KR101388217B1

KR101388217B1 - 탄산칼슘 제조장치

Info

Publication number: KR101388217B1
Application number: KR1020120108353A
Authority: KR
Inventors: 오현영; 박병철
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-23
Also published as: KR20140041252A

Abstract

상부에는 슬래그가 유기 용매와 반응하여 칼슘이 추출되는 칼슘추출부가 형성되고, 하부에는 상기 상부에서 추출된 상기 칼슘이 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃)이 제조되는 탄산칼슘제조부가 형성되는 반응조; 및 상기 칼슘추출부 및 상기 탄산칼슘제조부 사이에 형성되고, 상기 칼슘추출부에서 추출된 칼슘이 포함된 용액을 포집하여 상기 탄산칼슘제조부로 전달하는 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치가 제공된다.

Description

탄산칼슘 제조장치 {MANUFACTURING APPARATUS OF CALCIUM CARBONATE}

본 발명은 탄산칼슘 제조장치에 관한 것이다.

제강슬래그는 산화칼슘을 다량 함유하고 있어서, 높은 염기도를 나타내며, 탈류 슬래그를 물속에 넣으면 산화칼슘중의 일부가 용출되어 알칼리성을 나타낸다. 한편, 탈류 슬래그에는 유황(S) 성분이 포함되어 있으므로 물과 반응시키면 유황이 함께 용출되며, 이는 탄산칼슘 제조시 불순물로 작용한다.

한편, 지구온난화의 원인인 이산화탄소 가스를 감소시키기 위해 배가스중의 이산화탄소 가스를 효과적으로 분리하는 분리방법 및 분리된 이산화탄소의 처리 및 활용방법으로 깊은 바다 밑에 저장하는 방법, 메탄올 제조에 사용하는 방법등이 연구되어 왔다. 그러나 아직 경제적이고 실용성 있는 활용방법은 없는 실정이다.

즉 석회석(CaCO₃)을 소성하여 생석회(CaO)를 만들고, 이 생석회(CaO)와 물(H₂O)을 반응시켜 소석회유(Ca(OH)₂)를 제조하고, 이 소석회유(Ca(OH)₂)에 이산화탄소 기체를 불어 넣어 반응시킴으로써 침강성 탄산칼슘(CaCO3)을 석출시킨다. 이러한, 화합방법에서는 탄산칼슘 석출에 필요한 칼슘성분은 석회석을 열분해 시켜 만든 소석회를 사용하고 탄산가스는 석회석 분해시에 발생된 탄산가스를 회수하여 사용하지만, 반응율이 100%가 될 수 없으므로 일부는 반응 중에 대기중으로 방출될 것이다. 즉, 석회석을 원료로 사용할 경우 소성 공정에서 이산화탄소가 발생한다. 따라서, 환경 오염을 야기할 뿐만 아니라 제조공정이 복잡하고 석회석을 1000 도 이상의 고온으로 소성하여 중간 물질인 생석회를 제조함으로, 고가의 제조비용이 소요된다.

따라서, 이산화탄소 발생량을 저감하기 위해서는 칼슘성분을 석회석에서 공급해서는 안되고 이산화탄소와 결합하지 않은 칼슘원을 사용하여야 한다. 이와 같은 칼슘원으로는 염화칼슘, 질산칼슘 등이 있지만 이들 약품 또한 고가이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0026382호(2004.03.31 공개, 탈류슬래그와 이산화탄소를 이용한 탄산칼슘 제조방법)에 개시되어 있다.

본 발명은 탄산칼슘 제조효율을 상승시키고, 에너지 효율을 향상시킨 탄산칼슘 제조장치를 제공 하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상부에는 슬래그가 유기 용매와 반응하여 칼슘이 추출되는 칼슘추출부가 형성되고, 하부에는 상기 상부에서 추출된 상기 칼슘이 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃)이 제조되는 탄산칼슘제조부가 형성되는 반응조; 및 상기 칼슘추출부 및 상기 탄산칼슘제조부 사이에 형성되고, 상기 칼슘추출부에서 추출된 칼슘이 포함된 용액을 포집하여 상기 탄산칼슘제조부로 전달하는 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치가 제공된다.

상기 칼슘추출부는, 상기 슬래그가 충진되는 역삼투막으로 이루어진 슬래그 셀; 및 상기 슬래그 셀에서 추출된 칼슘이 역삼투막을 통하여 유출되는 제1 반응조를 포함할 수 있다.

상기 슬래그 셀은 상부의 단면이 하부의 단면보다 큰 콘(cone) 형상으로 형성될 수 있다.

상기 슬래그 셀은 복수개가 형성될 수 있다.

상기 칼슘추출부에 설치되어, 상기 칼슘추출부의 칼슘 농도를 측정하는 칼슘 센서부를 더 포함할 수 있다.

상기 전달부는 상기 칼슘이 포함된 용액을 상기 탄산칼슘제조부에 분사하는 노즐을 포함할 수 있다.

상기 탄산칼슘제조부는, 상기 전달부를 통하여 전달된 칼슘이 포함된 용액으로부터 탄산칼슘이 제조될 수 있도록 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 탄산칼슘 제조장치를 이용하여, 탄산칼슘 제조효율을 상승시키고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치를 나타낸 사시도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.

또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 발명에 따른 탄산칼슘 제조장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치는 반응조(10), 및 전달부(300)를 포함할 수 있다.

고로 및 연소 배가스에 다량 함유된 이산화탄소는 CCS(Carbon dioxide Capture and Storage)기술 과정을 통해 탄산칼슘 형태로 전환함으로서 유용한 자원으로 활용할 수 있다. 이를 광물탄산화 기술이라 하며, 상기 기술의 경우 대부분 용매+슬래그(S)로부터의 칼슘소스 확보를 위한 추출단계와 이산화탄소와 추출용액간의 기-액 반응에 의한 탄산칼슘 제조과정으로 나뉜다.

아래는 이산화탄소 및 칼슘 이온의 결합에 의한 탄산칼슘 생성단계를 나타낸다.

CO₂ (g) < -- > CO₂ (l)

CO₂ (l) + H₂O (l) < -- > H₂CO₃ (l)

H₂CO₃ + H₂O < -- > H₃O+ + HCO₃ ^-

HCO₃- + H₂O < -- > CO₃ ² ^- + H₃O⁺

Ca ²⁺ + CO₃ ^- <--> CaCO₃

본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치의 반응조(10)는 상부에 칼슘추출부(100)가 구비되고, 하부에 탄산칼슘제조부(200)가 형성되어 칼슘추출 및 탄산칼슘제조를 일체로 할 수 있다.

칼슘추출부(100)는 슬래그(S) 및 유기 용매가 반응하여 슬래그(S)로부터 칼슘이 추출되는 공간을 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이때, 칼슘추출부(100)는 슬래그(S)가 충진되는 역삼투막으로 이루어진 슬래그 셀(110) 및 슬래그 셀(110)에서 추출된 칼슘이 역삼투막을 통하여 유출되는 제1 반응조(120)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 역삼투막으로 이루어진 슬래그 셀(110)에서 슬래그(S)에서 추출된 칼슘이 유출됨으로서 기존 공정에서 요구되었던 펌프 및 필터 프레스 공정이 필요치 않게 되어 에너지를 크게 절약할 수 있게 된다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 역삼투막으로 이루어진 슬래그(S) 셀에 슬래그(S) 및 유기 용매가 충진되고, 충진된 슬래그(S)와 유기용매는 반응을 통하여 슬래그(S)에서 칼슘 이온이 제1 반응조(120)로 추출되게 된다.

추출된 칼슘이온은 역삼투압에 의하여 제1 반응조(120)로 유출되게 되고, 제1 반응조(120)의 칼슘이온 농도는 점차 증가하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치는 반응조의 칼슘이온농도를 측정하는 칼슘 센서부(400)를 더 포함하여 반응조의 칼슘이온 증가를 감지할 수 있게된다.

칼슘 센서부(400)로부터 측정된 칼슘이온이 일정 칼슘이온 농도 이상이 되면 칼슘추출부(100) 및 탄산칼슘제조부(200) 사이에 형성된 전달부(300)가 개방되어 칼슘추출부(100)의 칼슘이온이 포함된 용액은 탄산칼슘제조부(200)로 이동하게 된다.

이때, 전달부(300)는 칼슘이 포함된 용액을 탄산칼슘제조부(200)에 분사하는 노즐(310)을 포함할 수 있다.

상기 용액을 탄산칼슘제조부(200)에 고압으로 분사하는 노즐(310)을 통하여 기체의 이산화탄소와 반응하는 용액에 녹아있는 칼슘이온의 반응의 효율성을 높여 결국 탄산칼슘 제조효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 탄산칼슘 제조장치의 슬래그 셀(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상부의 단면이 하부의 단면보다 큰 원뿔 혹은 콘 형상으로 형성될 수 있다.

이러한 콘 형상의 구조를 통하여 하부로 밀집되는 슬래그(S)의 밀도가 증가하고, 슬래그(S)로부터 추출된 칼슘이 역삼투막을 통하여 제1 반응조(120)로 유출되는 효율이 증가할 수 있다.

슬래그 셀(110)은 복수개로 형성되어, 각 슬래그 셀(110)마다 유입되는 슬래그(S)의 양 및 종류를 달리하여 추출효율을 비교하고 반응 후 슬래그(S) 회수를 용이하게 할 수 있다.

탄산칼슘제조부(200)에는 전달부(300)를 통하여 칼슘추출부(100)로부터 전달된 칼슘이 함유된 용액으로부터 탄산칼슘이 제조될 수 있도록 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입부(210)를 포함할 수 있다.

또한, 탄산칼슘제조부(200)에는 이산화탄소의 농도를 측정하여, 탄산칼슘제조부(200)에 주입되는 이산화탄소의 농도를 조절할 수 있는 이산화탄소 센서부(미도시)를 더 포함할 수도 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

S: 슬래그
10: 반응조
100: 칼슘추출부
110: 슬래그 셀
120: 제1 반응조
200: 탄산칼슘제조부
210: 이산화탄소 주입부
300: 전달부
310: 노즐
400: 칼슘 센서부

Claims

상부에는 슬래그가 유기 용매와 반응하여 칼슘이 추출되는 칼슘추출부가 형성되고, 하부에는 상기 상부에서 추출된 상기 칼슘이 이산화탄소(CO₂)와 반응하여 탄산칼슘(CaCO₃)이 제조되는 탄산칼슘제조부가 형성되는 반응조; 및
상기 칼슘추출부 및 상기 탄산칼슘제조부 사이에 형성되고, 상기 칼슘추출부에서 추출된 칼슘이 포함된 용액을 포집하여 상기 탄산칼슘제조부로 전달하는 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 칼슘추출부는,
상기 슬래그가 충진되는 역삼투막으로 이루어진 슬래그 셀; 및
상기 슬래그 셀에서 추출된 칼슘이 상기 역삼투막을 통하여 유출되는 제1 반응조를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.
제2항에 있어서,
상기 슬래그 셀은 상부의 단면이 하부의 단면보다 큰 콘(cone) 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.
제3항에 있어서,
상기 슬래그 셀은 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 칼슘추출부에 설치되어, 상기 칼슘추출부의 칼슘 농도를 측정하는 칼슘 센서부를 더 포함하는 탄산칼슘 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 전달부는 상기 칼슘이 포함된 용액을 상기 탄산칼슘제조부에 분사하는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 탄산칼슘제조부는,
상기 전달부를 통하여 전달된 칼슘이 포함된 용액으로부터 탄산칼슘이 제조될 수 있도록 이산화탄소를 주입하는 이산화탄소 주입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산칼슘 제조장치.