KR20210054631A - 감압 탈착반응장치 및 그 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 co2 포집시스템 및 포집방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 감압 탈착반응장치 및 그 감압탈착반응장치를 포함한 연속식 이동층 CO2 포집시스템 및 포집방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 감압 탈착반응장치에 있어서, 이산화탄소를 흡착한 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서, 상기 흡착흡수제 내의 상기 이산화탄소를 탈착시키고, 재생된 재생흡수제를 배출시키는 탈착반응기; 상기 탈착반응기 전단에 설치되며, 상기 흡착흡수제가 유입되면 감압시킨 후, 상기 탈착반응기로 상기 흡착흡수제를 유입시키는 제1락 호퍼; 및 상기 탈착반응기 후단에 설치되며, 상기 재생흡수제가 유입되면 상압으로 가압시킨 후, 배출시키는 제2락 호퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치에 관한 것이다.

Description

감압 탈착반응장치 및 그 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템 및 포집방법{Continuous moving­bed CO2 capture system with vaccum desorption}
본 발명은 감압 탈착반응장치 및 그 감압탈착반응장치를 포함한 연속식 이동층 CO2 포집시스템 및 포집방법에 관한 것이다.
종래에 CO2회수 공정으로는 습식법에 의한 공정이 사용되었다. 즉, CO2를 포함하는 가스를 아민류 계통의 용액을 통과시켜 CO2를 흡수하게 하고 재생탑에서 그 용액을 재생하여 사용하는 방법이며, 이러한 습식법은 공정과정에 폐수가 추가로 발생되는 단점이 있다.
따라서 상기 습식법의 단점을 해소하기 위한 대안으로 건식법에 의한 CO2의 회수방법이 제안되었다.
도 1은 통상의 건식 CO2 포집시스템(1)의 구성도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 건식법을 이용한 시스템은 두개의 반응기를 이용하여 CO2를 회수하는 것으로, 회수반응기(흡착반응기)(10)에 공급된 CO2를 고체흡수제(건식흡수제)에 흡착제거하고, 제1흡착싸이클론(14)을 거쳐 상기 고체흡수제는 탈착반응기(40)로 유입되어 흡착된 CO2를 제거하고, 전처리반응기에서 고체흡수제에 H2O를 흡습시켜 다시 흡착반응기(10)에 공급하는 과정으로 이루어진다.
이 때, 상기 탈착반응기(40)에서는 이산화탄소를 제거하기 위해 별도의 열원을 제공하여야 한다. 또, 상기 전처리반응기에서는 상기 흡착반응기에서 이산화탄소의 흡착에 적합한 온도조건을 제공할 수 있도록 고체흡수제로부터 열을 제거하여야 한다.
종래기술에서는 건식 이산화탄소 포집장치(1)가 주로 발전소와 같은 대량의 이산화탄소를 발생시키는 대형 플랜트에 사용되기 때문에, 열을 공급하기 위한 매체는 발전소에서 얻어지는 스팀을 이용하고, 냉각을 위한 매체는 일반적으로 흔히 구할 수 있는 물을 사용하고 있다.
그러나, 건식 이산화탄소 포집장치에 소요되는 열량이 상당할 뿐만 아니라, 대용량 플랜트 시설에서 냉각 후에 온도가 올라간 물을 그대로 방류하면 온폐수의 영향으로 열오염에 의하여 수중의 생물에 악영향을 미치게 된다.
대한민국 공개특허 10-2012-0117097 대한민국 등록특허 10-1956927 대한민국 등록특허 10-1751721
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 탈착반응기(재생반응기)가 상압이 아닌 감압 조건 하에서 작동되도록 하여, 전체적인 에너지 소모를 감소시킬 수 있으며, 에너지 효율과, 탈착, 재생효율을 증대시킬 수 있는 감압 탈착반응기 및 그 감압 탈착반응기를 포함한 연속식 이동층 CO2 포집시스템 및 포집방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 감압 탈착반응장치에 있어서, 이산화탄소를 흡착한 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서, 상기 흡착흡수제 내의 상기 이산화탄소를 탈착시키고, 재생된 재생흡수제를 배출시키는 탈착반응기; 상기 탈착반응기 전단에 설치되며, 상기 흡착흡수제가 유입되면 감압시킨 후, 상기 탈착반응기로 상기 흡착흡수제를 유입시키는 제1락 호퍼; 및 상기 탈착반응기 후단에 설치되며, 상기 재생흡수제가 유입되면 상압으로 가압시킨 후, 배출시키는 제2락 호퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치로서 달성될 수 있다.
그리고 제1락 호퍼 전단에 구비되며, 상기 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제1버퍼용 상압챔버; 상기 제1버퍼용 상압챔버 전단에 구비되는 제1밸브와, 후단에 구비되는 제2밸브; 상기 제1버퍼용 상압챔버의 수위를 측정하는 제1수위센서; 및 제1수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 상압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 제1락 호퍼 후단에 구비되며, 감압된 상기 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제1버퍼용 감압챔버; 상기 제1버퍼용 감압챔버 전단에 구비되는 제3밸브와, 후단에 구비되는 제4밸브; 및 상기 제1버퍼용 감압챔버의 수위를 측정하는 제2수위센서;를 포함하고, 상기 제어부는 제2수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제3밸브와 상기 제4밸브의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 감압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제2밸브가 개방되어 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼에 유입된 후, 상기 제2밸브와 상기 제3밸브를 닫고, 감압펌프를 구동하여 상기 제1락 호퍼 내부를 감압상태로 형성한 후, 상기 제3밸브를 개방하여 흡착흡수제를 상기 제1버퍼용 감압챔버에 유입시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제2락 호퍼 전단에 구비되며, 상기 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 감압챔버; 상기 제2버퍼용 감압압챔버 후단에 구비되는 제5밸브; 및 상기 제2버퍼용 감압챔버의 수위를 측정하는 제3수위센서;를 포함하고, 제어부가 제3수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제5밸브의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 감압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제2락 호퍼 후단에 구비되며, 상압이된 상기 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 상압챔버; 상기 제2버퍼용 상압챔버 전단에 구비되는 제6밸브와, 후단에 구비되는 제7밸브; 및 상기 제2버퍼용 상압챔버의 수위를 측정하는 제4수위센서;를 포함하고, 상기 제어부는 제4수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제6밸브와 상기 제7밸브의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 상압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제5밸브가 개방되어 재생흡수제가 상기 제2락 호퍼에 유입된 후, 상기 제5밸브와 상기 제6밸브를 닫고, 가압펌프를 구동하여 상기 제2락 호퍼 내부를 상압상태로 형성한 후, 상기 제6밸브를 개방하여 재생흡수제를 상기 제2버퍼용 상압챔버에 유입시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제1버퍼용 감압챔버와 상기 탈착반응기 사이에 구비되어 상기 탈착반응기로 유입되는 흡착흡수제의 유량을 조절하는 제1유량조절부; 상기 탈착반응기와 상기 제2버퍼용 감압챔버 사이에 구비되어 탈착반응기에서 배출되는 재생흡수제의 유량을 조절하는 제2유량조절부; 및 상기 제2버퍼용 상압챔버 후단에 구비되어 흡수반응기로 유입되는 재생흡수제의 유량을 조절하는 제3유량조절부; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 탈착반응기 상단 일측에 구비되는 토출단에 연결되어 기체와 고체를 분리하는 재생 사이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 방법에 있어서, 상기 탈착반응기 전단에 설치된 제1락 호퍼로, 흡착흡수제가 유입되는 제1단계; 상기 제1락 호퍼로 유입된 흡착흡수제를 감압펌프에 의해 감압시키는 제2단계; 감압된 상태로 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되어 감압조건하에서 상기 흡착흡수제 내의 상기 이산화탄소가 탈착되고, 재생된 재생흡수제가 배출단을 통해 배출되는 제3단계; 상기 탈착반응기 후단에 설치된 제2락 호퍼로 상기 재생흡수제가 유입되는 제4단계; 및 상기 제2락 호퍼로 유입된 재생흡수제를 가압펌프에 의해 상압으로 가압하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치의 작동방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 제1단계와 상기 제2단계에서, 상기 제1락 호퍼 전단에 설치된 제1버퍼용 상압챔버가 제1밸브와 제2밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼로 유입되고, 상기 제1락 호퍼 후단에 설치된 제1버퍼용 감압챔버가 제3밸브와 제4밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 제4단계와 상기 제5단계에서, 상기 제1락 호퍼 전단에 설치된 제1버퍼용 상압챔버가 제1밸브와 제2밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼로 유입되고, 상기 제1락 호퍼 후단에 설치된 제1버퍼용 감압챔버가 제3밸브와 제4밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 CO2 포집시스템에 있어서, 재생흡수제가 유입되어 상압 조건하에서, 상기 재생흡수제가 이산화탄소를 흡착시키고, 흡착된 흡착흡수제를 배출시키는 흡착반응기; 및 상기 흡착반응기에서 배출된 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서 상기 흡착흡수제를 재생시켜 상기 흡착반응기로 유입시키는, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 감압 탈착반응장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 흡착반응기와 상기 감압 탈착반응장치 사이에 구비되어 상기 흡착반응기에서 배출된 유체 내의 기체와 고체를 분리하여, 고체인 흡착흡수제를 상기 감압 탈착반응장치 측으로 유입시키는 제1흡착 싸이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 흡착반응기 상단 일측에 구비되는 토출단에 연결되어 기체와 고체를 분리하는 제2흡착 사이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 흡착반응기 후단 일측에 구비되어, 배출되는 흡착흡수제의 유량을 조절하는 유량조절수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치 및 그 감압 탈착반응장치를 포함한 연속식 이동층 CO2 포집시스템 및 포집방법에 따르면, 탈착반응기(재생반응기)가 상압이 아닌 감압 조건 하에서 작동되도록 하여, 전체적인 에너지 효율과, 탈착, 재생효율을 증대시킬 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 통상의 건식 CO2 포집시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템의 구성도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 제1락 호퍼부 측의 작동상태를 나타낸 구성도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 제2락 호퍼부 측의 작동상태를 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템의 구성도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 재생흡수제가 유입되어 상압 조건하에서, 재생흡수제가 이산화탄소를 흡착시키고, 흡착된 흡착흡수제를 배출시키는 흡착반응기(10)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템(100)은, 흡착반응기(10)에서 배출된 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서 흡착흡수제를 재생시켜 흡착반응기로 유입시키는, 감압 탈착반응장치(110)를 포함하여 구성된다.
또한, 흡착반응기(10)와 감압 탈착반응장치(110) 사이에 구비되어 흡착반응기(10)에서 배출된 유체 내의 기체와 고체를 분리하여, 고체인 흡착흡수제를 감압 탈착반응장치(110) 측으로 유입시키는 제1흡착 싸이클론(30)을 포함한다. 이러한 제1흡착 싸이클론(30)은 고체 배출단(32)과 기체 배출단(31)을 포함하며 감압 탈착반응장치(110)는 고체 배출단(32)에 연결되어 진다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착반응기(10) 상단 일측에 구비되는 토출단(11)에 연결되어 기체와 고체를 분리하는 제2흡착 사이클론(14)을 포함함을 알 수 있다.
또한, 흡착반응기 후단 배출단(13)에 연결되어, 배출되는 흡착흡수제의 유량을 조절하는 유량조절수단(13)을 포함하고, 이송관(20)을 통해 제1흡착 싸이클론(30)과 연결되어 진다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치의 구성 및 기능에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
먼저 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 제1락 호퍼부 측의 작동상태를 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 제2락 호퍼부 측의 작동상태를 나타낸 구성도를 도시한 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치는, 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치는 전체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 이산화탄소를 흡착한 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서, 흡착흡수제 내의 이산화탄소를 탈착시키고, 재생된 재생흡수제를 배출시키는 탈착반응기(40)와, 탈착반응기 전단에 설치되며, 흡착흡수제가 유입되면 감압시킨 후, 탈착반응기(40)로 흡착흡수제를 유입시키는 제1락 호퍼(60), 그리고 탈착반응기 후단에 설치되며, 상기 재생흡수제가 유입되면 상압으로 가압시킨 후, 배출시키는 제2락 호퍼(80)을 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치(110)는 도 1 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 제1락 호퍼(60) 전단에 제1버퍼용 상압챔버(50)가 구비되며, 이러한 제1버퍼용 상압챔버(50)에 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되도록 구성된다.
그리고 제1버퍼용 상압챔버(50) 전단에는 제1밸브(111) 구비되고, 후단에는 제2밸브(112)가 구비도니다. 또한, 제1수위센서(51)는 제1버퍼용 상압챔버의 수위를 측정하도록 구성된다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 제1수위센서(51)에서 측정된 값을 기반으로 제1밸브(111)와 제2밸브(112)의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 상압챔버(50)의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 제어하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치(110)는 도 1 및 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 제1락 호퍼(60) 후단에 구비되며, 감압된 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제1버퍼용 감압챔버(52)와, 이러한 제1버퍼용 감압챔버(52) 전단에 구비되는 제3밸브(113)와, 후단에 구비되는 제4밸브(114), 그리고 제1버퍼용 감압챔버(52)의 수위를 측정하는 제2수위센서(53)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
따라서 제어부는 제2수위센서(54)에서 측정된 값을 기반으로 제3밸브(113)와 제4밸브(114)의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 감압챔버(52)의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 제어하게 된다.
즉, 제2밸브(112)가 개방되어 흡착흡수제가 제1락 호퍼(60)에 유입된 후, 제2밸브(112)와 상기 제3밸브(113)를 닫고, 감압펌프(61)를 구동하여 제1락 호퍼(60) 내부를 감압상태로 형성한 후, 제3밸브(113)를 개방하여 흡착흡수제를 제1버퍼용 감압챔버(52)에 유입시키게 된다. 감압과정에서 제1압력센서(62)는 제1락 호퍼(60) 내부 압력을 실시간으로 측정하여 제어부(140)가 감압펌프(61)의 구동을 제어하여, 제1락 호퍼(60)의 내부압력이 설정된 압력만큼 감압되도록 제어하게 된다.
이때, 제1락 호퍼(60) 전단에 설치된 제1버퍼용 상압챔버(50)는 제1밸브(111)와 제2밸브(112)의 개폐 제어에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 흡착흡수제가 제1락 호퍼(60)로 유입되게 되고, 제1락 호퍼(60) 후단에 설치된 제1버퍼용 감압챔버(52)가 제3밸브(113)와 제4밸브(114)의 개폐제어에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 흡착흡수제가 탈착반응기(40)로 유입되도록 한다. 즉, 이러한 감압과정 전체 과정에서 제1밸브와 제4밸브는 항상 개방되어 있어 연속적으로 진행되게 된다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1밸브(11)가 개방되어 흡착흡수제가 제1버퍼용 상압챔버(50)로 유입되는 상태에서, 제1버퍼용 상압챔버(50)의 수위는 높아지며, 제1락 호퍼(60)는 감압된 흡착흡수제를 제3밸브(113)가 close된 상태에서 대기하게 된다. 그리고 제1버퍼용 감압챔버 내의 흡수제는 탈착반응기(40) 측으로 유입되게 된다. 그리고 도 3b에 도시된 바와 같이 제1버퍼용 상압챔버(50)의 수위가 특정 수위 이상이 되면 제2밸브(112)를 개방하여 흡착흡수제를 제1락 호퍼(60)로 유입시키고, 제2버퍼용 감압챔버(52) 내의 감압된 흡착흡수제는 탈착반응기(40)로 계속 유입되게 된다. 그리고 연속적으로 도 3c에 도시된 바와 같이, 제2밸브(112)와, 제3밸브(113)를 닫고 감압펌프를 구동하여 감압시키는 과정에서 제1버퍼용 상압챔버 내로는 흡착흡수제가 유입되고, 제1버퍼용 감압챔버 내의 흡착흡수제는 탈착반응기(40)로 유입되게 된다. 그리고 도 3d에 도시된 바와 같이, 제3밸브를 개바아여 감압된 흡착흡수제가 제1버퍼용 감압챔버 내로 유입되게 된다.
이러한 도 3a → 도 3b → 도 3c → 도 3d → 도 3a의 과정은 연속적으로 진행되게 된다.
그리고 도 2 및 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치(110)는, 제2락 호퍼(80) 전단에 구비되며, 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 감압챔버(70)와, 이러한 제2버퍼용 감압압챔버(70) 후단에 구비되는 제5밸브(115), 그리고 제2버퍼용 감압챔버(70)의 수위를 측정하는 제3수위센서(71)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 따라서 제어부는 제3수위센서(71)에서 측정된 값을 기반으로 제5밸브(115)의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 감압챔버(70)의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 제어하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치(110)는 도 2 및 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 제2락 호퍼(80) 후단에 구비되며, 상압이된 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 상압챔버(90)와, 이러한 제2버퍼용 상압챔버(90) 전단에 구비되는 제6밸브(116)와, 후단에 구비되는 제7밸브(117), 그리고 제2버퍼용 상압챔버(90)의 수위를 측정하는 제4수위센서(91)를 포함하여 구성됨을 알 수 있다. 그리고 제어부는 제4수위센서(91)에서 측정된 값을 기반으로 제6밸브(116)와 제7밸브(117)의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 상압챔버(90)의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 한다.
즉, 제5밸브(115)가 개방되어 재생흡수제가 제2락 호퍼(80)에 유입된 후, 제5밸브(115)와 제6밸브(116)를 닫고, 가압펌프(81)를 구동하여 제2락 호퍼(80) 내부를 상압상태로 형성한 후, 제6밸브(116)를 개방하여 재생흡수제를 제2버퍼용 상압챔버(90)에 유입시키게 된다. 이러한 사압과정에서 제2압력센서(82)는 제2락 호퍼(80) 내부 압력을 실시간으로 측정하여 제어부(140)가 가압펌프(81)의 구동을 제어하여, 제2락 호퍼(80)의 내부압력이 상압에 도달할 때까지 가압되도록 제어하게 된다.
즉, 이러한 가압과정은 연속적으로 진행되게 된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 탈착흡수제가 제2버퍼용 감압챔버(70)로 유입되는 상태에서, 제2락 호퍼(80)는 제6밸브(116)를 닫아 가압된 탈착흡수제를 대기상태로 유지하고, 제7밸브(117)는 개방되어 상압이 된 흡수제가 흡수반응기(10)로 유입되게 된다. 그리고, 도 4b에 도시된 바와 같이 제2버퍼용 감압챔버(70)의 수위가 특정 수위 이상이 되면 제5밸브(115)를 개방하여 탈착흡수제를 제2락 호퍼(80)로 유입시키고, 제2버퍼용 상압챔버(90) 내의 상압이된 탈착흡수제는 계속 흡착반응기(10)로 유입되게 된다.
그리고 연속적으로 도 4c에 도시된 바와 같이, 제5밸브(115)와, 제6밸브(116)를 닫고 가압펌프를 구동하여 가압시키는 과정에서 제2버퍼용 감압챔버(70) 내로는 탈착흡수제가 유입되고, 제2버퍼용 상압챔버(90) 내의 탈착흡수제는 탈착반응기(40)로 유입되게 된다. 그리고 도 4d에 도시된 바와 같이, 제6밸브(116)를 개방하여 상압으로 가압된 흡수제가 제2버퍼용 상압챔버(90) 내로 유입되게 된다. 이러한 도 4a → 도 4b → 도 4c → 도 4d → 도 4a의 과정은 연속적으로 진행되게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 감압 탈착반응장치(110)는 제1버퍼용 감압챔버(52)와 탈착반응기(40) 사이에 제1유량조절부(121)가 구비되어 탈착반응기(40)로 유입되는 흡착흡수제의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
그리고 탈착반응기(40)와 제2버퍼용 감압챔버(70) 사이에 제2유량조절부(122)가 구비되어 탈착반응기(40)에서 배출되는 재생흡수제의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
또한, 제2버퍼용 상압챔버(90) 후단에 제3유량조절부(123)가 구비되어 흡수반응기(10)로 유입되는 재생흡수제의 유량을 조절하도록 구성될 수 있다.
그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 탈착반응기(40) 상단 일측에 구비되는 토출단(41)에 재생싸이클론(44)이 연결되어 상부측으로 토출되는 기체(45)와 고체(46)를 분리하도록 구성됨을 알 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:종래 건식 CO2 포집시스템
10:흡착반응기
11:흡착반응기 토출단
12:흡착반응기 유입단
13:흡착반응기 배출단
14:제2흡착싸이클론
20:이송관
30:제1흡착싸이클론
31:기체배출단
32:고체배출단
40:탈착반응기
41:탈착반응기 토출단
42:탈착반응기 유입단
43:탈착반응기 배출단
50:제1버퍼용 상압챔버
51:제1수위센서
53:제1버퍼용 감압챔버
54:제2수위센서
60:제1락 호퍼
61:감압펌프
62:제1압력센서
70:제2버퍼용 감압챔버
71:제3수위센서
80:제2락 호퍼
81:가압펌프
82:제2압력센서
90:제2버퍼용 상압챔버
91:제4수위센서
100:감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템
110:감압 탈착반응장치
111:제1밸브
112:제2밸브
113:제3밸브
114:제4밸브
115:제5밸브
116:제6밸브
117:제7밸브
121:제1유량조절부
122:제2유량조절부
123:제3유량조절부
130:유량조절수단

Claims (16)

  1. 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 감압 탈착반응장치에 있어서,
    이산화탄소를 흡착한 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서, 상기 흡착흡수제 내의 상기 이산화탄소를 탈착시키고, 재생된 재생흡수제를 배출시키는 탈착반응기;
    상기 탈착반응기 전단에 설치되며, 상기 흡착흡수제가 유입되면 감압시킨 후, 상기 탈착반응기로 상기 흡착흡수제를 유입시키는 제1락 호퍼; 및
    상기 탈착반응기 후단에 설치되며, 상기 재생흡수제가 유입되면 상압으로 가압시킨 후, 배출시키는 제2락 호퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1락 호퍼 전단에 구비되며, 상기 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제1버퍼용 상압챔버;
    상기 제1버퍼용 상압챔버 전단에 구비되는 제1밸브와, 후단에 구비되는 제2밸브;
    상기 제1버퍼용 상압챔버의 수위를 측정하는 제1수위센서; 및
    제1수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 상압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1락 호퍼 후단에 구비되며, 감압된 상기 흡착흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제1버퍼용 감압챔버;
    상기 제1버퍼용 감압챔버 전단에 구비되는 제3밸브와, 후단에 구비되는 제4밸브; 및
    상기 제1버퍼용 감압챔버의 수위를 측정하는 제2수위센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 제2수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제3밸브와 상기 제4밸브의 개폐를 제어하여 제1버퍼용 감압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2밸브가 개방되어 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼에 유입된 후, 상기 제2밸브와 상기 제3밸브를 닫고, 감압펌프를 구동하여 상기 제1락 호퍼 내부를 감압상태로 형성한 후, 상기 제3밸브를 개방하여 흡착흡수제를 상기 제1버퍼용 감압챔버에 유입시키는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제2락 호퍼 전단에 구비되며, 상기 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 감압챔버;
    상기 제2버퍼용 감압압챔버 후단에 구비되는 제5밸브; 및
    상기 제2버퍼용 감압챔버의 수위를 측정하는 제3수위센서;를 포함하고,
    제어부가 제3수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제5밸브의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 감압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 제어하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2락 호퍼 후단에 구비되며, 상압이된 상기 재생흡수제가 유입되어 일정 수위범위가 유지되는 제2버퍼용 상압챔버;
    상기 제2버퍼용 상압챔버 전단에 구비되는 제6밸브와, 후단에 구비되는 제7밸브; 및
    상기 제2버퍼용 상압챔버의 수위를 측정하는 제4수위센서;를 포함하고,
    상기 제어부는 제4수위센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 제6밸브와 상기 제7밸브의 개폐를 제어하여 제2버퍼용 상압챔버의 수위값이 일정 수위범위 내로 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제5밸브가 개방되어 재생흡수제가 상기 제2락 호퍼에 유입된 후, 상기 제5밸브와 상기 제6밸브를 닫고, 가압펌프를 구동하여 상기 제2락 호퍼 내부를 상압상태로 형성한 후, 상기 제6밸브를 개방하여 재생흡수제를 상기 제2버퍼용 상압챔버에 유입시키는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제1버퍼용 감압챔버와 상기 탈착반응기 사이에 구비되어 상기 탈착반응기로 유입되는 흡착흡수제의 유량을 조절하는 제1유량조절부;
    상기 탈착반응기와 상기 제2버퍼용 감압챔버 사이에 구비되어 탈착반응기에서 배출되는 재생흡수제의 유량을 조절하는 제2유량조절부; 및
    상기 제2버퍼용 상압챔버 후단에 구비되어 흡수반응기로 유입되는 재생흡수제의 유량을 조절하는 제3유량조절부; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 탈착반응기 상단 일측에 구비되는 토출단에 연결되어 기체와 고체를 분리하는 재생 사이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치.
  10. 이산화탄소 포집시스템에 적용되는 탈착반응기를 감압 조건하에서 반응시키기 위한 방법에 있어서,
    상기 탈착반응기 전단에 설치된 제1락 호퍼로, 흡착흡수제가 유입되는 제1단계;
    상기 제1락 호퍼로 유입된 흡착흡수제를 감압펌프에 의해 감압시키는 제2단계;
    감압된 상태로 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되어 감압조건하에서 상기 흡착흡수제 내의 상기 이산화탄소가 탈착되고, 재생된 재생흡수제가 배출단을 통해 배출되는 제3단계;
    상기 탈착반응기 후단에 설치된 제2락 호퍼로 상기 재생흡수제가 유입되는 제4단계; 및
    상기 제2락 호퍼로 유입된 재생흡수제를 가압펌프에 의해 상압으로 가압하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치의 작동방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제1단계와 상기 제2단계에서,
    상기 제1락 호퍼 전단에 설치된 제1버퍼용 상압챔버가 제1밸브와 제2밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼로 유입되고,
    상기 제1락 호퍼 후단에 설치된 제1버퍼용 감압챔버가 제3밸브와 제4밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치의 작동방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제4단계와 상기 제5단계에서,
    상기 제1락 호퍼 전단에 설치된 제1버퍼용 상압챔버가 제1밸브와 제2밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 제1락 호퍼로 유입되고,
    상기 제1락 호퍼 후단에 설치된 제1버퍼용 감압챔버가 제3밸브와 제4밸브에 의해 일정 수위범위가 유지되면서 상기 흡착흡수제가 상기 탈착반응기로 유입되는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치의 작동방법.
  13. CO2 포집시스템에 있어서,
    재생흡수제가 유입되어 상압 조건하에서, 상기 재생흡수제가 이산화탄소를 흡착시키고, 흡착된 흡착흡수제를 배출시키는 흡착반응기; 및
    상기 흡착반응기에서 배출된 흡착흡수제가 유입되어 감압 조건하에서 상기 흡착흡수제를 재생시켜 상기 흡착반응기로 유입시키는, 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 감압 탈착반응장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 흡착반응기와 상기 감압 탈착반응장치 사이에 구비되어 상기 흡착반응기에서 배출된 유체 내의 기체와 고체를 분리하여, 고체인 흡착흡수제를 상기 감압 탈착반응장치 측으로 유입시키는 제1흡착 싸이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 흡착반응기 상단 일측에 구비되는 토출단에 연결되어 기체와 고체를 분리하는 제2흡착 사이클론;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 흡착반응기 후단 일측에 구비되어, 배출되는 흡착흡수제의 유량을 조절하는 유량조절수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감압 탈착반응장치를 갖는 연속식 이동층 CO2 포집시스템.
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