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KR-102960554-B1 - Carbon dioxide absorber

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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 다공성 구조물을 포함하여 배기가스와 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛과, 패킹유닛 상부의 가스유동로 상에 설치되어 흡수제공급관으로부터 공급받은 흡수제를 패킹유닛에 분사하는 제1 분사노즐과, 패킹유닛 하부의 가스유동로 상에 설치되며, 패킹유닛을 통과하여 낙하하는 흡수제가 채워지는 수용공간과, 수용공간과 분리되어 배기가스가 통과하는 배기공간이 형성된 적어도 하나의 트레이와, 트레이 하부의 가스유동로 상에 설치되는 제2 분사노즐, 및 수용공간에 채워진 흡수제를 제2 분사노즐로 순환시키는 흡수제순환관을 포함할 수 있다.

Inventors

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

Assignees

  • 삼성중공업 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20200923

Claims (5)

  1. 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 다공성 구조물을 포함하여 상기 배기가스와 상기 흡수제의 접촉 면적을 늘리는 패킹유닛; 상기 패킹유닛 상부의 상기 가스유동로 상에 설치되어 상기 흡수제공급관으로부터 공급받은 상기 흡수제를 상기 패킹유닛에 분사하는 제1 분사노즐; 상기 패킹유닛 하부의 상기 가스유동로 상에 설치되며, 상기 패킹유닛을 통과하여 낙하하는 상기 흡수제가 채워지는 수용공간과, 상기 수용공간과 분리되어 상기 배기가스가 통과하는 배기공간이 형성된 적어도 하나의 트레이; 상기 트레이 하부의 상기 가스유동로 상에 설치되는 제2 분사노즐, 및 상기 수용공간에 채워진 상기 흡수제를 상기 제2 분사노즐로 순환시키는 흡수제순환관을 포함하되, 상기 트레이는 복수 개가 상기 가스유동로를 따라 중첩 배치되고, 하단 트레이의 수용공간은 상단 트레이의 배기공간과 적어도 일부 중첩되도록 배치되며, 복수 개의 상기 트레이에 각각 형성된 상기 배기공간은 공통적으로 중첩되지 않아 상기 패킹유닛으로부터 낙하하는 상기 흡수제가 복수 개의 상기 트레이의 상기 수용공간 중 어느 하나로 수용되는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 수용공간은, 바닥면이 아래를 향하여 만곡되어 집수부를 형성하고, 상기 집수부의 저면에 상기 흡수제순환관이 연결되는 이산화탄소 포집용 흡수탑.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서, 상기 트레이는 상기 수용공간을 관통하는 복수 개의 유동홀을 더 포함하는 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 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. 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 이산화탄소 포집용 흡수탑을 구비한 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 도면이다. 도 3은 패킹유닛과 트레이를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트레이를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트레이를 도시한 사시도이다. 도 6은 배기 오염물질 저감장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다. 도 7은 트레이의 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 7을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치에 관하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 제거하여 배기가스의 이산화탄소 농도를 감소시키는 것으로, 예를 들어, 선박에 설치될 수 있다. 이산화탄소 포집용 흡수탑은 제1 분사노즐에서 분사된 흡수제가 패킹유닛을 통과하여 트레이에 모인 후 제2 분사노즐로 순환되므로, 흡수제가 배기가스와 다단으로 접촉하게 되어 이산화탄소 흡수율이 증가할 수 있다. 특히, 분사된 흡수제가 트레이에 모인 후 순환되는 구조여서 선박이 요동하더라도 흡수제가 안정적으로 분사될 수 있으며 흡수제의 편류 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이산화탄소 흡수율이 증가함에 따라 배출 규제를 용이하게 만족시킬 수 있고, 이산화탄소 포집용 흡수탑의 수직 방향 길이를 줄일 수 있어 이에 따른 비용을 절감할 수 있는 특징이 있다. 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1) 및 이를 포함하는 배기 오염물질 저감장치(100)에 관하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수탑을 구비한 배기 오염물질 저감장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 이산화탄소 포집용 흡수탑을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 패킹유닛과 트레이를 도시한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 트레이를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 트레이를 도시한 사시도이다. 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 5를 참조하면, 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)은 하우징(10)과, 패킹유닛(20)과, 제1 분사노즐(30A)과, 적어도 하나의 트레이(40)와, 제2 분사노즐(30B), 및 흡수제순환관(50)을 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, 배기관(P1)은 하우징(10)의 하측부에 연결되고, 흡수제공급관(P2)은 배기관(P1)보다 상방에 배치될 수 있다. 배기관(P1)이 하우징(10)의 하측부에 연결되고 흡수제공급관(P2)이 배기관(P1)보다 상방에 위치함으로써, 하부에서 상방으로 이동하는 배기가스가 상부에서 하방으로 이동하는 흡수제와 기액 접촉하면서 배기가스에 포함된 이산화탄소가 흡수제에 흡수될 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. 가스유동로(10a) 상에는 패킹유닛(20)이 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. 패킹유닛(20)은 이미 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 패킹유닛(20)은 후술할 제1 분사노즐(30A)으로부터 분사된 흡수제를 분산시켜 흡수제와 배기가스가 접촉하는 면적을 늘릴 수 있다. 제1 분사노즐(30A)은 패킹유닛(20) 상부의 가스유동로(10a) 상에 설치되어 패킹유닛(20)에 흡수제를 분사하는 것으로, 흡수제공급관(P2)으로부터 흡수제를 공급받아 분사할 수 있다. 제1 분사노즐(30A)은 링 형상으로 형성되어 패킹유닛(20)을 향하여 하방으로 흡수제를 분사할 수 있다. 그러나, 제1 분사노즐(30A)이 링 형상으로 형성된 것으로 한정될 것은 아니며, 제1 분사노즐(30A)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 제1 분사노즐(30A)에서 분사되어 패킹유닛(20)을 통과한 흡수제는 트레이(40)를 향하여 낙하한다. 트레이(40)는 패킹유닛(20) 하부의 가스유동로(10a) 상에 설치되며, 내부에 패킹유닛(20)을 통과하여 낙하하는 흡수제가 채워진다. 보다 구체적으로, 트레이(40)는 하방으로 볼록한 반구(半球) 형상으로 형성되며, 내부 공간이 흡수제가 채워지는 수용공간(40a)과, 수용공간(40a)과 분리되어 배기가스가 통과하는 배기공간(40b)으로 구획된다. 이 때, 배기공간(40b)은 격벽(도면부호 미도시)에 의해 수용공간(40a)과 분리되며, 적어도 하나가 트레이(40)의 중앙 부분을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 트레이(40)에 배기공간(40b)이 형성됨으로써, 배기관(P1)으로부터 공급된 배기가스가 배기공간(40b)을 통과하여 패킹유닛(20)으로 이동할 수 있다. 도면 상에는 트레이(40)에 2개의 배기공간(40b)이 형성된 것으로 도시하였으나, 이에 한정될 것은 아니며, 배기공간(40b)의 개수는 필요에 따라 가감될 수 있다. 또한, 트레이(40)가 하방으로 볼록한 반구 형상으로 형성되는 것으로 한정될 것은 아니며, 트레이(40)의 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 예를 들어, 트레이(40)는 하방을 향하여 직경이 점차 작아지는 원추 형상으로 형성될 수도 있고, 상부가 개방된 사각 또는 다각 통 형상으로 형성될 수도 있다. 수용공간(40a)은 바닥면이 아래를 향하여 만곡되어 집수부(40c)를 형성하며, 집수부(40c)는 하방으로 볼록한 반구 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 패킹유닛(20)을 통과하여 낙하한 흡수제는 수용공간(40a) 및 집수부(40c)에 채워진다. 이러한 트레이(40)는 복수 개가 가스유동로(10a)를 따라 중첩 배치되며, 복수 개의 트레이(40)는 하단 트레이(40)의 수용공간(40a)이 상단 트레이(40)의 배기공간(40b)과 적어도 일부 중첩되도록 배치될 수 있다. 즉, 복수 개의 트레이(40)에 각각 형성된 배기공간(40b)은 공통적으로 중첩되지 않아, 패킹유닛(20)으로부터 낙하하는 흡수제가 복수 개의 트레이(40)의 수용공간(40a) 중 어느 하나로 수용된다. 하단 트레이(40)의 수용공간(40a)이 상단 트레이(40)의 배기공간(40b)과 적어도 일부 중첩되도록 배치됨으로써, 배기관(P1)으로부터 공급된 배기가스가 각각의 트레이(40)에 형성된 배기공간(40b)을 순차적으로 통과하면서 회전 유동하게 되고, 이로 인해, 배기가스와 흡수제가 보다 효과적으로 기액 접촉할 수 있다. 또한, 선박의 요동에 의해 이산화탄소 포집용 흡수탑(1)이 기울어져 상측에 위치한 트레이(40)의 수용공간(40a)에 채워진 흡수제가 배기공간(40b)을 통해 낙하하더라도 하측에 위치한 트레이(40)의 수용공간(40a)에 채워지게 되므로, 후술할 흡수제순환관(50)을 통해 순환하는 흡수제의 양이 일정량 이상으로 유지될 수 있다. 도면 상에는