KR-102960552-B1 - Carbon dioxide absorber

KR102960552B1KR 102960552 B1KR102960552 B1KR 102960552B1KR-102960552-B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은, 연소기관에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하고, 배기가스를 공급하는 배기관과, 흡수제를 공급하는 흡수제공급관이 각각 연결되며, 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로가 내부에 형성된 하우징과, 가스유동로 상에 설치되며 다공성구조물을 포함하여 배기가스와 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛, 및 패킹유닛 상부의 가스유동로 상에 설치되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀이 형성되어 흡수제공급관으로부터 공급받은 흡수제를 패킹유닛에 분배하고 내부에 흡수제가 채워지는 수용공간이 형성된 트레이와, 트레이 바닥으로부터 돌출 형성되며, 내부에 유동공간이 형성되어 적어도 2개 이상의 유동홀을 덮으며 수용하고, 일 측에 유동공간과 수용공간을 연통하는 적어도 하나의 연통구가 형성된 격벽부를 포함하는 분배기(distributor)를 포함할 수 있다.

Inventors

이승재
김선정
김재관
김정남
박어진
성용욱
손문호
최정인

Assignees

삼성중공업 주식회사

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20200923

Claims (5)

연소기관에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 포집용 흡수탑에 있어서, 상기 배기가스를 공급하는 배기관과, 상기 흡수제를 공급하는 흡수제공급관이 각각 연결되며, 상기 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로가 내부에 형성된 하우징; 상기 가스유동로 상에 설치되며 다공성구조물을 포함하여 상기 배기가스와 상기 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛, 및 상기 패킹유닛 상부의 상기 가스유동로 상에 설치되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀이 형성되어 상기 흡수제공급관으로부터 공급받은 상기 흡수제를 상기 패킹유닛에 분배하고 내부에 상기 흡수제가 채워지는 수용공간이 형성된 트레이와, 상기 트레이 바닥으로부터 돌출 형성되며, 내부에 유동공간이 형성되어 적어도 2개 이상의 상기 유동홀을 덮으며 수용하고, 일 측에 상기 유동공간과 상기 수용공간을 연통하는 적어도 하나의 연통구가 형성된 격벽부를 포함하는 분배기(distributor)를 포함하되, 상기 격벽부는, 상기 트레이의 상면에 수직하게 결합되고 측면에 상기 연통구가 형성된 통 형상의 수직부와, 상기 수직부 상단에 결합되어 상기 수직부를 덮되 상기 수직부로부터 중앙을 향해 상향으로 경사지게 형성되는 경사부를 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
제1 항에 있어서, 상기 분배기는, 각각의 상기 유동홀로부터 상기 유동공간으로 연장된 복수 개의 연장관을 더 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
제1 항에 있어서, 상기 격벽부는, 복수 개로 이루어져 상기 수용공간을 구획하되 인접한 격벽부와 서로 이격 배치되어 상기 수용공간 내부에 상기 흡수제가 이동하는 이동로를 형성하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
제3 항에 있어서, 상기 격벽부는, 동일 직선 또는 동일 곡선 또는 동일 지그재그선 상에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
제3 항에 있어서, 상기 격벽부는, 동일 직선, 동일 곡선, 동일 지그재그선 중 적어도 2개에 배치된 복수 개의 상기 유동홀을 덮으며 수용하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.

Description

이산화탄소 포집용 흡수탑{Carbon dioxide absorber} 본 발명은 이산화탄소 포집용 흡수탑에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 요동하더라도 배기가스와 흡수제를 효과적으로 접촉시킬 수 있는 포집용 흡수탑에 관한 것이다. 일반적으로, 선박에 설치되는 각종 엔진은 연료를 연소하여 동력을 생성하며, 연료의 연소과정에서 발생되는 배기가스는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소 등을 포함하고 있다. 대기오염이 증가함에 따라 배기가스에 포함된 각종 유해물질에 대한 규제가 엄격해지고 있는 실정이며, 질소산화물과 황산화물뿐만 아니라 이산화탄소도 유엔 산화기관인 국제 해사기구(IMO; International Maritime Organization)로부터 배출규제를 받고 있다. 배기가스에 포함된 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 크게, 흡수제를 이용한 습식 포집 방법과, 멤브레인을 이용한 건식 포집 방법이 있다. 이 중, 습식 포집 방법은, 배기가스를 흡수제가 존재하는 흡수탑에 통과시켜 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수제에 흡수시키고, 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생탑에 통과시켜 이산화탄소와 흡수제를 분리하는 방식이다. 흡수탑은 내부에 흡수제인 아민(amine) 용액을 균일하게 공급하는 분배기(distributor)가 설치되는데, 선박의 요동 시 분배기 상에 흡수제의 편류(channeling) 현상이 나타나 배기가스와 흡수제가 균일하게 접촉하지 못하는 문제가 있다. 배기가스와 흡수제가 균일하게 접촉하지 못하면, 이산화탄소의 흡수율이 저하되어 배출 규제를 만족시키지 못하므로, 선박의 요동 시에도 배기가스와 흡수제를 균일하게 접촉시킬 수 있는 구조의 흡수탑이 필요하게 되었다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 절개 사시도이다. 도 3은 이산화탄소 포집용 흡수탑을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 도 4는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 횡 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 도 5는 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 도 6은 분배기의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하여 배기가스의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것으로, 예를 들어, 선박에 설치될 수 있다. 이산화탄소 포집용 흡수탑은 선박의 요동 시 분배기의 트레이 상에 설치된 격벽부가 흡수제의 이동을 제한하는 역할을 하므로, 흡수제의 편류가 최소화될 수 있다. 흡수제의 편류가 최소화됨에 따라, 이산화탄소의 흡수율이 증가하여 배출 규제를 만족시킬 수 있고, 흡수율이 증가함에 따라 이산화탄소 포집용 흡수탑의 수직 방향 길이를 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 특징이 있다. 이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치(100)에 관하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 절개 사시도이다. 도 3은 이산화탄소 포집용 흡수탑을 종 방향으로 절단하여 도시한 단면도이고, 도 4는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 횡 방향으로 절단하여 도시한 단면도이다. 본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 연소기관(E)에서 발생된 배기가스에 이산화탄소를 흡수하는 액상의 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 것으로, 여기서, 흡수제라 함은, 이산화탄소를 흡수하는 성질이 있는 용액, 예를 들어, 아민(amine) 화합물 또는 암모니아의 수용액일 수 있다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 하우징(10)과, 패킹유닛(20), 및 분배기(30)를 포함한다. 하우징(10)은 내부에 배기가스가 하부에서 상부로 유동하는 가스유동로(10a)가 형성된 통 형상의 부재로, 직립(直立) 배치될 수 있다. 하우징(10)은 배기가스를 공급하는 배기관(P1)과, 흡수제를 공급하는 흡수제공급관(P2)이 각각 연결되며, 가스유동로(10a) 상에는 배기가스에 흡수제를 분사하는 분사노즐(11a, 11b)이 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 배기관(P1)은 하우징(10)의 하측부에 연결되고, 흡수제공급관(P2)은 배기관(P1)보다 상방에 배치되며, 분사노즐(11a, 11b)은 흡수제공급관(P2)에 연결되어 하부에서 상방으로 이동하는 배기가스를 향해 하방으로 흡수제를 분사할 수 있다. 분사노즐(11a, 11b)은 하방에 위치하여 배기관(P1)과 인접한 제1 분사노즐(11a)과, 제1 분사노즐(11a)의 상방에 위치한 제2 분사노즐(11b)을 포함하고, 흡수제공급관(P2)은 분기되어 제1 분사노즐(11a)과 제2 분사노즐(11b)에 각각 연결될 수 있다. 도면 상에는 하우징(10)이 상부와 하부가 각각 외측을 향하여 볼록하게 돌출된 원통 형상으로 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 하우징(10)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 하우징(10)은 배기관(P1)의 연결지점 상측에 위치한 가스유동로(10a) 상에 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 및 제2 분사노즐(11b)이 차례로 적층되어 설치된다. 패킹유닛(20)은 배기가스와 흡수제의 접촉 면적을 늘리기 위한 것으로, 금속을 포함한 다양한 물질로 제조된 복수의 패킹을 포함한다. 각각의 패킹은 예를 들어, 다공성 구조물 또는 다수의 요철을 갖는 칼럼 형태의 스택으로 형성될 수 있으며, 복수 개가 다공성 망체 또는 다공성 트레이에 수용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 패킹유닛(20)은 하방에 배기관(P1)이 배치되고 상방에 제1 분사노즐(11a)이 설치된다. 따라서, 배기관(P1)을 통해 상방으로 공급되는 배기가스는, 패킹유닛(20)을 통과하며 제1 분사노즐(11a)에서 하방으로 분사되는 흡수제와 기액 접촉하게 되며, 이로 인해, 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수되어 배기가스로부터 제거될 수 있다. 필요에 따라 제1 분사노즐(11a)은 생략될 수 있으며, 제1 분사노즐(11a)이 생략된 경우, 배기가스는 후술할 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 후 분배기(30)를 통과하여 패킹유닛(20)으로 낙하한 흡수제와 기액 접촉할 수 있다. 패킹유닛(20)은 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 패킹유닛(20), 제1 분사노즐(11a), 분배기(30), 및 제2 분사노즐(11b)로 구성되는 이산화탄소 흡수 부분은 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)에 복수 단위로 설치될 수 있다. 패킹유닛(20)에서 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 하우징(10) 하부에 모아져 후술할 재생탑(2)으로 공급되고, 패킹유닛(20)에서 1차로 이산화탄소가 제거된 배기가스는 분배기(30)로 이동한다. 분배기(30)는 배기가스와 흡수제의 접촉을 용이하게 하는 것으로, 트레이(31)와, 격벽부(32), 및 연장관(33)을 포함한다. 트레이(31)는 분배기(30)의 본체를 이루는 것으로, 패킹유닛(20) 상부의 가스유동로(10a) 상에 설치된다. 트레이(31)는 외주면이 하우징(10)의 내주면에 대응하는 형상으로 형성되어 하우징(10)의 내주면에 결합되며, 상하부를 관통하는 복수 개의 유동홀(31a)이 형성될 수 있다. 복수 개의 유동홀(31a)은 트레이(31)의 중앙을 중심으로 방사형 또는 특정 형상을 이루며 규칙적으로 배열될 수도 있고, 불규칙하게 배열될 수도 있다. 트레이(31)에 복수 개의 유동홀(31a)이 형성됨에 따라, 흡수제공급관(P2)으로부터 제2 분사노즐(11b)에 공급된 흡수제가 패킹유닛(20)에 분배됨은 물론, 패킹유닛(20)을 통과한 배기가스가 흩어져 각각의 유동홀(31a)을 통과하게 되므로 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 흡수제와의 접촉이 용이하게 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 트레이(31)는 하우징(10) 내부에 수평하게 배치되며 복수 개의 유동홀(31a)이 관통 형성된 바닥부(311)와, 바닥부(311)의 외주면을 따라 수직하게 결합된 벽체부(312)를 포함하여, 바닥부(311)와 벽체부(312) 사이에 흡수제가 채워지는 수용공간(31b)이 형성될 수 있다. 즉, 제2 분사노즐(11b)에서 분사된 흡수제는 수용공간(31b)에 채워지고, 각각의 유동홀(31a)을 통과한 배기가스는 수용공간(31b)에 저장된 흡수제와 기액 접촉하게 된다. 설명의 편의를 위하여 바닥부(311)와 벽체부(312)를 구분하여 설명하였으나, 바닥부(311)와 벽체부(312)는 일체 구조로서, 트레이(31)의 각 영역이 구획된 것일 수 있다. 트레이(31)의 바닥부(311)에는 격벽부(32)가 돌출 형성된다. 격벽부(32)는 배기가스의 유동을 돕고 흡수제의 이동을 가이드 또는 제한하는 것으로, 내부에 유동공간(32a)이 형성되어 적어도 2개 이상의 유동홀(31a)을 덮으며 수용한다. 다시 말해, 격벽부(32)는 유동홀(31a)을 덮는 커버 형태로 형성되어 내부에 적어도 2개 이상의 유동홀(31a)을 수용한다. 격벽부(32)는 복수 개로 이루어져 수용공간(31b)을 구획하되 인접한 격벽부(32)와 서로 이격 배치되어 수용공간(31b) 내부에 수용된 흡수제가 이동하는 이동로를 형성할 수 있다. 즉, 수용공간(31b) 내부에 채워진 흡수제는 격벽부(3