KR102592945B1 - 고체 co2와 액체 co2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정 - Google Patents

고체 co2와 액체 co2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 개시한다. 상기 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는, 배기가스로부터 고체 CO2를 포집하는 고체 CO2 포집 모듈; 및 포집된 상기 고체 CO2를 액화시키고, 상기 고체 CO2의 승화열을 이용하여 액체 CO2를 제조하는 액체 CO2 제조 모듈을 포함하고, 상기 고체 CO2 포집 모듈은, 배기가스 중 수분을 제거한 제1 가스를 생성하는 수분 제거기; 배출가스를 이용하여 제1 가스의 온도를 낮춰 제2 가스를 생성하는 예냉기; 및 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 제2 가스의 나머지는 상기 배출가스로서 배출하는 고체 CO2 제조기를 포함하고, 상기 액체 CO2 제조 모듈은, 상기 고체 CO2와 압축된 기체 CO2의 일부를 혼합하여, 제1 액체 CO2를 생성하는 혼합기; 상기 제1 액체 CO2가 기화되면서 기체 CO2가 제조되고, 기화열을 이용하여 상기 압축된 기체 CO2의 나머지 일부를 냉각시켜 제2 액체 CO2를 제조하는 액화기; 및 상기 기체 CO2를 압축시켜, 상기 압축된 기체 CO2를 생성하는 압축기를 포함하고, 상기 고체 CO2 제조기는, 상기 고체 CO2 제조기에 포함되는 복수의 튜브; 및 상기 복수의 튜브를 각각 둘러싸며, 상기 복수의 튜브 각각을 따라 이동 가능한 스크래퍼 구조물을 포함한다.

Description

고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정 {Manufacturing apparatus obtained by separating solid CO2 and liquid CO2 and process using the same}
본 발명은 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 CO2를 LNG 냉열이나 냉동기를 이용하여 동결 및 포집하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 포집된 고체 CO2의 승화열을 이용하여 액체 CO2를 제조하는 공정에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
화력 발전소 등 연소로에서 배출되는 배기가스는 크게 수증기, 질소 그리고 CO2로 구성되며, 이 중 CO2는 지구 온난화의 문제를 야기하게 되므로 포집 기술이 중요하다. CO2를 포집하는 방법은 아민 습식법, 분리막법, 액화법, 초저온 방식 등이 있다.
이들 중 종래 널리 적용되는 CO2를 회수하는 방법으로는 화학물질인 아민을 사용하여 CO2와 수증기를 남긴 후 수분을 제거하고, CO2 기체를 20bar 정도로 압축, 암모니아 냉동기를 사용하여 액화시키는 공정이다. 그러나 이 공정은 배기가스 중 CO2를 아민으로 제거하게 됨으로써 많은 양의 화학 물질과 아민으로부터 CO2분리 에너지의 소요, 매우 큰 흡착 및 재생 공정 장치가 요구되는 단점이 있다.
초저온 방식을 이용하여 CO2를 포집하는 방법은 도 1의 고체화 공정(110), 가압공정(120), 그리고 융해공정(130)으로 구성된다. 그 공정을 보면, 먼저 고체화 공정(110)에서 50℃ 정도의 배출 연소가스에 -196℃의 액체질소를 분사하여 고체 드라이아이스를 만든 다음, 가압공정(120)에서 약 20 bar정도로 압착시키고, 융해공정(130)에서 녹여 액체 CO2를 얻는 방식이 적용되고 있다. 통상 배출 가스 중 질소가 CO2의 약 4배인 점을 감안하면, 대기 중으로 배출되어지는 질소 기체까지도 냉각하게 되므로 매우 많은 고가의 액체질소를 소비하게 되는 비효율적인 방법이 되는 것이다.
따라서, 효율적으로 CO2를 포집할 수 있는 장치 및 CO2를 포집하는 공정에 대한 니즈가 존재하였다.
본 발명의 목적은 배기가스 중 CO2를 분리 포집함에 있어 종래 초저온 방식, 습식 등의 과다한 에너지 소요와, 배가스 중 CO2기체를 분리, 포집하는 장치와 액화시키는 장치가 같이 가설되어야 하는 문제를 해결하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 고체 CO2를 포집하는 공정과 포집된 고체 CO2를 액화시키는 공정을 분리할 수 있는 장치를 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는, 배기가스로부터 고체 CO2를 포집하는 고체 CO2 포집 모듈; 및 포집된 상기 고체 CO2를 제1 액체 CO2로 액화시키고, 상기 제1 액체 CO2의 기화열을 이용하여 제2 액체 CO2를 제조하는 액체 CO2 제조 모듈을 포함하고, 상기 고체 CO2 포집 모듈은, 배기가스 중 수분을 제거한 제1 가스를 생성하는 수분 제거기; 배출가스를 이용하여 제1 가스의 온도를 낮춰 제2 가스를 생성하는 예냉기; 및 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 제2 가스의 나머지는 상기 배출가스로서 배출하는 고체 CO2 제조기를 포함하고, 상기 액체 CO2 제조 모듈은, 상기 고체 CO2와 압축된 기체 CO2의 일부를 혼합하여, 상기 제1 액체 CO2를 생성하는 혼합기; 상기 제1 액체 CO2가 기화되면서 기체 CO2가 제조되고, 기화열을 이용하여 상기 압축된 기체 CO2의 나머지 일부를 냉각시켜 상기 제2 액체 CO2를 제조하는 액화기; 및 상기 기체 CO2를 압축시켜, 상기 압축된 기체 CO2를 생성하는 압축기를 포함하고, 상기 고체 CO2 제조기는, 상기 고체 CO2 제조기에 포함되는 복수의 튜브; 및 상기 복수의 튜브를 각각 둘러싸며, 상기 복수의 튜브 각각을 따라 이동 가능한 스크래퍼 구조물을 포함한다.
또한, 상기 고체 CO2 포집 모듈은, 상기 액체 CO2 제조 모듈과 서로 분리되어 가설될 수 있다.
또한, 상기 복수의 튜브는 제1 튜브 및 제2 튜브를 포함하고, 상기 스크래퍼 구조물은 상기 제1 튜브를 감싸는 제1 스크래퍼 구조물, 및 상기 제2 튜브를 감싸는 제2 스크래퍼 구조물을 포함하고, 상기 고체 CO2 제조기는, 상기 제1 스크래퍼 구조물과 상기 제2 스크래퍼 구조물을 연결하는 스크래퍼 지지 부분을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크래퍼 구조물은 영구자석 및 전자기식 솔레노이드 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스크래퍼 구조물은 모터에 의해 움직일 수 있다.
또한, 상기 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는, 상기 고체 CO2 제조기와 연결되고, 냉매를 제공하는 냉동기를 더 포함할 수 있고, 상기 고체 CO2 제조기는 LNG 냉열을 이용하여 상기 고체 CO2를 포집할 수 있다.
본 발명의 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정에 의하면, CO2 포집 장치가 고체 CO2 포집 모듈과 액체 CO2 제조 모듈을 각각 포함함으로써, 고체 CO2를 포집하는 공정과 액체 CO2를 얻는 공정을 분리하여 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정에 의하면, 액체 CO2를 제조하기 위해 고체 CO2의 승화열을 이용함으로써 에너지를 절약할 수 있다.
상술한 내용과 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 종래의 액체질소를 사용하는 초저온 CO2 고체화 포집 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 고체 CO2 포집 모듈(1)을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 액체 CO2 제조 모듈(2)을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 도 5의 M 영역의 확대사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 액체 CO2 포집 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 액체 CO2 포집 공정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정을 설명하기 위한 도면으로, LNG 냉열을 이용하여 CO2의 고체-액체-기체-액체의 상변화를 통한 고체 CO2 포집 및 고체 CO2의 액화 공정을 설명하기 위한 도면이다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어나 단어는 일반적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니된다. 발명자가 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어나 단어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 따라, 본 발명의 기술적 사상과 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명이 실현되는 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 기술적 사상을 전부 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 및 응용 가능한 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. '및/또는' 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호 간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.
이하에서, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 고체 CO2 포집 모듈(1)을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 액체 CO2 제조 모듈(2)을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는, 서로 분리된 고체 CO2 포집 모듈(1) 및 액체 CO2 제조 모듈(2)을 포함할 수 있다. 고체 CO2 포집 모듈(1)은, 배기가스로부터 고체 CO2를 포집할 수 있다. 포집된 고체 CO2는 운송 수단(예: 단열 용기)에 의해, 고체 CO2 포집 모듈(1)과 분리된 액체 CO2 제조 모듈(2)로 운송될 수 있다. 운송된 고체 CO는, 액체 CO2 제조 모듈(2)에 의해 액화될 수 있다. 액체 CO2 제조 모듈(2)은, 고체 CO2의 승화열을 이용하여 액체 CO2를 제조할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 고체 CO2 포집 모듈(1)은, 수분 제거기(201), 예냉기(203), 고체 CO2 제조기(210) 및 냉동기(207)를 포함할 수 있다. 고체 CO2 포집 모듈(1)은, 고체 CO2 제조기(210)의 내부에 흐르는 냉동기의 냉매액 또는 액체 LNG(liquefied natural gas)의 냉열을 이용하여, 외부에서 발생되는 배기가스로부터 고체 CO2를 포집할 수 있다.
수분 제거기(201)는, 유입되는 배기가스에서 수분(H2O)을 제거하여, 제1 가스를 생성할 수 있다. 배기가스는 예를 들어, 질소, 기체 CO2, 및 수증기를 포함할 수 있다. 제1 가스는 예를 들어, 질소 및 기체 CO2를 포함할 수 있다.
예냉기(203)는, 배출가스를 이용하여 제1 가스의 온도를 낮춰, 제2 가스를 생성할 수 있다. 배출가스는, 고체 CO2 제조기로부터 배출되는 저온의 가스일 수 있다. 제2 가스는 예를 들어, 질소 및 잔여 기체 CO2를 포함할 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)는, 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 제2 가스의 나머지는 배출가스로서 배출할 수 있다. 고체 CO2 제조기(210)는 유입된 제2 가스의 온도를 낮춰, 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 나머지 기체(예를 들어, 질소 및 잔여 기체 CO2)는 배출가스로서 배출할 수 있다. 생성된 고체 CO2는, 고체 CO2 제조기(210)의 하부에 포집될 수 있다. 포집된 고체 CO2는 상압 상태로 온도는 -78.5℃일 수 있다.
몇몇 실시예에서 고체 CO2 제조기(210)는, 고체 CO2 제조기(210)의 복수의 튜브의 내부를 흐르는 LNG를 이용해 고체 CO2를 포집할 수 있다. 예를 들어, 고체 CO2 제조기(210)의 복수의 튜브의 내부에는, -162℃의 액체 LNG가 흐를 수 있고, 이 LNG의 냉열을 이용하여 기체 CO2를 고체 CO2로 포집할 수 있다. 제1 가스는 예를 들어, 질소 약 85%, CO2 약 15%로 구성될 수 있다. 질소와 CO2의 액화 온도 및 고체화 온도 특성을 보면, 질소는 액화 온도가 -196℃로 LNG 냉열에 의하여 액화되지 않고 기체로 존재하게 되고, 기체 CO2 만이 온도 저하에 의하여 -78.5℃에서 고체 CO2 가 된다. 이 때 -162℃의 LNG 1kg당 고체 CO2는 대략 0.5kg 정도가 얻어진다.
몇몇 실시예에서 고체 CO2 제조기(210)는, 고체 CO2 제조기(210)의 복수의 튜브의 내부를 흐르는 프레온계 냉매를 이용해 고체 CO2를 포집할 수 있다. 예를 들어, LNG 냉열을 이용해 프레온계 냉매를 액화시키고, 액화된 저온의 냉매가 고체 CO2 제조기(210)의 내부에 흐르면서, 제2 가스로부터 고체 CO2가 포집될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 선박 등 안전성이 요구되는 공정에서 고체 CO2를 안정적으로 포집할 수 있다. 적정 냉매로는, R508B, R14, R23 등 각종 저온 냉매 혹은 이들이 혼합된 냉매가 포함될 수 있다. 이들의 액화온도를 보면 R508B는 -87.6℃, R14는 -128℃, R23은 -82℃이다. 적용 가능한 냉매의 조건으로는 CO2의 고체화 온도보다 낮은 온도에서 액체인 냉매이어야 하며, -162℃의 LNG에 의하여 용이하게 액화되는 냉매이어야 한다.
고체 CO2 제조기(210)로부터 배출되는 고체 CO2는, 단열 용기(205)에 수용될 수 있다. 단열 용기(205)의 형태는 직육면체, 다각면체 등 필요한 공간에 맞춘 다양한 형태의 단열된 용기로 구성되며, 지게차 등에 의하여 장착과 탈착이 용이한 구조로 이루어진다. -78.5℃ 고체 CO2(드라이아이스)의 승화를 막기 위해, 단열 용기(205)는 폴리우레탄 폼, 폴리 스틸렌 폼, 및 그래스울 등을 포함할 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)는, 저온의 냉매액을 이용하여 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집할 수 있다. 고체 CO2 제조기(210)로 냉매가 제공되기 위해, 도 2의 고체 CO2 포집 모듈(1)은 냉동기(207)를 더 포함할 수 있다.
냉동기(207)는 냉매를 액화시켜, 저온의 액화된 냉매를 고체 CO2 제조기(210)로 제공할 수 있다. 냉동기(207)의 냉매는 예를 들어, R23, R508B, 또는 R14 중 어느 하나일 수 있다. 냉동기(207)는 예를 들어, 압축기, 응축기 및 팽창장치를 포함할 수 있으며 이원 냉동기일 수 있다. 냉매가 R23인 경우를 예로 들어 설명하면, 팽창장치에서 -83℃로 강하되어 고체 CO2 제조기(210) 내부로 유입된다. 유입된 냉매액의 상변화 에너지를 이용하여, 고체 CO2 제조기(210) 내부에서 제2 가스 중 CO3가 고체 CO2로 포집될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 액체 CO2 제조 모듈(2)은, 혼합기(211), 액화기(213), 및 압축기(215)를 포함할 수 있다. 액체 CO2 제조 모듈(2)은, 고체 CO2 포집 모듈(1)이 수행하는 공정과 상이한 공정을 수행할 수 있도록, 고체 CO2 포집 모듈(1)과 분리된 것일 수 있다. 액체 CO2 제조 모듈(2)은, 고체 CO2 포집 모듈(1)에서 포집된 고체 CO2가 갖는 온도 및 승화열을 이용하여, 고체 CO2 포집 모듈(1)에서 포집된 고체 CO2를 액체 CO2로 생성할 수 있다.
혼합기(211)는, 고체 CO2와 압축된 기체 CO2의 일부를 혼합하여, 제1 액체 CO2를 생성할 수 있다. 압축된 기체 CO2의 일부는 예를 들어, 압축된 기체 CO2의 약 30%일 수 있다. 제1 액체 CO2는 중간 압력을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 CO2의 압력은 약 8.6bar 일 수 있고, 온도는 약 -54℃ 정도일 수 있다.
액화기(213)에 의해, 제1 액체 CO2가 기화되면서 기체 CO2가 제조되고, 기화열을 이용하여 압축된 기체 CO2의 나머지 일부를 냉각시켜 제2 액체 CO2가 제조될 수 있다. 압축된 기체 CO2의 나머지 일부는 예를 들어, 압축된 기체 CO2의 약 70%일 수 있다. 제2 액체 CO2의 온도는 예를 들어, 약 -25℃일 수 있다.
압축기(215)는, 기체 CO2를 압축시켜, 압축된 기체 CO2를 생성할 수 있다. 압축된 기체 CO2의 압력은 예를 들어, 약 23bar일 수 있다. 압축된 기체 CO2는, 상술한 바와 같이, 액화기(213)로 유입 후 제2 액체 CO2로 액화 될 수 있다.
제2 액체 CO2는 예를 들어, 탱크(217)에 저장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 CO2 제조 모듈(2)은, 포집된 고체 CO2가 갖는 저온의 온도 및 승화열을 이용하여 고체 CO2를 액화시킴으로써, 별도의 냉동기와 에너지 소모가 불필요한 효과를 야기시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는, 고체 CO2 포집 모듈(1)과 액체 CO2 제조 모듈(2)을 분리시킴으로써, 장치를 이용한 공정의 효율성을 극대화시킬 수 있다. 다만, 본 발명의 몇몇 실시예는 이에 제한되지 않고, 포집과 액화 공정을 한꺼번에 수행하여 공정의 단일화를 도모할 수도 있다.
이하에서, 도 4를 참조하여 본 발명의 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해, 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 배기가스 중 수분을 제거한 제1 가스를 생성하는 단계(S11)를 포함할 수 있다. 배기가스는 제1 가스는 예를 들어, 질소와 기체 CO2를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 배출가스를 이용하여 제1 가스의 온도를 낮춰, 제2 가스를 생성하는 단계(S13)를 포함할 수 있다. 배출가스는, 제2 가스 중 CO2가 제거된 가스일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 제2 가스의 나머지는 배출가스로 배출하는 단계(S15)를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 고체 CO2와 압축된 기체 CO2의 일부를 혼합하여, 제1 액체 CO2를 생성하는 단계(S17)를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 제1 액체 CO2가 기화되면서 기체 CO-2가 제조되는 단계(S19)를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 기체 CO2를 압축시켜 압축된 기체 CO2를 생성하는 단계(S21)를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용한 공정은, 제1 액체 CO2가 단계(S19)에서 기화될 때의 기화열을 이용하여, 압축된 기체 CO2의 나머지 일부를 냉각시켜 제2 액체 CO2를 생성하는 단계(S23)를 포함할 수 있다.
이하에서 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 고체 CO2 제조기(210)에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 하거나 생략한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 도 6은 도 5의 M 영역의 확대사시도이다.
고체 CO2 제조기(210)는, 도 2에서 설명한 고체 CO2 포집 모듈(1)에 적용되는 것일 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)는, 복수의 튜브(2103), 연결 부분(2105), 스크래퍼 구조물(2107), 내부 링(2109), 외부 링(2111), 유입구(2113), 배출구(2115), 튜브 유입구(2117), 튜브 배출구(2119), 피스톤(2123), 고체 CO2 배출구(2125) 및 전선(2127)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서 고체 CO2 제조기(210)는 원통 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 고체 CO2 제조기(210)는 필요에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있음은 물론이다.
복수의 튜브(2103)는, 고체 CO2 제조기(210)의 내부에 포함될 수 있다. 복수의 튜브(2103)는, 고체 CO2 제조기(210) 내에서, 고체 CO2 제조기(210)의 길이방향을 따라 연장될 수 있다. 복수의 튜브(2103)는 소구경의 원관으로 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고, 필요에 따라 내부에 액체 물질이 통과할 수 있는 형상이면 다양한 형상으로 제조될 수 있다.
복수의 튜브(2103)는, 예를 들어, 제1 튜브(2101), 제2 튜브(2102), 제3 튜브(2303) 및 제4 튜브(2304)를 포함할 수 있다. 제1 튜브(2101), 제2 튜브(2102), 제3 튜브(2303) 및 제4 튜브(2304) 각각은 서로 이격되어 포함될 수 있다. 제1 튜브(2101)의 일단 및 제2 튜브(2102)의 일단은, 연결 부분(2105)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제3 튜브(2303)의 일단 및 제4 튜브(2304)의 일단은, 연결 부분(2105)에 의해 서로 연결될 수 있다.
연결 부분(2105)은 예를 들어, 단열재로 둘러싸여 있을 수 있다. 연결 부분(2105)이 단열재로 둘러싸여 있는 경우, 고체 CO2가 복수의 튜브(2103)의 일단에 생성되는 것을 방지할 수 있다.
스크래퍼 구조물(2107)은, 복수의 튜브(2103)를 각각 둘러싸며, 복수의 튜브 각각을 따라 이동 가능할 수 있다. 스크래퍼 구조물(2107)은, 복수의 튜브(2103) 각각의 일부분을 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 스크래퍼 구조물(2107)은, 제3 튜브(2303)를 감싸는 제1 스크래퍼 구조물(2702) 및 제4 튜브(2304)를 감싸는 제2 스크래퍼 구조물(2701)을 포함할 수 있다. 제1 스크래퍼 구조물(2702) 및 제2 스크래퍼 구조물(2701)은, 스크래퍼 지지 부분(2703)에 의해 서로 연결되어 있을 수 있다.
스크래퍼 구조물(2107)은, 고체 CO2 제조기(210)의 내측벽의 일부분을 따라 배치되는 내부 링(2109)과 연결되어 있을 수 있다. 내부 링(2109)은, 예를 들어, 영구자석을 따라 움직이는 철 등의 자성물질을 포함할 수 있다.
외부 링(2111)은, 내부 링(2109)과 대응되는 위치에, 고체 CO2 제조기(210)의 외측벽의 일부분을 따라 배치될 수 있다. 외부 링(2111)은 예를 들어, 전자기식 솔레노이드일 수 있다.
외부 링(2111)에는, 전선(2127)이 연결되어 있을 수 있다. 고체 CO2 제조기(210)는, 전선(2127)에 의해 외부의 솔레노이드 또는 외부의 모터와 연결될 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)는, 고체 CO2 제조기(210) 내부와 연결되는 유입구(2113) 및 배출구(2115)를 포함할 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)는, 복수의 튜브(2103)와 연결되는 튜브 유입구(2117) 및 튜브 배출구(2119)를 포함할 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)의 하부에는, 고체 CO2 포집 부분(2130)이 배치될 수 있다. 고체 CO2 포집 부분(2130)에는, 피스톤(2123)이 포함될 수 있다. 고체 CO2 포집 부분(2130)에는, 포집된 고체 CO2를 배출하기 위한 고체 CO2 배출구(2125)가 포함될 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)는, 유입구(2113)를 통해 제2 가스(도 2 참조)를 유입시킬 수 있다. 제2 가스는, 복수의 튜브(2103)를 제외한 고체 CO2 제조기(210)의 내부로 유입될 수 있다. 복수의 튜브(2103)에는, 튜브 유입구(2117)를 통해 유입된 액체 LNG 또는 냉매액이 흐를 수 있다. 제2 가스는 복수의 튜브(2103)에 흐르는 저온의 액체 LNG 또는 저온의 냉매액에 의해 고체 CO2로 상변화될 수 있다. 고체 CO2는 복수의 튜브(2103) 각각의 외측벽에 생성될 수 있다.
스크래퍼 구조물(2107)은 복수의 튜브(2103)를 따라 이동하면서, 복수의 튜브(2103) 각각의 외측벽에 생성된 고체 CO2를 스크래핑(scrapping)할 수 있다.
몇몇 실시예에서 스크래퍼 구조물(2107)은, 외부 자력에 의해 움직일 수 있다.
몇몇 실시예에서 스크래퍼 구조물(2107)은, 외부 모터에 의해 움직일 수 있다.
스크래핑된 고체 CO2(2121)는, 고체 CO2 포집 부분(2130)에 쌓일 수 있다. 쌓인 고체 CO2(2121)는 피스톤(2123)에 의해 모아지고, 고체 CO2 배출구(2125)를 통해 고체 CO2 제조기(210)의 외부로 배출될 수 있다.
제2 가스로부터 고체 CO2를 포집한 후, 제2 가스의 나머지는 배출구(2115)를 통해 배출가스로서 배출될 수 있다. 또한, 제2 가스 중 CO2를 상변화시킨 후 상변화된 NG(natural gas) 또는 냉매기체는, 튜브 배출구(2119)를 통해 배출될 수 있다.
이하에서 도 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치의 고체 CO2 제조기(210)에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 하거나 생략한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도 5를 참조하여 설명한 고체 CO2 제조기(210)와 달리, 고체 CO2 포집 부분(2130)이 복수의 튜브(2103)가 연장되는 방향을 따라 배치될 수 있다.
이하에서 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 CO2 포집 장치의 고체 CO2 제조기(210)에 대해 설명한다. 설명의 명확성을 위해 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 하거나 생략한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2 제조기(210)의 스크래퍼 구조물(2107)은 복수의 튜브(2103) 전체를 따라 배치될 수 있다. 스크래퍼 구조물(2107)은, 내부 스크래퍼 구조물(2703) 및 외부 스크래퍼 구조물(2704)을 포함할 수 있다. 내부 스크래퍼 구조물(2107)은, 제1 튜브(2101) 및 제2 튜브(2102) 사이에 배치될 수 있다. 외부 스크래퍼 구조물(2107)은, 제1 튜브(2101)와 고체 CO2 제조기(210)의 내측벽 사이, 및 제2 튜브(2102)와 고체 CO2 제조기(210)의 내측벽 사이에 배치될 수 있다. 스크래퍼 구조물(2107)은 고체 CO-2 제조기(210)와 연결된 모터(2129)에 의해 회전 운동을 하면서, 복수의 튜브(2103)의 외측벽에 형성된 고체 CO2를 스크래핑할 수 있다. 스크래핑된 고체 CO2(2121)는, 고체 CO2 포집 부분(2130)에 쌓일 수 있다.
유입구(2113)를 통해 유입되는 제2 가스는, 제1 경로(P1)를 따라 이동된 후, 배출가스로서 배출구(2115)를 통해 배출될 수 있다. 튜브 유입구(2117)를 통해 유입되는 액체 LNG 또는 냉매액은 제2 경로(P2)를 따라 이동된 후, NG 또는 냉매기체로 상변화되어 튜브 배출구(2119)를 통해 배출될 수 있다.
[액화천연가스 냉열이용 이산화탄소 포집공정]
이하에서는, 도 9를 이용하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정에 대해 설명한다.
아래의 실시예들은 화력 발전소 등 각종 탄화수소 연소로에서 배출되는 배기가스로부터 CO2를 LNG 냉열을 이용하여 고체화 드라이아이스로 추출해 내는 공정을 포함한다. 보다 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치를 이용하여, -162℃의 LNG 냉열을 직접 이용하거나, LNG와 냉매가 열교환한 후 액화된 저온 냉매가 배출 가스 통로를 순환하면서 CO2를 고체 드라이아이스 상태로 포집하는 공정; 포집된 고체 드라이아이스가 승화되어 기체가 된 후 압축되는 공정; 및 압축된 기체가 고체 드라이아이스의 승화열과 LNG 냉열에 의하여 액화되어 액체 CO2가 제조되는 공정을 수행하는 것을 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(3)를 이용한 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(3)는, 고체 CO2 제조기(210), 승화열이용 액화기(303), 예냉기(301), 및 압축기(305)를 포함할 수 있다.
그 공정의 개괄적 원리를 보면, 먼저 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 외측벽에서 LNG 냉열에 의하여 제조된 고체 CO2는 고체 CO2 제조기(210)에 포집된 후, 고체 상태로 출하되거나 승화열이용 액화기(303)를 거치면서 압축기(305)에서 배출된 고온의 압축된 기체 CO2에 의하여 가열되어 일부 승화된 후, 예냉기(301)에서 완전 기체인 기체 CO2가 되어 압축기(305)에 유입되어 20bar 정도로 압축된다. 압축된 기체 CO2는 승화열이용 액화기(303)에서 고체 CO2의 승화열에 의하여 액체 CO2 가 될 수 있다.
고체 CO2 제조기(210) 하부에 포집된 고체 CO2의 일부는 필요시 고체 드라이아이스 블록으로 출하될 수 있다.
고체 CO2 제조기(210) 하부에 포집된 -73.5℃, 1.5bar의 고체 CO2 (드라이아이스)는, 승화열이용 액화기(303)에서 20bar로 압축된 기체 CO2를 냉각, 액화시키면서 자신은 승화된 후, 예냉기(301)로 운송된다.
몇몇 실시예에서, 고체 CO2의 흐름을 원활하게 하기 위하여 액화된 20bar의 액체 CO2 일부가 승화열이용 액화기(303)에 주입될 수 있다.
승화열이용 액화기(303)에서 배출되는 CO2는 예냉기(301)에서 최종 가열되어 완전한 기체 CO2가 된다. 압축기(305)는 기체 CO2를 20bar, 100℃로 압축하여, 압축된 기체 CO2를 생성할 수 있다.
압축된 CO2기체는 승화열이용 액화기(303)에서 고체 CO2제조기(210)로 부터 배출되는 -73.5℃의 고체 CO2에 의하여 냉각되어 액체 CO2로 포집될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(4)를 이용한 공정을 설명하기 위한 개략도이다. 이하에서, 설명의 명확성을 위해, 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 하거나 생략한다.
도 9와 도 10을 각각 참조하여 설명한 공정들의 차이점을 보면, 첫째는 LNG 냉열 이용 방식의 차이이다. 도 10에 의해 설명되는 공정은, 먼저 LNG 냉열을 이용하여 프레온계 냉매를 액화시키고 액화된 저온의 냉매가 고체 CO2 제조기(210)의 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 내부를 흐르면서 외측벽에 고체 CO2를 제조하는 방식이다. 이는 선박 등 안전성이 요구되는 공정에서 CO2를 안전하게 포집하는 효과를 제공한다.
복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 내부를 흐르는 저온의 액체 냉매에 의하여, 배기가스 중 기체 CO2는 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 외측벽에서 고체 CO2로 생성된다. 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 내부의 적정 냉매로는, R508B, R14, R23 등 각종 저온 냉매 혹은 이들이 혼합된 냉매가 포함될 수 있다. 이들의 액화온도를 보면 R508B는 -87.6℃, R14는 -128℃, R23은 -82℃이다. 적용 가능한 냉매의 조건으로는 CO2의 고체화 온도보다 낮은 온도에서 액체인 냉매이어야 하며, -162℃의 LNG에 의하여 용이하게 액화되는 냉매이어야 한다.
둘째, 압축기(305)에서 배출된 20~23bar 고온, 고압의 기체 CO2는 분지되어 승화열이용 액화기(303)와 LNG 냉열 액화기(401)로 나뉘어져 유입될 수 있으며, 승화열이용 액화기(303) 및 LNG 냉열 액화기(401)를 각각 거치면서 냉각되어 액체 CO2로 될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면 화력 발전소 등 연소로에서 배출되는 배기가스로부터 CO2를 LNG 냉열을 이용하여 고체 CO2로 추출하는 것과, 고체 CO2(드라이아이스)의 승화열을 이용하여 액체 CO2를 제조할 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, LNG 냉열 및 고체 CO2(드라이아이스)의 승화열을 이용하여 액체 CO2를 효과적으로 포집하는 에너지절약형 공정을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(3, 4)는, 배기 연소가스 중 CO2만을 LNG 냉열을 이용하여 고체 CO2로 제조하여 포집하는 고체 CO2 제조기(210); 및 상기 포집된 고체 CO2가 승화열이용 액화기(303)와 예냉기(301)를 거친 후 압축되는 압축기(305)를 포함할 수 있고, 상기 압축된 고온, 고압의 기체가 고체 CO2의 승화열에 의하여 승화열 이용 액화기(303)에서 액체화되는 공정을 수행할 수 있다. 또한, 상기 고체 CO2의 흐름을 월활히 하기 위하여 액화된 CO2의 일부를 승화열 이용 액화기(230)에 혼입 시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(3, 4)는, 배기가스 중 CO2를 LNG 냉열을 이용하여 고체 CO2로 제조하여 포집하는 고체 CO2제조기(210); 상기 고체 CO2 제조기(210)로부터 배출되는 상기 고체 CO2의 일부를 승화시키고 상기 고체 CO2의 나머지는 배출하고, 상기 고체 CO2 제조기(210)로부터 배출되는 상기 고체 CO2의 승화열을 이용하여 압축된 기체 CO2를 냉각시켜 액체 CO2를 제조하는 승화열이용 액화기(303); 상기 승화열이용 액화기(303)로부터 배출되는 상기 고체 CO2의 나머지를 기체 CO2로 제조하는 예냉기(301); 및 상기 예냉기(301)로부터 배출되는 상기 기체 CO2를 압축시켜, 상기 압축된 기체 CO2를 제조하는 압축기(305)를 포함할 수 있다. 상기 승화열이용 액화기(303)는, 기저장된 액체 CO2를 포함할 수 있다. 승화열이용 액화기(303)가 기저장된 액체 CO2를 포함하는 것은, 고체 CO2의 흐름을 원활히 하기 위한 것일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(3)의 상기 고체 CO2 제조기(210)는 내부에 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)가 배치되어 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107) 내부로는 LNG가 흐르고 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107)의 외측벽에는 배기가스 중 CO2가 고체로 생성되어 고체 CO2 제조기(210) 하부에 포집되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(4)에 의해, 상기 고체 CO2 제조기(210)의 복수의 튜브(도 5 내지 도 8의 2107) 내부로 LNG 냉열과 열교환된 액체 냉매가 흐르는 LNG 냉열을 간접적으로 이용한 공정과, 상기 압축기(305)에서 압축된 기체 CO2가 분지되어 승화열이용 액화기 (303)와 LNG 냉열 액화기(401)에 의하여 액화되는 액체 CO2 포집 공정이 수행될 수 있다.
[냉열이용 CO2 포집 공정]
이하에서, 도 11을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정에 대해 설명한다. 구체적으로, 화력 발전소 등 각종 화석연료 연소로에서 배출되는 배기가스로부터 CO2를 LNG 냉열이나 냉동기를 이용하여 고체 CO2로 추출해 내고, 이 -78℃의 고체 CO2(드라이아이스)의 고체-액체-기체-액체로의 일련의 상변화 과정에서 발생되는 에너지를 이용하여 고체 CO2를 액화하는 공정에 관하여 설명한다. 설명의 명확성을 위해, 앞서 설명한 것과 중복되는 것은 간략히 하거나 생략한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치 및 이를 이용한 공정을 설명하기 위한 도면으로, LNG 냉열을 이용하여 CO2의 고체-액체-기체-액체의 상변화를 통한 고체 CO2 포집 및 고체 CO2의 액화 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(5)는 고체 CO2 제조기(210), 혼합기(211), 액화기(213), 압축기(215)를 포함할 수 있다.
고체 CO2 제조기(210)에서 포집되는 고체 CO2 조각은, 스크류 등의 작동으로 혼합기(211)에 유입되어 고압의 기체와 혼합되어 제1 액체 CO2로 배출될 수 있다. 혼합기(211)로부터 배출된 제1 액체 CO2는, 액화기(213)로 유입되어 압축된 기체 CO2를 액화시키면서 기화되어 기체 CO2로 배출될 수 있다. 액화기(213)로부터 배출된 기체 CO2는, 압축기(215)에서 고압으로 압축되어 압축된 기체 CO2로 배출될 수 있다. 압축된 고압의 기체 CO2는 두 개의 흐름으로 분지되어, 압축기(215)로부터 배출된 압축된 기체 CO2 중 일부(예를 들어, 압축된 기체 CO2 중 70%)는 액화기(213)로 흐르고, 압축된 기체 CO2의 나머지(예를 들어, 압축된 기체 CO2 중 30%)는 혼합기(211)로 유입되어 고체 CO2 제조기(210)에서 배출되는 고체 CO2(드라이아이스)에 혼합될 수 있다.
상기 고체 CO2 제조기(210)에서 배출되는 -78℃, 1.5bar의 고체 드라이아이스는 혼합기(211)에서 압축기(215)로부터 토출되는 20bar, 50℃ 기체 CO2 중 30%가 혼합되어, 중간 압력인 8.6bar, -54℃의 제1 액체 CO2가 된다. 제1 액체 CO2의 유동을 위하여 필요시 펌프가 가설될 수도 있다. 제1 액체 CO2는 액화기(213)에서 자신은 기화되면서, 압축기(215)에서 배출되는 압축된 기체 CO2 중 잔여 70% 양을 -25℃ 액체로 액화시키며, 생성된 제2 액체 CO2는 탱크(470)에 저장된다.
한편, 액화기(213)에서 압축기(215)로 흐르는 찬 기체 CO2의 잔여 냉열은 고체 CO2 제조기(210)에 유입되는 배기가스의 예냉이나, 압축기 토출 가스의 온도를 저하시키는 데 이용될 수 있다.
또는, 고체 CO2 제조기(210)에서 배출되는 -78℃, 1.5bar의 고체 드라이아이스는 필요시 고체 드라이아이스로 출하될 수도 있다. 특히, 선박의 경우, 공간이 협소하여 압착된 드라이아스 형태로 저장할 수 있는 장점을 제공하게 된다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(5)는, 배기가스 성분 중 CO2 기체를 고체로 생성하여 포집하는 공정을 수행하는 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치(5)로, 상기 공정에 소요되는 에너지를 LNG 냉열이나 냉동기를 가동하여 제공하는 고체 CO2 제조기(210); 상기 생성된 고체 CO2가 압축기(215)에서 배출되는 압축된 기체 CO2의 일부와 합체되어 중간 압력의 제1 액체 CO2 가 되는 혼합기(211); 상기 제1 액체 CO2가 자신은 기화되면서 압축된 기체 CO2의 나머지를 액화시키는 액화기(213); 및 상기 액화기(213)에서 배출되는 기체 CO2를 압축하는 압축기(215)를 포함할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치는 LNG 냉열을 이용하거나 냉동기의 냉매액을 순환시켜 CO2를 고체-액체-기체-액체의 상변화 공정들을 거쳐 액체로 포집함으로써, 종래의 초저온 CO2포집 기술의 에너지 과소비 문제나 고체만이 얻어지는 문제들을 해소할 수 있으며, 종래 습식 액화 공정의 화학물질 아민(Amine)을 사용한 흡착, 재생 공정의 불필요, 그리고 암모니아 냉동기가 대체되는 효과를 야기시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 배기가스로부터 고체 CO2를 포집하는 고체 CO2 포집 모듈; 및
    포집된 상기 고체 CO2를 제1 액체 CO2로 액화시키고, 상기 제1 액체 CO2의 기화열을 이용하여 제2 액체 CO2를 제조하는 액체 CO2 제조 모듈을 포함하고,
    상기 고체 CO2 포집 모듈은,
    배기가스 중 수분을 제거한 제1 가스를 생성하는 수분 제거기;
    배출가스를 이용하여 제1 가스의 온도를 낮춰 제2 가스를 생성하는 예냉기; 및
    제2 가스 중 CO2를 고체 CO2로 포집하고, 제2 가스의 나머지는 상기 배출가스로서 배출하는 고체 CO2 제조기를 포함하고,
    상기 액체 CO2 제조 모듈은,
    상기 고체 CO2와 압축된 기체 CO2의 일부를 혼합하여, 상기 제1 액체 CO2를 생성하는 혼합기;
    상기 제1 액체 CO2가 기화되면서 기체 CO2가 제조되고, 기화열을 이용하여 상기 압축된 기체 CO2의 나머지 일부를 냉각시켜 상기 제2 액체 CO2를 제조하는 액화기; 및
    상기 기체 CO2를 압축시켜, 상기 압축된 기체 CO2를 생성하는 압축기를 포함하고,
    상기 고체 CO2 제조기는,
    상기 고체 CO2 제조기에 포함되는 복수의 튜브; 및
    상기 복수의 튜브를 각각 둘러싸며, 상기 복수의 튜브 각각을 따라 이동 가능한 스크래퍼 구조물을 포함하는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 고체 CO2 포집 모듈은, 상기 액체 CO2 제조 모듈과 서로 분리되어 가설되는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 튜브는 제1 튜브 및 제2 튜브를 포함하고,
    상기 스크래퍼 구조물은 상기 제1 튜브를 감싸는 제1 스크래퍼 구조물, 및 상기 제2 튜브를 감싸는 제2 스크래퍼 구조물을 포함하고,
    상기 고체 CO2 제조기는,
    상기 제1 스크래퍼 구조물과 상기 제2 스크래퍼 구조물을 연결하는 스크래퍼 지지 부분을 더 포함하는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 스크래퍼 구조물은 영구자석 및 전자기식 솔레노이드 중 어느 하나를 포함하는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스크래퍼 구조물은 모터에 의해 움직이는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 고체 CO2 제조기와 연결되고, 냉매를 제공하는 냉동기 또는 LNG 냉열을 이용하여 상기 고체 CO2를 포집하는
    고체 CO2와 액체 CO2를 얻는 제조 장치.


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