KR101956924B1 - 이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 흡수제에 포함된 금속이온을 제거하여 흡수제의 산화에 의한 열화를 방지할 수 있는 이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
일례로, 이산화탄소가 포함된 배기가스와 흡수제를 향류 접촉시켜 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 이산화탄소 포화 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하는 탈거탑; 및 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제로부터 금속이온을 선택적으로 제거하여, 흡수제의 열화를 방지하는 킬레이트 수지탑을 포함하는 이산화탄소 포집 장치를 개시한다.

Description

이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법{Apparatus for CO2 capture and operating method of thereof}
본 발명은 이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 함께 온실가스로 인한 지구온난화 문제가 대두되고 있으며, 이에 대한 국제적 관심이 점차 높아지고 있다. 특히, 온실가스 중 산성가스인 이산화탄소를 줄이기 위하여 화학적 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등 많은 기술이 개발되고 있다.
화력발전소 등 연소설비에서 발생하는 이산화탄소를 제거하기 위하여 사용되는 흡수제를 이용한 화학적 흡수방법은 높은 효율과 안정적인 기술로 가장 많이 이용되고 있다. 그러나, 이러한 흡수제는 연소 배기가스에 포함된 물질 중 산소, 황산화물 및 금속 등과 접촉하면서 열화된다. 이처럼 열화된 흡수제는 이산화탄소 흡수 능력을 잃게 되므로 새로운 흡수제로 교체되어야 하고, 이에 따른 막대한 비용 손실이 발생한다.
본 발명은 흡수제에 포함된 금속이온을 제거하여 흡수제의 산화에 의한 열화를 방지할 수 있는 이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 이산화탄소 포집 장치는 이산화탄소가 포함된 배기가스와 흡수제를 향류 접촉시켜 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑; 상기 이산화탄소 포화 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하는 탈거탑; 및 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제로부터 금속이온을 선택적으로 제거하여, 흡수제의 열화를 방지하는 킬레이트 수지탑을 포함한다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑은 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb)의 금속이온 중 적어도 하나를 제거할 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑은 킬레이트 결합에 의해 금속이온을 흡착하는 킬레이트 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑은 상기 킬레이트 수지의 교환기를 다르게 하여, 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제로부터 제거되는 금속이온의 선택성을 조절할 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑은 상기 킬레이트 수지가 금속이온으로 포화되면 재생용액을 공급하여 상기 킬레이트 수지를 재생할 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑의 상부에는 제1밸브 및 제2밸브가 형성되고, 상기 킬레이트 수지탑의 하부에는 제3밸브 및 제4밸브가 형성될 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑이 흡수제로부터 금속이온을 흡착하는 흡착공정일 때는 상기 제1밸브 및 제3밸브가 오픈될 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑이 킬레이트 수지를 재생하는 재생공정일 때는 상기 제 2 밸브 및 제3밸브가 오픈될 수 있다.
또한, 상기 킬레이트 수지탑에서 금속이온이 제거된 흡수제는 상기 흡수탑으로 공급되어 재사용 될 수 있다.
또한, 상기 흡수탑과 상기 탈거탑 사이에는 상기 이산화탄소 포화 흡수제를 예열하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 흡수제는 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액, 암모니아수 및 금속 이온염 용액 중 어느 하나만 사용하거나 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 이산화탄소 포화 장치의 동작 방법은 흡수탑에서 흡수제를 배기가스와 향류 접촉시켜, 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 이산화탄소 포화 흡수제 생성 단계; 상기 이산화탄소 포화 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하는 이산화탄소 제거 단계; 상기 재생된 흡수제를 킬레이트 수지탑에 통과시켜, 상기 재생된 흡수제에 포함된 금속이온을 제거하는 금속이온 제거 단계; 및 상기 금속이온이 제거된 흡수제를 상기 흡수탑에 공급하여 재사용하는 흡수제 재사용 단계를 포함한다.
또한, 상기 금속이온 제거 단계에서는 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb)의 금속이온 중 적어도 하나를 제거할 수 있다.
또한, 상기 금속이온 제거 단계에서는 상기 킬레이트 수지탑에 충진된 킬레이트 수지가 킬레이트 결합에 의해 상기 재생된 흡수제에 포함된 금속이온을 흡착할 수 있다.
또한, 상기 금속이온 제거 단계에서는 상기 킬레이트 수지의 교환기를 다르게 하여, 상기 재생된 흡수제로부터 제거되는 금속이온의 선택성을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치는 흡수제로부터 금속이온을 제거하는 킬레이트 수지탑을 구비함으로써, 흡수제의 산화에 의한 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치는 흡수제로부터 금속이온을 제거하는 킬레이트 수지탑을 구비함으로써, 흡수제의 소비를 획기적으로 줄일 수 있으며 그에 따른 비용을 감소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치의 이산화탄소 포집 방법을 도시한 순서도이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 흡수탑(110), 탈거탑(120) 및 킬레이트 수지탑(130)을 포함한다. 또한, 상기 이산화탄소 포집 장치(100)는 펌프(140), 열교환기(150), 리보일러(160), 응축기(170) 및 리플럭스 드럼(180)을 더 포함할 수 있다.
상기 흡수탑(110)에는 이산화탄소를 포함한 배기가스(10)와 흡수제(20)가 공급된다. 여기서, 상기 배기가스(10)는 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 질소(N2), 이산화황(SO2), 이산화질소(NO2), 비산재(SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, P2O5) 등을 포함한다. 이외에도 상기 배기가스는 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 등의 금속들이 포함되어 있다. 또한, 상기 흡수제(20)는 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액, 암모니아수 및 금속 이온염 용액 중에서 어느 하나만 사용하거나 적어도 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 상기 흡수제(20)는 1~80 wt% 범위의 수용액으로 이용되는 것이 바람직하다. 더불어, 상기 배기가스(10)에 포함된 물질 중 산소, 황산화물 및 금속이 흡수제(20)와 접촉하면서 흡수제(20)를 열화시킨다. 상기 흡수제(20)는 산소에 의해 산화되기 쉬우며, 상기 금속성분은 흡수제의 산화를 촉진시켜는 촉매로 작용하고, 황산화물은 흡수제(20)와 결합하여 열화 생성물을 형성하므로, 결과적으로 흡수제(20)를 열화시킨다.
상기 흡수탑(110)은 공급된 배기가스(10)와 흡수제(20)를 서로 반응시켜 이산화탄소를 포함한 이산화탄소 포화 흡수제(21)를 생성한다. 이때, 상기 배기가스(10)는 상기 흡수탑(110)의 하부에서 공급되고, 상기 흡수제(20)는 상기 흡수탑(110)의 상부에서 공급된다. 따라서, 상기 흡수탑(110)에서 상기 배기가스(10)와 흡수제(20)는 향류(向流) 접촉된다. 이때, 상기 흡수탑(110)에 공급되는 순환되는 세척수나 공정의 물의 수지를 맞출수 있는 보충수를 이용하여, 흡수제(20)가 비말하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 흡수탑(110)은 배기가스(10) 중 질소(N2), 산소(O2) 등과 같이 흡수제(20)와 반응하지 않는 가스 성분을 외부로 배출한다. 더불어, 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)는 상기 배기가스(10)에 포함된 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 중에서 적어도 하나의 금속을 더 포함한다. 상기 흡수탑(110)의 운전온도는 흡수제(20)의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수탑(110)의 운전온도는 40℃ 내지 60℃의 범위로 유지될 수 있다. 상기 흡수탑(110)에서 생성된 이산화탄소 포화 흡수제(21)는 펌프(140)에 의해 열교환기(150)를 거쳐 예열된 상태로 탈거탑(120)의 상부로 주입된다.
상기 탈거탑(120)은 상기 흡수탑(110)에서 공급된 이산화탄소 포화 흡수제(21)로부터 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생한다. 구체적으로, 상기 탈거탑(120)은 상부로 주입된 이산화탄소 포화 흡수제(21)를 하부로 이동시키면서, 탈거탑(120)에 연결된 리보일러(160)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의해 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)로부터 이산화탄소를 탈거하여 흡수제를 재생한다. 상기 탈거탑(120)의 운전온도는 흡수제의 종류에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 탈거탑(120)의 운전온도는 80℃ 내지 140℃의 범위로 유지될 수 있다.
상기 탈거탑(120)에서 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스는 응축기(170)로 공급된다. 상기 응축기(170)는 탈거된 이산화탄소와 수증기의 혼합가스를 응축시켜 리플럭스 드럼(180)으로 공급하고, 상기 리플럭스 드럼(180)은 이를 이산화탄소(CO2)와 응축수로 상분리한다. 상기 이산화탄소는 회수 공정 또는 처리 공정으로 이송되어 저장 또는 용도에 따라 사용된다. 상기 응축수는 탈거탑(120)의 상부로 이송되어, 상기 탈거탑(120)의 상부로 상승하는 기체에 존재하는 부유물을 세정한다.
또한, 상기 탈거탑(120)에서 재생된 흡수제(22)는 펌프(140)에 의해 열교환기(150)를 거쳐 상기 흡수탑(110)으로 공급되거나 킬레이트 수지탑(130)으로 공급된다. 여기서, 상기 탈거탑(120)은 이산화탄소 포화 흡수제(21)로부터 이산화탄소만을 분리하므로, 상기 재생된 흡수제(22)에는 여전히 금속성분이 포함되어 있다. 이러한 금속성분은 흡수제가 배기가스(10)와 접촉할 때 형성되거나, 흡수제가 이동하는 배관에서 유입될 수 있다.
상기 킬레이트 수지탑(130)은 상기 탈거탑(120)에서 재생된 흡수제(22)에 포함된 금속을 선택적으로 제거한다. 실질적으로, 상기 재생된 흡수제(22)에는 금속성분이 이온형태로 존재한다. 따라서, 상기 킬레이트 수지탑(130)은 상기 재생된 흡수제(22)에 포함된 금속이온을 제거한다. 즉, 상기 킬레이트 수지탑(130)은 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 의 금속이온 중 적어도 하나를 제거할 수 있다.
상기 킬레이트 수지탑(130)에는 킬레이트 수지가 충진되어 있다. 또한, 상기 킬레이트 수지탑(130)의 상부에는 제1밸브(131) 및 제2밸브(132)가 연결되어 있고, 상기 킬레이트 수지탑(130)의 하부에는 제3밸브(133) 및 제4밸브(134)가 연결되어 있다.
상기 킬레이트 수지는 킬레이트 결합에 의해 상기 재생된 흡수제(22)에 포함된 금속이온을 흡착하여 제거한다. 이때, 재생된 흡수제(22)는 제1밸브(131)를 통해 상기 킬레이트 수지탑(130)으로 공급되고, 금속이온이 제거된 흡수제(23)는 제3밸브(133)를 통해 흡수탑(110)으로 공급된다. 상기 킬레이트 수지의 교환기에 따라 제거되는 금속이온의 종류가 달라진다. 다시 말해, 상기 킬레이트 수지의 종류에 따라 상기 킬레이트 수지에 흡착되는 금속이온의 종류가 달라진다. 예를 들어, Styrene계 Porous type의 킬레이트 수지는 이미노아세테이트(iminoacetate)를 교환기로 사용하며, 2가 이온의 선택성이 우수하며, Styrene계 High Porous type의 킬레이트 수지는 폴리아민(polyamine)을 교환기로 사용하며, 중금속에 대한 선택성이 우수하다. 따라서, 상기 킬레이트 수지탑(130)은 상기 킬레이트 수지의 교환기를 달리하여 재생된 흡수제(22)로부터 제거할 금속이온의 선택성을 조절할 수 있다. 상기 킬레이트 수지탑(130)에서 금속이온이 제거된 흡수제(23)는 상기 탈거탑(110)의 상부로 공급되어 재사용된다.
상기 킬레이트 수지가 금속이온으로 포화되었을 때, 상기 킬레이트 수지탑(130)에 재생용액을 공급하여 킬레이트 수지를 재생시킬 수 있다. 이때, 상기 재생용액은 제2밸브(132)를 통해 킬레이트 수지탑(130)으로 공급되어 킬레이트 수지를 재생시킨 후 제4밸브(134)를 통해 외부로 배출된다. 즉, 상기 킬레이트 수지탑(130)이 재생된 흡수제(22)에 포함된 금속이온을 흡착하는 흡착공정일 때는 제1밸브(131)와 제3밸브(133)를 오픈하고, 상기 킬레이트 수지탑(130)이 킬레이트 수지를 재생하는 재생공정일 때는 제2밸브(132)와 제4밸브(134)를 오픈한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 흡수제로부터 금속이온을 제거하는 킬레이트 수지탑(130)을 구비함으로써, 흡수제의 산화에 의한 열화를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)는 흡수제로부터 금속이온을 제거하는 킬레이트 수지탑(130)을 구비함으로써, 흡수제의 소비를 획기적으로 줄일 수 있으며 그에 따른 비용을 감소할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치의 동작 방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집 장치(100)의 동작 방법은 이산화탄소 포화 흡수제 생성 단계(S10), 이산화탄소 제거 단계(S20), 금속이온 제거 단계(S30) 및 흡수제 재사용 단계(S40)를 포함한다. 이하에서는 상기 각 단계들을 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
상기 이산화탄소 포화 흡수제 생성 단계(S10)는 흡수제(20)가 배기가스(10)와 향류 접촉하여 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제(21)를 생성하는 단계이다.
상기 이산화탄소 포화 흡수제 생성 단계(S1)에서는 상기 흡수탑(110)에 공급된 흡수제(20)가 배기가스(10) 중 이산화탄소와 반응하여 이산화탄소 포화 흡수제(21)를 생성한다. 또한, 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)는 상기 배기가스(10)에 포함된 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 중에서 적어도 하나의 금속을 더 포함한다. 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)는 펌프(140)에 의해 열교환기(150)를 거쳐 예열된 상태로 탈거탑(120)의 상부로 공급된다.
상기 이산화탄소 제거 단계(S20)는 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)에서 이산화탄소를 제거하는 단계이다.
상기 이산화탄소 제거 단계(S20)에서는 상기 이산화탄소 포화 흡수제(21)가 상기 탈거탑(120)의 상부에서 하부로 이동하면서 리보일러(160)에서 발생되는 스팀 또는 열 에너지에 의해 이산화탄소(CO2)와 흡수제(22)로 분리된다. 따라서, 상기 이산화탄소 포화 흡수제는 재생된다. 여기서, 상기 이산화탄소(CO2)는 응축기(170)와 리플럭스 드럼(180)을 통해 배출되어, 회수 공정 또는 처리 공정으로 이송되어 저장 또는 용도에 따라 사용된다. 더불어, 상기 탈거탑(120)에서 재생된 흡수제(22)는 펌프(140)에 의해 열교환기(150)를 킬레이트 수지탑(130)으로 공급된다. 또한, 상기 재생된 흡수제(22)에는 배기가스(10)와의 접촉에서 형성되거나, 이동하는 배관에서 유입된 금속성분이 여전히 포함되어 있다. 즉, 상기 재생된 흡수제(22)에는 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 중에서 적어도 하나의 금속이 포함되어 있다. 실질적으로 상기 흡수제(22)에는 금속성분이 이온형태로 존재한다. 이러한 금속성분은 흡수제(22)의 산화를 촉진시켜 흡수제(22)를 열화시킬 수 있다.
상기 금속이온 제거 단계(S30)는 상기 이산화탄소가 제거된 흡수제(22)에서 금손이온을 제거하는 단계이다.
상기 금속이온 제거 단계(S30)에서는 상기 재생된 흡수제(22)가 킬레이트 수지탑(130)으로 공급되고, 킬레이트 수지가 흡수제(22)에 포함된 금속이온을 흡착하여 제거한다. 즉, 상기 킬레이트 수지는 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 납(Pb) 의 금속이온 중 적어도 하나를 제거할 수 있다. 또한, 상기 금속이온 제거 단계(S30)에서는 제거할 금속이온의 종류에 따라 킬레이트 수지를 교체할 수 있다. 상기 금속이온이 제거된 흡수제(23)는 흡수탑(110)의 상부로 공급된다.
상기 흡수제 재사용 단계(S40)는 상기 금속이온이 제거된 흡수제(23)를 흡수탑(110)에서 재사용하는 단계이다.
<실시예 1>
흡수제로 30wt%의 모노에탄올아민을 이용하고, 킬레이트 수지탑의 성능을 실험하기 위해 흡수제에 FeSO4를 주입하여 흡수제 중에 1mM의 Fe2+ 금속이온이 존재하게 한 후 흡수액 중 일부(10wt%)를 폴리아민을 교환기로 사용하는 스티렌계(styrene) high porous type의 킬레이트 수지탑에 통과시켰다. 킬레이트 수지탑을 통과한 흡수제 시료에 공기 98 Vol%, 이산화탄소 2 Vol%의 가스를 보내면서 산화생성물인 암모니아의 발생량을 FTIR 분석기를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 흡수제에 MnSO4를 주입하여 흡수제 중에 1mM의 Mn2+ 금속이온이 존재한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 얻은 결과를 표 1에 나타내었다.
<실시예 3>
상기 실시예 1에서 흡수제에 CuSO4를 주입하여 흡수제 중에 1mM의 Cu2+ 금속이온이 존재한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 얻은 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
상기 실시예 1에서 흡수제에 Fe2+ 금속이온이 존재하게 한 후 기존의 공정과 같이 킬레이트 수지탑을 통과시키지 않고 산화생성물인 암모니아의 발생량을 FTIR 분석기를 이용하여 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 흡수제에 Mn2+ 금속이온이 존재하게 한 후 기존의 공정과 같이 킬레이트 수지탑을 통과시키지 않고 산화생성물인 암모니아의 발생량을 FTIR 분석기를 이용하여 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
<비교예 3>
상기 실시예 3에서 흡수제에 Cu2+ 금속이온이 존재하게 한 후 기존의 공정과 같이 킬레이트 수지탑을 통과시키지 않고 산화생성물인 암모니아의 발생량을 FTIR 분석기를 이용하여 측정한 결과를 표 1에 나타내었다.
실시예/비교예 금속이온 암모니아 발생속도
(mmol/hr/kg흡수제)		 열화도 비교
실시예 1 Fe2+ 0.1 5.6%
비교예 1 Fe2+ 1.8 100%
실시예 2 Mn2+ 0.3 5.1%
비교예 2 Mn2+ 5.9 100%
실시예 3 Cu2+ 0.4 6.5%
비교예 3 Cu2+ 6.2 100%
표 1을 참조하여, 실시예 1 내지 3과 비교예 1 내지 3을 비교해보면, 킬레이트 수지탑을 통과시켜 Fe2+를 제거한 실시예 1의 경우 킬레이트 수지탑을 통과하지 않은 비교예 1에 비해 열화생성물인 암모니아의 발생을 94.4%(100-5.6) 까지 줄일 수 있었으며, 킬레이트 수지탑을 통과시켜 Mn2+를 제거한 실시예 2의 경우 킬레이트 수지탑을 통과하지 않은 비교예 2에 비해 열화생성물인 암모니아의 발생을 94.9%(100-5.1) 까지 줄일 수 있었으며, 킬레이트 수지탑을 통과시켜 Cu2+를 제거한 실시예 3의 경우 킬레이트 수지탑을 통과하지 않은 비교예 3에 비해 열화생성물인 암모니아의 발생을 93.3%(100-6.5) 까지 줄일 수 있었다. 여기서, 비교예 1 내지 3은 실시예 1 내지 3과 동일한 조건이되, 킬레이트 수지탑만 통과하지 않은 것이다. 따라서, 킬레이트 수지탑을 통화하지 않은 비교예 1 내지 3의 열화도를 100%라고 정의하고, 실시예 1 내지 3의 열화도는 비교예 1 내지 3의 열화도를 기준으로 환산하였다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 이산화탄소 포집 장치 및 그 동작 방법을 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.
10: 배기가스 20, 21, 22, 23: 흡수제
100: 이산화탄소 포화 장치 110: 흡수탑
120: 탈거탑 130: 킬레이트 수지탑
140: 펌프 150: 열교환기
160: 리보일러 170: 응축기
180: 리플럭스 드럼

Claims (15)

  1. 이산화탄소가 포함된 배기가스와 흡수제를 향류 접촉시켜 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 흡수탑;
    상기 이산화탄소 포화 흡수제에서 이산화탄소를 분리하여 흡수제를 재생하는 탈거탑; 및
    상기 탈거탑에서 재생된 흡수제로부터 금속이온을 선택적으로 제거하여, 흡수제의 열화를 방지하는 킬레이트 수지탑을 포함하고,
    상기 킬레이트 수지탑은 킬레이트 결합에 의해 금속이온을 흡착하는 킬레이트 수지를 포함하며, 상기 킬레이트 수지의 교환기를 다르게 하여, 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제로부터 제거되는 금속이온의 선택성을 조절하고,
    상기 킬레이트 수지탑은 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제가 상기 흡수탑으로 이동하는 경로 사이에 위치하며, 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제를 공급받아 금속이온을 제거하고, 금속이온이 제거된 흡수제를 상기 흡수탑으로 공급하여 재사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 킬레이트 수지탑은 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb)의 금속이온 중 적어도 하나를 제거하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 킬레이트 수지탑은 상기 킬레이트 수지가 금속이온으로 포화되면 재생용액을 공급하여 상기 킬레이트 수지를 재생하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 킬레이트 수지탑의 상부에는 제1밸브 및 제2밸브가 형성되고, 상기 킬레이트 수지탑의 하부에는 제3밸브 및 제4밸브가 형성된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 킬레이트 수지탑이 흡수제로부터 금속이온을 흡착하는 흡착공정일 때는 상기 제1밸브 및 제3밸브가 오픈되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 킬레이트 수지탑이 킬레이트 수지를 재생하는 재생공정일 때는 상기 제 2 밸브 및 제3밸브가 오픈되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑과 상기 탈거탑 사이에는 상기 이산화탄소 포화 흡수제를 예열하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수제는 아민계, 아미노산염계, 무기염계 용액, 암모니아수 및 금속 이온염 용액 중 어느 하나만 사용하거나 적어도 둘 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치.
  12. 흡수탑에서 흡수제를 배기가스와 향류 접촉시켜, 이산화탄소를 포함하는 이산화탄소 포화 흡수제를 생성하는 이산화탄소 포화 흡수제 생성 단계;
    상기 이산화탄소 포화 흡수제를 탈거탑에 공급하여 이산화탄소를 분리하고 흡수제를 재생하는 이산화탄소 제거 단계;
    상기 재생된 흡수제를 킬레이트 수지탑에 통과시켜, 상기 재생된 흡수제에 포함된 금속이온을 제거하는 금속이온 제거 단계; 및
    상기 금속이온이 제거된 흡수제를 상기 흡수탑에 공급하여 재사용하는 흡수제 재사용 단계를 포함하고,
    상기 금속이온 제거 단계에서는 상기 킬레이트 수지탑에 충진된 킬레이트 수지가 킬레이트 결합에 의해 상기 재생된 흡수제에 포함된 금속이온을 흡착하며, 상기 킬레이트 수지의 교환기를 다르게 하여, 상기 재생된 흡수제로부터 제거되는 금속이온의 선택성을 조절하고,
    상기 킬레이트 수지탑은 상기 탈거탑에서 재생된 흡수제가 상기 흡수탑으로 이동하는 경로 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치의 동작 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속이온 제거 단계에서는 망간(Mn), 구리(Cu), 바나듐(V), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 코발트(Co), 니켈(Ni), 주석(Sn), 셀레늄(Se), 세륨(Ce), 아연(Zn), 카드뮴(Cd) 및 납(Pb)의 금속이온 중 적어도 하나를 제거하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집 장치의 동작 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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