WO2020139055A1 - 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법 - Google Patents

볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2020139055A1
WO2020139055A1 PCT/KR2019/018717 KR2019018717W WO2020139055A1 WO 2020139055 A1 WO2020139055 A1 WO 2020139055A1 KR 2019018717 W KR2019018717 W KR 2019018717W WO 2020139055 A1 WO2020139055 A1 WO 2020139055A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
gas
lean
molecular weight
vortex tube
collection chamber
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/018717
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
임석연
유상석
Original Assignee
동명대학교산학협력단
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 동명대학교산학협력단, 충남대학교산학협력단 filed Critical 동명대학교산학협력단
Publication of WO2020139055A1 publication Critical patent/WO2020139055A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B01D53/185—Liquid distributors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/30—Controlling by gas-analysis apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for separating carbon dioxide contained in a mixed gas, and more particularly, to an apparatus and method for separating carbon dioxide having a relatively high molecular weight using a vortex tube.
  • the above-described carbon dioxide separation technology includes an absorption method, an adsorption method, a deep cooling method, and a membrane separation method.
  • the absorption method is a method of selectively separating carbon dioxide by contacting various absorbents capable of absorbing carbon dioxide with a combustion gas or a mixed gas (a combustion gas or a mixed gas containing carbon dioxide, hereinafter referred to as a mixed gas).
  • the carbon dioxide separation system using the absorption method is configured to supply an amine-based absorbent from the top while supplying a mixed gas to the bottom of the absorption tower. Accordingly, as the mixed gas and the absorbent contact each other, carbon dioxide in the mixed gas is absorbed and reacted with the absorbent, thereby separating and removing carbon dioxide from the mixed gas.
  • the process of separating and removing carbon dioxide using the above-described carbon dioxide separation system will be described in more detail, by supplying a mixed gas to the lower portion of the absorption tower, and spraying the absorbent in the form of a stream of water from the upper portion of the absorption tower to increase the mixed gas. Make contact with.
  • the method of filling the filler has problems such as pressure loss occurring in the process in which the mixed gas is transported through the filler, drift occurs in the mixed gas and the absorbent, and absorption efficiency is lowered.
  • the method of increasing the volume of the absorption tower has a drawback that it is inefficient in terms of cost because the filler must be filled inside the increased absorption tower.
  • a carbon dioxide separating device has been proposed to increase the absorbing efficiency of the absorbent by increasing the flow rate of the mixed gas using the vortex tube and spraying the absorbent into fine droplets.
  • a disadvantage in that it is not only fundamentally different from the conventional carbon dioxide separating apparatus since an absorbent for absorbing carbon dioxide is essential only for use for increasing the mixed gas flow rate.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems, and has an object to provide a carbon dioxide separation device and a carbon dioxide separation method capable of separating carbon dioxide without using a separate carbon dioxide absorbent.
  • Carbon dioxide separation apparatus for achieving the above object, a compressor for compressing a mixed gas mixed with carbon dioxide; A gas inlet pipe through which the mixed gas compressed by the compressor flows in, and a warming pipe through which a gas having a relatively small molecular weight flows out of the mixed gas flowing into the gas inlet pipe, and a gas introduced into the gas inlet pipe A vortex tube having a cold air outlet pipe through which a gas having a high molecular weight flows; A first lean gas collection chamber through which the gas discharged through the warm air outlet pipe flows; A first rich gas collection chamber through which the gas discharged through the cold air outflow pipe flows; including, the first lean gas collection chamber is stored with lean carbon dioxide gas, and the first rich gas collection chamber is rich in carbon dioxide.
  • One gas is captured.
  • a condenser for condensing the mixed gas before the mixed gas flows into the compressor It further includes an oxygen removal catalyst provided to the compressor after removing oxygen from the mixed gas condensed by the condenser.
  • a first lean gas condenser for condensing the gas collected in the first lean gas collection chamber;
  • a first lean gas compressor compressing the gas condensed in the first lean gas condenser;
  • a first lean gas vortex tube through which compressed gas is introduced from the first lean gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged;
  • a first thick gas compressor for compressing the gas collected in the first thick gas collection chamber;
  • a first thick gas vortex tube through which compressed gas is introduced from the first thick gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight are separated and discharged;
  • a second lean gas collection chamber in which gas having a relatively small molecular weight is stored among the first lean gas vortex tube and the gas discharged from the first rich gas vortex tube;
  • the second lean gas vortex tube and the second thick gas collecting chamber in which a gas having a
  • a second lean gas compressor compressing the gas collected in the second lean gas collection chamber;
  • a second lean gas vortex tube through which the mixed gas compressed by the second lean gas compressor flows in, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged;
  • a third lean gas collection chamber in which a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gases discharged from the second lean gas vortex tube; It further includes a third rich gas collecting chamber in which a gas having a relatively high molecular weight is stored among the gas discharged from the second lean gas vortex tube.
  • a third lean gas condenser for condensing the gas collected in the third lean gas collection chamber;
  • a third lean gas compressor compressing the gas condensed in the third lean gas condenser;
  • a third lean gas vortex tube through which compressed gas is introduced from the third lean gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged;
  • a third rich gas compressor compressing the gas collected in the third rich gas collection chamber;
  • a third thick gas vortex tube in which compressed gas is introduced from the third rich gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight are separated and discharged;
  • a fourth lean gas collection chamber in which a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gas discharged from the third lean gas vortex tube and the third rich gas vortex tube; It further includes a fourth thick gas vortex tube and a fourth rich gas collection chamber in which a gas
  • a second thick gas compressor compressing the gas collected in the second thick gas collection chamber;
  • a second rich gas vortex tube through which the mixed gas compressed by the second rich gas compressor flows in, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight are separated and discharged;
  • a fifth lean gas collection chamber in which a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gases discharged from the second rich gas vortex tube; It further includes a fifth rich gas collecting chamber in which a gas having a relatively high molecular weight is stored among the gas discharged from the second rich gas vortex tube.
  • a fifth lean gas condenser for condensing the gas collected in the fifth lean gas collection chamber;
  • a fifth lean gas compressor compressing the gas condensed in the fifth lean gas condenser;
  • a fifth lean gas vortex tube through which compressed gas is introduced from the fifth lean gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged;
  • a fifth rich gas compressor compressing the gas collected in the fifth rich gas collection chamber;
  • a fifth concentrated gas vortex tube through which compressed gas is introduced from the fifth concentrated gas compressor, and a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged;
  • a sixth lean gas collection chamber in which a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gas discharged from the fifth lean gas vortex tube and the fifth rich gas vortex tube;
  • the sixth rich gas vortex tube and the sixth rich gas collecting chamber in which a gas having a
  • a lean chamber pressure sensor and a thick chamber pressure sensor for sensing the internal pressures of the first lean gas collection chamber and the first rich gas collection chamber, respectively; By controlling the operation of the first lean gas compressor and the first rich gas compressor according to the internal pressure of the first lean gas collection chamber and the first rich gas collection chamber, the first lean gas vortex tube and the It further includes a control unit for maintaining the pressure of the gas flowing into the first rich gas vortex tube within a predetermined range.
  • the carbon dioxide separation method includes: a first step of compressing a mixed gas mixed with carbon dioxide using a compressor; A second step of introducing a mixed gas compressed by the compressor into a vortex tube, flowing a gas having a relatively small molecular weight among the mixed gas into a warm air outlet pipe, and flowing a gas having a relatively large molecular weight into a cold air outlet pipe; Including the third step of storing the gas discharged through the warm air outlet pipe in a first lean gas collection chamber, and storing the gas discharged through the cold air outlet pipe in a first rich gas collection chamber. A gas rich in carbon dioxide is collected in the collection chamber, and a gas rich in carbon dioxide is collected in the first rich gas collection chamber.
  • a process of pre-condensing the mixed gas flowing into the compressor with a condenser, and removing oxygen from the mixed gas condensed by the condenser and providing it to the compressor It further includes.
  • the gas stored in the first lean gas collection chamber After condensing and compressing the gas stored in the first lean gas collection chamber, it is introduced into the first lean gas vortex tube to be divided into a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight, and the first rich gas collection chamber.
  • the fifth step of storing the gas having a relatively high molecular weight among the gases flowing out of the vortex tube is stored in the second rich gas collection chamber.
  • the pressure of the first lean gas collection chamber and the first rich gas collection chamber is determined. Accordingly, the operation of the first lean gas compressor and the first rich gas compressor is controlled to maintain the pressures of the gas flowing into the first lean gas vortex tube and the first rich gas vortex tube within a predetermined range. .
  • gases having a relatively small molecular weight are stored in a third lean gas collection chamber, and among gases flowing out of the second lean gas vortex tube, gases having a relatively high molecular weight are third.
  • a seventh step of storing in the rich gas collection chamber After condensing and compressing the gas stored in the third lean gas collection chamber, the gas is introduced into a third lean gas vortex tube to be divided into a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight, and the third rich gas collection chamber.
  • An eleventh step of storing in the rich gas collection chamber After condensing and compressing the gas stored in the fifth lean gas collection chamber, the gas is introduced into the fifth lean gas vortex tube to be divided into a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight, and the fifth rich gas collection chamber.
  • carbon dioxide can be separated without using a separate carbon dioxide absorbent, and carbon dioxide separation can be repeated in multiple stages, so that carbon dioxide can be separated more effectively. have.
  • FIG. 1 is a block diagram of a carbon dioxide separation device according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a fourth embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a fifth embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a carbon dioxide separation device according to the present invention.
  • the carbon dioxide separation device is a device for separating carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide, and is configured to separate carbon dioxide without using a separate carbon dioxide absorbent. That is, the carbon dioxide separating apparatus according to the present invention causes a vortex from the inside when gas is introduced from the outside, a gas having a high temperature (hereinafter abbreviated as'warm') and a gas having a low temperature (hereinafter referred to as'cold') It is configured to separate carbon dioxide by using the vortex tube 130, which is divided by abbreviation).
  • the carbon dioxide separation apparatus is a compressor 120 for compressing a mixed gas mixed with carbon dioxide, and the compressor 120 to separate carbon dioxide using the vortex tube 130 as described above.
  • Vortex tube (130) for receiving compressed gas mixture and discharging it into hot and cold air
  • first lean gas collection chamber (140) for storing two types of gas flowing out from the vortex tube (130), respectively 1 It comprises a thick gas collection chamber (150).
  • the vortex tube 130, the gas inlet pipe 132 through which the mixed gas flows from the outside, and the mixed gas flowing into the gas inlet pipe 132 are divided into warm air and cold air, and the warm air outflow pipe 134 respectively discharged.
  • the vortex tube 130 is configured so that the gas introduced through the gas inlet tube 132 can be divided into warm and cold by vortexing inside, and the vortex tube 130 is already commercialized in various fields. Bar, detailed description of the internal configuration of the vortex tube 130 is omitted.
  • the mixed gas introduced into the vortex tube 130 is not only divided into warm and cold air, but also mixed gas is classified according to a mass difference. That is, the mixed gas is divided into a gas having a relatively large mass (more specifically, a gas having a higher molecular weight) and a gas having a relatively small mass (more specifically, a gas having a lower molecular weight) in the vortex process in the vortex tube 130. After that, a relatively small gas (more specifically, a gas with a lower molecular weight) flows out to the warm air outlet tube 134, and a relatively larger gas (more specifically, a gas with a higher molecular weight) is a cold air outlet tube ( 136).
  • a relatively larger gas more specifically, a gas with a higher molecular weight
  • the first lean gas collection chamber 140 in which the gas leaked through the warm air outflow pipe 134 is stored is a gas in which the carbon dioxide component is lean and is collected, and the first outflow gas is stored through the cold air outflow pipe 136.
  • a gas rich in carbon dioxide components is collected in the rich gas collection chamber 150.
  • the gas separation efficiency increases only when the mixed gas supplied to the vortex tube 130 flows at a high speed, the mixed gas supplied to the vortex tube 130 is compressed at high pressure by the compressor 120 and then vortex tube 130 Flows into At this time, when the mixed gas contains a large amount of moisture, the compression rate is lowered, and thus, a limitation occurs in increasing the flow rate of the mixed gas supplied to the vortex tube 130.
  • the carbon dioxide separating apparatus may include a separate condenser 100 so as to lower the humidity of the mixed gas supplied to the compressor 120.
  • the condenser 100 condenses the mixed gas before the mixed gas flows into the compressor 120.
  • the mixed gas undergoes a condensation process, the moisture contained in the mixed gas is discharged as condensed water. Since the mixed gas that has passed through the condenser 100 is supplied to the compressor 120 in a dry state, it can be compressed to a high pressure and provided to the vortex tube 130, whereby the carbon dioxide separation device according to the present invention separates carbon dioxide more effectively. I can do it.
  • the carbon dioxide separation device removes oxygen from the mixed gas condensed by the condenser 100 and then provides the oxygen removal catalyst provided to the compressor 120 It may further include (110). At this time, the oxygen removal catalyst 110 can be applied to any kind of catalyst as long as it can remove the oxygen contained in the mixed gas.
  • FIG. 2 is a block diagram of a second embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • all of the carbon dioxide is not only stored in the first rich gas collection chamber 150 but also partially stored in the first lean gas collection chamber 140.
  • gases having a relatively small mass such as nitrogen, may also be partially stored in the first rich gas collection chamber 150 rather than only in the first lean gas collection chamber 140.
  • the carbon dioxide separation apparatus may be configured such that the gas stored in the first lean gas collection chamber 140 and the first rich gas collection chamber 150 undergoes a carbon dioxide separation process once more.
  • the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention, the first lean gas condenser 200 for condensing the gas collected in the first lean gas collection chamber 140, and the first lean gas condenser 200 condensed
  • a second rich gas collection chamber 260 in which a gas having a relatively high molecular weight is stored among the gas discharged from the tube 220 may be further included.
  • the carbon dioxide separation apparatus configured as shown in FIG. 2 condenses and compresses the gas stored in the first lean gas collection chamber 140 and then flows it into the first lean gas vortex tube 220 to be relatively It is divided into a gas having a high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight, and among the gases flowing out of the first lean gas vortex tube 220, the gas having a relatively low molecular weight is stored in the second lean gas collection chamber 230, Among the gases flowing out of the first lean gas vortex tube 220, a gas having a relatively high molecular weight can be stored in the second rich gas collection chamber 260.
  • the carbon dioxide separating apparatus is collected in the first rich gas collection chamber 150, so that the gas stored in the first rich gas collection chamber 150 may undergo a carbon dioxide separation process once more.
  • the first thick gas compressor 240 for compressing the gas and the compressed gas from the first thick gas compressor 240 flow in, so that a gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively low molecular weight are separated and discharged. 1 may further include a thick gas vortex tube (250).
  • a separate condenser is not necessarily required.
  • a gas having a relatively small molecular weight among the gases discharged from the first rich gas vortex tube 250 is stored in the second lean gas collection chamber 230, and the gas discharged from the first rich gas vortex tube 250 Among them, a gas having a relatively high molecular weight is stored in the second rich gas collection chamber 260.
  • the gas stored in the first thick gas collection chamber 150 is compressed and then introduced into the first thick gas vortex tube 250 to have a relatively molecular weight. It is divided into a large gas and a gas having a relatively small molecular weight, and a gas having a relatively small molecular weight among the gases flowing out of the first rich gas vortex tube 250 is stored in the second lean gas collection chamber 230, and the 1 Thick gas Among the gases flowing out of the vortex tube 250, a gas having a relatively high molecular weight can be stored in the second rich gas collection chamber 260.
  • the second lean gas collection chamber 230 has a carbon dioxide content.
  • the thinner gas is collected, and the second rich gas collection chamber 260 has the advantage that the carbon dioxide separation effect is higher because the thicker gas is collected.
  • FIG. 3 is a block diagram of a third embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • the carbon dioxide separation apparatus may allow the gas stored in the second lean gas collection chamber 230 to undergo the carbon dioxide separation process once more.
  • the carbon dioxide separation apparatus as shown in Figure 3, a second lean gas compressor 300 for compressing the gas collected in the second lean gas collection chamber 230, and the second lean gas
  • the second lean gas vortex tube 310 and the second lean gas vortex tube that the mixed gas compressed by the compressor 300 flows in and the gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged.
  • the third lean gas collection chamber 320 in which a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gases discharged from 310, and a gas having a relatively high molecular weight among the gases discharged from the second lean gas vortex tube 310 are stored.
  • the third rich gas collecting chamber 330 may be further included.
  • the gas stored in the second lean gas collection chamber 230 is compressed and then introduced into the second lean gas vortex tube 310 to be relatively larger than the gas having a relatively high molecular weight. It is classified as a gas having a small molecular weight, and a gas having a relatively small molecular weight among the gases flowing out of the second lean gas vortex tube 310 is stored in a third lean gas collection chamber 320 and the second lean gas vortex tube.
  • the carbon dioxide concentration of the gas stored in the third lean gas collection chamber 320 is further lowered and the third rich The concentration of carbon dioxide in the gas stored in the gas collection chamber 330 can be further increased.
  • the third lean gas vortex tube 420 in which the compressed gas from the lean gas compressor 410 flows in and the gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated, and the third rich gas collection chamber ( 330) is a third thick gas compressor 440 for compressing the gas collected in the gas, and the compressed gas from the third thick gas compressor 440 flows into a relatively high molecular weight gas and a relatively small molecular weight gas.
  • the third thick gas vortex tube 450 that flows out, and the third lean gas vortex tube 420 and the third thick gas vortex tube 450, the gas having a relatively small molecular weight is discharged.
  • a chamber 460 may be further included.
  • FIG. 4 is a block diagram of a fourth embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • the carbon dioxide separation apparatus may allow the gas stored in the second rich gas collection chamber 260 to undergo the carbon dioxide separation process once more.
  • the carbon dioxide separation apparatus as shown in Figure 4, the second thick gas compressor 500 for compressing the gas collected in the second rich gas collection chamber 260, and the second rich gas
  • the second rich gas vortex tube 510 and the second rich gas vortex tube (102) through which the mixed gas compressed by the compressor (500) flows in and the gas having a relatively high molecular weight and a gas having a relatively small molecular weight are separated and discharged.
  • a fifth lean gas collection chamber 520 in which a gas having a relatively low molecular weight is stored among the gas discharged from the gas, and a gas having a relatively high molecular weight among the gases discharged from the second rich gas vortex tube 510 is stored.
  • the fifth rich gas collecting chamber 530 is further included.
  • the carbon dioxide separation apparatus is the fifth lean gas so that the gas stored in the fifth lean gas collection chamber 520 and the fifth lean gas collection chamber 520 may undergo carbon dioxide separation once again.
  • a fifth lean gas condenser 600 for condensing the gas collected in the collection chamber 520, a fifth lean gas compressor 610 for compressing the gas condensed in the fifth lean gas condenser 600, and the agent 5 The compressed gas from the lean gas compressor (610) flows in, and the fifth lean gas vortex tube (620) and the fifth thick gas collection chamber in which relatively high molecular weight gas and relatively small molecular weight gas are separated and flow out.
  • a gas having a relatively small molecular weight is stored among the gas flowing out of the fifth rich gas vortex tube 650 that is separated and discharged, and the fifth lean gas vortex tube 620 and the fifth rich gas vortex tube 650.
  • a gas collection chamber 660 may be further included.
  • the fifth lean gas condenser 600, the fifth lean gas compressor 610, the fifth lean gas vortex tube 620, the fifth rich gas compressor 640, the fifth rich gas vortex tube 650, the fifth 6 lean gas collection chamber 630, the sixth rich gas collection chamber 660, the third lean gas condenser 400, the third lean gas compressor 410, the third lean gas vortex tube shown in FIG. 420), the third thick gas compressor 440, the third thick gas vortex tube 450, the fourth lean gas collection chamber 430, and the fourth thick gas collection chamber 460 are substantially the same, so detailed Description is omitted.
  • the carbon dioxide separation device the third lean gas condenser 400, the third lean gas compressor 410, the third lean gas vortex tube 420, the third rich gas compressor ( 440), the third rich gas vortex tube 450, the fourth lean gas collection chamber 430, the fourth rich gas collection chamber 460, and the fifth lean gas condenser 600 shown in FIG.
  • the collection chamber 660 may be configured to be all provided.
  • FIG. 5 is a block diagram of a fifth embodiment of the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention.
  • the vortex tube has a characteristic that the gas separation efficiency increases or decreases depending on the back pressure and the negative pressure strength of the gas flowing from the outside. That is, in the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention, variations in carbon dioxide separation efficiency occur depending on the pressure of the gas flowing into each vortex tube. Particularly, when a deviation occurs in the pressure in the chamber where the lean gas and the rich gas are respectively collected, the pressure magnitude of the gas flowing into each vortex tube also varies, so that the separation efficiency of carbon dioxide in each vortex tube is different. Can be.
  • the carbon dioxide separation device can be configured to control the operation of each compressor according to the pressure level of each chamber. That is, the carbon dioxide separation apparatus according to the present invention, as shown in Figure 5, the lean chamber pressure sensor for sensing the internal pressure of the first lean gas collection chamber 140 and the first rich gas collection chamber 150, respectively 142 and a thick chamber pressure sensor 152, and a control unit 500 for controlling operations of the first lean gas compressor 210 and the first rich gas compressor 240 may be additionally provided.
  • control unit 500, the first lean gas capture chamber 140 and the first rich gas capture chamber 150 according to the internal pressure magnitude of the first lean gas compressor 210 and the first rich gas It is configured to control the operation of the compressor 240, respectively.
  • the control unit 500 includes the first lean gas compressor 210 and the 1 The thick gas compressor 240 is stopped so that the pressure of the gas flowing into the first lean gas vortex tube 220 and the first rich gas vortex tube 240 is not excessively high.
  • the control unit 500 includes the first lean gas compressor 210 and the first The thick gas compressor 240 is operated to increase the pressure of the gas flowing into the first lean gas vortex tube 220 and the first rich gas vortex tube 240 within a predetermined range.
  • control unit 500 is the first lean gas compressor 210 and the first lean gas compressor 210 and the first rich gas compressor according to the internal pressure of the first rich gas collection chamber 150
  • control unit 500 is the internal pressure of all chambers It can be configured to control the carbon dioxide separation efficiency of all vortex tubes by controlling the operation of all compressors according to the size.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 가스유입관으로 유입된 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 유출되는 온기유출관과, 상기 가스유입관으로 유입된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 유출되는 냉기유출관을 구비하는 볼텍스튜브; 상기 온기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 희박가스 포집챔버; 상기 냉기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 농후가스 포집챔버;를 포함하여, 상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스가 저장되고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스가 포집된다.

Description

볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법
본 발명은 혼합가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 분리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 볼텍스튜브를 이용하여 분자량이 상대적으로 큰 이산화탄소를 분리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 대기 중 이산화탄소 양이 증가함에 따라 발생하는 지구온난화는 인류가 해결해야할 중요한 환경문제 중의 하나이다. 이러한 이산화탄소는 화석연료의 연소 시에 대량으로 배출되므로, 화석연료를 연소함에 따라 발생하는 연소가스 중에서 이산화탄소만을 분리하여 제거하는 기술이 개발되고 있다. 상술한 이산화탄소 분리기술로는 흡수법, 흡착법, 심냉법, 막분리법 등이 있다.
그 중에서 흡수법은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 각종 흡수제를 연소가스 또는 혼합가스(이산화탄소를 포함하는 연소가스 또는 혼합가스, 이하 혼합가스라 함)에 접촉시킴으로써 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 방법이다.
흡수법을 이용한 이산화탄소 분리시스템은 흡수탑 하부로 혼합가스를 공급하면서 아민계의 흡수제를 상부에서 공급하도록 구성된다. 이에 의해, 혼합가스와 흡수제가 상호 접촉함에 따라 혼합가스 내의 이산화탄소가 흡수제에 흡수, 반응함으로써 혼합가스 중에서 이산화탄소가 분리, 제거된다. 상술한 이산화탄소 분리시스템을 이용한 이산화탄소의 분리, 제거과정을 좀 더 상세히 설명하면, 흡수탑의 하부로 혼합가스를 공급하고, 흡수탑의 상부에서 흡수제를 물줄기 형태로 분사하여, 상승하는 혼합가스가 흡수제와 접촉하도록 한다.
그런데 상술한 구조의 이산화탄소 분리시스템은 혼합가스와 흡수제의 반응이 빠르지 못하다. 따라서 최근에는 흡수탑 내부에 충전재를 채워 혼합가스와 흡수제의 접촉면적을 확대하고, 접촉시간을 지연시키는 방법이 사용되었다. 또한, 흡수탑의 부피를 증대시켜 접촉시간을 지연시키는 방법을 사용하였다.
그러나 충전재를 채우는 방법은, 혼합가스가 충전재를 통해 이송되는 과정에서 압력손실이 발생하고, 혼합가스와 흡수제에 편류가 발생하여 흡수효율이 저하되는 등의 문제가 있다. 또한, 흡수탑의 부피를 증대시키는 방법은, 부피가 증대된 흡수탑 내부에 충전재를 채워야 하므로 비용적인 측면에서 비효율적이지 못하다는 단점이 있다.
한편, 볼텍스튜브를 이용하여 혼합가스의 유동속도를 증가시키고 흡수제를 미세 액적으로 분사시킴으로써 흡수제의 흡수효율을 높이는 이산화탄소 분리장치가 제안된바 있으나, 이와 같이 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소 분리장치는 볼텍스튜브를 혼합가스 유동속도 증가를 위해 사용할 뿐 이산화탄소 흡수를 위한 흡수제가 필수적으로 요구되므로, 종래의 이산화탄소 분리장치와 근본적으로는 다르지 아니하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 별도의 이산화탄소 흡수제를 사용하지 아니하고서도 이산화탄소를 분리시킬 수 있는 이산화탄소 분리장치 및 이산화탄소 분리방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 압축기; 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 가스유입관으로 유입된 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 유출되는 온기유출관과, 상기 가스유입관으로 유입된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 유출되는 냉기유출관을 구비하는 볼텍스튜브; 상기 온기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 희박가스 포집챔버; 상기 냉기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 농후가스 포집챔버;를 포함하여, 상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스가 저장되고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스가 포집된다.
상기 혼합가스가 상기 압축기로 유입되기 이전에 상기 혼합가스를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에 의해 응축된 혼합가스에서 산소를 제거한 후 상기 압축기로 제공하는 산소제거촉매;를 더 포함한다.
상기 제1 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제1 희박가스 응축기; 상기 제1 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제1 희박가스 압축기; 상기 제1 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 희박가스 볼텍스튜브; 상기 제1 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제1 농후가스 압축기; 상기 제1 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 농후가스 볼텍스튜브; 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제2 희박가스 포집챔버; 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제2 농후가스 포집챔버;를 더 포함한다.
상기 제2 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 압축시키는 제2 희박가스 압축기; 상기 제2 희박가스 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 희박가스 볼텍스튜브; 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제3 희박가스 포집챔버; 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제3 농후가스 포집챔버;를 더 포함한다.
상기 제3 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제3 희박가스 응축기; 상기 제3 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제3 희박가스 압축기; 상기 제3 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 희박가스 볼텍스튜브; 상기 제3 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제3 농후가스 압축기; 상기 제3 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 농후가스 볼텍스튜브; 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제4 희박가스 포집챔버; 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제4 농후가스 포집챔버;를 더 포함한다.
상기 제2 농후가스 포집챔버에 포집된 가스를 압축시키는 제2 농후가스 압축기; 상기 제2 농후가스 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 농후가스 볼텍스튜브; 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제5 희박가스 포집챔버; 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제5 농후가스 포집챔버;를 더 포함한다.
상기 제5 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제5 희박가스 응축기; 상기 제5 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제5 희박가스 압축기; 상기 제5 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 희박가스 볼텍스튜브; 상기 제5 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제5 농후가스 압축기; 상기 제5 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 농후가스 볼텍스튜브; 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제6 희박가스 포집챔버; 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제6 농후가스 포집챔버;를 더 포함한다.
상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력을 각각 감지하는 희박챔버 압력센서 및 농후챔버 압력센서; 상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력 크기에 따라 상기 제1 희박가스 압축기 및 상기 제1 농후가스 압축기의 동작을 각각 제어하여, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력을 일정 범위 이내로 유지시키는 제어부;를 더 포함한다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리방법은, 압축기를 이용하여 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 제1 단계; 상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스를 볼텍스튜브로 유입시켜, 상기 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스를 온기유출관으로 유출시키고, 상대적으로 분자량이 큰 가스를 냉기유출관로 유출시키는 제2 단계; 상기 온기유출관 통해 유출된 가스를 제1 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 냉기유출관 통해 유출된 가스를 제1 농후가스 포집챔버에 저장하는 제3 단계;를 포함하여, 상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스를 포집시키고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스를 포집시킨다.
상기 제1 단계는, 혼합가스를 압축시키기 이전에, 상기 압축기로 유입되는 혼합가스를 응축기로 사전에 응축시키는 과정과, 상기 응축기에 의해 응축된 혼합가스에서 산소를 제거한 후 상기 압축기로 제공하는 과정을 더 포함한다.
상기 제1 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제1 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제4 단계; 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제2 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제2 농후가스 포집챔버에 저장하는 제5 단계;를 더 포함한다.
상기 제4 단계는, 상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력을 각각 감지한 후, 상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력 크기에 따라 상기 제1 희박가스 압축기 및 상기 제1 농후가스 압축기의 동작을 각각 제어하여 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력을 일정 범위 이내로 유지시키도록 구성된다.
상기 제2 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제2 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제6 단계; 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제3 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제3 농후가스 포집챔버에 저장하는 제7 단계; 상기 제3 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제3 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제3 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제3 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제8 단계; 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제4 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제4 농후가스 포집챔버에 저장하는 제9 단계;를 더 포함한다.
상기 제2 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제2 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제10 단계; 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제5 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제5 농후가스 포집챔버에 저장하는 제11 단계; 상기 제5 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제5 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제5 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제5 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제12 단계; 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제6 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제6 농후가스 포집챔버에 저장하는 제13 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 및 이산화탄소 분리방법을 이용하면, 별도의 이산화탄소 흡수제를 사용하지 아니하고서도 이산화탄소를 분리시킬 수 있고, 이산화탄소 분리를 다단으로 반복할 수 있어 이산화탄소를 보다 효과적으로 분리시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제2 실시예의 블록도이다.
도 3은 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제3 실시예의 블록도이다.
도 4는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제4 실시예의 블록도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제5 실시예의 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 및 이산화탄소 분리방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치의 블록도이다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 이산화탄소가 포함된 혼합가스에서 이산화탄소를 분리시키기 위한 장치로서, 별도의 이산화탄소 흡수제를 사용하지 아니하더라도 이산화탄소를 분리시킬 수 있도록 구성된다. 즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 외부로부터 가스가 유입되었을 때 내부에서 소용돌이(Vortex)를 유발시켜 온도가 높은 가스(이하 '온기'라 약칭함)와 온도가 낮은 가스(이하 '냉기'라 약칭함)로 구분하는 볼텍스튜브(130)를 이용하여 이산화탄소를 분리시키도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 상기 언급한 바와 같이 볼텍스튜브(130)를 이용하여 이산화탄소를 분리시킬 수 있도록, 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 압축기(120)와, 상기 압축기(120)에 의해 압축된 혼합가스를 공급받아 온기와 냉기로 구분하여 배출하는 볼텍스튜브(130)와, 상기 볼텍스튜브(130)로부터 유출되는 두 종류의 가스를 각각 저장하는 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)를 포함하여 구성된다.
상기 볼텍스튜브(130)는, 외부로부터 혼합가스가 유입되는 가스유입관(132)과, 상기 가스유입관(132)으로 유입된 혼합가스가 온기와 냉기로 구분되어 각각 유출되는 온기유출관(134) 및 냉기유출관(136)을 포함하여 구성된다. 상기 볼텍스튜브(130)는 가스유입관(132)을 통해 유입된 기체가 내부에서 소용돌이를 일으켜 온기와 냉기로 구분될 수 있도록 구성되는데, 이와 같은 볼텍스튜브(130)는 이미 여러 분야에서 상용화되어 있는바, 상기 볼텍스튜브(130)의 내부구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 볼텍스튜브(130)로 유입된 혼합가스는 소용돌이 과정을 거치는 과정에서는 혼합가스가 온기와 냉기로만 구분되는 것이 아니라 혼합된 각 가스들이 질량 차에 따라서도 구분된다. 즉, 혼합가스는 볼텍스튜브(130) 내에서 소용돌이 과정에서 상대적으로 질량이 큰 가스(더 명확하게는 분자량이 큰 가스)와 상대적으로 질량이 작은 가스(더 명확하게는 분자량이 작은 가스)로 구분된 후, 상대적으로 질량이 작은 가스(더 명확하게는 분자량이 작은 가스)는 온기유출관(134)으로 유출되고 상대적으로 질량이 큰 가스(더 명확하게는 분자량이 큰 가스)는 냉기유출관(136)으로 유출된다. 이와 같이 볼텍스튜브(130)로 유입된 여러 종류의 가스성분들이 질량 차이에 따라서 구분된다는 기술적 사상은 본원발명이 해당하는 분야에서 공지된 사안이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
따라서 차량의 배기가스와 같이 이산화탄소와 질소가 포함된 혼합가스가 볼텍스튜브(130)로 유입되는 경우, 상대적으로 질량이 큰 이산화탄소는 냉기유출관(136)으로 유출되고, 상대적으로 질량이 작은 질소 등의 가스는 온기유출관(134)으로 유출된다. 온기유출관(134)을 통해 유출된 가스가 저장되는 제1 희박가스 포집챔버(140)에는 이산화탄소 성분이 희박한 가스가 모이게 되고, 상기 냉기유출관(136)을 통해 유출된 가스가 저장되는 제1 농후가스 포집챔버(150)에는 이산화탄소 성분이 농후한 가스가 모이게 된다.
상기 언급한 바와 같이 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치를 이용하면, 별도의 이산화탄소 흡수제를 사용할 필요가 없으므로 이산화탄소 분리공정이 간단해지고, 이산화탄소를 분리시키는 공정에 소요되는 비용이 절감된다는 장점이 있다. 또한, 종래와 같이 이산화탄소 흡수제를 사용하는 경우에는 상기 이산화탄소 흡수제의 수명이 다 되었을 때 이산화탄소 흡수제를 교체하거나 재생하는 과정이 필요하게 되는데, 이와 같이 이산화탄소 흡수제를 교체하거나 재생하는 동안에는 이산화탄소를 분리시킬 수 없다는 단점이 있었다. 그러나 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치를 이용하면, 이산화탄소 흡수제의 교체 또는 재생과정이 필요치 아니하므로, 이산화탄소 분리를 연속적으로 수행할 수 있다는 장점이 있다.
볼텍스튜브(130)로 공급되는 혼합가스가 빠른 속도로 유동해야만 가스 분리 효율이 높아지므로, 볼텍스튜브(130)로 공급되는 혼합가스는 압축기(120)에 의해 고압으로 압축된 후 볼텍스튜브(130)로 유입된다. 이때, 상기 혼합가스에 수분이 다량으로 포함되어 있는 경우에는 압축률이 낮아지므로 상기 볼텍스튜브(130)로 공급되는 혼합가스의 유속을 높이는데 한계가 발생하게 된다.
따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 압축기(120)로 공급되는 혼합가스의 습도를 낮출 수 있도록, 별도의 응축기(100)를 구비할 수 있다. 상기 응축기(100)는 혼합가스가 상기 압축기(120)로 유입되기 이전에 상기 혼합가스를 응축시키는데, 이와 같이 혼합가스가 응축과정을 거치게 되면 혼합가스에 포합되어 있던 수분은 응축수로 배출된다. 응축기(100)를 거친 혼합가스는 건조한 상태로 압축기(120)로 공급되므로, 고압으로 압축되어 볼텍스튜브(130)로 제공될 수 있고, 이에 따라 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 이산화탄소를 보다 효과적으로 분리시킬 수 있게 된다.
한편, 볼텍스튜브(130)로 유입되는 혼합기체가 배기가스 등과 같이 산소가 포함된 기체인 경우, 상기 산소의 질량은 이산화탄소보다는 작고 질소보다는 크므로 상기 온기유출관(134)이나 냉기유출관(136) 중 어느 일측으로만 유출되지 아니하고 양쪽 유출관으로 모두 유출될 수 있다. 즉, 볼텍스튜브(130)만으로는 산소 분리가 어려울 수 있으므로, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 상기 응축기(100)에 의해 응축된 혼합가스에서 산소를 제거한 후 상기 압축기(120)로 제공하는 산소제거촉매(110)를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 산소제거촉매(110)는 혼합가스에 포함되어 있는 산소를 제거할 수 있다면 어떠한 종류의 촉매로도 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제2 실시예의 블록도이다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치를 이용하여 이산화탄소를 분리하는 경우, 상기 이산화탄소가 모두 제1 농후가스 포집챔버(150)에만 저장되는 것이 아니라 제1 희박가스 포집챔버(140)에도 일부 저장된다. 또한, 질소와 같이 상대적으로 질량이 작은 기체도 제1 희박가스 포집챔버(140)에만 저장되는 것이 아니라 제1 농후가스 포집챔버(150)에도 일부 저장될 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)에 저장된 가스가 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치도록 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 상기 제1 희박가스 포집챔버(140)에 포집된 가스를 응축시키는 제1 희박가스 응축기(200)와, 상기 제1 희박가스 응축기(200)에서 응축된 가스를 압축시키는 제1 희박가스 압축기(210)와, 상기 제1 희박가스 압축기(210)에서 압축된 가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)와, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제2 희박가스 포집챔버(230)와, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제2 농후가스 포집챔버(260)를 더 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 상기 제1 희박가스 포집챔버(140)에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제2 희박가스 포집챔버(230)에 저장하며, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브(220)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제2 농후가스 포집챔버(260)에 저장할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 제1 농후가스 포집챔버(150)에 저장되어 있던 가스도 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치게 할 수 있도록, 상기 제1 농후가스 포집챔버(150)에서 포집된 가스를 압축시키는 제1 농후가스 압축기(240)와, 상기 제1 농후가스 압축기(240)에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 농후가스 포집챔버(150)에 저장된 가스는 제1 희박가스 포집챔버(140)에 저장된 가스에 비해 저온 건조한 상태이므로, 별도의 응축기가 필수적으로 요구되지 아니한다.
따라서 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제2 희박가스 포집챔버(230)에 저장되고, 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제2 농후가스 포집챔버(260)에 저장된다.
이와 같이 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)가 추가로 장착되면, 상기 제1 농후가스 포집챔버(150)에 저장된 가스를 압축시킨 후 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제2 희박가스 포집챔버(230)에 저장하며, 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제2 농후가스 포집챔버(260)에 저장할 수 있게 된다.
이와 같이 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)에 저장되어 있던 가스를 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치게 하면, 제2 희박가스 포집챔버(230)에는 이산화탄소 함유량이 더욱 희박한 가스가 모이게 되고, 제2 농후가스 포집챔버(260)에는 이산화탄소 함유량이 더욱 농후한 가스가 모이게 되는바, 이산화탄소 분리효과가 더욱 높아진다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제3 실시예의 블록도이다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 제2 희박가스 포집챔버(230)에 저장된 가스가 다시 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2 희박가스 포집챔버(230)에 포집된 가스를 압축시키는 제2 희박가스 압축기(300)와, 상기 제2 희박가스 압축기(300)에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)와, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제3 희박가스 포집챔버(320)와, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제3 농후가스 포집챔버(330)를 더 포함할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치를 이용하면, 상기 제2 희박가스 포집챔버(230)에 저장된 가스를 압축시킨 후 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제3 희박가스 포집챔버(320)에 저장하고, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브(310)에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제3 농후가스 포집챔버(330)에 저장함으로써, 제3 희박가스 포집챔버(320)에 저장되는 가스의 이산화탄소 농도는 더욱 낮추고 제3 농후가스 포집챔버(330)에 저장되는 가스의 이산화탄소 농도는 더욱 높일 수 있게 된다.
더 나아가, 상기 제3 희박가스 포집챔버(320)에 저장된 가스와 상기 제3 농후가스 포집챔버(330)에 저장된 가스를 다시 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치게 할 수 있도록, 상기 제3 희박가스 포집챔버(320)에 포집된 가스를 응축시키는 제3 희박가스 응축기(400)와, 상기 제3 희박가스 응축기(400)에서 응축된 가스를 압축시키는 제3 희박가스 압축기(410)와, 상기 제3 희박가스 압축기(410)에서 압축된 가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 희박가스 볼텍스튜브(420)와, 상기 제3 농후가스 포집챔버(330)에서 포집된 가스를 압축시키는 제3 농후가스 압축기(440)와, 상기 제3 농후가스 압축기(440)에서 압축된 가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 농후가스 볼텍스튜브(450)와, 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브(420) 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브(450)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제4 희박가스 포집챔버(430)와, 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브(420) 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브(450)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제4 농후가스 포집챔버(460)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 제3 희박가스 응축기(400), 제3 희박가스 압축기(410), 제3 희박가스 볼텍스튜브(420), 제3 농후가스 압축기(440), 제3 농후가스 볼텍스튜브(450)는, 도 2를 참조하여 설명한 제1 희박가스 응축기(200), 제1 희박가스 압축기(210), 제1 희박가스 볼텍스튜브(220), 제1 농후가스 압축기(240), 제1 농후가스 볼텍스튜브(250)와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제4 실시예의 블록도이다.
본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 제2 농후가스 포집챔버(260)에 저장된 가스가 다시 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거치게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제2 농후가스 포집챔버(260)에 포집된 가스를 압축시키는 제2 농후가스 압축기(500)와, 상기 제2 농후가스 압축기(500)에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 농후가스 볼텍스튜브(510)와, 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브(510)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제5 희박가스 포집챔버(520)와, 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브(510)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제5 농후가스 포집챔버(530)를 더 포함한다.
더 나아가 제5 희박가스 포집챔버(520) 및 제5 희박가스 포집챔버(520)에 저장된 가스가 다시 한 번 더 이산화탄소 분리과정을 거칠 수 있도록, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 상기 제5 희박가스 포집챔버(520)에 포집된 가스를 응축시키는 제5 희박가스 응축기(600)와, 상기 제5 희박가스 응축기(600)에서 응축된 가스를 압축시키는 제5 희박가스 압축기(610)와, 상기 제5 희박가스 압축기(610)에서 압축된 가스가 유입되어 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 희박가스 볼텍스튜브(620)와, 상기 제5 농후가스 포집챔버(530)에서 포집된 가스를 압축시키는 제5 농후가스 압축기(640)와, 상기 제5 농후가스 압축기(640)에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 농후가스 볼텍스튜브(650)와, 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브(620) 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브(650)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제6 희박가스 포집챔버(630)와, 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브(620) 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브(650)에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제6 농후가스 포집챔버(660)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 제5 희박가스 응축기(600), 제5 희박가스 압축기(610), 제5 희박가스 볼텍스튜브(620), 제5 농후가스 압축기(640), 제5 농후가스 볼텍스튜브(650), 제6 희박가스 포집챔버(630), 제6 농후가스 포집챔버(660)는, 도 3에 도시된 제3 희박가스 응축기(400), 제3 희박가스 압축기(410), 제3 희박가스 볼텍스튜브(420), 제3 농후가스 압축기(440), 제3 농후가스 볼텍스튜브(450), 제4 희박가스 포집챔버(430), 제4 농후가스 포집챔버(460)와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는, 도 3에 도시된 제3 희박가스 응축기(400), 제3 희박가스 압축기(410), 제3 희박가스 볼텍스튜브(420), 제3 농후가스 압축기(440), 제3 농후가스 볼텍스튜브(450), 제4 희박가스 포집챔버(430), 제4 농후가스 포집챔버(460)와, 도 4에 도시된 제5 희박가스 응축기(600), 제5 희박가스 압축기(610), 제5 희박가스 볼텍스튜브(620), 제5 농후가스 압축기(640), 제5 농후가스 볼텍스튜브(650), 제6 희박가스 포집챔버(630), 제6 농후가스 포집챔버(660)가 모두 구비되도록 구성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치 제5 실시예의 블록도이다.
일반적으로 볼텍스튜브는 외부로부터 유입되는 가스의 배압 및 부압 강도에 따라 가스 분리효율이 높아지거나 낮아진다는 특성이 있다. 즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 각 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력 크기에 따라 이산화탄소 분리효율에 편차가 발생하게 된다. 특히, 희박가스 및 농후가스가 각각 포집되는 챔버 내의 압력에 편차가 발생하는 경우, 각 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력크기에도 편차가 발생하므로, 각 볼텍스튜브의 이산화탄소 분리효율이 달라진다는 문제가 발생될 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 각 챔버의 압력 크기에 따라 각 압축기의 동작을 제어할 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 이산화탄소 분리장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 상기 제1 농후가스 포집챔버(150)의 내부 압력을 각각 감지하는 희박챔버 압력센서(142) 및 농후챔버 압력센서(152)와, 상기 제1 희박가스 압축기(210) 및 상기 제1 농후가스 압축기(240)의 동작을 각각 제어하는 제어부(500)를 추가로 구비할 수 있다.
이때 상기 제어부(500)는, 상기 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 상기 제1 농후가스 포집챔버(150)의 내부 압력 크기에 따라 상기 제1 희박가스 압축기(210) 및 상기 제1 농후가스 압축기(240)의 동작을 각각 제어하도록 구성된다. 예를 들어 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)의 내부 압력이 사전에 설정된 기준범위보다 높으면, 상기 제어부(500)는 제1 희박가스 압축기(210) 및 제1 농후가스 압축기(240)를 정지시켜 제1 희박가스 볼텍스튜브(220) 및 제1 농후가스 볼텍스튜브(240)로 유입되는 가스의 압력이 과도하게 높아지지 아니하도록 한다. 반대로 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)의 내부 압력이 사전에 설정된 기준범위보다 낮으면, 상기 제어부(500)는 제1 희박가스 압축기(210) 및 제1 농후가스 압축기(240)를 작동시켜 제1 희박가스 볼텍스튜브(220) 및 제1 농후가스 볼텍스튜브(240)로 유입되는 가스의 압력이 사전에 설정된 범위 이내로 상승하도록 한다.
상기 언급한 바와 같이 압력센서(142, 152) 및 제어부(500)가 추가로 구비되면, 제1 희박가스 볼텍스튜브(220) 및 제1 농후가스 볼텍스튜브(240)의 이산화탄소 분리 효율을 높게 유지할 수 있다는 장점이 있다.
본 실시예에서는 상기 제어부(500)가 제1 희박가스 포집챔버(140) 및 제1 농후가스 포집챔버(150)의 내부 압력 크기에 따라 제1 희박가스 압축기(210) 및 제1 농후가스 압축기(240)의 동작을 제어하여 제1 희박가스 볼텍스튜브(220) 및 제1 농후가스 볼텍스튜브(240)의 이산화탄소 분리효율을 조절하는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 제어부(500)는 모든 챔버의 내부 압력 크기에 따라 모든 압축기의 동작을 제어함으로써 모든 볼텍스튜브의 이산화탄소 분리효율을 조절하도록 구성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 압축기;
    상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되는 가스유입관과, 상기 가스유입관으로 유입된 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 유출되는 온기유출관과, 상기 가스유입관으로 유입된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 유출되는 냉기유출관을 구비하는 볼텍스튜브;
    상기 온기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 희박가스 포집챔버;
    상기 냉기유출관을 통해 유출된 가스가 유입되는 제1 농후가스 포집챔버;
    상기 혼합가스가 상기 압축기로 유입되기 이전에 상기 혼합가스를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기에 의해 응축된 혼합가스에서 산소를 제거한 후 상기 압축기로 제공하는 산소제거촉매;
    상기 제1 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제1 희박가스 응축기;
    상기 제1 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제1 희박가스 압축기;
    상기 제1 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 희박가스 볼텍스튜브;
    상기 제1 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제1 농후가스 압축기;
    상기 제1 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제1 농후가스 볼텍스튜브;
    상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제2 희박가스 포집챔버;
    상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제2 농후가스 포집챔버;
    상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력을 각각 감지하는 희박챔버 압력센서 및 농후챔버 압력센서;
    상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력 크기에 따라 상기 제1 희박가스 압축기 및 상기 제1 농후가스 압축기의 동작을 각각 제어하여, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력을 일정 범위 이내로 유지시키는 제어부;
    를 포함하여,
    상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스가 저장되고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스가 포집되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 압축시키는 제2 희박가스 압축기;
    상기 제2 희박가스 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 희박가스 볼텍스튜브;
    상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제3 희박가스 포집챔버;
    상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제3 농후가스 포집챔버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제3 희박가스 응축기;
    상기 제3 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제3 희박가스 압축기;
    상기 제3 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 희박가스 볼텍스튜브;
    상기 제3 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제3 농후가스 압축기;
    상기 제3 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제3 농후가스 볼텍스튜브;
    상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제4 희박가스 포집챔버;
    상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제4 농후가스 포집챔버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 농후가스 포집챔버에 포집된 가스를 압축시키는 제2 농후가스 압축기;
    상기 제2 농후가스 압축기에 의해 압축된 혼합가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제2 농후가스 볼텍스튜브;
    상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제5 희박가스 포집챔버;
    상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제5 농후가스 포집챔버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제5 희박가스 포집챔버에 포집된 가스를 응축시키는 제5 희박가스 응축기;
    상기 제5 희박가스 응축기에서 응축된 가스를 압축시키는 제5 희박가스 압축기;
    상기 제5 희박가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 희박가스 볼텍스튜브;
    상기 제5 농후가스 포집챔버에서 포집된 가스를 압축시키는 제5 농후가스 압축기;
    상기 제5 농후가스 압축기에서 압축된 가스가 유입되어, 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스가 구분되어 유출되는 제5 농후가스 볼텍스튜브;
    상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스가 저장되는 제6 희박가스 포집챔버;
    상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출된 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스가 저장되는 제6 농후가스 포집챔버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
  6. 응축기를 이용하여 혼합가스를 응축시키고, 상기 응축기에 의해 응축된 혼합가스에서 산소를 제거한 후, 압축기를 이용하여 이산화탄소가 혼합된 혼합가스를 압축시키는 제1 단계;
    상기 압축기에 의해 압축된 혼합가스를 볼텍스튜브로 유입시켜, 상기 혼합가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스를 온기유출관으로 유출시키고, 상대적으로 분자량이 큰 가스를 냉기유출관로 유출시키는 제2 단계;
    상기 온기유출관 통해 유출된 가스를 제1 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 냉기유출관 통해 유출된 가스를 제1 농후가스 포집챔버에 저장하는 제3 단계;
    상기 제1 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 제1 희박가스 응축기 및 제1 희박가스 압축기로 응축 및 압축시킨 후 제1 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 제1 농후가스 압축기로 압축시킨 후 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제4 단계;
    상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제2 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제2 농후가스 포집챔버에 저장하는 제5 단계;
    를 포함하여, 상기 제1 희박가스 포집챔버에는 이산화탄소가 희박한 가스를 포집시키고, 상기 제1 농후가스 포집챔버에는 이산화탄소가 농후한 가스를 포집시키되,
    상기 제4 단계는,
    상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력을 각각 감지한 후, 상기 제1 희박가스 포집챔버 및 상기 제1 농후가스 포집챔버의 내부 압력 크기에 따라 상기 제1 희박가스 압축기 및 상기 제1 농후가스 압축기의 동작을 각각 제어하여 상기 제1 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제1 농후가스 볼텍스튜브로 유입되는 가스의 압력을 일정 범위 이내로 유지시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제2 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제6 단계;
    상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제3 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제2 희박가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제3 농후가스 포집챔버에 저장하는 제7 단계;
    상기 제3 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제3 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제3 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제3 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제8 단계;
    상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제4 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제3 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제3 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제4 농후가스 포집챔버에 저장하는 제9 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제2 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제10 단계;
    상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제5 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제2 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제5 농후가스 포집챔버에 저장하는 제11 단계;
    상기 제5 희박가스 포집챔버에 저장된 가스를 응축 및 압축시킨 후 제5 희박가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하고, 상기 제5 농후가스 포집챔버에 저장된 가스를 압축시킨 후 제5 농후가스 볼텍스튜브로 유입시켜 상대적으로 분자량이 큰 가스와 상대적으로 분자량이 작은 가스로 구분하는 제12 단계;
    상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 작은 가스는 제6 희박가스 포집챔버에 저장하고, 상기 제5 희박가스 볼텍스튜브 및 상기 제5 농후가스 볼텍스튜브에서 유출되는 가스 중 상대적으로 분자량이 큰 가스는 제6 농후가스 포집챔버에 저장하는 제13 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
PCT/KR2019/018717 2018-12-28 2019-12-30 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법 WO2020139055A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180172091A KR102024753B1 (ko) 2018-12-28 2018-12-28 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법
KR10-2018-0172091 2018-12-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020139055A1 true WO2020139055A1 (ko) 2020-07-02

Family

ID=68068113

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/018717 WO2020139055A1 (ko) 2018-12-28 2019-12-30 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102024753B1 (ko)
WO (1) WO2020139055A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102024753B1 (ko) * 2018-12-28 2019-09-25 동명대학교산학협력단 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법
CN112354321A (zh) * 2020-11-04 2021-02-12 杨建明 一种有机废气冷凝回收装置
KR102300742B1 (ko) * 2021-03-12 2021-09-10 충남대학교산학협력단 유해물질 분리 저감 시스템
KR102300729B1 (ko) 2021-03-12 2021-09-10 충남대학교산학협력단 이산화탄소 분리 저감 시스템
KR102293042B1 (ko) 2021-03-23 2021-08-26 한국해양과학기술원 볼텍스 튜브를 이용하는 선박용 배출가스 매연저감 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100764557B1 (ko) * 2006-07-14 2007-10-08 (주)엠오텍 압력차를 이용한 산소 및 수분 농도 측정 시스템을 갖는글로브 박스용 가스정제 장치
US20090321243A1 (en) * 2006-03-31 2009-12-31 Ranendra Bose Methane gas recovery and usage system for coalmines, municipal land fills and oil refinery distillation tower vent stacks
KR20110054866A (ko) * 2009-11-18 2011-05-25 한국에너지기술연구원 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템
KR20130102044A (ko) * 2010-07-28 2013-09-16 사르가스 에이에스 탄소 포집을 갖는 제트 엔진
JP2018525998A (ja) * 2015-08-28 2018-09-13 ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ バイオリアクタ用凝縮器
KR102024753B1 (ko) * 2018-12-28 2019-09-25 동명대학교산학협력단 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090321243A1 (en) * 2006-03-31 2009-12-31 Ranendra Bose Methane gas recovery and usage system for coalmines, municipal land fills and oil refinery distillation tower vent stacks
KR100764557B1 (ko) * 2006-07-14 2007-10-08 (주)엠오텍 압력차를 이용한 산소 및 수분 농도 측정 시스템을 갖는글로브 박스용 가스정제 장치
KR20110054866A (ko) * 2009-11-18 2011-05-25 한국에너지기술연구원 볼텍스 튜브 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수분리시스템
KR20130102044A (ko) * 2010-07-28 2013-09-16 사르가스 에이에스 탄소 포집을 갖는 제트 엔진
JP2018525998A (ja) * 2015-08-28 2018-09-13 ジーイー・ヘルスケア・バイオサイエンス・アクチボラグ バイオリアクタ用凝縮器
KR102024753B1 (ko) * 2018-12-28 2019-09-25 동명대학교산학협력단 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102024753B1 (ko) 2019-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020139055A1 (ko) 볼텍스튜브를 이용한 이산화탄소의 분리장치 및 이산화탄소 분리방법
US4898599A (en) Desiccant gas drying system
US6432169B1 (en) Method and process for drying gas
CN104587804B (zh) 运用气体分离膜进行提纯的装置系统
CN105413390B (zh) 一种油气中挥发性有机物蒸汽的吸附增压回收系统
CN101920155B (zh) 零排放气体干燥工艺及装置
CN101476007A (zh) 高炉煤气干法除尘方法与装置
CN211025700U (zh) 一种氯甲烷尾气回收装置
CN101480560B (zh) 一种采用膜分离处理克劳斯尾气的方法
CN108355462A (zh) Co2吸附系统和co2连续吸附的方法
CN201643947U (zh) 零排放气体干燥装置
ATE160516T1 (de) Lufttrennung
CN215233159U (zh) 一种二氧化碳捕集与解析装置
CN204848791U (zh) 用于沼气处理的两级分离膜系统
CN219091579U (zh) 一种自带干燥功能的psa变压吸附提纯制氢装置
CN203556265U (zh) 一种稀有气体干燥回收系统
CN207524981U (zh) 一种工业用制氮净化系统
CN110127700A (zh) 烟气中二氧化碳、氮气和氧气的联合回收装置及方法
CN208260401U (zh) Sf6气体试验尾气回收装置
CN208366376U (zh) Sf6气体状态检测装置
CN108760412A (zh) 一种VOCs吸附管采样装置
KR20040039669A (ko) 공기 중의 산소와 질소 분리 공급 장치
WO2019245175A1 (ko) 바이오촤를 이용한 가압순산소 오염물질 포집 시스템
CN221056167U (zh) 大气采样器
JP3544860B2 (ja) 空気分離装置における前処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19906511

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19906511

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1