KR100595792B1 - 칼슘계 흡수액을 이용하는 이산화탄소의 분리 및 제거 장치및 방법 - Google Patents

칼슘계 흡수액을 이용하는 이산화탄소의 분리 및 제거 장치및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다단계로 구성된 밀폐형 반응기에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과 이산화탄소를 함유하는 처리 가스를 주입하고, 처리 가스 내의 이산화탄소와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 반응시켜서 얻어진 반응 생성물을 침전조로 이동시켜 침전물로서 분리하는 단계를 포함하는, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이용하는 고효율의 이산화탄소 분리, 제거 공정 및 여기에 사용하기 위한 이산화탄소 분리, 제거 장치에 관한 것으로, 대기중 이산화탄소 저감 및 자원 재이용에 유용하다.

Description

칼슘계 흡수액을 이용하는 이산화탄소의 분리 및 제거 장치 및 방법{APPARATUS AND PROCESS FOR CO2 SEPARATION AND REMOVAL USING AN ABSORPTIVE SOLUTION CONTAINING CALCIUM}
도 1은 본 발명에서 사용되는 다단계 밀폐형 반응기의 모식도로서, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 유입구가 각각의 반응조 내 흡수 용액의 계면보다 아래에 위치하고, 유입구에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입을 위한 펌프가 장착되어 있는 모습을 보여준다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 다단계 밀폐형 반응기의 모식도로서, 반응조 상단에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입을 위한 분무기가 장착되어 있는 모습을 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 이산화탄소 농도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 이산화탄소 농도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에서 사용된 다단계 밀폐형 반응기의 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 이산화탄소 농도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 이산화탄소 농도 측정 결과를 보여주는 그래프이다.
** 도면 주요부에 대한 설명 **
111: 제1 펌프 112: 제2 펌프
113: 제3 펌프 114: 제4 펌프
121: 제1 반응조 122: 제2 반응조
123: 제3 반응조 131: 제1 밸브
132: 제2 밸브 133: 제3 밸브
140: 유량계 150: 유량 제어기
160: 침전조 170: 칼슘 흡수 용액 공급조
180: 반응 상청액 재이용 경로 211: 제5 펌프
212: 제6 펌프 213: 제7 펌프
221: 제4 반응조 222: 제5 반응조
231: 제4 밸브 232: 제5 밸브
241: 제1 분무기 242: 제2 분무기
250: 유량계 260: 유량 제어기
270: 침전조 280: 칼슘 흡수 용액 공급조
290: 반응 상청액의 재이용 경로 311: 제8 펌프
312: 제9 펌프 313: 제10 펌프
314: 제11 펌프 321: 제6 반응조
322: 제7 반응조 323: 제8 반응조
331: 제6 밸브 332: 제7 밸브
333: 제8 밸브 340: 유량계
350: 유량 제어기 360: 칼슘 흡수 용액 공급조
370: 침전조 380: 반응 상청액의 재이용 경로
본 발명은 대기 또는 연소 가스와 같이 이산화탄소를 다량 함유하는 기체를 칼슘계 흡수액과 접촉시켜서, 기체 내의 이산화탄소를 분리 및 제거하는 방법 및 이에 사용되는 이산화탄소의 분리 및 제거 장치에 관한 것이다. 본 발명은 다단계로 구성된 밀폐형 반응기에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과 이산화탄소를 함유하는 처리 가스를 주입하고, 처리 가스 내의 이산화탄소와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 반응시켜서 얻어진 반응 생성물을 침전조로 이동시켜 침전물로서 분리하는 단계를 포함하는, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이용하는 고효율의 이산화탄소 분리, 제거 공정 및 여기에 사용하기 위한 이산화탄소 분리, 제거 장치에 관한 것이다.
지구의 이산화탄소 농도는 1800년대 이후로 지속적으로 증가하고 있으며, 지구 온난화의 주범인 대기 중 이산화탄소 제거 및 저감 기술이 중요한 환경 문제의 연구 대상으로 떠오르면서, 1997년 선진 38개국이 온실 가스를 2008년에서 2012년 까지 1990년 대비 평균 5.2% 감축한다는 교토 의정서를 채택하였다. 우리나라는 개도국으로 분류되어 아직까지는 구속적 의무 부담을 받고 있지는 않으나, 교토 의정서의 발효가 임박하여 있으므로, 경제적이고 효율적으로 이산화탄소를 분리 및 제거하는 기술의 개발이 요구된다.
대기 중으로 배출되는 가스로부터 이산화탄소를 제거 및 회수하는 것은 고도의 기술을 요하는 것이다. 이를 위하여 기존의 개발된 방법으로서, 우선, 물리 화학적 흡착(흡수)법을 들 수 있는데, 이들은 크게 흡수액을 이용하는 방법과 흡착제를 사용하는 방법으로 대별될 수 있다.
흡수액을 이용하는 방법은 대부분 아민계 흡수 용액을 이용한다. 아민 용액에 의한 이산화탄소 분리 기술은 60년 전에 석유 및 화학 산업에 있어서 H2S와 이산화탄소 제거를 위하여 개발된 것이며, 상업적으로 폭넓게 상용화되어 있는 기술이다. 그러나, 이러한 방법은 아민 용액이 산화되기 쉬우며 재생에 있어 엄청난 에너지의 소모가 요구된다는 단점을 갖고 있다.
이외의 물리 화학적 흡착법으로는, 제올라이트 또는 활성탄 등의 고형 흡착제를 사용하여 혼합 가스로부터 이산화탄소의 분리하는 방법이 있다. 상기 방법은 PSA(Pressure swing adsorption)와 TSA(Temperature swing adsorption)로 구분되어 사용되고 있으며, 일부는 이산화탄소 제거 및 수소 생산을 위해서 사용되기도 한다. 그러나, 고형의 흡착제를 이용하는 흡착 방법은 흡착제의 용량에 한계가 있으므로 대규모의 산업 시설에 적용하기에는 아직 기술적인 어려움이 있다.
이 외에도, 멤브레인에 의한 분리법이 있는데, 이는 여러 가지 특성을 갖는 멤브레인을 사용하는 단계적 분리를 필요로 하기 때문에, 복잡하고, 에너지와 비용 소모가 크다. 또한, 극저온 분류법, 분자체를 사용한 흡착 등의 방법에 의해서도 이산화탄소의 분리, 제거가 가능하지만, 상기 각각의 이산화탄소 분리 공정은 비용이 많이 소요되고, 기타 불순물이 포함되어 있는 경우 별도의 전처리 공정이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은, 전술한 종래의 문제점을 개선하고자, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이용하여 이산화탄소의 분리, 제거 공정을 개발하여 제공하는데 그 목적이 있다. 보다 구체적으로, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과 이산화탄소 반응을 극대화시켜 이산화탄소의 제거 효율을 높일 수 있는 시스템 구성 및 운전법을 개발함으로써, 널리 상용화 가능한 경제성 높은 이산화탄소 분리, 제거 시스템을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 처리 과정중 생성되는 탄산칼슘을 재이용함으로써, 흡수 용액의 재생에 요구되는 에너지 비용을 절감하고 자원을 재이용할 수 있는 이산화탄소의 분리 및 제거 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 대기 또는 연소 가스와 같이 이산화탄소를 다량 함유하는 기체를 칼슘계 흡수액과 접촉시켜서, 기체 내의 이산화탄소를 분리 제거하는 방법 및 이에 사용되는 이산화탄소의 분리, 제거 장치에 관한 것이다.
우선, 본 발명은 다단계로 구성된 밀폐형 반응기에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과 이산화탄소를 함유하는 처리 가스를 주입하여 반응시키고, 상기 처리 가스 내의 이산화탄소와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과의 반응에 의하여 얻어진 반응 생성물을 침전조로 이동시켜 침전물로서 분리하는 단계를 포함하는, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이용하는 고효율의 이산화탄소 분리 및 제거 공정을 제공한다. 본 발명의 이산화탄소의 분리 및 제거 방법은 상기 침전조로 이동된 반응 생성물의 상청액에 칼슘계 분말을 혼합하여 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액으로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 이산화탄소의 분리 및 제거 방법은 다단계로 이루어진 반응기를 사용함으로써, 단일 공정으로도 이산화탄소를 다량으로 함유하는 연소 가스 등으로부터 이산화탄소를 효율적으로 분리 및 제거할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 수산화칼슘[Ca(OH)2] 분말을 물에 녹여 분산시켜 제조하는 것을 특징으로 하며, 수산화칼슘의 농도는 이산화탄소 처리 효율을 고려하여 0.1 내지 10 N 범위로 하는 것이 바람직하며, 처리 대상 연소 가스에 함유된 이산화탄소의 농도 및 반응기에 주입되는 이산탄소의 유량에 따라 상기 농도를 적절히 조절할 수 있다. 대안적으로, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 자연계에 다량으로 존재하는 소석회(CaO)를 물과 섞은 후 pH를 9 내지 13으로 조절하여 제조하거나, 산업용으로 제조된 수산화칼슘 분말을 활용할 수 있다. 이 외에도, 칼슘계 화합물을 사용하는 산업 공정에서 발생하는 폐기물에서 소석회 및 생석회 성분을 분리하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 반응기는 연소 가스가 외부로 유출되지 않는 밀폐형 구조로, 재질은 유리, 플라스틱 및 콘크리트 중 어느 하나로 이루어지며, 1 내지 10개의 반응조가 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 여러개의 반응조가 연속 배치됨으로써, 단일 공정으로 반복적인 처리가 가능하여 이산화탄소의 제거 및 분리 효율을 높일 수 있다. 배치되는 반응조의 용량 및 개수는 처리하고자 하는 이산화탄소의 농도와 유량, 및 원하는 이산화탄소 제거율에 따라 조절할 수 있다. 예컨대, 이산화 탄소의 농도 및 처리 가스의 유량이 크고 높은 이산화탄소 제거율을 원하는 경우, 용량이 큰 반응조를 사용하거나 연속 반응조의 개수를 늘려서 배치한다.
반응조를 운영함에 있어서, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입은 연속적으로 이루어지고, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 유량은 10 내지 100,000 mL/min 범위가 바람직하며, 상기 범위 내에서 처리하고자 하는 이산화탄소의 유량 및 농도에 따라 조절한다.
콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 펌프 등에 의하여 연속적으로 주입되며, 도 1과 같이, 반응조 내의 흡수 용액 계면 아래쪽에 위치하는 유입구에 설치된 펌프에 의하여 연속 주입되거나, 도 2와 같이, 반응조 상단에 설치된 분무기를 이용하여 분사 주입될 수 있다. 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입 방향은 이산화탄소 가스의 주입 방향과 반대 방향 (도 1 및 도 2) 또는 동일한 방향 (도 5) 중 어느 방향으로도 주입 가능하며, 바람직하게는 이산화탄소 가스의 흐름과 반대 방향으로 주입하는 것이, 보다 높은 이산화탄소 제거 효율을 얻을 수 있 고, 안전하고 지속적인 운전이 가능하다는 이점을 갖는다.
상기 다단계로 구성된 밀폐형 반응기에 이산화탄소를 주입함에 있어서, 모든 반응기에서 이산화탄소의 주입 방향은 아래에서 위, 즉, 상향식 가스 흐름 방식을 채택하며, 이 때, 임의적으로 하부의 가스 주입부에 버블러를 부착하여, 이산화탄소와 흡수 용액의 반응 속도를 증가시키고, 생성되는 미반응 침전물이 흡수 용액과 보다 잘 혼합되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
다단계 반응기 후단에는 침전조를 설치하여 마지막 반응기에서 유출되는 이산화탄소와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과의 반응 생성물 용액을 침전조에서 침전물 및 상청액으로 분리되도록 한다. 침전조에서 분리된 상청액에 다시 수산화칼슘 등과 같은 칼슘계 분말을 주입하여 농도를 0.1 내지 10 N으로 유지하면서 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 재순환시킬 수 있으며, 이 때, 상기에 제시한 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입방향에 따라 흡수 용액이 재순환하게 된다.
또한, 본 발명은 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액이 들어있는 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조; 이산화탄소를 함유하는 처리 가스의 유입구 및 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 유입구를 각각 갖는 하나 이상의 반응조가 연속 배치된 다단계 밀폐형 반응기; 처리 가스 및 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입을 위한 펌프; 침전조; 및 이들간 연결부를 포함하여 구성되는, 이산화탄소의 분리 및 제거 장치를 제공한다.
이 때, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 상기 각각의 반응조에 이미 포함되어 있는 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 계면 하부에 위치하는 연결부를 통하여 주입되거나, 각각의 반응조 상단에 칼슘 흡수 용액 주입을 위한 연결부와 연결되어 장착된 분무기를 통하여 주입될 수 있다. 또한, 상기 장치는 처리 가스 주입을 위한 펌프와 반응 생성물의 침전조가 동일한 쪽에 위치하고, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조가 그 반대쪽에 위치하여, 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 반응 생성물의 이동 방향이 반대 방향이 되도록 하거나, 처리 가스 주입을 위한 펌프와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조가 동일한 쪽에 위치하고, 반응 생성물의 침전조가 그 반대쪽에 위치하여, 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 반응 생성물의 이동 방향이 동일한 방향이 되도록 하는 것일 수 있다.
이 때, 사용되는 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은, 상기한 바와 같이, 0.1 내지 10 N 농도의 수산화칼슘 수용액 또는 pH 9 내지 13의 CaO와 물의 혼합 용액인 것이 바람직하다.
침전조에서 분리된 탄산칼슘은 95 내지 99%의 고순도의 탄산칼슘으로, 종이, 고무, 플라스틱의 충진재, 도자기 등의 제조에 있어서, 고부가 원료로서 재이용할 수 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 분리 및 제거 공정 및 장치의 일례를 도 1, 도 2 및 도 5에 나타내었다. 도 1은 다단계 밀폐형 반응기를 포함하는 장치를 통한 이산화탄소의 분리 및 제거 공정을 예시하는 것이다. 소정량의 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액이 들어있는 반응조(121, 122 및 123)를 필요한 수 만큼 배치하고, 제1 펌프(111)을 통하여 처리하고자 하는 기체를 제1 반응조(121) 하부의 제1 밸브(131)을 통하여 주입하여 제1 반응조 내의 칼슘 흡수 용액과 반응 후 제 2 반응조(122) 및 제3 반응조(123)로 이동시켜 추가적으로 반응시키고, 칼슘 흡수 용액은 제4 펌프를 이용하여 칼슘 흡수 용액 공급조(170)로부터 제3 반응조 내의 칼슘 흡수 용액 계면 하부에 위치한 연결부를 통하여 제3 반응조로 이동시키고, 처리 가스와 반응후 제2 반응조 및 제1 반응조 방향으로 이동하여 유량 제어기(150)을 거쳐서 침전조(160)으로 이동하게 된다. 실선 화살표로 표시된 처리 가스의 이동 방향과 점선 화살표로 표시된 칼슘 흡수 용액 및 이의 이산화탄소와의 반응 생성물의 이동 방향은 반대 방향이다. 이 때, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조(170)와 침전조(160)의 위치를 바꾸어 배치하여, 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 이동 방향을 동일하게 하는 것도 가능하다. 침전조(160)에 이동된 반응 생성물을 침전시킨 후 얻어지는 상청액을 다시 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조(170)으로 이동시켜 칼슘계 분말, 바람직하게는 슬러리 상태의 칼슘계 분말을 첨가하여 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액으로서 재이용할 수 있다 (경로 180).
도 2는 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액이 각각의 반응조 상단에 배치된 분무기를 통하여 주입되는 공정을 예시적으로 보여주는 것이다. 처리 가스는 제5 펌프(211) 및 제4 밸브(231)를 통하여 제1 반응조(221)에서 제2 반응조(222) 방향으로 주입되고, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 공급조(280)로부터 제7 펌프(213)을 통하여 제2 반응조에서 제1 반응조 방향으로 주입된다. 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 반응조 상단에 배치된 제1 분무기(241) 및 제2 분무기(242)를 통하여 반응조 내에 공급되어 유입된 처리 가스내의 이산화탄소와 반응한 후, 침전조로 이동하여 침전물과 상청액으로 분리된다. 이 때, 점선 화살표로 표시된 처리 가스의 이동 방향과 점선 화살표로 표시된 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 이의 이산화탄소와의 반응 생성물의 이동 방향은 서로 반대이며, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조(280)와 침전조(270)의 위치를 바꾸어 배치하여 처리 가스의 이동 방향과 칼슘 흡수 용액의 이동 방향을 동일하게 하는 것도 가능하다. 얻어진 상청액은 다시 칼슘 흡수 용액의 제조에 재이용될 수 있다 (경로 290).
도 5는 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 이동 방향이 동일하도록 한 공정을 보여주는 것이다. 장치의 구성은 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조(360)와 침전조(370)의 위치가 도 1에 나타낸 장치와 반대 방향으로 배치되어 침전조와 처리 가스 공급을 위한 제8 펌프(311)와 같은 쪽에 위치하는 것을 제외하고는 도 1의 장치와 유사하며, 점선 화살표로 표시된 처리 가스의 이동 방향과 실선 점선으로 표시된 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 반응 생성물의 이동 방향이 반대이다. 이 때, 침전조에서 얻어지는 상청액을 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 제조에 재이용할 수 있다(경로 380).
이하 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
실시예 1
다단계의 밀폐형 반응기로서 Ø 50 mm x 300 mm (지름 x 높이), 총부피 0.3 내지 0.4 L의 유리 반응조를 연속하여 3 개 연결하여 사용하였다. 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 상용화된 95% 순도의 Ca(OH)2 분말을 이용하여 0.25N 농도로 조제하여 각각의 반응조에 주입하였다. 상기 흡수 용액은 0.25N의 농도 및 20 mL/min 유량으로 재순환시켰으며, 오른쪽 반응기에서 왼쪽 반응기로 주입하여 순환시켰다. 이산화탄소는 80,000 내지 92,000 ppm 및 1 L/min의 유량으로 주입하였으며, 왼쪽 반응기 하단에 설치된 버블러를 이용하여 왼쪽 반응기에서 오른쪽 반응기 쪽으로 주입하였다. 반응기 내부 및 주변 온도는 27 내지 30 ℃를 유지하였다. 이산화탄소 측정기를 사용하여 유입 및 유출되는 이산화탄소 농도를 측정하였다. 측정된 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타낸 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 8 시간의 운전 기간 동안 89.4%의 안정적인 이산화탄소 제거 효율을 얻을 수 있었다.
실시예 2
콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 농도를 0.5 N으로 하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 조건하에서 동일한 기기 및 방법으로 이산화탄소의 분리, 제거 공정을 수행하여, 유입 및 유출되는 이산화탄소의 농도를 측정하였다. 측정된 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 8 시간의 운전 기간 동안 94.5%의 안정적인 이산화탄소 제거 효율을 얻을 수 있었다.
실시예 3
콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 주입 방향을 이산화탄소 주입 방향 과 동일한 왼쪽 반응기에서 오른쪽 반응기 방향으로 주입하고 침전조를 오른쪽에 설치하고, 이산화탄소 주입시 하부에 버블러를 제거한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건하에서 동일한 방법을 사용하여 이산화탄소의 분리, 제거 공정을 수행하고, 유입 및 유출되는 이산화탄소의 농도를 측정하였다. 본 실시예에서 사용한 반응 장치의 개략도를 도 5에 나타내었다. 또한, 측정된 이산화탄소의 농도를 도 6에 나타내었다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 평균 70.5%의 이산화탄소 제거 효율을 얻을 수 있었다.
실시예 4
콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 농도를 0.5N으로 하는 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 조건하에서 동일한 기기 및 방법으로 이산화탄소를 분리, 제거 공정을 수행하여, 유입 및 유출되는 이산화탄소의 농도를 측정하였다. 측정 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 평균 85.1%의 안정적인 이산화탄소 제거 효율을 얻을 수 있었다.
본 발명은 종래기술과는 달리 이산화탄소 제거를 위한 공정의 제거 효율을 높였으며, 공정의 제작 및 운영에 있어 경제성을 높여 상용화가 용이한 이산화탄소 제거 공정을 제공한다. 본 발명은 반응성이 좋은 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 다단계 처리 공정을 이용함으로써, 기존의 흡수 용액을 이용한 공정에서의 낮은 이산화탄소 제거 효율의 문제점을 개선하고, 흡수 용액의 재생을 위하여 소요되는 에너지, 시설 및 운영 비용을 절감할 수 있다. 또한, 침전물로 생성되는 탄산칼슘은 종이, 고무, 플라스틱의 충전재나 도자기의 원료로 재활용 가능하므로 자원의 재이용 및 운영에 소용되는 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 하나 이상의 반응조를 포함하는 다단계로 구성된 밀폐형 반응기에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액과 이산화탄소를 함유하는 처리 기체를 각각 주입하여 1 회 이상 연속적으로 반응시키고,
    생성된 반응 생성물을 침전조로 이동시켜 얻어지는 침전물을 분리하는 단계를 포함하는,
    이산화탄소의 분리 및 제거를 위한 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이용하는 이산화탄소 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 침전조로 이동된 반응물의 상청액에 슬러리상의 칼슘계 용액 또는 칼슘계 분말을 혼합하여 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액으로서 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액으로서 0.1 내지 10 N 농도의 수산화칼슘 수용액 또는 pH 9 내지 13의 CaO와 물의 혼합 용액을 사용하는 이산화탄소 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이산화탄소 함유 처리 기체를 상향식 가스 흐름 방식으로 주입하는 이산화탄소 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 반응조에 내의 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 계면 하부에 위치한 주입부 또는 각각의 반응조 상부에 배치된 분무기를 통하여 공급하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액을 이산화탄소 함유 처리 기체의 주입 방향과 반대 방향으로 주입하는 이산화탄소 처리 방법.
  7. 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액이 들어있는 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조; 이산화탄소를 함유하는 처리 가스의 유입구 및 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 유입구를 각각 갖는 하나 이상의 반응조가 연속 배치된 다단계 밀폐형 반응기; 처리 가스 및 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액의 주입을 위한 펌프; 침전조; 및 이들간 연결부를 포함하여 구성되는, 이산화탄소의 분리 및 제거를 위한 이산화탄소 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서, 각각의 밀폐형 반응조에 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액이 주입되는 연결부가 상기 반응조에 내의 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 계면 하부에 위치하거나 또는 각각의 반응조 상단에 칼슘 흡수 용액 주입을 위한 연결부와 연결된 분무기가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서, 처리 가스 주입을 위한 펌프와 반응 생성물의 침전조가 동일한 쪽에 위치하고, 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조가 그 반대쪽에 위치하여, 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 반응 생성물의 이동 방향이 반대 방향이 되도록 하는 이산화탄소 처리 장치
  10. 제7항에 있어서, 처리 가스 주입을 위한 펌프와 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 공급조가 동일한 쪽에 위치하고, 반응 생성물의 침전조가 그 반대쪽에 위치하여, 처리 가스의 이동 방향과 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액 및 반응 생성물의 이동 방향이 동일한 방향이 되도록 하는 이산화탄소 처리 장치
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜로이드 또는 슬러리상 칼슘계 흡수액은 0.1 내지 10 N 농도의 수산화칼슘 수용액 또는 pH 9 내지 13의 CaO와 물의 혼합 용액인 이산화탄소 처리 장치.
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