KR101913099B1 - 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치 - Google Patents

이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101913099B1
KR101913099B1 KR1020170052159A KR20170052159A KR101913099B1 KR 101913099 B1 KR101913099 B1 KR 101913099B1 KR 1020170052159 A KR1020170052159 A KR 1020170052159A KR 20170052159 A KR20170052159 A KR 20170052159A KR 101913099 B1 KR101913099 B1 KR 101913099B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
aqueous solution
compound
present
gas
Prior art date
Application number
KR1020170052159A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180052504A (ko
Inventor
정순관
윤민혜
박기태
강성필
이원희
김학주
김영은
강지민
알티 뮬난다리
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to US16/348,972 priority Critical patent/US11406930B2/en
Priority to PCT/KR2017/012566 priority patent/WO2018088783A1/ko
Publication of KR20180052504A publication Critical patent/KR20180052504A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101913099B1 publication Critical patent/KR101913099B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B01D53/1475—Removing carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/79—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
    • C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
    • C01F11/18—Carbonates
    • C01F11/181—Preparation of calcium carbonate by carbonation of aqueous solutions and characterised by control of the carbonation conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/40—Alkaline earth metal or magnesium compounds
    • B01D2251/404—Alkaline earth metal or magnesium compounds of calcium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/50—Inorganic acids
    • B01D2251/502—Hydrochloric acid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/60—Inorganic bases or salts
    • B01D2251/606—Carbonates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20405—Monoamines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20478—Alkanolamines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20—Organic absorbents
    • B01D2252/204—Amines
    • B01D2252/20478—Alkanolamines
    • B01D2252/20484—Alkanolamines with one hydroxyl group
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/62—Carbon oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/60—Compounds characterised by their crystallite size
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/86—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by NMR- or ESR-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2004/00—Particle morphology
    • C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y02C10/04—
    • Y02C10/06—
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

본 발명은
a) 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;
b) 상기 수용액에 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시켜 탄산칼슘 침전을 제조하는 단계; 및
c) 상기 탄산칼슘을 회수한 후 잔여 수용액에 염기성 칼슘 화합물을 추가하는 단계;를 포함하며, 상기 c) 단계 이후 b) 단계 및 c) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 연속적 제거방법에 관한 것으로, 본 발명에 의한 방법으로 이산화탄소를 제거하는 경우 낮은 에너지를 필요로 하며 별도의 유도시간 없이 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화하여 제거할 수 있는 장점이 있다.

Description

이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치{Method and apparatus for countinous removing of carbon dioxide}
본 발명은 이산화탄소를 광물화함으로써 이산화탄소를 연속적으로 제거할 수 있는 제거방법 및 제거장치에 관한 것이다.
최근 지구 온난화로 인한 다양한 문제들이 발생됨에 따라, 지구 온난화를 유발하는 온실가스의 배출을 저감하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 따라 관련 연구도 활발히 수행되고 있다. 대표적인 온실가스 중 하나인 이산화탄소는 배출량 대비 지구 온난화에 영향을 미치는 정도인 지구 온난화지수는 낮은 편이나, 대기 중에 다량 포함되어 있어 지구 온난화에 가장 큰 영향을 미치는 물질 중 하나이다. 이에 따라, 이러한 이산화탄소의 배출을 저감하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.
현실적으로 실제 산업체 또는 내연기관에 이용 가능한 이산화탄소의 배출 저감 기술은 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS, Carbon Capture and Storage)이라고 할 수 있다. 이러한 이산화탄소의 배출 저감을 위한 포집 기술은 연소 전 포집 기술, 순 산소 연소기술, 연소 후 포집기술로 구별되나, 기존 설비 등에 가장 적용이 용이한 기술은 연소 후 포집기술 일 수 있다. 이러한 포집기술은 아민계 흡수제 등과 같은 화합물을 이용하는 방법 또는 분리막을 이용하는 방법 등이 있으나, 고농도로 이산화탄소의 포집이 가능한 아민계 화합물을 이용하는 것이 통상적이다. 그러나 이러한 아민계 화합물에 이산화탄소를 포집시킨 후 포집된 이산화탄소를 회수하고자 하는 경우, 높은 에너지를 필요로 하는 문제점이 있다.
이렇게 포집된 이산화탄소는 해양에 폐기하는 방법으로 처리 가능하나, 보다 안정적이며 포집된 이산화탄소를 활용하기 위한 방법으로 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘 등의 탄산염 광물을 생성하는 방법에 대해서 다양한 연구가 수행되고 있다.
그러나, 이러한 포집 및 저장기술(CCS)은 포집단계와 저장단계가 분리되어 공정이 복잡한 문제점이 있다. 대한민국 등록특허 10-1189075호 에서도, 이산화탄소 흡수제를 분리한 뒤, 이를 결정으로 석출하여 분리하는 방법에 대해 개시하고 있으나, 이러한 경우 이산화탄소의 흡수와 석출 단계가 분리되어 공정이 복잡해지고, 단시간 내에 다량의 이산화탄소를 제거하기 어려운 문제점이 있다.
나아가, 대한민국 등록특허 10-1550050호에서는 아민계 화합물을 이용하여 이산화탄소를 고농도로 포집한 후, 이를 유기 칼슘염과 접촉시켜 이산화탄소를 탄산칼슘으로 회수하는 방법에 대해 개시하고 있으나, 이러한 경우에도 이산화탄소 포화 수용액을 제조하기 위한 유도 시간(induction time)에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1189075호 대한민국 등록특허 10-1550050호
본 발명의 목적은 낮은 에너지로 이산화탄소를 광물화하여 제거하는 이산화탄소의 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 유도 시간을 필요로 하지 않으며 단순한 공정으로, 이산화탄소의 포집 즉시 광물화가 가능한 이산화탄소의 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공정 효율성이 높고 연속적 처리가 가능한 이산화탄소의 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이산화탄소를 빠른 속도로 광물화하여 분리하는 이산화탄소의 제거방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은
a) 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;
b) 상기 수용액에 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시켜 탄산칼슘 침전을 제조하는 단계; 및
c) 상기 탄산칼슘을 회수한 후 잔여 수용액에 염기성 칼슘 화합물을 추가하는 단계;를 포함하며, 상기 c) 단계 이후 b) 단계 및 c) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 산성 칼슘 화합물은 염소 원자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 염기성 칼슘 화합물은 산소 원자 또는 수산화기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체는 배기가스 스트림일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 b) 단계는 상온에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 b) 단계의 이산화탄소는 아민계 화합물 1몰 당 0.7 몰의 이상 상기 수용액에 용해될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 b) 단계에서 상기 처리대상기체는 미세 기포 형태로 상기 수용액과 접촉할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은 상기 b) 단계 이후 상기 아민계 화합물이 95% 이상의 수율로 재생될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 아민계 화합물의 재생 속도는 0.3 mmol·mol-1·sec-1 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 아민계 화합물은 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민 및 입체장애 아민계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 c) 단계에서 회수되는 탄산칼슘은 평균 결정 크기가 10 내지 50 ㎚일 수 있다.
본 발명은 또한 이산화탄소의 연속적 제거장치를 제공하며, 본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거장치는
아민계 화합물을 포함하는 반응기;
상기 반응기로 염기성 칼슘 화합물을 투입하는 염기성 칼슘 화합물 투입부;
탄산칼슘을 회수하는 회수부; 및
상기 반응기의 일측에 위치하며, 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 주입하는 처리대상기체 주입부;를 포함한다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 제거방법은 산성 칼슘 화합물을 포함하여 포집된 이산화탄소의 회수를 위한 별도의 에너지를 필요로 하지 않으며, 이산화탄소의 포집 즉시 탄산칼슘이 생성되어 이산화탄소가 포화된 포화용액의 제조를 위한 유도 시간을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소 제거방법은 단순한 공정으로 연속적인 이산화탄소의 처리가 가능한 장점이 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 제거방법은 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화 하여 분리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적인 제거방법에서 각 사이클별 아민계 화합물 대비 이산화탄소의 로딩 양을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적인 제거방법에서 각 사이클별 아민계 화합물의 수용액상에서의 형태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 따른 사이클별 이산화탄소의 로딩 양을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 용해된 염소이온의 농도에 따른 이산화탄소의 로딩 양을 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이산화탄소의 연속적 제거 방법 및 제거장치에 대해 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
종래 이산화탄소의 배출을 저감하기 위한 이산화탄소 포집 및 저장기술(CCS)에 있어서, 이산화탄소를 포집하기 위한 방법으로 고농도 포집이 가능한 아민계 화합물이 종래 다수 이용되었다. 그러나 이러한 아민계 화합물의 경우, 포집된 이산화탄소의 회수 시 높은 에너지를 필요로 하는 문제점이 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 아민계 화합물에 이산화탄소를 고농도로 포집한 후, 이를 다른 화합물들과 접촉시켜 탄산칼슘 또는 탄산마그네슘 등의 광물로 회수하기 위한 방법이 제안되었으나, 이러한 경우 이산화탄소 포화 수용액을 제조하기 위한 긴 유도 시간을 필요로 하는 문제점이 있었다.
이에 본 출원인은, 아민계 화합물을 이용하여 이산화탄소를 포집하면서도 상술한 유도 시간을 필요로 하지 않으며, 산업체 또는 내연기관 등에서 연속적으로 배출되는 이산화탄소를 빠르게 제거할 수 있는 이산화탄소의 제거방법에 대해 장기간 연구하였다.
연구 결과, 아민계 화합물과 산성 칼슘 화합물을 혼합한 뒤, 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시키며, 이후 연속공정의 수행 시에는 칼슘 이온의 공급원으로 염기성 칼슘 화합물을 이용하는 경우, 이산화탄소의 포화 수용액 제조를 위한 유도 시간을 필요로 하지 않으면서도, 연속적으로 이산화탄소를 빠르게 제거할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이에 본 발명은,
a) 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;
b) 상기 수용액에 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시켜 탄산칼슘 침전을 제조하는 단계; 및
c) 상기 탄산칼슘을 회수한 후 잔여 수용액에 염기성 칼슘 화합물을 추가하는 단계;를 포함하며, 상기 c) 단계 이후 b) 단계 및 c) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 연속적 제거방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 방법으로 이산화탄소를 제거하는 경우, 낮은 에너지를 이용하여 이산화탄소의 제거가 가능하며, 나아가 별도의 이산화탄소가 포화된 용액의 제조를 위한 유도시간을 필요로 하지 않는 장점이 있다.
구체적으로, 본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은 이산화탄소의 포집 후 칼슘계 화합물과 반응하여 탄산칼슘 침전물을 생성하는 방법으로 이산화탄소를 제거하여, 별도의 이산화탄소 회수 공정을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 나아가, 상기 처리대상기체에 포함된 이산화탄소는 상기 수용액에 용해되는 즉시 탄산칼슘 침전을 생성하여 별도의 유도시간을 필요로 하지 않으므로, 실제 산업설비 또는 내연기관에 더욱 용이하게 적용이 가능한 장점이 있다. 이에 더하여, 본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거 방법은 하나의 반응기에서 이산화탄소의 포집 및 광물화가 연속적으로 수행되므로, 이산화탄소의 포집과 회수를 별도의 반응기에서 수행했던 종래 기술과 달리 하나의 반응기에서 수행 가능한 장점이 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은
a) 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;를 포함한다.
이때, 산성 칼슘 화합물은 산성을 띠는 칼슘염 화합물이며, 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 산성 칼슘 화합물은 염소를 포함할 수 있다. 일예로, 염소를 포함하는 산성 칼슘 화합물은 CaCl2일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 산성 칼슘 화합물로 CaCl2를 이용할 경우, 상기 수용액에 염소 이온(Cl-)을 공급하게 되며, 수용액에 용해된 염소 이온은 처리대상기체에 포함된 이산화탄소의 로딩을 촉진하며, 상기 c) 단계에서 혼합되는 염기성 칼슘 화합물의 용해를 촉진하여 결과적으로 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화하여 제거할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 수용액상에 염소 이온이 포함되는 경우, 염소 이온이 포함되지 않는 경우 대비 2배 이상, 최대 7배 빠른 속도로 상기 수용액 상에 이산화탄소를 로딩할 수 있으며, 결과적으로 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화하여 제거할 수 있다.
나아가, 상기 a) 단계에서 혼합되는 아민계 화합물 : 산성 칼슘 화합물은 몰 비를 기준으로 1:0.1 내지 2, 구체적으로 1:0.5 내지 1.5일 수 있다. 상기 a) 단계의 수용액에 혼합되는 아민계 화합물과 산성 칼슘 화합물의 몰 비가 상기 범위 내인 경우, 최종적으로 로딩되는 양을 기준으로 아민계 화합물 1몰 당 이산화탄소가 0.8몰 이상 수용액상에 로딩되어, 동시에 다량의 탄산칼슘이 제조될 수 있으며, 결과적으로 상기 수용액의 양, 아민계 화합물의 농도 또는 반응기의 크기 대비 다량의 이산화탄소를 광물화하여 제거할 수 있는 장점이 있다. 나아가, 상기 범위 내에서 이산화탄소의 로딩 또한 촉진되어, 더욱 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화하여 제거할 수 있다.
이때, 상기 아민계 화합물은 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민 및 입체장애 아민계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으며, 구체적으로는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112017039769590-pat00001
상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R3는 독립적으로 -H, 또는 비치환 또는 하나 이상의 -OH가 치환된 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬이다.
좋게는, 본 발명에 의한 상기 아민계 화합물은 AMP(2-Amino-2-methyl-1-propanol), MEA(Monoethanolamine), MDEA(Methyl diethanolamine), DEA(diethanolamine) 및 PE(2-Piperidineethanol)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 아민계 화합물로 상기 물질을 이용할 경우, 후술하는 아민계 화합물이 빠른 속도로 재생됨으로써 이산화탄소의 광물화를 통한 제거를 촉진할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 상기 a) 단계의 수용액에서 상기 아민계 화합물의 농도는 상기 처리대상기체에 포함된 이산화탄소의 농도, 반응기의 크기 등에 따라 달라질 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 아민계 화합물의 농도는 5 내지 50 중량%, 더욱 구체적으로는 10 내지 30 중량%일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은
b) 상기 수용액에 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시켜 탄산칼슘 침전을 제조하는 단계;를 포함한다. 상기 b) 단계에서 처리대상기체에 포함된 이산화탄소가 수용액에 용해된 칼슘과 반응하여 탄산칼슘(CaCO3) 형태로 침전되어 제거될 수 있다.
이때, 상기 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체는 이산화탄소를 포함하는 기체일 수 있으며, 구체적으로는 상기 처리대상기체는 배기가스 스트림 일 수 있다.
나아가, 상기 b) 단계를 거친 후 상기 수용액에 용해되는 이산화탄소의 양은 아민계 화합물의 농도, 산성 칼슘 화합물의 농도 및 반응기의 크기 등에 따라 달라질 수 있으나, 구체적으로 아민계 화합물 : 수용액에 용해된 이산화탄소의 몰 비가 1:0.7 이상, 구체적으로는 1:0.7 내지 0.9일 수 있다. 아민계 화합물 1몰 대비 용해된 이산화탄소의 몰 비가 0.7 몰 이상인 경우, 이산화탄소의 제거 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
나아가, 상기 b) 단계의 처리대상기체는 미세 기포 형태로 상기 수용액과 접촉할 수 있으며, 이때 상기 미세 기포는 수용액 상에 기포를 분산시키는 스파저(sparger)의 기공 크기를 기준으로 5 내지 50 ㎛, 구체적으로는 5 내지 30 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이에 더하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은 상기 b) 단계 이후, 보다 바람직하게는 상기 c) 단계를 거치면서 상기 아민계 화합물이 95% 이상의 수율로 재생될 수 있다. 구체적으로, 상기 a) 단계에서 수용액에 혼합된 아민계 화합물은 상기 산성 칼슘 화합물과 혼합되어, 이산화탄소를 광물화 하는 과정에서 수소이온과 결합하여 암모늄 이온을 형성하게 된다. 이후, 염기성 칼슘 화합물이 첨가되는 경우 암모늄 이온에서 수소이온이 이탈되어 상기 a) 단계에서 첨가된 상태로 돌아가게 된다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 아민계 화합물의 재생 수율은 95% 이상, 구체적으로는 97%이상일 수 있다. 이러한 아민계 화합물의 재생에 의해 이산화탄소의 연속적 제거 공정이 가능해 지며, 장기적으로 이산화탄소의 제거효율 저하를 방지하여 장기간 연속공정의 수행이 가능한 장점이 있다.
아울러, b) 단계 이후 재생되는 아민계 화합물의 재생 속도는 0.3 mmol·mol-1·sec-1 이상, 최대 0.7 mmol·mol-1·sec-1에 이를 수 있다. 이는 종래 아민계 화합물을 이용한 이산화탄소의 포집에 있어서, 본 발명과 같은 산성 칼슘 화합물을 포함하지 않는 경우, 아민계 화합물의 재생을 위하여 열처리하는 방법에 비해 1.5배 이상, 최대 9배까지 높은 속도이다. 결과적으로, 본원발명은 종래 아민계 화합물의 재생을 위한 별도의 열처리 단계를 필요로 하지 않으므로 연속적 처리가 가능하며, 빠른 속도로 아민계 화합물이 재생됨으로써 종래 기술에 비해 현저히 빠른 속도로 이산화탄소의 제거가 가능한 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 b) 단계는 상온, 구체적으로 15 내지 45℃에서 수행될 수 있으며, 아울러 상기 a) 단계 및 c) 단계 또한 상온에서 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은 상술한 바와 같이 아민계 화합물로부터 이산화탄소의 회수를 위한 별도의 공정을 필요로 하지 않으므로 상온에서 수행이 가능하여, 이산화탄소의 처리비용을 현저히 저감할 수 있는 장점이 있다. 아울러, 종래 이산화탄소의 제거 방법에서 높은 온도에 의해 기체의 용해도가 낮아짐으로써 발생할 수 있는 이산화탄소의 처리효율 저하를 예방하여, 더욱 효율적으로 이산화탄소의 제거가 가능한 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법으로 처리대상기체에 포함된 이산화탄소를 제거 하는 경우, 처리대상기체에 포함된 이산화탄소를 95% 이상, 더욱 구체적으로는 97% 이상의 높은 효율로 이산화탄소를 제거할 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 b) 단계에서 침전되는 탄산칼슘 입자는 평균 결정 크기가 10 내지 50 ㎚일 수 있으며, 구체적으로 칼사이트(calcite, 방해석)형 결정을 형성할 수 있다. 나아가, 본 발명의 일 실시예에 의해 침전되는 탄산칼슘 입자의 평균 직경은 500 ㎚이하의 균일한 입자일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법은
c) 상기 탄산칼슘을 회수한 후 잔여 수용액에 염기성 칼슘 화합물을 추가하는 단계;를 포함한다. 상술한 바와 같이, 상기 c) 단계에서 산성 칼슘 화합물이 아닌 염기성 칼슘 화합물을 반복적으로 추가함으로써, 수용액상에 칼슘 이온을 지속적으로 공급할 뿐만 아니라, 산성 칼슘 화합물의 지속적인 첨가로 인한 수용액의 산성화 및 이에 따른 이산화탄소의 용해도 저하를 예방할 수 있다. 나아가, 상술한 바와 같이 상기 산성 칼슘 화합물이 염소 원자를 포함하는 경우, 본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거방법에서 상기 a) 단계 이후 수용액에 포함된 염소 이온의 농도는 공정 전체에서 일정하게 유지될 수 있다. 이러한 염소 이온의 농도 유지로 이산화탄소의 용해도 저하를 예방할 뿐만 아니라, 상기 c) 단계에서 첨가되는 염기성 칼슘 화합물의 용해를 촉진하여 결과적으로 공정 전체에서 이산화탄소의 제거 효율 저하 없이 이산화탄소를 제거할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 상기 염기성 칼슘 화합물은 염기성을 띠는 칼슘염 화합물이며, 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 염기성 칼슘 화합물은 산소 원자 또는 수산화기를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 염기성 칼슘 화합물은 Ca(OH)2 또는 CaO 등이 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 상기 c) 단계에서 투입되는 염기성 칼슘 화합물은 입자상 또는 물에 용해된 수용액상일 수 있으며, 좋게는 빠른 혼합을 위하여 수용액상 일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 아울러, 상기 c) 단계에서 투입되는 염기성 칼슘 화합물의 양은 침전된 탄산칼슘의 양, 상기 a) 단계에서 혼합된 아민계 화합물 또는 산성 칼슘 화합물의 양에 따라 달라질 수 있다. 구체적이고 비한정적인 일예로, 투입되는 상기 염기성 칼슘 화합물의 양은 몰 비를 기준으로 상기 a) 단계에서 투입된 아민계 화합물 : 염기성 칼슘 화합물의 비가 1:0.1 내지 2, 구체적으로 1:0.5 내지 1.5일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 이산화탄소의 연속적 제거장치를 제공한다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거장치는
아민계 화합물을 포함하는 반응기;
상기 반응기로 염기성 칼슘 화합물을 투입하는 염기성 칼슘 화합물 투입부;
탄산칼슘을 회수하는 회수부; 및
상기 반응기의 하단에 위치하며, 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 주입하는 처리대상기체 주입부;를 포함한다.
본 발명에 의한 장치를 이용하여 이산화탄소를 제거하는 경우, 이산화탄소의 연속적 처리가 가능할 뿐만 아니라, 빠른 속도로 이산화탄소를 광물화할 수 있는 장점이 있다.
구체적으로, 상기 반응기는 아민계 화합물뿐만 아니라 산성 칼슘 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 반응기가 산성 칼슘 화합물을 더 포함하는 경우, 이후 투입되는 염기성 칼슘 화합물의 용해를 촉진하여, 결과적으로 용해된 이산화탄소와 칼슘 이온의 반응에 의한 탄산칼슘의 형성을 촉진함으로써 더욱 빠른 속도로 이산화탄소를 제거할 수 있다.
이때, 반응기에 포함된 상기 아민계 화합물은 수용액상일 수 있으며, 수용액상인 경우 상기 아민계 화합물의 농도는 5 내지 50 중량%, 더욱 구체적으로는 10 내지 30 중량%일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 반응기가 산성 칼슘 화합물을 더 포함하는 경우, 아민계 화합물 : 산성 칼슘 화합물의 몰 비는 1:0.1 내지 2, 구체적으로 1:0.5 내지 1.5일 수 있다. 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물의 몰 비가 상기 범위 내에 포함되는 경우, 상기 아민계 화합물 1 몰 대비 0.8 몰 이상의 이산화탄소를 광물화하여, 처리되는 이산화탄소의 총량을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거장치는 염기성 칼슘 화합물을 주입할 수 있는 염기성 칼슘 화합물 주입부를 포함한다. 이때, 투입되는 염기성 칼슘 화합물은 고체상 또는 수용액상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거 장치는, 이산화탄소와 칼슘 화합물의 반응으로 생성된 탄산칼슘 침전을 회수하는 탄산칼슘 회수부;를 더 포함한다. 이러한 탄산칼슘 회수부는 탄산칼슘 침전을 회수할 수 있는 장치를 포함하는 경우 제한이 없으며, 나아가 상기 회수부는 상기 반응기의 하단 또는 상기 반응기의 일측 하부에 위치할 수 있다.
본 발명에 의한 이산화탄소의 연속적 제거장치는, 상기 반응기의 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 주입하는 처리대상기체 주입부를 포함한다. 처리대상기체는 이산화탄소를 포함하는 기체상인 경우 제한이 없으나, 구체적이고 비한정적인 일예로 상기 처리대상기체는 이산화탄소를 1% 이상 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 이산화탄소를 1 내지 80 부피% 포함하는 기체일 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이산화탄소의 연속적 제거장치에서 상기 처리대상기체 주입부는 스파저(sparger)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 처리대상기체와 반응기내의 아민계 화합물의 접촉을 촉진하기 위하여 상기 스파저의 기공 크기는 5 내지 50 ㎛, 더욱 구체적으로는 5 내지 30 ㎛일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이산화탄소의 연속적 제거장치는 반응기 내에서 균일한 혼합을 위해 교반장치를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
이하 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
산성 칼슘 화합물 존재 하에서 연속적인 이산화탄소의 광물화 및 아민계 화합물의 재생 확인
40 ℃의 1.6 M의 2-Amino-2-methyl-1-propanol(이하 AMP라 한다) 용액에 상기 AMP와 동일한 몰수의 CaCl2를 첨가하여 수용액을 제조한다. 제조된 수용액을 부피가 0.5 dm3이며, 높이/직경 비가 2이고 길이/직경 비가 1인 반응기에 채운다. 상기 반응기를 자석 교반기를 이용하여 450 rpm의 속도로 교반하면서, 기공의 크기가 20 ㎛인 스파저(sparger)를 이용하여 처리대상기체를 분당 0.5 ℓ씩 주입하였으며 60분 이후에, 60분 단위로 상기 CaCl2와 동일한 몰수의 Ca(OH)2를 3회 반복하여 첨가하여 칼슘 화합물이 총 4회 첨가되어, 칼슘 화합물을 총 4번의 사이클동안 첨가하도록 하였으며(이하, 칼슘 화합물의 투입부터 다음 투입 전까지를 하나의 사이클로 본다), 시간대별로 투입된 AMP의 몰수 대비 수용액상에 로딩된 CO2의 몰수를 계산하여 도 1로 나타내었다. 이때 반응을 수행하는 동안 상기 수용액을 자석 교반기를 이용하여 450 rpm으로 교반하였다. 또한, 각 사이클의 수행 전과 수행 후의 시료를 채취하여 AMP의 형태를 NMR을 통하여 확인하였으며, 이를 도 2로 나타내었다. 또한, 반응의 수행동안 침전된 탄산칼슘 입자를 분리하고 아세톤으로 세척한 뒤, 40 ℃, 0.5 Torr의 진공 오븐에서 30분간 건조하여 탄산칼슘을 회수하고 SEM을 이용하여 결정의 형태 및 입자크기를 확인하였으며, 이를 도 3으로 나타내었다.
이때, 상기 처리대상기체는 CO2 30 부피% 및 N2 70 부피%가 혼합된 혼합기체이다.
[비교예 1]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, Ca(OH)2 대신 CaCl2만을 첨가한 경우에 두 번의 사이클 수행 시 수용액상에 로딩되는 CO2의 몰수를 계산하여 도 4로 나타내었다.
도 1을 참고하면, 4회의 사이클의 반복에도 투입된 아민계 화합물 1몰 당 로딩되는 이산화탄소의 몰수 저하가 없는 것을 확인할 수 있으나, 염기성 칼슘 화합물인 Ca(OH)2 대신 CaCl2를 첨가한 도 3의 경우, 두 번째 사이클의 수행 시 투입된 아민계 화합물 대비 CO2의 로딩이 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 염기성 칼슘 화합물의 투입으로 사이클의 반복에도 이산화탄소가 다수 로딩되는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 본 발명은 이산화탄소의 처리 효율 저하 없이 이산화탄소를 장기간 연속적으로 처리할 수 있다. 도 2를 참고하면, 사이클의 수행 전후에 AMP의 형태 변화로, 아민계 화합물인 AMP가 사이클의 반복에 의해 재생되는 것을 확인할 수 있다.
이산화탄소의 로딩 속도 차이 확인
실시예 1과 같은 방법으로 실험하되, 상기 수용액에 AMP 만을 용해한 경우(비교예 2), 상기 수용액에 Ca(OH)2 만을 용해한 경우(비교예 3), AMP와 동량의 Ca(OH)2를 혼합한 경우(비교예 4) 및 AMP 1몰 당 CaCl2 0.5몰 및 Ca(OH)2 0.5몰을 혼합한 경우(실시예 2), 각 상황에 따른 이산화탄소의 광물화 속도를 40분간 측정하였으며, 이를 표 1로 나타내었다.
비교예 2 비교예 3 비교예 4 실시예 2
CO2 로딩속도 0.0075 0.005 0.0059 0.0189
표 1을 참고하면, 수용액 내에 염소 이온이 존재하는 경우, 이산화탄소의 로딩 속도가 현저히 빨라지는 것을 확인할 수 있다.
산성 칼슘 화합물의 농도에 따른 이산화탄소의 로딩 비교
실시예 1과 같은 방법으로 실시하되, 상기 AMP 1몰 대비 CaCl2를 각각 0.1몰(실시예 3), 0.5몰(실시예 4), 1몰(실시예 5) 및 1.5몰(실시예 6) 혼합하여, AMP 1몰 당 수용액상에 로딩 되는 이산화탄소의 양을 측정하여 1번의 사이클만을 측정하여 도 5로 나타내었으며, 최종적으로 수용액에 로딩 되는 양을 표 2로 나타내었다. 이때, 처리대상기체는 100%의 이산화탄소 기체를 이용하였다.
실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
AMP 1몰 당 최종 로딩된 CO2의 양 0.815 0.851 0.878 0.845
도 5 및 표 2를 참고할 때, 염소이온의 첨가 비율에 따라 최종 로딩 양은 달라지나, 최종적으로 모든 경우에서 아민계 화합물 1몰 대비 0.8몰 이상의 이산화탄소가 수용액상에 로딩되는 것을 확인할 수 있다. 나아가, AMP : CaCl2의 몰 비가 1:1인 경우 이산화탄소의 로딩 속도가 가장 빠른 것을 확인할 수 있다.

Claims (12)

  1. a) 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민 및 입체장애 아민계 화합물에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 아민계 화합물 및 산성 칼슘 화합물을 포함하는 수용액을 준비하는 단계;
    b) 상기 수용액에 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체를 접촉시켜 탄산칼슘 침전을 제조하는 단계; 및
    c) 상기 탄산칼슘을 회수한 후 잔여 수용액에 염기성 칼슘 화합물을 추가하는 단계;를 포함하며, 상기 c) 단계 이후 b) 단계 및 c) 단계를 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산성 칼슘 화합물은 염소 원자를 포함하는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 염기성 칼슘 화합물은 산소 원자 또는 수산화기를 포함하는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 이산화탄소를 포함하는 처리대상기체는 배기가스 스트림인 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상온에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계의 이산화탄소는 아민계 화합물 1몰 당 0.7 몰 이상 상기 수용액에 용해되는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서 상기 처리대상기체는 미세 기포 형태로 상기 수용액과 접촉하는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 b) 단계 이후 상기 아민계 화합물이 95% 이상의 수율로 재생되는 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 8항에 있어서,
    상기 아민계 화합물의 재생 속도는 0.3 mmol·mol-1·sec-1 이상인 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  10. 삭제
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 c) 단계에서 회수되는 탄산칼슘은 평균 결정 크기가 10 내지 50 ㎚인 이산화탄소의 연속적 제거방법.
  12. 삭제
KR1020170052159A 2016-11-10 2017-04-24 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치 KR101913099B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/348,972 US11406930B2 (en) 2016-11-10 2017-11-08 Method and apparatus for continuous removal of carbon dioxide
PCT/KR2017/012566 WO2018088783A1 (ko) 2016-11-10 2017-11-08 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160149278 2016-11-10
KR1020160149278 2016-11-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180052504A KR20180052504A (ko) 2018-05-18
KR101913099B1 true KR101913099B1 (ko) 2018-10-31

Family

ID=62453923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170052159A KR101913099B1 (ko) 2016-11-10 2017-04-24 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11406930B2 (ko)
KR (1) KR101913099B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240055502A (ko) 2022-10-20 2024-04-29 주식회사 엘스텍 산화칼슘과 과산화수소 반응에 의해 생성되는 활성 중간체를 활용한 온실가스 제거 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7075152B1 (ja) 2021-08-31 2022-05-25 日本船舶表示株式会社 二酸化炭素の固定装置及び二酸化炭素の固定方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101187267B1 (ko) * 2009-02-12 2012-10-02 포항공과대학교 산학협력단 염기성 고분자를 이용한 이산화탄소 제거 방법
KR101162663B1 (ko) 2009-02-12 2012-07-04 포항공과대학교 산학협력단 탄산칼륨 제조를 통한 이산화탄소 제거 및 그 결정 구조의 제어 방법
KR101189075B1 (ko) 2010-07-29 2012-10-10 고려대학교 산학협력단 이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 이산화탄소 분리장치
US8691175B2 (en) * 2011-04-28 2014-04-08 Calera Corporation Calcium sulfate and CO2 sequestration
KR101447818B1 (ko) 2013-05-08 2014-10-10 연세대학교 산학협력단 아민계 용액과 이산화탄소를 이용한 금속 탄산염의 제조방법
KR101550050B1 (ko) 2013-09-13 2015-09-07 한국에너지기술연구원 칼사이트 결정상 및 바테라이트 결정상을 포함하는 탄산칼슘의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄산칼슘
KR101524457B1 (ko) 2013-09-13 2015-06-01 한국에너지기술연구원 입체장애 아민 및 유기칼슘염을 포함하는 이산화탄소의 흡수 및 탄산염 고정화를 위한 수용액 및 이를 이용한 이산화탄소의 흡수 및 탄산염 고정화 방법
KR101670289B1 (ko) 2014-12-30 2016-10-28 한국에너지기술연구원 칼슘을 포함하는 이산화탄소 흡수액을 이용한 이산화탄소 흡수 방법 및 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240055502A (ko) 2022-10-20 2024-04-29 주식회사 엘스텍 산화칼슘과 과산화수소 반응에 의해 생성되는 활성 중간체를 활용한 온실가스 제거 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20190270047A1 (en) 2019-09-05
KR20180052504A (ko) 2018-05-18
US11406930B2 (en) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102004690B1 (ko) 무기질 폐기물을 이용한 이산화탄소 고정화 방법
US7384616B2 (en) Waste gas treatment process including removal of mercury
US7722842B2 (en) Carbon dioxide sequestration using alkaline earth metal-bearing minerals
JP2005524526A (ja) 酸性ガス吸収方法
AU2010201374A1 (en) Gas stream multi-pollutants control systems and methods
KR101913099B1 (ko) 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치
US10532317B2 (en) Removal of metals from CO2 capture solvents
KR101447818B1 (ko) 아민계 용액과 이산화탄소를 이용한 금속 탄산염의 제조방법
CA2543984C (en) Reactivation of lime-based sorbents by co2 shocking
US20220134282A1 (en) Process for hybrid carbon capture and mineralization
EP2514507A1 (en) Method for depleting an acid gas from a gas stream using an amino acid solution
Zhang et al. Desorption and mineralization of CO2 in amine-based solution by Ca (OH) 2
CN104226086A (zh) 酸性气体回收系统及酸性气体回收装置
JP4747382B1 (ja) 排煙浄化処理方法
KR102032948B1 (ko) pH 조절을 통한 해수유래 산업폐수 내 금속이온 분리 및 고순도 탄산염의 제조방법
WO2018088783A1 (ko) 이산화탄소의 연속적 제거방법 및 제거장치
KR102069099B1 (ko) 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 데 사용하기 위한 흡수제
KR20080059958A (ko) 오존 및 활성 코크스에 의한 배가스 동시 탈황 탈질 방법
CN110813059A (zh) 降低二氧化碳捕集溶剂再生能耗的方法
KR101778846B1 (ko) 규회석을 이용한 이산화탄소의 고정화 방법
KR101527453B1 (ko) 금속염을 이용한 암모니아의 슬립 억제방법
KR101902624B1 (ko) 탈황 폐수의 전처리 방법 및 그 시스템
CN115282732A (zh) 一种含哌嗪的醇胺型多相co2吸收剂及其制备方法、应用
KR101542968B1 (ko) 연소 배가스의 탈황용 흡수제 및 이를 이용한 연소 배가스의 처리 방법
WO2015001080A1 (de) Verfahren zur abtrennung von sauergasen aus einem stickoxide enthaltenden fluidstrom

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant