KR102960552B1 - 이산화탄소 포집용 흡수탑 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은, 연소기관에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하고, 배기가스를 공급하는 배기관과, 흡수제를 공급하는 흡수제공급관이 각각 연결되며, 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로가 내부에 형성된 하우징과, 가스유동로 상에 설치되며 다공성구조물을 포함하여 배기가스와 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛, 및 패킹유닛 상부의 가스유동로 상에 설치되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀이 형성되어 흡수제공급관으로부터 공급받은 흡수제를 패킹유닛에 분배하고 내부에 흡수제가 채워지는 수용공간이 형성된 트레이와, 트레이 바닥으로부터 돌출 형성되며, 내부에 유동공간이 형성되어 적어도 2개 이상의 유동홀을 덮으며 수용하고, 일 측에 유동공간과 수용공간을 연통하는 적어도 하나의 연통구가 형성된 격벽부를 포함하는 분배기(distributor)를 포함할 수 있다.

Description

이산화탄소 포집용 흡수탑{Carbon dioxide absorber}

본 발명은 이산화탄소 포집용 흡수탑에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 요동하더라도 배기가스와 흡수제를 효과적으로 접촉시킬 수 있는 포집용 흡수탑에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 유엔 산화기관인 국제 해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있다.

배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 크게, 흡수제를 이용한 습식 포집 방법과, 멤브레인을 이용한 건식 포집 방법이 있다. 이 중, 습식 포집 방법은, 배기가스를 흡수제가 존재하는 흡수탑에 통과시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키고, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑에 통과시켜 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 방식이다. 흡수탑은 내부에 흡수제인 아민(amine) 용액을 균일하게 공급하는 분배기(distributor)가 설치되는데, 선박의 요동 시 분배기 상에 흡수제의 편류(channeling) 현상이 나타나 배기가스와 흡수제가 균일하게 접촉하지 못하는 문제가 있다. 배기가스와 흡수제가 균일하게 접촉하지 못하면, 이산화탄소의 흡수율이 저하되어 배출 규제를 만족시키지 못하므로, 선박의 요동 시에도 배기가스와 흡수제를 균일하게 접촉시킬 수 있는 구조의 흡수탑이 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허 제10-2016-0109392호 (2016. 09. 21.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박이 요동하더라도 배기가스와 흡수제를 효과적으로 접촉시킬 수 있는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은, 연소기관에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하고, 상기 배기가스를 공급하는 배기관과, 상기 흡수제를 공급하는 흡수제공급관이 각각 연결되며, 상기 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로가 내부에 형성된 하우징과, 상기 가스유동로 상에 설치되며 다공성구조물을 포함하여 상기 배기가스와 상기 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛, 및 상기 패킹유닛 상부의 상기 가스유동로 상에 설치되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀이 형성되어 상기 흡수제공급관으로부터 공급받은 상기 흡수제를 상기 패킹유닛에 분배하고 내부에 상기 흡수제가 채워지는 수용공간이 형성된 트레이와, 상기 트레이 바닥으로부터 돌출 형성되며, 내부에 유동공간이 형성되어 적어도 2개 이상의 상기 유동홀을 덮으며 수용하고, 일 측에 상기 유동공간과 상기 수용공간을 연통하는 적어도 하나의 연통구가 형성된 격벽부를 포함하는 분배기(distributor)를 포함한다.

상기 분배기는, 각각의 상기 유동홀로부터 상기 유동공간으로 연장된 복수 개의 연장관을 더 포함할 수 있다.

상기 격벽부는, 복수 개로 이루어져 상기 수용공간을 구획하되 인접한 격벽부와 서로 이격 배치되어 상기 수용공간 내부에 상기 흡수제가 이동하는 이동로를 형성할 수 있다.

상기 격벽부는, 동일 직선 또는 동일 곡선 또는 동일 지그재그선 상에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용할 수 있다.

상기 격벽부는, 동일 직선, 동일 곡선, 동일 지그재그선 중 적어도 2개에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 선박의 요동 시 분배기의 트레이 상에 설치된 격벽부가 흡수제의 이동을 제한하는 역할을 하므로, 흡수제의 편류가 최소화될 수 있다. 흡수제의 편류가 최소화됨에 따라, 이산화탄소의 흡수율이 증가하여 배출 규제를 만족시킬 수 있고, 흡수율이 증가함에 따라 이산화탄소 포집용 흡수탑의 수직 방향 길이를 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 절개 사시도이다.
도 3은 이산화탄소 포집용 흡수탑을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 횡 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 5는 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 6은 분배기의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하여 배기가스의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것으로, 예를 들어, 선박에 설치될 수 있다.

이산화탄소 포집용 흡수탑은 선박의 요동 시 분배기의 트레이 상에 설치된 격벽부가 흡수제의 이동을 제한하는 역할을 하므로, 흡수제의 편류가 최소화될 수 있다. 흡수제의 편류가 최소화됨에 따라, 이산화탄소의 흡수율이 증가하여 배출 규제를 만족시킬 수 있고, 흡수율이 증가함에 따라 이산화탄소 포집용 흡수탑의 수직 방향 길이를 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 특징이 있다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치(100)에 관하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 절개 사시도이다. 도 3은 이산화탄소 포집용 흡수탑을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이고, 도 4는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 횡 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.

본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 연소기관(E)에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 것으로, 여기서, 흡수제라 함은, 이산화탄소를 흡수하는 성질이 있는 용액, 예를 들어, 아민(amine) 화합물 또는 암모니아의 수용액일 수 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 하우징(10)과, 패킹유닛(20), 및 분배기(30)를 포함한다.

하우징(10)은 내부에 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로(10a)가 형성된 통 형상의 부재로, 직립(直立) 배치될 수 있다. 하우징(10)은 배기가스를 공급하는 배기관(P1)과, 흡수제를 공급하는 흡수제공급관(P2)이 각각 연결되며, 가스유동로(10a) 상에는 배기가스에 흡수제를 분사하는 분사노즐(11a, 11b)이 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 배기관(P1)은 하우징(10)의 하측부에 연결되고, 흡수제공급관(P2)은 배기관(P1)보다 상방에 배치되며, 분사노즐(11a, 11b)은 흡수제공급관(P2)에 연결되어 하부에서 상방으로 이동하는 배기가스를 향해 하방으로 흡수제를 분사할 수 있다. 분사노즐(11a, 11b)은 하방에 위치하여 배기관(P1)과 인접한 제1 분사노즐(11a)과, 제1 분사노즐(11a)의 상방에 위치한 제2 분사노즐(11b)을 포함하고, 흡수제공급관(P2)은 분기되어 제1 분사노즐(11a)과 제2 분사노즐(11b)에 각각 연결될 수 있다. 도면 상에는 하우징(10)이 상부와 하부가 각각 외측을 향하여 볼록하게 돌출된 원통 형상으로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 하우징(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 하우징(10)은 배기관(P1)의 연결지점 상측에 위치한 가스유동로(10a) 상에 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 및 제2 분사노즐(11b)이 차례로 적층되어 설치된다.

패킹유닛(20)은 배기가스와 흡수제의 접촉 면적을 늘리기 위한 것으로, 금속을 포함한 다양한 물질로 제조된 복수의 패킹을 포함한다. 각각의 패킹은 예를 들어, 다공성 구조물 또는 다수의 요철을 갖는 칼럼 형태의 스택으로 형성될 수 있으며, 복수 개가 다공성 망체 또는 다공성 트레이에 수용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 패킹유닛(20)은 하방에 배기관(P1)이 배치되고 상방에 제1 분사노즐(11a)이 설치된다. 따라서, 배기관(P1)을 통해 상방으로 공급되는 배기가스는, 패킹유닛(20)을 통과하며 제1 분사노즐(11a)에서 하방으로 분사되는 흡수제와 기액 접촉하게 되며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 제거될 수 있다. 필요에 따라 제1 분사노즐(11a)은 생략될 수 있으며, 제1 분사노즐(11a)이 생략된 경우, 배기가스는 후술할 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 후 분배기(30)를 통과하여 패킹유닛(20)으로 낙하한 흡수제와 기액 접촉할 수 있다. 패킹유닛(20)은 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 및 제2 분사노즐(11b)로 구성되는 이산화탄소 흡수 부분은 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에 복수 단위로 설치될 수 있다. 패킹유닛(20)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 하우징(10) 하부에 모아져 후술할 재생탑(2)으로 공급되고, 패킹유닛(20)에서 1차로 이산화탄소가 제거된 배기가스는 분배기(30)로 이동한다.

분배기(30)는 배기가스와 흡수제의 접촉을 용이하게 하는 것으로, 트레이(31)와, 격벽부(32), 및 연장관(33)을 포함한다.

트레이(31)는 분배기(30)의 본체를 이루는 것으로, 패킹유닛(20) 상부의 가스유동로(10a) 상에 설치된다. 트레이(31)는 외주면이 하우징(10)의 내주면에 대응하는 형상으로 형성되어 하우징(10)의 내주면에 결합되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀(31a)이 형성될 수 있다. 복수 개의 유동홀(31a)은 트레이(31)의 중앙을 중심으로 방사형 또는 특정 형상을 이루며 규칙적으로 배열될 수도 있고, 불규칙하게 배열될 수도 있다. 트레이(31)에 복수 개의 유동홀(31a)이 형성됨에 따라, 흡수제공급관(P2)으로부터 제2 분사노즐(11b)에 공급된 흡수제가 패킹유닛(20)에 분배됨은 물론, 패킹유닛(20)을 통과한 배기가스가 흩어져 각각의 유동홀(31a)을 통과하게 되므로 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 흡수제와의 접촉이 용이하게 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 트레이(31)는 하우징(10) 내부에 수평하게 배치되며 복수 개의 유동홀(31a)이 관통 형성된 바닥부(311)와, 바닥부(311)의 외주면을 따라 수직하게 결합된 벽체부(312)를 포함하여, 바닥부(311)와 벽체부(312) 사이에 흡수제가 채워지는 수용공간(31b)이 형성될 수 있다. 즉, 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 흡수제는 수용공간(31b)에 채워지고, 각각의 유동홀(31a)을 통과한 배기가스는 수용공간(31b)에 저장된 흡수제와 기액 접촉하게 된다. 설명의 편의를 위하여 바닥부(311)와 벽체부(312)를 구분하여 설명하였으나, 바닥부(311)와 벽체부(312)는 일체 구조로서, 트레이(31)의 각 영역이 구획된 것일 수 있다. 트레이(31)의 바닥부(311)에는 격벽부(32)가 돌출 형성된다.

격벽부(32)는 배기가스의 유동을 돕고 흡수제의 이동을 가이드 또는 제한하는 것으로, 내부에 유동공간(32a)이 형성되어 적어도 2개 이상의 유동홀(31a)을 덮으며 수용한다. 다시 말해, 격벽부(32)는 유동홀(31a)을 덮는 커버 형태로 형성되어 내부에 적어도 2개 이상의 유동홀(31a)을 수용한다. 격벽부(32)는 복수 개로 이루어져 수용공간(31b)을 구획하되 인접한 격벽부(32)와 서로 이격 배치되어 수용공간(31b) 내부에 수용된 흡수제가 이동하는 이동로를 형성할 수 있다. 즉, 수용공간(31b) 내부에 채워진 흡수제는 격벽부(32)와 인접한 격벽부(32) 사이로 이동할 수 있고, 격벽부(32)에 의해 이동이 제한될 수 있다. 복수 개의 격벽부(32)가 수용공간(31b)을 구획함으로써, 선박의 요동에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어진 경우, 격벽부(32)가 흡수제의 이동을 제한하여, 흡수제가 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어진 방향으로 편류되는 것을 최소화할 수 있다. 흡수제의 편류가 최소화됨에 따라 선박이 요동하는 상태에서도 배기가스와 흡수제가 용이하게 접촉할 수 있으며, 이로 인해, 이산화탄소의 흡수율이 증가하여 배출 규제를 용이하게 만족시킬 수 있다. 격벽부(32)가 없는 종래의 경우, 선박의 요동에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어지면, 흡수제가 모두 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어진 방향으로 편류되어 배기가스와 흡수제가 균일하게 접촉하지 못하는 문제가 있다. 흡수제와 접촉하지 못한 배기가스에는 이산화탄소가 포함되어 있으므로, 배출 규제를 만족시키지 못해 대기 중에 방출할 수 없으며, 이에 따라, 배기가스를 따로 저장하거나 다시 순환시켜야 하는 등의 문제가 야기된다. 본 발명은 트레이(31) 상에 배열된 복수 개의 격벽부(32)가 흡수제의 이동을 제한하므로, 선박이 요동하더라도 흡수제의 편류가 최소화되어 배기가스와 흡수제가 항상 균일하게 접촉할 수 있다.

각각의 격벽부(32)는 동일 직선 또는 동일 곡선 또는 동일 지그재그선 상에 배치된 복수 개의 유동홀(31a)을 덮어 수용하거나, 동일 직선, 동일 곡선, 동일 지그재그선 중 적어도 2개에 배치된 복수 개의 유동홀(31a)을 덮어 수용할 수 있다. 예를 들어, 격벽부(32)는 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 동일 지그재그선 상에 배치된 복수 개의 유동홀(31a)을 덮어 수용하거나, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 동일 직선 상에 배치된 복수 개의 유동홀(31a)을 덮어 수용하거나, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 동일 직선과 동일 곡선 상에 배치된 복수 개의 유동홀(31a)을 덮어 수용할 수 있다. 각각의 유동홀(31a)은 각각의 연장관(33)에 의해 둘러싸이며, 연장관(33)은 트레이(31)의 바닥부(311)에 결합되어 유동홀(31a)로부터 유동공간(32a)으로 연장된다. 격벽부(32)는 일 측, 예를 들어, 바닥부(311)로부터 수직하게 배치된 측면에 유동공간(32a)과 수용공간(31b)을 연통하는 적어도 하나의 연통구(32b)가 형성되므로, 유동홀(31a)과 연장관(33)의 관통된 중앙을 통과한 배기가스는 연장관(33)과 격벽부(32) 사이에 고인 흡수제와 접촉한 후 연통구(32b)를 통해 배출되어 격벽부(32) 외측으로 고인 흡수제와 접촉할 수 있다. 보다 구체적으로, 격벽부(32)는 수직부(321)와 경사부(322)를 포함한다. 수직부(321)는 상부와 하부가 각각 개방된 통 형상으로 형성되어 트레이(31)의 바닥부(311) 상면에 수직하게 결합되며, 측면에 연통구(32b)가 형성된다. 이 때, 연통구(32b)는 연장관(33)의 상단부보다 하방에 위치할 수 있다. 경사부(322)는 수직부(321) 상단에 결합되어 수직부(321)를 덮되 수직부(321)로부터 상향으로 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 경사부(322)는 중앙을 향해 상향으로 경사지게 배치되어 삿갓(∧) 형상으로 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 수직부(321)와 경사부(322)를 구분하여 설명하였으나, 수직부(321)와 경사부(322)는 일체 구조로서, 격벽부(32)의 각 영역이 구획된 것일 수 있다. 연장관(33)과 격벽부(32)의 수직부(321) 사이에 고인 흡수제의 수위는 배기가스의 압력에 의해 연장관(33)의 상단부보다 하방에 위치하며, 격벽부(32) 외측으로 고인 흡수제의 수위는 제2 분사노즐(11b)에서 분사되는 흡수제의 양에 대응하여 가변될 수 있다. 예를 들어, 격벽부(32) 외측으로 고인 흡수제의 수위가 격벽부(32)의 높이보다 낮을 경우, 격벽부(32)에 의해 흡수제의 이동이 제한되어 선박의 요동에 의한 영향을 받지 않는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 배기 오염물질 저감장치(100)는 냉각탑(3)과, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1), 및 재생탑(2)을 포함한다.

냉각탑(3)은 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급되는 배기가스를 냉각하는 것으로, 배기가스에 냉각수를 분사하여 배기가스를 냉각시킬 수 있다. 선박에 설치된 연소기관(E)에서 배출되는 배기가스는 약 200~350℃의 고온이므로, 이러한 배기가스를 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에 그대로 공급할 경우, 이산화탄소가 흡수제에 제대로 흡수되지 않는다. 즉, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 분사되는 흡수제는 약 30~50℃에서 이산화탄소의 흡수율이 높으므로, 냉각탑(3)에서 미리 배기가스를 냉각시키는 것이다. 연소기관(E)에서 배출된 배기가스는 황산화물을 제거하는 습식 스크러버(도시되지 않음), 질소산화물을 제거하는 선택적촉매환원반응기(도시되지 않음), 열을 회수하는 이코노마이저(도시되지 않음) 중 적어도 하나를 통과한 후 배기관(P1)을 통해 냉각탑(3)으로 공급될 수 있다. 냉각탑(3)으로 공급된 배기가스는 냉각수와 열교환을 통해 적정 온도로 냉각되며, 배기가스와 열교환하여 온도가 증가한 냉각수는 냉각탑(3)에서 배출된 후 일련의 냉각과정을 거쳐 다시 냉각탑(3)으로 순환된다. 예를 들어, 냉각탑(3)에서 배출된 냉각수는 펌프(3a)에서 가압되고 열교환기(3b)에서 냉각매체와 열교환하여 냉각된 후 냉각탑(3)으로 순환될 수 있다. 냉각탑(3)에서 냉각된 배기가스는 데미스터(3c)에서 수분이 제거된 후 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급된다.

이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 냉각탑(3)으로부터 공급된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 무화(霧化) 또는 미립자화(微粒子化)하여 분사하며, 하우징(10), 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 제2 분사노즐(11b)을 포함한다. 하우징(10), 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 제2 분사노즐(11b)의 설명은 전술한 사항으로 대신한다. 패킹유닛(20), 분배기(30)를 차례로 통과하며 이산화탄소가 제거된 배기가스는 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 상부를 통해 외부로 배기될 수 있다. 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 이산화탄소가 흡수제에 흡수될 때 발열 반응이 일어나므로, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 상부에서 별도의 냉각 과정을 거친 후 배기될 수 있다. 예를 들어, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 상부에서 분사되는 청수 등의 냉각매체와 접촉하여 냉각된 후 데미스터(40)에서 수분이 제거된 후 배기될 수 있으며, 배기가스와 접촉한 냉각매체는 집수되어 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 외부로 배출된 후 가압 및 냉각 과정을 거쳐 다시 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 순환될 수 있다. 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 하우징(10) 하부에 모아져 공급라인(P3)을 통해 재생탑(2)으로 공급된다.

공급라인(P3)은 일단이 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 하부에 연결되고 타단이 재생탑(2) 상단에 연결되어, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑(2) 상부로 공급할 수 있다. 공급라인(P3) 상에는 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 가압하는 펌프(1a)와, 공급라인(P3)과 흡수제공급관(P2)을 열교환하는 열교환기(1b)가 설치될 수 있다. 열교환기(1b)는 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 배출된 약 40~50℃의 이산화탄소를 흡수한 흡수제를, 재생탑(2)에서 배출된 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제와 열교환하여 가열한다. 즉, 열교환기(1b)는 공급라인(P3)을 통해 재생탑(2)으로 공급되는 흡수제와, 흡수제공급관(P2)을 통해 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급되는 흡수제를 열교환하여, 재생탑(2)으로 공급되는 흡수제의 온도는 높이고 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급되는 흡수제의 온도는 낮춘다. 따라서, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에서 이산화탄소가 흡수제에 용이하게 흡수될 수 있고, 재생탑(2)에서 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 열교환기(1b)에서 가열된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생탑(2)으로 유입된다.

재생탑(2)은 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리한다. 보다 구체적으로, 열교환기(1b)에서 가열된 후 재생탑(2)의 상부로 공급된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는, 재생탑(2)의 상부에서 하부로 흐르면서 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리된다. 이 때, 재생탑(2) 내의 흡수제 중 일부는 순환라인(P4)을 통해 리보일러(4)로 유입되어 가열되며, 리보일러(4)의 가열에 의해 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기는 순환라인(P4)을 통해 재생탑(2)으로 공급되어 열에너지를 추가로 제공하면서 이산화탄소의 분리효율을 높일 수 있다. 전술한 바와 같이, 재생탑(2)으로 공급되는 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 열교환기(1b)에서 가열된 상태이고, 리보일러(4)에서 가열된 흡수제로부터 발생된 이산화탄소와 증기가 열에너지를 추가로 제공하므로, 이산화탄소가 흡수제로부터 용이하게 분리될 수 있다. 흡수제로부터 분리된 고농도의 이산화탄소는 데미스터(2c)에서 수분이 제거된 후 재생탑(2) 상부로 배출되어 응축기(2d)와 환류드럼(2e)을 차례로 통과하며 수분이 추가로 제거된다. 수분이 제거된 이산화탄소는 별도의 압축 과정을 거쳐 필요처에 공급되고, 이산화탄소로부터 분리된 수분은 펌프(2f)에서 가압되어 다시 재생탑(2)으로 순환된다.

한편, 재생탑(2)에는 흡수제공급관(P2)이 연결된다. 흡수제공급관(P2)은 재생탑(2)에서 배출되는 흡수제를 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급하는 관으로, 전술한 열교환기(1b)를 비롯하여 펌프(2a), 냉각기(2b)가 설치될 수 있다. 재생탑(2)에서 흡수제공급관(P2)으로 배출된 약 80~150℃의 이산화탄소가 분리된 흡수제는 열교환기(1b)에서 공급라인(P3)을 유동하는 흡수제와 열교환하여 1차로 냉각되고, 펌프(2a)에서 가압된 후 냉각기(2b)에서 2차로 냉각되어 약 30~50℃로 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에 공급될 수 있다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치(100)의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 5는 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이고, 도 6은 분배기의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 선박의 요동 시 분배기(30) 의 트레이(31) 상에 설치된 격벽부(32) 가 흡수제의 이동을 제한하는 역할을 하므로, 흡수제의 편류가 최소화될 수 있다. 흡수제의 편류가 최소화됨에 따라, 이산화탄소의 흡수율이 증가하여 배출 규제를 만족시킬 수 있고, 흡수율이 증가함에 따라 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)의 수직 방향 길이를 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있다.

도 5를 참조하면, 연소기관(E)에서 발생된 배기가스는 배기관(P1)을 따라 냉각탑(3)으로 공급되고, 냉각탑(3)은 배기가스에 냉각수를 분사하여 배기가스를 냉각시킨다. 배기가스와 열교환하여 온도가 증가한 냉각수는 냉각탑(3)에서 배출된 후 일련의 냉각과정을 거쳐 다시 냉각탑(3)으로 순환되고, 냉각수와 열교환하여 냉각된 배기가스는 배기관(P1)을 따라 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급된다.

이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급된 배기가스는 패킹유닛(20)을 통과하며 제1 분사노즐(11a)에서 분사되는 흡수제와 1차 기액 접촉하고, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 1차로 제거될 수 있다. 패킹유닛(20)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 하우징(10)의 하부에 모아져 공급라인(P3)을 통해 재생탑(2)으로 공급되고, 패킹유닛(20)에서 이산화탄소가 1차로 제거된 배기가스는 분배기(30)로 이동한다. 분배기(30)로 이동한 배기가스는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 트레이(31)의 유동홀(31a) 및 연장관(33)의 관통된 중앙을 차례로 통과하여 제2 분사노즐(11b)에서 분사되어 연장관(33)과 격벽부(32) 사이에 고인 흡수제와 2차 기액 접촉한 후 연통구(32b)를 통해 배출되어 격벽부(32) 외측으로 고인 흡수제와 3차 기액 접촉할 수 있다. 배기가스와 흡수제가 연속적으로 기액 접촉함에 따라, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 용이하게 제거될 수 있다. 이 때, 복수 개의 격벽부(32)가 수용공간(31b)을 구획하므로, 선박의 요동에 의해 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어지더라도 격벽부(32)가 흡수제의 이동을 제한하여 흡수제가 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어진 방향으로 편류되는 것을 최소화할 수 있다. 흡수제와 기액 접촉하여 이산화탄소가 제거된 배기가스는 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 상부에서 별도의 냉각 과정을 거친 후 대기 중에 배기될 수 있다.

한편, 공급라인(P3)으로 배출된 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 펌프(1a)에서 가압된 후 열교환기(1b)에서 흡수제공급관(P2)을 통해 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급되는 흡수제와 열교환하여 가열된 후 재생탑(2)으로 공급된다. 재생탑(2)으로 공급된 흡수제는 재생탑(2)의 상부에서 하부로 흐르면서 열에너지에 의해 이산화탄소가 분리되고, 이산화탄소가 분리된 흡수제 중 일부는 순환라인(P4)을 통해 리보일러(4)로 유입되어 가열된 후 다시 재생탑(2)으로 공급된다. 흡수제로부터 분리된 이산화탄소는 재생탑(2) 상부로 배출되어 응축기(2d)와 환류드럼(2e)을 차례로 통과하며 수분이 추가로 제거되고, 수분이 제거된 이산화탄소는 별도의 압축 과정을 거쳐 필요처에 공급된다. 이산화탄소가 분리된 흡수제 중 나머지 일부는 흡수제공급관(P2)을 통해 열교환기(1b), 펌프(2a), 냉각기(2b)를 차례로 통과하며 냉각된 후 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)으로 공급된다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 이산화탄소 포집용 흡수탑 2: 재생탑
3: 냉각탑 4: 리보일러
10: 하우징 10a: 가스유동로
11a: 제1 분사노즐 11b: 제2 분사노즐
20: 패킹유닛 30: 분배기
31: 트레이 31a: 유동홀
31b: 수용공간 311: 바닥부
312: 벽체부 32: 격벽부
32a: 유동공간 32b: 연통구
321: 수직부 322: 경사부
33: 연장관 40: 데미스터
100: 배기 오염물질 저감장치
E: 연소기관 P1: 배기관
P2: 흡수제공급관 P3: 공급라인
P4: 순환라인

Claims (5)

1. 연소기관에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 포집용 흡수탑에 있어서,
   상기 배기가스를 공급하는 배기관과, 상기 흡수제를 공급하는 흡수제공급관이 각각 연결되며, 상기 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로가 내부에 형성된 하우징;
   상기 가스유동로 상에 설치되며 다공성구조물을 포함하여 상기 배기가스와 상기 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛, 및
   상기 패킹유닛 상부의 상기 가스유동로 상에 설치되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀이 형성되어 상기 흡수제공급관으로부터 공급받은 상기 흡수제를 상기 패킹유닛에 분배하고 내부에 상기 흡수제가 채워지는 수용공간이 형성된 트레이와,
   상기 트레이 바닥으로부터 돌출 형성되며, 내부에 유동공간이 형성되어 적어도 2개 이상의 상기 유동홀을 덮으며 수용하고, 일 측에 상기 유동공간과 상기 수용공간을 연통하는 적어도 하나의 연통구가 형성된 격벽부를 포함하는 분배기(distributor)를 포함하되,
   상기 격벽부는,
   상기 트레이의 상면에 수직하게 결합되고 측면에 상기 연통구가 형성된 통 형상의 수직부와,
   상기 수직부 상단에 결합되어 상기 수직부를 덮되 상기 수직부로부터 중앙을 향해 상향으로 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
2. 제1 항에 있어서, 상기 분배기는,
   각각의 상기 유동홀로부터 상기 유동공간으로 연장된 복수 개의 연장관을 더 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 격벽부는, 복수 개로 이루어져 상기 수용공간을 구획하되 인접한 격벽부와 서로 이격 배치되어 상기 수용공간 내부에 상기 흡수제가 이동하는 이동로를 형성하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 격벽부는, 동일 직선 또는 동일 곡선 또는 동일 지그재그선 상에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
5. 제3 항에 있어서,
   상기 격벽부는, 동일 직선, 동일 곡선, 동일 지그재그선 중 적어도 2개에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.