KR102661360B1 - 이산화탄소 포획 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
가스 스트림으로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 방법 및 시스템은 또한, 가스 스트림으로부터 오염물질을 감소시키는데 사용될 수 있다. 시스템의 노즐 정렬은 액적 충돌 및 응집과 상응하는 표면적의 손실을 피한다. 액적의 높은 표면적은 CO2 포획의 증가된 효율을 허용한다.
Description
<관련 출원에 대한 참조>
본 출원은 2016년 12월 1일에 출원된 미국 가출원 제62/428,907호 및 2016년 8월 4일에 출원된 미국 가출원 제62/541,484호를 우선권 주장하며, 각각의 이들 출원의 내용은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
이산화탄소 (CO2)는 유의한 온실 가스이며, 대기 및 해양 중의 증가된 농도는 각각 지구 온난화 및 해양 산성화로 이어진다. CO2는 발전소, 산업 공정, 및 자동차 배출을 비롯한 다양한 소스(source)에 의해 발생된다. CO2 포획 및 격리 기술은 특정 소스로부터의 CO2 배출을 크게 감소시킬 수 있다. 포획된 CO2는 화학 산업 내의 전구체로서 (예를 들어, 우레아, 메탄올, 및 금속 탄산염의 경우), 탄산 음료에서, 그리고 휴대용 가압 도구 (예를 들어, 용접 및 에어건(airgun)) 내의 압축 가스로서 등의 많은 용도를 갖는다. CO2 포획 및 격리에 대한 현행 방법은 특정 제한 및 결점을 갖는다. 예를 들어, 아민 기반 기술은 높은 보조 부하를 갖고 비용이 많이 든다. WO 2015/024014에는 CO2 포획 방법 및 시스템이 개시되어 있다. 기재된 방법 및 시스템은 배기 가스를 아민 용액과 접촉시키는 것을 포함한다. 또한, 방법 및 시스템은 고속 (예를 들어, 마하 1) 수액적(water droplet)을 사용하여 CO2를 고에너지 충돌로 흡수함으로써 효율적으로 CO2를 포획한다 (WO 2015/024014, 단락 [00121], [00159] 및 [00161]). 마하 1 근처의 수액적 속도에 필요한 고압 및 압축 공기는 고에너지 소비 및 특화된 기구와 상관관계를 갖는다. CO2 포획에 대한 대체 방법이 필요하다.
개시내용은, 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 일부 실시양태에서, 방법 및 시스템은 또한 가스 스트림으로부터 오염물질을 감소시킨다.
한 측면에서,
이산화탄소를 포함하는 가스의 스트림을 제공하는 단계이며, 여기서 가스는 제1 방향으로 유동하고 있는 것인 단계; 및
물을 포함하는 유체를 분배하는 단계이며, 여기서 유체에는 아민이 본질적으로 없고, 유체를 분배하는 것은 마하 1 미만의 속도로 유체의 액적을 분무하는 것을 포함하고, 추가로 액적의 적어도 90%는 약 50 마이크로미터 미만의 액적 크기를 갖는 것인 단계
를 포함하는, 가스 처리 방법이 본원에 제공된다.
또 다른 측면에서,
본원에 기재된 방법에 따라 가스를 처리하는 단계; 및
유체로부터 이산화탄소를 수집하는 단계
를 포함하는, 이산화탄소의 제조 방법이 본원에 제공된다.
또 다른 측면에서,
제1 방향을 따라 배향된 가스 도관; 및
연도(flue) 가스 스트림과 직교하도록 배향되고 복수의 헤더(header)를 따라 배치된 복수의 노즐이며, 노즐은 액적을 제공하도록 구성되고 물로 본질적으로 이루어진 유체를 분배하도록 적합화되고, 여기서 액적의 90%는 대략 50 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 것인 복수의 노즐
을 포함하며, 연도 가스로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 시스템이 본원에 제공된다.
도 1a-d는 오염물질을 포획할 수 있는 개시내용의 시스템에 대한 예시적 배열을 나타낸다.
도 2a-j는 오염물질을 포획할 수 있는 개시내용의 또 다른 예시적 배열을 나타낸다.
도 3a는 CO2 가스를 회수할 수 있는 개시내용의 시스템에 대한 예시적 배열의 복수의 헤더 및 노즐을 도시하는 연도 가스 스트림의 내부도(internal view)를 나타낸다.
도 3b는 CO2 가스를 회수할 수 있는 개시내용의 시스템에 대한 예시적 배열의 헤더 및 노즐 구성을 나타낸다.
도 4-6은 개시내용의 시스템에 대한 CO2 가스를 회수할 수 있는 예시적 노즐을 나타낸다.
도 7은 개시내용의 시스템에 대한 노즐 액적 크기의 도표를 나타낸다.
도 8은 개시내용의 시스템에 대한 예시적 CO2 포획 용기 및 포깅(fogging) 어레이의 도표를 나타낸다.
도 9는 작은 수액적에 의한 휘발성 화합물 흡착 및 흡수에 대한 다이어그램을 나타낸다.
도 10은 물 중의 CO2의 평형 용해에 대한 온도의 영향을 나타낸다.
도 11은 평형 H2CO3 및 HCO3 - 형성에 대한 온도의 영향을 나타낸다.
도 12는 평형 CO2 표면-흡착에 대한 액적 크기의 영향을 나타낸다.
도 13은 제2 모델에서 사용된 수액적의 개략도를 나타낸다.
도 14는 기초 사례 설정 및 소정 범위의 액적 속도를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 15는 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 계면 내에서의 분율 저항을 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 16은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 액적 크기를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 17은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 온도를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 18은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 계면 분할 계수를 사용하여 수득된 제거된 CO2의 예측 총량을 나타낸다.
도 2a-j는 오염물질을 포획할 수 있는 개시내용의 또 다른 예시적 배열을 나타낸다.
도 3a는 CO2 가스를 회수할 수 있는 개시내용의 시스템에 대한 예시적 배열의 복수의 헤더 및 노즐을 도시하는 연도 가스 스트림의 내부도(internal view)를 나타낸다.
도 3b는 CO2 가스를 회수할 수 있는 개시내용의 시스템에 대한 예시적 배열의 헤더 및 노즐 구성을 나타낸다.
도 4-6은 개시내용의 시스템에 대한 CO2 가스를 회수할 수 있는 예시적 노즐을 나타낸다.
도 7은 개시내용의 시스템에 대한 노즐 액적 크기의 도표를 나타낸다.
도 8은 개시내용의 시스템에 대한 예시적 CO2 포획 용기 및 포깅(fogging) 어레이의 도표를 나타낸다.
도 9는 작은 수액적에 의한 휘발성 화합물 흡착 및 흡수에 대한 다이어그램을 나타낸다.
도 10은 물 중의 CO2의 평형 용해에 대한 온도의 영향을 나타낸다.
도 11은 평형 H2CO3 및 HCO3 - 형성에 대한 온도의 영향을 나타낸다.
도 12는 평형 CO2 표면-흡착에 대한 액적 크기의 영향을 나타낸다.
도 13은 제2 모델에서 사용된 수액적의 개략도를 나타낸다.
도 14는 기초 사례 설정 및 소정 범위의 액적 속도를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 15는 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 계면 내에서의 분율 저항을 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 16은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 액적 크기를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 17은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 온도를 사용하여 수득된 액적 중심에서의 [CO2]L 및 [H2CO3,T]L의 예측 동적 거동을 나타낸다.
도 18은 기초 사례 설정 및 소정 범위의 값의 계면 분할 계수를 사용하여 수득된 제거된 CO2의 예측 총량을 나타낸다.
가스 스트림으로부터 오염물질을 감소시키기 위한 방법 및 시스템이 본원에 개시된다. 일부 실시양태에서, 방법 및 시스템은 가스 스트림으로부터 이산화탄소를 포획한다. 본원에 기재된 CO2 제거 공정은, 보조 부하가 높고 풋프린트(footprint)가 더 크며 비용이 더 많이 드는 아민 기반 기술에 비해 매우 효율적이다. 본원에 기재된 CO2 제거 공정은 폐수 스트림 내의 큰 부피의 CO2 가스를 포획한다. 또한, 다른 CO2 포획 공정은 액체 대 기체 비가 높다. 본원에 기재된 방법 및 시스템에 대한 액체 대 기체 비는 연도 가스 1000 ACFM 당 분무된 물 10 gpm 미만이다. 이들 미세 액적을 사용하는 방법 및 시스템은 효율적으로 에너지를 처리한다. 시스템의 노즐 정렬은 액적 충돌 및 응집과 상응하는 표면적 손실을 피한다. 액적의 높은 표면적은 CO2 포획의 효율의 증가를 허용한다. 수액적 속도는 마하 1 미만이며, 이는 에너지 소비를 줄이고 특화된 기구를 피할 수 있다.
정의
편의상, 명세서, 실시예 및 첨부된 특허청구범위에서 사용된 특정 용어들을 여기서 모았다.
단수 표현의 관사는 관사의 문법적 대상 중 하나 또는 하나 초과 (즉, 적어도 하나)를 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 예로서, "요소"는 하나의 요소 또는 하나 초과의 요소를 의미한다.
본원 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 어구 "및/또는"은 결합된 요소 (즉, 일부의 경우 결합하여 존재하고 일부의 경우 분리적으로 존재하는 요소)들 중 "어느 하나 또는 둘 모두"를 의미하는 것으로 이해하여야 한다. "및/또는"으로 열거된 다수의 요소들은 동일한 방식으로, 즉, 결합된 요소들 중 "하나 이상"으로 해석되어야 한다. 구체적으로 식별된 요소에 관련되든 관련되지 않든, "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별되는 요소 이외의 기타 요소가 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비-제한적 예로서, 개방형 용어, 예컨대 "포함하는"과 함께 사용되는 경우 "A 및/또는 B"에 대한 언급은, 한 실시양태에서, 오로지 A만 (임의로 B 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시양태에서, 오로지 B만 (임의로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시양태에서, A 및 B 둘 모두 (임의로 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
본원 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 상기 정의된 바와 같은 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해하여야 한다. 예를 들어, 열거 내의 항목들을 분리할 때, "또는"이나 "및/또는"은 총괄적인 것으로서 해석되어야 한다 (즉, 요소의 수 또는 열거, 및 임의로 추가의 비-열거된 항목 중 적어도 하나를 포함하는 것뿐만 아니라 하나 초과를 포함함). "중 오직 하나" 또는 "중 정확히 하나", 또는 특허청구범위에서 사용될 때, "로 이루어진"과 같이 명확하게 반대로 나타내지 않는 용어만이 요소의 수 또는 열거 중의 정확히 하나의 요소를 포함함을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에 사용되는 용어 "또는"은, "어느 하나", "중 하나", "중 오직 하나" 또는 "중 정확히 하나"와 같은, 배타적인 용어가 선행될 때에만 배타적 대안 (즉, "어느 하나 또는 다른 하나, 그러나 둘 모두는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 특허청구범위에서 사용되는 경우, "로 본질적으로 이루어진"은 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 그의 통상적인 의미를 지닐 것이다.
본원 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소의 열거에 관한 어구 "적어도 하나"는 요소의 열거 내 요소들 중 어느 하나 또는 그 초과로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해하여야 하나, 반드시 요소의 열거 내에서 구체적으로 열거된 각각의 및 모든 요소 중 적어도 하나를 포함할 필요는 없고, 요소의 열거 내 요소들의 임의의 조합을 배제하지는 않는다. 이와 같은 정의는 또한, 요소가 구체적으로 식별된 요소에 관련되든 관련되지 않든 어구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소의 열거 내에서 구체적으로 식별된 요소 이외의 요소가 임의로 존재할 수 있음을 허용한다. 따라서, 비-제한적 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나" (또는 동등하게, "A 또는 B 중 적어도 하나", 또는 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는, 한 실시양태에서, 임의로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나, B가 존재하지 않고 A (및 임의로 B 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시양태에서, 임의로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나, A가 존재하지 않고 B (및 임의로 A 이외의 요소를 포함함); 또 다른 실시양태에서, 임의로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나, A, 및 임의로 하나 초과를 포함하는 적어도 하나의 B (및 임의로 다른 요소를 포함함) 등을 지칭할 수 있다.
또한, 반대로 명확하게 나타내지 않는 한, 1개 초과의 단계 또는 행위를 포함하는 본원에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 행위에 대한 순서가 반드시 언급된 순서로 제한될 필요는 없음을 이해하여야 한다.
특허청구범위 뿐만 아니라 상기 명세서 내에서, 모든 이행 어구, 예컨대 "포함하는", "포함한", "지니는", "갖는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "로 구성된" 등은 개방형인 것으로, 즉, 포함하나 이에 제한되지는 않음을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 단지 이행 어구 "로 이루어진" 및 "로 본질적으로 이루어진"만이 미국 특허청 특허 심사 지침 매뉴얼, 섹션 2111.03에 기술된 바와 같이 각각 폐쇄형 또는 반폐쇄형 이행 어구일 것이다.
본 개시내용의 목적상, 화학 원소는 문헌[Periodic Table of the Elements, CAS version, Handbook of Chemistry and Physics, 67th Ed., 1986-87, inside cover]에 따라 식별된다.
본원에 사용되는 용어 "NOx"란, 산화질소 (NO), 이산화질소 (NO2), 아산화질소 (N2O), 및 다른 초과의 질소 산화물, 예컨대 오산화이질소 (N2O5)를 포함한 질소 산화물 오염물질을 지칭한다. 질소 산화물은, 자동차 배기; 석탄, 오일, 디젤 연료, 및 천연 가스의 연소 (예를 들어, 발전소로부터); 또는 산업 공정 (예를 들어, 용접, 전기도금, 각인, 및 다이너마이트 블라스팅(blasting))으로부터 공기 내로 방출된다.
본원에 사용되는 용어 "SOx"란, 이산화황 (SO2), 삼산화황 (SO3), 황산 미스트 (H2SO4), 및 술페이트를 포함한 황 산화물 오염물질을 지칭한다. 대부분의 SOx 오염물질은, 황을 함유하는 연료 (예를 들어, 역청질(bituminous) 석탄 및 잔여 연료 오일)의 연소로부터의 SO2의 형태이다.
본원에 사용되는 용어 "아민"이란 -NH2 및 그의 치환된 유도체를 지칭하며, 상기 치환된 유도체는 수소 중 1개 또는 둘 모두가 독립적으로, 상기 규정된 알킬, 할로알킬, 플루오로알킬, 알케닐, 알키닐, 카르보시클릴, 헤테로시클릴, 아릴, 아르알킬, 헤테로아릴, 헤테로아르알킬, 알킬카르보닐, 할로알킬카르보닐, 플루오로알킬카르보닐, 알케닐카르보닐, 알키닐카르보닐, 카르보시클릴카르보닐, 헤테로시클릴카르보닐, 아릴카르보닐, 아르알킬카르보닐, 헤테로아릴카르보닐, 헤테로아르알킬카르보닐, 술포닐 및 술피닐 기로 이루어진 군으로부터 선택된 치환기로 교체되거나; 또는 수소 둘 모두가 함께 알킬렌 기로 교체 (질소를 함유하는 고리 형성)된 것이다. 대표적인 예는 메틸아미노, 아세틸아미노 및 디메틸아미노를 포함하나 이에 제한되지는 않는다.
본원에 사용되는 용어 "노즐"이란, 폐쇄된 챔버 또는 파이프에서 나오거나 그에 진입할 때의 유체 유동 (예를 들어, 액체 또는 기체)의 방향 또는 특징 (예를 들어, 속도)을 제어하는 장치를 지칭한다. 노즐은 유체를 분배하기 위한 적어도 1개의 오리피스를 갖는다. 노즐은 원통형, 원형, 또는 호스 또는 파이프의 단부에서 원추형 분출구일 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "헤더"란, 상부에 1개 이상의 노즐이 탑재되어 있는 어셈블리를 지칭한다. 헤더 상의 노즐의 수는 탱크 직경, 부피 유동, 연도 가스 온도, 포획하고자 하는 CO2의 양, 및 존재하는 기타 헤더의 수에 따라 다양할 수 있다. 예를 들어, 각각의 헤더는 적어도 1, 14, 22, 28, 32 또는 33개의 노즐을 포함할 수 있다. 본원에 개시된 헤더에서, 노즐들은 서로 특정 거리로 이격될 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "어레이"란, 다수의 헤더를 포함하는 어셈블리를 지칭한다. 어레이 내의 헤더들은 서로 다양한 거리로 이격될 수 있다.
본원에 사용되는 용어 "마하"란, 주변 매질 내의 액적 속도 대 음속의 비를 지칭한다. 예를 들어, 마하 1은 음속 (표준 해수면 조건 및 59℉에서 340.29 m/s 또는 67,519.7 ft/분)을 가리킨다. 마하 1로 나타낸 속도는, 예를 들어 온도에 좌우되기 때문에 상수가 아니다.
본원에 사용되는 용어 "제곱인치 당 파운드힘" (psi)이란, 1 제곱인치의 면적에 가해진 1 파운드힘인 힘에서 유래된 압력을 지칭한다.
<개시내용의 방법>
한 측면에서,
이산화탄소를 포함하는 가스의 스트림을 제공하는 단계이며, 여기서 가스는 제1 방향으로 유동하고 있는 것인 단계; 및
물을 포함하는 유체를 분배하는 단계이며, 여기서 유체에는 아민이 본질적으로 없고, 유체를 분배하는 것은 유체의 액적을 분무하는 것을 포함하고, 추가로 액적의 적어도 90%는 약 50 마이크로미터 미만의 액적 크기를 갖는 것인 단계
를 포함하는, 가스 처리 방법이 본원에 제공된다.
본원에 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 가스 스트림은 이산화탄소 및 적어도 1종의 오염물질: HCl, HF, 중금속 (수은 포함), NOx, SOx, 또는 미세 미립자를 포함한다.
노즐 오리피스에서의 차동 압력이 WO 2015/024014에 기재된 시스템보다 더 낮다는 점에서, 아음속으로 액적을 분배하는 것이 유리하다. 결과적으로, 노즐 상에서 나타나는 힘이 감소되어, 노즐의 보다 다양한 탑재 기술을 허용한다. 부가적으로, 노즐에서 나오는 액적이 초음속 시스템에 직면할 때 압력, 온도 및 엔트로피의 빠른 변화에 노출되지 않는다.
본원에 기재된 방법의 특정 실시양태에서, 액적을 분무하는 것은 마하 1 미만의 액적 속도로 액적을 분무하는 것을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 액적의 상대 속도는 마하 1 미만, 마하 0.9 미만, 마하 0.8 미만, 마하 0.7 미만, 마하 0.6 미만, 마하 0.5 미만, 마하 0.4 미만, 마하 0.3 미만, 마하 0.2 미만, 또는 마하 0.1 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액적의 상대 속도는 마하 0.5 미만이다.
특정 실시양태에서, 액적을 분무하는 것은 65,000 ft/분 미만의 액적 속도로 액적을 분무하는 것을 포함한다. 다른 실시양태에서, 액적 속도는 60,000 ft/분 미만이다. 다른 실시양태에서, 액적 속도는 50,000 ft/분, 40,000 ft/분, 30,000 ft/분, 20,000 ft/분, 10,000 ft/분 또는 5,000 ft/분 미만이다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서, 가스는 대략 50℉ 내지 대략 350℉ 범위의 온도에서 제공된다. 한 실시양태에서, 가스는 55℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 60℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 70℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 80℉ 초과의 온도에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 가스는 대략 100℉, 대략 110℉, 대략 120℉, 대략 130℉, 대략 135℉, 대략 140℉, 대략 150℉, 대략 160℉ 또는 대략 170℉의 온도에서 제공된다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서, 가스는 연속 유동으로 제공된다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서, 유체를 분배하는 것은 습윤된 부피를 생성하는 것을 포함한다. 습윤된 부피는, 만약 있다면, 다음 가스 처리 스테이지(stage)까지 연장될 수 있거나, 또는 노즐로부터 특정 거리로 연장될 수 있다. 습윤된 부피는 분무 방향 뿐만 아니라 가스 유동 방향으로 노즐로부터 연장될 수 있다. 습윤된 부피는 노즐의 상류에서부터 노즐의 하류까지 연장될 수 있고, 습윤된 부피의 정도는 가스 유동의 속도, 유체 유동의 속도, 및 액적 속도에 좌우될 수 있다. 습윤된 부피는, 적용예에 따라 총 탄소 포획 또는 탄소 포획 효율을 최적화하기 위해, 상기와 같은 파라미터 뿐만 아니라 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 다른 것들에 기반하여 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 15 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 12 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 11 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 9 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 8 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 7 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 6 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 3 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 2 갤런, 또는 가스 1000 입방피트 당 유체 1 갤런의 유체 액적 밀도를 갖는다. 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런의 유체 액적 밀도를 갖는다.
특정 실시양태에서, 가스는 대략 10초 미만, 대략 8초 미만, 대략 6초 미만, 대략 5초 미만, 대략 4초 미만, 대략 3초 미만, 대략 2초 미만, 대략 1초 미만, 또는 대략 0.5초 미만의 습윤된 부피 내 체류 시간을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 대략 2초 미만의 습윤된 부피 내 체류 시간을 갖는다. 상기 기재된 바와 같이, 본원에 기재된 다른 파라미터와 함께 가스 체류 시간은 시스템 성능을 최적화하기 위해 다양할 수 있다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 15 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 12 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 11 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 9 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 8 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 7 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 6 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 3 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 2 갤런, 또는 가스 1000 입방피트 당 유체 1 갤런의 유체 밀도를 갖는다. 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런의 유체 밀도를 갖는다. 상기 기재된 바와 같이, 본원에 기재된 다른 파라미터와 함께, 습윤된 부피 내의 유체 밀도는 시스템 성능을 최적화하기 위해 다양할 수 있다.
본원에 기재된 방법의 일부 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 20 갤런 (즉, 액체:기체 비 2.67:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 15 갤런 (즉, 액체:기체 비 2.01:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 10 갤런 (즉, 액체:기체 비 1.33:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 5 갤런 (즉, 액체:기체 비 0.67:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 2 갤런 (즉, 액체:기체 비 0.267:1000) 미만이다. 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1:1000, 9:10,000, 8:10,000, 7:10,000, 6:10,000, 5:10,000, 4:10,000, 3:10,000, 2:10,000, 또는 1:10,000이다.
본원에 기재된 방법의 하나의 이점은, 유체가 주위 온도에서 (즉, 보유 탱크의 위치에서의 온도로부터 인위적으로 가열 또는 냉각되지 않고) 제공될 수 있다는 것이다. 본원에 기재된 방법의 일부 실시양태에서, 유체는 대략 32℉ 내지 대략 212℉ 범위의 온도에서 제공된다. 한 실시양태에서, 유체는 50℉ 초과의 온도에서 제공된다. 한 실시양태에서, 유체는 55℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 60℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 70℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 80℉ 초과의 온도에서 제공된다.
본원에 기재된 방법의 특정 실시양태에서, 유체에는 아민이 본질적으로 없다. 본원에 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 유체는 물로 본질적으로 이루어진다.
본원에 기재된 방법의 특정 실시양태에서, 방법은 액적을 분무하는 것을 포함하며, 여기서 액적은 제1 방향의 반대 방향에 대략 집중되는 패턴으로 분무된다. 또 다른 실시양태에서, 액적은 제1 방향에 대략 집중되는 패턴으로 분무된다. 다른 실시양태에서, 액적은 제1 방향에 대해 경사형 패턴으로 분무된다. 부가적으로 또는 대안적으로, 액적은 가스 스트림의 방향을 따라 분포된 상이한 양의 액적의 구배 또는 구역을 제공하도록 복수의 방향으로 동시에 분무될 수 있다. 분무 패턴은 원뿔형, 사각뿔형, 또는 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 분무 패턴일 수 있다.
본원에 기재된 방법의 특정 실시양태에서, 유체의 액적을 분무하는 것은 노즐의 어레이에 유체를 제공하는 것을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이에 유체를 제공하는 것은 유체를 적어도 700 psi의 유체 압력으로 제공하는 것을 포함한다. 추가의 실시양태에서, 압력은 대략 700 psi 내지 대략 2,000 psi이다. 일부 실시양태에서, 유체 압력은 대략 1,000 psi 내지 대략 2,000 psi이다. 또 다른 실시양태에서, 유체 압력은 대략 1,500 psi 내지 대략 2,000 psi이다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서,
노즐은 복수의 헤더 내에 배치되고;
헤더는 가스의 유동 방향과 직교하도록 배치되며; 가스의 유동 방향에 가로질러 복수의 헤더가 연장되어 있고;
헤더들은 서로 적어도 대략 8 인치의 거리로 이격되어 있으며,
노즐들은 그의 각 헤더를 따라 서로 적어도 대략 12 인치의 거리로 이격되어 있다.
본원에 기재된 방법의 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 1 내지 20개의 헤더를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 5개의 헤더, 6개의 헤더, 7개의 헤더, 8개의 헤더, 9개의 헤더, 10개의 헤더, 11개의 헤더, 12개의 헤더, 13개의 헤더, 14개의 헤더, 15개의 헤더, 또는 16개의 헤더를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 12개의 헤더를 포함한다.
본원에 기재된 방법의 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 적어도 10개의 노즐, 적어도 14개의 노즐, 적어도 18개의 노즐, 적어도 22개의 노즐, 적어도 26개의 노즐, 또는 적어도 30개의 노즐을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 헤더는 적어도 14개의 노즐을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 12개의 노즐, 14개의 노즐, 16개의 노즐, 18개의 노즐, 20개의 노즐, 22개의 노즐, 24개의 노즐, 26개의 노즐, 28개의 노즐, 30개의 노즐, 32개의 노즐, 33개의 노즐, 34개의 노즐, 또는 35개의 노즐을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 14개의 노즐, 22개의 노즐, 28개의 노즐, 32개의 노즐, 또는 33개의 노즐을 포함한다.
특정 실시양태에서, 헤더 및 노즐 구성은 하기를 포함한다:
14개의 노즐을 갖는 제1 헤더;
22개의 노즐을 갖는 제2 헤더;
28개의 노즐을 갖는 제3 헤더;
32개의 노즐을 갖는 제4 헤더;
33개의 노즐을 갖는 제5 헤더;
32개의 노즐을 갖는 제6 헤더;
33개의 노즐을 갖는 제7 헤더;
33개의 노즐을 갖는 제8 헤더;
32개의 노즐을 갖는 제9 헤더;
28개의 노즐을 갖는 제10 헤더;
22개의 노즐을 갖는 제11 헤더; 및
14개의 노즐을 갖는 제12 헤더.
한 실시양태에서, 헤더 및 노즐 구성은 도 3a에 도시된 바와 같다.
또 다른 측면에서,
본원에 기재된 방법에 따라 가스를 처리하는 단계; 및
유체로부터 이산화탄소를 수집하는 단계
를 포함하는, 이산화탄소의 제조 방법이 본원에 제공된다.
또 다른 실시양태에서, 폐수는 탱크 내에 포획된다. 이론에 의해 얽매이고자 하는 의도는 없지만, 표면적 영향으로 인해, 본 방법에 의해 사용된 마이크로미터-크기의 액적은 벌크 포화 농도보다 더 높은 농도의 CO2를 수집한다고 생각된다. 따라서, 폐수가 벌크 상 내에 수집될 때, 폐수로부터 자발적으로 CO2가 발포된다. 일부 실시양태에서, 폐수로부터의 CO2의 방출을 촉진하기 위해 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 탱크 내의 물을 교반할 수 있거나 또는 가열할 수 있다. 일부 실시양태에서, CO2는 주위 압력 하에 물에서 이탈한다 (즉, 폐수 탱크 내의 압력이 펌프에 의해 능동적으로 조작되지 않음). 일부 실시양태에서, CO2는 주위 온도 하에 물에서 이탈한다 (즉, 폐수 탱크와 관련해서 능동적 가열 또는 냉각 요소가 존재하지 않음).
일부 실시양태에서, 폐수 탱크는 폐수로부터의 CO2의 방출에 도움이 되도록 과잉의 핵생성 자리를 함유한다.
일부 실시양태에서, 폐수를 통해 가스를 버블링시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 가스는 CO2일 수 있다. 다른 실시양태에서, 가스는 CO2 이외의 것일 수 있다. 폐수를 교반하기 위해 CO2를 사용하면 교반 및 추가의 표면적이 제공된다. 또한, 폐수 내의 CO2가 평형 (포화) 농도 초과의 농도이기 때문에, CO2의 버블링은 폐수 내의 CO2의 농도를 증가시키지 않을 것이다. 그 대신에, 과포화된 폐수로부터 CO2가 이탈하기 위한 추가의 표면적을 제공하고 교반을 통해 폐수로부터 CO2의 방출을 돕는 효과가 있을 것이다. 본질적으로, 폐수를 통한 CO2의 버블링은 추가의 핵생성 자리를 제공한다. 폐수를 교반하기 위해 CO2 버블을 사용하는 것의 또 다른 이점은, 수집된 가스가 여전히 순수한 CO2일 것이라는 점이다.
폐수는 필요에 따라 또는 목적하는 대로 여러 유체 탱크를 통해 라우팅될 수 있다. 예를 들면, 폐수는 제1 유체 탱크 내에 수집된 다음, 제2 유체 탱크로 라우팅될 수 있다. 일부 실시양태에서, CO2는 제1 탱크 내의 폐수로부터 수동적으로 방출되고 (즉, 방출을 촉진하기 위한 교반 또는 다른 수단 없이), 제2 탱크 내의 폐수로부터 능동적으로 방출된다 (예를 들어, 교반을 사용하여). 일부 실시양태에서, 폐수는 제1 및 제2 탱크 둘 모두 내의 폐수로부터 능동적으로 방출된다. 목적하는 대로 추가의 탱크가 부가될 수 있다. 일부 실시양태에서, 다수의 탱크 시스템이 병렬로 사용된다. 예를 들면, 각각 제1 수동 방출 탱크 및 제2 능동 방출 탱크를 포함하는 2개의 평행한 탱크 시스템이 존재할 수 있다.
일부 실시양태에서, 유체로부터 이산화탄소를 수집하는 것은,
유체 액적들을 기밀된 제1 유체 탱크 내에 합하고;
유체로부터 가스상 이산화탄소를 가스방출시키고;
가스상 이산화탄소를 이산화탄소 용기로 인도하는 것
을 포함한다.
이산화탄소 용기는 임의의 적합한 용기일 수 있다. 이산화탄소는 정제될 수 있고, 이산화탄소 용기 내로 압축될 수 있다. 일부 실시양태에서, 수집된 대로의 이산화탄소는 산업적 적용에 있어서 충분히 순수하고, 추가 정제는 수행되지 않는다. 일부 실시양태에서, 이산화탄소 내의 유일한 불순물은 수증기이며, 이산화탄소는 수증기의 제거를 위한 시스템을 통과한 후, 이산화탄소 용기 내에 수집된다. 수증기를 제거하기 위한 많은 시스템이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있으며, 임의의 적절한 것이 사용될 수 있다.
CO2 가스방출 후, 폐수는 다시 CO2 포획 시스템을 통해 재순환될 수 있다. 임의로, 폐수는 재순환되기 전에 정제될 수 있다. 정제는 예를 들어 여과 및/또는 역삼투를 포함할 수 있다.
<개시내용의 시스템>
개시내용의 측면은 연도 가스로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 시스템이다. 특정 실시양태에서, 시스템은 폐수 스트림 내의 큰 부피의 CO2 가스를 포획한다. 일부 실시양태에서, 연도 가스 속도는 감소된다. 다른 실시양태에서, 물 분무 유동은 증가된다. 또 다른 실시양태에서, 폐수는 탱크 내에 포획되고, 여기서 극미한 교반은 CO2를 물로부터 분리시킨다. 일부 실시양태에서, 시스템은 CO2를 농축된 CO2로서 포획한다. 예를 들어, 연도 가스 스트림 내의 CO2의 80%는 시스템에 의해 포획될 수 있고, 적어도 85% 순수하다. 바람직한 실시양태에서, 회수된 CO2는 90% 초과로 순수하거나, 또는 95% 초과로 순수하다. 또 다른 실시양태에서, 농축된 CO2는 시스템의 크기의 감소를 허용한다. 또 다른 실시양태에서, 농축된 CO2는 압축이 필요 없이 바로 또 다른 공정 내로 파이핑(piped)될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 배열된다.
폐수 탱크(들)은 다수의 방식으로 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 시스템은 1개의 폐수 탱크를 포함하며, 이는 추가로 교반기를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 시스템은 침강 탱크, 어그로베이터(aggravator) 탱크, 및 보유 탱크를 포함한다. 이들 실시양태에서, 어그로베이터 탱크는 교반기를 포함한다. 침강 탱크 (존재하는 경우)는, 폐수 내의 포획물일 수도 있었던 바람직하지 못한 미립자가 교반 전 침강되는 것을 가능케 한다. 일부 실시양태에서, 시스템은 폐수 탱크의 다수의 평행한 암(arm)을 포함하며, 여기서 각각의 암은 유체 전달을 위한 양방향 도관으로서의 기능을 한다. 각각의 암은 1개의 탱크를 포함할 수 있거나, 또는 부가적으로 침강 탱크, 어그로베이터 탱크, 및 보유 탱크를 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 각각 침강 탱크 및 어그로베이터 탱크를 포함하는 다수의 평행한 암이 존재하며, 시스템은 1개 이상의 보유 탱크를 추가로 포함한다. 본원에 기재된 임의의 구성에서, 암 및 탱크는, 목적하는 대로, 유체 전달을 선택적으로 개방 및 폐쇄하도록 폐쇄 메커니즘 (예를 들어, 밸브)과 유체 커플링될 수 있다. 다수의 평행한 암을 사용하면, 폐수 유동이 암들 간에 스위칭되는 것을 가능케 할 수 있어, 각 암의 각각의 탱크 내의 폐수가 궁극적으로 시스템을 통해 재순환되기 전에 완전히 가스방출되기에 충분한 시간을 허용한다.
상기 기재된 실시양태에서, 교반기는, 폐수에 용해된 CO2가 기체 상으로 방출되는 속도를 증가시키기에 적합한 임의의 메커니즘일 수 있다. 몇몇 이러한 유형의 교반기는 본원에 기재되어 있다. 예를 들면, 교반기는 기계적 교반기, 예컨대 교란기, 버블러(bubbler), 또는 가스 버블을 위한 추가의 핵생성 자리의 소스일 수 있다.
본원에 기재된 폐수 탱크 중 일부는 CO2 수집 시스템에 연결된다. 바람직한 실시양태에서, 이들 탱크는 달리, 시스템이 작동 중인 경우 탱크 내 유일한 가스가 CO2이도록 기밀된다. 기밀되면, 주위 공기가 탱크 내로 진입하여 CO2가 희석되는 것이 방지된다. 바람직하게는, 상기 기재된 침강 탱크 및 어그로베이터 탱크는 CO2 수집 시스템을 함유한다. 그러나, 전체 시스템의 필요에 따라, 한쪽 또는 다른 쪽은 CO2 수집 시스템이 없을 수 있다. 또한, 1개의 수집 시스템이 다수의 탱크에 걸쳐 산포될 수 있다. 이들 실시양태에서, 가스 매니폴드는 CO2를 각각의 폐수 탱크로부터 수집 시스템으로 라우팅한다. 일부 실시양태에서, 수집 시스템은 건조기 및 응축기를 포함하며, 산업적 용도에 충분한 순도의 CO2를 생성하도록 구성된다.
다른 실시양태에서, 연도 가스의 특징 및 임의의 상류 처리의 속성에 따라, 시스템은 또한 적어도 1종의 오염물질: HCl, HF, 중금속 (수은 포함), NOx, SOx, 또는 미세 미립자를 포획 또는 감소시킨다. 또 다른 실시양태에서, 시스템은 HCl, HF, SO2, SO3, 수은, 및 미세 미립자를 감소시킨다. 또 다른 실시양태에서, 시스템은 개시된 응축 공정의 속성으로 인해 미립자 물질을 감소시킨다. 특정 실시양태에서, 폐수는 이들 오염물질을 제거하도록 처리된다.
또 다른 실시양태에서, 시스템은 1개의 유닛(unit) 내에서 연도 가스로부터의 이산화탄소 및 적어도 1종의 오염물질 둘 모두를 포획한다. 또 다른 실시양태에서, 시스템은 연도 가스로부터의 이산화탄소를 포획하기 위한 유닛, 및 적어도 1종의 오염물질을 포획하기 위한 별도의 유닛을 포함한다. 일부 실시양태에서, 적어도 1종의 오염물질을 포획하기 위한 유닛은 도 1의 배열을 갖는다. 다른 실시양태에서, 적어도 1종의 오염물질을 포획하기 위한 유닛은 도 2의 탄소 필터를 포함한다.
일부 실시양태에서, 시스템은 연도 가스 스트림 내로 과산화수소를 도입함으로써 SO2를 제거한다. 또 다른 실시양태에서, 시스템 내의 반응기 모듈은 SO2를 황산으로 전환시킨다. 일부 실시양태에서, 연도 가스가 물을 흡수함에 따라, 그의 온도가 단열 냉각으로 인해 떨어지고, 이와 같은 산 이슬점 미만으로의 온도의 감소는 황산 및 다른 산이 가스 스트림으로부터 응축되게 한다. 일부 실시양태에서, 시스템에서 사용된 특화된 노즐은 미세 포깅 액적을 생성하고 효율을 증가시킨다.
특정 실시양태에서, 노즐은 시스템 내부의 단면 전반에 걸쳐 균일한 분포를 제공하도록 배열된다. 노즐은, 배기 가스가 용기에 진입하는 지점으로부터 소정 범위의 거리에 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서, 노즐은 배기 가스 진입 지점으로부터 대략 4-5 피트에 위치할 수 있다. 일부 실시양태에서, 노즐은, 제2 서브세트(subset)의 노즐과 상이한 거리 (배기 가스 진입부로부터)로 이격되어 있는 제1 서브세트의 노즐과 스태거형(staggered) 또는 이격 관계로 구성될 수 있다.
또 다른 측면에서, 개시내용은,
제1 방향을 따라 배향된 가스 도관; 및
연도 가스 스트림과 직교하도록 배향되고 복수의 헤더를 따라 배치된 복수의 노즐이며, 노즐은 액적을 제공하도록 구성되고 물로 본질적으로 이루어진 유체를 분배하도록 적합화되고, 여기서 액적의 90%는 대략 50 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 것인 복수의 노즐
을 포함하며, 연도 가스로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 시스템을 제공한다.
작은 크기의 액적은 더 큰 액적보다 더 효율적인 CO2 포획을 가능케 하기 때문에 바람직하다. 이론에 의해 얽매이고자 하는 의도는 없지만, 소적 (예를 들어, 대략 100 마이크로미터 미만, 바람직하게는 대략 50 마이크로미터 미만의 직경을 가짐)의 부피 당 더 큰 표면적은, 액적이 헨리(Henry) 법칙에 따라 벌크 상 내에서 가능한 것보다 더 높은 농도의 CO2를 흡수하는 것을 가능케 한다고 생각된다. 액적의 표면이 CO2 또는 카르본산이 수집되기에 바람직한 환경을 제공하는 것이 가능하다.
일부 실시양태에서, 시스템은 액적의 90%가 대략 100 마이크로미터 미만, 대략 80 마이크로미터 미만, 대략 60 마이크로미터 미만, 대략 50 마이크로미터 미만, 대략 40 마이크로미터 미만, 대략 30 마이크로미터 미만, 대략 20 마이크로미터 미만, 또는 대략 10 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 액적을 제공하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 시스템은 액적의 90%가 대략 60 마이크로미터 미만, 대략 50 마이크로미터 미만, 대략 40 마이크로미터 미만, 대략 30 마이크로미터 미만, 대략 20 마이크로미터 미만, 대략 10 마이크로미터 미만, 대략 5 마이크로미터 미만, 대략 3 마이크로미터 미만, 또는 대략 1 마이크로미터 미만의 크기를 갖는 액적을 제공하도록 구성된다.
또 다른 실시양태에서, 헨리 법칙에 기반하여 예측되는 것과 비교한, 유체 액적에 의해 수집되는 CO2의 양의 비는 1 초과이다. 또 다른 실시양태에서, 상기 비는 1 내지 10, 1 내지 20, 1 내지 50, 또는 1 내지 100이다. 또 다른 실시양태에서, 상기 비는 대략 1.25, 대략 1.5, 대략 1.75, 대략 2, 대략 2.25, 대략 2.5, 대략 2.75, 대략 3, 대략 3.25, 대략 3.5, 대략 3.75, 대략 4, 대략 4.25, 대략 4.5, 대략 4.75, 대략 5, 대략 6, 대략 7, 대략 8, 대략 9, 대략 10, 대략 15, 대략 20, 대략 50, 대략 75, 또는 대략 100이다.
일부 실시양태에서, 유체 액적에 의해 수집되는 CO2의 양은 30 g CO2/kg H2O 초과이다. 일부 실시양태에서, 유체 액적에 의해 수집되는 CO2의 양은 50, 100, 150, 200, 225 또는 250 g CO2/kg H2O 초과이다. 일부 실시양태에서, 유체 액적에 의해 수집되는 CO2의 양은 30 내지 300 g CO2/kg H2O이다. 일부 실시양태에서, 유체 액적에 의해 수집되는 CO2의 양은 50 내지 300, 100 내지 300, 150 내지 300, 200 내지 300, 또는 250 내지 300 g CO2/kg H2O이다.
아음속으로 액적을 분배하면, 노즐 오리피스에서의 차동 압력이 WO 2015/024014에 기재된 시스템보다 더 낮다는 점에서 유리하다. 결과적으로, 노즐 상에서 나타나는 힘이 감소되어, 노즐의 더욱 다양한 탑재 기술을 허용한다. 부가적으로, 노즐에서 나오는 액적이 초음속 시스템에 직면할 때 압력, 온도 및 엔트로피의 빠른 변화에 노출되지 않는다. 이는 액적 특징에 걸쳐 보다 우수한 제어를 허용한다.
본원에 기재된 시스템의 특정 실시양태에서, 시스템은 마하 1 미만의 액적 속도로 노즐로부터 액적을 분무하도록 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 액적의 상대 속도는 마하 1 미만, 마하 0.9 미만, 마하 0.8 미만, 마하 0.7 미만, 마하 0.6 미만, 마하 0.5 미만, 마하 0.4 미만, 마하 0.3 미만, 마하 0.2 미만, 또는 마하 0.1 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액적의 상대 속도는 마하 0.5 미만이다.
특정 실시양태에서, 액적 속도는 65,000 ft/분 미만이다. 다른 실시양태에서, 액적 속도는 60,000 ft/분 미만이다. 다른 실시양태에서, 액적 속도는 50,000 ft/분, 40,000 ft/분, 30,000 ft/분, 20,000 ft/분, 10,000 ft/분 또는 5,000 ft/분 미만이다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 시스템은 대략 50℉ 내지 대략 350℉ 범위의 온도에서 가스를 제공하도록 구성된다. 한 실시양태에서, 가스는 55℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 60℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 70℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 80℉ 초과의 온도에서 제공된다. 특정 실시양태에서, 가스는 대략 100℉, 대략 110℉, 대략 120℉, 대략 130℉, 대략 135℉, 대략 140℉, 대략 150℉, 대략 160℉ 또는 대략 170℉의 온도에서 제공된다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 시스템은 습윤된 부피를 추가로 포함하거나 또는 그를 제공하도록 구성된다. 습윤된 부피는, 만약 있다면, 다음 가스 처리 스테이지까지 연장될 수 있거나, 또는 노즐로부터 특정 거리로 연장될 수 있다. 습윤된 부피는 분무 방향 뿐만 아니라 가스 유동 방향으로 노즐로부터 연장될 수 있다. 습윤된 부피는 노즐의 상류에서부터 노즐의 하류까지 연장될 수 있고, 습윤된 부피의 정도는 가스 유동의 속도, 유체 유동의 속도, 및 액적 속도에 좌우될 수 있다. 습윤된 부피는, 적용예에 따라 총 탄소 포획 또는 탄소 포획 효율을 최적화하기 위해, 이들 파라미터 뿐만 아니라 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 다른 것들에 기반하여 조정될 수 있다.
일부 실시양태에서, 시스템은, 가스 1000 입방피트 당 유체 15 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 12 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 11 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 9 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 8 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 7 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 6 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 3 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 2 갤런, 또는 가스 1000 입방피트 당 유체 1 갤런의 액적 밀도를 갖는 습윤된 부피를 포함하거나 또는 그를 제공하도록 구성된다. 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런의 유체 액적 밀도를 갖는다.
본원에 기재된 시스템의 특정 실시양태에서, 시스템은 연도 가스 스트림을 추가로 포함한다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 15 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 12 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 11 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 9 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 8 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 7 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 6 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 3 갤런, 가스 1000 입방피트 당 유체 2 갤런, 또는 가스 1000 입방피트 당 유체 1 갤런의 유체 밀도를 갖는다. 다른 실시양태에서, 습윤된 부피는 가스 1000 입방피트 당 유체 10 갤런의 유체 밀도를 갖는다.
본원에 기재된 방법의 일부 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 20 갤런 (즉, 액체:기체 비 2.67:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 15 갤런 (즉, 액체:기체 비 2.01:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 10 갤런 (즉, 액체:기체 비 1.33:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 5 갤런 (즉, 액체:기체 비 0.67:1000) 미만이다. 또 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1000 입방피트 당 2 갤런 (즉, 액체:기체 비 0.267:1000) 미만이다. 다른 실시양태에서, 액체 대 기체 비는 1:1000, 9:10,000, 8:10,000, 7:10,000, 6:10,000, 5:10,000, 4:10,000, 3:10,000, 2:10,000, 또는 1:10,000이다.
본원에 기재된 시스템의 추가의 실시양태에서, 시스템은, 가스 1000 입방피트 당 15 gpm (갤런/분) 미만, 가스 1000 ft3 당 12 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 10 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 9 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 8 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 7 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 6 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 5 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 4 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 3 gpm 미만, 가스 1000 ft3 당 2 gpm 미만, 또는 가스 1000 ft3 당 1 gpm 미만의 속도로 유체를 분배하도록 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 유체를 분배하는 것은 가스 1000 ft3 당 10 gpm 미만의 속도로 유체를 분배하는 것을 포함한다.
특정 실시양태에서, 시스템은, 연도 가스가 대략 10초 미만, 대략 8초 미만, 대략 6초 미만, 대략 5초 미만, 대략 4초 미만, 대략 3초 미만, 대략 2초 미만, 대략 1초 미만 또는 대략 0.5초 미만의 습윤된 부피 내 체류 시간을 갖도록 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 가스는 대략 2초 미만의 습윤된 부피 내 체류 시간을 갖는다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 시스템은, 대략 50℉ 내지 대략 350℉ 범위의 온도에서 유체를 제공하도록 구성된다. 한 실시양태에서, 유체는 55℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 60℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 70℉ 초과의 온도에서 제공된다. 또 다른 실시양태에서, 유체는 80℉ 초과의 온도에서 제공된다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 유체는 물로 본질적으로 이루어진다. 본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 유체에는 아민이 본질적으로 없다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 노즐은 유체를 분배하기 위한 단일 도관을 포함한다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 노즐은 제1 방향의 반대 방향으로 액적을 분무하도록 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 노즐은 제1 방향으로 액적을 분무하도록 구성된다. 일부 실시양태에서, 노즐은 제1 방향에 대해 경사형인 방향으로 액적을 분무하도록 구성된다. 분무 패턴은 원뿔형, 사각뿔형, 또는 관련 기술분야에 공지된 임의의 다른 분무 패턴일 수 있다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 1 내지 20개의 헤더를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 5개의 헤더, 6개의 헤더, 7개의 헤더, 8개의 헤더, 9개의 헤더, 10개의 헤더, 11개의 헤더, 12개의 헤더, 13개의 헤더, 14개의 헤더, 15개의 헤더, 또는 16개의 헤더를 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 노즐의 어레이는 12개의 헤더를 포함한다.
또 다른 실시양태에서, 노즐은 하기를 갖는 어레이로 구성된다:
3개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제1 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제2 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제3 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제4 분배 구역, 및
3개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제5 분배 구역.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 적어도 10개의 노즐, 적어도 14개의 노즐, 적어도 18개의 노즐, 적어도 22개의 노즐, 적어도 26개의 노즐, 또는 적어도 30개의 노즐을 포함한다. 일부 실시양태에서, 각각의 헤더는 적어도 14개의 노즐을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 12개의 노즐, 14개의 노즐, 16개의 노즐, 18개의 노즐, 20개의 노즐, 22개의 노즐, 24개의 노즐, 26개의 노즐, 28개의 노즐, 30개의 노즐, 32개의 노즐, 33개의 노즐, 34개의 노즐, 또는 35개의 노즐을 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 14개의 노즐, 22개의 노즐, 28개의 노즐, 32개의 노즐, 또는 33개의 노즐을 포함한다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 헤더 상의 제1 노즐은 제2 노즐로부터 대략 10 인치, 대략 11 인치, 대략 12 인치, 대략 13 인치, 대략 13.5 인치, 대략 14 인치, 대략 14.5 인치, 또는 대략 15 인치 이격되어 있다. 또 다른 실시양태에서, 헤더 상의 제1 노즐은 제2 노즐로부터 대략 12 인치, 대략 13 인치, 대략 13.5 인치, 또는 대략 14 인치 이격되어 있다.
일부 실시양태에서, 제1 분배 구역은 하기를 포함한다:
각각의 노즐이 대략 12 인치 이격되어 있는 14개의 노즐을 갖는 제1 헤더;
각각의 노즐이 대략 14 인치 이격되어 있는 22개의 노즐을 갖는 제2 헤더; 및
각각의 노즐이 대략 13.5 인치 이격되어 있는 28개의 노즐을 갖는 제3 헤더.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 제1 헤더는 제2 헤더로부터 대략 2.50 피트, 대략 2.75 피트, 대략 3 피트, 대략 3.25 피트, 대략 3.50 피트, 대략 3.75 피트, 또는 대략 4 피트 이격되어 있다. 또 다른 실시양태에서, 제1 헤더는 제2 헤더로부터 대략 3 피트 또는 대략 3.25 피트 이격되어 있다. 또 다른 실시양태에서, 제1 분배 구역의 헤더들은 대략 3.25 피트 이격되어 있다.
또 다른 실시양태에서, 제2 분배 구역은 하기를 포함한다:
각각의 노즐이 대략 13 인치 이격되어 있는 32개의 노즐을 갖는 제1 헤더; 및
각각의 노즐이 대략 13.5 인치 이격되어 있는 33개의 노즐을 갖는 제2 헤더.
또 다른 실시양태에서, 제2 분배 구역의 헤더들은 대략 3 피트 이격되어 있다.
다른 실시양태에서, 제3 분배 구역은 하기를 포함한다:
각각의 노즐이 대략 14 인치 이격되어 있는 32개의 노즐을 갖는 제1 헤더; 및
각각의 노즐이 대략 14 인치 이격되어 있는 33개의 노즐을 갖는 제2 헤더.
또 다른 실시양태에서, 제3 분배 구역의 헤더들은 대략 3 피트 이격되어 있다.
일부 실시양태에서, 제4 분배 구역은 하기를 포함한다:
각각의 노즐이 대략 13 인치 이격되어 있는 33개의 노즐을 갖는 제1 헤더; 및
각각의 노즐이 대략 13 인치 이격되어 있는 32개의 노즐을 갖는 제2 헤더.
추가의 실시양태에서, 제4 분배 구역의 헤더들은 대략 3 피트 이격되어 있다.
특정 실시양태에서, 제5 분배 구역은 하기를 포함한다:
각각의 노즐이 대략 13.5 인치 이격되어 있는 28개의 노즐을 갖는 제1 헤더;
각각의 노즐이 대략 14 인치 이격되어 있는 22개의 노즐을 갖는 제2 헤더; 및
각각의 노즐이 대략 12 인치 이격되어 있는 14개의 노즐을 갖는 제3 헤더.
다른 실시양태에서, 제5 분배 구역의 헤더들은 대략 3.25 피트 이격되어 있다.
한 실시양태에서, 시스템의 헤더 및 노즐 구성은 도 3a에 도시된 바와 같다. 특정 실시양태에서, 시스템의 노즐을 갖는 헤더 어셈블리는 도 3b에 도시된 바와 같다.
또 다른 실시양태에서, 제1 분배 구역의 3개의 헤더는 서로 유체 소통한다.
또 다른 실시양태에서, 제2 분배 구역의 2개의 헤더는 서로 유체 소통한다.
또 다른 실시양태에서, 제3 분배 구역의 2개의 헤더는 서로 유체 소통한다.
추가의 실시양태에서, 제4 분배 구역의 2개의 헤더는 서로 유체 소통한다.
일부 실시양태에서, 제5 분배 구역의 3개의 헤더는 서로 유체 소통한다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 헤더를 따라 각각의 노즐은 헤더에 대해 동일한 각도로 배향된다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 적어도 1개의 노즐은, 유체를 분배하기 위한 복수의 오리피스를 포함하는 다측면적(multi-faceted) 노즐이다. 또 다른 실시양태에서, 다측면적 노즐은 중심축을 갖고, 여기서 적어도 1개의 오리피스가 중심축에 대해 소정 각도로 배치된다. 또 다른 실시양태에서, 적어도 1개의 오리피스가 중심축에 대해 45° 각도로 배치된다.
부가적으로, 본원에 개시된 시스템 및 기술 내에서 사용된 노즐은, 헤더(들)로부터 운반된 유체를 수용하기 위한 단일 구멍 또는 도관으로 구성된다. 이는, 액체를 수용하기 위한 제1 구멍 또는 도관, 및 액체를 또한 초음속으로 가속화하는 가압 가스를 수용하기 위한 제2 수직 도관을 필요로 하는 WO 2015/024014에 개시된 노즐 (예컨대, 미국 특허 제5,454,518호에 기재된 것들)과 대조적으로 구별된다. 역으로, 또한 이전에 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 노즐은 아음속으로 유체를 분배한다. 아울러, 또한 상기 논의된 유익에 추가로, 도 4-6에 나타낸 바와 같은 본 개시내용의 노즐은 단지 단일 유체 공급원을 수용하도록 단일 포트(port) 또는 스피곳(spigot)만을 필요로 하기 때문에, 종래 기술 노즐에 비해 설계 및 설치 융통성이 더 크다. 예를 들어, 본원에 개시된 노즐은, 액체 및 공기의 별개의 공급원을 필요로 하는 종래 기술보다 더 적은 구성요소 (단일 유체 운반 소스) 및 그에 따른 커플링 위치를 필요로 한다. 부가적으로, 본원에 기재된 노즐은 종래 기술에 개시된 승압에서의 공기 공급을 필요로 하지 않아, 응축기 (가압 공기 운반용) 및 별도의 펌프 (액체 운반용) 둘 모두의 존재를 필요로 하지 않는다.
다른 실시양태에서, 오리피스는 대략 500 마이크로미터 내지 대략 10 마이크로미터의 직경을 갖는다. 일부 실시양태에서, 오리피스는 대략 500 마이크로미터 내지 대략 100 마이크로미터의 직경을 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 오리피스는 대략 200 마이크로미터 내지 대략 150 마이크로미터의 직경을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 오리피스는 대략 250 마이크로미터, 대략 200 마이크로미터, 대략 175 마이크로미터, 대략 150 마이크로미터, 대략 140 마이크로미터, 대략 130 마이크로미터, 대략 120 마이크로미터, 대략 110 마이크로미터, 대략 100 마이크로미터, 대략 90 마이크로미터, 대략 80 마이크로미터, 대략 70 마이크로미터, 대략 60 마이크로미터, 대략 50 마이크로미터, 대략 25 마이크로미터, 또는 대략 10 마이크로미터의 직경을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 적어도 1개의 오리피스는 100 마이크로미터 초과의 직경을 갖는다. 도 7에는, 본 개시내용에 적용가능한 직경, 압력 및 유속의 범위에 대한 도표가 도시되어 있다.
본원에 기재된 시스템의 일부 실시양태에서, 복수의 헤더 및 복수의 노즐이 공통의 물 공급 도관과 유체 소통한다.
또 다른 실시양태에서, 각각의 헤더는 별개의 물 공급 도관을 갖는다.
본원에 기재된 시스템의 일부 실시양태에서, 복수의 헤더는 대략 6 인치, 대략 5 인치, 대략 4 인치, 대략 3 인치, 대략 2.5 인치, 대략 2.25 인치, 대략 2 인치, 대략 1.75 인치, 대략 1.5 인치, 대략 1.25 인치, 대략 1 인치, 대략 0.75 인치, 대략 0.5 인치, 또는 대략 0.25 인치의 직경을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 복수의 헤더는 대략 2 인치 미만의 직경을 갖는다.
본원에 기재된 시스템의 다른 실시양태에서, 적어도 1개의 헤더는 비-선형 기하구조로 구성된다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 헤더는 헤더들 간에 균일한 이격을 갖는 어레이로 구성된다. 또 다른 실시양태에서, 헤더는 헤더들 간에 비-균일한 이격을 갖는 어레이로 구성된다.
본원에 기재된 시스템의 또 다른 실시양태에서, 제1 헤더의 노즐은 노즐들 간에 균일한 이격으로 구성된다. 추가의 실시양태에서, 제1 헤더의 노즐은 노즐들 간에 비-균일한 이격으로 구성된다. 예를 들어, 노즐 및/또는 헤더는 가스 스트림의 중앙에 더 많은 양의 분배가 위치하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 완전 전개된 가스 스트림의 경우, 인접한 헤더들은, 가스 스트림의 중앙 부분 (가스 스트림의 속도가 가장 높을 것임)에서 함께 더 가깝게 이격되어 있도록, 그리고 가스 스트림의 외부 엣지(edge) (가스 스트림의 속도가 가스 스트림과 연도 가스 파이프/하우징과의 경계 층 상호작용으로 인해 가장 낮을 것임)에서 더 멀리 이격되어 있도록 형상화 (예를 들어, 만곡, 수렴/발산 등)될 수 있다. 마찬가지로, 노즐은, 가스 스트림의 외부 엣지에서보다 가스 스트림의 중앙 부분에서 더 많은 수의 노즐이 배치되는 방식과 유사하게 배열될 수 있다.
<CO2 포획에 대한 기계론적 연구>
본 개시내용의 시스템에 의해 생성된 CO2 포획에 대한 하나의 잠재적인 메커니즘은 수액적 내에서의 CO2의 용해이다. 물 중의 CO2의 용해도는 헨리 법칙에 의해 관장되고:
이는 최대 2 mol%의 액체 상 CO2 농도에 대해 유효하다. 실험은 온도의 함수로서의 헨리 법칙 계수에 대한 상관관계를 전개하기 위해 수행되었다. 헨리 법칙을 사용하여 증기-액체 분할 계수 KVL을 계산함으로써 액체 상 [CO2]L 및 증기 상 [CO2]V 중의 CO2의 몰농도들 간의 평형 관계를 설명할 수 있다:
물 중의 용해된 CO2는 H2O와 반응하여 H2CO3 및 그의 이온을 형성할 수 있다. pH < 7인 시스템의 경우, 하기 반응 스킴(scheme)이 적용된다:
CO2를 마이크로미터-크기의 수액적에 의해 포획할 수 있는 또 다른 방식은 액적의 외부 표면 상의 흡착에 의한 것이다. 도 9에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 휘발성 종은 액적의 외부 표면 상에 흡착된 다음, 액적 중심을 향해 확산될 수 있다. 평형상태에서 흡착될 수 있는 휘발성 종 S의 양은, 계면-액체 분할 계수 KIL을 사용하여 다양한 종에 대해 연구된 바 있다:
여기서, 은, 그의 순수한 성분 증기압 에서 순수한 S 증기와 평형상태에 있는 액체 상 중의 종 S의 산정 농도이다. 을 수득하기 위해, 증기-액체 분할 계수가 사용될 수 있으며:
여기서 는 안토인(Antoine) 방정식으로부터 수득된다.
작은 수액적에 의한 CO2의 포획에 대한 또 다른 잠재적인 메커니즘은, 일부 산성 종이 증기-액체 계면 바로 안쪽에서 군집하는 경향이다. 일부 X-선 광전자 분광법 연구로부터, 카르복실산은 벌크 물 중의 그의 농도에 비해, 계면 근처의 매우 얇은 층 내에서 더 높은 농도를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 일부 연구로부터, 카르복실산 분자는 표면 흡수 자리에 대한 상대적으로 더 높은 이용률로 인해, 산의 농도가 벌크 수액적 중에서 낮은 경우 계면에서 우선적으로 흡수되는 경향이 더 큰 것을 알 수 있다. 카르복실산의 이온으로의 평형 해리가 벌크 물 중에서와 계면 근처에서 상당히 상이할 수 있다는 사실에 의해 상황이 한층 복잡하게 된다. 그러나, 이와 같은 현상이 많은 점에서 카르복실산과 상당히 상이한 H2CO3에도 적용되는지의 여부는 공지되어 있지 않다.
몇몇 다른 잠재적 메커니즘이 작은 수액적에 의한 증진된 CO2 제거에 기여할 수 있다: i) H2CO3의 형성을 유발하는 기체 상 반응; ii) 증기-액체 계면에서 H2CO3을 형성하는 표면 반응; 및 iii) 액적 계면의 액체 측 상의 용해된 CO2 분자의 군집. CO2와 단일 물 분자와의 반응이 CO2와 크기 n (여기서, n = 2, 3 또는 4)의 기체 상 물 클러스터와의 반응보다 훨씬 덜 유리하다:
이는 물이 H2CO3의 형성에 대한 촉매 효과를 갖기 때문이다. 물 클러스터는 CO2(H2O)n 착물인 것처럼 수소 결합을 통해 기체 상으로 형성되는 것으로 공지되어 있다. 이러한 방식으로 형성되는 수화된 H2CO3은 C-3 공정에서 수액적의 외부 표면 상에 흡착되어, 증진된 CO2 제거 속도 및 증진된 평형 흡착을 유발할 수 있다. 진동 여기된 기체 상 CO2 분자가 수액적의 표면과 충돌하고 거기서 반응하여 H2CO3 (및 그의 이온)을 형성하는 경우, CO2 제거를 증진시킬 수 있는 또 다른 최근 제안된 현상이 발생한다. 또한, 일부 학계에서는 H2CO3이 벌크 액체에서보다 계면에서 더 빠르게 해리됨을 제시한 바 있어 상황이 한층 복잡해진다. 아울러, 수성 상 내에서, 용해된 CO2는 소수성 용질로서 거동할 수 있으며, 이는 다른 소수성 용질과 마찬가지로 수액적 표면 근처의 액체 상 중에서 군집하는 경향이 있을 수 있다. 최종적으로, H2CO3은 모노카르복실산도 디카르복실산도 아니기 때문에 수성 상 중에서 카르복실산과 유사하게 거동하지 않을 수 있고, 카르복실산보다 물/증기 계면에서 군집하는 경향이 더 크거나 또는 더 작을 수 있다. 요컨대, CO2와 물 표면 간의 상호작용과 관련된 복잡한 메커니즘은 아직 잘 이해되지 않는다. 최근의 개관 논문에서, 타이판(Taifan) 등은 "유체 상 내로의 CO2의 혼입에 대한 실제 메커니즘은 계속 모호하다. 가장 특히, 이 공정에서 공기/물 계면이 원시적 역할을 한다"라고 결론지었다. 결과적으로, 작은 수액적을 통한 CO2 포획 동안 이들 다양한 현상의 잠재적 중요성을 더 잘 이해하기 위해 추가의 실험적 조사가 필요하다.
작은 수액적에 의한 CO2의 포획이 평형 공정이 아닌 동적이기 때문에, CO2 포획을 모델링하는 경우 연관된 물질 및 열-전달 현상을 설명하는 것이 중요하다. 열 및 물질 전달은 기체 상 내에서, 액체 상 내에서 및 증기-액체 계면에서 연구된 바 있다. 기체 상으로부터 액체 표면으로의 전달에 있어서, 누셀 수(Nusselt number) Nu 및 셔우드 수(Sherwood number) Sh를 예측하기 위한 많은 상관관계가 개발된 바 있다. 예를 들어, 란즈(Ranz) 및 마샬(Marshall)의 상관관계:
가 비-증발성 액적 또는 버블로의 또는 그로부터의 열 및 물질 전달에 대한 다양한 연구에서 널리 사용되어 왔다. 누셀 수 Nu = , 프란틀 수(Prandtl number) Pr = , Sh = , 슈미트 수(Schmidt number) Sc = 및 레이놀즈 수(Reynolds number) Re = 에 대한 적절한 표현을 사용하는 종 S의 액적 직경 dd, 열 전도도 kv 및 기체 상 확산율 DS를 사용하여 증기 상 내의 종 S의 대류 열 전달 계수 hv 및 대류 물질 전달 계수 kmS,VL을 계산하기 위해 방정식 10a 및 10b가 사용될 수 있다. 낮은 레이놀즈 수를 갖는 시스템의 경우, 대안적인 상관관계가 권장된다:
여기서, Re ≤ 1인 경우 f(Re) = 1이고, Re ≤ 400인 경우 f(Re) = Re0.077이다. 아브램존(Abramzon) 및 시리그나노(Sirignano)는 Nu 및 Sh에 대해 보정 계수를 도입하였으며, 이는 액적의 증발을 수반하는 열 및 물질 전달에 대한 기체 상 내의 스테판(Stefan) 유동 (화학 종의 증발, 흡수 및/또는 흡착으로 야기된 유동)의 효과를 고려한다. 그 결과, 그것들은 CO2 흡수 동안 액적으로부터 유의한 물 증발이 있는 경우에서의 열 전달 및 물 물질 전달을 예측하는데 유용할 수 있다. 본 발명자들의 지식대로, 작은 수액적에 의한 CO2 흡착 또는 흡수 동안 증기측 열 또는 물질-전달 계수를 결정하기 위해 실험적 연구가 수행된 바가 없었다.
하기는 마이크로미터-크기의 수액적에 의한 CO2의 흡착/흡수를 조사 및 설명하는 예비 수학적 모델이다. 먼저, i) 수액적 내에서의 CO2의 용해, ii) 용해된 CO2의 H2CO3으로의 전환, iii) 액적 표면 상의 CO2의 흡착, 및 iv) 액적 표면 근처의 H2CO3 분자의 군집을 통해 마이크로미터-크기의 수액적에 의해 포획되는 CO2의 양을 결정하기 위해 평형 계산을 수행한다. 다음으로, 동적 모델을 도출 및 사용하여 물질-전달 및 반응 속도에 대한 개선된 이해를 얻는다.
예비 평형 계산
본 계산에서, 수액적은 표 1에 나타낸 조성을 갖는 희석된 연도 가스와 평형상태에 있는 것으로 가정한다. 물 중의 CO2의 용해도는 헨리 법칙 (방정식 1)에 의해 관장되며, 이 경우 헨리 법칙 상수 H (Pa 단위)에 대한 온도-의존성 표현은 표 2에 제공되어 있다.
도 10에 나타난 바와 같이, 벌크 액체 물 내에 흡수될 수 있는 CO2의 양은 온도가 증가함에 따라 감소한다. 예를 들어, 흡수된 CO2의 평형량(equilibrium amount)은 25℃에서 물 1 kg 당 CO2 0.06 g이며, 이는 100℃에서의 것보다 3배 더 많다. 이들 양은, H2CO3 및 그의 이온으로 전환되는 CO2도 액적 표면에서의 CO2 및 H2CO3 흡착/흡수도 설명하지 못한다.
반응 3 내지 5를 통한 CO2 및 H2O로부터의 H2CO3 및 그의 이온의 형성을 고려하기 바란다. 반응 5로부터 생성된 CO3 2-의 농도는 [H2CO3]L 및 [HCO3 -]L에 비해 낮을 것이기 때문에 무시될 수 있다. 표 2에는, 반응 3에 대한 순방향 및 역방향 속도 상수 (즉, k1 및 k-1), 및 반응 11에 대한 평형 상수 K2를 위한 아레니우스(Arrhenius) 표현이 제공되어 있다. 이 메커니즘을 통해 포획된 CO2의 추가의 평형량이 온도의 함수로서 도 11에 플롯팅되어 있다. H2CO3 및 HCO3 -로 전환되는 액적 내에서의 CO2의 양은 보다 낮은 온도에서 더 많다 (용해된 CO2의 농도가 더 높은 경우).
표 2 내의 k1 및 k-1를 위한 표현은 6.6 내지 42.8℃의 온도 범위에서의 실험 결과로부터 수득되었음을 주지하기 바란다. 따라서, 도 11에 나타낸 결과를 수득하기 위해 외삽이 필요하였다.
제안된 제3 메커니즘은 수액적의 표면 상의 CO2의 흡착이다. 25℃에서 수액적의 표면 상에 흡착될 수 있는 CO2의 평형량 (g CO2/kg H2O)에 대한 대강의 산정치를 수득하기 위해, 방정식 2, 8, 7 및 6이 연이어 사용되었으며, 여기서 , 및 는 표 1 내의 조성, 헨리 법칙, 이상 기체 법칙 및 안토인 방정식을 사용하여 수득되었다. 이어서, 사용된 물 1 kg 당 흡착된 CO2의 평형 질량을 계산하기 위해, 방정식 6으로부터 계산된 [CO2]I (대략 4·10-9 mol/m2)를 사용할 수 있다. 도 12는, 상이한 액적 직경을 사용하여 수득된 물 1 kg 당 흡착된 CO2의 파생되는 예측 질량을 나타낸다. 흡착된 CO2의 양은, 단위 부피 당 표면적의 증가로 인해 액적 크기가 감소함에 따라 급격하게 증가함을 알 수 있다 (예를 들어, 평형상태에서 2 μm-직경의 액적에 의해 흡착되는 CO2의 양은 50 μm-직경의 액적에 의한 것보다 25배 더 많음).
도 12 내의 결과는 방정식 7 내의 상관관계에 의존함을 주지하기 바라며, 이는 CO2보다 훨씬 덜 휘발성인 비교적 고분자량 종에 대한 실험으로부터 수득되었다. 그 결과, 방정식 7은 작은 수액적의 표면 상에 흡착된 CO2의 양을 상당히 모자라게 또는 과하게 예측할 수 있다. 도 12는 또한, 액적의 외부 표면 상에 흡착될 수 있는 임의의 가스상 H2CO3을 무시한다.
CO2의 포획에 대해 제안된 제4 메커니즘은 수액적 표면 바로 안쪽에서의 H2CO3 및 그의 이온의 추가적인 흡수이다. 다양한 카르복실산의 평형 농도가 X-선 광전자 분광법을 사용하여 수용액의 표면 근처에서 측정되어 왔다. 유감스럽게도, 액체 물 표면에서의 H2CO3에 대한 유사한 연구가 이뤄진 적이 없다. 따라서, 수액적 표면 바로 안쪽의 추가적인 H2CO3 및 HCO3 -의 평형량을 신뢰성 있게 산정할 수 없다.
요컨대, C-3 공정에서 작은 수액적에 의해 포획되는 CO2의 양은, 상기 제안된 메커니즘을 사용하는 평형 계산에 의해 용이하게 설명될 수 없다. 이들 메커니즘을 통한 CO2 흡착/흡수 공정의 동력학을 더 잘 이해하기 위해, 수학적 모델을 개발하고 다음 섹션에 나타내었으며, 이 경우 물질 전달이 고려되어 있다.
동적 모델 계산
다음의 이론적 연구에서는, 반경 R의 구형 수액적이 연도 가스에 의해 둘러싸이는 간단한 경우가 연구되어 있다. 수액적은 다음의 4가지 제안된 메커니즘을 통해 연도 가스로부터 CO2를 포획한다: i) 물 중의 CO2의 용해, ii) CO2의 H2CO3 및 그의 이온으로의 전환, iii) 수액적 표면 상의 CO2의 흡착, 및 iv) 액적 표면 바로 안쪽의 H2CO3의 군집. 하기 표 3 내에 열거된 가정에 기반하여 제안된 CO2 포획 메커니즘을 설명하는 수학적 모델을 개발하였다. 모델 방정식 내에 출현하는 파라미터를 산출하기 위해 필요한 대수 방정식은 표 2에 제공되어 있다.
도 13에는 본 모델에서 고려된 3개의 영역이 나타나 있다 (즉, 액적 내에서의 벌크 액체 영역, 증기-액체 계면 영역, 및 벌크 증기 영역). 증기-액체 계면이 종이 축적될 수 있는 별도의 영역으로서 여겨짐에 따라, 계면 내에서의 물질 전달 저항이 다음과 같이 정의된 분율 fmI를 사용하는 모델에서 또한 고려된다:
12
연도 가스와 벌크 액체 표면 간의 물질 전달에 대한 총 저항을 두 부분으로 분해하면 하기 표현이 얻어진다:
여기서, 우변 상의 제1 항은 기체 상 내에서의 저항이고, 제2 항은 계면에서의 저항이다.
본 모델에 대해 도출된 편미분 방정식 (PDE)은 표 4에 나타나 있으며, 여기서 r은 수액적 내에서의 반경방향 위치이고, [H2CO3,T]L은 액체 상 중의 H2CO3의 총 농도이다 (즉, [H2CO3,T]L = [H2CO3]L + [HCO3 -]L). 방정식 4.1은 액적 내 벌크 액체 내에서의 CO2에 대한 물질 수지(material balance)이다. 방정식 4.1의 우변 상에서, 제1 항에는 액적 내에서의 CO2의 확산이 기재되어 있다. 제2 및 제3 항은 각각, 용해된 CO2의 형성 및 소비를 설명한다. 먼저, 수액적 안쪽의 CO2의 농도는 방정식 4.1a에 나타난 바와 같이 매우 낮은 것으로 가정된다. 방정식 4.1을 풀기 위해, 경계 조건이 또한 필요하다. 중심에서, CO2의 농도는 방정식 4.1b에 기재된 바와 같이 액적 내에서의 최소값이다. 방정식 4.1c는 벌크 액체 영역의 표면에서의 CO2에 대한 물질 수지이며, 여기서 는 계면 영역과 평형상태에 있는 벌크 액체 영역 내의 CO2의 추정 농도이다.
유사하게, [H2CO3,T]L을 위한 PDE는, 액적 내에서의 [H2CO3,T]L의 확산 및 반응을 설명하도록 방정식 4.2에 나타나 있다. 먼저, [H2CO3,T]L은 방정식 4.2a에 나타낸 바와 같이 0인 것으로 가정된다. 경계 조건 (4.2c)에서, 는 계면 영역과 평형상태에 있는 벌크 액체 영역 내의 H2CO3,T의 추정 농도이고, 는 벌크 액체 영역의 표면과 계면 간의 H2CO3,T의 물질 전달 계수이다.
상미분 방정식 (ODE) 4.3은, 액적 표면 상에 흡착되는 (또한 계면 액체 층 내에 흡수되는) CO2에 대한 물질 수지이다. 축적되는 CO2의 양은 벌크 증기로부터 계면 영역으로의 CO2 물질 전달 속도, 및 계면으로부터 벌크 액체 표면으로의 물질 전달 속도에 좌우된다. 유사하게, ODE 4.4는 계면 영역 내에서의 H2CO3 (및 그의 이온)에 대한 물질 수지이다. 계면에서의 화학 반응은 무시됨을 주지하기 바란다 (가정 3.7).
표 4에 제시된 모델을 수치로 풀었다. 민감도 분석을 수행하여 다음의 조절가능한 파라미터의 영향을 조사하기 위해 표 5 내에 나타낸 설정을 사용하였다: i) 연도 가스에 대한 수액적의 속도 (u), ii) 계면 내에서의 물질-전달 저항의 분율 (fmI), iii) 수액적의 반경 (R), iv) 온도 (T), v) 계면과 액체 간의 CO2 분할 계수 (), 및 vi) 계면과 액체 간의 H2CO3 분할 계수 (). 수액적의 속도는 대류 물질 전달 계수 에 영향을 미치기 때문에 연구하였다. 및 의 값들은 실험적으로 결정되지 않았음을 주지하기 바란다. 따라서, 기초 사례 시뮬레이션을 위해 사용된 값들 (표 5)은, 휘발성 유기 화합물 및 카르복실산에 중점을 둔 기타 연구에 기반한다. 표 5 내의 하한값 및 상한값은 이와 같은 시뮬레이션 연구에서 고려된 값들의 범위를 가리킨다.
도 14는, 수액적의 속도가 조절되는 경우 수득된 시뮬레이션 결과를 나타내며, 여기서 다른 파라미터들은 표 5 내의 그의 기초 사례 값들로 유지되었다. 액적 내에서의 농도의 동적 거동의 인지가능한 차이가 예측되지 않는데, 그 이유는 R=2.5 μm인 액적에 있어서 물질-전달에 대한 주요 저항이 기체 상 내 또는 계면에서보다는 액적 내에서 있기 때문이다. [H2CO3,T]L은 약 0.1초 후에 액적 중심에서 0.02 mol/m3의 평형 값에서 도달함을 주지하기 바라며, 이는 반응 동력학이 물질-전달 동력학보다 상당히 더 느림을 가리킨다. 도 15는, 계면 내에서의 분율 저항이 조절되는 경우의 유사한 결과를 나타낸다.
도 16은 [CO2]L 흡수 및 [H2CO3,T]L 형성의 동력학에 대한 액적 크기의 중요한 영향을 나타내며, 여기서 소적은 더 큰 액적보다 훨씬 더 빠르게 CO2를 흡수하는데, 이는 액적 크기가 이산화탄소 포획 공정에 중요한 영향을 미침을 암시한다. 긴 시뮬레이션 시간에 예측된 평형 농도가 예측된 바와 같이 모든 액적 크기에 대해 동일함을 주지하기 바란다.
도 17에는 25℃, 62.5℃ 및 100℃의 온도를 사용하여 수득된 시뮬레이션 결과들이 비교되어 있는데, 이는 표 2 내의 방정식 2.1, 2.2-2.4, 2.11 및 2.12에 나타낸 바와 같은 헨리 법칙 상수, 반응속도론적 속도 상수 및 확산율에 대한 온도의 영향을 설명한다. 헨리 법칙 상수는 온도가 증가함에 따라 증가하며, 이는 액적 내에서의 용해된 CO2의 평형 농도의 저하로 이어진다. 물질-전달 계수, 확산율 및 반응 속도가 온도의 증가에 따라 증가하기 때문에, CO2 포획의 동력학은 보다 높은 온도에서 더 빠르다.
이와 같은 민감도 연구에서, 및 둘 모두는 적당한 값들이 공지되어 있지 않기 때문에 넓은 범위에 걸쳐 조절된다. 도 18로부터, 제거된 CO2의 총량에 양쪽 계면 분할 계수 모두가 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 도 18 내의 y-축에 의해 나타난 바와 같이, 및 이 증가함에 따라, 제거된 CO2의 예측량에 대한 그의 영향이 커진다. 예를 들어, 가 1·10-3 m 정도로 높고 다른 파라미터가 기초 사례 값들로 유지되는 경우, 2.5 μm의 반경을 갖는 수액적을 사용하여 제거된 평형 CO2의 예측량은 약 35 g CO2/kg H2O이다. 유사하게, 이 1·10-2 m로 설정되고 다른 파라미터가 표 5 내의 기초 사례 값들로 설정되는 경우, 제거된 CO2의 예측량은 약 10 g CO2/kg H2O이다. 도 18로부터, 및 의 영향은 또한, 수액적의 크기가 감소함에 따라 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. 이들 시뮬레이션 및 민감도 분석 결과로부터, 액적 표면에서의 CO2 및/또는 H2CO3의 흡착/흡수는, 계면 분할 계수 (즉, 및 ) 중 하나가 1·10-3 m 내지 1·10-2 m의 범위인 경우 및/또는 공정 내의 평균 액적 크기가 R=2.5 μm보다 상당히 더 작은 경우, 관찰된 높은 수준의 CO2 제거를 설명할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 주의깊은 측정으로부터 수득된 평균 액적 크기 및 계수들의 값은 모델링 노력에 크게 도움이 될 것이고, 이들 표면 현상의 제안된 크기가 현실적인지를 확인하는데 도움을 줄 것이다. 온도 영향, 물 증발 및 액적 합체를 설명하는 수학적 모델은 또한, CO2 제거 공정에 대한 보다 선명한 묘사를 제공할 수 있다.
요컨대, 상기 논의에는, i) 물 중의 CO2의 용해, ii) CO2의 H2CO3 및 그의 이온으로의 전환, iii) 수액적 표면 상의 CO2의 흡착, 및 iv) 액적 표면 바로 안쪽의 H2CO3의 군집을 포함한, 마이크로미터-크기의 수액적 내의 CO2의 포획에 대한 몇몇 메커니즘의 동적 모델이 기재되어 있다. 시뮬레이션에 따라, 그리고 일정한 액적 크기라는 가정 하에, 액적 계면에서의 물질-전달 저항 및 수액적 속도는 CO2 흡착/흡수 공정에 인지가능한 영향을 미치지 않는다. 다른 한편, 제거된 CO2의 양은, 온도가 감소함에 따라 그리고 수액적 크기가 감소함에 따라 증가한다. 계면 분할 계수 ( 및 )는 매우 중요한 것으로 나타났다. 유감스럽게도, 및 에 대한 실험적 값들은 문헌에서 입수가능하지 않다.
표기
개시내용에 대한 설명은 하기 실시예를 참조로 보다 명확하게 이해될 것이며, 이는 여기서 예시를 위해 포함되며, 제한적이도록 의도되지 않는다.
실시예
실시예 1. 기존 배출 제어 장치 하류의 25 MW 석탄-연소식 유닛과 동등한 연도 가스로부터의 CO2의 포획을 위한 시스템.
시스템은 도 3a 내 도시된 바와 같은 용기의 안쪽에 배치된 노즐 어레이의 그리드(grid)와 282,000 갤런 용기로 구성된다. 노즐은 0.012 인치의 오리피스 직경을 갖는다. 헤더는 도 3a-b 내 도시된 바와 같이 배열된다. 각 노즐에 있어서 수류(water flow)는 1 내지 1.5 gpm의 속도이다. 노즐은 연도 가스 스트림 내로 유체의 액적을 분무하여 CO2를 제거한다. 액적 속도는 31,716 ft/분이다. 연도 가스 온도는 본 시스템 내에서 135℉이다. 연도 가스는 323,140 lb/시간의 속도로 용기에 진입한다. 습윤된 부피는 연도 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런의 유체 액적 밀도를 갖는다. 포깅 스키드(skid)는 2,000 psi의 적절한 수압을 보장하도록 4개의 25% 고압 펌프를 갖는다.
액적 속도의 계산
시스템은 도 3-6 내 도시된 바와 같은 노즐 레이아웃으로 구성된다. 시스템은 2000 psi의 물로 가압된다. 다측면적 노즐을 사용하면, 각 노즐을 관통하는 유동이 하기 특징을 갖는다:
*온도에 대해 보정됨
폐수는 용기의 바닥으로부터 수집하고, 섬유 보강된 중합체로 제조된 침강 탱크로 라우팅한다. 침강 탱크는 16시간의 폐수 배출을 유지하는 용량을 갖는다. 폐수가 침강 탱크에 진입할 때, CO2의 일부가 분리되고, 수집용 탱크의 상단에서 제공된 환기구를 통해 나온다. 폐수를 어그로베이터 탱크로 라우팅하고, 여기서 유체가 혼합되어 잔류 CO2가 포획되게 한다. 폐수를 보유 탱크로 라우팅하며, 이는 혼합기를 가질 수 있다. 혼합기는 임의의 추가적인 CO2가 폐수로부터 환기 시스템으로 분리되도록 한다. 시스템는 1개의 침강 탱크, 1개의 어그로베이터 탱크 및 1개의 보유 탱크를 갖는다. 이들 탱크는 각각 314,000, 75,000 및 222,000 갤런의 용량을 갖는다.
보유 탱크로부터, 물이 역삼투 시스템으로 라우팅되고, 여기서 물은 CO2를 포획하는 시스템 내로의 재주입을 위해 처리된다. 시스템은 또한, 특정 수질 요건을 만족하는 경우 수도물을 사용할 수 있다.
실시예 2. 250 MW 석탄-연소식 유닛으로부터의 연도 가스에서 유래하는 CO2를 포획하기 위한 대형 모듈러 시스템.
시스템은 4개의 평행한 CO2 포획 용기로 구성된다 (도 2). 각각의 560,000 갤런의 용기는 도 3a 내 도시된 바와 같은 용기의 안쪽에 배치된 노즐 어레이 레이아웃 (포깅 어레이)을 갖는다. 노즐은 0.0125 인치의 오리피스 직경을 갖는다. 헤더는 도 3a 내 도시된 바와 같이 배열된다. 수류는 각 CO2 포획 용기에 있어서 767 gpm의 속도이다. 노즐은 연도 가스 스트림 내로 유체의 액적을 분무하여 CO2를 제거한다. 액적 속도는 31,716 ft/분이다. 연도 가스 온도는 본 시스템 내에서 135℉이다 (시스템이 또한 적어도 1종의 오염물질을 포획하거나 또는 감소시키는 경우). 연도 가스는 661,996 lb/시간의 속도로 각 용기에 진입한다. 습윤된 부피는 연도 가스 1000 입방피트 당 유체 4 갤런의 유체 액적 밀도를 갖는다. 시스템은 1,500 psi의 적절한 수압으로 가압된다.
액적 속도의 계산
다측면적 노즐을 사용하면, 각 노즐을 관통하는 유동이 하기 특징을 갖는다:
폐수는 용기의 바닥으로부터 수집하고, 섬유 보강된 중합체로 제조된 침강 탱크로 라우팅한다. 폐수가 1,413 gpm의 속도로 침강 탱크에 진입할 때, CO2의 일부가 분리되고, 수집용 탱크의 상단에서 제공된 환기구를 통해 나온다. 폐수를 1,354 gpm의 속도로 어그로베이터 탱크로 라우팅하고, 여기서 유체가 혼합되어 잔류 CO2가 포획가 포획되게 한다. 폐수를 1,274 gpm의 속도로 보유 탱크로 라우팅한다. 혼합기는 임의의 추가적인 CO2가 폐수로부터 환기 시스템으로 분리되도록 한다. 시스템는 각 CO2 포획 용기에 있어서 한 세트의 침강 탱크, 어그로베이터 탱크 및 보유 탱크를 갖는다.
보유 탱크로부터, 물은 역삼투 시스템으로 라우팅되고, 여기서 물은 CO2를 포획하는 시스템 내로의 재주입을 위해 처리된다. 시스템은 또한, 특정 수질 요건을 만족하는 경우 수도물을 사용할 수 있다.
시스템은 평균 1,157 gpm의 물을 사용한다. 전체적으로, 이 시스템은 대략 349,451 lb/시간의 CO2 회수 속도를 갖는다.
<참조로 포함>
상기 설명에 언급된 모든 미국 특허 및 미국 및 PCT 공개 특허 출원은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
<등가물>
이하, 이해의 명료함을 위해 예시 및 예로서 다소 상세하게 이산화탄소를 포획하기 위한 방법 및 시스템을 완전히 기재하였지만, 방법 및 시스템을 그의 범주 또는 임의의 구체적인 실시양태에 영향을 미치지 않으면서 폭넓은 등가의 범위의 조건, 제형 및 다른 파라미터 내에서 변경 또는 변화시킴으로써 동일한 것이 수행될 수 있음, 및 이러한 변경 및 변화는 첨부된 특허청구범위의 범주 내에서 포괄되도록 의도됨은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
Claims (25)
- 가스 처리 방법이며,
이산화탄소를 포함하는 가스의 스트림을 제공하는 단계로서, 여기서 가스는 제1 방향으로 유동하고 있는 것인, 단계;
이산화탄소를 포함하는 가스의 스트림을 탄소 포획 용기 내에 수용하는 단계로서, 탄소 포획 용기는 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고 이들 사이에 하나 이상의 측벽을 구비하여 내부 부피를 형성하는, 단계;
복수의 노즐을 통해 물을 포함하는 유체를 분배하는 단계로서, 여기서 각각의 노즐은 아민이 없는 물을 수용하도록 구성된 단일 도관을 갖고, 각각의 노즐에 의해 분배되는 유체는 아민이 없고, 유체를 분배하는 단계는 유체의 액적을 분무하는 것을 포함하고, 액적을 분무하는 것은 마하 1 미만의 액적 속도로 액적을 분무하는 것을 포함하고, 복수의 노즐을 통해 물을 포함하는 유체를 분배하는 단계는, 유체를 700 psi 내지 2,000 psi의 연속 작동 유체 압력으로 복수의 노즐의 각각의 노즐에 제공하는 것을 포함하고, 아민이 없는 유체는 탄소 포획 용기의 내부에 분배되고,
이로써 가스의 스트림으로부터 이산화탄소를 포획하고, 여기서 아민이 없는 유체는 탄소 포획 용기의 내부에서 그리고 가스의 진입 지점 부근에서 가스의 스트림과 접촉하는, 단계
를 포함하는, 가스 처리 방법. - 제1항에 있어서, 액적의 90% 이상은 50 마이크로미터 미만의 액적 크기를 갖는, 가스 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 유체를 분배하는 단계는 습윤된 부피를 생성하는 것을 포함하고, 습윤된 부피가 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런 이하의 유체 액적 밀도를 갖는, 가스 처리 방법.
- 제3항에 있어서, 가스가 10초 미만의 습윤된 부피 내 체류 시간을 갖는, 가스 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 유체를 분배하는 단계는 가스 1000 입방피트 당 20 갤런 미만의 속도로 유체를 분배하는 것을 포함하는, 가스 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 유체로부터 이산화탄소를 포획하는 것은,
유체 액적을 제1 유체 탱크 내에 합하는 단계;
유체로부터 가스상 이산화탄소를 가스방출하는 단계; 및
가스상 이산화탄소를 이산화탄소 용기로 인도하는 단계
를 포함하는, 가스 처리 방법. - 제6항에 있어서, 가스방출하는 단계는 유체를 교반하는 것을 포함하는, 가스 처리 방법.
- 제6항에 있어서, 가스방출하는 단계는 유체를 가열하는 것을 포함하는, 가스 처리 방법.
- 연도 가스로부터 이산화탄소를 포획하기 위한 시스템이며,
제1 방향을 따라 배향된 가스 도관; 및
연도 가스 스트림과 직교하도록 배향되고 복수의 헤더를 따라 배치된 복수의 노즐을 포함하고, 노즐은 물을 포함하는 유체를 분배하도록 적합화되고 액적을 제공하도록 구성되며, 여기서 액적의 90%는 50 마이크로미터 미만의 크기를 갖고, 물을 포함하는 유체는 700 psi 내지 2,000 psi의 연속 작동 유체 압력으로 복수의 노즐의 각각의 노즐에 제공되는, 시스템. - 제9항에 있어서, 시스템은 마하 1 미만의 액적 속도로 노즐로부터 액적을 분무하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 시스템은 가스 1000 입방피트 당 유체 5 갤런 이하의 액적 밀도를 갖는 습윤된 부피를 제공하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 연도 가스 스트림을 추가로 포함하는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 유체는 아민이 없는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 복수의 노즐 각각은 유체를 분배하기 위한 단일 도관을 갖는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 노즐이 제1 방향과 반대 방향으로 액적을 분무하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 노즐이 제1 방향으로 액적을 분무하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 노즐이 제1 방향에 대해 경사형 방향으로 액적을 분무하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 노즐은,
3개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제1 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제2 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제3 분배 구역,
2개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제4 분배 구역, 및
3개의 헤더를 포함하는, 연도 가스 스트림 내에서의 제5 분배 구역을 갖는 어레이로 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서, 복수의 노즐 중 하나 이상의 노즐은 중심축, 및 중심축에 대해 소정 각도로 배치된 오리피스를 포함하는, 가스 처리 방법.
- 제19항에 있어서, 노즐은 공통의 물 공급 도관과 유체 소통하는, 가스 처리 방법.
- 제19항에 있어서, 노즐은 가스 스트림의 중앙에 더 많은 양의 분배가 위치하도록 구성되는, 가스 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 액적의 90% 이상은 5 내지 35 마이크로미터의 액적 크기를 갖는, 가스 처리 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 가스의 스트림을 제공하는 단계는 플리넘(plenum) 내에 가스의 스트림을 제공하는 것을 포함하고, 가스의 스트림은 제1 방향에 수직인 방향으로 플리넘 내에서 유동하고, 플리넘은 탄소 포획 용기와 유체 소통하며, 여기서 가스의 스트림은 디미스터(demister)를 통해 탄소 포획 용기에서 나오고, 디미스터는 제1 방향에 수직인, 가스 처리 방법.
- 제1항에 있어서, 복수의 노즐의 각각의 노즐은 스파이더 노즐이고, 각각의 스파이더 노즐은 중심축 및 복수의 암을 갖고, 각각의 암은 하나 이상의 오리피스를 갖고, 각각의 오리피스는 중심축에 대해 45도 각도로 배치되는, 가스 처리 방법.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| US20120174784A1 (en) * | 2009-07-10 | 2012-07-12 | Statoil Petroleum As | Method and apparatus for co2 capture |
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|---|---|---|---|---|
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| US20130291725A1 (en) * | 2010-07-02 | 2013-11-07 | Mercutek Llc | Cement kiln exhaust gas pollution reduction |
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