KR20230008372A - 연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치에 있어서, 일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지며, 상기 유입면을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되도록 하는 흡착탑; 상기 흡착탑 내부에 충전되는 이산화탄소 흡착제; 상기 흡착탑 상부측에 구비되어 흡착제가 공급되는 흡착제 공급단과, 상기 흡착탑 하부측에 구비되어 이산화탄소를 흡착한 흡착제가 토출되는 흡착제 토출단; 상기 흡착제 토출단을 통해 토출된 흡착제를 재생기 측으로 이송시키는 흡착제 이송조절부; 및 상기 재생기에 의해 재생된 흡착제를 상기 흡착제 공급단으로 공급시키는 재생흡착제 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치에 관한 것이다.

Description

연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법{Continuous Direct Air Capture system and Method}
본 발명은 연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법에 관한 것이다.
지구 온도 상승 1.5도 미만으로 유지하기 위해서는 네거티브 탄소배출 기술이 필요하며, 대기 중 직접공기포집(Direct Air Capture, DAC) 기술은 옵션 중 하나이다.
CO2가 높은 대형 발생원에서 포집하는 기존 CCS (CO2 포집 및 저장) 기술의 한계를 극복하고 소형 분산형 CO2 포집으로 발상 전환이 필요하다. 시간과 장소를 가리지 않고 대기 중 CO2 포집 가능하며 전 세계 연간 36~120억 톤CO2를 제거할 수 있는 기술로 평가(NASEM report, 2018)되고 있다.
대기 중 CO2 직접 포집의 높은 비용이 문제로 제기되어 왔으나, 최근 들어 포집 비용 $100/tCO2 이하가 가능하다고 보고되고 있다.
그리고, 공기에서 포집한 탄소로 수많은 제품 생산 가능(현재 폐기물로 배출되는 주요 기후변화 물질 중 하나에서 놀라운 경제적 가치를 얻을 수 있음)하다.
2030년까지 탄소포집 및 활용 산업은 8,000억달러(약 800조원)로 예상되며, 석유가 나지 않아 현재 높은 가격을 지불하는 나라들도 공기포집으로 연료 생산이 가능하고, 이를 통해 연료 비용 균등화도 가능할 수 있다.
공기청정기와 융합된 실내/대기 중 CO2 포집기의 경우, 가정용, 차량용, 교실용 등 고급제품으로 출시하여 시장에 진출된 상황이다.
도 1 및 도 2는 종래 직접공기포집 장치의 구성도를 도시한 것이다. 도 1은 Carbon Engineering의 Solvent DAC Tech로서, 2015년 pilot plant를 시작으로 2019년부터 demo plant를 운영주엥 있으며, 년간 백만톤 규모이다.
도 2는 Climeworks의 Sorbent DAC Tech로서, performed in batch(with multiple process steps) 2013 1st prototype을 개발하여, 2017 1st commercial,2019부터 소비자에게 제공되고 있다. 2025년까지 225백만톤 처리 (전세계 CO2 배출량의 대략 1%)할 계획이며, Hinwil DAC system은 900톤/년 규모(투자비 $3-4 million / 포집비용 $500-600/tCO2)에 해당한다. 그러나 이러한 종래 직접공기포집 장치는 연속식이 아닌 반응기를 번갈아 재생하는 방식으로 추가적인 에너지 소비와 가열 및 냉각시간이 필요한 단점이 존재한다.
대한민국 등록특허 10-0458284 대한민국 등록특허 10-1565945 대한민국 등록특허 10-1248978
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 연속식 직접공기포집 장치로서, 많은 유량을 처리하면서 압력강하는 최소화할 수 있으며, 흡착탑에 내장된 흡착제 또는 흡착제 모듈이 흡착제 재생주기를 반영하여 흡착제 이송조절부를 통해 하부측으로 이동, 이송조절부를 통한 재생기 이송속도를 조절하여 흡착탑의 흡착 반응공정을 정지시키지 않고 연속적으로 직접공기포집이 가능한, 연속식 직접공기포집 장치 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 목적은, 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치에 있어서, 일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지며, 상기 유입면을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되도록 하는 흡착탑; 상기 흡착탑 내부에 충전되는 이산화탄소 흡착제; 상기 흡착탑 상부측에 구비되어 흡착제가 공급되는 흡착제 공급단과, 상기 흡착탑 하부측에 구비되어 이산화탄소를 흡착한 흡착제가 토출되는 흡착제 토출단; 상기 흡착제 토출단을 통해 토출된 흡착제를 재생기 측으로 이송시키는 흡착제 이송조절부; 및 상기 재생기에 의해 재생된 흡착제를 상기 흡착제 공급단으로 공급시키는 재생흡착제 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치로서 달성될 수 있다.
제1목적에 있어서, 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 흡착제의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 제1목적에 있어서, 상기 흡착제 토출단과 상기 흡착제 이송조절부 사이에 토출된 상기 흡착제가 쌓여있는 상태가 되고, 상기 제어부는, 상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 흡착제가 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 흡착제의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1목적에 있어서, 상기 유입면과 상기 배출면 각각에는 메쉬형태의 지지체와, 상기 지지체와 상기 흡착제 사이에 필터가 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치에 있어서, 일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지며, 상기 유입면을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되도록 하는 흡착탑; 내부에 이산화탄소 흡착제가 충전되며 외면이 필터로 감싸지고, 상기 흡착탑 내부에 충전되는 복수의 흡착제 필터모듈; 상기 흡착탑 상부측에 구비되어 필터모듈이 공급되는 흡착제 공급단과, 상기 흡착탑 하부측에 구비되어 이산화탄소를 흡착한 필터모듈이 토출되는 흡착제 토출단; 상기 흡착제 토출단을 통해 토출된 필터모듈을 재생기 측으로 이송시키는 흡착제 이송조절부; 및 상기 재생기에 의해 재생된 필터모듈을 상기 흡착제 공급단으로 공급시키는 재생흡착제 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치로서 달성될 수 있다.
제2목적에 있어서, 상기 흡착제 토출단과 상기 흡착제 이송조절부 사이에 토출된 상기 필터모듈이 쌓여있는 상태가 되고, 상기 제어부는, 상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 필터모듈이 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 필터모듈의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2목적에 있어서, 상기 유입면과 상기 배출면 각각에는 메쉬형태의 지지체가 부착되는 것을 특징으로 할 수 있다.
제2목적에 있어서, 상기 필터 모듈은 운전 중 교체가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
제2목적에 있어서, 상기 필터 모듈은 버킷-바 형태 또는 허니컴 형태를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
제1, 제2목적에 있어서, 상기 흡착탑은 평면방향을 따라 서로 특정간격 이격되게 복수로 배치되며, 복수의 흡착탑 사이 공간의 하부측에 설치되어 공기가 유입되는 유입단과, 상기 복수의 흡착탑 사이 공간의 하부측에 설치되는 폐쇄단을 포함하여, 상기 유입단으로 유입된 공기는 상기 사이공간으로 유입되어, 상기 복수의 흡착탑 유입면으로 공급되어 배출면으로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 방법에 있어서, 일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지는 흡착탑의 상부측에 설치되는 흡착제 공급단을 통해 이산화탄소 흡착제 또는 내부에 이산화탄소 흡착제가 충전되며 외면이 필터로 감싸진 필터모듈을 충전시키는 단계; 흡착제 또는 필터모듈이 흡착탑 하부의 흡착제 토출단으로 토출되어 흡착제 이송조절부 사이에 쌓여있는 상태가 되면, 상기 흡착제 공급단으로의 흡착제 또는 필터모듈 공급을 중단시키는 단계; 유입면을 통해 유입된 공기가 흡착탑의 평면방향을 따라 유동되어 상기 흡착제 또는 필터 모듈에 의해 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되는 단계; 상기 흡착제 또는 상기 필터모듈의 흡착정도에 기반하여 제어부가 흡착제 이송조절부를 제어하여, 상기 흡착탑 내의 흡착제 또는 필터모듈이 하부측으로 이송되고, 흡착제 이송조절부에 쌓인 흡착제 또는 필터모듈이 재생기로 이송되는 단계; 및 재생기를 통해 재생된 흡착제 또는 필터 모듈이 재생흡착제 이송부를 통해 흡착탑 상부의 흡착제 공급단으로 공급되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 제3목적에 있어서, 상기 제어부가, 상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 흡착제 또는 필터모듈이 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여, 상기 흡착탑 내의 흡착제 또는 필터모듈의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치 및 포집방법에 따르면, 연속식 직접공기포집 장치로서, 많은 유량을 처리하면서 압력강하는 최소화할 수 있으며, 흡착탑에 내장된 흡착제 또는 흡착제 모듈이 흡착제 재생주기를 반영하여 흡착제 이송조절부를 통해 하부측으로 이동, 이송조절부를 통한 재생기 이송속도를 조절하여 흡착탑의 흡착 반응공정을 정지시키지 않고 연속적으로 직접공기포집이 가능한 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 실시예를 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 1 및 도 2는 종래 직접공기포집 장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속식 직접공기포집 방법의 흐름도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 흡착탑의 부분 단면도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도,
도 8a는 본 발명의 제2실시예에 따른 버킷-바 형태의 모듈이 충전된 흡착탑의 부분 단면도,
도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 허니컴 형태의 모듈이 충전된 흡착탑의 부분 단면도,
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도를 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 연속식 직접공기포집 장치의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 직접공기포집 장치의 특징은, 대기중의 CO2농도가 낮아, CO2를 흡착한 후에 재생에 필요한 반응기의 크기가 기존의 공정에 비해 2500:1 규모이다. 따라서 연속적으로 제거할 때 흡착과 재생반응기의 크기 비는 2000:1 이상이 될 것이며, 반응기를 번갈아 재생하는 방법은 추가적인 에너지 소비와 가열 및 냉각 시간이 필요하고, 농도가 낮기 때문에 많은 유량을 처리하여야 하며, 경제성 측면에서 압력강하를 최소화하여야 한다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속식 직접공기포집 방법의 흐름도를 도시한 것이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 또한 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 흡착탑의 부분 단면도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치(100)는, 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치(100)로서, 흡착탑(10), 이산화탄소 흡착제(1), 흡착제 토출단(14), 흡착제 공급단(13), 흡착제 이송조절부(20), 재생기(30), 재생흡착제 이송부(40) 등을 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
흡착탑(10)은 압력강하가 허용되는 정도의 두께(예를 들어 10cm 이하)의 넓은 면적의 반응기에 대기 공기가 수직으로 통과하도록 구성된다. 유입면(11)은 일면에 위치되며, 타면에는 배출면(12)이 위치되게 된다. 따라서 유입면(11)을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 배출면(12)으로 배출되게 된다. 흡착제(1)와 공기는 cross-flow이지만, 전체적으로 counter flow가 된다.
이러한 흡착탑(10) 내부에는 이산화탄소 흡착제(1)가 충전되게 되며, 흡착탑(10) 상부측에는 흡착제 공급단(13)이 구비되어 흡착제(1)가 공급되며, 흡착탑(10) 하부측에는 흡착제 토출단(14)이 구비되어 이산화탄소를 흡착한 흡착제(1)가 토출되도록 구성된다. 이산화탄소 흡착제(1)는 중력에 의해 하부측으로 연속적으로 이동되게 된다.
또한 흡착제 이송조절부(20)는 흡착제 토출단(14)을 통해 토출된 흡착제(1)를 재생기(30) 측으로 이송시키도록 구성되며 구체적 실시예에서는 컨베이어 벨트로 구성될 수 있다.
그리고 버킷 엘이베이터 등으로 구성되는 재생흡착제 이송부(40)는 재생기(30)에 의해 재생된 흡착제(1)를 흡착탑(10) 상부측의 흡착제 공급단(13)으로 공급시키도록 구성된다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 유입면(11)과 배출면(12) 각각에는 메쉬형태의 지지체(15)와, 지지체(15)와 흡착제(1) 사이에 필터(16)가 부착되게 된다. 입자의 비산을 막기 위해 약 10㎛ 필터(16)가 부착되며 공기가 흡착하고 나가는 배출면(12)에는 5 ~ 10㎛ 필터(16)와 지지체(15)가 설치되며, 필터(16)로 공기의 흐름이 용이하고 흡착제(1)와 접촉성을 높일 수 있다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 흡착제 토출단(14)과 흡착제 이송조절부(20) 사이에 토출된 상기 흡착제(1)가 쌓여있는 상태가 된다. 따라서 흡착제 이송조절부(20)가 구동되지 않은 상태에서는 흡착제(1)는 흡착탑(10) 내에서 이송되지 않고 정지상태가 된다.
제어부(50)는, 흡착제 공급단(13)을 통해 공급된 흡착제(1)가 흡착제 토출단(14)으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 흡착제 이송조절부(20), 재생기(30), 재생흡착제 이송부(40)를 제어하여, 흡착탑(10) 내의 흡착제(1)의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단(14)을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부(20)에서의 이송속도, 흡착제 공급단(13)으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하게 된다.
즉, 대기 중의 이산화탄소 농도, 흡착제(1)의 흡착효능 등을 기반으로 하여, 흡착제 공급단(13)을 통해 공급된 흡착제(1)가 하부로 이송되어 흡착체 토출단에서 토출될 때, 포화상태가 되는 이송속도가 되도록 흡착제 이송조절부(20)를 제어하게 된다.
따라서 별도의 재생모드의 변환을 위해 흡착 반응기의 작업을 중단할 필요없이 연속적, 계속적으로 흡착탑(10)의 흡착공정을 유지시킬 수 있게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 연속식 직접공기포집 방법에 대해 설명하면, 먼저, 일면에 위치되는 유입면(11)과, 타면에 위치되는 배출면(12)을 가지는 흡착탑(10)의 상부측에 설치되는 흡착제 공급단(13)을 통해 이산화탄소 흡착제(1)를 충전시킨다(S1).
그리고 흡착제(1)가 흡착탑(10) 하부의 흡착제 토출단(14)으로 토출되어 흡착제 이송조절부(20) 사이에 쌓여있는 상태가 되면, 상기 흡착제 공급단(13)으로의 흡착제(1) 공급을 중단시킨다(S2). 이때 흡착제(1)는 흡착탑(10) 내에서 하부측으로 이동하지 않고 정지된 상태가 된다.
그리고 유입면(11)을 통해 유입된 공기는 흡착탑(10)의 평면방향을 따라 유동되어 흡착제(1)에 의해 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 배출면(12)으로 배출되게 된다(S3).
이러한 상태에서, 대기의 이산화탄소 농도, 흡착제(1)의 흡착효능에 기반하여 제어부(50)가 흡착제 이송조절부(20)를 제어하여, 흡착탑(10) 내의 흡착제(1)가 하부측으로 이송되고,(S5) 흡착제 이송조절부(20)에 쌓인 흡착제(1)가 재생기(30)로 이송되게 된다(S6).
그리고 재생기(30)를 통해 재생된 흡착제(1)가 재생흡착제 이송부(40)를 통해 흡착탑(10) 상부의 흡착제 공급단(13)으로 공급되게 된다(S7)
이때 제어부(50)는 흡착제 공급단(13)을 통해 공급된 흡착제(1)가 흡착제 토출단(14)으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 흡착제 이송조절부(20), 재생기(30), 재생흡착제 이송부(40)를 제어하여, 흡착탑(10)의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단(14)을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부(20)에서의 이송속도, 흡착제 공급단(13)으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하게 된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도를 도시한 것이다. 그리고 도 8a는 본 발명의 제2실시예에 따른 버킷-바 형태의 모듈이 충전된 흡착탑의 부분 단면도를 도시한 것이며, 도 8b는 본 발명의 제2실시예에 따른 허니컴 형태의 모듈이 충전된 흡착탑의 부분 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 제2실시예는 앞서 언급한 제1실시예와 기능과 작동방법이 유사하며, 흡착탑(10) 내부에 흡착제(1)를 충전하는 것이 아닌, 내부에 이산화탄소 흡착제(1)가 충전되며 외면이 필터로 감싸진 필터모듈(2)을, 흡착탑(10) 내부에 충전되도록 구성된다. 이러한 필터 모듈(2)은 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 버킷-바 형태 또는 허니컴 단면 형태를 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 흡착탑(10)의 내부에 필터없이 입자를 충전하는 mesh형태의 지지체(15)만 있어, 제작비 및 압력강하 측면에서 유리하다. 하부의 컨베이어 벨트로 구성된 이송조절부(20)에 의해 필터모듈(2)의 이동 속도를 제어할 수 있다.
즉, 흡착제 토출단(14)과 흡착제 이송조절부(20) 사이에 토출된 필터모듈(2)은 쌓여있는 상태가 되고, 제어부(50)는, 흡착제 공급단(13)을 통해 공급된 필터모듈(2)이 흡착제 토출단(14)으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 흡착제 이송조절부(20), 재생기(30), 재생흡착제 이송부(40)를 제어하여, 흡착탑(10) 내의 필터모듈(2)의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단(14)을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부(20)에서의 이송속도, 흡착제 공급단(13)으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하게 된다.
필터 모듈(2)은 재생기(30)로 이동하여 CO2를 회수하고, 재생된 필터모듈(2)은 재생흡착제 이송부(40)를 통해 흡착탑(10) 상부의 흡착제 공급단(13)으로 이송한다.
이러한 필터모듈(2)은 운전중 교체가 가능하다. n x m 개의 모듈(2)(예를 들어 10 x 20)이 흡착탑(10) 하나가 된다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 연속식 직접공기포집 장치의 구성도를 도시한 것이다. CO2포집용량에 따라 흡착탑(10) 갯수를 늘려 설치할 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 대기 유입 하나가 2개의 흡착탑(10)으로 흐르도록 배열하여, 공정구성 및 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
즉, 흡착탑(10)은 평면방향을 따라 서로 특정간격 이격되게 복수로 배치되며, 한 쌍의 흡착탑(10) 사이 공간의 하부측에 유입단(110)이 설치되어 공기가 유입되도록 하고, 한 쌍의 흡착탑(10) 사이 공간의 상부측에 폐쇄단(120)을 설치하여, 유입단(110)으로 유입된 공기가 한 쌍의 흡착탑(10) 사이공간으로 유입되어, 각각의 흡착탑(10) 유입면(11)으로 공급, 통과되어 배출면(12)으로 토출되어, 배출단(130)을 통해 배출되도록 배치되어 질 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:흡착제
2:필터모듈
10:흡착탑
11:유입면
12:배출면
13:흡착제 공급단
14:흡착제 토출단
15:지지체
16:필터
20:흡착제 이송조절부
30:재생기
40:재생흡착제 이송부
50:제어부
100:연속식 직접공기포집 장치
110:유입단
120:폐쇄단
130:배출단

Claims (12)

  1. 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치에 있어서,
    일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지며, 상기 유입면을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되도록 하는 흡착탑;
    상기 흡착탑 내부에 충전되는 이산화탄소 흡착제;
    상기 흡착탑 상부측에 구비되어 흡착제가 공급되는 흡착제 공급단(13)과, 상기 흡착탑 하부측에 구비되어 이산화탄소를 흡착한 흡착제가 토출되는 흡착제 토출단;
    상기 흡착제 토출단을 통해 토출된 흡착제를 재생기 측으로 이송시키는 흡착제 이송조절부; 및
    상기 재생기에 의해 재생된 흡착제를 상기 흡착제 공급단으로 공급시키는 재생흡착제 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 흡착제의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 흡착제 토출단과 상기 흡착제 이송조절부 사이에 토출된 상기 흡착제가 쌓여있는 상태가 되고,
    상기 제어부는,
    상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 흡착제가 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 흡착제의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 유입면과 상기 배출면 각각에는 메쉬형태의 지지체와, 상기 지지체와 상기 흡착제 사이에 필터가 부착되는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  5. 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 장치에 있어서,
    일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지며, 상기 유입면을 통해 유입된 공기는 평면방향을 따라 유동되어 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되도록 하는 흡착탑;
    내부에 이산화탄소 흡착제가 충전되며 외면이 필터로 감싸지고, 상기 흡착탑 내부에 충전되는 복수의 흡착제 필터모듈;
    상기 흡착탑 상부측에 구비되어 필터모듈이 공급되는 흡착제 공급단과, 상기 흡착탑 하부측에 구비되어 이산화탄소를 흡착한 필터모듈이 토출되는 흡착제 토출단;
    상기 흡착제 토출단을 통해 토출된 필터모듈을 재생기 측으로 이송시키는 흡착제 이송조절부; 및
    상기 재생기에 의해 재생된 필터모듈을 상기 흡착제 공급단으로 공급시키는 재생흡착제 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 흡착제 토출단과 상기 흡착제 이송조절부 사이에 토출된 상기 필터모듈이 쌓여있는 상태가 되고,
    상기 제어부는,
    상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 필터모듈이 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여 상기 흡착탑 내의 필터모듈의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유입면과 상기 배출면 각각에는 메쉬형태의 지지체가 부착되는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 필터 모듈은 운전 중 교체가 가능한 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 필터 모듈은 버킷-바 형태 또는 허니컴 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  10. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 흡착탑은 평면방향을 따라 서로 특정간격 이격되게 복수로 배치되며,
    복수의 흡착탑 사이 공간의 하부측에 설치되어 공기가 유입되는 유입단과, 상기 복수의 흡착탑 사이 공간의 하부측에 설치되는 폐쇄단을 포함하여,
    상기 유입단으로 유입된 공기는 상기 사이공간으로 유입되어, 상기 복수의 흡착탑 유입면으로 공급되어 배출면으로 배출되는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 장치.
  11. 대기중의 공기가 유입되어, 대기중 이산화탄소를 직접 포집하는 직접공기포집 방법에 있어서,
    일면에 위치되는 유입면과, 타면에 위치되는 배출면을 가지는 흡착탑의 상부측에 설치되는 흡착제 공급단을 통해 이산화탄소 흡착제 또는 내부에 이산화탄소 흡착제가 충전되며 외면이 필터로 감싸진 필터모듈을 충전시키는 단계;
    흡착제 또는 필터모듈이 흡착탑 하부의 흡착제 토출단으로 토출되어 흡착제 이송조절부 사이에 쌓여있는 상태가 되면, 상기 흡착제 공급단으로의 흡착제 또는 필터모듈 공급을 중단시키는 단계;
    유입면을 통해 유입된 공기가 흡착탑의 평면방향을 따라 유동되어 상기 흡착제 또는 필터 모듈에 의해 공기 내의 이산화탄소가 포집되어 상기 배출면으로 배출되는 단계;
    상기 흡착제 또는 상기 필터모듈의 흡착정도에 기반하여 제어부가 흡착제 이송조절부를 제어하여, 상기 흡착탑 내의 흡착제 또는 필터모듈이 하부측으로 이송되고, 흡착제 이송조절부에 쌓인 흡착제 또는 필터모듈이 재생기로 이송되는 단계; 및
    재생기를 통해 재생된 흡착제 또는 필터 모듈이 재생흡착제 이송부를 통해 흡착탑 상부의 흡착제 공급단으로 공급되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제어부가, 상기 흡착제 공급단을 통해 공급된 흡착제 또는 필터모듈이 상기 흡착제 토출단으로 통해 토출될 때 포화상태가 되도록 상기 상기 흡착제 이송조절부, 재생기, 재생흡착제 이송부를 제어하여, 상기 흡착탑 내의 흡착제 또는 필터모듈의 하부측으로의 이송속도, 흡착제 토출단을 통해 토출되는 토출속도, 흡착제 이송조절부에서의 이송속도, 흡착제 공급단으로 통해 공급되는 공급속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연속식 직접공기포집 방법.
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