KR20140141776A - 막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치 - Google Patents

막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 막 여과를 이용하여 재생된 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치로서, 이산화탄소 함유 혼합 가스로부터 흡수제로 이산화탄소를 흡수하고 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 하부로 배출하는 흡수탑, 상기 흡수탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 상기 흡수액으로부터 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 흡수탑 세정단, 상기 흡수탑으로부터 배출된 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 기상으로 분리하는 재생탑, 상기 재생탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 재생탑 세정단 및 상기 흡수탑 및 재생탑 세정단으로부터 배출되는 세정액으로부터 이산화탄소와 흡수제를 분리하여 정화된 세정수를 얻기 위한 막 여과 장치를 포함하며, 상기 막 여과 장치에서 분리된 정화된 세정수는 세정단으로 재공급되어 세정수로 재사용되는 이산화탄소 포집장치를 제공한다.

Description

막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치{Carbon dioxide capturing device reusing washing water using membrane filtration}
본 발명은 막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치에 관한 것으로, 구체적으로는 이산화탄소 및 암모니아수 또는 기타 이산화탄소 흡수제를 포함하는 세정수를 막 여과를 사용하여 재사용하는 이산화탄소 포집장치에 관한 것이다.
일반적으로 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 분리 및 제거하기 위하여 사용하는 방법으로 흡착법, 흡수법, 막 분리법 등이 적용되고 있다. 여기서, 흡수법의 경우, 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 분리 및 제거하기 위하여 이산화탄소 흡수제를 사용한다. 이와 같이 흡수법을 이용하여 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소의 분리시 사용되는 이산화탄소 흡수제는 통상 아민계 화합물로 이루어지는 흡수제가 통용되고 있다.
그러나 배가스에서 이산화탄소 분리 시 사용되는 흡수제로 아민계 화합물을 사용할 경우, 아민계 화합물이 고가이기 때문에 전체적인 비용이 증가하고, 아민계 화합물의 부식성으로 인해 기계 장치 및 배관의 재질 선정에 세심한 주의가 필요하다.
한편, 최근 들어 배가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 제거하기 위하여 암모니아수가 주목을 받고 있는데, 이는 암모니아수의 비용이 상대적으로 저렴하고, 아민계 화합물에 비하여 부식성이 낮으며 아민계 화합물에 비해서 재생온도가 낮음에 따라 재생에너지 소모가 적은 장점이 있기 때문이다.
한편, 암모니아수를 이용하여 이산화탄소를 흡수 및 제거하는 방법에 대하여 Bai와 Yeh가 연구 논문(Ind.Eng.Chem.Res.1997, 36권 2490쪽)을 발표하였으며, 또한 Resnik 등도 Aquar Ammonia Process라는 암모니아 이산화탄소 흡수공정을 발표하였다(Int.J.of Env.Technology & Management,4권,1호).
그러나 암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집 공정은 암모니아의 높은 증기압으로 인해 암모니아가 배출되어 손실되는 문제가 있으며, 따라서 이러한 암모니아의 손실을 방지하는 것이 중요한 기술적인 문제로 인식되고 있다. 즉, 상기와 같은 암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집법은 비교적 휘발성이 강한 암모니아수를 이용하기 때문에 공정으로부터 암모니아의 손실을 방지하기 위해 다각적인 방법이 연구되고 있다.
이에 암모니아의 휘발을 방지하기 위한 첨가제의 개발, 휘발을 억제할 수 있는 운전의 최적화, 세정단을 이용하여 휘발된 암모니아를 회수하는 방법 등에 대한 연구들이 이루어지고 있다. 이 중 세정단을 이용한 기상의 암모니아 회수 공정을 위해 포항산업과학연구원에서 개발한 방법은 회수한 암모니아를 이산화탄소 포집 공정에 재이용하기 위해 농축 공정을 수행하여 사용된 세정수에 포함된 암모니아와 이산화탄소를 분리하여 정화된 세정수는 다시 냉각 후 세정수로 재이용하게 된다.
상기와 같이 흡수탑과 재생탑 상부에 설치된 세정단에 세정수를 뿌려 암모니아의 배출을 방지하는 방법이 일반적인 방법으로 알려져 있으며, 또한 포집 공정 내 대부분의 에너지를 차지하는 재생탑의 스팀량을 줄이기 위한 방법도 많은 연구가 되고 있다. 이는 공정의 경제성과 밀접한 연관이 있기 때문에 공정 효율 증대가 매우 중요하다. 또한 세정수의 재사용과 공정 효율을 높이기 위해 농축탑을 설치하여 암모니아와 이산화탄소를 제거 후 세정수를 재사용하는 방법도 알려져 있다.
도 1은 종래의 농축탑을 설치하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치를 개략적으로 도시한 것으로, 흡수탑 및 재생탑의 상부의 세정단으로부터 회수된 세정수에 열 에너지를 공급하여 농축탑에서 암모니아와 이산화탄소를 기화시켜 재생탑의 중부 또는 하부로 주입된다. 상기 재생탑에 공급된 기체 중 이산화탄소는 상부로 배출되고 재생탑 하부의 암모니아수는 다시 사용하기 위해 흡수탑으로 재공급된다.
다만, 상기와 같은 장치에 의하는 경우, 재생탑뿐만 아니라, 농축탑에서도 세정수를 재사용하기 위하여 다량의 열 에너지가 소모되어, 이산화탄소 포집 공정의 운용 비용 또한 과다하게 증가하게 되므로 경제적인 점에서 문제가 되고 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이산화탄소 포집 공정에 사용된 세정수를 정제하기 위해 기존에 사용하던 열에너지를 이용한 농축탑이 아닌 막 여과 방법을 이용하여 이산화탄소와 암모니아 또는 기타 흡수제를 분리함으로써, 보다 간단하고 저렴한 방법으로 세정수를 재사용할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치로서,
이산화탄소 함유 혼합 가스로부터 흡수제로 이산화탄소를 흡수하고 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 하부로 배출하는 흡수탑;
상기 흡수탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 상기 흡수액으로부터 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 흡수탑 세정단;
상기 흡수탑으로부터 배출된 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 기상으로 분리하는 재생탑;
상기 재생탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 재생탑 세정단; 및
상기 흡수탑 및 재생탑 세정단으로부터 배출되는 세정액으로부터 이산화탄소와 흡수제를 분리하여 정화된 세정수를 얻기 위한 막 여과 장치를 포함하며,
상기 막 여과 장치에서 분리된 정화된 세정수는 세정단으로 재공급되어 세정수로 재사용되는 이산화탄소 포집장치를 제공한다.
상기 막 여과 장치는 전기투석(Electrodialysis), 역삼투압 장치(Reverse Osmosis), 나노필트레이션(Nanofiltration), 정삼투압 장치(Forward Osmosis) 또는 막 증류 장치(Membrane Distillation)일 수 있다.
상기 막 여과 장치는 1개 또는, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수 개일 수 있다.
상기 막 여과 장치는 가압식 장치로, 고압 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
상기 흡수제는 암모니아수, 아민계 화합물, 수산화나트륨(NaOH) 및 탄산칼륨(K2CO3) 으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아민계 화합물은 모노에탄올아민(MEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 피페라진(PZ), 모노메틸에탄올아민(MMEA), 에틸모노에탄올아민(EMEA)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 흡수탑 세정단은 상기 흡수탑의 상부에 일체형 또는 분리형으로 구비될 수 있다.
상기 재생탑 세정단은 상기 재생탑의 상부에 일체형 또는 분리형으로 구비될 수 있다.
상기 막 여과 장치에서 분리된 것으로, 흡수제 및 이산화탄소를 포함하는 이온수는 재생탑에 공급될 수 있다.
본 발명은 이산화탄소 포집 공정에 사용된 세정수에 포함된 이산화탄소와 암모니아 또는 기타 흡수제를 막 여과를 이용하여 분리함으로써, 기존의 농축탑, 열 교환기 등의 설치가 필요하지 않아 장치 설치비를 대폭 감소할 수 있으며, 재사용에 열 에너지가 소모되지 않아, 전체 이산화탄소 포집 공정을 위한 에너지 비용을 대폭 감소할 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 농축탑을 설치하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의하면, 종래에 세정수를 재사용하기 위하여 농축탑에서 열 에너지를 다량 소모하던 것에 비하여, 막 여과 장치를 사용하여 세정수의 재사용에 필요한 소모에너지를 감소시킬 수 있는 장치를 제공한다.
보다 상세하게는, 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치로서, 이산화탄소 함유 혼합 가스로부터 흡수제로 이산화탄소를 흡수하고 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 하부로 배출하는 흡수탑, 상기 흡수탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 상기 흡수액으로부터 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 흡수탑 세정단, 상기 흡수탑으로부터 배출된 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 기상으로 분리하는 재생탑, 상기 재생탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 재생탑 세정단 및 상기 흡수탑 및 재생탑 세정단으로부터 배출되는 세정액으로부터 이산화탄소와 흡수제를 분리하여 정화된 세정수를 얻기 위한 막 여과 장치를 포함하며, 상기 막 여과 장치에서 분리된 정화된 세정수는 세정단으로 재공급되어 세정수로 재사용되는 이산화탄소 포집장치를 제공한다.
도 2는 본 발명의 막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집장치를 개략적으로 도시한 것으로, 본 발명의 흡수탑(101), 재생탑(201), 흡수탑 세정단(102), 재생탑 세정단(202) 및 막 여과 장치(301)가 도시되어 있다.
본 발명에 있어서, 원료 가스(1)로서 유입되는 혼합 가스는 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스인 것이 바람직하며, 특히 다양한 산업 공정에서 발생하는 배가스로, 예를 들어, 발전소 배가스, 고로 가스(BFG), 전로 가스(LDG), 파이넥스 가스(FOG), 코크스로 가스(COG), 마그네슘 제련 공정 부생가스, 시멘트 생산 공정의 소성 가스, 천연가스 채취 시 발생하는 부생가스 및 석유화학 공정의 부생가스 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 흡수제는 원료 가스인 혼합 가스(1) 내에 포함된 이산화탄소와 반응하여 이산화탄소를 흡수 및 제거할 수 있는 용액이면 되고, 그 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 암모니아수가 일반적으로 많이 사용되며, 그 외에도 모노에탄올아민(MEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 피페라진(PZ), 모노메틸에탄올아민(MMEA), 에틸모노에탄올아민(EMEA), 또는 이들의 혼합물 등과 같은 아민계 화합물, 수산화나트륨(NaOH) 및 탄산칼륨(K2CO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡수탑(101)은 외부에서 공급되는 혼합 가스를 유입 및 배출하기 위한 것으로, 원료 가스인 혼합 가스(1)를 하부에서 유입시키고 흡수제를 상부에서 공급하여 혼합 가스로부터 이산화탄소를 흡수한 흡수액을 하부로 배출시킨 후 재생탑(201)으로 공급한다.
도 2에 도시하지는 않았으나, 상기 흡수탑(101)에는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 흡수할 때 발생되는 흡수열을 제거하여 흡수액의 온도를 감소시키기 위한 흡수탑 순환 쿨러가 구비될 수 있다.
한편, 상기 흡수액에서 발생되는 열을 회수하여 흡수액의 흡수 효율을 향상시키기 위하여 흡수탑 순환 쿨러와 일체로 방열부가 구비될 수 있다. 이렇게 상기 방열부를 통하여 흡수액에서 발생되는 열을 회수할 수 있으며, 상기 흡수탑 순환 쿨러에 의하여 흡수액의 온도를 소정의 온도로 감소시킴으로써 흡수액의 흡수 효율을 상승시킬 수 있다. 또한, 상기 방열부와 흡수탑 순환 쿨러는 다수 개를 구비하여 흡수액의 온도를 감소시키도록 하는 것도 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 흡수탑(101)의 상부에는 일체형 또는 분리형으로 흡수탑 세정단(102)이 구비되며, 상기 흡수탑 세정단(102)의 상부를 통하여 원료 가스(1)로부터 흡수제에 의해 이산화탄소가 제거된 혼합 가스(2)가 배출된다.
단, 이때, 이산화탄소가 제거된 혼합 가스(2)와 함께 휘발된 흡수제 또한 배출되므로, 휘발되는 흡수제를 회수하기 위하여, 상기 흡수탑 세정단(102)에 흡수탑 세정수(6)가 공급되어 혼합 가스(2)가 세정되고, 휘발되는 흡수제와 일부 휘발되는 이산화탄소 또한 상기 세정수(6)에 의해 흡수, 세정될 수 있다.
이때, 상기 흡수탑 세정단(102)에 유입되는 세정수(6)는 가능한 물인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 혼합 가스에 접촉하여 혼합 가스에 함유된 흡수제를 흡수 및 제거하기 용이한 다른 용액을 사용하거나 이들이 첨가되어 사용될 수도 있다.
또한, 상기 흡수탑 세정단(102)에서 세정수(6)에 의하여 이산화탄소가 제거된 혼합 가스에 함유된 흡수제가 제거되고, 이산화탄소 및 흡수제가 제거된 혼합 가스(2)는 상기 흡수탑 세정단(102)의 상부를 통하여 외부로 배출된다.
본 발명에 있어서, 상기 재생탑(201)은 상기 흡수탑(101)에서 혼합 가스로부터 이산화탄소를 흡수한 상기 흡수액(3)을 가열함으로써 이산화탄소를 탈거 및 제거하여 흡수제를 재생 및 재활용하기 위한 것이다.
이때, 상기 흡수액(3)에서 이산화탄소를 탈거 및 제거하는 경우, 상기 재생탑(201)의 탈거 온도는 흡수액의 종류와 농도에 따라 다양할 수 있으나, 암모니아수의 경우 80℃ 내지 90℃ 범위, 아민계열의 흡수제 경우 90℃ 내지 130℃ 범위로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 나아가 상기 재생탑의 일측에 임의로 재생탑 리보일러(재비기)가 연결될 수 있으며, 상기 재생탑 리보일러에 공급되는 열에너지에 의하여 흡수탑(101)에서 재생탑(201)으로 유입된 흡수액에서 이산화탄소를 탈거 및 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 재생탑(201)의 상부에는 일체형 또는 분리형으로 재생탑 세정단(202)이 구비되며, 상기 재생탑 세정단(202)을 통하여 상기 흡수액(3)에서 탈거 및 제거된 이산화탄소(4)가 배출된다.
단, 탈거 및 제거된 이산화탄소(4)와 함께 휘발된 미량의 흡수제가 배출되므로, 이산화탄소(4)에 포함되어 있는 미량의 흡수제를 회수하기 위하여, 상기 재생탑 세정단(202)에 재생탑 세정수(7)가 공급되어 이산화탄소(4)가 세정되고, 휘발되는 흡수제 또한 상기 세정수(7)에 의해 흡수 및 세정될 수 있다. 이때, 상기 재생탑(201)의 상단부에는 흡수탑(101)의 상단부에 비교하여 고농도의 이산화탄소(4)가 존재하므로, 세정수(7)에 의해 흡수제가 보다 용이하게 흡수 및 세정될 수 있다.
상기 재생탑 세정단(202)에 유입되는 세정수(7)는 상기 흡수탑 세정단(102)에 유입되는 세정수(6)와 마찬가지로, 가능한 물만으로 이루어진 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 재생탑 세정단(202)의 상부로 배출되는 이산화탄소에 접촉하여 그에 포함된 미량의 흡수제를 흡수 및 제거하기 용이한 다른 용액을 사용하거나 이들이 첨가되어 사용될 수도 있다.
한편, 상기 흡수탑(101) 및 재생탑(201)의 상부의 세정단으로부터 회수된 세정액(8, 9)은 막 여과 장치(301)로 공급된다. 상기 세정액(8, 9)에는 흡수제와 이산화탄소가 이온들로 존재하는 데, 흡수제로 암모니아수를 사용하는 경우, NH4 +, NH2COO-, HCO3 - 및 CO3 2 -와 같은 이온들이 포함되어 있다. 세정수를 재사용하기 위해서는 상기와 같은 이온들이 제거되어야 하는 바, 이는 본 발명의 막 여과 장치(301)를 통하여 분리될 수 있다.
즉, 본 발명의 막 여과 장치(301)는 흡수탑 및 재생탑 세정단(102, 202)으로부터 배출되는 세정액(8, 9)에 함유된 흡수제와 이산화탄소를 분리하여 세정수(10)를 재생하기 위한 것이다.
상기 막 여과 장치(301)로는 전기투석 (Electrodialysis), 역삼투압 장치(Reverse Osmosis), 나노필트레이션(Nanofiltration), 정삼투압 장치(Forward Osmosis) 또는 막 증류 장치(Membrane Distillation)가 사용될 수 있으며, 압력을 가하여 분리가 이루어지기 때문에, 막 여과 장치(301)는 고압 펌프(302)를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 막 여과 장치(301)는 단일 장치이거나 필요 시 병렬 혹은 직렬의 형태로 연결된 복수의 장치일 수 있다. 경제적 상황 및 재생 정도에 따라 막 여과 장치의 수를 조절할 수 있으나, 복수 개의 장치를 병렬로 연결하는 것이 재생 효율 면에서는 바람직하다.
이때, 상기 막 여과 장치(301)를 통하여 세정액(8, 9) 중 흡수제와 이산화탄소 이온들, 유기물 또는 기타 미립자는 이온수(11)로 분리하며, 한편, 재생된 세정수(10)는 재새용할 수 있도록 한다.
본 발명에서 상기 막 여과 장치(301)를 통해 재생된 세정수(10)는 세정단(102, 202)에 재공급되어 세정수(6, 7)로 재사용되며, 분리된 이온수(11)는 재생탑(201)으로 재공급되어, 이산화탄소 이온들(NH2COO-, HCO3 - 및 CO3 2)은 기상으로 전환되어 재생탑 세정단(202) 상부를 통하여 배출되고, 암모니아 이온(NH4 +) 또는 기타 흡수제 이온은 흡수탑(101)으로 재공급되어 흡수제로 재사용된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 막 여과를 이용하여 세정수를 재사용하는 이산화탄소 포집공정이 제공되며, 이러한 방법은 예를 들어 상술한 바와 같은 장치를 이용하여 수행할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 이산화탄소 포집 공정은 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 공정 내에서, (a)이산화탄소 함유 혼합 가스를 흡수탑 하부에 공급하고 흡수제를 흡수탑에 공급하여 상기 혼합 가스에 함유된 이산화탄소를 제거하는 흡수탑의 상부에 구비된 흡수탑 세정단에서 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제 및 이산화탄소를 흡수하여 흡수탑 세정액을 획득하는 단계; (b)상기 흡수탑으로부터 배출된 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 재생탑으로 공급하고 가열하여 이산화탄소를 기상으로 분리 및 배출하는 단계; 및 (c)상기 재생탑 상부에 구비된 재생탑 세정단에서 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제 및 기상의 이산화탄소를 흡수하여 재생탑 세정액을 획득하는 단계; (d)상기 획득한 흡수탑 및 재생탑 세정액을 막 여과 장치로 세정수를 재생하는 단계; 및 (e)상기 재생된 세정수를 흡수탑 또는 재생탑 세정단에 세정수로 재이용하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이산화탄소 포집공정은 (f)상기 세정수를 재생하는 단계에서 생성된 흡수제 및 이산화탄소를 이온으로 포함하는 이온수를 재생탑에 공급하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 이온수를 재생탑에 공급한 후 후속적으로, (g)상기 재생탑에 공급된 이온수 중 이산화탄소 이온을 기상의 이산화탄소로 전환하여 분리 및 배출하는 단계 및 (h) 상기 이산화탄소 분리 및 배출 후 남겨진 이온수를 흡수탑으로 공급하여 흡수제로 재이용하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 이산화탄소 포집공정은 상술한 바와 같이, 이산화탄소 포집에 사용되는 흡수제로는 종류를 특별히 한정하지는 않으나, 암모니아수, 모노에탄올아민(MEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 피페라진(PZ), 모노메틸에탄올아민(MMEA), 에틸모노에탄올아민(EMEA), 또는 이들의 혼합물 등과 같은 아민계, 수산화나트륨(NaOH) 및 탄산칼륨(K2CO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 막 여과 장치(301)로는 전기투석(Electrodialysis), 역삼투압 장치(Reverse Osmosis), 나노필트레이션(Nanofiltration), 정삼투압 장치(Forward Osmosis) 또는 막 증류 장치(Membrane Distillation)가 사용될 수 있으며, 압력을 가하여 분리가 이루어지기 때문에, 막 여과 장치(301)는 고압 펌프(302)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 막 여과 장치(301)는 단일 장치이거나 필요 시 병렬 혹은 직렬의 형태로 연결된 복수의 장치일 수 있다.
1: 원료가스
2: CO2가 제거된 가스
3: CO2를 흡수한 흡수액
4: CO2가스(재생탑에서 흡수제로부터 분리된 CO2가스)
6: 흡수탑 세정단 유입 세정수
7: 재생탑 세정단 유입 세정수
8: 흡수탑 세정단 배출 세정액
9: 재생탑 세정단 배출 세정액
10: 재생된 세정수
11: 이온수
101: 흡수탑
102: 흡수탑 세정단
201: 재생탑
202: 재생탑 세정단
301: 막 여과 장치
302: 고압 펌프

Claims (9)

  1. 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 포함하는 혼합 가스로부터 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집장치로서,
    이산화탄소 함유 혼합 가스로부터 흡수제로 이산화탄소를 흡수하고 상기 이산화탄소가 흡수된 흡수액을 하부로 배출하는 흡수탑;
    상기 흡수탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 상기 흡수액으로부터 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 흡수탑 세정단;
    상기 흡수탑으로부터 배출된 흡수액을 가열하여 이산화탄소를 기상으로 분리하는 재생탑;
    상기 재생탑 상부에 구비되며 세정수를 이용하여 휘발되는 흡수제를 흡수하여 세정하는 재생탑 세정단; 및
    상기 흡수탑 및 재생탑 세정단으로부터 배출되는 세정액으로부터 이산화탄소와 흡수제를 분리하여 정화된 세정수를 얻기 위한 막 여과 장치를 포함하며,
    상기 막 여과 장치에서 분리된 정화된 세정수는 세정단으로 재공급되어 세정수로 재사용되는 이산화탄소 포집장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 막 여과 장치는 전기투석(Electrodialysis), 역삼투압 장치(Reverse Osmosis), 나노필트레이션(Nanofiltration), 정삼투압 장치(Forward Osmosis) 또는 막 증류 장치(Membrane Distillation)인 이산화탄소 포집장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 막 여과 장치는 1개 또는, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수 개인 이산화탄소 포집장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 막 여과 장치는 가압식 장치로, 고압 펌프를 추가로 포함하는 이산화탄소 포집장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 흡수제는 암모니아수, 아민계 화합물, 수산화나트륨(NaOH) 및 탄산칼륨(K2CO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 이산화탄소 포집장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 아민계 화합물은 모노에탄올아민(MEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 피페라진(PZ), 모노메틸에탄올아민(MMEA), 에틸모노에탄올아민(EMEA)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 이산화탄소 포집장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 흡수탑 세정단은 상기 흡수탑의 상부에 일체형 또는 분리형으로 구비되는 이산화탄소 포집장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 재생탑 세정단은 상기 재생탑의 상부에 일체형 또는 분리형으로 구비되는 이산화탄소 포집장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 막 여과 장치에서 분리된 것으로, 흡수제 및 이산화탄소를 포함하는 이온수는 재생탑에 공급되는 이산화탄소 포집장치.
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