KR20230173519A - 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법 - Google Patents

고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법 Download PDF

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박영철
조성호
진경태
이동호
남형석
김현욱
김재영
원유섭
김대욱
김하나
선도원
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Abstract

본 발명은 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서, 일측은 공기 유입단으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단으로 구성된 하우징; 및 상기 하우징 내에 설치되며, 이산화탄소 흡착제로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면과 타면에 위치되는 배출면을 가지는 복수의 흡착제 모듈;을 포함하고, 상기 흡착제 모듈은 길이와 폭이 두께보다 큰 판형태를 가지며, 평면방향이 상기 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되며, 측단면 기준으로 상기 흡착제 모듈은 지그재그로 연결되어지는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치에 관한 것이다.

Description

고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법{High efficient carbon dioxide capture technology with a low differential pressure}
본 발명은 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 및 회수방법에 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.
CO2농도가 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.
또한 건물 공조 시스템 냉,난방의 순환공기 일부에서 CO2를 제거하여 처리하는 기술에 대한 적용의 수요가 높아지고 있다.
현재 이러한 시스템 적용은, 일정 시간(근무시간) 동안 이산화탄소를 흡수한 후에, 점심시간이나 퇴근 후 시간에 공기로 재생하여 외부로 배출되도록 운전하고 있다.
이러한 이산화탄소 포집회수 기술에 있어서, 저 차압 공정이 관건이 된다. 즉, 공기가 흡착제 모듈을 통과하면서 발생되는 차압을 낮게 하는 것이 중요하다. 차압을 낮추기 위해 종래 흡착제 입도를 키우는 방법이 존재하나 흡착제 입도를 크게 하는 경우 접촉효율, 흡착 성능이 감소하게 되는 단점이 존재한다.
따라서 흡착제의 충전높이(두께)를 낮추고, 면적을 키워서 흡착층을 통과하는 유속을 낮춰 차압을 낮출 수 있는 방법이 요구되었다.
일본 공개특허 JP2012-520766 일본 등록특허 제5932771호 일본 공개특허 JP2016-26113 일본공개특허 JP2020-32422
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 이산화탄소 회수장치에서 저차압과 고효율 공정을 달성할 수 있는 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡착제의 입도를 키우지 않고도, 가이드 플레이트를 설치하여 충전높이를 낮추고 면적을 키워서 흡착층이 통과하는 유속을 낮춰서 차압을 낮출 수 있는, 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
종래 기술은 흡착제 모듈 2개가 서로 위치가 교환되면서 흡착, 재생을 교번하고 있으나, 재생과 흡착 시간이 달라 재생이 완료된 모듈이 흡착을 진행하고 있지 않아 효율이 좋지 않으나, 본 발명의 실시예에 따르면, 스택형태로 다수의 흡착제 모듈이 적층된 형태로 항상 설정된 개수 만큼 흡착모드를 실행하고 있어 연속적인 이산화탄소 회수장치 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 흡착제 모듈에 특정경사를 갖는 가이드 플레이트를 설치하여 차압을 줄이면서도 효율을 높이고 입자의 수평방향의 분포가 균일하고 장기간 사용해도 입자의 쏠림현상이 없는, 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 스택형태로 다수의 흡착제 모듈이 적층된 형태로 항상 설정된 개수만큼 흡착모드를 실행하고 있어 연속적인 이산화탄소 회수장치를 달성할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 설치된 공간 내에서 이산화탄소 흡착모드를 진행해야하는 흡착제 모듈의 개수를 결정하고, 흡수, 가열, 재생, 냉각에 소요되는 시간을 결정한 후, 결정된 흡착모드로 작동되여야하는 흡착제 모듈 개수에 부합되도록 총 흡착제 모듈의 개수를 결정할 수 있는, 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법을 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 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서, 일측은 공기 유입단으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단으로 구성된 하우징; 및 상기 하우징 내에 설치되며, 이산화탄소 흡착제로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면과 타면에 위치되는 배출면을 가지는 복수의 흡착제 모듈;을 포함하고, 상기 흡착제 모듈은 길이와 폭이 두께보다 큰 판형태를 가지며, 평면방향이 상기 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되며, 측단면 기준으로 상기 흡착제 모듈은 지그재그로 연결되어지는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치로서 달성될 수 있다.
그리고 유입되는 공기는 상기 지그재그 형태에 의해 형성된 사이공간으로 유입되어, 상기 흡착제 모듈의 두께방향으로 상기 흡착제 모듈을 통과하여 상기 배출단 측으로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서, 일측은 공기 유입단으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단으로 구성된 하우징; 상기 하우징 내에 설치되며, 이산화탄소 흡착제로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면과 타면에 위치되는 배출면을 가지며 두께방향으로 서로 특정간격 이격되어 평행하게 배치되는 복수의 흡착제 모듈; 및 일측 끝단 모서리가 상기 흡착제 모듈의 유입면 또는 배출면 모서리에 결합되며 평면방향이 상기 흡착제 모듈의 평면방향과 특정각도를 갖도록 마련되고 타측 끝단 모서리는 상기 흡착제 모듈의 배출면 또는 유입면 모서리 각각에 결합 가이드 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치로서 달성될 수 있다.
그리고 유입되는 공기는 상기 흡착제 모듈과 상기 가이드 플레이트 사이공간으로 유입되어, 상기 흡착제 모듈의 두께방향으로 상기 흡착제 모듈을 통과하여 상기 배출단 측으로 배출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 흡착제 모듈은 평면방향이 상기 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 흡착제모듈과 상기 가이드 플레이트 사이 각도는 2 ~ 5°인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 제 1목적에 따른 포집회수장치를 이용한 이산화탄소 포집회수방법으로서, 대기중 공기가 하우징의 유입단 측으로 유입되는 단계; 지그재그 형태로 연결된 흡착제 모듈에서 지그재그 형태에 의해 형성된 유입단 측의 사이공간 각각으로 공기가 유입되는 단계; 공기가 흡착제 모듈 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 단계; 및 상기 흡착제 모듈을 두께방향으로 통과한 공기가 지그재그 형태에 의해 형성된 배출단 측의 사이공간 각각으로 토출되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제4목적은 앞서 언급한 제2목적에 따른 포집회수장치를 이용한 이산화탄소 포집회수방법으로서, 대기중 공기가 하우징의 유입단 측으로 유입되는 단계; 유입단 측의 흡착제 모듈과 가이드 플레이트 사이공간으로 각각으로 공기가 유입되는 단계; 공기가 흡착제 모듈 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 단계; 및 상기 흡착제 모듈을 두께방향으로 통과한 공기가 배출단 측의 흡착제 모듈과 가이드 플레이트 사이공간 각각으로 토출되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수방법으로서 달성될 수 있다.
본 발명의 제5목적은 앞서 언급한 제1목적 또는 제2목적에 따른 장치를 갖는 이산화탄소 포집회수시스템으로서, 복수의 흡착제 모듈은 항상 설정된 개수만큼 흡착모드와 재생모드를 진행하고 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템으로서 달성될 수 있다.
그리고 포집회수시스템에 적층되는 흡착제모듈의 총개수는, 항상 흡착모드로 진행되어야하는 흡착제모듈의 개수와, 상기 흡착제 모듈의 흡착, 가열, 재생, 냉각 총 사이클 시간을 기반하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 단일 흡착제 모듈의 흡착효율을 산출하고, 포집회수시스템이 설치될 대상공간에서 필요한 이산화탄소 흡착량을 결정하고, 필요 이산화탄소 흡착량을 달성할 수 있는 흡착제 모듈의 개수를 결정하고, 단일 흡착제 모듈의 총 사이클 시간을 기반으로 포집회수시스템에 적층되는 흡착제모듈의 총개수를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 이산화탄소 회수장치에서 저차압과 고효율 공정을 달성할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 흡착제의 입도를 키우지 않고도, 가이드 플레이트를 설치하여 충전높이를 낮추고 면적을 키워서 흡착층이 통과하는 유속을 낮춰서 차압을 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 전체 흡착모드를 중단하지 않고 재생과 흡착을 동시에 진행할 수 있는 효과를 갖는다.
종래 기술은 흡착제 모듈 2개가 서로 위치가 교환되면서 흡착, 재생을 교번하고 있으나, 재생과 흡착 시간이 달라 재생이 완료된 모듈이 흡착을 진행하고 있지 않아 효율이 좋지 않으나, 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 스택형태로 다수의 흡착제 모듈이 적층된 형태로 항상 설정된 개수 만큼 흡착모드를 실행하고 있어 연속적인 운전이 가능한 장점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 흡착제 모듈에 특정경사를 갖는 가이드 플레이트를 설치하여 차압을 줄이면서도 효율을 높이고 입자의 수평방향의 분포가 균일하고 장기간 사용해도 입자의 쏠림현상이 없는 장점이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 스택형태로 다수의 흡착제 모듈이 적층된 형태로 항상 설정된 개수만큼 흡착모드를 실행하고 있어 연속적인 이산화탄소 회수장치를 달성할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치, 시스템 및 회수방법에 따르면, 설치된 공간 내에서 이산화탄소 흡착모드를 진행해야하는 흡착제 모듈의 개수를 결정하고, 흡수, 가열, 재생, 냉각에 소요되는 시간을 결정한 후, 결정된 흡착모드로 작동되여야하는 흡착제 모듈 개수에 부합되도록 총 흡착제 모듈의 개수를 결정할 수 있다.
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 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가이드 플레이트를 갖는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치를 모식적으로 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡착제 모듈과 가이드 플레이트의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 플레이트를 갖는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치에서의 공기 흐름을 모식적으로 나타낸 사시도,
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d는 종래 흡착모드와 재생모드가 진행되는 이산화탄소 포집회수시스템의 구성도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템의 설계방법의 흐름도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템의 연속운전을 나타낸 모식도를 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 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치는 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서, 전체적으로 하우징과, 복수의 흡착제모듈 등을 포함하여 구성될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치를 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다.
하우징(10)의 일측은 공기 유입단(11)으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단(12)으로 구성된다.
이러한 하우징(10) 내에 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 복수의 흡착제 모듈(20)이 적층 설치되게 됨을 알 수 있다. 이러한 흡착제 모듈(20)은 이산화탄소 흡착제(20)로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면(21)과 타면에 위치되는 배출면(22)을 가진다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 흡착제 모듈(20)은 전체적으로 길이와 폭이, 두께보다 큰 판형태를 가지고 있다. 그리고 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 평면방향이 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되며, 측단면 기준으로 흡착제 모듈(20)은 지그재그로 연결되어짐을 알 수 있다. 보가 구체적으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 최상단 흡착제 모듈(20)의 타측 상단 모서리는 하우징 상부면(13)에 결합되고 일측 하단 모서리는 상부에서 2번째 흡착제 모듈(20)의 일측 상단 모서리과 결합되며 2번째 흡착제 모듈(20)의 타측 하단 모서리는 3번째 흡착제 모듈(20)의 타측 상단 모서리와 결합되는 식으로 서로 지그재그 형태로 결합됨을 알 수 있다.
따라서 이러한 구조에 의해, 본 발명의 실시예에서는 유입되는 공기는 지그재그 형태에 의해 형성된 유입단측 사이공간 각각으로 유입되어, 흡착제 모듈(20)의 두께방향으로 흡착제 모듈(20)을 통과하여 배출단(12) 측으로 배출되게 되어, 고효율을 가지면서 동시에 저차압 운전이 가능하게 된다.
즉, 대기중 공기가 하우징(10)의 유입단(11) 측으로 유입되고, 지그재그 형태로 연결된 흡착제 모듈(20)에서 지그재그 형태에 의해 형성된 유입단 측의 사이공간(23) 각각으로 공기가 유입되게 된다. 그리고 공기가 흡착제 모듈(20) 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하게 된다. 그리고 흡착제 모듈(20)을 두께방향으로 통과한 공기가 지그재그 형태에 의해 형성된 배출단 측의 사이공간(24) 각각으로 토출되어 배출되게 된다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가이드 플레이트를 갖는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치(1)를 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트의 사시도를 도시한 것이다. 또한 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 플레이트를 갖는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치(1)에서의 공기 흐름을 모식적으로 나타낸 사시도를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 플레이트(30) 각각의 일측 끝단 모서리가 흡착제 모듈(20)의 유입면(21) 또는 배출면(22) 모서리에 결합되며 평면방향이 흡착제 모듈(20)의 평면방향과 특정각도를 갖도록 마련되고 타측 끝단 모서리는 흡착제 모듈(20)의 배출면(22) 또는 유입면(21) 모서리 각각에 결합되도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 흡착제 모듈(20)은 하우징(10)의 길이방향에서 소정각도를 가지며 서로 특정간격 이격되어 평행하게 배치될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각이 하우징(10)의 길이방향에 평행하게 배치될 수도 있음을 알 수 있다.
그리고 이러한 흡착제 모듈(20) 간의 특정간격 사이에 가이드 플레이트(30)가 설치되게 된다.
예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 상단에서 1번째 흡착제 모듈(20)의 타측 상단 모서리가 하우징 상부면(13)에 결합되고, 상단 1번째 가이드 플레이트(30)의 일측모서리는 1번째 흡착제 모듈(20)의 일측 하단 모서리에 결합되고, 타측 모서리는 2번째 흡착재 모듈(20)의 타측 상단 모서리에 결합되게 된다. 그리고 2번째 가이드 플레이트(30)의 일측 모서리는 2번째 흡착제 모듈(20)의 일측 하단 모서리에 결합되고 타측 모서리는 2번째 흡착제 모듈(20)의 타측 상단모서리에 결합되는 식의 구조를 갖는다.
또한 도 3에 도시된 바와 같이, 상단 1번째 가이드 플레이트(30)의 일측모서리가 하우징 상부면(13)에 결합되고 타측 모서리는 상단에서 1번째 흡착제 모듈(20)의 타측 상단 모서리에 결합되고, 2번째 가이드 플레이트(30)의 일측모서리는 1번째 흡착제 모듈(20)의 일측 하단 모서리에 결합되고, 타측 모서리는 2번째 흡착재 모듈(20)의 타측 상단 모서리에 결합되는 식의 구조를 가질 수 있다.
따라서 이러한 구조에 의해, 본 발명의 실시예에서는, 유입되는 공기가 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트(30) 유입단 측 사이공간(23) 각각으로 유입되어, 흡착제 모듈(20)의 두께방향으로 흡착제 모듈(20)을 통과하여 배출단(12) 측으로 배출되게 된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 대기중 공기가 하우징(10)의 유입단(11) 측으로 유입된 후, 유입단 측의 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트(30) 사이공간(23) 각각으로 공기가 유입되게 된다. 그리고 공기가 흡착제 모듈(20) 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하게 된다. 그리고 흡착제 모듈(20)을 두께방향으로 통과한 공기가 배출단 측의 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트(30) 사이공간(24) 각각으로 토출되어 배출되게 된다. 따라서 이러한 구조, 공기 흐름에 의해 고효율을 가지면서 동시에 저차압 운전이 가능하며, 입자의 수평방향의 분포가 균일하게 되며, 장시간을 사용해도 입자의 쏠림 현상이 없으며, 내부의 칸막이 설치가 필요 없다.
또한 이러한 흡착제 모듈(20)의 두께는 입자와 유속에 따른 압력강하 실험치로 결정될 수 있으며, 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트(30) 사이 각도는 입자 필요량과 압력강하에 따른 필요면적과 유속에 따른 필요면적을 비교하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 흡착제 모듈(20)과 가이드 플레이트(30) 사이 각도는 2 ~ 5°일 수 있다.
앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치(1)는 트럭, 대향차량, 선박 등에 적용되는 MCC(mobile Carbon Capture), DAC(직접공기포집장치, Direct Air Capture) 등에 적용될 수 있다.
또한 흡착제 모듈(20)은 각각 별로로 연속적인 흡착-가열-재생-냉각 단계의 사이클이 필요한 시스템이다. 도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d는 종래 흡착모드와 재생모드가 진행되는 이산화탄소 포집회수시스템(100)의 구성도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템(100)은 앞서 언급한 포집회수장치(1)를 포함하면서, 흡착제 모듈(20) 각각을 흡착-가열-재생-냉각 시킬 수 있는 수단이 결합되게 된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템(100)에 설치된 복수의 흡착제 모듈(20)은 항상 설정된 개수만큼 흡착, 가열, 재생, 냉각이 진행되게 된다. 즉, 예를 들어, 10개의 흡착제 모듈(20)이 설치된 경우, 항시 4개의 흡착제 모듈(20)이 흡착모드로 진행될 수 있도록 설계 된다. 따라서 가열, 재생, 냉각을 위해 시스템의 흡착 가동을 중단할 필요없이 항시 설정된 범위의 흡착량을 유지할 수있게 된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템의 설계방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템의 연속운전을 나타낸 모식도를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저, 단일 흡착제 모듈(20)의 흡착효율을 산출하게 된다(S1).
그리고 포집회수시스템(100)이 설치될 대상공간에서 필요한 이산화탄소 흡착량을 결정하고(S2), 결정된 필요 이산화탄소 흡착량을 달성할 수 있는 흡착제 모듈(20)의 개수를 결정하게 된다(S3). 즉 항시 흡착모드로 작동해야 필요 이산화탄소 흡착량을 달성할 수 있는 모듈(20)의 개수를 결정하게 된다. 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 3개의 흡착제 모듈(20)이 항시 흡착모드로 작동될 경우, 대상공간의 필요 이산화탄소 흡착량을 달성할 수 있게 된다.
그리고 단일 흡착제 모듈(20)의 흡착-가열-재생-냉각 총 사이클 시간을 산출하고(S4), 이러한 총 사이클 시간을 기반으로 포집회수시스템(100)에 적층되는 흡착제모듈(20)의 총개수를 결정하게 된다. 예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 총 흡착제 모듈(20)의 개수는 8개로 산출될 수 있으며, 항시 흡착모드 3개, 냉각 1, 재생 2, 가열 2로 연속적으로 운전되게 됨을 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:고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치
10:하우징
11:유입단
12:배출단
13:상부면
14:하부면
20:흡착제 모듈
21:유입면
22:배출면
23:유입단측 사이공간
24:배출단측 사이공간
30:가이드 플레이트
100:고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템

Claims (11)

  1. 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서,
    일측은 공기 유입단으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단으로 구성된 하우징; 및
    상기 하우징 내에 설치되며, 이산화탄소 흡착제로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면과 타면에 위치되는 배출면을 가지는 복수의 흡착제 모듈;을 포함하고,
    상기 흡착제 모듈은 길이와 폭이 두께보다 큰 판형태를 가지며, 평면방향이 상기 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되며, 측단면 기준으로 상기 흡착제 모듈은 지그재그로 연결되어지는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    유입되는 공기는 상기 지그재그 형태에 의해 형성된 사이공간으로 유입되어, 상기 흡착제 모듈의 두께방향으로 상기 흡착제 모듈을 통과하여 상기 배출단 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  3. 대기중의 공기가 유입되어 대기 중의 이산화탄소를 포집회수장치로서,
    일측은 공기 유입단으로 구성되고 타단은 이산화탄소가 제거된 공기가 배출되는 배출단으로 구성된 하우징;
    상기 하우징 내에 설치되며, 이산화탄소 흡착제로 구성되고, 일면에 위치되는 유입면과 타면에 위치되는 배출면을 가지며 두께방향으로 서로 특정간격 이격되어 평행하게 배치되는 복수의 흡착제 모듈; 및
    일측 끝단 모서리가 상기 흡착제 모듈의 유입면 또는 배출면 모서리에 결합되며 평면방향이 상기 흡착제 모듈의 평면방향과 특정각도를 갖도록 마련되고 타측 끝단 모서리는 상기 흡착제 모듈의 배출면 또는 유입면 모서리 각각에 결합 가이드 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    유입되는 공기는 상기 흡착제 모듈과 상기 가이드 플레이트 사이공간으로 유입되어, 상기 흡착제 모듈의 두께방향으로 상기 흡착제 모듈을 통과하여 상기 배출단 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 흡착제 모듈은 평면방향이 상기 공기 유입방향과 특정각도를 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 흡착제모듈과 상기 가이드 플레이트 사이 각도는 2 ~ 5°인 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수장치.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 따른 포집회수장치를 이용한 이산화탄소 포집회수방법으로서,
    대기중 공기가 하우징의 유입단 측으로 유입되는 단계;
    지그재그 형태로 연결된 흡착제 모듈에서 지그재그 형태에 의해 형성된 유입단 측의 사이공간 각각으로 공기가 유입되는 단계;
    공기가 흡착제 모듈 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 단계; 및
    상기 흡착제 모듈을 두께방향으로 통과한 공기가 지그재그 형태에 의해 형성된 배출단 측의 사이공간 각각으로 토출되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수방법.
  8. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 포집회수장치를 이용한 이산화탄소 포집회수방법으로서,
    대기중 공기가 하우징의 유입단 측으로 유입되는 단계;
    유입단 측의 흡착제 모듈과 가이드 플레이트 사이공간으로 각각으로 공기가 유입되는 단계;
    공기가 흡착제 모듈 각각의 두께방향으로 통과하여 흡착제가 이산화탄소를 흡착하는 단계; 및
    상기 흡착제 모듈을 두께방향으로 통과한 공기가 배출단 측의 흡착제 모듈과 가이드 플레이트 사이공간 각각으로 토출되어 배출되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수방법.
  9. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 장치를 갖는 이산화탄소 포집회수시스템으로서,
    복수의 흡착제 모듈은 항상 설정된 개수만큼 흡착모드와 재생모드를 진행하고 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    포집회수시스템에 적층되는 흡착제모듈의 총개수는,
    항상 흡착모드로 진행되어야하는 흡착제모듈의 개수와, 상기 흡착제 모듈의 흡착, 가열, 재생, 냉각 총 사이클 시간을 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    단일 흡착제 모듈의 흡착효율을 산출하고, 포집회수시스템이 설치될 대상공간에서 필요한 이산화탄소 흡착량을 결정하고, 필요 이산화탄소 흡착량을 달성할 수 있는 흡착제 모듈의 개수를 결정하고, 단일 흡착제 모듈의 총 사이클 시간을 기반으로 포집회수시스템에 적층되는 흡착제모듈의 총개수를 결정하는 것을 특징으로 하는 고효율 저차압 이산화탄소 포집회수시스템.



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