KR20110113095A - Co2 collecting apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이산화탄소 회수장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 배기 가스와 흡수제를 접촉시켜 배기 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수기; 상기 흡수기로부터 배출된 흡수제를 가열하여 이산화탄소를 분리하는 재생기; 상기 재생기로부터 배출된 저농도의 흡수제 및 물을 가열하여 이를 재생기에 재공급하는 가열기;를 포함하는 이산화탄소 회수장치로서, 상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체를 열원으로 하여 작동되는 흡수식 히트펌프; 및 상기 가열기와 상기 흡수식 히트펌프 사이에서 열전달 매체를 순환시키는 순환 유닛;을 추가적으로 포함하여, 상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체로부터 상기 가열기로 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치가 제공된다.The present invention relates to a carbon dioxide recovery apparatus, according to an aspect of the present invention, the absorber for absorbing carbon dioxide from the exhaust gas by contacting the exhaust gas and the absorbent; A regenerator for separating carbon dioxide by heating the absorbent discharged from the absorber; A carbon dioxide recovery device comprising: an absorption heat pump operated by using a mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator as a heat source; And a circulation unit for circulating a heat transfer medium between the heater and the absorption heat pump, wherein the carbon dioxide recovery device supplies heat from the mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator to the heater. Is provided.
Description
본 발명은 이산화탄소 회수장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 회수하여 대기 중으로 방출되는 이산화탄소의 량을 최소화하기 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide recovery apparatus, and more particularly, to an apparatus for minimizing the amount of carbon dioxide emitted to the atmosphere by recovering carbon dioxide contained in the exhaust gas.
최근 대기 중 이산화탄소 증가에 따른 지구온난화는 인류가 해결하여야 할 중요한 환경문제 중에 하나이다. 이런 이산화탄소는 화석연료 연소 시에 대량으로 배출되며, 화력 발전소 또는 제철소와 같은 경우에 특히 문제가 된다. 따라서 화석연료를 연소한 후에 발생한 배기가스 중에서 이산화탄소만을 분리하여 제거하는 기술이 개발되고 있으며, 이미 개발된 이산화탄소분리기술로는 크게 흡수법, 흡착법, 심냉법, 막분리법이 있다.Global warming due to the recent increase in carbon dioxide in the atmosphere is one of the important environmental problems that humanity must solve. This carbon dioxide is emitted in large quantities during the burning of fossil fuels, which is particularly problematic in the case of thermal power plants or steel mills. Therefore, a technology for separating and removing only carbon dioxide from exhaust gases generated after burning fossil fuels has been developed, and the already developed carbon dioxide separation techniques include absorption, adsorption, deep cooling, and membrane separation.
그 중에서 흡수법은 이산화탄소를 포함하고 있는 연소 또는 공정가스와 이산화탄소를 흡수할 수 있는 각종 용액(흡수제)을 접촉시켜 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 방법으로서, 흡수법과 흡착법의 구분은 대상물질이 화학적으로 반응하느냐 아니면 물리적인 힘에 의해 대상물질이 흡착되느냐에 따라 구분된다.Among them, absorption is a method of selectively separating carbon dioxide by contacting combustion or process gas containing carbon dioxide with various solutions (absorbents) capable of absorbing carbon dioxide. Or whether the target material is adsorbed by physical force.
흡수법 중에 상용화된 기술로서는 도 1에 도시된 바와 같은 공정을 갖는 습식아민법이 있다. 습식아민법은 연소 배가스 중에 포함된 이산화탄소를 회수하는 방법으로서, 아민계 흡수제를 사용한다. 최초의 상업용 설비는 'Dow Chemical사'에서 1982년 "Gas Spec FT-1"이라 불리는 공정에 적용하여 건설하였는데, "Gas Spec FT-1"은 흡수제로 알칸올아민과 부식방지제의 혼합용액을 이용하여 산소에 대한 열화를 줄이고, 이산화탄소흡수 능력을 증가시킨 특징을 보인다. 대표적인 기업으로 "Fluor Daniel사"와 미국의 "ABB Lummus"에서 흡수법을 이용한 이산화탄소분리공정을 개발하고 있다.As a technique commercialized in the absorption method, there is a wet amine method having a process as shown in FIG. The wet amine method is a method of recovering carbon dioxide contained in the combustion flue gas and uses an amine-based absorbent. The first commercial facility was built by Dow Chemical in 1982 using a process called "Gas Spec FT-1." The "Gas Spec FT-1" uses a mixture of alkanolamine and corrosion inhibitor as an absorbent. By reducing the deterioration to oxygen, it shows a feature that increased the ability to absorb carbon dioxide. Representative companies "Fluor Daniel" and "ABB Lummus" of the United States are developing carbon dioxide separation process using absorption method.
종래의 습식아민법은 액체상태의 흡수제로서, 16%의 모노에탄올아민(이하에서는 'MEA'라함) 수용액을 사용하며, 하기의 화학식 1과 같은 화학반응을 통해 이산화탄소를 흡수한다. 여기서, 반응의 지배요소는 온도이며, 40℃에서 이산화탄소 흡수반응(정반응)을 하고, 108℃에서 탈이산화탄소 반응(역반응)을 한다.The conventional wet amine method uses a 16% aqueous solution of monoethanolamine (hereinafter referred to as 'MEA') as a liquid absorbent and absorbs carbon dioxide through a chemical reaction as shown in Chemical Formula 1 below. Here, the dominant element of the reaction is the temperature, carbon dioxide absorption reaction (forward reaction) at 40 ℃ and decarbon dioxide reaction (reverse reaction) at 108 ℃.
이와 같은 습식아민법을 이용한 공정을 도 1에 개략적으로 도시하였다. 도 1을 참조하면, 생성된 배기가스는 블로워(10)에 의해 흡수기(20)로 유입된다. 상기 흡수기(20)의 내부로는 희박 농도의 흡수제가 지속적으로 분사되고 있으므로 유입된 배기가스 중에 포함된 이산화탄소는 상기 흡수제에 의해 흡수되어 배기가스로부터 제거되고, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 상기 흡수기(20)로부터 대기 중으로 배출된다.The process using the wet amine method is schematically illustrated in FIG. 1. Referring to FIG. 1, the generated exhaust gas is introduced into the
한편, 상기 흡수기(20)로부터 이산화탄소를 흡수한 고농도의 흡수제는 펌(프22)에 의해서 재생기(30)로 유입된다. 상기 재생기(30)의 내부로는 인접하여 배치되는 가열기(40)에 의해 가열된 고온의 흡수제가 공급되고, 이렇게 공급된 열 에너지에 의해서 흡수제에 흡수되었던 이산화탄소 및 증기는 상기 재생기(30)로부터 배출된다. 그리고, 상기 재생기(30)의 하부로는 이산화탄소가 제거된 저농도의 흡수제가 배출된다. 이렇게 배출되는 흡수제의 일부는 상기 가열기(40)측으로 공급되고 나머지 일부는 펌프(32)에 의해 상기 흡수기(20)로 재공급된다.On the other hand, the high concentration absorbent absorbing carbon dioxide from the
그리고, 상기 재생기(30)로부터 배출된 이산화탄소와 증기의 혼합기체는 응축기(50)로 공급되어 냉각되고, 이로 인해 혼합기체 중에 포함된 증기가 액화하여 이산화탄소만이 상기 응축기(50)로부터 배출되고, 액화된 물은 상기 흡수기(20)로 공급되어 저농도의 흡수제와 혼합되어 상기 흡수기(20)로 재공급된다.Then, the mixed gas of carbon dioxide and steam discharged from the
상기 응축기(50)를 통과한 기체상태의 이산화탄소는 압축기(60)에 의해 고압으로 압축되어 별도의 장소에 보관되어 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 분리 후 농축하여 보관할 수 있게 된다. 한편, 상기 흡수기(20)를 통과한 저온의 흡수제와 상기 재생기(30)를 통과한 상대적으로 고온인 흡수제는 현열 교환기(70) 내에서 열 교환되어 에너지 소모를 줄일 수 있도록 구성되어 있다.The gaseous carbon dioxide passing through the
상기와 같은 구성을 갖는 종래의 이산화탄소 회수장치를 구동하기 위해 필요한 대부분의 에너지는 상기 재생기(30)로 고온의 흡수제 및 증기를 공급하기 위한 가열기(40)에서 소모되게 된다. 상기 가열기(40)에 의해 공급된 열 에너지는 상기 재생기(30) 내부에서 이산화탄소의 분리반응에 소모되는 것 외에도 혼합되어 있는 물의 증발에도 상당량이 소모되게 된다. 조사 결과 공급된 열 에너지의 30 ~ 70%가 수증기의 증발에 소요되는 것으로 확인되었다.Most of the energy required to drive the conventional carbon dioxide recovery device having the above configuration is consumed in the
화력 발전소의 경우 일반적으로는 스팀 터빈의 저압단에서 흡수제의 재생온도(100 ~ 140℃) 이상의 스팀을 추기하여 상기 가열기(40)로 공급하게 되지만, 소요되는 열량이 증가할수록 추기되는 스팀의 양도 증가하여야 하며, 이는 발전전력의 감소 및 발전효율의 감소로 이어지는 문제가 있다.In the case of a thermal power plant, steam is generally supplied at the low pressure stage of the steam turbine at a temperature higher than the regeneration temperature (100 to 140 ° C.) of the absorbent to be supplied to the
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 흡수제의 재생에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 이산화탄소 회수장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.The present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, the technical problem is to provide a carbon dioxide recovery apparatus that can minimize the energy required to regenerate the absorbent.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 배기 가스와 흡수제를 접촉시켜 배기 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 흡수기; 상기 흡수기로부터 배출된 흡수제를 가열하여 이산화탄소를 분리하는 재생기; 상기 재생기로부터 배출된 저농도의 흡수제 및 물을 가열하여 이를 재생기에 재공급하는 가열기;를 포함하는 이산화탄소 회수장치로서, 상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체를 열원으로 하여 작동되는 흡수식 히트펌프; 및 상기 가열기와 상기 흡수식 히트펌프 사이에서 열전달 매체를 순환시키는 순환 유닛;을 추가적으로 포함하여, 상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체로부터 상기 가열기로 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the absorber for absorbing carbon dioxide from the exhaust gas in contact with the exhaust gas and the absorbent; A regenerator for separating carbon dioxide by heating the absorbent discharged from the absorber; A carbon dioxide recovery device comprising: an absorption heat pump operated by using a mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator as a heat source; And a circulation unit for circulating a heat transfer medium between the heater and the absorption heat pump, wherein the carbon dioxide recovery device supplies heat from the mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator to the heater. Is provided.
즉, 본 발명의 상기 측면에 의하면, 재생기를 통해서 배출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체(이하, '혼합기체'라 한다)가 갖는 열량을 히트펌프를 이용하여 가열기 측으로 전달함으로써 대기 중으로 배출되어 버려지는 열량을 활용할 수 있어 가열기에서 소모하게 되는 열량을 줄일 수 있게 된다. 이때, 상기 히트펌프로서는 수증기를 흡수하거나 배출하면서 열을 이동시키는 흡수제를 사용하여 작동되는 흡수식 히트펌프를 사용하게 되며, 상기 흡수제로는 리튬브로마이드 수용액을 이용할 수 있다.That is, according to the above aspect of the present invention, the heat of the mixed gas (hereinafter referred to as 'mixed gas') of the carbon dioxide and water vapor discharged through the regenerator is transferred to the heater side by using a heat pump is discharged to the atmosphere The heat can be utilized to reduce the heat consumed by the heater. In this case, as the heat pump, an absorption type heat pump operated using an absorbent for moving heat while absorbing or discharging water vapor may be used, and the aqueous solution of lithium bromide may be used as the absorbent.
한편, 상기 혼합기체는 상기 히트펌프를 통과하는 과정에서 열량을 외부로 전달함에 따라서 포함된 수증기가 응축되어 응축수를 생성하게 되며, 이렇게 생성된 응축수를 상기 흡수기로 재공급하는 응축수관을 추가적으로 포함할 수 있다.On the other hand, the mixed gas is condensed to produce the condensed water by passing the heat amount in the process of passing the heat pump to the outside, the condensed water pipe for supplying the condensed water to the absorber additionally Can be.
한편, 상기 흡수식 히트펌프는 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 희용액을 농용액과 냉매 증기로 분리하는 발생기; 상기 발생기에서 발생된 냉매 증기를 응축시키는 응축기; 상기 응축기로부터 공급되는 응축 냉매를 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 증발시키는 증발기; 및 상기 증발기에서 생성된 냉매 증기를 상기 리튬브로마이드 수용액의 농용액에 흡수시켜 희용액을 생성함과 동시에 냉매 증기가 상기 리튬브로마이드 수용액으로 흡수되면서 생성되는 열에 의해 상기 순환 유닛 내부를 순환하는 열전달 매체를 가열하는 냉매 흡수기;를 포함할 수 있다.On the other hand, the absorption heat pump includes a generator for separating the rare solution of the lithium bromide aqueous solution into the concentrated solution and the refrigerant vapor by the heat transferred from the mixed gas; A condenser for condensing the refrigerant vapor generated in the generator; An evaporator for evaporating the condensation refrigerant supplied from the condenser by heat transferred from the mixed gas; And a heat transfer medium circulating inside the circulation unit by heat generated by absorbing the refrigerant vapor generated by the evaporator into the concentrated solution of the lithium bromide aqueous solution and absorbing the refrigerant vapor into the lithium bromide aqueous solution. It may include a refrigerant absorber for heating.
여기서, 상기 발생기와 상기 냉매 흡수기 사이를 연결하는 농용액 배관과 희용액 배관을 포함하며, 상기 농용액 배관과 희용액 배관 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 현열 교환기가 추가적으로 포함될 수 있다.Here, a concentrated solution pipe and a rare solution pipe connecting the generator and the refrigerant absorber, and may include additional sensible heat exchanger to perform heat exchange between the concentrated solution pipe and the rare solution pipe.
그리고, 상기 발생기와 응축기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획될 수 있다. 또한, 상기 증발기와 상기 냉매 흡수기도 기액분리판에 의해 구획될 수 있다.The generator and the condenser may be partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes. In addition, the evaporator and the refrigerant absorber may also be partitioned by a gas-liquid separator.
그리고, 상기 재생기는 상기 이산화탄소 및 수증기의 혼합기체를 토출하는 혼합기체 토출관을 포함하고, 상기 혼합기체 토출관은 분지되어 상기 발생기 및 상기 증발기 내측을 통과하도록 하여 상기 흡수식 히트펌프의 열원으로서 작동하도록 할 수 있다.The regenerator includes a mixed gas discharge tube for discharging the mixed gas of the carbon dioxide and water vapor, and the mixed gas discharge tube is branched to pass through the generator and the evaporator to operate as a heat source of the absorption heat pump. can do.
또한, 상기 발생기의 내부에는 상기 혼합기체 토출관의 표면에 리튬브로마이드 희용액을 분사하는 희용액 분사노즐이 구비될 수 있다.In addition, the inside of the generator may be provided with a rare-solution injection nozzle for injecting a lithium bromide dilute solution on the surface of the mixed gas discharge tube.
또한, 상기 냉매 흡수기의 내부에는 상기 순환 유닛의 표면에 농용액을 분사하는 농용액 분사노즐이 구비될 수 있다.In addition, the inside of the refrigerant absorber may be provided with a concentrated solution injection nozzle for injecting a concentrated solution on the surface of the circulation unit.
또한, 상기 순환 유닛은 상기 가열기와 상기 냉매 흡수기 사이에서 연장되는 순환 유로; 및 상기 순환 유로 내에서 열전달 매체가 순환하도록 하는 펌프;를 포함할 수 있다.The circulation unit may further include a circulation passage extending between the heater and the refrigerant absorber; And a pump to circulate a heat transfer medium in the circulation passage.
그리고, 상기 흡수식 히트펌프는 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 중용액을 농용액과 냉매 증기로 분리하는 제1 발생기; 상기 제1 발생기에 의해 생성되는 냉매 증기로부터의 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 희용액을 중용액과 냉매 증기로 분리하는 제2 발생기; 상기 제1 및 제2 발생기에서 발생된 냉매 증기를 응축시키는 응축기; 상기 응축기로부터 공급되는 응축 냉매를 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 증발시키는 증발기; 및 상기 증발기에서 생성된 냉매 증기를 상기 리튬브로마이드 수용액의 농용액에 흡수시켜 희용액을 생성함과 동시에 냉매 증기가 상기 리튬브로마이드 수용액으로 흡수되면서 생성되는 열에 의해 상기 순환 유닛 내부를 순환하는 열전달 매체를 가열하는 냉매 흡수기;를 포함할 수 있다.The absorption heat pump may further include a first generator for separating a heavy solution of an aqueous lithium bromide solution into a concentrated solution and a refrigerant vapor by heat transferred from the mixed gas; A second generator for separating the rare solution of the lithium bromide aqueous solution into a heavy solution and a refrigerant vapor by heat from the refrigerant vapor generated by the first generator; A condenser to condense the refrigerant vapor generated in the first and second generators; An evaporator for evaporating the condensation refrigerant supplied from the condenser by heat transferred from the mixed gas; And a heat transfer medium circulating inside the circulation unit by heat generated by absorbing the refrigerant vapor generated by the evaporator into the concentrated solution of the lithium bromide aqueous solution and absorbing the refrigerant vapor into the lithium bromide aqueous solution. It may include a refrigerant absorber for heating.
이를 통해서, 상기 흡수식 히트펌프에서 재생기로부터 토출된 혼합가스의 열 에너지를 제1 및 제2 발생기를 통해서 2단계에 걸쳐서 추출하여 냉매 증기를 발생시키도록 함으로써 효율을 더욱 개선할 수 있게 된다.Through this, the heat energy of the mixed gas discharged from the regenerator in the absorption heat pump can be extracted in two stages through the first and second generators to generate the refrigerant vapor, thereby further improving the efficiency.
이때, 상기 제2 발생기로부터 제1 발생기로 중용액을 공급하는 중용액 배관, 상기 제1 발생기로루터 냉매 흡수기로 농용액을 공급하는 농용액 배관 및 상기 냉매 흡수기로부터 상기 제2 발생기로 희용액을 공급하는 희용액 배관을 포함하며, 상기 중용액 배관과 희용액 배관 사이 및 상기 농용액 배관과 희용액 배관 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 제1 및 제2 현열 교환기가 추가적으로 포함될 수 있다.At this time, the heavy solution pipe for supplying the heavy solution from the second generator to the first generator, the concentrated solution pipe for supplying the concentrated solution from the second generator to the router refrigerant absorber and the rare solution from the refrigerant absorber to the second generator And a first solution and a second sensible heat exchanger for supplying heat exchange between the heavy solution pipe and the rare solution pipe and between the concentrated solution pipe and the rare solution pipe.
그리고, 상기 제2 발생기와 응축기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획될 수 있고, 상기 증발기와 상기 냉매 흡수기도 기액분리판에 의해 구획될 수 있다.The second generator and the condenser may be partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes, and the evaporator and the refrigerant absorber may be partitioned by a gas-liquid separator.
아울러, 상기 재생기는 상기 이산화탄소 및 수증기의 혼합기체를 토출하는 혼합기체 토출관을 포함하고, 상기 혼합기체 토출관은 분지되어 상기 제1 발생기 및 상기 증발기 내측을 통과하도록 할 수 있다.In addition, the regenerator may include a mixed gas discharge tube for discharging the mixed gas of carbon dioxide and water vapor, and the mixed gas discharge tube may be branched to pass through the first generator and the evaporator.
또한, 상기 제1 발생기의 내부에는 상기 혼합기체 토출관의 표면에 리튬브로마이드 중용액을 분사하는 중용액 분사노즐이 구비될 수 있고, 상기 냉매 흡수기의 내부에 상기 순환 유닛의 표면에 농용액을 분사하는 농용액 분사노즐이 구비될 수 있다.In addition, the first generator may be provided with a heavy solution injection nozzle for injecting a lithium bromide heavy solution on the surface of the mixed gas discharge pipe, and spraying the concentrated solution on the surface of the circulation unit in the refrigerant absorber A concentrated liquid injection nozzle may be provided.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 이산화탄소를 흡수한 흡수제 수용액을 재생함에 있어서 공급되어야 할 열량을 최소화할 수 있으므로 이탄화탄소 회수장치의 운용비용을 절감할 수 있게 된다.According to aspects of the present invention having the configuration as described above, it is possible to minimize the amount of heat to be supplied in regenerating the absorbent aqueous solution absorbing carbon dioxide can reduce the operating cost of the carbon dioxide recovery apparatus.
도 1은 종래의 일반적인 이산화탄소 회수장치의 일 예를 도시한 계통도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 제1 실시예를 도시한 계통도이다.
도 3은 도 2에 도시된 실시예 중 흡수식 히트펌프 부분을 확대하여 도시한 계통도이다.
도 4는 도 2에 도시된 실시예 중 흡수식 히트펌프의 작동상태를 도시한 선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 제2 실시예를 도시한 계통도이다.
도 6은 도 5에 도시된 실시예 중 흡수식 히트펌프 부분을 확대하여 도시한 계통도이다.
도 7은 도 5에 도시된 실시예 중 흡수식 히트펌프의 작동상태를 도시한 선도이다.1 is a system diagram showing an example of a conventional general carbon dioxide recovery apparatus.
2 is a system diagram showing a first embodiment of a carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged schematic diagram of an absorption heat pump part of the embodiment shown in FIG. 2.
4 is a diagram showing an operating state of the absorption heat pump of the embodiment shown in FIG.
5 is a system diagram showing a second embodiment of a carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is an enlarged schematic diagram of an absorption heat pump part of the embodiment illustrated in FIG. 5.
FIG. 7 is a diagram illustrating an operating state of the absorption heat pump in the embodiment illustrated in FIG. 5.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 제1 실시예를 도시한 계통도이고, 도 3은 상기 도 2에 도시된 흡수식 히트펌프를 확대하여 도시한 계통도이다. 참고로, 이하의 설명에 있어서 상기 도 1에 도시된 구성과 유사한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 도 2를 참조하면, 상기 재생기(30)의 출구단 측과 인접하여 발생기(100), 응축기(120), 증발기(140) 및 냉매 흡수기(160)를 포함하는 흡수식 히트펌프가 구비되어 있다.Figure 2 is a schematic diagram showing a first embodiment of the carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing an enlarged absorption type heat pump shown in FIG. For reference, in the following description, components similar to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions thereof will be omitted. 2, an absorption heat pump including a
상기 흡수식 히트펌프의 작동에 필요한 열 에너지는 상기 재생기(30)로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체로부터 제공된다. 구체적으로서, 상기 재생기(30)의 토출관(34)은 상기 발생기(100)와 증발기(140)로 각각 분지되는 제1 분지관(34a) 및 제2 분지관(34b)을 포함하고 있고, 상기 각각의 분지관들은 상기 발생기(100)와 증발기(140)의 내부 공간을 지그재그 형태로 통과하도록 구성되어 있다.Thermal energy required for the operation of the absorption heat pump is provided from a mixture of carbon dioxide and water vapor discharged from the
이렇게 상기 토출관(34)에 의해 흡수된 열 에너지는 상기 흡수식 히트펌프의 작동의 결과로 인해서 상기 냉매 흡수기(160) 측으로 이동되고, 이는 상기 냉매 흡수기(160)와 상기 가열기(40) 사이에 설치되는 순환 유닛(170)에 의해 가열기(40)로 공급되어 재생기(30)의 작동에 필요한 열 에너지를 공급할 수 있도록 하고 있다. 여기서, 상기 순환 유닛(170)은 상기 냉매 흡수기(160)와 상기 가열기(40) 사이에서 열전달 매체, 즉 물이 순환할 수 있도록 설치되는 순환 유로(172) 및 상기 순환 유로(172) 내의 물을 펌핑하기 위한 펌프(174)를 포함하고 있다.The heat energy absorbed by the
한편, 상기 토출관(34) 내의 혼합기체는 상기 흡수식 히트펌프 측으로 열을 전달하면서 냉각되게 되고, 그 과정에서 혼합기체 내에 포함되어 있는 수증기가 응축되어 응축수가 생성되게 된다. 이때, 상기 응축수는 응축수관(36)을 통해서 상기 흡수기(20)측으로 재공급되고, 기체 상태인 이산화탄소는 이산화탄소관(38)을 통해서 압축기(60) 측으로 공급된다.Meanwhile, the mixed gas in the
한편, 상기 흡수식 히트펌프의 발생기(100)와 응축기(120)는 기액 분리판(110)에 의해 서로 구획되어 있다. 상기 기액 분리판은 후술할 희용액 노즐(104)을 통해서 분사된 희용액은 통과하지 못하고, 희용액으로부터 증발된 수증기만이 통과할 수 있도록 한다. 즉, 상기 발생기(100)의 내측으로는 상기 냉매 흡수기(160) 저면에 저장되는 희용액이 희용액 공급관(102)을 통해서 공급된 후 희용액 분사노즐(104)을 통해서 분사된다. 이때, 분사된 희용액은 상기 제1 분지관(34a)의 표면으로 분사되고, 제1 분지관(34a) 내를 흐르는 혼합기체(대략 100℃)의 열에 의해서 희용액 내에 포함된 냉매로서의 물이 증발하여 수증기가 생성되게 된다.On the other hand, the
이렇게 생성된 수증기는 상기 기액 분리판(110)을 통과하여 응축기(120) 측으로 전달되고, 수분의 증발에 의해 희용액의 농도가 증가하여 농용액이 생성된다. 도 4는 상기 흡수식 히트펌프에서의 리튬브로마이드 수용액의 상태를 도시한 듀링선도로서, 상기 발생기(100)에서는 상기 리튬브로마이드 수용액은 지점 1에서 지점 2로 이동하면서 농용액이 된다. 이렇게 생성된 농용액은 상기 발생기(100)의 저면에 일시적으로 저장된 후 농용액 배관(162)을 통해서 상기 냉매 흡수기(160)로 공급된다.The water vapor generated in this way is passed to the
한편, 상기 기액 분리판(110)을 통과하여 응축기(120)로 공급된 수증기는 상기 응축기(120) 내부를 통과하는 냉각수관(122)에 의해 냉각 및 응축되고, 이로 인해 상기 응축기(120)의 저면에는 응축수가 일시적으로 저장되게 된다. 이렇게 저장된 응축수는 냉매 공급관(124)을 통해서 상기 증발기(140) 측으로 공급되고, 냉매 분사노즐(142)에 의해 분사되게 된다. 이때, 상기 증발기(140)의 내부로는 상기 제2 분지관(34b)이 통과하고 있으므로 제2 분지관(34b) 내를 흐르는 혼합기체의 열 에너지에 의해 분사된 응축수가 증발되어 수증기가 생성된다.Meanwhile, the water vapor supplied to the
이렇게 생성된 수증기는 기액 분리판(130)을 통과하여 상기 냉매 흡수기(160)으로 이동한다. 한편, 상술한 바와 같이, 상기 냉매 흡수기(160)의 내부에는 농용액이 농용액 분사노즐(164)을 통해서 분사되고 있으므로, 이동된 수증기는 상기 농용액과 접촉하여 흡수되게 된다. 이로 인해, 상기 리튬브로마이드 수용액은 흡수된 수증기의 양만큼 희석되어 희용액이 되고, 상기 희용액 공급관(102)을 통해서 상기 발생기(100)로 공급되게 된다. 아울러, 상기 희용액 공급관(102)과 농용액 공급관(162)의 사이에는 현열 교환기(150)가 설치되어 양자 사이에서 열 교환이 이루어지도록 하고 이를 통해 장치의 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.The water vapor thus generated passes through the gas-
다시 도 4를 참조하여 설명하면, 상기 농용도의 리튬브로마이드 수용액은 상기 현열 교환기(150)를 통과하면서 온도가 상승하여, 지점 2에서 지점 3으로 이동하게 되고, 수증기의 흡수 과정에서 희석되어 희용액이 되면서 지점 4로 이동하게 된다. 그 후, 희용액은 상기 현열교환기(150)에 의하여 냉각되어 지점 1로 복귀하게 된다.Referring back to FIG. 4, the concentrated lithium bromide aqueous solution has a temperature increase while passing through the
한편, 상기 농용액의 흡수제가 수증기를 흡수하는 과정에서 생성되는 열로 인해서 상기 냉매 흡수기(160)의 내부 온도는 고온(약 120℃)이 되고, 이로 인해 상기 순환 유로(172) 내를 흐르는 물은 상기 순환 유로(172)의 내에서 기화하여 수증기 상태로 상기 가열기(40)로 공급되게 된다. 따라서, 상기 흡수식 히트펌프에 의해서 공급되는 열량만큼 상기 가열기(40)에서 소모되는 열량이 줄어들게 된다.
On the other hand, the internal temperature of the
도 5는 본 발명에 따른 이산화탄소 회수장치의 제2 실시예를 도시한 계통도이다. 상기 제2 실시예는 상기 흡수식 히트펌프에서 제1 및 제2 발생기(200, 220)를 포함하도록 구성한 점에서 제1 실시예와 차이를 갖는다.5 is a system diagram showing a second embodiment of a carbon dioxide recovery apparatus according to the present invention. The second embodiment differs from the first embodiment in that the absorption heat pump is configured to include the first and
즉, 상기 제1 분지관(34a)은 상기 제1 발생기(200)의 내부를 통과하도록 구성되어 있다. 상기 제1 발생기(200)의 내부에는 상기 응축기(120)와 기액분리판(110)에 의해 구획되는 제2 발생기(220)로부터 공급되는 중농도의 리튬브로마이드 수용액(이하, '중용액'이라 한다)이 분사되는 중용액 분사노즐(204)이 설치되고, 상기 중용액 분사노즐(204)은 상기 제2 발생기(220)와 연결되는 중용액 배관(202)과 연결되어 중용액을 공급받게 된다.That is, the
또한, 상기 제1 발생기(200)와 상기 응축기(120)의 사이에는 수증기 공급관(210)이 설치되어 상기 제1 발생기(200) 내에서 생성된 수증기가 상기 응축기(120)로 공급되도록 한다. 다만, 상기 수증기 공급관(210)은 상기 제2 발생기(220)의 내부를 통과하면서, 상기 제2 발생기(220)의 내부로 열을 공급하도록 구성되며, 이로 인해서 상기 수증기 공급관(210) 내의 수증기는 상기 제2 발생기(220)를 거치면서 응축되어, 실제로는 상기 응축기(120)에 응축수로서 공급된다.In addition, a
한편, 상기 제1 발생기(200)와 상기 냉매 흡수기(160)의 사이에는 농용액 배관(206)이 설치되고, 상기 농용액 배관(208)의 단부, 즉 상기 냉매 흡수기(160)의 내부에는 농용액을 상기 냉매 흡수기(160) 내부로 공급하는 농용액 분사노즐(208)이 설치된다. 아울러, 상기 제2 발생기(220)와 상기 냉매 흡수기(160)의 사이에는 냉매 흡수기(160)의 내부에 일시적으로 저장되는 희용액이 흐르게 되는 희용액 배관(222)이 설치되고, 상기 희용액 배관(222)의 단부, 즉 상기 제2 발생기(220)의 내부에는 희용액 분사노즐(224)이 설치된다.Meanwhile, a
또한, 상기 중용액 배관(202)과 상기 희용액 배관(222)의 사이에 제1 현열 교환기(240)가 설치되고, 상기 농용액 배관(206)과 상기 희용액 배관(222)의 사이에는 제2 현열 교환기(250)가 설치된다.In addition, a first
이제, 도 7을 참조하여 상기 제2 실시예의 작동에 대해서 설명한다.Now, operation of the second embodiment will be described with reference to FIG.
도 7에서 지점 1은 상기 제2 발생기(220) 내부에서의 리튬브로마이드 수용액의 상태에 해당되는 것으로서, 상기 제2 발생기(220)의 내부를 통과하는 수증기로부터 열을 공급받아 수용액 내부에 포함된 수분이 증발하면서 상기 응축기(120)로 이동하게 된다. 이때, 수분 함유량이 낮아지면서 상기 중용액의 농도는 점차적으로 증가하게 되는데, 이때, 상기 수증기 공급관(210) 내의 수증기 온도와 평형을 이루는 온도(지점 2)까지 농도는 증가하게 된다.In FIG. 7,
이렇게 생성된 중용액은 상기 제1 현열 교환기(240)를 거치면서 지점 2' 상태로 변경되고, 상기 제1 발생기(200)의 내부에서 상기 제1 분지관(34a)으로부터 공급받은 열에 의해 수분이 증발하면서 지점 2"까지 농도가 증가하게 된다. 이때, 상기 농도는 상기 리튬브로마이드 수용액의 온도가 상기 제1 분지관(34a) 내의 혼합기체의 온도와 평형을 이룰 때까지 증가하게 되며, 농용액이 된다.The generated heavy solution is changed to the point 2 'state while passing through the first
이렇게 형성된 농용액은 상기 제2 현열 교환기(250)를 거치면서 지점 3까지 온도가 상승된 상태에서 상기 냉매 흡수기(160)로 공급되게 된다. 상기 냉매 흡수기(160) 내에서는 상기 증발기(140)로부터 공급된 증기를 흡수하면서 열 에너지를 상기 냉매 흡수기(160) 내부로 방출하면서 지점 4로 이동하고, 상기 제1 및 제2 현열 교환기를 거치면서 상기 지점 1의 상태로 상기 제2 발생기(220)로 복귀하게 된다.The concentrated solution thus formed is supplied to the
상기 제2 실시예에서는 제1 실시예에 비해서 2단계에 걸쳐서 열량을 흡수하게 되므로 보다 높은 효율을 기대할 수 있다.In the second embodiment, since heat is absorbed in two steps compared with the first embodiment, higher efficiency can be expected.
Claims (17)
상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체를 열원으로 하여 작동되는 흡수식 히트펌프; 및
상기 가열기와 상기 흡수식 히트펌프 사이에서 열전달 매체를 순환시키는 순환 유닛;을 추가적으로 포함하여, 상기 재생기로부터 토출되는 이산화탄소와 수증기의 혼합기체로부터 상기 가열기로 열을 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.An absorber for contacting the exhaust gas with the absorbent to absorb carbon dioxide from the exhaust gas; A regenerator for separating carbon dioxide by heating the absorbent discharged from the absorber; A carbon dioxide recovery apparatus comprising: a heater for heating a low concentration of absorbent and water discharged from the regenerator and resupplying it to the regenerator.
An absorption heat pump operated using a mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator as a heat source; And
And a circulation unit for circulating a heat transfer medium between the heater and the absorption heat pump, wherein the carbon dioxide recovery apparatus supplies heat from the mixed gas of carbon dioxide and water vapor discharged from the regenerator to the heater.
상기 흡수식 히트펌프를 통과하면서 혼합기체로부터 응축되는 응축수를 상기 흡수기로 재공급하는 응축수관을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 1,
And a condensate tube for supplying condensate condensed from the mixed gas to the absorber while passing through the absorption heat pump.
상기 흡수식 히트펌프는,
상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 희용액을 농용액과 냉매 증기로 분리하는 발생기;
상기 발생기에서 발생된 냉매 증기를 응축시키는 응축기;
상기 응축기로부터 공급되는 응축 냉매를 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 증발시키는 증발기; 및
상기 증발기에서 생성된 냉매 증기를 상기 리튬브로마이드 수용액의 농용액에 흡수시켜 희용액을 생성함과 동시에 냉매 증기가 상기 리튬브로마이드 수용액으로 흡수되면서 생성되는 열에 의해 상기 순환 유닛 내부를 순환하는 열전달 매체를 가열하는 냉매 흡수기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 1,
The absorption heat pump,
A generator for separating the rare solution of the lithium bromide aqueous solution into the concentrated solution and the refrigerant vapor by the heat transferred from the mixed gas;
A condenser for condensing the refrigerant vapor generated in the generator;
An evaporator for evaporating the condensation refrigerant supplied from the condenser by heat transferred from the mixed gas; And
The refrigerant vapor generated in the evaporator is absorbed into the concentrated solution of the lithium bromide aqueous solution to generate a rare solution, and at the same time, a heat transfer medium circulating inside the circulation unit by heat generated while the refrigerant vapor is absorbed into the lithium bromide aqueous solution. Carbon dioxide recovery apparatus comprising a; refrigerant absorber.
상기 발생기와 상기 냉매 흡수기 사이를 연결하는 농용액 배관과 희용액 배관을 포함하며,
상기 농용액 배관과 희용액 배관 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 현열 교환기가 추가적으로 포함되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
It includes a concentrated liquid pipe and a rare liquid pipe connecting between the generator and the refrigerant absorber,
Carbon dioxide recovery device further comprises a sensible heat exchanger to allow heat exchange between the agricultural fluid pipe and the rare water pipe.
상기 발생기와 응축기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
And the generator and the condenser are partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes.
상기 증발기와 상기 냉매 흡수기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
And the evaporator and the refrigerant absorber are partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes.
상기 재생기는 상기 이산화탄소 및 수증기의 혼합기체를 토출하는 혼합기체 토출관을 포함하고,
상기 혼합기체 토출관은 분지되어 상기 발생기 및 상기 증발기 내측을 통과하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
The regenerator includes a mixed gas discharge tube for discharging the mixed gas of the carbon dioxide and water vapor,
And the mixed gas discharge tube is branched to pass through the generator and the evaporator.
상기 발생기의 내부에는 상기 혼합기체 토출관의 표면에 리튬브로마이드 희용액을 분사하는 희용액 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 7, wherein
And a rare-solution injection nozzle for injecting a lithium bromide dilute solution onto the surface of the mixed gas discharge tube.
상기 냉매 흡수기의 내부에는 상기 순환 유닛의 표면에 농용액을 분사하는 농용액 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 7, wherein
The inside of the refrigerant absorber is a carbon dioxide recovery apparatus, characterized in that a concentrated solution injection nozzle for injecting a concentrated solution on the surface of the circulation unit.
상기 순환 유닛은,
상기 가열기와 상기 냉매 흡수기 사이에서 연장되는 순환 유로; 및
상기 순환 유로 내에서 열전달 매체가 순환하도록 하는 펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 3,
The circulation unit,
A circulation passage extending between the heater and the refrigerant absorber; And
And a pump for circulating a heat transfer medium in the circulation passage.
상기 흡수식 히트펌프는
상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 중용액을 농용액과 냉매 증기로 분리하는 제1 발생기;
상기 제1 발생기에 의해 생성되는 냉매 증기로부터의 열에 의해 리튬브로마이드 수용액의 희용액을 중용액과 냉매 증기로 분리하는 제2 발생기;
상기 제1 및 제2 발생기에서 발생된 냉매 증기를 응축시키는 응축기;
상기 응축기로부터 공급되는 응축 냉매를 상기 혼합기체로부터 전달되는 열에 의해 증발시키는 증발기; 및
상기 증발기에서 생성된 냉매 증기를 상기 리튬브로마이드 수용액의 농용액에 흡수시켜 희용액을 생성함과 동시에 냉매 증기가 상기 리튬브로마이드 수용액으로 흡수되면서 생성되는 열에 의해 상기 순환 유닛 내부를 순환하는 열전달 매체를 가열하는 냉매 흡수기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 1,
The absorption heat pump
A first generator for separating the heavy solution of the lithium bromide aqueous solution into the concentrated solution and the refrigerant vapor by the heat transferred from the mixed gas;
A second generator for separating the rare solution of the lithium bromide aqueous solution into a heavy solution and a refrigerant vapor by heat from the refrigerant vapor generated by the first generator;
A condenser to condense the refrigerant vapor generated in the first and second generators;
An evaporator for evaporating the condensation refrigerant supplied from the condenser by heat transferred from the mixed gas; And
The refrigerant vapor generated in the evaporator is absorbed into the concentrated solution of the lithium bromide aqueous solution to generate a rare solution, and at the same time, a heat transfer medium circulating inside the circulation unit by heat generated while the refrigerant vapor is absorbed into the lithium bromide aqueous solution. Carbon dioxide recovery apparatus comprising a; refrigerant absorber.
상기 제2 발생기로부터 제1 발생기로 중용액을 공급하는 중용액 배관, 상기 제1 발생기로루터 냉매 흡수기로 농용액을 공급하는 농용액 배관 및 상기 냉매 흡수기로부터 상기 제2 발생기로 희용액을 공급하는 희용액 배관을 포함하며,
상기 중용액 배관과 희용액 배관 사이 및 상기 농용액 배관과 희용액 배관 사이에서 열교환이 이루어지도록 하는 제1 및 제2 현열 교환기가 추가적으로 포함되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 11,
A heavy solution pipe for supplying the heavy solution from the second generator to the first generator, a farm solution pipe for supplying the concentrated solution to the first refrigerant generator, and a rare solution for supplying the rare solution from the refrigerant absorber to the second generator Includes rare water piping,
Carbon dioxide recovery apparatus further comprises a first and second sensible heat exchanger to perform heat exchange between the heavy solution pipe and the rare solution pipe and between the agricultural fluid pipe and the rare solution pipe.
상기 제2 발생기와 응축기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 11,
And the second generator and the condenser are partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes.
상기 증발기와 상기 냉매 흡수기는 냉매 증기만을 통과시키는 기액분리판에 의해 구획되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 11,
And the evaporator and the refrigerant absorber are partitioned by a gas-liquid separator through which only refrigerant vapor passes.
상기 재생기는 상기 이산화탄소 및 수증기의 혼합기체를 토출하는 혼합기체 토출관을 포함하고,
상기 혼합기체 토출관은 분지되어 상기 제1 발생기 및 상기 증발기 내측을 통과하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.The method of claim 11,
The regenerator includes a mixed gas discharge tube for discharging the mixed gas of the carbon dioxide and water vapor,
And the mixed gas discharge pipe is branched and passes through the first generator and the evaporator.
상기 제1 발생기의 내부에는 상기 혼합기체 토출관의 표면에 리튬브로마이드 중용액을 분사하는 중용액 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.16. The method of claim 15,
The inside of the first generator is a carbon dioxide recovery apparatus characterized in that the heavy solution injection nozzle for injecting a lithium bromide heavy solution on the surface of the mixed gas discharge pipe.
상기 냉매 흡수기의 내부에는 상기 순환 유닛의 표면에 농용액을 분사하는 농용액 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 회수장치.16. The method of claim 15,
The inside of the refrigerant absorber is a carbon dioxide recovery apparatus, characterized in that a concentrated solution injection nozzle for injecting a concentrated solution on the surface of the circulation unit.
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