KR101026566B1 - A method of capturing carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
본 발명에서 개시된 이산화탄소를 포획하는 방법은 (1) 포화 염 용액을 전기분해하여 수산화나트륨을 얻는 단계; (2) 해수 용액에 상기 수산화나트륨을 첨가하여, 해수의 염화마그네슘과 염화칼슘이 수산화마그네슘과 수산화칼슘으로 전환하도록 하는 단계; 및 (3) 이산화탄소를 수산화마그네슘과 수산화칼슘을 포함하는 상기 용액에 첨가하여 탄산마그네슘과 탄산칼슘으로 전환시키는 단계를 포함한다.The method for capturing carbon dioxide disclosed in the present invention comprises the steps of: (1) electrolyzing a saturated salt solution to obtain sodium hydroxide; (2) adding sodium hydroxide to the seawater solution to convert the magnesium chloride and calcium chloride in the seawater into magnesium hydroxide and calcium hydroxide; And (3) adding carbon dioxide to the solution comprising magnesium hydroxide and calcium hydroxide to convert it to magnesium carbonate and calcium carbonate.
상기 방법은 효과적이고, 빠르며 안전한 방법으로 이산화탄소를 포획할 수 있게 하며, 대기중 이산화탄소의 양을 감소시키고, 결과적으로 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있게 한다. The method makes it possible to capture carbon dioxide in an effective, fast and safe manner, to reduce the amount of carbon dioxide in the atmosphere and consequently to reduce the emission of carbon dioxide.
이산화탄소 포획, 전기분해, 염 용액 CO2 capture, electrolysis, salt solution
Description
본 발명은 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키기 위한 포획 방법에 관한 것으로, 특히 화학반응을 사용하여 산업분야에서 방출된 이산화탄소(CO2)를 포획하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a capture method for reducing carbon dioxide (CO 2 ) emissions, and more particularly to a method for capturing carbon dioxide (CO 2 ) released in the industry using chemical reactions.
통상, 대기 환경에는 다양한 화학 물질들이 존재하며, 이들은 정상적인 환경과 농도하에서는 생태적 환경에 문제를 일으키지는 않는다. 그러나 산업화가 계속 진행되고 있는 곳과 같이, 모든 종류의 산업 기계와 운송기기들의 사용으로 점점 더 과도하게 화학물질이 배출되고 있다. 더 중요한 사실은, 모든 종류의 화학 물질들을 과도하게 배출하는 것은 결국 대기 오염을 일으킨다. Typically, various chemicals exist in the atmospheric environment, and under normal conditions and concentrations, they do not pose a problem for the ecological environment. However, as industrialization continues, the use of all sorts of industrial machinery and transport equipment is releasing more and more chemicals. More importantly, excessive emissions of all kinds of chemicals eventually lead to air pollution.
많은 종류의 대기 오염 물질들이 현재 존재하며, 가장 공통적이고 관측되어온 대기 오염 물질들은 다음을 포함한다: 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 이산화황(SO2), 산화질소(NOx), 부유 입자들(suspended particulates), 오존(O3), 및 휘발 성 유기 화합물들(VOC).Many types of air pollutants currently exist, the most common and observed air pollutants include: carbon dioxide (CO 2 ), carbon monoxide (CO), sulfur dioxide (SO 2 ), nitrogen oxides (NOx), suspended particles Suspended particulates, ozone (O 3 ), and volatile organic compounds (VOC).
상기 대기 오염 물질들은 인간과 환경 모두에게 직접적 그리고 간접적인 영향을 미치며, 직접적인 영향에는 상기 생물권에 살고 있는 인간, 동물, 및 식물의 건강에 대한 피해; 반면에 간접적인 영향에는 산성비와 지구 온난화에 의해 야기된 환경 문제들을 포함하고 있다. The air pollutants have a direct and indirect effect on both humans and the environment, including direct damage to the health of humans, animals, and plants living in the biosphere; Indirect impacts, on the other hand, include environmental problems caused by acid rain and global warming.
지구 대기에는, 주된 “온실 가스”가 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 및 이산화질소(NO2)를 포함한다. 소위 “온실 가스”는 지구의 온도를 증가시키는데 이바지 하는 이러한 대기 가스들을 의미하며, 지구 온도의 상승은 현재 가장 중요한 환경적 문제이며, 여기서 이산화탄소(CO2)가 지구 온난화에 가장 큰 영향을 미치고 있으며, 지구 온난화 문제에 이바지 하는 첫 번째 요소가 대기 온실 가스의 증가이다. 그러므로 현재 환경문제학자들이 직면하고 있는 가장 시급한 문제는 어떻게 대기 이산화탄소의 양을 감소시키는가 하는 것이며, 세계 여러 나라들은 현재 이산화탄소(CO2) 배출을 감소시키고자 부지런히 노력하고 있다. In the Earth's atmosphere, the main “greenhouse gases” include carbon dioxide (CO 2 ), methane (CH 4 ), and nitrogen dioxide (NO 2 ). So-called “greenhouse gases” refer to these atmospheric gases that contribute to increasing the temperature of the Earth, which is currently the most important environmental issue, where carbon dioxide (CO 2 ) has the greatest impact on global warming, The first factor contributing to the problem of global warming is the increase in atmospheric greenhouse gases. So How does that will have the most pressing issues currently facing environmental researchers reduced the amount of carbon dioxide in the atmosphere, many countries are now reducing carbon dioxide (CO 2) emissions and party diligently.
화석 연료의 사용을 억제할 수 없는 현재 상황에서, 화석 연료의 효율을 증가시키고, 이산화탄소를 포획, 저장 및 재사용하는 기술로 이를 보충할 필요가 있으며, 이것이 지구 온난화를 늦추는 가장 효과적인 방법인 것으로 생각되며, 따라서 사람들은 계속 저가의 연료를 이용할 수 있고, 점차 미래의 새로운 연료원을 사용하는 것으로 이행할 수 있게 된다. In the present situation where the use of fossil fuels cannot be restrained, there is a need to increase the efficiency of fossil fuels and supplement them with techniques to capture, store and reuse carbon dioxide, which is considered to be the most effective way to slow global warming. Thus, people can continue to use low-cost fuels and gradually transition to using new fuel sources in the future.
또한, “이산화탄소 저장”이란 자연 또는 인공의 “용기”에 분명하게 이산 화탄소를 저장하는 것이며, 주요 목적은 물리적, 화학적 및 생화학적 기계들을 사용하여 1 세기 이상 동안 이산화탄소를 밀봉하고 저장하기 위한 것이다. 숲, 대양, 지질 지층(geological strata), 인공 저장 탱크, 및 화학적 반응기 모두 이산화탄소 저장용 “용기”로서 사용될 수 있다. In addition, "carbon dioxide storage" is the clear storage of carbon dioxide in natural or artificial "vessels", the main purpose of which is to seal and store carbon dioxide for more than a century using physical, chemical and biochemical machinery. Forests, oceans, geological strata, artificial storage tanks, and chemical reactors can all be used as “vessels” for carbon dioxide storage.
국제적으로 제안된 “대규모생산용” 이산화탄소 저장방법은 지질학적 저장, 표면 아래 저장(sub-surface storage), 및 대양 저장(ocean storage)으로 더 나눌 수 있다. 현재 1 미터톤의 이산화탄소를 포획, 운송, 및 저장하는 운전 비용이, US$ 5-115, 100km 당 USD$ 0.4-3.2, 및 US$0.5-100로 각각 소요된다. 게다가, 가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 최신 기술을 가동하는 발전소에서, 이산화탄소를 포획하기 위한 비용은 미터톤당 대략 USD$ 13-37이며, 이산화탄소를 지질적으로 저장하기 위한 비용은 미터톤당 대략 US$0.5-8이며, 이산화탄소를 대양에 저장하기 위한 비용은 미터톤당 대략 USD$5~30이며, 표면 아래로 이산화탄소를 저장하기 위한 비용은 미터톤당 대략 USD$ 50-100이다.“Science Development(May 2007, 413, pp.28-33)”저널의 쳉구 린(Cheng-Guo Lin) 저서의 “이산화탄소의 저장(The Storage of carbon dioxide)”을 참조한다.Internationally proposed “large-scale production” carbon dioxide storage methods can be further divided into geological storage, sub-surface storage, and ocean storage. The operating costs of capturing, transporting and storing one metric ton of carbon dioxide are currently at US $ 5-115, USD $ 0.4-3.2 per 100km, and US $ 0.5-100, respectively. In addition, in power plants operating the latest technology in the Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC), the cost of capturing carbon dioxide is approximately USD $ 13-37 per metric ton, while the cost of geological storage of carbon dioxide is measured in meters. It costs approximately US $ 0.5-8 per ton, the cost of storing carbon dioxide in the ocean is approximately USD $ 5-30 per metric ton, and the cost of storing carbon dioxide below the surface is approximately USD $ 50-100 per metric ton. May 2007, 413, pp. 28-33), “The Storage of Carbon Dioxide” by Cheng-Guo Lin in the journal.
이산화탄소를 저장하는 상기 기술은 여전히 현재 이용가능한 적당한 저장 “용기”들이 있는지를 결정하는 문제에 직면하고 있으며, 상기 기술은, 안정성과 그후 뒤따르는 모니터링과 관련한 문제들이 완전히 해결되지 않은 것으로 인하여, 실제 이용하기에는 충분히 개발되지 않았다.The technique of storing carbon dioxide still faces the problem of determining whether there are suitable storage “containers” currently available, and the technique is not practically used because the problems with stability and subsequent monitoring have not been completely solved. Not well developed below.
이산화탄소를 저장하기 위한 종래 기술에 존재하는 상기 문제점들에 관해서, 본 발명의 발명자들은 그것들의 불충분한 점을 인식하여, 빠르고 안전한 방법으로 대량의 이산화탄소를 포획하여, 지구적으로 이산화탄소의 농도가 상승하는 문제를 해결하고자 하는 목적으로, 당해 산업분야에서 계속적인 연구와 개인적인 경험에 의해 이산화탄소를 포획하는 방법을 제시하였다. Regarding the above problems present in the prior art for storing carbon dioxide, the inventors of the present invention recognize their insufficiency and capture a large amount of carbon dioxide in a fast and safe manner, thereby increasing the concentration of carbon dioxide globally. For the purpose of solving the problem, a method of capturing carbon dioxide by continuous research and personal experience in the industry has been presented.
본 발명에서 개시된 이산화탄소를 포획하는 방법은 다음 단계를 포함한다:The method for capturing carbon dioxide disclosed in the present invention includes the following steps:
(1) 하기 화학 반응식에 따라, 포화 염 용액을 전기 분해하여 수산화나트륨을 얻는 단계:(1) obtaining sodium hydroxide by electrolyzing the saturated salt solution according to the following chemical scheme:
2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 + H2;2NaCl + 2H 2 0-> 2NaOH + Cl 2 + H 2 ;
(2) 하기 화학 반응식에 따라, 해수 용액에 상기 수산화나트륨을 첨가하여, 해수의 염화마그네슘과 염화칼슘이 수산화마그네슘과 수산화칼슘으로 전환하도록 하는 단계:(2) adding sodium hydroxide to the seawater solution to convert the magnesium chloride and calcium chloride in the seawater into magnesium hydroxide and calcium hydroxide according to the following chemical reaction scheme:
MgCl2 + 2NaOH -> Mg(OH)2 + 2NaClMgCl 2 + 2NaOH-> Mg (OH) 2 + 2NaCl
CaCl2 + 2NaOH -> Ca(OH)2 + 2NaCl;CaCl 2 + 2NaOH-> Ca (OH) 2 + 2NaCl;
(3) 하기 화학 반응식에 따라, 이산화탄소를 수산화마그네슘과 수산화칼슘을 포함하는 상기 용액에 첨가하여 탄산마그네슘과 탄산칼슘으로 전환시키는 단계:(3) converting carbon dioxide to magnesium carbonate and calcium carbonate by adding carbon dioxide to the solution containing magnesium hydroxide and calcium hydroxide according to the following chemical scheme:
Mg(OH)2 + CO2 -> MgCO3 + H2OMg (OH) 2 + CO 2- > MgCO 3 + H 2 O
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2O.Ca (OH) 2 + CO 2- > CaCO 3 + H 2 O.
이산화탄소를 포획하는 상기 방법에서, 상기 단계(1)에서 사용된 포화 염 용액은 고농도의 염을 갖는 염수(brine)이며, 해수 담수화의 결과로 얻어지는 폐기물이 바람직하다. In the above method of capturing carbon dioxide, the saturated salt solution used in step (1) is brine with a high concentration of salt, and waste obtained as a result of seawater desalination is preferred.
또한, 상기 단계(1)의 수산화나트륨은 포화 염 용액을 전기분해하여 얻어진 염소 가스의 부산물일 수 있다. In addition, the sodium hydroxide of step (1) may be a by-product of chlorine gas obtained by electrolysis of a saturated salt solution.
본 발명의 이산화탄소 포획방법은 이산화탄소 저장을 위하여 화학적 반응을 채택하여, 물리적 저장보다 더 빠르고, 더 안정적이고 안전하며, 환경에 덜 영향을 미치며, 물리적 방법에서 요구되는 것과 같은 미래 모니터링 활동을 위한 추가 비용을 요구하지 않으며, 대규모로 했을 때 비용을 더 줄일 수 있으며, 추가적 가치있는 최종 산물을 얻는 효과가 있다. The carbon dioxide capture method of the present invention employs a chemical reaction for carbon dioxide storage, which is faster, more stable and safer than the physical storage, has less environmental impact, and adds additional cost for future monitoring activities as required by physical methods. It does not require this, and when it is done on a large scale, the cost can be further reduced and additional valuable end products can be obtained.
본 발명의 상술한 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부하는 실시예 및 도면과 함께 고려될 때 더욱 명확하게 이해될 것이며, 여기서:The above objects, features and advantages of the present invention will become more clearly understood when considered in conjunction with the accompanying embodiments and drawings, wherein:
다음 세 단계를 주로 포함하는 본 발명에 다른 이산화탄소 포획 방법이 개시되었다: (1) 포화 염 용액을 전기 분해하여 수산화나트륨을 얻는 단계; (2) 상기 수산화나트륨을 해수 용액에 첨가하여, 해수의 염화마그네슘과 염화칼슘이 수산화마그네슘과 수산화칼슘으로 전환되게 하는 단계; (3) 수산화마그네슘과 수산화칼슘을 갖는 수용액에 이산화탄소를 첨가하여 탄산마그네슘 및 탄산칼슘으로 전환시키는 단계.Another method for capturing carbon dioxide is disclosed in the present invention, comprising mainly three steps: (1) electrolysis of saturated salt solution to obtain sodium hydroxide; (2) adding sodium hydroxide to the seawater solution to convert magnesium chloride and calcium chloride in the seawater into magnesium hydroxide and calcium hydroxide; (3) adding carbon dioxide to an aqueous solution having magnesium hydroxide and calcium hydroxide to convert it to magnesium carbonate and calcium carbonate.
여기서 수산화나트륨(NaOH)의 제조에서, 상기 수산화나트륨은 염소 가스 생성을 위한 산업 공정에서 얻어지는 부산물일 수 있으며, 이것을 얻는 가장 공통된 방법은, 염소 원자들 모두 염소 가스로 전환되어 이어서 용액에 용해되어 있는 단 한가지 물질로서 수산화나트륨만을 남기고 다 날라갈 때까지 포화 염 용액을 전기 분해하는 것이며; 상기 기술된 반응은 다음 화학 반응식을 갖는다:Wherein in the manufacture of sodium hydroxide (NaOH), the sodium hydroxide may be a by-product obtained from an industrial process for the production of chlorine gas, the most common way of obtaining this, in which all of the chlorine atoms are converted to chlorine gas and then dissolved in solution The only material is the electrolysis of the saturated salt solution until it is blown away leaving only sodium hydroxide; The reaction described above has the following chemical scheme:
2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 + H2 2NaCl + 2H 2 O-> 2NaOH + Cl 2 + H 2
상기 포화 염 용액을 전기 분해한 후, 본 발명에 따른 이산화탄소 포획 방법을 수행하기 위하여 필요한, 상기 반응물질, 수산화나트륨이 연속적으로 얻어질 수 있으며; 여기서 상기 포화 염 용액은 해수 담수화 과정의 결과인 폐기물로부터 얻어질 수 있다. After electrolysis of the saturated salt solution, the reactants, sodium hydroxide, which are necessary for carrying out the carbon dioxide capture method according to the present invention, can be obtained continuously; Wherein the saturated salt solution can be obtained from the waste resulting from the seawater desalination process.
이전에, 해수 담수화 과정은 주로 건조한 중동 지역에서 채용되었으나, 산업 화와 상업 활동의 발달이 빨라짐에 따라, 그리고 지구 인구 증가의 요인으로 인해 악화되어, 담수에 대한 요구가 전세계적으로 강화되고 있다. 세계 주위 여러 나라들이 현재 물 공급원으로부터 담수를 충분히 얻는데 점점 더 어려움을 겪는 것을 인식하고 있기 때문에 신규한 물 공급원에 대한 탐색이 강화되어 왔고, 해수의 담수화 기술은 담수를 얻기 위하여 선진국에서 사용되는 가장 일반적인 방법이다. Previously, the seawater desalination process was employed primarily in the dry Middle East, but as industrialization and commercial activity develop faster, and worsened by factors of global population growth, demand for freshwater is strengthening worldwide. As many countries around the world recognize that they are increasingly struggling to obtain enough fresh water from water sources, the search for new water sources has been intensified, and seawater desalination techniques are the most common used in developed countries to obtain fresh water. Way.
대양은 지구에서 가장 큰 표면적을 차지하고 있으며, 이것으로 대양은 가장 큰 저수지이고 지구에서 이용할 수 있는 가장 안정한 물 공급원이다. 또한, 대양에서 보유하고 있는 총 물의 양은 모든 계절 동안 모든 날씨 조건하에서 크게 변화하거나 증발하지 않는다. 최근 개발된 해수 담수화 기술과 상기 언급된 요소를 결합하면, 인간을 위해 고품질 물 공급원으로 해수를 이용할 수 있다고 제안할 수 있다. The oceans have the largest surface area on earth, which makes them the largest reservoir and the most stable source of water available on the planet. In addition, the total amount of water in the ocean does not vary significantly or evaporate under all weather conditions during all seasons. Combining the recently developed seawater desalination technology with the above-mentioned elements, it can be suggested that seawater can be used as a high quality water source for humans.
해수 담수화는 물 가공 기술이며, 그의 중요한 원리는 염수를 두 개의 다른 부분으로 분리하기 위하여 에너지를 이용하는 것이며; 이중 하나는 낮은 농도의 염을 포함하는 담수이고, 다른 하나는 고농도 염을 포함하는 염수이고, 상기 염수는 더 담수화된다. Seawater desalination is a water processing technique, and its important principle is to use energy to separate the brine into two different parts; One of them is fresh water containing a low concentration of salt, the other is saline containing a high concentration of salt, and the brine is further desalted.
현재, 담수화의 몇 가지 기술들이 여전히 실험되고 있으며, 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 담수화 방법은 역 삼투압 담수화(reverse osmosis desalination,지구 담수화 용량의 47.2% 점유) 및 다단계 플래쉬 담수화(flash desalination)(지구 담수화 용량의 36.5% 점유)가 있다. Currently, several techniques of desalination are still being experimented with, and the two most commonly used desalination methods are reverse osmosis desalination (47.2% of global desalination capacity) and multi-stage flash desalination (global desalination). Occupies 36.5% of the capacity).
본 발명의 이산화탄소 포획방법은, 수산화나트륨 제조를 위하여, 해수 담수 화로 얻어진 폐기물인 염수를 이용할 수 있으며; 이것으로 폐기물들을 효과적으로 사용할 수 있게 하며, 그 결과 지구 자원을 최대한 활용하게 한다. The carbon dioxide capture method of the present invention, for the production of sodium hydroxide, can use brine which is a waste obtained by seawater desalination; This allows for effective use of wastes, resulting in the best use of global resources.
수산화나트륨 제조 동안, 염소 가스가 동시에 제조되며, 이는 폴리염화비닐 (-(CH2CHCl)n-)의 제조에 광범위하게 사용될 수 있다. 폴리염화비닐이 에틸렌, 염소, 및 촉매로부터 제조되고, 내화성(fire-resistance) 및 내열성을 가지고 있기 때문에, 이것은 폴리염화비닐이 다른 산업분야에 관련된 다양한 제품들에 광범위하게 사용될 수 있다는 것을 의미하며; 예를 들어 와이어링(wiring) 및 케이블, 광학섬유 케이블, 구두, 핸드백, 가방, 장식품, 간판 및 광고 게시판, 주택개조, 가구, 장신구, 롤러, 튜브, 장남감, 커튼, 롤러 도어, 보조 의학 기구, 장갑, 식품 포장, 및 패션 의류등에 사용될 수 있다.During the sodium hydroxide production, chlorine gas is produced simultaneously, which can be used extensively in the production of polyvinyl chloride (-(CH 2 CHCl) n-). Since polyvinyl chloride is made from ethylene, chlorine, and a catalyst, and has fire-resistance and heat resistance, this means that polyvinyl chloride can be widely used in various products related to other industries; For example, wiring and cables, fiber optic cables, shoes, handbags, bags, ornaments, signs and billboards, home remodeling, furniture, ornaments, rollers, tubes, toys, curtains, roller doors, auxiliary medical devices, It can be used in gloves, food packaging, and fashion clothing.
이어서, 수산화나트륨을 해수 용액에 첨가하여 해수의 염화마그네슘 및 염화칼슘을 수산화마그네슘 및 수산화칼슘으로 전환시키며며, 상기 반응은 다음 화학 반응식을 갖는다:Sodium hydroxide is then added to the seawater solution to convert magnesium chloride and calcium chloride in the seawater to magnesium hydroxide and calcium hydroxide, the reaction having the following chemical formula:
MgCl2 + 2NaOH -> Mg(OH)2 + 2NaClMgCl 2 + 2NaOH-> Mg (OH) 2 + 2NaCl
CaCl2 + 2NaON -> Ca(OH)2 + 2NaClCaCl 2 + 2NaON-> Ca (OH) 2 + 2NaCl
지구상의 해수의 원소 조성은 다음 표 1에 나타난다.The elemental composition of seawater on Earth is shown in Table 1 below.
칼슘 및 마그네슘을 포함하는 원소들이 해수에 자연적으로 발견될 수 있으며, 주로 해수에서 염화마그네슘 및 염화칼슘 형태로 존재한다. 염화마그네슘과 염화칼슘을 수산화나트륨과 반응시켜, 다음 단계에서 필요한 수산화마그네슘 및 수산화칼슘을 포함하는 반응물들을 얻을 수 있으며, 그로 인하여 본 발명에 따른 이산화탄소를 포획하는 원료 물질을 얻는 비용을 효율적으로 줄일 수 있게 되며, 지구에서 이용가능한 천연 자원들을 효율적으로 사용할 수 있게 된다. Elements, including calcium and magnesium, can be found naturally in seawater, mainly in the form of magnesium chloride and calcium chloride in seawater. By reacting magnesium chloride and calcium chloride with sodium hydroxide, it is possible to obtain reactants containing magnesium hydroxide and calcium hydroxide required in the next step, thereby effectively reducing the cost of obtaining the raw material for capturing carbon dioxide according to the present invention. In this way, the use of natural resources available on the planet will be efficient.
상기 반응으로부터 수산화마그네슘 및 수산화칼슘을 얻은 후, 산업적으로 배출된 이산화탄소를 수산화마그네슘 및 수산화칼슘을 포함하는 수용액에 주입하여, 이들을 탄산마그네슘 및 탄산칼슘으로 전환시킨다; 상기 반응은 하기 화학 반응식을 갖는다:After obtaining magnesium hydroxide and calcium hydroxide from the reaction, the industrially discharged carbon dioxide is injected into an aqueous solution containing magnesium hydroxide and calcium hydroxide, and converted to magnesium carbonate and calcium carbonate; The reaction has the following chemical scheme:
Mg(OH)2 + CO2 -> MgCO3 + H2OMg (OH) 2 + CO 2- > MgCO 3 + H 2 O
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2OCa (OH) 2 + CO 2- > CaCO 3 + H 2 O
상기 언급된 반응은 단지 이산화탄소를 포획할 뿐만 아니라, 이것을 탄산마그네슘 및 탄산칼슘으로 전환시킨다. 즉, 상기 방법은 산업적으로 생성된 폐기물(해수 담수화로 얻어지는 염수) 또는 부산물(염소 제조로부터 얻어지는 수산화나트륨)을 이산화탄소 포획에 이용할 수 있으며, 전체 화학 반응이 빠르게 이루어져(현재의 물리적 또는 생물학적 방법에 비하여), 방법의 전체의 비용을 효과적으로 줄인다. The above mentioned reaction not only captures carbon dioxide, but also converts it to magnesium carbonate and calcium carbonate. That is, the method can utilize industrially generated waste (salt obtained from seawater desalination) or by-products (sodium hydroxide obtained from chlorine production) to capture carbon dioxide, and the entire chemical reaction is rapid (compared to current physical or biological methods). ), Effectively reducing the overall cost of the method.
본 발명에 따라, 이산화탄소를 포획하는 방법으로 얻어지는 최종 산물은: 탄산 칼슘(제강 및 고분자 물질의 제조 및 제지(papermaking) 뿐만 아니라 내화성 건축 자재 및 도료의 제조에 이용될 수 있음); 탄산마그네슘(바닥재(flooring), 내화성 및 소화성(fire-fighting) 제품, 화장품, 화장분 및 치약, 충진재로서, 연기 발생 억제용 플라스틱 제품에, 건조제(desiccant)로서 사용되는 네오프렌 고무에, 장 완화제로서, 그리고 식품 착색 보존제에 이용될 수 있음).According to the invention, the final product obtained by the method of capturing carbon dioxide is: calcium carbonate (which can be used for the production of fire resistant building materials and paints as well as for the manufacture and papermaking of steel and polymer materials); Magnesium carbonate (flooring, fire- and fire-fighting products, cosmetics, cosmetics and toothpaste, fillers, plastic products for suppressing smoke generation, neoprene rubber used as desiccant, as an intestinal emollient And food coloring preservatives).
본 발명에 따른 실험이 하기 기술되어 있으며, 이는 본 발명의 범위를 제한하는데 사용되지 않으며; 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 당해 기술분야의 당업자에 의해 어떠한 합리적인 변형도 이루어질 수 있다. Experiments according to the invention are described below, which are not used to limit the scope of the invention; Any reasonable modification can be made by one skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
실시예Example ::
실시예 1Example 1
(1) 수산화나트륨(NaOH)의 제조:(1) Preparation of Sodium Hydroxide (NaOH):
도 1에 도시된 바와 같이 포화 염 용액 또는 염수를 계속적으로 전해 탱크(electrolytic tank)에 넣어 전기 반응이 계속 일어나게 하고, 지속적으로 수산화나트륨(NaOH) 용액을 얻는다; 여기서 40 암페어(A)의 안정한 전류를 전해 탱크(10)에 설정해 놓았으며, 그의 전압을 1.5 볼트(V) 이상으로 설정해 놓았다. 또한, 이온교환막(16)을 전해 탱크(10)의 중심에 설치해 놓았으며, 염수를 입구(12)에 주입하여, 염수가 전해 탱크(10)를 통해 흐르도록 하였으며; 상기 전해 탱크(10)의 양극(anode, 17)은 2Cl- -> Cl2 + 2e-의 반응을 한다. 여기서 전기분해로 얻어지는 염소 가스는 양극에서 배출되는 반면에, 상기 전해 탱크(10)의 음극(cathode, 18)은 2H2O + 2e- -> 2OH- + H2의 반응을 하며, 여기서 전기분해 결과로 수소 가스가 음극에서 배출되었다. 게다가, 용액의 나트륨 이온들(Na+)와 수산화 이온들(OH-)이 계속적으로 결합하여 그 안에 수산화나트륨(NaOH( aq ))을 형성하고, 이후 출구(14)로 배출된다. 상기 전기 분해 반응을 24시간 계속하게 하면, 평균 58g의 수산화나트륨이 시간당 얻어질 수 있다.Saturated salt solution or brine is continuously placed in an electrolytic tank as shown in FIG. 1 so that the electrical reaction continues, and a continuous sodium hydroxide (NaOH) solution is obtained; Here, a stable current of 40 amps (A) was set in the
(2) 수산화마그네슘 및 수산화칼슘의 제조, 및 이산화탄소의 포획:(2) Preparation of magnesium hydroxide and calcium hydroxide, and capture of carbon dioxide:
도 2 에 도시한 바와 같이, 반응 탱크(20)는 해수를 그 안에 흘러 넣게 하는 해수 입구(22), 이전 단계에서 얻어진 수산화나트륨을 흘러 넣게 하는 수산화나트륨 입구(24); 및 그 안에 이산화탄소를 흘러 넣게 하여 해수, 수산화나트륨, 및 이산화탄소를 포함하는 반응물들이 반응 탱크(20)에서 반응하게 하는 이산화탄소 입구(26)를 포함한다. 반응 결과, 반응 탱크(20)의 바닥에 침전된, 탄산마그네슘/탄산칼슘의 침전물(29)이 생기며, 상기 반응을 한 해수는 반응 폐기물 출구(28)로부터 배출되며; 상기 반응은 다음 화학 반응식들로 나타낼 수 있다:As shown in FIG. 2, the
MgCl2 + 2NaOH -> Mg(OH)2 + 2NaClMgCl 2 + 2NaOH-> Mg (OH) 2 + 2NaCl
Mg(OH)2 + CO2 -> MgCO3 + H2OMg (OH) 2 + CO 2- > MgCO 3 + H 2 O
CaCl2 + 2NaOH -> Ca(OH)2 + 2NaClCaCl 2 + 2NaOH-> Ca (OH) 2 + 2NaCl
Ca(OH)2 + CO2 -> CaCO3 + H2OCa (OH) 2 + CO 2- > CaCO 3 + H 2 O
상기 언급된 반응들에서, 염화마그네슘은 수산화나트륨과 반응하여 수산화마그네슘을 형성하고, 상기 수산화마그네슘은 상기 탱크로 흘러 넣어진 이산화탄소와 더 반응하여 탄산마그네슘을 형성하여, 반응 탱크(20)의 바닥에 침전하고; 염화칼슘이 또한 수산화나트륨과 반응하여 수산화칼슘을 형성하고, 상기 수산화칼슘이 상기 탱크로 흘러 넣어진 이산화탄소와 더 반응하여 탄산칼슘을 형성하여, 상기 반응 탱크(20)의 바닥에 침전하였다.In the above-mentioned reactions, magnesium chloride reacts with sodium hydroxide to form magnesium hydroxide, and the magnesium hydroxide is further reacted with carbon dioxide which flowed into the tank to form magnesium carbonate, so that at the bottom of the
상기 장치에서, 90g의 수산화나트륨을 첨가하고 1kg의 해수에 충분히 노출시킨 이산화탄소의 공급에 의해 평균 445.9g의 탄산마그네슘과 92.3g의 탄산칼슘이 얻어질 수 있었다. 이는 전환 후, 1kg의 해수에 90g의 수산화나트륨을 첨가하여, 평균 277g의 이산화탄소가 포획될 수 있음을 나타내었다.In the apparatus, an average of 445.9 g of magnesium carbonate and 92.3 g of calcium carbonate could be obtained by supplying 90 g of sodium hydroxide and sufficiently exposed to 1 kg of seawater. This indicated that, after conversion, an average of 277 g of carbon dioxide can be captured by adding 90 g of sodium hydroxide to 1 kg of seawater.
(3) 이산화탄소 포획하는 방법의 예상 비용:(3) Estimated Costs of CO2 Capture Methods:
상기 전환율로 인해, 해수 1kg에 90g의 수산화나트륨을 첨가하여 평균 277g의 이산화탄소를 포획할 수 있으므로 이산화탄소 1 미터톤을 포획하는 비용은 하기 표 2에 표시한 것과 같다. Due to the conversion rate, it is possible to capture 277 g of carbon dioxide on average by adding 90 g of sodium hydroxide to 1 kg of seawater, so the cost of capturing 1 metric ton of carbon dioxide is as shown in Table 2 below.
장치
운전
재료
기타Electricity
Device
driving
material
Etc
약 USD$ 5.351
약 USD$1.338
약 USD$ 23.438
약 USD$ 1.000About USD $ 31.511
About USD $ 5.351
About USD $ 1.338
About USD $ 23.438
About USD $ 1.000
1 미터톤의 이산화탄소를 포획하기 위한 총 비용은 USD$ 62.638이 예상되며, 이는 지질학적 저장방법으로 이산화탄소를 1 미터톤 포획하는 비용 USD$50-100과 근접한 값이다. 그러나, 본 발명의 이산화탄소 포획방법은 다음 장점들을 가지고 있다: A. 이산화탄소 저장을 위하여 화학적 반응을 채택하여, 물리적 저장보다 더 빠름; B. 이산화탄소 저장을 위하여 화학적 반응을 채택하여 물리적 저장보다 더 안정적이고 안전함; C. 본 방법을 사용하는 저장은 환경에 덜 영향을 미침; D. 물리적 방법에서 요구되는 것과 같은 미래 모니터링 활동을 위한 추가 비용을 요구하지 않음; E. 재료 비용은 본 발명을 대규모로 했을 때 더 줄일 수 있음; F. 본 발명을 사용한 결과 추가적 가치있는 최종 산물을 얻음.The total cost to capture one metric ton of carbon dioxide is expected to be USD $ 62.638, which is close to the cost of USD $ 50-100 to capture one metric ton of carbon dioxide by geological storage. However, the carbon dioxide capture method of the present invention has the following advantages: A. Adopt chemical reactions for carbon dioxide storage, which is faster than physical storage; B. Adopt chemical reactions for carbon dioxide storage, making it more stable and safe than physical storage; C. Storage using this method has less impact on the environment; D. Does not require additional costs for future monitoring activities such as those required by physical methods; E. Material costs can be further reduced at large scale of the present invention; F. Use of the present invention results in additional valuable end products.
본 발명은 바람직한 실시예에 따라 기술되었으며, 당해 분야의 당업자는 상기 실시예가 본 발명의 설명을 위하여 사용될 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라는 것을 인식하여야 한다. 상술한 실시예에 대하여 등가의 변화 및 치환은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 수행될 수 있다. 그러므로, 본 발명의 범위는 단지 첨부된 청구범위로만 제한된다.The present invention has been described in accordance with preferred embodiments, and those skilled in the art should recognize that the above embodiments are only used for the description of the present invention and do not limit the scope of the present invention. Equivalent changes and substitutions to the above-described embodiments can be performed without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is limited only by the appended claims.
도 1은 본 발명에 따른 포화 염 용액(염수)의 전기분해를 나타내는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the electrolysis of a saturated salt solution (brine) according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 수산화마그네슘 및 수산화칼슘의 제조, 이산화탄소의 포획을 나타내는 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the production of magnesium hydroxide and calcium hydroxide, capture of carbon dioxide according to the present invention.
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