KR20230092507A - Method for removing carbon dioxide in flue gas using a Membrane contactor - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분리막 접촉기를 이용한 배가스 내 이산화탄소 제거 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정수를 흡기 모듈 내 분리막 접촉기에 공급하고, 이산화탄소를 포함하는 배가스와 접촉시켜 상기 이산화탄소를 흡기하는 단계; 및 상기 흡기 모듈에서 배출된 공정수를 탈기 모듈에 공급하고, 상기 탈기 모듈의 분리막 접촉기에서 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계;를 포함하며,상기 공정수는 물(H20)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing carbon dioxide from exhaust gas using a separator contactor, and more particularly, supplying process water to a separator contactor in an intake module, and contacting the exhaust gas containing carbon dioxide to intake the carbon dioxide; and supplying process water discharged from the intake module to a degassing module, and degassing and recovering carbon dioxide in a separator contactor of the degassing module, wherein the process water is water (H 2 0). It relates to a carbon dioxide removal method.

Description

분리막 접촉기를 이용한 배가스 내 이산화탄소 제거 방법{Method for removing carbon dioxide in flue gas using a Membrane　contactor}Method for removing carbon dioxide in flue gas using a Membrane　contactor}

본 발명은 분리막 접촉기를 이용한 배가스 내 이산화탄소 제거 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저에너지, 저운전비용 및 저화학약품 특성을 갖는 이산화탄소 제거 기술에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for removing carbon dioxide from exhaust gas using a membrane contactor, and more particularly, to a technology for removing carbon dioxide having low energy, low operating cost, and low chemical properties.

산업의 발전에 따라 온실가스 유출량도 증가하고 있으며, 특히 탄소기반인 LNG 발전소에서 LNG 연소 시 온실가스인 이산화탄소가 불가피하게 발생하고 있다. LNG의 주성분은 메탄으로 공기의 산소와 연소반응을 하면 CH4 + O2 → CO2 + H2O 반응식에 의해 이산화탄소가 발생한다. 현재 발생된 LNG 발전소에서 발생한 이산화탄소는 다른 처리 없이 배가스에 혼합되어 유출되고 있는 실정이다. As the industry develops, the amount of greenhouse gas emissions is also increasing, and in particular, carbon dioxide, a greenhouse gas, is inevitably generated when LNG is burned in a carbon-based LNG power plant. The main component of LNG is methane, and when it reacts with oxygen in the air by combustion, carbon dioxide is generated by the reaction equation CH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O. Currently, carbon dioxide generated from LNG power plants is mixed with flue gas without any other treatment and is discharged.

그러나, 최근 온실가스 규제가 강화됨에 따라 이산화탄소를 포집하여 유출을 억제하는 기술 개발이 요구되고 있어 다양한 연구들이 진행 중에 있다. 이산화탄소를 포집하여 유출을 억제하는 기술에는 용매를 이용하여 스크러버 방식을 통한 이산화탄소 제거 방법, 건식으로 CaO와 같은 제거제 투입을 통한 이산화탄소 제거 방법, 흡착제가 포함된 흡착탑 운전을 통한 PSA 공정 기법, 이산화탄소를 하이드레이트 형태로 전환시켜서 지하에 저장하는 방법 등 다양하게 존재하고 있었다. However, as greenhouse gas regulations have recently been strengthened, there is a demand for the development of technologies for capturing carbon dioxide and suppressing outflow, and thus various studies are in progress. Technologies for capturing carbon dioxide and suppressing outflow include a method of removing carbon dioxide through a scrubber method using a solvent, a method of removing carbon dioxide through a dry method by introducing a removing agent such as CaO, a PSA process technique through operation of an adsorption tower containing an adsorbent, and a hydrate of carbon dioxide There were various methods such as converting it into a form and storing it underground.

그러나, 스크러버 방식은 이산화탄소 흡수 증대를 위해 화학약품을 사용해야 하고 이를 다시 회수할 때 많은 에너지를 필요로 하는 점이 단점이 있으며, CaO와 같은 제거제 투입 방식은 끊임 없이 약품 공급을 해야 하고 이를 걸러주기 위한 백필터 장치 및 발생한 약품에 대한 처리 비용이 발생하는 단점이 있다, 또, PSA 공정의 경우 압력 변동에 따른 흡착 량 차이를 통해 이산화탄소를 제거하지만 컴프레서 설치 및 운용비용이 크다는 단점이 있고, 이산화탄소 하이드레이트 방식은 고압 조건을 만들어 줘야 하며 이를 주입할 수 있는 지하 매장 시설이 있어야 하는데, 가능한 후보 군이 많지 않다는 단점이 있다. However, the scrubber method has the disadvantage of using chemicals to increase carbon dioxide absorption and requiring a lot of energy to recover them, and the method of adding a remover such as CaO requires constant supply of chemicals and a bag for filtering them. There is a disadvantage of incurring processing costs for the filter device and generated chemicals. In addition, in the case of the PSA process, carbon dioxide is removed through a difference in adsorption amount according to pressure fluctuations, but there is a disadvantage in that the installation and operation cost of the compressor is high, and the carbon dioxide hydrate method High-pressure conditions must be created and there must be an underground burial facility that can inject it, but there are disadvantages in that there are not many possible candidates.

이에, 이러한 단점을 보완하여 저에너지, 저운전비용 및 저화학약품으로 이산화탄소 제거할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for a device capable of removing carbon dioxide with low energy, low operating cost, and low chemicals by supplementing these disadvantages.

본 발명은 장치 구성이 비교적 단순하고 공정 비용 또한 경제적인 이산화탄소를 제거하는 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method for removing carbon dioxide with a relatively simple device configuration and economical process cost.

본 발명에 따르면, 공정수를 흡기 모듈 내 분리막 접촉기에 공급하고, 이산화탄소를 포함하는 배가스와 접촉시켜 상기 이산화탄소를 흡기하는 단계; 및According to the present invention, supplying process water to a membrane contactor in an intake module, and contacting exhaust gas containing carbon dioxide to intake the carbon dioxide; and

상기 흡기 모듈에서 유출된 공정수를 탈기 모듈에 공급하고, 상기 탈기 모듈의 분리막 접촉기에서 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계;를 포함하며, 상기 공정수는 물(H20)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법을 제공한다.Supplying the process water discharged from the intake module to the degassing module, and degassing and recovering carbon dioxide in the separator contactor of the degassing module, wherein the process water is water (H 2 0). It provides a way to remove it.

상기 공정수는 프로필렌 카보네이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The process water is characterized in that it contains propylene carbonate.

상기 공정수에서 프로필렌 카보네이트를 0.1 내지 5부피%의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it contains propylene carbonate in an amount of 0.1 to 5% by volume in the process water.

상기 흡기 모듈에 공급되는 배가스 유량은 공정수 유량에 대해 0.1 내지 10의 비율을 갖는 것을 특징으로 한다.The exhaust gas flow rate supplied to the intake module is characterized in that it has a ratio of 0.1 to 10 with respect to the process water flow rate.

상기 분리막 접촉기는 접촉기당 1 내지 500 m2의 접촉면적을 갖는 것을 특징으로 한다.The membrane contactor is characterized in that it has a contact area of 1 to 500 m 2 per contactor.

상기 흡기 모듈에서 유입되는 공정수 유량이 4 L/min 미만인 경우 배가스 유량은 1 내지 15 L/min이고, 공정수 유량이 4 L/min 이상인 경우 배가스 유량은 1 내지 20 L/min인 것을 특징으로 한다.When the process water flow rate flowing from the intake module is less than 4 L/min, the exhaust gas flow rate is 1 to 15 L/min, and when the process water flow rate is 4 L/min or more, the exhaust gas flow rate is 1 to 20 L/min. do.

상기 흡기 모듈 및 탈기 모듈에서의 압력은 1 내지 20 bar 인 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the pressure in the intake module and the degassing module is 1 to 20 bar.

상기 흡기 모듈에서 유출된 가스의 이산화탄소 농도는 2.5 부피% 이하인 것을 특징으로 한다.The concentration of carbon dioxide in the gas discharged from the intake module is 2.5% by volume or less.

상기 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계는 진공 펌프로 회수하는 것을 특징으로 한다.The step of degassing and recovering the carbon dioxide is characterized by recovering it with a vacuum pump.

상기 진공 펌프에서 회수한 이산화탄소 농도는 5 내지 90 부피%인 것을 특징으로 한다.The concentration of carbon dioxide recovered from the vacuum pump is 5 to 90% by volume.

본 발명에 의하면, 물과 분리막 접촉기를 이용하여 이산화탄소를 흡수 및 제거함으로써 저에너지, 저운전비용 및 저화학약품으로 장치 구성이 비교적 단순하고 공정 비용 또한 경제적인 이산화탄소 제거 방법을 제공한다. 또한, 진공펌프를 통해 고농도 이산화탄소를 회수할 수 있어 공정의 경제성을 높일 수 있다.According to the present invention, by absorbing and removing carbon dioxide using water and a membrane contactor, a method for removing carbon dioxide with low energy, low operating cost and low chemicals, a relatively simple device configuration and economical process cost is provided. In addition, since high-concentration carbon dioxide can be recovered through the vacuum pump, the economic efficiency of the process can be increased.

도 1은 종래 LNG 발전소에서의 발전 및 배가스 유출 설비를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 LNG 발전소에서 본 발명에 따른 분리막 접촉기를 포함하는 발전 및 배가스 유출 설비를 개략적으로 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing power generation and exhaust gas discharge facilities in a conventional LNG power plant.
2 is a schematic diagram schematically showing a power generation and exhaust gas discharge facility including a membrane contactor according to the present invention in an LNG power plant.

이하, 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.

본 발명은 연료를 연소시키는 공정에서 발생되는 배가스를 처리 목적으로 하며, 상기 배가스는 보일러, 발전소, 소각로 등 각종 연소시설로부터 유출되는 생활 배가스 및 산업 배가스 등일 수 있으며, 바람직하게는 LNG 발전소 배가스일 수 있다.The purpose of the present invention is to treat exhaust gas generated in a process of burning fuel, and the exhaust gas may be domestic exhaust gas and industrial exhaust gas discharged from various combustion facilities such as boilers, power plants, and incinerators, and preferably may be LNG power plant exhaust gas. there is.

도 1은 종래 LNG 발전소에서의 발전 및 배가스 유출 설비를 개략적으로 나타내는 모식도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing power generation and exhaust gas discharge facilities in a conventional LNG power plant.

도 1에 나타낸 바와 같이, 일반적으로, 발전소는 발전소 버너(1)로 LNG 등 연료와 연소용 공기가 투입되고, 버너의 화염에 의해 연료와 연소용 공기의 연소반응에 의해 열을 생성한다. As shown in FIG. 1, in a power plant, fuel such as LNG and air for combustion are generally injected into a power plant burner 1, and heat is generated by a combustion reaction between the fuel and air for combustion by the flame of the burner.

상기 연소 반응에 의해 생성된 열은 물을 열교환 매체로 사용하는 배가스 열 교환 장치(2)에서 물과 열 교환이 이루어져 스팀을 생성하며, 상기 생성된 스팀에 의해 스팀 터빈(3)이 가동되며, 발전 장치(4)가 작동함으로써 에너지를 생산한다. The heat generated by the combustion reaction is heat exchanged with water in the exhaust gas heat exchanger 2 using water as a heat exchange medium to generate steam, and the steam turbine 3 is operated by the generated steam, The generator 4 operates to produce energy.

이때, 상기 LNG 등의 화석 연료는 산소와의 반응에 의해 배가스를 생성한다. 예를 들어, 연료로서 메탄을 주성분으로 포함하는 LNG를 사용하는 경우, 상기 메탄은 연소용 공기 중의 산소와 다음과 같은 연소반응이 일어난다.At this time, the fossil fuel such as LNG generates exhaust gas by reaction with oxygen. For example, when using LNG containing methane as a main component as fuel, the following combustion reaction occurs between methane and oxygen in combustion air.

CH4 + O2 → CO2 + H2OCH 4 + O 2 → CO 2 + H 2 O

이와 같이 메탄의 연소반응에 의해 이산화탄소가 생성되는데, 종래의 발전설비에는 별도의 이산화탄소 제거 설비를 구비하지 않아, 이산화탄소가 포함된 상태로 배가스를 굴뚝(5)을 통해 대기 중으로 유출하였다. 이로 인해 환경 오염 등을 야기하는 문제가 있었다.As described above, carbon dioxide is generated by the combustion reaction of methane. Conventional power generation facilities do not have a separate carbon dioxide removal facility, so exhaust gas containing carbon dioxide is discharged into the atmosphere through the chimney 5. As a result, there was a problem of causing environmental pollution and the like.

이에, 본 발명은 상기와 같은 연소 후의 배가스로부터 이산화탄소를 효과적으로 분리하여 제거한 후에 배가스를 유출하는 방법을 제공하고자 한다. 특히, 본 발명은 분리막 접촉기를 사용하여 이산화탄소를 제거하고자 하는 것으로서, 본 발명에 따른 이산화탄소 제거를 위한 분리막 접촉기를 포함하는 발전 및 배가스 유출 설비를 도 2에 개략적으로 나타내었다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for discharging exhaust gas after effectively separating and removing carbon dioxide from exhaust gas after combustion as described above. In particular, the present invention is intended to remove carbon dioxide using a membrane contactor, and schematically shows a power generation and exhaust gas discharge facility including a membrane contactor for removing carbon dioxide according to the present invention in FIG. 2.

이하 도 2를 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 2 .

도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 발전 및 배가스 유출 설비는 종래의 발전 설비에 배가스로부터 이산화탄소를 분리 유출하기 위한 분리막 접촉기를 더 포함하는 것으로서, 이하, 도 2를 참조하여 분리막 접촉기에 의해 배가스로부터 이산화탄소를 분리 제거하는 기술을 중심으로 설명한다.As shown in FIG. 2, the power generation and exhaust gas outflow facility of the present invention further includes a membrane contactor for separating and discharging carbon dioxide from the exhaust gas in the conventional power generation facility. Referring to FIG. The technology for separating and removing carbon dioxide will be mainly explained.

본 발명의 이산화탄소 제거 장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 배가스에 포함된 이산화탄소를 공정수에 흡기시키며 분리막 접촉기(8)를 1개 이상 포함하는 흡기 모듈(6); 상기 흡기 모듈(6)에서 유출된 공정수로부터 이산화탄소를 탈기시키며 분리막 접촉기(8)를 1개 이상 포함하는 탈기 모듈(7); 및 상기 탈기 모듈(7)로부터 이산화탄소를 회수하는 진공펌프(9);를 포함한다.As shown in FIG. 2, the carbon dioxide removal device of the present invention includes an intake module 6 including one or more membrane contactors 8 for intake of carbon dioxide contained in exhaust gas into process water; a degassing module 7 including one or more membrane contactors 8 for degassing carbon dioxide from process water discharged from the intake module 6; and a vacuum pump 9 for recovering carbon dioxide from the degassing module 7.

본 발명의 분리막 접촉기(8)는 헨리의 법칙(Henry's Law)에 의해 공정수가 배가스의 이산화탄소를 흡기하거나 탈기하는 방식으로 작동한다. 구체적으로, 분리막 접촉기(8)는 고분자막을 사이에 두고 기체와 액체가 접촉할 수 있는 형태로, 흡기 모듈(6)의 분리막 접촉기(8)에 공정수가 주입되어 분리막 접촉기(8)를 통과하면서 배가스로부터 이산화탄소를 흡기할 수 있으며, 반대로 탈기 모듈(7)의 분리막 접촉기(8)에서는 공정수로부터 이산화탄소를 빠르게 탈기할 수 있다.The membrane contactor 8 of the present invention operates in a manner in which process water intakes or degassing carbon dioxide from exhaust gas according to Henry's Law. Specifically, the membrane contactor 8 is in a form in which gas and liquid can come into contact with a polymer membrane interposed therebetween, and process water is injected into the membrane contactor 8 of the intake module 6 and exhaust gas passes through the membrane contactor 8. Carbon dioxide can be taken in from the process water, and conversely, carbon dioxide can be quickly degassed from the process water in the membrane contactor 8 of the degassing module 7.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 공정수를 흡기 모듈 내 분리막 접촉기에 공급하고, 이산화탄소를 포함하는 배가스와 접촉시켜 상기 이산화탄소를 흡기하는 단계; 및 상기 흡기 모듈에서 유출된 공정수를 탈기 모듈에 공급하고, 상기 탈기 모듈의 분리막 접촉기에서 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계;를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, supplying process water to a membrane contactor in an intake module, and contacting exhaust gas containing carbon dioxide to intake the carbon dioxide; and supplying process water discharged from the intake module to a degassing module, and degassing and recovering carbon dioxide in a separator contactor of the degassing module.

본 발명에서 사용하는 분리막 접촉기는 고분자막을 사이에 두고 기체와 액체가 접촉할 수 있는 형태일 수 있다.The membrane contactor used in the present invention may be in a form in which gas and liquid can come into contact with a polymer membrane interposed therebetween.

상기 흡기 모듈(6)의 상부로 배가스가 유입되어 하부로 유출되고, 흡기 모듈(6)의 하부로 공정수가 유입되어 상부로 유출될 수 있다. 상기 흡기 모듈은 분리막 접촉기를 포함한다. 이산화탄소를 포함하는 배가스가 상기 분리막 접촉기에 의해 공정수와 접촉하여 배가스 중의 이산화탄소를 흡기할 수 있다. 따라서, 상기 흡기 모듈(6) 내 분리막 접촉기(8)에 공정수가 주입되면, 배가스가 공정수를 포함하는 분리막 접촉기(8)를 통과하면서 배가스에 포함된 이산화탄소가 공정수에 흡기하여 이산화탄소를 제거할 수 있다.Exhaust gas may be introduced into the upper part of the intake module 6 and discharged to the lower part, and process water may be introduced into the lower part of the intake module 6 and discharged to the upper part. The intake module includes a membrane contactor. Exhaust gas containing carbon dioxide may be brought into contact with process water by the membrane contactor to absorb carbon dioxide in the exhaust gas. Therefore, when the process water is injected into the membrane contactor 8 in the intake module 6, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed into the process water to remove the carbon dioxide while the exhaust gas passes through the membrane contactor 8 containing the process water. can

상기 흡기 모듈(6)에서 유출된 배가스는 이산화탄소 함량이 감소되어 굴뚝(5)을 통해 외부로 유출될 수 있다. 상기 흡기 모듈(6)의 분리막 접촉기(8)를 통과한 가스에서의 이산화탄소 농도는 2.5 부피% 일 수 있다.The carbon dioxide content of exhaust gas discharged from the intake module 6 is reduced and may be discharged to the outside through the chimney 5. The concentration of carbon dioxide in the gas passing through the membrane contactor 8 of the intake module 6 may be 2.5% by volume.

한편, 상기 흡기 모듈(6)에서 유출된 공정수는 상기 흡기 모듈(6)에서 이산화탄소가 흡기된 것으로서, 탈기모듈(7)로 유출된다. 상기 흡기모듈(6) 상부를 통해 유출된 공정수는 내부에 분리막 접촉기(8)를 포함하는 탈기 모듈(7)의 상부로 유입되어 하부로 유출되고, 외부공기가 탈기 모듈(7)의 하부로 유입되어 상부로 유출될 수 있다. 탈기 모듈(7) 내 분리막 접촉기(8)에 공정수가 주입되면, 외부 공기가 공정수를 포함하는 분리막 접촉기(8)를 통과하면서 공정수에서 이산화탄소를 탈기할 수 있다.Meanwhile, the process water discharged from the intake module 6 is carbon dioxide taken in from the intake module 6 and is discharged to the degassing module 7 . The process water flowing out through the upper part of the intake module 6 flows into the upper part of the degassing module 7 including the membrane contactor 8 therein and flows out to the lower part, and outside air flows into the lower part of the degassing module 7 It can flow in and out at the top. When process water is injected into the membrane contactor 8 in the degassing module 7, carbon dioxide can be degassed from the process water while outside air passes through the membrane contactor 8 containing the process water.

상기 탈기 모듈(7)에서 유출된 공정수는 흡기 모듈(6)로 유입되어 공정수로 재활용될 수 있다. 한편, 상기 탈기 모듈(7)에서 유출되는 이산화탄소를 포함하는 외부 공기는 진공펌프(9)로 이동하여 회수되며, 상기 외부 공기에 포함된 이산화탄소를 고농도로 회수할 수 있다.The process water discharged from the degassing module 7 flows into the intake module 6 and can be recycled as process water. Meanwhile, external air containing carbon dioxide discharged from the degassing module 7 is moved to the vacuum pump 9 and recovered, and carbon dioxide contained in the external air can be recovered at a high concentration.

상기 흡기 모듈(6)로 공급되는 공정수는 추가적으로 프로필렌 카보네이트(PC)를 더 포함할 수 있다. 프로필렌 카보네이트는 이산화탄소 제거를 위해 사용되는 극성 용매로서 화장품의 유화제로도 사용되는 인체에 무해한 성분이다. Process water supplied to the intake module 6 may further include propylene carbonate (PC). Propylene carbonate is a polar solvent used to remove carbon dioxide and is harmless to the human body used as an emulsifier in cosmetics.

상기 공정수는 프로필렌 카보네이트를 0.1 내지 5부피%의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 할수 있다. 공정수에 포함된 프로필렌 카보네이트 비율이 0.1 부피% 미만인 경우 프로필렌 카보네이트의 역할이 미미하여 이산화탄소 제거율이 떨어질 수 있고, 5 부피% 초과인 경우 화학약품 사용으로 인한 회수 비용이 과다할 수 있다. 상기 흡기 모듈(6) 및 탈기 모듈(7)에 포함되는 분리막 접촉기(8)는 이에 한정하는 것은 아니지만, 접촉기당 1 내지 500 m2, 보다 구체적으로, 1.4 내지 8 m2의 접촉면적을 가질 수 있다. 분리막 접촉기(8)의 접촉기당 1 m2--미만의 접촉면적을 갖는 경우 기체-액체 접촉면이 적어 이산화탄소 제거의 효율이 떨어질 수 있으며, 500 m2초과의 접촉면적을 갖는 경우 설계비용이 과도하여 비효율적일 수 있다.The process water may be characterized in that it contains propylene carbonate in an amount of 0.1 to 5% by volume. If the proportion of propylene carbonate contained in the process water is less than 0.1% by volume, the role of propylene carbonate is insignificant and the carbon dioxide removal rate may decrease. If the proportion exceeds 5% by volume, recovery costs due to the use of chemicals may be excessive. The membrane contactor 8 included in the intake module 6 and the degassing module 7 is not limited thereto, but may have a contact area of 1 to 500 m 2 , more specifically, 1.4 to 8 m 2 per contactor. there is. If the membrane contactor (8) has a contact area of less than 1 m 2 -- per contactor, the gas-liquid contact area is small, and the efficiency of carbon dioxide removal may be reduced. can be inefficient.

상기 흡기 모듈(6)로 공급되는 공정수의 유량은 특별히 한정하지 않으나, 흡기모듈로 공급되는 배가스의 유량을 고려하여 설정할 수 있다. 상기 흡기 모듈(6)에 공급되는 배가스 유량은 공정수 유량에 대해 0.1 내지 10, 구체적으로는 0.5 내지 5, 더욱 구체적으로는 0.6 내지 2의 비율(G/L ratio) 일 수 있다. 배가스 유량이 공정수 유량에 대한 비율이이 0.1 미만인 경우 시간당 제거되는 이산화탄소 양이 적어 경제성이 떨어지고, 10 초과인 경우 이산화탄소 제거 성능이 떨어지게 될 수 있다.The flow rate of process water supplied to the intake module 6 is not particularly limited, but may be set in consideration of the flow rate of exhaust gas supplied to the intake module. The exhaust gas flow rate supplied to the intake module 6 may be a ratio (G/L ratio) of 0.1 to 10, specifically 0.5 to 5, and more specifically 0.6 to 2 with respect to the process water flow rate. If the ratio of the exhaust gas flow rate to the flow rate of the process water is less than 0.1, the amount of carbon dioxide removed per hour is small, resulting in poor economic feasibility, and if it exceeds 10, the carbon dioxide removal performance may deteriorate.

예를 들어, 상기 흡기 모듈(6)에서 유입되는 공정수 유량이 4 L/min 미만인 경우, 배가스 유량은 1 내지 15 L/min, 바람직하게는 1 내지 10 L/min일 수 있다. 배가스 유량이 1 L/min 미만인 경우 모듈당 제거되는 이산화탄소 양이 감소하여 효율이 떨어지고, 15 L/min 초과인 경우 기체-액체 접촉시간 감소로 인해 이산화탄소 제거 효율이 떨어지게 될 수 있다.For example, when the flow rate of process water introduced from the intake module 6 is less than 4 L/min, the exhaust gas flow rate may be 1 to 15 L/min, preferably 1 to 10 L/min. When the exhaust gas flow rate is less than 1 L/min, the amount of carbon dioxide removed per module decreases, resulting in a decrease in efficiency.

또 다른 예로서, 상기 흡기 모듈(6)에서의 공정수 유량이 4 L/min 이상인 경우, 배가스 유량은 1 내지 20 L/min, 바람직하게는 1 내지 15 L/min일 수 있다. 배가스 유량이 1 L/min 미만인 경우 모듈당 제거되는 이산화탄소 양이 감소하여 효율이 떨어지고, 20 L/min 초과인 경우 기체-액체 접촉시간 감소로 인해 이산화탄소 제거 효율이 떨어지게 될 수 있다.As another example, when the process water flow rate in the intake module 6 is 4 L/min or more, the exhaust gas flow rate may be 1 to 20 L/min, preferably 1 to 15 L/min. When the exhaust gas flow rate is less than 1 L/min, the amount of carbon dioxide removed per module decreases, resulting in reduced efficiency, and when it exceeds 20 L/min, carbon dioxide removal efficiency may decrease due to a decrease in gas-liquid contact time.

상기 흡기 모듈(6) 및 탈기 모듈(7)에서의 압력은 1 내지 20 bar, 바람직하게는 2 내지 6 bar일 수 있다. 1 bar 미만인 경우처리 유량이 높아져 이산화탄소 제거 장치의 경제성이 떨어지며, 20 bar 초과인 경우 압력 유지를 위한 비용이 크고, 분리막 접촉기(8)의 내구성이 떨어지게 될 수 있다.The pressure in the intake module 6 and the degassing module 7 may be 1 to 20 bar, preferably 2 to 6 bar. If the flow rate is less than 1 bar, the efficiency of the carbon dioxide removal device decreases due to the high treatment flow rate, and if the flow rate exceeds 20 bar, the cost for maintaining the pressure is high and the durability of the membrane contactor 8 may deteriorate.

상기 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계에서 외부 공기는 전공 펌프(9)를 통해 회수될 수 있으며, 회수한 외부 공기 중에 포함된 이산화탄소의 농도는 5 내지 90부피%일 수 있다.In the step of recovering carbon dioxide by degassing, external air may be recovered through an electric pneumatic pump 9, and the concentration of carbon dioxide contained in the recovered external air may be 5 to 90% by volume.

따라서, 본 발명에 의하면 외부로 배기되는 가스로부터 대기오염 물질인 이산화탄소의 농도를 간편하게 저감할 수 있다.Therefore, according to the present invention, it is possible to conveniently reduce the concentration of carbon dioxide, an air pollutant, from the gas exhausted to the outside.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are merely examples to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예Example

실시예 1: 소면적 분리막 접촉기를 이용한 이산화탄소 제거 성능 평가Example 1: Carbon dioxide removal performance evaluation using a small area membrane contactor

이산화탄소 3.5부피%로 조성된 유사 배가스를 제조하였고, 물을 공정수로 사용하여 3L/min의 유량으로 공급하였으며, 배가스 유량 및 압력은 하기 표 1에 따른 비율로 하였으며, 흡기 모듈 및 탈기 모듈에 각각 1.4m2의 소면적 분리막 접촉기에 설치하여 공정수와 배가스를 접촉시켜 이산화탄소를 분리하여 진공펌프를 통해 얻어진 이산화탄소 제거율, 흡기 후 이산화탄소 농도 및 탈기 후 이산화탄소 농도를 측정하였다.A similar exhaust gas composed of 3.5 vol% of carbon dioxide was prepared, water was used as process water and supplied at a flow rate of 3 L/min, and the exhaust gas flow rate and pressure were set to the ratio according to Table 1 below, and the intake module and the degassing module respectively It was installed in a 1.4m 2 small area separator contactor to contact process water and exhaust gas to separate carbon dioxide, and the carbon dioxide removal rate obtained through the vacuum pump, the carbon dioxide concentration after intake and the carbon dioxide concentration after degassing were measured.

배가스 유량(L/min)Exhaust gas flow rate (L/min) 압력
(barg)enter
(barg) 공정수유량(L/min)Process water flow rate (L/min) G/L ratioG/L ratio CO2
제거율
(부피%) CO2
removal rate
(volume%) 흡기 후
CO2 농도(부피%)after inspiration
CO 2 concentration (% by volume) 탈기 후
CO2 농도(부피%)After degassing
CO 2 concentration (% by volume) 1010 22 33 3.333.33 39.2139.21 2.472.47 48.848.8 55 22 33 1.671.67 31.8231.82 2.372.37 54.454.4 33 22 33 1.001.00 82.1982.19 1.141.14 62.762.7 22 22 33 0.670.67 79.3779.37 1.111.11 54.954.9 1One 22 33 0.330.33 71.6871.68 1.131.13 72.572.5 33 33 33 1.001.00 76.7476.74 0.800.80 16.516.5

상기 표 1에 따르면, 소면적 분리막 접촉기를 사용하는 경우 배가스 유량과 공정수 유량이 1:1, 즉 G/L ratio가 1에 수렴할수록 이산화탄소 제거율이 상승함을 확인할 수 있다. 또한, G/L ratio가 동일한 경우 압력이 증가함에 따라 이산화탄소 제거율이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.According to Table 1, it can be confirmed that the carbon dioxide removal rate increases as the exhaust gas flow rate and the process water flow rate converge to 1:1, that is, the G/L ratio converges to 1 when the small area membrane contactor is used. In addition, when the G / L ratio is the same, it can be seen that the carbon dioxide removal rate decreases as the pressure increases.

실시예 2: 대면적 분리막 접촉기를 이용한 이산화탄소 제거 성능 평가Example 2: Carbon dioxide removal performance evaluation using a large area membrane contactor

실시예 1에서와 같은 배가스를 제조하였고, 흡기 모듈 및 탈기 모듈에 각각 8m2의 대면적 분리막 접촉기 1개를 설치하였으며, 배가스 유량, 압력 및 공정수 유량을 하기 표 2에 따른 비율로 하여 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 제거율, 흡기 후 이산화탄소 농도 및 탈기 후 이산화탄소 농도를 측정하였다.Exhaust gas was produced as in Example 1, and one large-area membrane contactor of 8 m 2 was installed in each intake module and degassing module, and the exhaust gas flow rate, pressure, and process water flow rate were set at the ratios according to Table 2 below. Example The carbon dioxide removal rate, the carbon dioxide concentration after intake, and the carbon dioxide concentration after degassing were measured in the same manner as in 1.

배가스 유량(L/min)Exhaust gas flow rate (L/min) 압력(barg)pressure (barg) 공정수
유량(L/min)fair number
Flow rate (L/min) G/L ratioG/L ratio CO2 제거율(부피%)CO 2 removal rate (% by volume) 흡기 후 CO2 농도(부피%) CO2 concentration after inspiration (% by volume) 탈기 후 CO2 농도(부피%)CO 2 concentration after degassing (% by volume) 1010 2.52.5 55 2.002.00 60.4860.48 1.451.45 46.946.9 4.784.78 2.52.5 55 0.960.96 87.8387.83 0.470.47 36.836.8 15.415.4 2.22.2 3.43.4 4.534.53 51.0451.04 1.931.93 79.079.0 55 22 44 1.251.25 77.6877.68 0.870.87 73.773.7 55 22 33 1.671.67 78.1478.14 0.890.89 75.875.8 55 33 55 1.001.00 88.8188.81 0.440.44 72.372.3 55 33 33 1.671.67 84.3884.38 0.600.60 70.770.7

상기 표 2에 따르면, 대면적 분리막 접촉기를 사용하는 경우에도 G/L ratio가 1에 수렴할수록 이산화탄소 제거율이 상승함을 확인할 수 있다. 또한, G/L ratio가 2 이상이 되는 경우 이산화탄소 제거율이 급격하게 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 다만 배가스 유량이 크기 때문에 이산화탄소는 고농도로 회수되는 것을 확인할 수 있다.According to Table 2, it can be confirmed that the carbon dioxide removal rate increases as the G/L ratio converges to 1 even when a large area separator contactor is used. In addition, it can be seen that the carbon dioxide removal rate drops sharply when the G / L ratio is 2 or more. However, since the exhaust gas flow rate is large, it can be confirmed that carbon dioxide is recovered at a high concentration.

실시예 3: 프로필렌 카보네이트 첨가에 따른 이산화탄소 제거율 평가Example 3: Evaluation of carbon dioxide removal rate according to the addition of propylene carbonate

1과 같이 이산화탄소 3.5부피%로 조성된 유사 배가스를 제조하였고, 8m2의 대면적 분리막 접촉기를 사용하여 배가스 유량, 압력 및 공정수 유량을 하기 표 3에 따른 비율로 조절하였으며, 프로필렌 카보네이트 첨가 여부에 따른 이산화탄소 제거율을 실시예 1에 따른 측정방법에 따라 측정하였다. A similar exhaust gas composed of 3.5 vol% of carbon dioxide was prepared as in 1, and the exhaust gas flow rate, pressure, and process water flow rate were adjusted according to the ratios shown in Table 3 below using a large-area separator contactor of 8 m 2 , depending on whether or not propylene carbonate was added. The carbon dioxide removal rate was measured according to the measurement method according to Example 1.

배가스 유량(L/min)Exhaust gas flow rate (L/min) 압력
(barg)enter
(barg) 공정수 유량(L/min)Process water flow rate (L/min) G/L ratioG/L ratio CO2
제거율
(부피%) CO2
removal rate
(volume%) 흡기 후 CO2 농도
(부피%) CO2 concentration after inspiration
(volume%) 탈기 후 CO2 농도
(부피%) CO2 concentration after degassing
(volume%) 비고note 55 33 55 1.001.00 88.8188.81 0.440.44 72.372.3 PC 미첨가PC-free 55 33 55 1.001.00 90.6490.64 0.370.37 61.961.9 PC 0.5부피% 첨가Added 0.5% by volume of PC 33 2.52.5 55 0.600.60 90.3590.35 0.360.36 43.043.0 PC 미첨가PC-free 33 2.52.5 55 0.600.60 90.9390.93 0.410.41 56.056.0 PC 0.5부피% 첨가Added 0.5% by volume of PC

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 동일 배가스 유량, 압력 및 공정수 유량인 경우 공정수에 프로필렌 카보네이트(PC)를 소량 첨가하면 이산화탄소 제거율이 높아지는 것을 확인할 수 있다.As shown in Table 3, it can be confirmed that the carbon dioxide removal rate increases when a small amount of propylene carbonate (PC) is added to the process water at the same exhaust gas flow rate, pressure, and process water flow rate.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be obvious to those skilled in the art.

1: 발전소 버너
2: 배가스 열 교환 장치
3: 스팀 터빈
4: 발전 장치
5: 굴뚝
6: 흡기 모듈
7: 탈기 모듈
8: 분리막 접촉기
9: 진공 펌프1: power plant burner
2: Exhaust gas heat exchanger
3: steam turbine
4: power generation device
5: chimney
6: intake module
7: degassing module
8: membrane contactor
9: vacuum pump

Claims (10)

공정수를 흡기 모듈 내 분리막 접촉기에 공급하고, 이산화탄소를 포함하는 배가스와 접촉시켜 상기 이산화탄소를 흡기하는 단계; 및
상기 흡기 모듈에서 유출된 공정수를 탈기 모듈에 공급하고, 상기 탈기 모듈의 분리막 접촉기에서 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계;
를 포함하며,
상기 공정수는 물(H20)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.supplying process water to a membrane contactor in an intake module and contacting the exhaust gas containing carbon dioxide to intake the carbon dioxide; and
supplying process water discharged from the intake module to a degassing module, and degassing and recovering carbon dioxide in a separator contactor of the degassing module;
Including,
Carbon dioxide removal method, characterized in that the process water is water (H 2 O). 제1항에 있어서,
상기 공정수는 프로필렌 카보네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
The carbon dioxide removal method, characterized in that the process water comprises propylene carbonate. 제2항에 있어서,
상기 공정수는 프로필렌 카보네이트를 0.1 내지 5부피%의 함량으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 2,
The carbon dioxide removal method, characterized in that the process water contains propylene carbonate in an amount of 0.1 to 5% by volume. 제1항에 있어서,
상기 흡기 모듈에 공급되는 배가스 유량은 공정수 유량에 대해 0.1 내지 10의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
Carbon dioxide removal method, characterized in that the exhaust gas flow rate supplied to the intake module has a ratio of 0.1 to 10 with respect to the process water flow rate. 제1항에 있어서,
상기 분리막 접촉기는 접촉기당 1 내지 500 m2의 접촉면적을 갖는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
The separator contactor has a contact area of 1 to 500 m 2 per contactor. 제1항에 있어서,
상기 흡기 모듈에서 유입되는 공정수 유량이 4 L/min 미만인 경우 배가스 유량은 1 내지 15 L/min이고, 공정수 유량이 4 L/min 이상인 경우 배가스 유량은 1 내지 20 L/min인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
When the process water flow rate introduced from the intake module is less than 4 L/min, the exhaust gas flow rate is 1 to 15 L/min, and when the process water flow rate is 4 L/min or more, the exhaust gas flow rate is 1 to 20 L/min. carbon dioxide removal method. 제1항에 있어서,
상기 흡기 모듈 및 탈기 모듈에서의 압력은 1 내지 20 bar 인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
The carbon dioxide removal method, characterized in that the pressure in the intake module and the degassing module is 1 to 20 bar. 제1항에 있어서,
상기 흡기 모듈에서 유출된 가스의 이산화탄소 농도는 2.5부피% 이하인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
Carbon dioxide removal method, characterized in that the carbon dioxide concentration of the gas discharged from the intake module is 2.5% by volume or less. 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소를 탈기하여 회수하는 단계는 진공 펌프로 회수하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 1,
The step of degassing and recovering the carbon dioxide is a method of removing carbon dioxide, characterized in that for recovering with a vacuum pump. 제9항에 있어서,
상기 진공 펌프에서 회수한 이산화탄소 농도는 5 내지 90부피%인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 제거 방법.According to claim 9,
Carbon dioxide removal method, characterized in that the concentration of carbon dioxide recovered from the vacuum pump is 5 to 90% by volume.
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