KR101686574B1 - Carbon dioxide capture system using a Alcohol converting apparatus - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a carbon dioxide capturing system using an alcohol conversion apparatus, which can capture carbon dioxide by using a method different from conventional methods. A carbon dioxide capturing system using an alcohol conversion apparatus according to an embodiment of the present invention comprises: a pretreatment part which removes nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) from flue gas; a cooling chamber which is formed to include a first coolant so as to cool the flue gas, discharged from the pretreatment part, to a preset temperature or lower; a tank which dissolves carbon dioxide by cooling the flue gas discharged from the cooling chamber until a preset dissolution condition is reached; a conversion chamber which includes a lighting means configured to convert the dissolved carbon dioxide into methanol by radiating light onto a filled photocatalyst part when water in which the carbon dioxide has been dissolved is introduced; a treatment part which includes a filter unit and a distillation and cooling part so as to separately collect the photocatalyst and methanol when the converted liquid is introduced from the conversion chamber; and an elimination unit which includes activated carbon so as to purify the converted liquid from which the methanol has been collected, and which is formed to return the purified, converted liquid to the tank. The tank includes a branch part configured to move a part of the flue gas, primarily cooled via the cooling chamber, to the tank accommodating a second coolant to the extent that satisfies the preset dissolution condition and to store the remainder of the flue gas in a storage unit and then move the remainder to the tank when the dissolution condition is satisfied.

Description

알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템{Carbon dioxide capture system using a Alcohol converting apparatus}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a carbon dioxide capture system using an alcohol conversion apparatus,

본 발명의 일실시예들은 이산화탄소를 알코올로 전환하는 장치를 이용하여 이산화탄소를 포집하는 시스템에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a system for collecting carbon dioxide using an apparatus for converting carbon dioxide to alcohol.

이산화탄소는 현 문명 세계를 유지하는 온실 역할을 수행하여 왔다. 그러나 인구 증가와 산업발전에 따른 에너지 소비의 급증은 유례없는 이산화탄소의 증가를 가져와 대기 중 이산화탄소 농도가 400 ppm를 넘어설 것으로 보고 있다. 이는 지구온난화 현상을 가져와 빙하 감소와 해수면 증가, 그리고 폭우 또는 가뭄 등 다양한 대형 자연재해가 일어나고 있으며 이는 평형점을 찾기 위한 현상으로 보고 있다. 그러나 임계점을 넘어서는 현상이 일어나면 다시 되돌리기는 불가능한 상황이 될것이다. 이는 북극 빙하의 감소는 점차 가속되어가고 있는 것으로 확인할 수 있다.Carbon dioxide has served as a greenhouse to maintain the current civilized world. However, the surge in energy consumption due to population growth and industrial development is expected to lead to an unprecedented increase in carbon dioxide, which will exceed the atmospheric carbon dioxide concentration of 400 ppm. This is caused by global warming, glacier shrinkage, sea level rise, and severe natural disasters such as heavy rains or droughts. This is a phenomenon to find equilibrium points. However, if the phenomenon exceeds the critical point, it will be impossible to reverse it again. This suggests that the decline of Arctic ice is accelerating.

유럽 연합 등 세계는 이산화탄소 농도를 500 ppm에서 안정시키고자 노력하고 있다. 이산화탄소를 저감하는 방법으로 에너지 효율화, 대체 에너지 개발 등 다방면의 노력을 경주하여 왔으나 이산화탄소의 증가는 계속되고 있다. 이는 신흥국의 발전과 인구의 증가에 따라서 에너지의 소비는 계속 증가되고 있기 때문이다. 에너지 소비 증가에 따라서 화석 연료의 사용은 향후 몇 십 년 아닌 그 이상 사용될 것으로 보이고 있다.The world, including the European Union, is trying to stabilize the CO2 concentration at 500 ppm. We have been making various efforts such as energy efficiency and alternative energy development by reducing carbon dioxide, but the increase of carbon dioxide is continuing. This is because the consumption of energy continues to increase with the development of the emerging countries and the population increase. With increasing energy consumption, the use of fossil fuels is expected to be used for more than the next few decades.

이는 태양전지, 풍력 등 신재생에너지로 화석 연료를 대체 할 수 없기 때문이다. 이는 이들 신재생에너지가 에너지 삼화음(三和音, 밀도, 저장, 이송) 측면에서 기존 화석 연료를 대체할 수 없기 때문이다. 따라서 발생되는 이산화탄소에 대한 사후 처리 기술이 필요로 하고 있으나 효과적인 방법이 제시되지 못하고 있다. 많은 환경론자들의 문제제기에도 불구하고 저장 기술이 가장 현실적인 사후기술로 보아 이들 처리 기술의 청정개발체제(clean development mechanism, CDM)사업을 인정하기에 이르고 있으나 저장 장소 제한 및 선정에 어려움이 있을 것으로 예견되고 있다. 탄소의 처리 기술은 자연계 이산화탄소 순환을 통해 탄소 사이클을 통하여 탄소(이산화탄소)를 처리하는 것이 보다 효과적이라 생각한다.This is because it can not replace fossil fuels with renewable energy such as solar cells and wind power. This is because these renewable energies can not replace existing fossil fuels in terms of energy triple sounds (density, storage, transport). Therefore, the post-treatment technology for the generated carbon dioxide is needed, but an effective method has not been proposed. In spite of many environmentalists' problems, storage technology has been recognized as the most realistic post-production technology, and it has been recognized that the clean development mechanism (CDM) project of these processing technologies is recognized. . The treatment of carbon is thought to be more effective in treating carbon (carbon dioxide) through the carbon cycle through the natural CO2 cycle.

국제 기후 변화 협약 가입에 따른 온실가스 저감 목표 할당제와 이에 따른 벌금 등 강제적인 요소가 도입되면서 최근 들어 전 세계적으로 녹색기술 산업에 대한 관심이 고조되고 이를 실현하기 위한 연구개발이 활발히 수행되고 있다. 지금까지 산업공정에서 대량 배출되는 대표적 온실가스인 이산화탄소를 모아 폐기물처럼 지하나 해저에 매립/저장하는 CCS에 주로 초점을 맞추어 연구가 진행되어 왔으나, 최근 들어 이 이산화탄소를 자원화하는 CCU 기술과 관련한 연구가 새로운 관심을 받고 있다. With the introduction of mandatory greenhouse gas emission reduction quotas through enforcement of the UNFCCC and penalties such as fines, interest in the green technology industry has been increasing worldwide and research and development has been actively carried out to realize this. Research has been focused mainly on CCS, which collects carbon dioxide, which is a representative greenhouse gas emitted in large quantities in industrial processes, as waste and reclaims it on the seabed. However, recent studies on CCU technology for recycling carbon dioxide I am getting new interest.

CCU 기술은 이산화탄소를 단순히 버려지는 물질이 아닌 유용한 자원으로 활용하여 부가가치가 높은 다른 탄소화합물(value-added chemicals)로 전환하는 연구로써, 온실가스의 감축을 통해 환경 문제를 해결함과 동시에, 대기 중에 풍부하게 존재하는 이산화탄소를 탄소원으로 사용하고 또한 사용 후에는 다시 이산화탄소의 형태로 대기 중으로 배출되므로 지속가능한 탄소원의 재활용이란 측면에서도 그 의미를 찾을 수 있다. 아울러 전환 후 고부가가치 탄소화합물의 생성에 따른 추가적인 이익까지도 기대할 수 있기 때문에 그 가능성이 서서히 인정되고 있는 추세이다.CCU technology uses carbon dioxide as a useful resource rather than simply a dumped substance and converts it into value-added chemicals with high added value. It solves environmental problems through reduction of greenhouse gases, The abundance of carbon dioxide is used as a carbon source and, after use, it is discharged into the atmosphere in the form of carbon dioxide again, meaning that it can be found in terms of recycling of a sustainable carbon source. In addition, since the addition of high-value-added carbon compounds after conversion is expected to generate additional profits, the possibility is gradually being recognized.

따라서, 이산화탄소를 포집할 뿐만 아니라 이를 재활용하여 연료 등으로 사용할 수 있는 보다 효율적인 이산화탄소 포집 및 재활용 기술(Carbon capture and utilization)이 고려될 수 있다.Therefore, more efficient carbon capture and utilization technology can be considered, which not only captures carbon dioxide but also can be recycled and used as fuel.

한국공개특허 제2015-0010914호 (2015.01.29)Korean Patent Publication No. 2015-0010914 (Jan. 29, 2015)

본 발명의 목적은 기존과는 다른 방법으로 이산화탄소를 포집할 수 있는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템을 제공하기 위한 것이다. An object of the present invention is to provide a carbon dioxide capture system having an alcohol conversion device capable of capturing carbon dioxide by a method other than the conventional method.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템은, 배가스로부터 배가스에서 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 제거하는 전처리부와, 상기 전처리부에서 배출된 배가스를 기설정된 온도이하로 냉각시키도록 제1 냉각수를 구비하여 형성되는 냉각챔버와, 상기 냉각챔버로부터 배출된 배가스를 기설정된 용해조건에 다다를 때까지 냉각시켜 이산화탄소를 용해시키는 탱크와, 상기 이산화탄소가 용해된 용해수가 유입되면 충전된 광촉매부에 빛을 조사하여 용해된 이산화탄소를 메탄올로 전환시키도록 조명수단을 구비하는 전환챔버와, 상기 전환챔버로부터 전환액이 유입되면, 광촉매와 메탄올을 분리하여 회수하도록 필터부와 증류 및 냉각부를 구비하여 형성되는 처리부 및 상기 메탄올이 회수된 상기 전환액을 정재시키도록 활성탄이 포함되는 제거부를 구비하고, 상기 정재된 전환액을 상기 탱크로 재유입시키도록 형성되는 제거부를 포함하고, 상기 탱크는 상기 냉각챔버를 통해 1차 냉각된 배가스 중 일부를 기설정된 용해 조건을 만족하는 범위까지 제2 냉각수가 수용된 상기 탱크로 이동시키고, 나머지 배가스는 저장부에 저장 후 상기 용해 조건을 만족할 때 상기 탱크로 이동시키도록 형성되는 분기부를 구비한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described, a carbon dioxide capture system having an alcohol conversion device according to an embodiment of the present invention includes a pretreatment unit for removing NOx and sulfur oxides from an exhaust gas from an exhaust gas, A cooling chamber formed with a first cooling water for cooling the exhaust gas discharged from the pre-processing unit to a predetermined temperature or lower; and a cooling chamber for cooling the exhaust gas discharged from the cooling chamber until a preset dissolution condition is reached, A conversion chamber having a tank for dissolving carbon dioxide and lighting means for converting dissolved carbon dioxide into methanol by irradiating light to the photocatalyst portion charged when the dissolved water in which the carbon dioxide is dissolved is introduced; , A filter portion and a distillation and cooling portion for separating and recovering the photocatalyst and methanol And a removal section including activated carbon so as to stabilize the conversion liquid from which the methanol is recovered, and a removal section formed to re-flow the stabilized conversion liquid into the tank, wherein the tank is provided with the cooling chamber A portion of the first cooled flue gas is transferred to the tank containing the second cooling water to a range satisfying a predetermined dissolution condition and the remaining flue gas is stored in the storage portion and is formed to move to the tank when the dissolution condition is satisfied As shown in Fig.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 저장부는 상기 제1 냉각수에 의해 잠기도록 배치될 수 있다.According to an example of the present invention, the storage unit may be arranged to be locked by the first cooling water.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 용해조건은 1.5MPa 내지 3.5MPa의 압력과 2 ~ 5℃의 온도가 될 수 있다.According to one example of the present invention, the dissolution conditions may be a pressure of 1.5 MPa to 3.5 MPa and a temperature of 2 to 5 占 폚.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 냉각수는 수산화나트륨을 더 포함하고, 상기 전환챔버로 유입되는 상기 용해수는 프로판올(propanol), Na2S 및 Na2SO3로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the second cooling water further comprises sodium hydroxide, and the dissolving water introduced into the conversion chamber is at least one member selected from the group consisting of propanol, Na 2 S and Na 2 SO 3 And an alcohol conversion device comprising the alcohol conversion device.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 광촉매부는 CUO, 활성탄 및 TiO2 를 기설정된 비율로 포함할 수 있다.According to one example of the present invention, the photocatalyst unit comprises CUO, activated carbon and TiO 2 In a predetermined ratio.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템은 배가스로부터 나오는 이산화탄소를 메탄올로 전환시켜 에너지를 재활용할 수 있다.The carbon dioxide capture system having the alcohol conversion apparatus according to at least one embodiment of the present invention configured as described above can convert energy from carbon dioxide to methanol in the exhaust gas.

또한, 이산화탄소의 흡수율이 높아, 화력발전소, 제철공장, 시멘트공장 또는 산업공장의 보일러에서 배출되는 연도가스에 함유된 이산화탄소를 포집하는 공정에 널리 이용될 수 있으며, 환경보호에 이바지할 수 있다.Also, since the absorption rate of carbon dioxide is high, it can be widely used in a process of collecting carbon dioxide contained in flue gas discharged from a boiler of a thermal power plant, a steel factory, a cement factory, or an industrial plant, and can contribute to environmental protection.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 메탄올 전환시스템을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템의 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 광촉매 반응과정을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 메탄올 생성과정을 도시한 도면.
1 is a conceptual diagram showing a methanol conversion system according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of a carbon dioxide capture system having an alcohol conversion device according to an embodiment of the present invention;
3 is a view illustrating a photocatalytic reaction process according to an embodiment of the present invention.
4 is a view illustrating a process of methanol generation according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Hereinafter, a carbon dioxide capture system having an alcohol conversion device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 알코올 전환시스템(100)을 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing an alcohol conversion system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 알코올 전환시스템(100)은 전처리부(120), 냉각챔버(130), 탱크(140), 전환챔버(150), 처리부(160), 메탄올 저장부(170) 및 제거부(180)를 포함한다. 1, the alcohol conversion system 100 includes a pretreatment unit 120, a cooling chamber 130, a tank 140, a conversion chamber 150, a processing unit 160, a methanol storage unit 170, (180).

전처리부(120)는 배출원(110)으로부터 연소 후에 나오는 배가스에서 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 제거한다. 배가스는 CO2 외에 1차 미세먼지와 2차 미세먼지가 혼합되어 있는데, 이러한 미세먼지들은 1차 냉각 및 2차 냉각이 수행되는 냉각 챔버와 탱크(140)에서 제거된다. 여기서 배가스는 화력발전소, 제철공장, 시멘트공장 또는 산업공장의 보일러에서 배출되는 연도가스가 될 수 있다.The pretreatment unit 120 removes nitric oxide (NOx) and sulfur oxides (SOx) from the exhaust gas from the exhaust source 110 after combustion. The exhaust gas is mixed with primary fine dust and secondary fine dust in addition to CO 2 , and these fine dusts are removed from the cooling chamber and the tank 140 in which the primary cooling and the secondary cooling are performed. Here, the flue gas may be flue gas discharged from a boiler of a thermal power plant, a steel plant, a cement plant, or an industrial plant.

전처리부(120)를 통해 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 제거된 배가스는 냉각챔버(130)로 이동한다. 냉각챔버(130)는 제1 냉각수를 이용하여 내부의 온도를 일정 수준 이하로 유지한다. 냉각챔버(130)는 배가스를 60℃ 이하가 되도록 하는데, 배가스 중 이산화탄소는 이 과정에서 거의 용해되지 않는다.The exhaust gas from which NOx and sulfur oxides (SOx) have been removed through the pretreatment unit 120 moves to the cooling chamber 130. The cooling chamber 130 uses the first cooling water to keep the internal temperature below a certain level. The cooling chamber 130 allows the flue-gas to be below 60 ° C, and carbon dioxide in the flue-gas is hardly dissolved during this process.

냉각챔버(130)로부터 냉각된 배가스는 분기부(131)를 통해서 각각 탱크(140)와 저장부(141)로 이동한다. 탱크(140)에 먼저 배가스가 유입되는데, 배가스의 유입으로 인하여 용해 조건을 만족하지 못하면 배가스가 탱크(140)로 유입되는 것이 차단되고, 저장부(141)에 배가스가 저장된다. 저장부(141)는 배가스로부터 미세먼지를 제거하기 위하여 필터를 구비한다. 또한, 저장부(141)는 냉각챔버(130)의 제1 냉각수에 의해 잠기도록 배치된다. 이로 인해, 저장부(141)에 저장되는 배가스의 온도를 좀 더 낮출 수 있다. 즉, 배가스가 저장부(141)에 저장됨으로써, 저장부(141)에서 탱크(140)로 배가스가 유입될 때, 용해조건을 넘지 않는 범위에서 탱크(140)로 유입되는 배가스의 양을 증가시킬 수 있다. The exhaust gas cooled from the cooling chamber 130 is transferred to the tank 140 and the storage portion 141 via the branch portion 131, respectively. The exhaust gas is first introduced into the tank 140. If the dissolution conditions are not satisfied due to the inflow of the exhaust gas, the exhaust gas is prevented from flowing into the tank 140, and the exhaust gas is stored in the storage unit 141. [ The storage unit 141 has a filter for removing fine dust from the exhaust gas. Further, the storage part 141 is arranged to be locked by the first cooling water of the cooling chamber 130. [ Thus, the temperature of the exhaust gas stored in the storage unit 141 can be further lowered. That is, since the flue gas is stored in the storage unit 141, when the flue gas flows into the tank 140 from the storage unit 141, the amount of the flue gas flowing into the tank 140 is increased .

분기부(131)는 일 예로, 3-Way valve를 포함하여 형성될 수 있으며, 탱크(140) 내부의 용해조건을 감지하여 각각 배가스의 이동통로가 개폐될 수 있다.For example, the branching unit 131 may include a 3-way valve, and the passage of the flue gas may be opened or closed by sensing a dissolution condition in the tank 140.

탱크(140)는 제2 냉각수를 이용하여 배가스를 냉각시켜 이산화탄소를 용해시킨다. 이 때, 용해조건은 1.5MPa 내지 3.5MPa의 압력과 2 ~ 5℃의 온도이다. 탱크(140)는 상기 용해조건을 만족하도록 형성된다. 배가스의 유입으로 인해, 상기 용해조건 중 어느 하나를 벗어나면 배가스의 유입이 차단된다. 상기 조건에서 이산화탄소의 용해율은 약 70%에 이른다.The tank 140 uses the second cooling water to cool the flue gas to dissolve the carbon dioxide. At this time, the dissolution conditions are a pressure of 1.5 MPa to 3.5 MPa and a temperature of 2 to 5 캜. The tank 140 is formed so as to satisfy the above dissolution conditions. Due to the inflow of the flue gas, the inflow of the flue gas is blocked if any of the above-mentioned dissolution conditions is exceeded. Under the above conditions, the dissolution rate of carbon dioxide reaches about 70%.

이보다 높은 온도에서는 이산화탄소의 용해효율이 급격히 하락한다. 즉, 탱크(140) 내부의 온도가 5 ~ 7℃ 일 때, 이산화탄소의 용해율은 65% 이하이다. 또한, 이보다 낮은 온도에서는 소요전력이 높아 효율이 떨어진다. 그리고, -1℃에서 이산화탄소의 용해율은 70.35% 에 불과하다.At higher temperatures, the dissolution efficiency of carbon dioxide drops sharply. That is, when the temperature inside the tank 140 is 5 to 7 占 폚, the dissolution rate of carbon dioxide is 65% or less. Also, at lower temperatures, the required power is high and the efficiency is low. The dissolution rate of carbon dioxide at -1 DEG C is only 70.35%.

또한, 3.5MPa 이상의 압력을 갖도록 탱크(140)를 설계하는 경우에는 탱크(140)에 제조 및 유지에 많은 비용이 소요되며, 압력이 높더라도 이산화탄소의 용해율이 크게 상승하지는 않는다. 즉, 3.6MPa의 압력이더라도 동일한 온도 조건에서 이산화탄소의 용해율은 70.2%에 불과하다. 또한, 1.5MPa 보다 낮은 1.4MPa 에서 이산화탄소의 용해율은 67%로서 현저히 하락한다.Further, when the tank 140 is designed to have a pressure of 3.5 MPa or more, a large amount of cost is required for manufacturing and maintaining the tank 140, and the dissolution rate of the carbon dioxide does not greatly increase even if the pressure is high. That is, even at a pressure of 3.6 MPa, the dissolution rate of carbon dioxide is only 70.2% under the same temperature condition. Further, at 1.4 MPa, which is lower than 1.5 MPa, the dissolution rate of carbon dioxide is remarkably reduced to 67%.

제2 냉각수에 수산화나트륨을 첨가하면 이산화탄소의 메탄올 전환 효율이 보다 상승되었다. 수산화나트륨이 첨가되면 이산화탄소의 용해도가 증가되고, 첨가된 OH-가 전자공여체로 사용되어 전자-정공의 재결합 반응을 늦추기 때문이다.The addition of sodium hydroxide to the second cooling water further increased the methanol conversion efficiency of the carbon dioxide. When sodium hydroxide is added, the solubility of carbon dioxide is increased, and the added OH - is used as an electron donor to slow the recombination reaction of electron-hole.

배가스가 용해된 용해수는 전환챔버(150)로 유입된다. 전환챔버(150) 내부에는 광촉매부(151)가 충전되어 있다. 광촉매부(151)에 조명수단(152)을 이용하여 빛을 조사하면 용해수에 용해된 이산화탄소가 메탄올로 전환된다. 이 때, 조명수단은 가시광선을 발광하거나 자외선을 발광할 수 있다.The dissolved water in which the flue gas is dissolved flows into the conversion chamber 150. The inside of the switching chamber 150 is filled with a photocatalyst 151. When light is irradiated to the photocatalyst unit 151 using the illuminating unit 152, the carbon dioxide dissolved in the dissolving water is converted to methanol. At this time, the illuminating means can emit visible light or emit ultraviolet light.

광촉매부(151)는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 예로, 금속 또는 금속산화물을 조촉매로 하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 활성탄, 이산화티탄 및 산화구리를 포함시킨 상태에서 수열합성법, 졸-겔 법, 마이크로웨이브법, 초음파법등을 이용하여 복합체 형태로 제조할 수 있다. The photocatalyst portion 151 may be formed in various shapes. For example, metal or metal oxide may be used as a promoter. For example, it can be produced in a complex form by using hydrothermal synthesis method, sol-gel method, microwave method, ultrasonic method, etc. in the state of containing activated carbon, titanium dioxide and copper oxide.

즉, 광촉매는 TiO2, 활성탄-TiO2, 그래핀-TiO2 , CuO-활성탄-TiO2 , WO3-활성탄-TiO2 등이 사용될 수 있다. 이중에서 알코올 생성 효율(Vo/Vol)은 각각 1.5 이하, 1.5~2.7, 2.5~3.0, 4.0~4.5, 3.5~4.2로서, CuO-활성탄-TiO2를 광촉매로 사용하는 경우가 가장 생성효율이 높다. CuO 와 WO3 가 도핑된 TiO2 은 이산화탄소의 메탄올로의 전환효율을 상승시킨다. 또한 활성탄과 TiO2 가 결합되면 TiO2 만 사용하는 것보다 이산화탄소의 환원 효율을 상승시킨다.That is, the photocatalyst is TiO 2, activated carbon -TiO 2, graphene -TiO 2, activated carbon CuO- -TiO 2, WO 3 - and the like can be used active carbon -TiO 2. Among them, the production efficiency (Vo / Vol) is 1.5 or less, 1.5 to 2.7, 2.5 to 3.0, 4.0 to 4.5 or 3.5 to 4.2, respectively, and the production efficiency is highest when CuO-activated carbon-TiO 2 is used as a photocatalyst . TiO 2 doped with CuO and WO 3 increases the conversion efficiency of carbon dioxide to methanol. Also, activated carbon and TiO 2 Is combined TiO 2 The reduction efficiency of carbon dioxide is increased.

전환챔버(150)로 유입되는 용해수에 알콜계 전자공여체를 첨가할 수 있다. 일 예로, 프로판올(propanol)을 추가하면 빠른 물의 산화반응을 유도하여 이산화탄소의 환원 효율을 보다 상승시킬 수 있다. 또한, Na2S, Na2SO3로 이루어지는 군에서 적어도 하나 이상을 포함하여, 희생제(sacrificial agent)로 사용하거나, 스캐빈저(Scavenger)로 사용할 수있다.The alcohol-based electron donor may be added to the dissolving water introduced into the conversion chamber 150. [ For example, the addition of propanol can lead to a rapid oxidation of water, thereby increasing the reduction efficiency of carbon dioxide. Also, at least one of the group consisting of Na 2 S and Na 2 SO 3 may be used as a sacrificial agent or a scavenger.

전환이 이루어지게 되면, 메탄올은 기체 또는 액체 상태로 존재하게 된다. 전환액에 메탄올이 일부 포함되므로, 전환액과 전환가스를 처리부(160)로 이동시킨다. 처리부(160)는 필터부(161), 증류 및 냉각부(162)를 구비하는데, 필터부(161)를 이용하여 전환액에 포함된 광촉매를 회수한다. 그리고 증류 및 냉각부(162)를 이용하여 전환액에서 메탄올을 회수한다.When the conversion takes place, the methanol will be in a gaseous or liquid state. Since the conversion liquid contains a part of methanol, the conversion liquid and the conversion gas are transferred to the processing section 160. The processing unit 160 includes a filter unit 161 and a distillation and cooling unit 162. The filter unit 161 is used to recover the photocatalyst contained in the conversion liquid. The distillation and cooling unit 162 is used to recover methanol from the conversion liquid.

메탄올이 회수된 전환액은 활성탄을 구비하여 형성된 제거부(180)를 통해 정재시키게 된다. 정재된 전환액은 탱크(140)에 다시 유입된다.The conversion liquid from which the methanol is recovered is made to settle through the removal unit 180 formed with activated carbon. The stationary conversion liquid flows back into the tank 140.

이상, 알코올 전환시스템에서 메탄올에 대하여 상술하였으나, 알코올 전환시 에탄올이 생서되기도 하고, 전환챔버에서 기설정된 전환시간을 초과하는 경우 메탄올 중 일부가 에탄올로 변환되기도 한다. As described above in relation to methanol in the alcohol conversion system, ethanol may be produced when the alcohol is converted, and some of the methanol may be converted into ethanol when the conversion time exceeds the predetermined conversion time in the conversion chamber.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 관련된 알코올 전환시스템(100)을 이용한 이산화탄소 포집방법의 순서도이다.2 is a flowchart of a carbon dioxide capture method using an alcohol conversion system 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 알코올 전환시스템(100)을 이용한 이산화탄소 포집방법은 1차 냉각단계, 2차 냉각 및 용해단계, 메탄올 전환단계, 메탄올 회수단계 및 탱크(140) 재유입단계를 포함한다.Referring to FIG. 2, the carbon dioxide capture method using the alcohol conversion system 100 includes a first cooling step, a second cooling and dissolving step, a methanol conversion step, a methanol recovery step, and a tank re-inflow step.

1차 냉각단계The primary cooling step

1차 냉각단계에서는 전처리부(120)에서 유입되는 배가스를 60℃ 이하가 되도록 냉각시킨다. 전처리부(120)는 배출원으로부터 연소 후에 나오는 배가스에서 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 제거한다. 배가스는 CO2 외에 1차 미세먼지와 2차 미세먼지가 혼합되어 있는데, 이러한 미세먼지들은 1차 냉각 및 2차 냉각이 수행되는 냉각 챔버와 탱크(140)에서 제거된다. 전처리부(120)를 통해 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 제거된 배가스는 냉각챔버(130)로 이동한다. 냉각챔버(130)는 제1 냉각수를 이용하여 내부의 온도를 일정 수준 이하로 유지한다. 냉각챔버(130)는 배가스를 60℃ 이하가 되도록 하는데, 배가스 중 이산화탄소는 이 과정에서 거의 용해되지 않는다.In the first cooling step, the exhaust gas flowing in the pre-treatment unit 120 is cooled to 60 ° C or lower. The pretreatment unit 120 removes nitric oxide (NOx) and sulfur oxides (SOx) from the exhaust gas after combustion from the emission source. The exhaust gas is mixed with primary fine dust and secondary fine dust in addition to CO 2 , and these fine dusts are removed from the cooling chamber and the tank 140 in which the primary cooling and the secondary cooling are performed. The exhaust gas from which NOx and sulfur oxides (SOx) have been removed through the pretreatment unit 120 moves to the cooling chamber 130. The cooling chamber 130 uses the first cooling water to keep the internal temperature below a certain level. The cooling chamber 130 allows the flue-gas to be below 60 ° C, and carbon dioxide in the flue-gas is hardly dissolved during this process.

이와 같이, 1차 냉각단계에서는 배가스가 60℃ 이하가 되도록, 제1 냉각수가 구비된 냉각 챔버에 유입시켜 1차 냉각시킨다.Thus, in the first cooling step, the exhaust gas flows into the cooling chamber provided with the first cooling water so that the exhaust gas becomes 60 DEG C or less, and is first cooled.

2차 냉각 및 용해단계Secondary cooling and dissolution steps

2차 냉각 및 용해단계에서는 배가스를 기설정된 온도 이하로 냉각시켜 이산화탄소를 용해수에 용해시킨다. 즉, 분기부를 이용하여 1차 냉각된 배가스 중 일부를 기설정된 용해 조건을 만족하는 범위까지 제2 냉각수가 수용된 탱크(140)로 이동시키고, 나머지 배가스는 저장부(141)에 저장 후 상기 용해 조건을 만족할 때 상기 탱크(140)로 이동시킨다.In the second cooling and dissolving step, the exhaust gas is cooled to a predetermined temperature or less to dissolve the carbon dioxide in the dissolving water. That is, a part of the flue gas that has been primarily cooled using the branching unit is moved to the tank 140 containing the second cooling water to a range satisfying predetermined dissolution conditions, the remaining flue gas is stored in the storage unit 141, To the tank (140).

보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.This will be described in more detail as follows.

냉각챔버(130)로부터 냉각된 배가스는 분기부(131)를 통해서 각각 탱크(140)와 저장부(141)로 이동한다. 탱크(140)에 먼저 배가스가 유입되는데, 배가스의 유입으로 인하여 용해 조건을 만족하지 못하면 배가스가 탱크(140)로 유입되는 것이 차단되고, 저장부(141)에 배가스가 저장된다. 저장부(141)는 배가스로부터 미세먼지를 제거하기 위하여 필터를 구비한다. 또한, 저장부(141)는 냉각챔버(130)의 제1 냉각수에 의해 잠기도록 배치된다. 이로 인해, 저장부(141)에 저장되는 배가스의 온도를 좀 더 낮출 수 있다. 즉, 배가스가 저장부(141)에 저장됨으로써, 저장부(141)에서 탱크(140)로 배가스가 유입될 때, 용해조건을 넘지 않는 범위에서 탱크(140)로 유입되는 배가스의 양을 증가시킬 수 있다. The exhaust gas cooled from the cooling chamber 130 is transferred to the tank 140 and the storage portion 141 via the branch portion 131, respectively. The exhaust gas is first introduced into the tank 140. If the dissolution conditions are not satisfied due to the inflow of the exhaust gas, the exhaust gas is prevented from flowing into the tank 140, and the exhaust gas is stored in the storage unit 141. [ The storage unit 141 has a filter for removing fine dust from the exhaust gas. Further, the storage part 141 is arranged to be locked by the first cooling water of the cooling chamber 130. [ Thus, the temperature of the exhaust gas stored in the storage unit 141 can be further lowered. That is, since the flue gas is stored in the storage unit 141, when the flue gas flows into the tank 140 from the storage unit 141, the amount of the flue gas flowing into the tank 140 is increased .

탱크(140)는 제2 냉각수를 이용하여 배가스를 냉각시켜 이산화탄소를 용해시킨다. 이 때, 용해조건은 1.5MPa 내지 3.5MPa의 압력과 2 ~ 5℃의 온도이다. 탱크(140)는 상기 용해조건을 만족하도록 형성된다. 배가스의 유입으로 인해, 상기 용해조건 중 어느 하나를 벗어나면 배가스의 유입이 차단된다. 상기 조건에서 이산화탄소의 용해율은 약 70%에 이른다.The tank 140 uses the second cooling water to cool the flue gas to dissolve the carbon dioxide. At this time, the dissolution conditions are a pressure of 1.5 MPa to 3.5 MPa and a temperature of 2 to 5 캜. The tank 140 is formed so as to satisfy the above dissolution conditions. Due to the inflow of the flue gas, the inflow of the flue gas is blocked if any of the above-mentioned dissolution conditions is exceeded. Under the above conditions, the dissolution rate of carbon dioxide reaches about 70%.

이보다 높은 온도에서는 이산화탄소의 용해효율이 급격히 하락한다. 즉, 탱크(140) 내부의 온도가 3 ~ 5℃ 일 때, 이산화탄소의 용해율은 65% 이하이다. 또한, 이보다 낮은 온도에서는 소요전력이 높아 효율이 떨어진다. 그리고, - 1℃에서 이산화탄소의 용해율은 70.35% 에 불과하다.At higher temperatures, the dissolution efficiency of carbon dioxide drops sharply. That is, when the temperature inside the tank 140 is 3 to 5 占 폚, the dissolution rate of carbon dioxide is 65% or less. Also, at lower temperatures, the required power is high and the efficiency is low. And the dissolution rate of carbon dioxide at-1 캜 is only 70.35%.

또한, 3.5MPa 이상의 압력을 갖도록 탱크(140)를 설계하는 경우에는 탱크(140)에 제조 및 유지에 많은 비용이 소요되며, 압력이 높더라도 이산화탄소의 용해율이 크게 상승하지는 않는다. 즉, 3.6MPa의 압력이더라도 동일한 온도 조건에서 이산화탄소의 용해율은 70.2%에 불과하다. 또한, 1.5MPa 보다 낮은 1.4MPa 에서 이산화탄소의 용해율은 67%로서 현저히 하락한다.Further, when the tank 140 is designed to have a pressure of 3.5 MPa or more, a large amount of cost is required for manufacturing and maintaining the tank 140, and the dissolution rate of the carbon dioxide does not greatly increase even if the pressure is high. That is, even at a pressure of 3.6 MPa, the dissolution rate of carbon dioxide is only 70.2% under the same temperature condition. Further, at 1.4 MPa, which is lower than 1.5 MPa, the dissolution rate of carbon dioxide is remarkably reduced to 67%.

제2 냉각수에 수산화나트륨을 첨가하면 이산화탄소의 메탄올 전환 효율이 보다 상승되었다. 수산화나트륨이 첨가되면 이산화탄소의 용해도가 증가되고, 첨가된 OH-가 전자공여체로 사용되어 전자-정공의 재결합 반응을 늦추기 때문이다.The addition of sodium hydroxide to the second cooling water further increased the methanol conversion efficiency of the carbon dioxide. When sodium hydroxide is added, the solubility of carbon dioxide is increased, and the added OH - is used as an electron donor to slow the recombination reaction of electron-hole.

메탄올 전환단계Methanol conversion step

메탄올 전환단계에서는 상기 배가스가 용해된 용해수가 전환챔버(150)로 유입되면, 상기 전환챔버(150) 내부에 충전된 광촉매부(151)에 빛을 조사하여 상기 용해수에 용해된 이산화탄소를 메탄올로 전환시키게 된다. In the methanol conversion step, when the dissolved water dissolved in the exhaust gas flows into the conversion chamber 150, light is irradiated to the photocatalyst unit 151 filled in the conversion chamber 150, and carbon dioxide dissolved in the dissolution water is converted into methanol .

이 때, 광촉매는 TiO2, 활성탄-TiO2, 그래핀-TiO2 , CuO-활성탄-TiO2 , WO3-활성탄-TiO2 등이 사용될 수 있다. 이중에서 알코올 생성 효율(Vo/Vol)은 각각 1.5 이하, 1.5~2.7, 2.5~3.0, 4.0~4.5, 3.5~4.2로서, CuO-활성탄-TiO2를 광촉매로 사용하는 경우가 가장 생성효율이 높다. CuO 와 WO3 가 도핑된 TiO2 은 이산화탄소의 메탄올로의 전환효율을 상승시킨다. 또한 활성탄과 TiO2 가 결합되면 TiO2 만 사용하는 것보다 이산화탄소의 환원 효율을 상승시킨다.At this time, the photocatalyst is TiO 2, activated carbon -TiO 2, graphene -TiO 2, activated carbon CuO- -TiO 2, WO 3 - and the like can be used active carbon -TiO 2. Among them, the production efficiency (Vo / Vol) is 1.5 or less, 1.5 to 2.7, 2.5 to 3.0, 4.0 to 4.5 or 3.5 to 4.2, respectively, and the production efficiency is highest when CuO-activated carbon-TiO 2 is used as a photocatalyst . TiO 2 doped with CuO and WO 3 increases the conversion efficiency of carbon dioxide to methanol. Also, activated carbon and TiO 2 Is combined TiO 2 The reduction efficiency of carbon dioxide is increased.

전환챔버(150)로 유입되는 용해수에 알콜계 전자공여체를 첨가할 수 있다. 일 예로, 프로판올(propanol)을 추가하면 빠른 물의 산화반응을 유도하여 이산화탄소의 환원 효율을 보다 상승시킬 수 있다.The alcohol-based electron donor may be added to the dissolving water introduced into the conversion chamber 150. [ For example, the addition of propanol can lead to a rapid oxidation of water, thereby increasing the reduction efficiency of carbon dioxide.

메탄올 회수단계Methanol recovery step

메탄올 회수단계에서는 메탄올이 포함된 전환액이 처리부(160)로 유입되면, 필터부를 이용하여 상기 전환액에 포함된 광촉매를 회수하고, 상기 전환액을 증류 및 냉각시켜 메탄올을 회수하게 된다. 메탄올의 전환이 이루어지게 되면 , 메탄올은 기체 또는 액체 상태로 존재하게 된다. 전환액에 메탄올이 일부 포함되므로, 전환액과 전환가스를 처리부(160)로 이동시킨다. 처리부(160)는 필터부, 증류 및 냉각부를 구비하는데, 필터부를 이용하여 전환액에 포함된 광촉매를 회수한다. 그리고 증류 및 냉각부를 이용하여 전환액에서 메탄올을 회수한다. 회수된 메탄올은 메탄올 회수탱크(140)(170)에 저장된다.In the methanol recovery step, when the conversion liquid containing methanol flows into the processing unit 160, the photocatalyst contained in the conversion liquid is recovered using the filter unit, and the conversion liquid is distilled and cooled to recover the methanol. When the conversion of methanol occurs, the methanol is present in a gas or liquid state. Since the conversion liquid contains a part of methanol, the conversion liquid and the conversion gas are transferred to the processing section 160. The treatment unit 160 includes a filter unit, a distillation and cooling unit, and uses the filter unit to recover the photocatalyst contained in the conversion liquid. Methanol is recovered from the conversion liquid using a distillation and cooling section. The recovered methanol is stored in the methanol recovery tank 140 (170).

탱크재유입단계Tank reintroduction phase

탱크 재유입단계에서는 상기 메탄올이 회수된 상기 전환액을 활성탄이 포함된 제거부(180)를 통해 정재시킨 후 상기 탱크(140)로 재유입시킨다.In the tank reintroduction step, the converted liquid from which the methanol is recovered is fixed through the remover 180 containing activated carbon, and then reintroduced into the tank 140.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 전환챔버(150) 내에서의 광촉매 반응과정을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a photocatalytic reaction process in the conversion chamber 150 according to an embodiment of the present invention.

광촉매는 광에너지를 이용하여 촉매로서 기능하는 물질로서, 그 반응 기작을 살펴보면 아래와 같다.Photocatalyst is a substance that functions as a catalyst by using light energy. The reaction mechanism is as follows.

즉, 광촉매는 각 띠 사이에 에너지 간격을 가지는 공유띠와 전도띠를 포함하는데, 광촉매가 이러한 띠간격을 극복할 수 있는 충분한 광에너지를 흡수하게 되면, 공유띠에서 전도띠로 전자가 여기하고, 그에 따라 공유띠에는 전자가 비어있는 상태인 정공이 발생하게 된다.That is, the photocatalyst includes a common band and a conduction band having an energy gap between each band. When the photocatalyst absorbs sufficient light energy to overcome this band gap, electrons are excited from the common band to the conduction band, Accordingly, a hole having an electron in an empty state is generated in the common band.

이렇게 광촉매에 전자와 정공이 생성되면, 그에 따라 수소발생 및 여러 가지 유기물의 산화와 같은 광촉매 반응들을 유발하게 되며, 이산화티탄(TiO2)은 이러한 광촉매 중에서 가장 널리 쓰이는 물질이다.When electrons and holes are generated in the photocatalyst, they generate photocatalytic reactions such as hydrogen generation and oxidation of various organic materials. TiO 2 is the most widely used photocatalyst.

티타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 산화되어, 피막형태의 이산화티탄(TiO2)이 형성되며, 이산화티탄의 성질은 광촉매로 쓰이기에는 더없이 좋은 조건을 보유하고 있다.When titanium is exposed to air, it readily reacts with oxygen to be oxidized to form titanium dioxide (TiO 2 ) in the form of a film. The properties of titanium dioxide have a good condition for being used as a photocatalyst.

티타늄을 공기 중에 노출시키면 쉽게 산소와 반응하여 산화되어, 피막형태의 이산화티탄(TiO2)이 형성되며, 이산화티탄의 성질은 광촉매로 쓰이기에는 더없이 좋은 조건을 보유하고 있다.When titanium is exposed to air, it readily reacts with oxygen to be oxidized to form titanium dioxide (TiO 2 ) in the form of a film. The properties of titanium dioxide have a good condition for being used as a photocatalyst.

즉 빛을 흡수하여 다른 물질들은 산화시키는 산화력이 매우 크며, 음폐력이 커서 산이나 염기 혹은 수용액 등 거의 모든 용매에 녹지 않는다.In other words, it absorbs light and oxidizes other substances and has a very high oxidizing power. It is not soluble in almost all solvents such as acids, bases or aqueous solutions because of its large negative power.

또한 생물학적인 반응을 하지 않아 환경 및 인체에 무해하며, 특히 매우 안정한 물질이다.It is harmless to the environment and human body because it does not react with biological reaction, and it is a particularly stable substance.

다만, 이러한 광촉매로 널리 쓰이는 이산화티탄의 띠간격은 3.0~3.2 eV이므로 이 띠간격을 극복하기 위해서는 388nm보다 짧은 자외선(u.v: ultraviolet wave)영역의 빛이 필요하다.However, since the band gap of titanium dioxide, which is widely used as such a photocatalyst, is 3.0-3.2 eV, ultraviolet (u.v) light region shorter than 388 nm is required to overcome this band gap.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따르는 전환챔버(150) 내에서의 메탄올 생성과정을 도시한 도면이다.4 is a view illustrating a process of methanol generation in the switching chamber 150 according to an embodiment of the present invention.

전환챔버(150)에 충전된 전이금속이 도핑된 이산화티탄 광촉매가 조명수단(152)에서 조사된 빛과 배기가스 중의 H2O(물)와 반응하면 반응식 1과 같이 O2(산소)와 4H+(수소)라디칼, 4e-(정공)을 발생시킨다.When the titanium dioxide photocatalyst doped with the transition metal in the conversion chamber 150 reacts with the H 2 O (water) in the exhaust gas and the light emitted from the illuminating means 152, O 2 (oxygen) and 4H + (Hydrogen) radical, and 4e - (hole).

2H2O → O2(g) + 4H(aq.) + 4e- ... [반응식 1]2H2O? O2 (g) + 4H (aq.) + 4e- [Reaction Scheme 1]

CO2(aq.) + e- → CO2-(aq.) ... [반응식 2]CO2 (aq.) + E- CO2- (aq.) [Reaction Scheme 2]

또한. 반응식 2와 같이 배가스 중의 CO2(이산화탄소)는 반응식 1에서 발생된 e-(정공)과 반응하여 CO2-를 발생시킨다.Also. As shown in Scheme 2, CO 2 (carbon dioxide) in the flue gas reacts with the e - (hole) generated in Scheme 1 to generate CO 2 - .

CO2 + 2H2O → CH3OH + 3/2O2 ... [반응식 3]CO 2 + 2H 2 O? CH 3 OH + 3 / 2O 2 [Reaction Scheme 3]

또한, 상기 반응식 1에서 생성된 4H+(수소)라디칼과 반응식 2에서 생성된 CO2 -(이산화탄소 정공)이 촉매반응으로 작용되어 CH3OH(메탄올)과 3/3/2O2(산소)가 생성되는 과정으로 반응된다.Further, the 4H + (hydrogen) radical generated in the above reaction formula 1 and the CO 2 - (carbon dioxide hole) generated in the reaction formula 2 act as a catalytic reaction, so that CH 3 OH (methanol) and 3/3/2 O 2 It reacts to the process of creation.

상기 전환챔버(150)의 내부에서 생성된 메탄올은 기체 또는 상태로 존재하며, 배출파이프를 통해 처리부(160) 쪽으로 배출된다. 메탄올은 배출파이프의 선단에 설치된 처리부(160)에 의해 증류 및 냉각되고, 메탄올 저장부(170)에 저장된다. The methanol generated inside the conversion chamber 150 exists in a gas or state and is discharged to the processing unit 160 through an exhaust pipe. The methanol is distilled and cooled by the treatment section 160 installed at the tip of the discharge pipe and stored in the methanol storage section 170.

상기와 같이 설명된 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The carbon dioxide capture system having the above-described alcohol conversion device can be applied to a configuration and a method of the above-described embodiments in a limited manner, but the embodiments can be applied to all or some of the embodiments May be selectively combined.

Claims (5)

배가스로부터 배가스에서 질산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 제거하는 전처리부;
상기 전처리부에서 배출된 배가스를 기설정된 온도이하로 냉각시키도록 제1 냉각수를 구비하여 형성되는 냉각챔버;
상기 냉각챔버로부터 배출된 배가스를 기설정된 용해조건에 다다를 때까지 냉각시켜 이산화탄소를 용해시키는 탱크;
상기 탱크로부터 이산화탄소가 용해된 용해수가 유입되면, 충전된 광촉매부에 빛을 조사하여 용해된 이산화탄소를 메탄올로 전환시키도록 조명수단을 구비하는 전환챔버;
상기 전환챔버로부터 전환액이 유입되면, 광촉매와 메탄올을 분리하여 회수하도록 필터부와 증류 및 냉각부를 구비하여 형성되는 처리부; 및
상기 메탄올이 회수된 상기 전환액을 정제시키도록 활성탄이 포함되는 제거부를 구비하고, 상기 정제된 전환액을 상기 탱크로 재유입시키도록 형성되는 제거부를 포함하고,
상기 탱크는,
상기 냉각챔버를 통해 1차 냉각된 배가스 중 일부를 기설정된 용해 조건을 만족하는 범위까지 제2 냉각수가 수용된 상기 탱크로 이동시키고, 나머지 배가스는 저장부에 저장 후 상기 용해 조건을 만족할 때 상기 탱크로 이동시키도록 형성되는 분기부를 구비하는 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템.
A pretreatment unit for removing oxides of nitrogen (NOx) and sulfur oxides (SOx) from the flue gas from the flue gas;
A cooling chamber formed with a first cooling water to cool the exhaust gas discharged from the pre-processing unit to a predetermined temperature or lower;
A tank for cooling the exhaust gas discharged from the cooling chamber until the predetermined dissolution condition is reached to dissolve the carbon dioxide;
A conversion chamber having illumination means for irradiating light to the filled photocatalyst portion to convert the dissolved carbon dioxide to methanol when the dissolved water in which the carbon dioxide is dissolved is introduced from the tank;
A processing unit having a filter unit and a distillation and cooling unit for separating and recovering the photocatalyst and methanol when the conversion liquid flows from the conversion chamber; And
And a removing unit including a removing unit including activated carbon so as to purify the conversion liquid from which the methanol is recovered, the removing unit being configured to re-flow the purified conversion liquid into the tank,
The tank may comprise:
A part of the flue gas that has been primarily cooled through the cooling chamber is moved to the tank containing the second cooling water to a range satisfying a predetermined dissolution condition and the remaining flue gas is stored in the storage part and then, And a branching portion formed so as to move the carbon dioxide trapping device.
제1항에 있어서,
상기 저장부는 상기 제1 냉각수에 의해 잠기도록 배치되는 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템.
The method according to claim 1,
And the storage unit is arranged to be locked by the first cooling water.
제2항에 있어서,
상기 용해조건은 1.5MPa 내지 3.5MPa의 압력과 2 ~ 5℃의 온도인 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein the dissolution condition is a pressure of 1.5 MPa to 3.5 MPa and a temperature of 2 to 5 ° C.
제1항에 있어서,
상기 제2 냉각수는 수산화나트륨을 더 포함하고,
상기 전환챔버로 유입되는 상기 용해수는 프로판올(propanol)을 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the second cooling water further comprises sodium hydroxide,
Wherein the dissolving water introduced into the conversion chamber includes propanol. ≪ Desc / Clms Page number 20 >
제1항에 있어서,
상기 광촉매부는 CuO, 활성탄 및 TiO2 를 기설정된 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는 알코올 전환장치를 구비한 이산화탄소 포집시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the photocatalyst unit comprises CuO, activated carbon, and TiO 2 in a predetermined ratio.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3755185B2 (en) * 1996-04-18 2006-03-15 三菱ふそうトラック・バス株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
KR101203986B1 (en) * 2012-03-29 2012-11-22 한라산업개발 주식회사 Liquefying and recycling Ssystem and method of carbon dioxide comprised in refining gas of bio gas
KR20150010914A (en) 2013-07-21 2015-01-29 서희동 Carbon dioxide absorbent and carbon dioxide collection method using the same
KR101635780B1 (en) * 2015-04-27 2016-07-04 금오공과대학교 산학협력단 Urea and metanol conversion apparatus with photosynthetic of carbon dioxide and nitrogen oxide including exhaust gas

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3755185B2 (en) * 1996-04-18 2006-03-15 三菱ふそうトラック・バス株式会社 Exhaust gas purification device for internal combustion engine
KR101203986B1 (en) * 2012-03-29 2012-11-22 한라산업개발 주식회사 Liquefying and recycling Ssystem and method of carbon dioxide comprised in refining gas of bio gas
KR20150010914A (en) 2013-07-21 2015-01-29 서희동 Carbon dioxide absorbent and carbon dioxide collection method using the same
KR101635780B1 (en) * 2015-04-27 2016-07-04 금오공과대학교 산학협력단 Urea and metanol conversion apparatus with photosynthetic of carbon dioxide and nitrogen oxide including exhaust gas

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102593597B1 (en) 2023-02-21 2023-10-24 신예진 Treatment apparatus of carbon dioxide using photocatalyst

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