KR101396717B1 - 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법 - Google Patents

해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명의 이산화탄소 해양격리방법은, 산업 알칼리성 폐기물에 흔히 포함된 산화칼슘을 이용하여 중화하는 방법을 이용하여 고농도의 중탄산 이온 상태로 변환하여 통기(aeration)과정을 통하여 대기와의 접촉에도 안정적으로 중탄산 이온을 함유하는 용출수를 만들어 비교적 얕은 수심의 해양에 방류하여 격리하는 방법이다.
본 발명에 따르면, 이산화탄소 해양격리를 산업 알칼리성 폐기물을 이용함으로써 비교적 저비용으로 달성할 수 있으며, 해양산성화 등 환경 악영향을 최소화하면서 장기간 격리가 가능한 친환경 이산화탄소 저장법이다. 이를 통해 이산화탄소 배출 규제에 적극적으로 대응함과 동시에 향후 탄소배출권 확보에 따른 경제적 효과 또한 달성될 수 있다.

Description

해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법{CARBON DIOXIDE CONCENTRATION REACTOR USING MAGNESIUM ION IN SEAWATER AND CARBON DIOXIDE MARINE ISOLATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 화력발전소, 제철소, 시멘트 제조 공장 등과 같이 석탄회, 제철 슬래그, 시멘트 제조 잔여물 등의 알칼리성 폐기물 및 대량의 이산화탄소를 동시에 발생시키는 플랜트에서 적용이 용이한 것으로, 알칼리성 폐기물을 이용하여 이산화탄소를 해양에 처리 또는 격리하기 위한, 더욱 상세하게는 폐기물 중의 산화칼슘과 해수를 이용한 이산화탄소 중화반응을 통하여 일반 해수보다 수십 배 높은 농도의 중탄산 이온을 함유하는 해수로 변환하여 해양에 방류하여 장기간 이산화탄소 저감에 기여하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법에 관한 것이다.
대표적 온실가스인 이산화탄소의 배출량을 감축하기 위하여 에너지 절감, 고효율 발전기술, 신재생 에너지 기술, 인공 조림 또는 생물학적 처리 기술 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 그러나 산업 기반을 유지하고 지속적으로 발전시켜야 하는 현실에서 단기간 내에 많은 양의 이산화탄소 배출을 저감할 수 있는 기술은 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture and Storage (Sequestration))이라고 할 수 있다. CCS 기술은 포집 기술과 저장 기술로 구분할 수 있다.
포집 기술은 연소 전 포집 기술, 순산소 연소기술, 연소 후 포집 기술로 이루어진다. 연소 전 포집 기술은 탄소가 포함된 연료를 적절한 반응(개질 반응 및 수성가스 전환반응 등)을 이용하여 이산화탄소와 수소 연료로 변환한 후, 이산화탄소를 포집 및 제거하여 연소시킴으로써 반응 생성물에 이산화탄소가 원천적으로 발생하지 않도록 하는 기술이다.
순산소 연소기술은 연료의 산화제로 공기를 사용하지 않고 질소가 제거된 산소만을 이용함으로써 절대적인 배기가스의 양이 감소되며 배기가스 조성이 이산화탄소와 물만 존재하므로 이산화탄소의 분리 및 제거가 용이하다.
연소 후 포집 기술은 연소 후 배기가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 기술로서 기존 발생원에 적용하기에 가장 용이하다는 장점이 있다.
분리 방법에 따라 적절한 용매(대표적으로 아민계 흡수제)를 이용하는 방법과 분리막을 이용하는 방법, 그리고 고체입자의 이산화탄소 흡착 및 탈착을 이용하는 방법이 있다.
이와 같은 기술을 이용하여 포집된 이산화탄소는 적절한 방법을 이용하여 저장해야 한다. 현재 육상 또는 해저 지중 저장 방법이 주로 검토되고 있다. 이 방법은 이산화탄소를 초임계 상태로 유전, 가스전 또는 염수층 등의 지중 공간에 주입한 후 열적, 수리학적, 역학적, 화학적 거동을 거쳐 격리 및 저장하게 된다. 그러나 지중 저장이 가능한 공간의 한계, 초임계 상태의 이산화탄소를 저장하기 때문에 높은 압력으로 인한 누출에 의해 대기 또는 해수로의 재방출 가능성이 있다. 해수 중으로 이산화탄소가 누출될 경우, 해양 산성화에 의해 해양 생태계에 악영향을 미칠 수 있다.
또 다른 다량의 이산화탄소 격리 및 저장 방법은 해양 저장이다. 해양 저장 방법은 1,000 m 이상의 깊이에 이산화탄소를 직접 주입하여 해수에 용해시키는 방법, 3,000 m 이상의 해저 고립된 공간에 압축장치로 액화시켜 얻어진 고밀도의 액체 이산화탄소를 주입하는 방법이 있다. 그러나 이산화탄소를 직접 해양에 주입 및 저장할 경우, 해양 산성화에 의한 해양 생태계 영향 문제와 용해된 이산화탄소가 궁극적으로 대기와 평형을 이룸으로써 대기 중으로 재방출될 가능성이 있기 때문에 영구적인 격리 및 저장 방법이 아니라는 문제가 제기되고 있으며, 액체 이산화탄소 격리 방법은 해양 산성화뿐만 아니라 액화시키기 위한 설비 및 동력, 액체 이산화탄소를 액체 그대로 운송하기 위한 설비 및 동력이 필요하다는 단점이 있다.
지구온난화에 대처하기 위한 이산화탄소(CO2)저감기술 중 기술적 타당성을 인정받고 있는 것의 하나는 대량 발생원으로부터 이산화탄소를 포집하여 육상의 유전, 가스전, 해저의 고갈 유전, 가스전, 대수층 등에 저장하거나 해양 분사법 및 저류법 등을 통하여 심해에 저장하는 기술이다. 지중 저장은 저장 공간의 한계 및 이산화탄소 누출 문제가, 해양분사 및 저류 방법은 대기 재방출 가능성, pH 변화에 의한 생태계 영향 및 높은 처리 비용과 같은 단점을 가진다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 산업용 알칼리성 폐기물에 흔히 포함된 산화칼슘을 이용하여 중화하는 방법을 이용하여 고농도의 중탄산 이온 상태로 변환하여 비교적 얕은 수심에서 방류한 후 밀도차를 이용하여 심해에 안전하게 격리할 수 있는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법을 제공하는데 있다.
산화칼슘을 이용하여 고농도의 중탄산 이온을 함유한 해수로 만들기 위해서는 다음과 같은 과정의 반응을 거쳐야 한다.
CaO + H2O + Mg2 + → Mg(OH)2(↓) + Ca2 + (1)
Mg(OH)2 + CO2 → Mg2 + + HCO3 - (2)
산화칼슘이 해수에 투입되면 그 용해도가 수산화마그네슘보다 높아 해수 중 50 mM 정도 존재하는 마그네슘 이온이 반응하여 수산화마그네슘으로 침전하며, 이렇게 침전된 수산화마그네슘은 이산화탄소와 반응하는 순간 상당량 용해된다. 본 반응을 통해 생성되는 중탄산 이온(HCO3 -)은 수용액 상태에서 완충 용액으로 작용하여 pH 변화를 최소화할 수 있으며, 고농도의 중탄산 이온 함유 해수는 자연 해수보다 밀도가 높기 때문에 비교적 얕은 해수에 주입하면 별도의 에너지 소비 없이 밀도차를 이용하여 경제적으로 심해에 저장할 수 있어 장기간 격리가 용이하다.
그러나 방류된 위치가 표층과 같이 대기와 접촉하는 곳에서는 평형에 의해 이산화탄소가 대기 중으로 재방출 될 수 있으므로 해양으로 방류하기 전 대기 중 공기를 통기(aeration)시켜 해수 중 무기탄소 총량을 평형 상태로 만들어 방류하는 방법으로 이러한 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치는 해수에 산화칼슘(CaO) 또는 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물을 투입하여, 상기 산화칼슘이 상기 해수 중 존재하는 마그네슘 이온과 반응하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 형성하고 침전되도록 하며, 상기 수산화마그네슘의 침전 후 상기 해수의 상층액은 제거하고 상기 수산화마그네슘을 포함하는 상기 해수의 하층액과 이산화탄소를 반응시켜 자연 상태보다 상대적으로 높은 농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 농축해수로 변환한다.
상기 농축반응장치는 산화칼슘이 공급되는 공급부; 상기 해수가 공급되는 해수유입부; 상기 산화칼슘과 해수가 공급되어 상기 산화칼슘과 해수가 반응하도록 하는 다단계 반응조; 상기 다단계 반응조의 끝단에 설치되고, 상기 산화칼슘과 해수로부터 생성된 수산화마그네슘을 침전하는 침전조; 상기 침전조의 상단에 설치되고, 상기 해수 중 상기 산화칼슘과 반응하고 남은 해수를 배출하는 해수배출부; 상기 침전조의 하단에 설치되고, 상기 침전조에 이산화탄소 및 공기를 공급하여, 상기 이산화탄소와 수산화마그네슘이 반응하여 중탄산 이온을 형성하도록 하는 가스유입부; 및, 상기 침전조에 설치되고, 상기 중탄산 이온을 포함하는 농축해수를 배출하는 농축해수배출부를 포함한다.
상기 다단계 반응조 중 각 반응조의 전단과, 상기 침전조의 전단에는 격벽이 설치되어 상기 해수의 흐름이 하부로 유입되어 상부로 배출될 수 있다.
상기 다단계 반응조 중 각 반응조에는 교반장치가 설치되어 상기 산화칼슘과 해수의 반응을 촉진하며, 수산화마그네슘의 미립자가 가라앉지 않고 침전조까지 이동할 수 있도록 할 수 있다.
상기 침전조는 상기 이산화탄소를 분산하여 유입시키는 디퓨저; 및, 상기 이산화탄소와 침전된 수산화마그네슘의 반응을 촉진하는 교반장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 해양격리방법은 해수에 산화칼슘(CaO) 또는 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물을 투입하여, 상기 산화칼슘이 상기 해수 중 존재하는 마그네슘 이온과 반응하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 형성하고 침전되도록 하는 단계; 상기 수산화마그네슘의 침전 후 상기 해수의 상층액은 제거하고 상기 해수의 하층액과 이산화탄소를 반응시켜 자연 상태보다 상대적으로 높은 농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 농축해수를 형성하는 단계; 상기 농축해수를 대기와 통기(aeration)시켜 상기 해수 중 중탄산 이온이 대기와 접촉하여 변화하지 않고 안정적으로 존재하도록 하는 단계; 및 pH가 자연 해수와 같은 8.0~8.2 범위의 상기 농축해수를 해양에 방류하는 단계를 포함한다.
상기 해양 방류 단계는 상기 중탄산 이온을 포함하는 농축해수를 파이프 라인으로 직접 해양에 배출하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법은 주요 온실가스인 이산화탄소를 친환경적으로 장기간 격리할 수 있도록 한다. 특히 본 발명은 이산화탄소 최대 저장 공간으로 인식되는 해양에 대기로의 재방출, 해양 산성화 등의 단점을 최소화하면서 저장이 가능한 친환경 이산화탄소 저장법이며, 산업용 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물에 다량의 해수를 통과시켜 수산화마그네슘 침전물을 형성시키고, 이를 이산화탄소와 반응시킨 후 통기를 통하여 대기와 안정화시켜 자연해수보다 수십 배 높은 농도의 중탄산 이온 형태로 농축된 용출수를 구비하며, 이는 일반 해수에 비해 밀도가 높기 때문에 얕은 수심의 해양에 방류하여도 장기간 격리가 가능한 방법으로 기존의 해양격리방법에 비해 비교적 경제적이라 할 수 있다. 이를 통해 이산화탄소 배출 규제에 적극적으로 대응함과 동시에 향후 탄소 배출권 확보에 따른 경제적 효과 또한 달성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 산화칼슘과 해수가 반응하고 난 이후, 이산화탄소와의 반응 과정 및 반응 후 통기(aeration) 과정 중 pH 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 도면에서 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법이 도시되어 있다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물을 일정량 넣어 과량의 해수를 통과시킨 후 침전된 수산화마그네슘을 이용하여 이산화탄소를 농축시키는 반응시스템의 일례이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소 농축반응장치는 다단계 반응조(100)와 침전조(110)를 포함한다.
다단계 반응조(100)는 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물(120)과 해수유입라인(130)을 통하여 해수를 유입시킨 후 반응시켜 수산화마그네슘을 생성 및 침전시킨다.
일례로 다단계 반응조(100)에서는 해수가 가득 채워져 일정한 유량으로 흐르며, 투입된 알칼리성 폐기물(120)에 존재하는 산화칼슘과 해수 중에 약 50 mM 농도로 존재하는 마그네슘 이온이 다음과 같이 반응하여, 수산화 마그네슘을 생성 및 침전시킨다. 즉, 산화칼슘과 수산화마그네슘의 용해도 차이로 인하여 수산화마그네슘의 침전 결과를 얻게 된다. 여기서, 산화칼슘은 알칼리성 폐기물뿐만 아니라 기타 다양한 재료로부터 얻을 수 있으며, 본 발명에서 이를 한정하지 않는다. 심지어, 산화칼슘이 직접 해수에 공급될 수도 있다.
CaO + H2O + Mg2 + → Mg(OH)2(↓) + Ca2 +
각 반응조(100)에는 산화칼슘과 해수의 반응을 보다 용이하게 하기 위해서 물리적 교반장치(140)가 더 설치될 수 있고, 이에 따라 각 단계의 반응조(100)에서 산화칼슘과 해수의 반응이 활발하게 일어난다. 이때 고체로 생성되는 수산화마그네슘은 그 입자가 나노 단위로 매우 작아 교반이 일어나는 반응조(100)에서는 침전되지 않고 다음 단계의 반응조(100)로 넘어가게 된다.
그러나 산화칼슘 외에 알칼리성 폐기물(120)에 포함된 기타의 물질들은 다단계 반응조(100)를 지나며 바닥에 침전되어 일부 물질을 걸러주는 효과를 가진다.
도 1에서는 다단계 반응조를 3개로 도시하였으나 투입되는 알칼리성 폐기물(120)의 양이나 침전 상태 등을 고려하여 다단계 반응조(100)의 각 반응조 크기 또는 형태, 그리고 수를 조정할 수 있다. 알칼리성 폐기물(120)의 투입량에 따라서 유입되는 해수(130)의 총 유량을 조정할 수 있으며, 반응 상태에 따라 그 유속 또한 조정할 수 있다. 이렇게 유입된 해수(120)는 다단계 반응조(100)를 따라 흐르며 최종적으로는 유입될 당시보다 많은 양의 칼슘이온을 포함한 채 해수 배출부(131)를 통하여 배수(overflow)된다. 즉, 해수 중 상층액이 배수된다.
더불어, 상기 다단계 반응조(100) 중 각 반응조의 전단과, 하기할 침전조(110)의 전단에는 수직 방향으로 격벽(101)이 설치되어 상기 해수의 흐름이 하부 방향으로 유입되어 상부 방향으로 배출될 수 있도록 되어 있다. 이에 따라 해수는 다단계 반응조(100) 및 침전조(110)에 최대한 많은 시간동안 계류함으로써, 최대한 많은 수산화마그네슘이 얻어진다.
침전조(110)는 상기 다단계 반응조(100)의 끝단에 설치되어 있다. 따라서, 해수가 다단계 반응조(100)를 모두 거치면 결국 침전조(110)에 유입된다. 침전조(110)에서는 생성된 수산화마그네슘이 침전된 수산화마그네슘(121)으로 존재하도록 한다. 이때, 이러한 침전된 수산화마그네슘(121)이 생성되는 동안 침전조 교반장치(150)는 운행되지 않도록 한다. 즉, 침전조(110)에도 교반장치(150)가 설치되는데, 일정량 이상의 침전된 수산화마그네슘(121)이 얻어지기 전까지 교반장치(150)는 동작하지 않는다.
다시 설명하면, 투입된 알칼리성 폐기물(120)에 포함된 산화칼슘이 충분히 수산화마그네슘으로 변환되면 해수의 유입(130)을 중단하고, 침전조(110)에서 수산화마그네슘이 충분히 침전되도록 한다.
이후, 고농도의 이산화탄소 또는 이산화탄소가 포함된 배기가스를 가스유입라인(160)을 통하여 디퓨저(161)로 공급하고, 다시 디퓨저(161)를 통해 배기가스의 방울 크기를 작게 하여 침전조(110)로 유입시킨다. 여기서, 가스유입라인(160) 및 디퓨저(161)는 상기 침전조(110)의 하부에 설치된다. 즉, 상기 디퓨저(161)는 대략 침전조(110) 중 해수의 하층액에 위치된다.
이때 침전조의 교반장치(150)를 운행하여 반응을 용이하도록 한다. 즉, 침전조(110)에 침전된 수산화마그네슘(121)과 이산화탄소는 다음과 같은 반응이 일어나며 해수 중 중탄산 이온을 과량 존재하게 만든다.
Mg(OH)2 + CO2 → Mg2 + + HCO3 -
이때의 pH는 수산화마그네슘의 pH 조절량보다 이산화탄소가 과량 용해되어 7.4 이하로 떨어지지만, 이산화탄소와의 반응을 모두 끝낸 후 가스유입라인(160)과 디퓨저(161)를 통하여 대기와 통기(aeration)시키면 중탄산 이온을 평형상태로 함과 동시에 pH도 8.0 이상으로 회복된다.
한편, 침전조(110)의 하부, 즉, 해수 배출부(131)와 이산화탄소/공기 유입라인(160)의 사이에는 최종 해수 배출부(132)가 설치되어 있으며, 이를 통하여 상술한 중탄산 이온을 포함하는 농축해수가 해양으로 배출된다. 즉, 중탄산 이온을 포함하는 농축해수를 파이프 라인으로 직접 해양에 배출한다.
도 2는 알칼리성 폐기물(120)에 포함된 산화칼슘과 해수가 반응하고 난후, 이산화탄소와의 반응과정 및 반응 후 통기(aeration)과정 중 pH의 변화를 도시한 것이다. 여기서, X축은 시간이고, Y축은 pH이다.
해수 중 총 무기탄소의 농도는 산화칼슘과 해수가 반응하는 중에는 약 2 mM, 이산화탄소 반응 중에는 약 200 mM, 통기(aeration) 후에는 약 120 mM의 값으로 변화한다. 탄산염 종의 농도비에 영향을 미치는 주요 요소는 pH이나 최종 반응 해수의 pH는 약 8.0 ~ 8.2 범위에 존재하고 이 범위 내에서는 HCO3 - 이온이 총 탄산염 농도의 95 % 이상 차지하므로 해수 중에 방류하는 경우에도 안정하다 할 수 있다. 그리고 최종적으로 통기 과정을 통하여 해수 표면의 대기 및 해수 중의 접촉에 의해서 CO2 재방출을 최소화 할 수 있다. 이 때 중탄산 이온의 함유량이 자연해수보다 약 60배 이상 높음을 확인하였다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치 및 이를 이용한 이산화탄소 해양격리방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 다단계 반응조 110: 침전조
120: 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물
121: 침전된 수산화마그네슘 130: 해수유입라인
131: 해수배출라인 132: 최종 농축 해수 배출라인
140: 다단계 반응조의 단위 교반장치 150: 침전조의 교반장치
160: 이산화탄소/공기 유입라인 161: 디퓨저

Claims (7)

  1. 해수에 산화칼슘(CaO) 또는 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물을 투입하여, 상기 산화칼슘이 상기 해수 중 존재하는 마그네슘 이온과 반응하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 형성하고 침전되도록 하며, 상기 수산화마그네슘의 침전 후 상기 해수의 상층액은 제거하고 상기 수산화마그네슘을 포함하는 상기 해수의 하층액과 이산화탄소를 반응시켜 자연 상태보다 상대적으로 높은 농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 농축해수로 변환함을 포함하고,
    상기 농축해수를 대기와 통기(aeration)시켜 상기 해수 중 중탄산 이온이 상기 대기와 접촉하여 변화하지 않고 안정적으로 존재하도록 함을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 농축반응장치는
    산화칼슘 또는 산화칼슘이 포함된 알칼리성 폐기물이 공급되는 공급부;
    상기 해수가 공급되는 해수유입부;
    상기 산화칼슘과 해수가 공급되어 상기 산화칼슘과 해수가 반응하도록 하는 다단계 반응조;
    상기 다단계 반응조의 끝단에 설치되고, 상기 산화칼슘과 해수로부터 생성된 수산화마그네슘을 침전하는 침전조;
    상기 침전조의 상단에 설치되고, 상기 해수 중 상기 산화칼슘과 반응하고 남은 해수를 배출하는 해수배출부;
    상기 침전조의 하단에 설치되고, 상기 침전조에 이산화탄소 및 공기를 공급하여, 상기 이산화탄소와 수산화마그네슘이 반응하여 중탄산 이온을 형성하도록 하는 가스유입부; 및,
    상기 침전조에 설치되고, 상기 중탄산 이온을 포함하는 농축해수를 배출하는 농축해수배출부를 포함함을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다단계 반응조 중 각 반응조의 전단과, 상기 침전조의 전단에는 격벽이 설치되어 상기 해수의 흐름이 바닥으로 유입되어 상부로 배출되는 것을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 다단계 반응조 중 각 반응조에는 교반장치가 설치되어 상기 산화칼슘과 해수의 반응을 촉진하며, 수산화마그네슘의 미립자가 가라앉지 않고 침전조까지 이동할 수 있도록 함을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 침전조는 상기 이산화탄소를 분산하여 유입시키는 디퓨저; 및,
    상기 이산화탄소와 침전된 수산화마그네슘의 반응을 촉진하는 교반장치를 포함함을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 농축반응장치.
  6. 해수에 산화칼슘(CaO) 또는 산화칼슘을 포함하는 알칼리성 폐기물을 투입하여, 상기 산화칼슘이 상기 해수 중 존재하는 마그네슘 이온과 반응하여 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 형성하고 침전되도록 하는 단계;
    상기 수산화마그네슘의 침전 후 상기 해수의 상층액은 제거하고 상기 해수의 하층액과 이산화탄소를 반응시켜 자연 상태보다 상대적으로 높은 농도의 중탄산 이온(HCO3 -)을 포함하는 농축해수를 형성하는 단계;
    상기 농축해수를 대기와 통기(aeration)시켜 상기 해수 중 중탄산 이온이 상기 대기와 접촉하여 변화하지 않고 안정적으로 존재하도록 하는 단계; 및
    pH가 자연 해수와 같은 8.0~8.2 범위의 상기 농축해수를 해양에 방류하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 해양격리방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 해양 방류 단계는 상기 중탄산 이온을 포함하는 농축해수를 파이프 라인으로 직접 해양에 배출하여 이루어짐을 특징으로 하는 해수 중 마그네슘 이온을 이용한 이산화탄소 해양격리방법.
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