KR-102960553-B1 - Carbon dioxide absorber

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은, 선박의 연소기관에서 발생된 배기가스를 냉각시킨 후 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하고, 내부에 배기가스가 유동하는 제1 가스유동로가 형성되며, 상부에 배기가스가 공급되는 배기관이 연결되고 하부에 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되어 배기가스가 상부에서 하부로 유동하는 제1 하우징과, 제1 하우징에 연결되어 제1 가스유동로에 냉각수를 공급하는 냉각수공급관과, 내부에 제1 하우징을 수용하며 제1 가스유동로를 통과한 배기가스가 배출되는 통로가 되는 제2 가스유동로가 형성된 제2 하우징, 및 제2 하우징에 연결되어 제2 가스유동로에 흡수제를 공급하는 흡수제공급관을 포함할 수 있다.

Inventors

• 김재관
• 김선정
• 김정남
• 박어진
• 성용욱
• 손문호
• 이승재
• 최정인

Assignees

• 삼성중공업 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20201127

Claims (6)

1. 선박의 연소기관에서 발생된 배기가스를 냉각시킨 후 이산화탄소를 흡수하는 흡수제를 분사하여 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하는 이산화탄소 포집용 흡수탑에 있어서, 내부에 상기 배기가스가 유동하는 제1 가스유동로가 형성되며, 상부에 상기 배기가스가 공급되는 배기관이 연결되고 하부에 상기 배기가스가 배출되는 배출구가 형성되어 상기 배기가스가 상부에서 하부로 유동하는 제1 하우징; 상기 제1 하우징에 연결되어 상기 제1 가스유동로에 냉각수를 공급하는 냉각수공급관; 내부에 상기 제1 하우징을 수용하며 상기 제1 가스유동로를 통과한 상기 배기가스가 배출되는 통로가 되는 제2 가스유동로가 형성된 제2 하우징; 상기 제2 하우징에 연결되어 상기 제2 가스유동로에 상기 흡수제를 공급하는 흡수제공급관; 상기 제2 가스유동로 상에 설치되어 일 측이 상기 제1 하우징의 외측에 접하며, 스크러버로 유입되는 세정수 중 일부와 열교환하여 상기 냉각수 및 상기 흡수제를 동시에 냉각하는 인터쿨러, 및 상기 배출구 상부의 상기 제2 가스유동로 상에 설치되어 상기 배기가스를 흡입하는 블로어를 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
2. 제1 항에 있어서, 상기 제2 가스유동로 상에 설치되며, 다공성 구조물을 포함하여 상기 배기가스와 상기 흡수제의 접촉 면적을 증가시키는 패킹유닛을 더 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
3. 제2 항에 있어서, 상기 패킹유닛은, 상기 제1 하우징을 둘러싸며 다단으로 중첩 형성되는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서, 상기 인터쿨러를 통과한 상기 세정수는 상기 스크러버와 상기 냉각수공급관 중 적어도 하나로 유입되는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
6. 삭제

Description

이산화탄소 포집용 흡수탑{Carbon dioxide absorber} 본 발명은 이산화탄소 포집용 흡수탑에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는선박의 구조물 설치 높이 제한을 만족시키면서 배기가스의 냉각 및 이산화탄소의 흡수 효과를 증대시킬 수 있는 이산화탄소 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. 한편, 연소기관에서 배출되는 약 200~350℃의 배기가스를 흡수탑에 그대로 공급할 경우, 이산화탄소가 흡수제에 제대로 흡수되지 않는다. 따라서, 종래에는 흡수탑 전단에 냉각탑을 배치하여 배기가스를 미리 약 30~50℃로 냉각시킨 후 흡수탑으로 공급하였다. 배기가스의 냉각 및 이산화탄소의 흡수 효과를 증대시키기 위해서는 냉각탑과 흡수탑이 일정 높이 이상으로 형성되어야 한다. 그러나, 선박은 구조물의 설치 시 높이 제한이 있으므로, 구조물의 높이 제한을 만족시키면서 배기가스의 냉각 및 이산화탄소의 흡수 효과를 증대시킬 수 있는 흡수탑이 필요하게 되었다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑이 설치된 배기 오염물질 저감장치를 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 도면이다. 도 3은 도 1의 이산화탄소 포집용 흡수탑의 부분 절개 사시도이다. 도 4는 배기 오염물질 저감장치의 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 4를 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 흡수제를 분사하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수하는 제2 하우징 내부에, 냉각수를 분사하여 배기가스를 냉각시키는 제1 하우징이 수용되므로, 선박이 요동하더라도 구조적으로 안정될 수 있고 선박의 구조물 설치 높이 제한을 만족시키면서 선박 내 공간활용도도 증대시킬 수 있다. 또한, 제1 하우징 내부에서 배기가스와 접촉하여 가열된 냉각수가 제2 하우징 내부의 흡수제를 냉각시키는 역할을 하고, 스크러버로 공급되는 세정수 중 일부가 인터쿨러를 경유하여 냉각수와 흡수제를 냉각시키므로, 냉각 유로가 간단해져 시스템의 설치 및 유지 비용이 감소함은 물론, 이산화탄소 흡수 효과도 증대될 수 있는 특징이 있다. 이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치(100)에 관하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑이 설치된 배기 오염물질 저감장치를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 이산화탄소 포집용 흡수탑의 부분 절개 사시도이다. 본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 선박의 연소기관(E)에서 발생된 배기가스를 냉각시킨 후 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. 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 제1 하우징(10)과, 냉각수공급관(20)과, 제2 하우징(30), 및 흡수제공급관(40)을 포함한다. 제1 하우징(10)은 배기가스의 냉각이 이루어지는 부분으로, 내부에 배기가스가 유동하는 제1 가스유동로(10a)가 형성된다. 보다 구체적으로, 제1 하우징(10)은 직립(直立) 배치된 통 형상의 부재로, 상부에 배기가스가 공급되는 배기관(11)이 연결되고 하부에 배기가스가 배출되는 배출구(10b)가 형성되어 배기가스가 상부에서 하부로 유동할 수 있다. 도면 상에는 제1 하우징(10)의 측면에 2개의 배출구(10b)가 관통 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 배출구(10b)의 위치 및 개수는 다양하게 변형될 수 있다. 제1 하우징(10)에는 냉각수공급관(20)이 연결된다. 냉각수공급관(20)은 제1 가스유동로(10a)에 배기가스를 냉각시키는 냉각수를 공급하는 관으로, 여기서, 냉각수라 함은, 100℃ 이하의 해수 또는 청수 또는 해수와 청수의 혼합수 중 적어도 하나일 수 있다. 연소기관(E)에서 배출되는 배기가스는 약 200~350℃의 고온이므로, 별도의 냉각 과정 없이 흡수제와 바로 접촉시킬 경우, 이산화탄소가 흡수제에 제대로 흡수되지 않는다. 즉, 후술할 제2 하우징(30)에서 분사되는 흡수제는 약 30~50℃에서 이산화탄소의 흡수율이 높으므로, 제1 하우징(10)에서 미리 배기가스를 냉각시키는 것이다. 냉각수공급관(20)은 제1 하우징(10) 상부에 연결되며, 제1 가스유동로(10a) 상에는 냉각수공급관(20)과 연결되어 냉각수를 분사하는 제1 분사노즐(20a)이 설치될 수 있다. 즉, 배기관(11)을 통해 제1 가스유동로(10a)로 공급된 배기가스와, 냉각수공급관(20)을 통해 공급되어 제1 분사노즐(20a)에서 제1 가스유동로(10a)로 분사된 냉각수는 모두 상부에서 하부로 유동하며 기액 접촉하게 되고, 이로 인해, 배기가스는 적정 온도로 냉각될 수 있다. 배기가스와 열교환하여 온도가 증가한 냉각수는 후술할 인터쿨러(60)에 의해 일부 냉각된 후 제1 하우징(10) 외부로 배출되어 별도의 냉각과정을 거쳐 다시 제1 하우징(10)으로 순환된다. 예를 들어, 제1 하우징(10)에서 배출된 냉각수는 냉각수순환관(201) 상에 연결된 펌프(21)에서 가압되고, 펌프(21) 후단에 배치된 냉각기(22)에서 냉각매체와 열교환하여 추가로 냉각된 후 냉각수순환관(201)을 통해 냉각수공급관(20)으로 순환될 수 있다. 제1 하우징(10)에서 냉각된 배기가스는 배출구(10b)를 통해 제2 하우징(30)으로 배출된다. 제2 하우징(30)은 배기가스에 포함된 이산화탄소의 흡수가 이루어지는 부분으로, 내부에 제1 하우징(10)을 수용하며 제1 가스유동로(10a)를 통과한 배기가스가 배출되는 통로가 되는 제2 가스유동로(30a)가 형성된다. 이산화탄소의 흡수가 이루어지는 제2 하우징(30) 내부에, 배기가스를 냉각시키는 제1 하우징(10)이 수용됨으로써, 선박이 요동하더라도 구조적으로 안정될 수 있고 선박의 높이 제한을 만족시키면서 선박 내 공간활용도도 증대시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 하우징(30)은 제1 하우징(10)보다 직경 및 높이가 큰 통 형상의 부재로 형성되어 직립 배치되며, 제1 하우징(10)은 별도의 고정부재(도시되지 않음)에 의해 제2 하우징(30) 내 일정 위치에 고정될 수 있다. 제1 하우징(10)이 제2 하우징(30) 내부에 수용됨에 따라, 전술한 배기관(11)은 제2 하우징(30)을 관통하여 제1 하우징(10)에 연결될 수 있다. 제2 하우징(30)에는 흡수제공급관(40)이 연결된다. 흡수제공급관(40)은 제2 가스유동로(30a)에 흡수제를 공급하는 관으로, 제1 하우징(10)보다 상방에 배치될 수 있다. 즉, 배출구(10b)를 통해 배출되어 제2 가스유동로(30a)의 하부에서 상방으로 이동하는 배기가스는, 흡수제공급관(40)과 연결된 제2 분사노즐(40a)에서 분사되어 상부에서 하방으로 이동하는 흡수제와 기액 접촉하여 이산화탄소가 제거될 수 있다. 제2 분사노즐(40a)에서 분사된 흡수제는 상부에서 하방으로 이동하면서 제1 하우징(10) 내부의 냉각수에 의해 일부 냉각될 수 있으며, 이로 인해, 이산화탄소 흡수 효과가 향상될 수 있다. 배출구(10b) 상부의 제2 가스유동로(30a) 상에는 패킹유닛(50)과 블로어(31)가 설치되며, 배출구(10b) 하부의 제2 가스유동로(30a) 상에는 인터쿨러(60)가 설치된다. 패킹유닛(50)은 배기가스와 흡수제의 접촉면적을 증가시키는 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. 이러한 패킹유닛(50)은 링 형상으로 형성되어 제1 하우징(10)을 둘러싸며 배치되되 복수 개가 제1 하우징(10)의 길이 방향을 따라 다단으로 중첩 형성될 수 있다. 도면 상에는 제1 하우징(10)의 길이 방향을 따라 2개의 패킹유닛(50)이 중첩 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 패킹유닛(50)의 개수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 패킹유닛(50)은 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 블로어(31)는 배기가스를 흡입하여 강