로서, 천연가스를 기초로 수소 및 CO2를 추출하는 블루수소 개질장치; 블루수소 개질장치와 연결되고, 추출된 CO2가 압력증가 및 온도저하가 되도록 기 결정된 처리를 수행하며, 적어도 판형열교환기를 통해 온도저하를 수행하는 단계를 실시하는 처리모듈; 및 처리모듈에 의해 액화된 C02를 저장하는 회수부;를 포함하는, CO2 포집 및 액화를 위한 모듈 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 블루수소 생산 과정 중 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템에 관한 것이다.
최근까지 친환경에너지의 사용문제가 대두되어오고 있으며 대체에너지의 개발은 불가피하다는 것이 산업전반의 인식이 되어 가고 있다. 이러한 취지로 화석연료를 대체할 에너지원을 연구하는데 다양한 기관에서 많은 개발비가 투자되고 있으며, 대체가능한 에너지이자 천연가스 및 LPG 등과 같은 화석연료로부터 생산되는 에너지로서 개질된 수소가 주목받고 있다. 차량 등 다양한 사용처에 에너지원으로 관심받는 개질수소는 블루수소라고 불리우기도 하며, 수소를 추출하는 과정에서 다량의 이산화탄소가 발생하기도 한다. 화석연료로부터 추출되는 블루수소의 단점 중 하나는 이산화탄소의 다량발생이며, 이는 이미 잘 알려진 바와 같이 대기로 방출되면 대기온도 상승 및 해양환경의 변화를 유발시키게 된다. 따라서, 화석연료를 완벽하게 대체할 수 있는 에너지원이 등장하기 전까지는 화석연료의 직접사용 및 화석연료로부터 추출된 에너지인 수소 등의 사용이 불가피한데, 천연가스로부터 수소를 추출하는 과정에서 예상되는 다량의 이산화탄소 발생에 있어서 이산화탄소를 포집하여 재사용함으로써 이산화탄소를 공기 중에 방출하지 않고 산업현장에서 유용하게 사용할 수 있도록 하는 시스템이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 블루수소를 개질하여 추출하는 과정에서 발생하는 CO2를 회수함으로써 대기에 방출시키지 않고 재사용이 가능하도록 하는 블루수소 생산 과정 중 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 시스템의 규모를 간소화된 모듈 시스템이 물리적으로 작은 공간을 요구하는 블루수소 생산 과정 중 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명은 블루수소 생산 과정 중 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템에 관한 것으로서, 천연가스를 기초로 수소 및 CO2를 추출하는 블루수소 개질장치; 블루수소 개질장치와 연결되고, 추출된 CO2가 압력증가 및 온도저하가 되도록 기 결정된 처리를 수행하며, 적어도 판형열교환기를 통해 온도저하를 수행하는 단계를 실시하는 처리모듈; 및 처리모듈에 의해 액화된 C02를 저장하는 회수부;를 포함하는, CO2 포집 및 액화를 위한 모듈 시스템이 제공된다.
그리고, 처리모듈은, 블루수소 개질장치 및 회수부 사이에 위치되고, CO2가 순차적으로 경유되는 1차처리모듈 및 2차처리모듈을 포함하되, 1차처리모듈은 CO2가 순차적으로 이동되는 제1압축기, 제1-1쿨러, 제1분리부, 제1-2쿨러를 포함하고, 2차처리모듈은 CO2가 순차적으로 제2압축기, 제2-1쿨러, 하나 이상의 제2분리부, 제2-2쿨러를 포함할 수 있다.
또한, 블루수소 개질장치는 대기압 이상의 내압을 유지하고 CO2를 저장하는 챔버를 포함하고, 챔버는 일측에서 CO2가 유입되는 방향인 일방향으로만 개방되도록 하고, 타측에서 CO2가 처리모듈로 제공되는 방향으로 선택적인 개방이 되도록 하는 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 제1-2쿨러 및 제2-2쿨러에 열교환되도록 냉매를 제공하는 냉매구동부를 더 포함하고, 냉매구동부는 냉매가 제2-2쿨럼 및 제1-2쿨러를 순차적으로 경유하도록 제공하고 재유입되면 냉각시킬 수 있다.
또한, 회수부로 저장되는 CO2 중 기체 상태로 유입되는 CO2를 제1처리모듈 및 제2처리모듈 중 하나로 이송시키는 분배부를 더 포함하고, 분배부의 연장구간 중에 위치되며, 기체 상태의 CO2의 온도 및 압력을 감지한 감지정보와 기 결정된 감지정보 간의 비교를 통해 제1처리모듈 및 제2처리모듈 중 하나로 이송될 수 있도록 CO2를 안내하는 센서부를 더 포함할 수 있다.
또한, 회수부에 액화되어 저장된 CO2의 적어도 일부는, 제1처리모듈 및 제2처리모듈 중 하나 이상으로 공급되어 기체 상태의 CO2와 열교환하여 냉각시키거나, 냉매구동부로 제공되어 냉매를 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예예 따르면, 블루수소를 개질하여 추출하는 과정에서 발생하는 CO2를 회수함으로써 대기에 방출시키지 않고 재사용이 가능하도록 가공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예는 시스템의 규모를 간소화된 모듈 시스템이 물리적으로 작은 공간을 요구하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 블루수소를 생산하는 과정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리모듈을 구테적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리모듈의 CO2이동을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 처리모듈을 구테적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 처리모듈의 CO2이동을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 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.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하에서 설명할 본 발명의 일 실시예인 모듈 시스템(10)의 목적 중 하나는 블루수소를 추출하는 과정에서 발생하는 CO2 회수이다. 여기서 CO2는 천연가스(1)로부터 산소(2)를 이용해 분리하여 수소(3)를 수득하는 과정에서 부산물로서 발생하는 것이며, 이 때 발생된 상기 CO2가 대기로 방출되면 환경오염의 결정적인 요인으로 작용하므로, 이를 포집하여 처리할 수 있다. 통상적으로 상기 과정에서 대량 발생한 CO2는 회수하여 해저지형에 매몰시키거나 대기중에 방출하는 것이 일반적이나, 본 발명을 통해 이를 회수하여 산업현장에서 사용가능하도록 가스상태로 발생하는 CO2를 액화하여 회수할 수 있다. 이를 통해 산업현장에서 반도체 세정 등의 불가피하게 사용되어야 하는 CO2에 적용함으로써 별도의 CO2를 생산하지 않아도 된다는 장점이 있다. 본 발명은 이를 위해 천연가스(1)로부터 수소(3)가 생산될 때 발생하는 CO2를 포집하여 압력 및 온도 등의 조건이 만족되는 환경에 노출시킴으로써 액화상태로 회수하는 것을 기본적인 메커니즘으로 하고 있다. 상기 CO2가 회수되는 과정에서는 본 발명이 포함하는 구성에 의해 유동될 수 있으며 이는 이하에서 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 CO2 재사용 시스템(10)을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, CO2가 천연가스(1)로부터 회수되기 위해 천연가스(1)가 블루수소 개질장치(100)에 산소(2)와 함께 공급되고 블루수소 개질장치(100) 내부에서 천연가스(1)로부터 수소(3)가 분리되어 추출될 수 있다. 여기서, 수소(3)의 추출과정에서 CO2의 발생이 될 수 있는데, CO2는 처리모듈(200)로 유입될 수 있다. 예를 들어, 발생된 CO2는 별도의 챔버(11)로 이동되어 블루수소 개질장치(100) 내에서 누적될 수도 있고, 발생 즉시 처리모듈(200)로 이동될 수도 있다. 이는 기체상태의 밀도 차이 등의 물리적인 요인을 통해 수소(3) 및 이산화탄소를 분류하는 것일 수 있고, 또는 화학적인 수단을 통해 분류 및 포집할 수도 있다. 수소(3)와 분류된 상기 CO2는 블루수소 개질장치(100) 내에 마련된 챔버(11)로 이동되어 누적된 CO2가 처리모듈(200)로 이송될 수도 있다. 경우 챔버(11)와 연결되는 처리모듈(200)은 가스상태의 CO2가 유입되도록 할 수 있다.
상기 처리모듈(200)로 유입된 CO2는 적어도 1회이상의 기 결정된 처리공정을 거쳐서 액화될 수 있다. 처리모듈(200)을 통해 상기 CO2를 액화시키면 처리모듈(200)을 경유한 CO2는 회수부(230)에 저장될 수 있다. 바람직하게는, 회수부(230)에 저장되는 CO2는 액상일 수 있고, 액상의 CO2와 함께 일부 기체 상태의 CO2가 유입되는 경우 회수부(230) 내에서 재냉각 등을 목적으로 처리모듈(200) 등으로 재유입이 될 수도 있다. 이는 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 회수부(230)는 블루수소 개질장치(100)에 마련된 CO2를 회수한 챔버(11)에 연결수단을 통해 연결될 수 있다. 상기 연결수단은 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어 챔버(11) 내부로 유입되는 CO2의 흐름에 대해서는 개방되어 있으나, 챔버(11)로부터 처리모듈(200) 측으로 이송되는 CO2의 흐름에 대해서는 선택적으로 개방될 수도 있다.
일 예로 기 결정된 압력 이상에 도달하면 개방이 되어 처리모듈(200)로 지속적인 CO2의 공급이 이루어질 수 있도록 하고, 처리모듈(200)의 중간과정으로 CO2가 유입되는 경우 밸브의 개방정도를 조절함으로써 공급량이 조절될 수 있도록 할 수 있다. 이는 기 결정된 공급량에 대응되어 운영되도록 냉각 및 압축용량이 결정되므로, 결정된 용량보다 많은 양이 처리모듈(200)을 통과하면 회수부(230)로 회수되는 액상의 CO2양이 감소될 수 있다.
이하에서는 처리모듈(200)의 구체적인 구조 및 처리모듈(200)에서의 CO2 이동경로 등을 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 처리모듈(200)을 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 챔버(11)로부터 회수한 기체상태의 CO2는 처리모듈(200)로 제공될 수 있다. 처리모듈(200)은 압축 및 냉각 등을 수행하는 것으로서 본 발명의 일 실시예에서는 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220)을 포함할 수 있다. 이는 압축 및 냉각을 복수회 실시하며 가스상태의 CO2를 목적하는 온도 및 압력에 도달되도록 한다.
물론, 처리모듈(200)은 한 번의 압축 및 냉각의 수행을 통해 목적하고자 하는 환경을 조성하여 CO2가 액화될 수 있도록 할 수도 있으나, 다수회 단계적으로 온도와 압력을 목적하는 수치에 도달할 수 있도록 설계되어 후에 회수부(230)로 회수되는 CO2의 일부가 기체상태로 유입되었을 때 이를 1차처리모듈(210) 또는 2차처리모듈(220) 등으로 재유입시켜 다시 액화가 될 수 있도록 할 수 있다. 이는 회수부(230)에 회수된 CO2의 온도 및 압력에 따라 다단으로 마련된 1차처리모듈(210) 또는 2차처리모듈(220)로 제공됨으로써 보다 효과적인 냉각 및 압축이 실시될 수 있도록 유도할 수 있다.
처리모듈(200)로 유입된 CO2가 이동되는 기본적인 경로를 설명하면 우선, 1차처리모듈(210)로 제공되는 CO2는 제1압축기(211)를 통과하여 압력이 증가될 수 있다. 즉, 제1압축기(211)로 제공되는 챔버(11) 내부에서의 CO2는 대기압에 준하므로, 적어도 대기압을 초과하는 제1기압으로 압력이 증가된 상태가 될 수 있다. 이는 대기압 이상의 양압을 포함하는 압력을 의미하는 것이며, 대기압에 한정되는 것은 아니다.
증가된 압력상태의 CO2는 제1-1쿨러(212)로 전달되어 냉각될 수 있다. 제1-1쿨러(212)에 제공되는 CO2는 제1압축기(211)를 통해 압축되는 과정에서 밀도증가로 소폭 온도 상승이 발생할 수 있으나, 제1-1쿨러(212)에 의해 상승된 온도의 폭을 초과하는 대폭 온도하강이 발생하게 된다. 따라서, 처리모듈(200)로 제공되는 대기 중에 기화가 된 CO2보다 고압력 및 저온상태가 될 수 있다. 이어서 제1-1쿨러(212)를 경유한 CO2는 제1분리부(213)를 경유하면서 제1압축기(211)를 통해 압축되는 과정에서 CO2에 혼합될 수 있는 유분 및 수분을 제거할 수 있다. 제1분리부(213)를 통해 기액이 분리된 CO2는 제1-2쿨러(214)로 전달되어 냉매를 통한 냉각이 이루어질 수 있다. 이를 통해 CO2는 제1온도가 될 수 있다.
상기 제1냉각부를 경유하게 되면 1차처리모듈(210)을 통과하게 되는 것으로서 CO2는 제1온도 및 제1압력 상태가 될 수 있다. 이어서 2차처리모듈(220)로 CO2는 제공될 수 있다. 2차처리모듈(220)로 제공되는 CO2는 제2압축기(221)를 통과하여 압력이 증가될 수 있다. 즉, 제2압축기(221)로 제공되는 1차처리모듈(210)을 경유한 CO2는 대기압보다 높은 제1기압에 준하므로, 적어도 제1기압을 초과하는 제2기압으로 압력이 증가된 상태가 될 수 있다. 증가된 압력상태의 CO2는 제2-1쿨러(222)로 전달되어 냉각될 수 있다.
제2-1쿨러(222)에 제공되는 CO2는 제2압축기(221)를 통해 압축되는 과정에서 소폭 온도 상승이 발생할 수 있으나, 제2-1쿨러(222)에 의해 상승된 온도의 폭을 초과하는 대폭 온도하강이 발생하게 된다. 이어서 제2-1쿨러(222)를 경유한 CO2는 제2분리부(223)를 경유하면서 제2압축기(221)를 통해 압축되는 과정에서 CO2에 혼합될 수 있는 유분 및 수분을 제거할 수 있다. 제2분리부(223)를 통해 기액이 분리된 CO2는 제2-2쿨러(224)로 전달되어 냉매를 통한 냉각이 이루어질 수 있다. 여기서 제2분리부(223)는 선택적으로 복수 회의 기액분리가 이루어질 수 있다. 이는 최종적으로 회수된 액상의 CO2에 수분 또는 유분의 혼합을 방지하기 위한 과정일 수 있다.
2차처리모듈(220)까지 경유한 CO2는 제1온도보다 낮은 제2온도 및 제1압력보다 높은 제2압력 조건이 형성될 수 있다. 물론 바람직하게는 이러한 공정을 통해 제2온도 및 제2압력이 처리모듈(200)로 제공되는 CO2의 총량을 액화시키는 것이나, 일부 조건이 충존되지 못한 가스상태의 CO2는 다시 회수되어 처리모듈(200)로 제공되어 액화가 재시도될 수 있다. 이와 관련하여 이하에서 설명하도록 한다.
전?한 바와 같이 처리모듈(200)은 복수회의 사이클을 수행할 수 있다. 상기 복수회의 싸이클은 본 예시에서 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220)을 순차적으로 경유하며 가스상태의 CO2가 액화될 수 있다. 상기 싸이클은 가스를 액화시키기 위해 온도를 저하시키고 압력은 증가시키는 고압저온의 환경을 조성하여 CO2의 액화를 진행시킬 수 있다. 2차처리모듈(220)까지 경유한 CO2는 적어도 일부가 액화되어 액상으로 수집될 수 있다. 수집된 액상의 CO2는 회수부(230)에 저장이 되어 선택적으로 챔버(11)로 제공될 수 있다. 물론, 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220)을 순차적으로 경유하는 과정에서 액화가 완료된 일부 CO2를 제외한 나머지 CO2는 1차처리모듈(210) 또는 2차처리모듈(220)로 제공될 수 있다.
즉, 액상의 CO2 형태로 상변화에 실패한 CO2는 처리모듈(200)에 의해 액화가 재시도될 수 있는 것이다. 여기서 재시도는 1차처리모듈(210) 또는 2차처리모듈(220)로 CO2의 조건과 상관없이 CO2가 제공되어 수행되어도 가능하지만, 보다 효과적으로 목적을 달성하기 위해 CO2의 조건에 따라 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220) 중 하나로 CO2를 공급함으로써 1차처리모듈(210)에 의해 순차적으로 처리가 될 것인지, 2차처리모듈(220)에 의해 처리가 될 수 있다. 회수부(230)에 연결된 덕트 등의 연결수단을 통해 기체상태의 CO2를 회수부(230)로부터 재회수하여 처리모듈(200) 측으로 재공급하는 과정에서 분배부(40)에 의해 1차처리모듈(210) 또는 2차처리모듈(220)로 공급결정이 될 수 있다.
구체적으로 가스상태의 CO2는 온도 및 압력조건이 만족되지 못하여 가스상태로 잔류한 것으로서, 일정 요구 조건을 보상하여 상기 조건을 만족시키기 위해 처리모듈(200)로 재공급될 수 있다. 동시에, 1차처리모듈(210)로 제공되는 CO2 상태와 2차처리모듈(220)로 제공되는 CO2 상태는 상이하므로, 분배부(40)에 의해 제공되는 위치가 결정될 수 있다.
구체적으로 분배부(40)와 회수부(230)를 잇는 상기 연결수단의 연장구간 중에 CO2의 온도 및 압력 중 하나 이상을 감지하는 센서를 포함하는 센서부(30)가 마련되고, 상기 센서로부터 감지된 감지정보는 분배부(40)로 전달될 수 있다. 분배부(40)는 감지부로부터 전달받은 정보와 기준정보와의 비교를 통해 기준정보에 만족하는 것으로 판단되면 2차처리모듈(220)로 제공되도록 하고, 기준정보에 미달되는 것으로 판단되면 제1차처리모듈(210)로 제공되도록 한다.
상기 기준정보는 적어도 온도 및 압력값을 포함하는 정보이고, 기 결정된 온도 및 압력값 중 하나 이상이 센서로부터 전달받은 감지정보와의 비교를 통해 충족이 안되면 기준정보에 미달되는 것으로 분류될 수 있고, 모든 정보가 기준정보에 만족하는 경우 기준정보를 만족하는 것으로 판단될 수 있다.
이러한 판단 기준은 1차처리모듈(210)에 공급되는 CO2가 2차처리모듈(220)에 공급되는 CO2보다 압력은 낮고 온도는 높으므로, 처리모듈(200)의 부하와 CO2 액화진행의 효율을 고려하여 선별적으로 판단될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220)에 선택적으로 적용되는 구성과 회수부(230)에 리싸이클 및 재냉각을 위해 적용되는 구성을 나타낸 도면이다. 각 구성의 특징들을 도 3을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
첫째, 제1-2쿨러(214) 및 제2-2쿨러(224) 중 하나 이상은 판형열교환기가 적용될 수 있다. 여기서, 제1-2쿨러(214) 및 제2-2쿨러(224)는 설계상 냉매구동부(200a)와 인접하도록 마련되어, 냉매가 순환되는 과정에서 이송관을 따라 이동되는 구간이 최소화되도록 설계될 수 있다. 이는 열교환에 유효한 구간(제1-2쿨러(214) 및 제1-2쿨러(214)를 포함하는 구간)을 최대한 경유하고, 열교환이 이루어지지 않고 재유입되는 구간을 최소한으로 형성하여 냉매구동부(200a)로 유입되는 냉매의 순환경로를 마련한다.
여기서 냉매의 순환방향은 냉매구동부(200a)로부터 냉각된 냉매가 제2-2쿨러(224)를 먼저 경유하고 이어서 제1-2쿨러(214)를 경유할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이 냉매구동부(200a)의 냉각순서를 기준으로 하면, 냉각경로 중에 1차적으로 CO2를 냉각시키는 구성인 제2-2쿨러(224)가 더 낮은 온도로 열교환이 이루어져야하므로, 냉각된 냉매가 먼저 열교환 될 수 있다. 이어서 제1-2쿨러(214)를 경유하며 2차적으로 CO2를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 제2-2쿨러(224)를 경유하는 냉매의 온도가 제1-2쿨러(214)를 경유하는 냉매의 온도보다 낮을 수 있고, 제2-2쿨러(224)를 경유하는 CO2의 온도가 제1-2쿨러(214)를 경유하는 냉매의 온도보다 낮을 수 있다. 물론, 제1-2쿨러(214)에서 서로 열교환되는 냉매와 CO2간의 온도는 냉매가 더 낮게 형성되고, 제2-2쿨러(224)에서도 서로 열교환되는 냉매와 CO2간의 온도는 냉매가 더 낮게 형성될 수 있다.
바람직하게는, 제2-2쿨러(224)에서의 열교환을 통해 CO2는 목적하는 온도까지 저하될 수 있다. 예를 들면, 제1-1쿨러(212)에 의해 냉각된 CO2의 온도는 약 40도일 수 있고, 제1-2쿨러(214)에 의해 냉각되는 CO2의 온도는 10도일 수 있으며, 제2-1쿨러(222)에 의해 냉각되는 CO2의 온도는 -10도 일 수 있다. 그리고 최종적으로 제2-2쿨러(224)에 의해 냉각되는 CO2의 온도는 -20도일 수 있다. 물론, 온도는 이에 한정되는 것은 아니나, 반복되는 냉각에 의해 점차 낮아지다가 최종적으로 -20도 이하의 온도상태가 되는 것이 바람직하다.
둘째, 제1-1쿨러(212), 제1-2쿨러(214), 제2-1쿨러(222) 및 제2-2쿨러(224) 중 적어도 하나는 공냉식의 쿨러를 적용하여 시스템(10)의 부피를 감소할 수 있다. 목적하는 온도와 압력을 만족시키기 위해 냉각 및 압력을 반복적으로 수행하게 되는데, 모든 냉각수행을 수냉식으로 실시하게 되면 냉매구동부(200a)의 용량이 확보되어야 하므로, 냉매구동부(200a)의 부피가 증가되게 되고, 이는 시스템(10)이 비대해지게 된다. 따라서, 적어도 일부 냉각은 공냉식 냉매 응축기를 통한 냉각을 수행할 수 있다. 물론, 적극적인 열교환이 이루어지는 제2-2쿨러(224) 및 제1-2쿨러(214)는 수냉식이 채용될 수도 있으나, 당업자의 선택에 따라 결정될 수 있다. 일 예로서, 설계에 따라 본 발명과 같이 제1-2쿨러(214) 및 제2-2쿨러(224)가 일측에 인접하도록 배치되어 냉매구동부(200a)와 냉매이송관으로 연결되도록 할 수 있다.
셋째, 처리모듈(200)은 다단구성으로 형성될 수 있다. 여기서 다단구성은 적어도 압축기 및 쿨러를 포함하는 모듈이 CO2의 흐름상 직렬로 복수개 연결된 것을 의미하고, 본 발명의 예시에서는 1차처리모듈(210) 및 2차처리모듈(220)이 이에 해당한다. 이는 다단의 처리모듈(200)을 적용함으로써 온도 및 압력의 과도한 변화, 특히, 압력상승을 보다 순차적으로 수행하면서 압축기 및 쿨러의 부하를 감소할 수 있다. 물론, 이러한 경우 CO2가 이동되는 경로는 연장되나, 압력증가 및 온도저하가 실시되는 시간은 각각의 압축기 및 쿨러로부터 감소되므로, 비교적 지속적인 CO2흐름이 형성되어, 회수부(230)에서는 일정한 시간당 용량의 액화이산화탄소(LCO2)를 수득할 수 있게 된다.
넷째, 냉매구동부(200a)는 어큐물레이터(Suction Line Accumulator)(201a)를 더 포함할 수 있다. 저압 냉매가 유동하는 관과 고압 냉매가 유동하는 관 간의 열교환을 수행함으로써 냉매의 압축을 수행할 수 있고, 압축 및 냉각된 냉매는 제2-2쿨러(224)와 제1-2쿨러(214)를 순차적으로 경유하여 CO2를 냉각시킬 수 있다. 냉매구동부(200a)는 냉매를 순환시키면서 지속적으로 재냉각을 수행하는데 열교환 과정에서 보다 효과적인 구동을 위해 상기 어큐물레이터(201a)를 포함할 수 있다.
다섯째, 블루수소 개질장치(100)와 결합되는 방식으로도 구성될 수 있으나, 수소(3)추출과정에서 챔버(11)에 CO2를 지속적으로 누적하여, 주기적으로 챔버(11)로부터 고압의 가스형태의 CO2를 인출할 수 있다. 즉, 처리모듈(200)만 이동가능한 별도 구성으로 마련되어, 챔버(11)와 선택적인 연결을 통해 CO2를 액화시킬 수가 있다. 다른 예로는, 회수부(230)가 처리모듈(200)과 선택적으로 결합이 가능하여, 회수부(230)를 교체하면서 블루수소 개질장치(100)의 지속적인 구동이 될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 블루수소 개질장치(100)의 챔버(11) 및 회수부(230) 중 하나 이상은 처리모듈(200)과 서로 선택적인 결합이 가능한 형태로 마련될 수 있다. 나아가, 회수부(230)에 저장된 CO2는 액화된 상태로 산업현장에서 반도체 및 장비 세정 등에 사용될 수도 있으나, 이송관(CL1 및 CL2)에 의해 냉매구동부(200a) 및 처리모듈(200) 측으로 제공되어, 각 구성들을 필요에 따라 제1이송관(CL1) 및 제2이송관(CL2) 중 하나 이상을 통해 선택적으로 제공하여 냉매구동부(200a) 및 처리모듈(200) 중 하나 이상을 냉각시킴으로써 보다 효과적인 처리모듈(200)의 구동을 도모할 수 있다. 물론, 본 발명의 일 실시예인 시스템의 주된 목적은 액화된 이산화탄소(LCO2)의 회수이며, 처리모듈 및 냉매구동부 측으로 제공되는 LCO2는 적어도 회수된 액화이산화탄소(LCO2) 총량의 일부에 불과할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 천연가스
2 : 산소
3 : 수소
10 : CO2 재사용 시스템
11 : 챔버
30 : 센서부
40 : 분배부
100 : 블루수소 개질장치
200 : 처리모듈
200a : 냉매구동부
201a : 어큐물레이터
210 : 1차처리모듈
211 : 제1압축기
212 : 제1-1쿨러
213 : 제1분리부
214 : 제1-2쿨러
220 : 2차처리모듈
221 : 제2압축기
222 : 제2-1쿨러
223 : 제2분리부
224 : 제2-2쿨러
230 : 회수부
CL1 : 제1이송관
CL2 : 제2이송관
2 : 산소
3 : 수소
10 : CO2 재사용 시스템
11 : 챔버
30 : 센서부
40 : 분배부
100 : 블루수소 개질장치
200 : 처리모듈
200a : 냉매구동부
201a : 어큐물레이터
210 : 1차처리모듈
211 : 제1압축기
212 : 제1-1쿨러
213 : 제1분리부
214 : 제1-2쿨러
220 : 2차처리모듈
221 : 제2압축기
222 : 제2-1쿨러
223 : 제2분리부
224 : 제2-2쿨러
230 : 회수부
CL1 : 제1이송관
CL2 : 제2이송관
Claims (6)
- 천연가스를 기초로 수소 및 CO2를 추출하는 블루수소 개질장치;
상기 블루수소 개질장치와 연결되고, 추출된 상기 CO2가 압력증가 및 온도저하가 되도록 기 결정된 처리를 수행하며, 적어도 판형열교환기를 통해 상기 온도저하를 수행하는 단계를 실시하는 처리모듈; 및
상기 처리모듈에 의해 액화된 상기 C02를 저장하는 회수부;를 포함하고,
상기 처리모듈은,
상기 블루수소 개질장치 및 상기 회수부 사이에 위치되고,
상기 CO2가 순차적으로 경유되는 1차처리모듈 및 2차처리모듈을 포함하되,
상기 1차처리모듈은 상기 CO2가 순차적으로 이동되는 제1압축기, 제1-1쿨러, 제1분리부, 제1-2쿨러를 포함하고, 상기 2차처리모듈은 상기 CO2가 순차적으로 제2압축기, 제2-1쿨러, 하나 이상의 제2분리부, 제2-2쿨러를 포함하며,
상기 회수부에 액화되어 저장된 상기 CO2의 적어도 일부를 상기 회수부로부터 상기 1차처리모듈 및 상기 2차처리모듈 중 하나 이상으로 공급되도록 하는 제1이송관 및 상기 회수부로부터 상기 제2-2쿨러 및 상기 제1-2쿨러를 순차적으로 냉각시키는 냉매구동부로 상기 CO2의 적어도 일부가 제공되도록 연장되는 제2이송관을 포함하는, CO2 포집 및 액화를 위한 모듈 시스템.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 블루수소 개질장치는 대기압 이상의 내압을 유지하고 상기 CO2를 저장하는 챔버를 포함하고,
상기 챔버는 일측에서 상기 CO2가 유입되는 방향인 일방향으로만 개방되도록 하고, 타측에서 상기 CO2가 상기 처리모듈로 제공되는 방향으로 선택적인 개방이 되도록 하는 밸브를 포함하는, CO2 포집 및 액화를 위한 모듈 시스템.
- 삭제
- 청구항 3에 있어서,
상기 회수부로 저장되는 상기 CO2 중 기체 상태로 유입되는 상기 CO2를 상기 1차처리모듈 및 상기 2차처리모듈 중 하나로 이송시키는 분배부를 더 포함하고,
상기 분배부의 연장구간 중에 위치되며, 기체 상태의 상기 CO2의 온도 및 압력을 감지한 감지정보와 기 결정된 감지정보 간의 비교를 통해 상기 1차처리모듈 및 상기 2차처리모듈 중 하나로 이송될 수 있도록 상기 CO2를 안내하는 센서부를 더 포함하는, CO2 포집 및 액화를 위한 모듈 시스템. - 삭제
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220163309A KR102550070B1 (ko) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | 판형 열교환기를 포함하는 블루수소 생산을 통한 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템 |
| PCT/IB2024/050774 WO2024116164A2 (ko) | 2022-11-29 | 2024-01-27 | 블루수소 생산을 통한 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220163309A KR102550070B1 (ko) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | 판형 열교환기를 포함하는 블루수소 생산을 통한 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102550070B1 true KR102550070B1 (ko) | 2023-06-30 |
Family
ID=86959472
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220163309A KR102550070B1 (ko) | 2022-11-29 | 2022-11-29 | 판형 열교환기를 포함하는 블루수소 생산을 통한 이산화탄소 포집 및 재사용 시스템 |
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| KR (1) | KR102550070B1 (ko) |
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-
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- 2022-11-29 KR KR1020220163309A patent/KR102550070B1/ko active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AMND | Amendment | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |