KR102089399B1 - A tubular reactor for mineralization of carbon dioxide, an apparatus comprising the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same - Google Patents

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박기태
이원희
김영은
강성필
김학주
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Abstract

According to the present invention, a tubular reactor for a mineralization reaction of carbon dioxide, a device including the same, and a mineralization method of carbon dioxide using the same can capture carbon dioxide in exhaust gas without a separate capture process of carbon dioxide, convert carbon dioxide into a form of carbonate minerals with high efficiency and high purity, improve space efficiency by minimizing the volume of the reactor and a reaction device, and also convert carbon dioxide into the form of carbonate minerals with high conversion rate even under a room temperature and pressure. In addition, there is an economical and efficient effect that the present invention can reduce the cost due to the reduction of carbon dioxide and store the same stably and permanently.

Description

이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법{A tubular reactor for mineralization of carbon dioxide, an apparatus comprising the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same}A tubular reactor for mineralization of carbon dioxide, an apparatus comprising the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same}

본 발명은 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide, an apparatus comprising the same, and a method for mineralization of carbon dioxide using the same.

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 온실가스로 알려져 있는 이산화탄소는 대기 중에 다량 포함되어 있어 지구 온난화에 영향을 크게 미치는 물질 중 하나이다. 따라서 이산화탄소의 배출을 저감하기 위한 다양한 연구가 수행되고 있다.Recently, as various problems due to global warming have occurred, interest in a method of reducing greenhouse gas emission causing global warming has increased, and accordingly, related research has been actively conducted. Carbon dioxide, known as a representative greenhouse gas, is one of the substances that greatly affect global warming because it is contained in a large amount in the atmosphere. Therefore, various studies have been conducted to reduce the emission of carbon dioxide.

실제 산업체 또는 내연기관에 이용 가능한 이산화탄소의 배출 저감 기술은 현실적으로 이산화탄소 포집 및 저장기술(Carbon Capture and Storage, CCS)이라 할 수 있다. 이러한 이산화탄소의 배출 저감을 위한 포집 기술은 연소 전 포집 기술, 순 산소 연소기술, 연소 후 포집기술로 구별되며, 기존 설비 등에 가장 적용이 용이한 기술은 연소 후 포집기술일 수 있다. 이러한 포집기술은 아민계 흡수제 등과 같은 화합물을 이용하는 방법 또는 분리막을 이용하는 방법 등이 있으며, 고농도로 이산화탄소의 포집이 가능한 아민계 화합물을 이용하는 것이 통상적이다. 그러나 아민계 화합물에 이산화탄소를 포집시킨 후 포집된 이산화탄소를 회수하고자 하는 경우, 높은 에너지를 필요로 하는 문제점이 있다.The carbon dioxide emission reduction technology that can be used in an actual industrial or internal combustion engine can be referred to as carbon capture and storage (CCS). The capture technology for reducing the emission of carbon dioxide is classified into a pre-combustion capture technology, a pure oxygen combustion technology, and a post-combustion capture technology, and the most easily applicable technology to existing facilities may be a post-combustion capture technology. Such a capture technique includes a method using a compound such as an amine-based absorbent or a method using a separator, and it is common to use an amine-based compound capable of capturing carbon dioxide at a high concentration. However, there is a problem in that high energy is required when carbon dioxide is collected in an amine compound and then the carbon dioxide collected is recovered.

포집된 이산화탄소는 해양 등에 폐기하는 방법으로 처리 가능하며, 보다 안정적으로 이산화탄소를 폐기하는 방법으로는, 이산화탄소를 탄산칼슘 등의 탄산염 광물 형태로 전환하는 방법으로, 이에 대해서 다양한 연구가 수행되고 있다.The collected carbon dioxide can be disposed of by disposing it in the ocean, etc., and a more stable method of disposing carbon dioxide is a method of converting carbon dioxide into a carbonate mineral form such as calcium carbonate, and various studies have been conducted on this.

구체적으로, 이산화탄소를 탄산칼슘 형태로 전환하기 위해 사용되는 칼슘의 공급원으로 철강산업 및 시멘트 산업 등에서 배출되는 슬래그 등과 같은 무기질 폐기물 내에 포함된 칼슘 또는 이를 추출하여 이용하는 방안이 제시되고 있다. 그러나 이러한 공급원을 사용하여 이산화탄소를 탄산칼슘 등의 탄산염 광물 형태로 전환하는 경우, 이산화탄소의 고정 효율이 낮은 문제점이 있다. Specifically, as a source of calcium used to convert carbon dioxide into a calcium carbonate form, a method of extracting and using calcium contained in inorganic wastes such as slag discharged from the steel industry and cement industry has been proposed. However, when using this source to convert carbon dioxide into a carbonate mineral form such as calcium carbonate, there is a problem that the fixing efficiency of carbon dioxide is low.

KR10-2018-0106884A (2018.10.01)KR10-2018-0106884A (2018.10.01)

본 발명의 목적은 이산화탄소의 별도 포집 공정 없이도 배기가스 중 이산화탄소를 포집과 함께 이산화탄소를 탄산염 광물 형태로 높은 효율 및 높은 순도로 전환할 수 있는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is a tubular reactor for the mineralization reaction of carbon dioxide capable of converting carbon dioxide in the form of carbonate minerals with high efficiency and high purity together with capturing carbon dioxide in exhaust gas without a separate capture process of carbon dioxide, and a device comprising the same It is to provide a method for mineralization of used carbon dioxide.

본 발명의 다른 목적은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 그대로 유입시켜 반응시킬 수 있는 것은 물론, 높은 반응 효율을 가지면서도 반응기 및 반응 장치의 부피를 최소화할 수 있어 공간 효율을 향상시킬 수 있는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to allow the reaction by introducing the exhaust gas containing carbon dioxide as it is, as well as having a high reaction efficiency while minimizing the volume of the reactor and the reaction device, a mineral of carbon dioxide that can improve the space efficiency It is to provide a tubular reactor for the chemical reaction, an apparatus comprising the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same.

본 발명의 다른 목적은 상온 및 상압에서도 이산화탄소를 탄산염 광물 형태로 높은 전환율로 전환할 수 있는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide capable of converting carbon dioxide into a carbonate mineral form at a high conversion rate even at normal temperature and pressure, an apparatus comprising the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same.

본 발명의 다른 목적은 이산화탄소 저감에 따른 비용을 낮추고 이산화탄소를 높은 순도로 탄산염 광물 형태로 전환하여 안정적이고 영구적으로 저장할 수 있는 경제적이고 효율적인 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is an economical and efficient tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide that can stably and permanently store carbon dioxide in the form of a carbonate mineral with a high purity by lowering the cost associated with carbon dioxide reduction, and apparatus using the same It is to provide a method for mineralizing carbon dioxide.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기는 액상 매질에서 이산화탄소 함유 기체 및 칼슘 화합물을 반응시켜 광물화하는 관형 반응기로서, 액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성되는 관형의 반응부; 상기 반응부의 내부에 고정되고 반응부의 길이방향의 중심축부에 형성되며, 반응부의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상기 판이 상기 중심축 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 다수의 교반 단위체가 서로 결합되는 고정형 교반부; 및 상기 반응부의 일단부에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 기체를 미세기포 상태로 액상 매질에 분산시키는 외부 가스필터를 포함하는 가스필터부;를 포함한다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention is a tubular reactor for mineralizing by reacting a carbon dioxide-containing gas and a calcium compound in a liquid medium, wherein a fluid containing a liquid medium, a calcium compound and a carbon dioxide-containing gas is from one end to the other end A tubular reaction unit having a flow path formed therein to flow in; Fixed agitation fixed to the inside of the reaction unit and formed on the central axis in the longitudinal direction of the reaction unit, a plate is formed to face the inner circumferential surface of the reaction unit, but a plurality of stirring units having a twisted shape based on the direction of the central axis are combined with each other part; And a gas filter unit positioned adjacent to one end of the reaction unit and including an external gas filter for dispersing carbon dioxide-containing gas in a liquid medium in a microbubble state.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 교반 단위체의 판은 상기 반응부의 길이방향의 중심축 방향을 기준으로 150 내지 210도로 비틀어진 형태일 수 있다.In one example of the present invention, the plate of the stirring unit may be twisted to 150 to 210 degrees based on the central axis direction of the longitudinal direction of the reaction unit.

본 발명의 일 예에 있어서, 서로 인접하는 상기 교반 단위체들의 일측단이 서로 접하여 결합되되, 접합부가 상기 반응부의 중심축부에 대응될 수 있다.In one example of the present invention, one side end of the agitating units adjacent to each other is in contact with each other, but the junction may correspond to the central axis of the reaction unit.

본 발명의 일 예에 있어서, 서로 결합되는 교반 단위체의 일측단들은 60 내지 120도로 교차하여 접합될 수 있다.In one example of the present invention, one side end of the stirring unit coupled to each other may be joined by crossing 60 to 120 degrees.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 가스필터부는 가스필터의 일면이 상기 중심축 방향과 대향하여 고정되되, 유입되는 기체 전체가 미세기포 상태로 전환되도록 가스필터의 테두리 전체가 대응하는 반응기의 내주면에 접하도록 형성될 수 있다.In one example of the present invention, the gas filter portion is fixed to the one side of the gas filter facing the central axis direction, so that the entire inlet gas is converted to a micro-bubble state, the entire rim of the gas filter is on the inner circumferential surface of the corresponding reactor. It may be formed to contact.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 가스필터부는, 상기 반응부의 내부에 위치하되, 유체 흐름 방향을 기준으로 최전단에 위치하는 상기 교반 단위체의 후단에 위치하는 하나 또는 다수의 내부 가스필터;를 더 포함할 수 있으며, 상기 내부 가스필터를 통해 이산화탄소 함유 기체가 액상 매질에 재분산될 수 있다.In one example of the present invention, the gas filter unit, but located inside the reaction unit, one or a plurality of internal gas filters located at the rear end of the stirring unit positioned at the forefront of the fluid flow direction; The carbon dioxide-containing gas may be redispersed in a liquid medium through the internal gas filter.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는 상기 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기를 포함한다. 본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는 상기 반응부의 일단부에서 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함하고, 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물이며, 상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치는, 상기 반응기; 및 상기 반응기로부터 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 유체로부터 탄산칼슘 입자를 분리 및 배출하는 분리부;를 포함할 수 있다.The apparatus for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention includes a tubular reactor for the mineralization reaction of carbon dioxide. The mineralization reaction apparatus of carbon dioxide according to an embodiment of the present invention, the fluid flowing from one end of the reaction unit further includes an alkali metal hydroxide, the calcium compound is calcium chloride, and the mineralization reaction apparatus of carbon dioxide is Reactor; And a separation unit through which a fluid including calcium carbonate particles and alkali metal chloride as reactants flows from the reactor, and separates and discharges calcium carbonate particles from the fluid.

본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는, 상기 분리부로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 알칼리금속 염화물을 알칼리금속 수산화물로 전환하는 전기분해부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 전기분해부로부터 배출되는 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단부로 유입되는 유체로 재순환될 수 있다.The apparatus for mineralization of carbon dioxide according to an embodiment of the present invention may further include an electrolysis unit for introducing a fluid containing alkali metal chloride from the separation unit and converting the alkali metal chloride to alkali metal hydroxide. In addition, the fluid containing the alkali metal hydroxide discharged from the electrolysis unit may be recycled to the fluid flowing into one end of the reaction unit.

본 발명에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은 상기 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기를 이용하여 수행된다. 본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은, s1) 액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단을 통해 반응부의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부의 타단을 통해 반응물을 포함하는 유체가 배출되는 단계 및 s2) 상기 반응물을 포함하는 유체로부터 탄산칼슘 입자가 분리되어 수득되는 단계를 포함할 수 있다.The method for immobilizing carbon dioxide according to the present invention is performed using a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide. In the immobilization method of carbon dioxide according to an example of the present invention, s1) a fluid medium, a calcium compound, and a fluid containing a carbon dioxide-containing gas flow into and flow into the reaction unit through one end of the reaction unit to react through the other end of the reaction unit It may include the step of discharging the fluid containing and s2) is obtained by separating the calcium carbonate particles from the fluid containing the reactants.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 s1) 단계에서, 액상 매질 및 이산화탄소의 체적 유량비는 1:4~20일 수 있다.In an example of the present invention, in the step s1), the volumetric flow rate ratio of the liquid medium and carbon dioxide may be 1: 4-20.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 s1) 단계에서, 이산화탄소 및 칼슘 화합물의 몰비는 1:1~7일 수 있다.In an example of the present invention, in the step s1), the molar ratio of carbon dioxide and calcium compounds may be 1: 1 to 7.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 s1) 단계에서, 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함할 수 있고, 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물일 수 있다.In an example of the present invention, in the step s1), the fluid introduced may further include an alkali metal hydroxide, and the calcium compound may be calcium chloride.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 액상 매질에 대한 칼슘 화합물의 농도는 0.2 내지 2 M일 수 있으며, 상기 액상 매질에 대한 알칼리금속 수산화물의 농도는 0.3 내지 3 M일 수 있다.In one example of the present invention, the concentration of the calcium compound for the liquid medium may be 0.2 to 2 M, and the concentration of the alkali metal hydroxide for the liquid medium may be 0.3 to 3 M.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 s2) 단계에서, 탄산칼슘 입자의 순도는 95% 이상일 수 있다.In an example of the present invention, in the step s2), the purity of the calcium carbonate particles may be 95% or more.

본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은 상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은, s1) 액상 매질, 칼슘 염화물, 알칼리금속 수산화물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단을 통해 반응부의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부의 타단을 통해 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 배출되는 단계, s2) 상기 반응부로부터 반응물을 포함하는 유체가 상기 분리부로 유입되고, 상기 분리부에서 탄산칼슘 입자가 분리되는 단계 및 s3) 상기 분리부로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 상기 전기분해부로 유입되고, 상기 전기분해부에서 상기 알칼리금속 염화물이 알칼리금속 수산화물로 전환되는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 전기분해부에서 전환된 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단부로 유입되는 유체로 재순환될 수 있다.The method for immobilizing carbon dioxide according to an embodiment of the present invention may be performed using the mineralization reaction apparatus for carbon dioxide. In the immobilization method of carbon dioxide according to an example of the present invention, s1) a fluid medium, calcium chloride, an alkali metal hydroxide and a gas containing carbon dioxide gas are introduced into the reaction unit through one end of the reaction unit and reacted, thereby reacting with the reaction unit. The step of discharging the fluid containing the reactant calcium carbonate particles and alkali metal chloride through the other end, s2) the fluid containing the reactant from the reaction unit flows into the separation unit, the separation of the calcium carbonate particles in the separation unit And s3) a fluid containing alkali metal chloride from the separation unit is introduced into the electrolysis unit, and the alkali metal chloride is converted into alkali metal hydroxide in the electrolysis unit. At this time, the fluid containing the alkali metal hydroxide converted in the electrolysis unit may be recycled to the fluid flowing into one end of the reaction unit.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법은 이산화탄소의 별도 포집 공정 없이도 배기가스 중 이산화탄소를 포집과 함께 이산화탄소를 탄산염 광물 형태로 높은 효율 및 높은 순도로 전환할 수 있는 효과가 있다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, an apparatus comprising the same, and a method for mineralization of carbon dioxide using the same, capture carbon dioxide in the exhaust gas and collect carbon dioxide in the form of carbonate minerals without a separate capture process of carbon dioxide. It has the effect of converting to purity.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법은 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 그대로 유입시켜 반응시킬 수 있는 것은 물론, 높은 반응 효율을 가지면서도 반응기 및 반응 장치의 부피를 최소화할 수 있어 공간 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, an apparatus comprising the same, and a method for mineralization of carbon dioxide using the same can be reacted by introducing exhaust gas containing carbon dioxide as it is, as well as having a high reaction efficiency And it is possible to minimize the volume of the reaction device has the effect of improving the space efficiency.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법은 상온 및 상압에서도 이산화탄소를 탄산염 광물 형태로 높은 전환율로 전환할 수 있는 효과가 있다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, an apparatus comprising the same, and a method for mineralization of carbon dioxide using the same have an effect of converting carbon dioxide into a carbonate mineral form at a high conversion rate even at normal temperature and pressure.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법은 이산화탄소 저감에 따른 비용을 낮추고 이산화탄소를 높은 순도로 탄산염 광물 형태로 전환하여 안정적이고 영구적으로 저장할 수 있는 경제적이고 효율적인 이점이 있다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, an apparatus comprising the same, and a method for mineralization of carbon dioxide using the same can reduce the cost of carbon dioxide reduction and convert carbon dioxide into a carbonate mineral form with high purity to stably and permanently store it. There are economical and efficient advantages.

본 발명에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 명세서에서 기재된 효과 및 그 내재적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned in the present invention, the effects described in the specification expected by the technical features of the present invention and the inherent effects thereof are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 고정형 교반부를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기를 나타낸 도면으로, 상부 도면은 외부 가스필터를 포함하는 반응기를 나타낸 도면이며, 하부 도면은 외부 가스필터 및 내부 가스필터를 포함하는 반응기를 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 이산화탄소의 고정화 방법을 나타낸 개념도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응 장치를 나타낸 공정도이다.
1 is a view showing a fixed stirring unit according to the present invention.
2 is a view showing a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, the upper view is a view showing a reactor including an external gas filter, the lower view is a reactor including an external gas filter and an internal gas filter It is the figure shown.
3 and 4 are conceptual views showing a method of immobilizing carbon dioxide according to the present invention.
5 and 6 is a process diagram showing a tubular reaction device for the mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기, 이를 포함하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소의 광물화 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention, an apparatus including the same, and a method for mineralizing carbon dioxide using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에 기재되어 있는 도면은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 상기 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다.The drawings described in this specification are provided as examples in order to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Therefore, the present invention is not limited to the presented drawings and may be embodied in other forms, and the drawings may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention.

본 명세서에서 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.Unless otherwise defined in the technical terms and scientific terms used in the present specification, those skilled in the art to which the present invention pertains have the meanings commonly understood, and the subject matter of the present invention in the following description and the accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may unnecessarily obscure are omitted.

본 명세서에서 사용되는 용어의 단수 형태는 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 해석될 수 있다.As used herein, the singular form of the term may be interpreted as including the plural form unless otherwise specified.

본 명세서에서 언급되는 s1, s2, s3... 등의 용어는 어떠한 단계 또는 수단을 지칭하기 위해 사용되는 것일 뿐, 순서를 의미하는 것이 아니므로 그 용어들이 지칭하는 각 대상들의 순서 관계를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.The terms s1, s2, s3 ..., etc. referred to in this specification are only used to refer to a certain step or means, and do not mean an order, meaning an order relationship of each object referred to by the terms It should not be interpreted as.

본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 %의 단위는 별다른 정의가 없는 한 중량%를 의미한다.The units of% used in the present specification without specific mention mean the weight% unless otherwise specified.

본 발명은 이산화탄소 기체를 입자 상의 안정적인 탄산칼슘으로 전환하여 이산화탄소 기체를 저감하기 위한 것으로, 이를 위한 장치 및 방법을 제공함에 있어, 이산화탄소의 전환율 및 생성되는 탄산칼슘의 순도를 현저히 향상시키는 데에 그 목적이 있다.The present invention is to reduce carbon dioxide gas by converting carbon dioxide gas into stable calcium carbonate on a particle, and in providing an apparatus and method therefor, its purpose is to significantly improve the conversion rate of carbon dioxide and the purity of the resulting calcium carbonate. There is this.

따라서 상기 목적을 위해, 본 발명에서는 이산화탄소의 광물화 반응 장치, 상기 장치에 사용되는 하위 모듈로서 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기 및 상기 반응기 또는 장치를 이용하는 이산화탄소의 고정화 방법을 제공한다.Therefore, for the above object, the present invention provides a carbon dioxide mineralization reaction apparatus, a tubular reactor for the mineralization reaction of carbon dioxide as a sub-module used in the apparatus, and a method of immobilizing carbon dioxide using the reactor or apparatus.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기는 액상 매질에서 이산화탄소 함유 기체 및 칼슘 화합물을 반응시켜 광물화하는 관형 반응기(100)이다. 본 발명에서 반응물로서 사용되는 이산화탄소 함유 기체는 이산화탄소 자체(100% 농도)일 수 있고, 이산화탄소를 포함하는 혼합 기체일 수도 있다. 후자의 경우로, 이산화탄소를 포함하는 배기가스 등을 예로 들 수 있으며, 이렇게 배기가스를 그대로 유입시켜 사용할 수 있음에 따라, 설비 공간을 최소화할 수 있고, 단위 체적당 탄산칼슘의 생성량을 더 증가시킬 수 있다. 상기 배기가스는, 이산화탄소 외에도 질소 또는 질소 화합물, 황 화합물 등 다양한 기체를 포함할 수 있음은 물론이다.The tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention is a tubular reactor 100 for mineralizing by reacting carbon dioxide-containing gas and calcium compounds in a liquid medium. The carbon dioxide-containing gas used as a reactant in the present invention may be carbon dioxide itself (100% concentration), or may be a mixed gas containing carbon dioxide. In the latter case, for example, exhaust gas containing carbon dioxide can be exemplified, and as the exhaust gas can be introduced and used as it is, facility space can be minimized and the amount of calcium carbonate produced per unit volume can be further increased. You can. Of course, the exhaust gas may include various gases such as nitrogen, nitrogen compounds, and sulfur compounds in addition to carbon dioxide.

특히 본 발명에 따른 경우, 다양한 기체들이 혼합되어 있더라도 이산화탄소의 광물화 반응에 있어 이산화탄소의 전환율이 높고, 생성되는 탄산칼슘의 순도도 높은 효과가 있다.In particular, according to the present invention, even when various gases are mixed, the conversion rate of carbon dioxide is high in the mineralization reaction of carbon dioxide, and the purity of the resulting calcium carbonate is also high.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 관형의 반응부(110), 고정형 교반부(120) 및 가스필터부(130)를 포함한다.The tubular reactor 100 for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention includes a tubular reaction unit 110, a fixed stirring unit 120, and a gas filter unit 130, as shown in FIG.

상기 반응부(110)는 액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성된 것이다. 상기 반응부(110)의 구조는 관형으로서 도 2에 도시된 바와 같이, 반응부(110) 내부에 유로 공간이 길이방향으로 형성된 것이면 무방하다.The reaction unit 110 is a fluid medium, a calcium compound and a flow path formed therein so that a fluid containing a gas containing carbon dioxide flows from one end to the other. The structure of the reaction unit 110 is tubular, as illustrated in FIG. 2, as long as the flow path space is formed in the reaction unit 110 in the longitudinal direction.

상기 관형의 반응부(110)는 일반적인 관 형태인 직선 형태를 가지는 것이 통상적이나, 설비 공간 등을 고려하여 곡선 형태를 가지거나 곡선 형태를 가지는 부분을 포함할 수 있음은 물론이다.The tubular reaction unit 110 is generally of a straight shape, which is a general pipe shape, but it is of course possible to include a portion having a curved shape or a curved shape in consideration of an installation space.

상기 반응부(110)의 총 길이 및 내경은 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 크게 제한되는 것은 아니며, 2 내지 50 m 및 5 내지 200 mm를 예로 들 수 있으나, 이에 제한되지 않음은 물론이다.The total length and inner diameter of the reaction unit 110 may be appropriately adjusted according to the scale, and thus is not limited to a large extent, and may be, for example, 2 to 50 m and 5 to 200 mm, but is not limited thereto.

상기 반응부(110)의 재질은 고분자, 유리, 세라믹 등 유체가 내부에 흐를 수 있도록 구조 안정성을 유지할 수 있는 것이라면 무방하나, 설비 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 측면에서 고분자 등의 유연 재질인 것이 바람직할 수 있다. 아울러 반응부(110)의 규격, 예를 들어 내경, 외경, 길이 등은 설비의 규모에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 제한되지 않는다.The material of the reaction unit 110 may be any material as long as it can maintain structural stability so that fluid such as polymer, glass, and ceramic can flow therein, but it is preferably a flexible material such as polymer in terms of efficiently utilizing the facility space. can do. In addition, the specification of the reaction unit 110, for example, inner diameter, outer diameter, length, etc., is not limited because it can be appropriately adjusted according to the scale of the equipment.

상기 고정형 교반부(120)는 상기 반응부(110)의 내부에 고정되고 반응부(110)의 길이방향의 중심축(C)부에 형성되며, 반응부(110)의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상기 판이 상기 중심축(C) 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 다수의 교반 단위체가 서로 결합된 것이다. 이를 만족할 경우, 이산화탄소 및 칼슘 화합물을 포함하는 유체가 상기 고정형 교반부(120)에 접촉 및 충돌함으로써, 고정형 교반부(120)에 인접하는 유체는 다양한 방향으로 와류를 형성함에 따라 광물화 반응이 현저히 향상된다. 따라서 이산화탄소의 전환율이 향상되며, 생성되는 탄산칼슘의 순도도 증가된다.The fixed stirring unit 120 is fixed inside the reaction unit 110 and is formed in the central axis (C) in the longitudinal direction of the reaction unit 110, and a plate is formed to face the inner circumferential surface of the reaction unit 110. However, a plurality of stirring units in which the plate is twisted with respect to the central axis (C) direction are combined with each other. When this is satisfied, the fluid containing carbon dioxide and the calcium compound contacts and collides with the fixed agitation unit 120, so that the fluid adjacent to the fixed agitation unit 120 forms a vortex in various directions, so that the mineralization reaction is remarkable. Improves. Therefore, the conversion rate of carbon dioxide is improved, and the purity of the produced calcium carbonate is also increased.

구체적인 일 예로, 도 1에서와 같이, 제1 교반 단위체(121)와 제2 교반 단위체(122)가 서로 결합되어 있으며, 제1 교반 단위체(121) 및 제2 교반 단위체(122)는 서로 동일하거나, 또는 거울상일 수 있다. 제1 교반 단위체(121)와 제2 교반 단위체(122)가 서로 거울상으로서 결합되어 있을 경우, 와류의 형성을 더 증가시킬 수 있다.As a specific example, as shown in FIG. 1, the first stirring unit 121 and the second stirring unit 122 are coupled to each other, and the first stirring unit 121 and the second stirring unit 122 are identical to each other or , Or it can be a mirror image. When the first stirring unit 121 and the second stirring unit 122 are combined as mirror images of each other, the formation of vortices can be further increased.

또한 교반 단위체 다수가 서로 결합된 구조를 가짐에 따라, 구체적으로, 교반 단위체간 결합된 접합부의 각 측단들이 서로 소정 각도로서 결합될 수 있음에 따라, 상기 반응부(110)가 곡선 형태를 취하더라도 광물화 반응에 실질적으로 영향을 주지 않는 효과가 있다. 구체적인 일 예로, 서로 결합되는 교반 단위체의 일측단들은 60 내지 120도로 교차하여 접합될 수 있으나, 이는 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.In addition, as a plurality of stirring units have a structure in which they are combined with each other, specifically, as the respective side ends of the joints coupled between the stirring units can be combined with each other at a predetermined angle, even if the reaction unit 110 takes a curved shape There is an effect that does not substantially affect the mineralization reaction. As a specific example, one side end of the stirring unit coupled to each other may be joined by crossing 60 to 120 degrees, but this is only described as an example, and the present invention is not necessarily limited to this.

아울러 교반 단위체 다수가 서로 결합된 구조를 가져 적절한 수로 결합될 수 있음에 따라, 반응부(110) 및 고정형 교반부(120)를 포함하는 반응기(100)의 길이 조절이 용이한 효과가 있다. In addition, since a plurality of stirring units have a structure in which they are combined with each other and can be combined in an appropriate number, there is an effect of easily adjusting the length of the reactor 100 including the reaction unit 110 and the fixed stirring unit 120.

상기 고정형 교반부(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 인접하는 교반 단위체들의 일측단이 서로 접하여 결합되되, 접합부가 상기 반응부(110)의 중심축(C)부에 대응될 수 있다. 이를 만족할 경우, 유체가 반응부(110)의 중심축(C)부와 멀어져 위치하는, 즉, 유체가 반응부(110)의 내면 방향에 근접하여 위치함에 따라 고정형 교반부(120)에 의해 형성되는 와류의 세기가 감소하는 문제를 최소화할 수 있다.As shown in FIG. 1, the fixed agitation unit 120 has one side end of the agitation units adjacent to each other in contact with each other, and a junction may correspond to a central axis (C) of the reaction unit 110. . When this is satisfied, the fluid is positioned away from the central axis (C) of the reaction unit 110, that is, it is formed by the fixed stirring unit 120 as the fluid is positioned closer to the inner surface direction of the reaction unit 110 It is possible to minimize the problem of decreasing the intensity of the vortex.

상기 고정형 교반부(120)에서, 교반 단위체의 판은 상기 반응부(110)의 길이방향의 중심축(C) 방향을 기준으로 150 내지 210도로 비틀어진 형태를 예로 들 수 있다. 이러한 비틀어진 판의 교반 단위체를 다수 포함하는 구조의 예로, 스테틱 믹서(Static mixer)의 일 종류를 들 수 있다.In the fixed stirring unit 120, the plate of the stirring unit may be, for example, twisted 150 to 210 degrees based on the central axis (C) direction of the longitudinal direction of the reaction unit 110. An example of a structure including a plurality of stir plates of agitated units is one type of static mixer.

상기 가스필터부(130)은 이산화탄소 기체를 액상 매질 상에 미세 기포 형태로 분산시키고 순간 용해도를 증가시키는 역할을 한다. 가스필터부(130)이 존재하지 않을 경우, 이산화탄소는 액상 매질에 존재하는 함량이 극도로 감소하여 생성되는 탄소 화합물의 생성량 및 공정 효율이 현저히 감소된다. 또한 대량화 및 상업화에 매우 불리할 수 있다.The gas filter unit 130 serves to disperse the carbon dioxide gas in the form of micro-bubbles on the liquid medium and increase the instantaneous solubility. When the gas filter unit 130 is not present, the amount of carbon dioxide present in the liquid medium is extremely reduced, thereby significantly reducing the production amount and process efficiency of the carbon compound. In addition, it can be very disadvantageous for mass production and commercialization.

구체적으로, 가스필터부(130)은 하나 또는 둘 이상의 가스필터를 포함하며, 가스필터부(130)는 상기 반응부(110)의 일단부에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 기체를 미세기포 상태로 액상 매질에 분산시키는 외부 가스필터(131)를 포함한다. 외부 가스필터(131)가 반응부(110)의 외부, 일 예로, 반응부(110)의 일단에 인접하여 위치함으로써, 액상 매질 상에 이산화탄소 기체가 높은 함량으로 존재할 수 있도록 한다.Specifically, the gas filter unit 130 includes one or two or more gas filters, the gas filter unit 130 is located adjacent to one end of the reaction unit 110, the carbon dioxide-containing gas in a fine bubble state And an external gas filter 131 dispersed in a liquid medium. The external gas filter 131 is located outside the reaction unit 110, for example, adjacent to one end of the reaction unit 110, so that carbon dioxide gas can be present in a high content in the liquid medium.

액상 매질 상에 이산화탄소 기체가 높은 함량으로 존재할 수 있도록, 상기 가스필터부(130)는 가스필터의 일면이 상기 중심축(C) 방향과 대향하여 고정되되, 유입되는 기체 전체가 미세기포 상태로 전환되도록 가스필터의 테두리 전체가 대응하는 반응기(100)의 내주면에 접하도록 형성될 수 있다.In order for the carbon dioxide gas to be present in the liquid medium in a high content, the gas filter unit 130 is fixed with one surface of the gas filter facing the central axis (C) direction, and the entire inflowing gas is converted into a micro bubble state. The entire rim of the gas filter may be formed to contact the inner circumferential surface of the corresponding reactor 100.

액상 매질 상에서 가스필터는 기체가 투과되어 미세 기포를 형성할 수 있도록 미세 공극을 가진다. 상기 미세 공극의 평균크기(평균직경)가 100 내지 1,000 ㎛를 만족할 경우, 기체의 공급 유량을 높은 수준으로 유지할 수 있으면서 기체가 액상 매질 상에 높은 함량으로 존재할 수 있는 수준의 작은 미세 기포를 형성할 수 있는 측면에서 바람직하다.On the liquid medium, the gas filter has fine pores to allow gas to permeate to form fine bubbles. When the average size (average diameter) of the micropores satisfies 100 to 1,000 μm, while maintaining a high level of the gas supply flow rate, the gas can form small micro-bubbles at a level that can exist in a high content on the liquid medium. It is preferred in terms of being possible.

상술한 바와 같이, 가스필터부(130)는 외부 가스필터부(130)를 포함함에 따라 이산화탄소 기체가 액상 매질 상에 높은 함량으로 존재하도록 하여 이산화탄소의 전환율 및 반응률을 증대시킬 수 있다.As described above, the gas filter unit 130 may increase the conversion and reaction rate of carbon dioxide by allowing the carbon dioxide gas to be present in a high content in the liquid medium as it includes the external gas filter unit 130.

보다 바람직하게는, 반응부(110) 내부를 경유하여 반응이 마지막까지 진행되는 시점에서도 이산화탄소 기체가 액상 매질 상에 높은 함량으로 유지될 수 있도록 가스필터부(130)는 하나 또는 다수의 내부 가스필터(132)를 더 포함할 수 있다. 바람직한 일 예로, 상기 내부 가스필터(132)는 상기 반응부(110)의 내부에 위치하되, 유체 흐름 방향을 기준으로 최전단에 위치하는 상기 교반 단위체의 후단에 위치하는 것일 수 있다. 따라서 내부 가스필터(132)를 통해 이산화탄소 함유 기체가 액상 매질에 재분산되어, 반응부(110) 내부를 경유하여 반응이 마지막까지 진행되는 시점에서도 이산화탄소 기체가 액상 매질 상에 높은 함량으로 유지될 수 있다.More preferably, the gas filter unit 130 has one or more internal gas filters so that the carbon dioxide gas can be maintained at a high content on the liquid medium even when the reaction proceeds to the end via the reaction unit 110 inside. (132) may be further included. As a preferred example, the internal gas filter 132 may be located inside the reaction unit 110, but may be located at a rear end of the stirring unit positioned at the foremost end based on the fluid flow direction. Accordingly, the carbon dioxide-containing gas is redispersed in the liquid medium through the internal gas filter 132, so that the carbon dioxide gas can be maintained at a high content on the liquid medium even when the reaction proceeds to the end via the inside of the reaction unit 110. have.

바람직한 일 예로, 상기 내부 가스필터(132)는 서로 인접한 상기 교반 단위체들의 사이, 즉, 접합부에 위치할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 고정형 교반부(120)는 다수의 교반 단위체가 서로 접합 및 연결되어 있음에 따라, 그 접합부에 내부 가스필터(132)를 위치시킬 수 있다. 특히 유체는 상기 접합부에서 와류의 세기가 더 크고 와류 방향이 더 무작위해짐에 따라, 접합부에 내부 가스필터(132)가 위치함으로써, 가스필터 자체에 의한 저항을 보다 감소시킬 수 있다. As a preferred example, the internal gas filter 132 may be located between the stirring units adjacent to each other, that is, at the junction. As described above, the fixed type stirring unit 120 may place the internal gas filter 132 on the bonding unit, as a plurality of stirring units are joined and connected to each other. In particular, as the fluid has a greater vortex intensity at the junction and the vortex direction becomes more random, the internal gas filter 132 is positioned at the junction, thereby further reducing resistance due to the gas filter itself.

상기 반응부(110)의 후단에 근접할수록 반응하여 생성되는 탄산칼슘 입자의 함량이 증가하게 되므로, 탄산칼슘 입자가 생성되는 반응부(110)의 후단에 근접할수록 내부 단위 면적당 가스필터의 수는 감소되는 것이 바람직할 수 있다. 구체적으로, 유체 흐름 방향을 기준으로 반응부(110)의 전단부를 제1 영역, 반응부(110)의 후단부를 제2 영역으로 정의할 때, 상기 제1 영역의 내부 가스필터(132)의 수가 상기 제2 영역의 내부 가스필터(132)의 수보다 큰 것이 좋다. 제1 영역과 제2 영역을 구분하는 기준은 탄산칼슘 입자가 생성되는 위치일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 기준은 내부 가스필터(132)를 투과할 수 없는 크기 이상을 가지는 탄산칼슘 입자가 최초 생성되는 지점을 의미할 수 있다.Since the content of calcium carbonate particles generated by reaction increases as it approaches the rear end of the reaction unit 110, the number of gas filters per unit area decreases as it approaches the rear end of the reaction unit 110 where calcium carbonate particles are generated. It may be desirable. Specifically, when defining the front end of the reaction unit 110 as the first region and the rear end of the reaction unit 110 as the second region based on the fluid flow direction, the number of internal gas filters 132 in the first region It is preferable that it is larger than the number of internal gas filters 132 in the second region. A criterion for distinguishing the first region from the second region may be a location where calcium carbonate particles are generated. More specifically, the reference may refer to a point where calcium carbonate particles having a size equal to or greater than that of the internal gas filter 132 are initially generated.

상기 액상 매질은 이산화탄소가 칼슘 화합물과 반응하여 탄산칼슘 입자가 생성될 수 있도록 하는 것이라면 무방하며, 물을 예로 들 수 있다.The liquid medium may be any one as long as carbon dioxide reacts with the calcium compound to generate calcium carbonate particles, and water may be exemplified.

상기 칼슘 화합물은 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘 입자가 생성될 수 있도록 하는 것으로, 바람직하게는 칼슘 염화물인 것이 좋다. 또한 상기 칼슘 염화물의 공급원으로 칼슘 염화물을 포함하는 폐자재, 구체적으로 시멘트 킬른 더스트(Cement Kiln Dust) 등을 예로 들 수 있다. 즉, 시멘트 킬른 더스트와 같은 폐자재를 반응 원료로 할 수 있음에 따라, 보다 친환경적인 효과가 있다. 이때 시멘트 킬른 더스트 등과 같은 반응 원료를 처리하는 중간 공정, 예를 들어 특정 물질을 제거하는 공정 등이 더 수행될 수 있음은 물론이다.The calcium compound reacts with carbon dioxide to allow calcium carbonate particles to be generated, and preferably calcium chloride. In addition, a waste material containing calcium chloride as a source of the calcium chloride, specifically, cement kiln dust (Cement Kiln Dust) and the like. That is, as waste materials such as cement kiln dust can be used as a reaction raw material, there is a more environmentally friendly effect. In this case, of course, an intermediate process for processing a reaction raw material such as cement kiln dust, for example, a process of removing a specific material may be further performed.

상기 반응부(110)의 일단부에서 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 칼슘 화합물의 원료로 시멘트 킬른 더스트 등과 같은 폐자재를 사용할 수 있으므로, 유체가 Al, Si, Fe 등의 불순물을 포함할 수 있는데, 알칼리금속 수산화물을 유체가 더 포함할 경우, 적절한 pH 변화에 의해 Al, Si, Fe 등의 불순물이 반응하는 문제를 최소화할 수 있고, 반응하여 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도 및 함량을 증가시킬 수 있는 측면에서 바람직할 수 있다.The fluid flowing from one end of the reaction unit 110 may further include an alkali metal hydroxide. As described above, since a waste material such as cement kiln dust can be used as a raw material for the calcium compound, the fluid may contain impurities such as Al, Si, and Fe, and when the fluid further contains an alkali metal hydroxide, It may be desirable in terms of minimizing the problem of the reaction of impurities such as Al, Si, and Fe by changing the pH and increasing the purity and content of the calcium carbonate particles generated by the reaction.

본 발명에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는 상기 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기(100)를 포함한다.The apparatus for mineralization reaction of carbon dioxide according to the present invention includes a tubular reactor 100 for the mineralization reaction of carbon dioxide.

본 발명의 바람직한 일 예에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는 상기 반응부(110)의 일단부에서 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함할 수 있고, 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물일 수 있으며, 상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치는, 상기 반응기(100); 및 상기 반응기(100)로부터 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 유체로부터 탄산칼슘 입자를 분리 및 배출하는 분리부(200);를 포함할 수 있다.In the mineralization reaction apparatus of carbon dioxide according to an exemplary embodiment of the present invention, the fluid flowing from one end of the reaction unit 110 may further include an alkali metal hydroxide, and the calcium compound may be calcium chloride, and the Carbon dioxide mineralization reaction apparatus, the reactor 100; And a separation unit 200 through which a fluid including calcium carbonate particles and alkali metal chloride as reactants flows in from the reactor 100, and separates and discharges calcium carbonate particles from the fluid.

상기 분리부(200)는 생성된 탄산칼슘 입자를 포함하는 고상을 액상 매질로부터 분리하는 것으로, 여과 장치, 원심분리하여 침전물을 분리하는 장치 등의 다양한 장치가 사용될 수 있다. 고체/액체 분리 장치는 공지된 다양한 것들이 있으므로 이를 참고하면 무방하다. The separation unit 200 separates the solid phase containing the generated calcium carbonate particles from the liquid medium, and various devices such as a filtration device and a device for separating sediment by centrifugation may be used. There are various known solid / liquid separation devices, so it may be referred to this.

보다 바람직한 일 예에 따른 이산화탄소의 광물화 반응 장치는, 상기 분리부(200)로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 알칼리금속 염화물을 알칼리금속 수산화물로 전환하는 전기분해부(300);를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 전기분해부(300)로부터 배출되는 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부(110)의 일단부로 유입되는 유체로 재순환될 수 있다. 전기분해부(300)에서 반응기(100)의 반응부(110)에서 광물화 반응에 참여하지 않은 알칼리금속 염화물인 염화칼륨이 전기분해되어 알칼리금속 수산화물인 수산화칼륨이 생성된다. 이 수산화칼륨, 즉, 알칼리금속 수산화물은 반응부(110)에서 초기 유입되는 알칼리금속 수산화물로서 이를 재순환시켜 알칼리금속 수산화물의 사용 함량을 현저히 감소시킬 수 있다.A mineralization reaction apparatus for carbon dioxide according to a more preferred example includes: an electrolysis unit 300 for introducing a fluid containing alkali metal chloride from the separation unit 200 and converting the alkali metal chloride into alkali metal hydroxide; It may further include. In addition, the fluid containing alkali metal hydroxide discharged from the electrolysis unit 300 may be recycled to the fluid flowing into one end of the reaction unit 110. In the electrolysis unit 300, potassium chloride, an alkali metal chloride that has not participated in the mineralization reaction, is electrolyzed in the reaction unit 110 of the reactor 100 to generate potassium hydroxide, which is an alkali metal hydroxide. The potassium hydroxide, that is, the alkali metal hydroxide is an alkali metal hydroxide that is initially introduced from the reaction unit 110 and can be recycled to significantly reduce the use content of the alkali metal hydroxide.

상기 전기전해부(300)는 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체를 전기분해하여 알칼리금속 수산화물을 생성할 수 있는 것이라면 공지된 다양한 문헌을 참고하여도 무방하다.The electrolytic unit 300 may refer to various well-known documents as long as it can generate an alkali metal hydroxide by electrolyzing a fluid containing an alkali metal chloride.

상기 전기전해부(300)의 구체적인 제1 양태로, 전기분해부(300)는 산화극실, 환원극실, 산화극, 환원극 및 이온교환막을 포함할 수 있다. 구체적으로, 전기분해부는(300), 염화칼륨 및 액상 매질을 포함하는 유체가 공급되고, 염소 기체가 생성되는 산화극실; 상기 산화극실 내에 구비되는 산화극; 상기 산화극실과 인접하여 위치하고, 물이 공급되고 수소 기체가 생성되는 환원극실; 상기 환원극실 내에 구비되는 환원극; 및 상기 산화극실과 상기 환원극실의 사이에 위치하여 이들을 구획하고, 상기 산화극실 내의 칼륨 이온을 상기 환원극실로 투과시키는 이온교환막;을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리부(200)로부터 배출되는 염화칼륨 및 액상 매질을 포함하는 유체가 상기 산화극실로 유입된다. 상기 이온교환막은 상기 산화극과 환원극 사이에 게재되어 산화극 반응으로부터 생성된 칼륨 이온이 선택적으로 투과되어 환원극 반응에 참여할 수 있도록 한다. 상기 환원극은 공급되는 물을 전기분해하여 수산화 이온과 수소를 생성시킨다. 이때 수산화 이온은 이온교환막을 통해 공급되는 칼륨 이온과 반응하여 수산화칼륨이 생성된다. 이러한 수산화칼륨은 반응부(100)로 공급되어 사용될 수 있음에 따라 효율적으로 공정을 수행할 수 있다.As a specific first aspect of the electrolytic unit 300, the electrolysis unit 300 may include an anode chamber, a cathode chamber, an anode, a cathode, and an ion exchange membrane. Specifically, the electrolysis unit 300, a fluid containing potassium chloride and a liquid medium is supplied, an anode chamber in which chlorine gas is generated; An anode provided in the anode chamber; A cathode chamber located adjacent to the anode chamber, where water is supplied and hydrogen gas is generated; A cathode provided in the cathode chamber; And an ion exchange membrane positioned between the anode chamber and the cathode chamber to partition them and to transmit potassium ions in the anode chamber to the cathode chamber. More specifically, a fluid containing potassium chloride and a liquid medium discharged from the separator 200 flows into the anode chamber. The ion exchange membrane is interposed between the anode and the cathode to allow potassium ions generated from the anode reaction to selectively permeate and participate in the cathode reaction. The cathode electrode electrolyzes the supplied water to generate hydroxide ions and hydrogen. At this time, the hydroxide ions react with potassium ions supplied through the ion exchange membrane to generate potassium hydroxide. The potassium hydroxide can be efficiently supplied to the reaction unit 100 as it can be used.

상기 전기전해부(300)의 구체적인 제2 양태로, 전기분해부(300)는 양이온교환막; 음이온교환막; 및 환원극실, 산화극실, 공급액실을 포함하는 셀;을 포함할 수 있다. 상기 공급액실로 상기 분리부(200)로부터 배출되는 염화칼륨 및 액상 매질을 포함하는 유체가 유입된다. 상기 양이온교환막은 상기 산화극실과 공급액실 사이에 게재되어 공급액실로부터 산화극실로 칼륨 이온이 선택적으로 투과될 수 있도록 한다. 상기 음이온교환막은 상기 환원극실과 공급액실 사이에 게재되어 상기 공급액실로부터 환원극실로 염소 이온이 선택적으로 투과될 수 있도록 한다. 상기 산화극실은 공급되는 액상 매질인 물을 전기분해하여 수산화 이온과 수소를 생성한다. 상기 수산화 이온은 상기 양이온교환막으로 투과된 칼륨 양이온과 반응하여 수산화칼륨, 즉, 알칼리금속 수산화물이 생성된다. 상기 환원극실은 가스확산형 음극일 수 있으며, 가스확산촉매막을 포함할 수 있다. 상기 가스확산촉매막은 산화극실에서 공급된 수소를 수소 이온으로 산화시켜 환원극실로 공급한다.In a specific second aspect of the electrolytic unit 300, the electrolysis unit 300 includes a cation exchange membrane; Anion exchange membrane; And a cell including a cathode chamber, an anode chamber, and a supply liquid chamber. Fluid including potassium chloride and a liquid medium discharged from the separation unit 200 flows into the supply liquid chamber. The cation exchange membrane is interposed between the anode chamber and the feed liquid chamber to allow potassium ions to selectively permeate from the feed liquid chamber to the oxide chamber. The anion exchange membrane is placed between the cathode chamber and the feed chamber to allow chlorine ions to selectively permeate from the feed chamber to the cathode chamber. The anode chamber electrolyzes water as a liquid medium to be supplied to generate hydroxide ions and hydrogen. The hydroxide ions react with potassium cations permeated through the cation exchange membrane to produce potassium hydroxide, that is, alkali metal hydroxide. The cathode chamber may be a gas diffusion type cathode, and may include a gas diffusion catalyst film. The gas diffusion catalyst film oxidizes hydrogen supplied from the anode chamber to hydrogen ions and supplies it to the cathode chamber.

상기 환원극실은 백금, 이리듐, 루테늄, 니켈, 로듐 및 팔라듐 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 금속을 티타늄 등에 담지 또는 분산한 뒤, 이온교환막과 함께 스프레이법, 브러쉬법 등으로 1 내지 200 atm, 20 내지 300℃ 등의 조건에서 핫프레스로 가압하여 제조될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.The cathode chamber is supported by one or more metals selected from platinum, iridium, ruthenium, nickel, rhodium, and palladium, etc., or dispersed on titanium or the like, and then sprayed with an ion exchange membrane, brush method, etc., to 1 to 200 atm, 20 It may be prepared by pressing with a hot press under conditions such as 300 ° C. However, this is only described as a preferred example, and the present invention is not necessarily interpreted as being limited thereto.

상기 산화극실은 백금, 이리듐, 루테늄, 팔라듐, 로듐, 금 및 은 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속을 티타늄 등에 담지 또는 분산한 뒤, 이온교환막과 함께 스프레이법, 브러쉬법 등으로 1 내지 200 atm, 20 내지 300℃ 등의 조건에서 핫프레스로 가압하여 제조될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.The anode chamber is a metal containing one or more selected from platinum, iridium, ruthenium, palladium, rhodium, gold and silver, etc., supported or dispersed on titanium or the like, and then sprayed with an ion exchange membrane, brush method, etc. 1 It may be prepared by pressing with a hot press under conditions such as 200 atm, 20 to 300 ° C. However, this is only described as a preferred example, and the present invention is not necessarily interpreted as being limited thereto.

상기 산화극실은 가스확산형 양극일 수 있고, 양극가스확산촉매막을 포함할 수 있다. 상기 양극가스확산촉매막에 산소를 공급하면 수산화 이온이 생성되며, 상기 수산화이온은 산화극실에서 칼륨 이온과 반응하여 수산화칼륨을 생성한다.The anode chamber may be a gas diffusion type anode, and may include an anode gas diffusion catalyst film. When oxygen is supplied to the anode gas diffusion catalyst membrane, hydroxide ions are generated, and the hydroxide ions react with potassium ions in the anode chamber to generate potassium hydroxide.

상기 가스확산촉매막은 티타늄 금속 메쉬, 티타늄 기공막, 카본종이 등을 집전체로 사용하고, 집전체에 백금, 이리듐, 루테늄, 니켈, 로듐 및 팔라듐 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 금속을 담지 또는 분산하여 1 내지 200 atm, 20 내지 300℃ 등의 조건에서 핫프레스로 가압하여 제조될 수 있다. 하지만 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.The gas diffusion catalyst film uses a titanium metal mesh, a titanium pore film, carbon paper, or the like as a current collector, and a metal containing any one or two or more selected from platinum, iridium, ruthenium, nickel, rhodium, and palladium, etc., as the current collector. It can be prepared by being supported or dispersed to pressurize with a hot press under conditions of 1 to 200 atm, 20 to 300 ° C, and the like. However, this is only described as a preferred example, and the present invention is not necessarily interpreted as being limited thereto.

상기 이온교환막은 양이온교환기 또는 음이온교환기를 가지는 고분자수지를 유기용매에 용해하여 제조된, 즉, 상기 고분자수지 및 유기용매를 포함하는 이온교환수지 용액을 도포하여 막 형태로 제조된 것일 수 있다. 양이온교환기를 가지는 고분자수지의 구체적 예로, 술폰산기(-SO3H), 카르복실기(-COOH), 포스포닉기(-PO3H2), 포스피닉기(-HPO2H), 아소닉기(-AsO3H2), 셀리노닉기(-SeO3H) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 관능기를 가지는 고분자수지를 들 수 있다. 음이온교환기를 가지는 고분자수지의 구체적 예로, 4급 암모늄염(-NH3), 1~3급 아민(-NH2, -NHR, -NR2), 4급 포스포니움기(-PR4), 3급 술폰니움기(-SR3) 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상을 포함하는 관능기를 가지는 고분자수지를 들 수 있다. 하지만 이는 구체적인 예로서 설명한 것일 뿐, 이에 본 발명이 제한되지 않음은 물론이다.The ion exchange membrane may be prepared by dissolving a polymer resin having a cation exchange group or an anion exchange group in an organic solvent, that is, applying an ion exchange resin solution containing the polymer resin and an organic solvent to form a membrane. Specific examples of the polymer resin having a cation exchange group, sulfonic acid group (-SO 3 H), carboxyl group (-COOH), phosphonic group (-PO 3 H 2 ), phosphinic group (-HPO 2 H), asonic group ( And polymer resins having a functional group containing any one or two or more selected from -AsO 3 H 2 ), a selinonic group (-SeO 3 H), and the like. Specific examples of the polymer resin having an anion exchange group, quaternary ammonium salt (-NH 3 ), primary to tertiary amine (-NH 2 , -NHR, -NR 2 ), quaternary phosphonium group (-PR 4 ), tertiary And a polymer resin having a functional group containing any one or two or more selected from sulfonium groups (-SR 3 ) and the like. However, this is only a specific example, and of course, the present invention is not limited thereto.

전기분해 시 조건, 구체적으로, 온도는 10 내지 200℃이 수 있고, 압력은 1 내지 50 atm 일 수 있으나, 이는 바람직한 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.Conditions for electrolysis, specifically, the temperature may be 10 to 200 ° C, and the pressure may be 1 to 50 atm, but this is only described as a preferred example, and the present invention is not necessarily limited to this.

본 발명에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은 상기 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기(100)를 이용하여 수행된다.The method for immobilizing carbon dioxide according to the present invention is performed using the tubular reactor 100 for mineralization reaction of carbon dioxide.

바람직한 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은, s1) 액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부(110)의 일단을 통해 반응부(110)의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부(110)의 타단을 통해 반응물을 포함하는 유체가 배출되는 단계 및 s2) 상기 반응물을 포함하는 유체로부터 탄산칼슘 입자가 분리되어 수득되는 단계를 포함할 수 있다.In a method of immobilizing carbon dioxide according to a preferred embodiment, s1) a liquid medium, a fluid containing a calcium compound and a carbon dioxide-containing gas, flows into the interior of the reaction unit 110 through one end of the reaction unit 110 and reacts to the above. It may include the step of discharging the fluid containing the reactant through the other end of the reaction unit 110 and s2) is obtained by separating the calcium carbonate particles from the fluid containing the reactant.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 s1) 단계에서, 액상 매질 및 이산화탄소의 체적 유량비는 1:4~20, 더 좋게는 1:6~16일 수 있다. 이를 만족할 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도가 현저히 향상된다. 구체적으로, 상기 체적 유량비가 1:6~16을 만족할 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도가 99.8% 이상으로 매우 높은 수준을 유지할 수 있다.In a preferred embodiment, in the step s1), the volumetric flow rate ratio of the liquid medium and carbon dioxide may be 1: 4-20, more preferably 1: 6-16. When this is satisfied, the carbon dioxide conversion rate and the purity of the resulting calcium carbonate particles are significantly improved. Specifically, when the volume flow rate ratio satisfies 1: 6 ~ 16, the CO2 conversion rate and the purity of the resulting calcium carbonate particles can be maintained at a very high level of 99.8% or more.

본 발명에서, 액상 매질의 부피 유속과 이산화탄소 함유 기체의 부피 유속은 크게 제한되지 않으며, 예컨대 각각 10 내지 200 ㎖/min 및 500 내지 5,000 ㎖/min일 수 있다. 하지만 이는 구체적인 일 예로서 설명된 것일 뿐, 본 발명이 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.In the present invention, the volumetric flow rate of the liquid medium and the volumetric flow rate of the carbon dioxide-containing gas are not particularly limited, and may be, for example, 10 to 200 ml / min and 500 to 5,000 ml / min, respectively. However, this is only described as a specific example, and the present invention is not necessarily limited to this.

본 명세서에서 부피, 체적에 사용되는 값은 25℃ 및 1 atm 상태에서의 값을 의미한다. 예를 들어 체적 유량비, 부피 유속에 대한 값은 25℃ 및 1 atm 조건에서 측정된 값을 의미할 수 있다.In this specification, values used for volume and volume mean values at 25 ° C. and 1 atm. For example, the values for volume flow rate and volume flow rate may mean values measured at 25 ° C and 1 atm.

본 발명에서, 이산화탄소의 광물화 반응 시, 온도 및 압력은 크게 제한되는 것은 아니며, 5 내지 50℃ 및 0.5 내지 2 atm을 예로 들 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 에너지 효율 측면에서 상온, 상압인 것이 좋다. 하지만 상기 온도 및 압력은 경우에 따라 조절되어도 무방하므로 본 발명의 목적을 크게 해하지 않는 범위 내에서 제한되지 않음은 물론이다.In the present invention, in the mineralization reaction of carbon dioxide, the temperature and pressure are not significantly limited, and may be exemplified by 5 to 50 ° C. and 0.5 to 2 atm, but are not limited thereto. good. However, the temperature and pressure may be adjusted in some cases, so it is of course not limited within a range not detrimental to the object of the present invention.

바람직한 일 예에 있어서, 상기 s1) 단계에서, 이산화탄소 및 칼슘 화합물의 몰비는 1:1~7, 더 좋게는 1:1~3일 수 있다. 이를 만족할 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도가 현저히 향상된다. 구체적으로, 상기 몰비가 1:1~7을 만족할 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도가 95% 이상으로 높은 수준을 유지할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 몰비가 1:1~3을 만족할 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도가 97% 이상으로 더 높은 수준을 유지할 수 있다.In a preferred example, in the step s1), the molar ratio of carbon dioxide and calcium compounds may be 1: 1 to 7, more preferably 1: 1 to 3. When this is satisfied, the carbon dioxide conversion rate and the purity of the resulting calcium carbonate particles are significantly improved. Specifically, when the molar ratio satisfies 1: 1 to 7, the conversion rate of carbon dioxide and the purity of the resulting calcium carbonate particles can be maintained at a high level of 95% or more. More preferably, when the molar ratio satisfies 1: 1 to 3, the carbon dioxide conversion rate and the purity of the resulting calcium carbonate particles may be maintained at a higher level of 97% or more.

상기 s1) 단계에서, 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함할 수 있다. 이를 만족할 경우 전술한 바와 같이, 적절한 pH 변화에 의해 Al, Si, Fe 등의 불순물이 반응하는 문제를 최소화할 수 있고, 반응하여 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도 및 함량을 증가시킬 수 있다.In the step s1), the flowing fluid may further include an alkali metal hydroxide. If it satisfies this, as described above, it is possible to minimize the problem of impurities such as Al, Si, Fe reacting by appropriate pH change, and increase the purity and content of the calcium carbonate particles generated by the reaction.

본 발명의 일 예에 있어서, 상기 액상 매질에 대한 칼슘 화합물의 농도는 0.1 내지 5 M, 0.2 내지 2 M, 0.2 내지 1 M일 수 있다. 또한 상기 액상 매질에 대한 알칼리금속 수산화물의 농도는 0.1 내지 5 M, 0.3 내지 3 M, 0.5 내지 2 M일 수 있다. 이를 만족할 경우, 전술한 액상 매질 및 이산화탄소의 체적 유량비 범위 및 이산화탄소 및 칼슘 화합물의 몰비 범위에 대한 효과가 크게 발휘될 수 있는 측면에서 바람직할 수 있지만, 본 발명이 이에 반드시 한정되어 해석되어서는 안 된다.In one example of the invention, the concentration of the calcium compound in the liquid medium may be 0.1 to 5 M, 0.2 to 2 M, 0.2 to 1 M. In addition, the concentration of the alkali metal hydroxide in the liquid medium may be 0.1 to 5 M, 0.3 to 3 M, 0.5 to 2 M. If this is satisfied, it may be preferable in terms that the effects on the above-described liquid medium and the volume flow rate range of carbon dioxide and the molar ratio range of carbon dioxide and calcium compounds can be exerted, but the present invention should not be interpreted as being limited thereto. .

상기 s1) 단계에서, 유입되는 유체 내 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물일 수 있다. 이를 만족할 경우, 전술한 바와 같이, 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 전기분해부(300)를 통해 염화칼륨을 수산화칼륨으로 전환시키며, 전기분해부(300)를 이용할 경우, 생성된 염산은 별도로 분리 배출된다. 따라서 반응부(110)에서 유입되는 칼슘 화합물이 칼슘 염화물일 경우, 칼슘 염화물의 염소 이온은 전기분해부(300)를 통해 분리 배출되므로, 광물화 반응 효율을 향상시킬 수 있다.In step s1), the calcium compound in the flowing fluid may be calcium chloride. When this is satisfied, as described above, that is, as illustrated in FIG. 4, potassium chloride is converted into potassium hydroxide through the electrolysis unit 300, and when using the electrolysis unit 300, the generated hydrochloric acid is separately Separately discharged. Therefore, when the calcium compound introduced from the reaction unit 110 is calcium chloride, chlorine ions of calcium chloride are separated and discharged through the electrolysis unit 300, thereby improving the mineralization reaction efficiency.

본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은 상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치를 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명의 일 예에 따른 이산화탄소의 고정화 방법은, s1) 액상 매질, 칼슘 염화물, 알칼리금속 수산화물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부(110)의 일단을 통해 반응부(110)의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부(110)의 타단을 통해 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 배출되는 단계, s2) 상기 반응부(110)로부터 반응물을 포함하는 유체가 상기 분리부(200)로 유입되고, 상기 분리부(200)에서 탄산칼슘 입자가 분리되는 단계 및 s3) 상기 분리부(200)로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 상기 전기분해부(300)로 유입되고, 상기 전기분해부(300)에서 상기 알칼리금속 염화물이 알칼리금속 수산화물로 전환되는 단계를 포함할 수 있다. 이때 상기 전기분해부(300)에서 전환된 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부(110)의 일단부로 유입되는 유체로 재순환될 수 있다.The method for immobilizing carbon dioxide according to an embodiment of the present invention may be performed using the mineralization reaction apparatus for carbon dioxide. Immobilization method of carbon dioxide according to an embodiment of the present invention, s1) a liquid medium, a calcium chloride, an alkali metal hydroxide and a fluid containing carbon dioxide-containing gas through the one end of the reaction unit 110 inside the reaction unit 110 And reacting to discharge a fluid containing calcium carbonate particles and alkali metal chloride as reactants through the other end of the reaction unit 110, s2) the fluid containing the reactant from the reaction unit 110 is separated A step of separating calcium carbonate particles from the separation part 200, and s3) a fluid containing alkali metal chloride from the separation part 200 flows into the electrolysis part 300. , In the electrolysis unit 300 may include the step of converting the alkali metal chloride to alkali metal hydroxide. At this time, the fluid containing the alkali metal hydroxide converted by the electrolysis unit 300 may be recycled to the fluid flowing into one end of the reaction unit 110.

이러한 전기분해부(300) 및 알칼리금속 수산화물의 재순환을 통하여, 알칼리금속 수산화물의 사용 함량을 감소시킬 수 있고, 이산화탄소의 전환율 및 생성되는 탄산칼슘의 순도를 현저히 향상시킬 수 있으며, 전체 공정 효율, 유지, 설비, 보수에 대한 비용의 감소, 대량화, 상용화에 유리한 효과가 구현될 수 있다.Through the recycling of the electrolysis unit 300 and the alkali metal hydroxide, the content of the alkali metal hydroxide can be reduced, the conversion rate of carbon dioxide and the purity of the resulting calcium carbonate can be significantly improved, and overall process efficiency and maintenance are maintained. , Advantageous effects can be realized in reducing costs for equipment, maintenance, mass production, and commercialization.

구체적으로, 이산화탄소의 전환율은 90% 이상, 구체적으로 95% 이상, 보다 구체적으로 99% 이상일 수 있으며, 생성되는 탄산칼슘의 순도는 95% 이상, 구체적으로 97% 이상, 보다 구체적으로 99% 이상일 수 있다.Specifically, the conversion rate of carbon dioxide may be 90% or more, specifically 95% or more, more specifically 99% or more, and the purity of the resulting calcium carbonate may be 95% or more, specifically 97% or more, and more specifically 99% or more. have.

이하 본 발명을 실시예를 통해 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples, but these are for explaining the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

[실시예 1 내지 실시예 4][Examples 1 to 4]

도 3 및 도 5의 공정도에 도시된 바와 같은 장치를 설계하고, 이를 이용하여 이산화탄소 함유 혼합 기체 및 혼합액(염화칼슘, 수산화칼슘 및 물)을 반응시켜 이산화탄소를 탄산칼슘 입자로 전환하는 실험을 수행하였다. 이때 물과 이산화탄소의 유량비를 1:1, 1:2, 1:6, 1:12로 조절하여 상기 유량비에 따른 이산화탄소 전환율(제거율) 및 탄산칼슘 입자의 순도를 측정하였다. 이의 결과는 하기 표 1에 도시되었다.The apparatus as shown in the process diagrams of FIGS. 3 and 5 was designed, and an experiment was conducted to convert carbon dioxide into calcium carbonate particles by reacting a carbon dioxide-containing mixed gas and a mixed solution (calcium chloride, calcium hydroxide and water). At this time, the flow rate ratio of water and carbon dioxide was adjusted to 1: 1, 1: 2, 1: 6, and 1:12 to measure the carbon dioxide conversion rate (removal rate) and purity of the calcium carbonate particles according to the flow rate ratio. The results are shown in Table 1 below.

구체적으로, 도 2의 상부 도면과 같이, 내경이 12 mm인 관형의 반응부(우레탄 재질), 상기 반응부 내부에 위치하는 고정형 교반부(Static mixer, NORITAKE CO., LIMITED) 및 상기 반응부의 일단에 위치하는 외부 가스필터를 포함하는 관형 반응기가 사용되었다. 상기 반응기의 일단을 통해 내부로, 염화칼슘 및 물을 포함하는 제1 혼합액; 수산화칼륨 및 물을 포함하는 제2 혼합액; 및 이산화탄소 20 부피% 및 질소 80 부피%를 함유하는 혼합 기체;가 일정한 유량으로 유입된다. 이때 물과 이산화탄소의 유량비를 1:12(실시예 1), 1:6(실시예 2), 1:2(실시예 3), 1:1(실시예 4)로 조절하여 상기 유량비에 따른 이산화탄소 전환율(제거율) 및 탄산칼슘 입자의 순도를 측정하였다. 또한 제2 혼합액의 부피 유속은 60 ㎖/min, 혼합 기체의 부피 유속은 1,800 ㎖/min으로 조절되었다. 상기 이산화탄소 전환율은 가스크로마토그래피를 통해 측정되었고, 상기 탄산칼슘 입자의 순도는 X-선 회절분석(X-ray analysis, XRD)을 통해 측정되었다.Specifically, as shown in the upper view of FIG. 2, a tubular reaction unit (urethane material) having an inner diameter of 12 mm, a static mixer (NORITAKE CO., LIMITED) located inside the reaction unit, and one end of the reaction unit A tubular reactor comprising an external gas filter located at was used. A first mixed solution containing calcium chloride and water, through one end of the reactor; A second mixed solution containing potassium hydroxide and water; And a mixed gas containing 20% by volume of carbon dioxide and 80% by volume of nitrogen. At this time, the flow rate ratio of water and carbon dioxide is adjusted to 1:12 (Example 1), 1: 6 (Example 2), 1: 2 (Example 3), and 1: 1 (Example 4) to adjust the flow rate of carbon dioxide according to the flow rate ratio. Conversion rate (removal rate) and purity of the calcium carbonate particles were measured. In addition, the volume flow rate of the second mixed solution was 60 ml / min, and the volume flow rate of the mixed gas was adjusted to 1,800 ml / min. The carbon dioxide conversion was measured by gas chromatography, and the purity of the calcium carbonate particles was measured by X-ray analysis (XRD).

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 CO2 농도(부피%)CO 2 concentration (% by volume) 2020 2020 2020 2020 KOH 농도(M)KOH concentration (M) 1One 1One 1One 1One CaCl2 농도(M)CaCl 2 concentration (M) 0.50.5 0.50.5 0.50.5 0.50.5 혼합 기체/액체 비Mixed gas / liquid ratio 6060 3030 1010 55 CO2/H2O 비CO 2 / H 2 O ratio 1212 66 22 1One CO2 전환율(%)CO 2 conversion (%) 99.899.8 100.0100.0 100.0100.0 100.0100.0 CaCO3 순도(%)CaCO 3 purity (%) 100.0100.0 99.999.9 72.372.3 50.550.5

상기 표 1에서와 같이, 본 발명에 따른 반응기를 이용할 경우, 기상 반응물인 이산화탄소의 함량이 높음에도 이산화탄소의 전환율(제거율)이 99.8% 이상으로서 유입되는 이산화탄소의 거의 전체가 반응됨을 확인할 수 있다. 일반적인 종래의 반응기를 이용할 경우, 액상 매질(물)에 대한 이산화탄소의 비가 1:2 이하로 현저히 낮아야 이산화탄소의 전환율을 높은 수준으로 유지할 수 있음을 고려하면, 본 발명에 따른 반응기를 이용할 경우, 상기 비가 1:12로 매우 높은 경우에서도 이산화탄의 전환율이 99.8% 이상으로 매우 높은 수준을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.As shown in Table 1, when using the reactor according to the present invention, it can be seen that although the content of carbon dioxide, which is a gaseous reactant, is high, the conversion rate (removal rate) of carbon dioxide is 99.8% or more, and almost all of the introduced carbon dioxide reacts. When using a conventional reactor, considering that the ratio of carbon dioxide to liquid medium (water) must be significantly lower than 1: 2 to maintain a high conversion rate of carbon dioxide, when using the reactor according to the present invention, the ratio It can be seen that even in a very high 1:12 ratio, the conversion rate of carbon dioxide can be maintained at a very high level of 99.8% or more.

다만, 본 발명에서, 생성되는 탄산칼슘 입자의 순도도 고려하면, 즉, 이산화탄소의 전환율 및 탄산칼슘 입자의 순도 모두를 고려하면, 액상 매질(물)에 대한 이산화탄소의 비가 1:4~20, 바람직하게는 1:6~16 범위가 더 바람직함을 알 수 있다.However, in the present invention, considering the purity of the resulting calcium carbonate particles, that is, considering both the conversion rate of the carbon dioxide and the purity of the calcium carbonate particles, the ratio of carbon dioxide to liquid medium (water) is 1: 4-20, preferably It can be seen that the range of 1: 6 to 16 is more preferable.

상기 표 1로부터, 액상 매질(물)에 대한 이산화탄소의 비가 1:2 이하로 감소할 경우, 탄산칼슘의 순도가 현저히 떨어지는 것을 확인할 수 있는데, 이는 반응기 내 유입되는 이산화탄소의 농도가 감소하면서 액상 매질인 물의 수산화 이온이 칼슘 이온과 반응하여 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 생성되는 것에 기인하는 것으로 판단된다.From Table 1, when the ratio of carbon dioxide to liquid medium (water) decreases to 1: 2 or less, it can be confirmed that the purity of calcium carbonate is significantly reduced, which is a liquid medium while the concentration of carbon dioxide flowing into the reactor decreases. It is judged that the hydroxide ions of water react with calcium ions to form calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ).

[실시예 5 내지 실시예 10][Examples 5 to 10]

실시예 1과 동일한 실험을 수행하되, 이산화탄소와 염화칼슘의 몰비가 1:0.5(실시예 5), 1:1(실시예 6), 1:3(실시예 7), 1:7(실시예 8), 1:12(실시예 9), 1:42(실시예 10)가 되도록 수행한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로, 이산화탄소를 탄산칼슘 입자로 전환하는 실험을 수행하였다. 이의 결과는 하기 표 2에 도시되었다.The same experiment as in Example 1 was performed, but the molar ratio of carbon dioxide and calcium chloride was 1: 0.5 (Example 5), 1: 1 (Example 6), 1: 3 (Example 7), and 1: 7 (Example 8). ), 1:12 (Example 9), 1:42 (Example 10), except that the experiment was carried out in the same manner as in Example 1, to convert carbon dioxide into calcium carbonate particles. The results are shown in Table 2 below.

실시예 5Example 5 실시예 6Example 6 실시예 7Example 7 실시예 8Example 8 실시예 9Example 9 실시예 10Example 10 CO2 농도(부피%)CO 2 concentration (% by volume) 2020 2020 2020 2020 2020 2020 Ca/CO2 몰비Ca / CO 2 molar ratio 0.50.5 1One 33 77 1212 4242 KOH/CaCl2 몰비KOH / CaCl 2 molar ratio 22 22 22 22 22 22 CO2 전환율(%)CO 2 conversion (%) 4747 9797 100100 100100 100100 100100 CaCO3 순도(%)CaCO 3 purity (%) 100100 100100 100100 9595 4747 1313

상기 표 2에서와 같이, 본 발명에 따른 반응기를 이용할 경우, Ca/CO2 몰비가 1~7 범위에서 이산화탄소 전환율 및 탄산칼슘 입자의 순도 모두가 95% 이상으로 유지되며, Ca/CO2 몰비가 1~3 범위에서 이산화탄소 전환율 및 탄산칼슘 입자의 순도 모두가 97% 이상으로 더 높은 수준으로 유지됨을 확인할 수 있다.As shown in Table 2, when using a reactor according to the present invention, Ca / CO 2 and molar ratio is maintained at a 1-7 range of carbon dioxide conversion rate, and is more than 95% in both the purity of the calcium carbonate particles in, Ca / CO 2 molar ratio is It can be seen that both the carbon dioxide conversion rate and the purity of the calcium carbonate particles are maintained at a higher level of 97% or more in the range of 1-3.

100 : 반응기, 101 : 제1 반응기,
102 : 제2 반응기, 103 : 제3 반응기,
110 : 관형 반응부, 120 : 고정형 교반부,
121 : 제1 교반 단위체, 122 : 제2 교반 단위체,
130 : 가스필터부, 131 : 외부 가스필터,
132 : 내부 가스필터, 200 : 분리부,
300 : 전기분해부, 410 : 이산화탄소 함유 기체 유입부,
420 : 칼슘 화합물 유입부, 430 : 알칼리금속 수산화물 유입부,
C : 반응부의 길이방향의 중심축
100: reactor, 101: first reactor,
102: second reactor, 103: third reactor,
110: tubular reaction unit, 120: fixed stirring unit,
121: first stirring unit, 122: second stirring unit,
130: gas filter unit, 131: external gas filter,
132: internal gas filter, 200: separation unit,
300: electrolysis unit, 410: carbon dioxide-containing gas inlet,
420: calcium compound inlet, 430: alkali metal hydroxide inlet,
C: Central axis in the longitudinal direction of the reaction part

Claims (15)

액상 매질에서 이산화탄소 함유 기체 및 칼슘 화합물을 반응시켜 광물화하는 관형 반응기로서,
액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성되는 관형의 반응부;
상기 반응부의 내부에 고정되고 반응부의 길이방향의 중심축부에 형성되며, 반응부의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상기 판이 상기 중심축 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 다수의 교반 단위체가 서로 결합되는 고정형 교반부; 및
상기 반응부의 일단부에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 기체를 미세기포 상태로 액상 매질에 분산시키는 외부 가스필터를 포함하는 가스필터부;
를 포함하는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
A tubular reactor that mineralizes by reacting carbon dioxide-containing gas and calcium compounds in a liquid medium,
A tubular reaction unit having a flow path formed therein so that a fluid containing a liquid medium, a calcium compound and a carbon dioxide-containing gas flows from one end to the other;
Fixed agitation fixed to the inside of the reaction unit and formed on the central axis in the longitudinal direction of the reaction unit, a plate is formed to face the inner circumferential surface of the reaction unit, but a plurality of stirring units in a shape in which the plate is twisted based on the central axis direction part; And
A gas filter unit positioned adjacent to one end of the reaction unit and including an external gas filter for dispersing carbon dioxide-containing gas in a liquid medium in a micro-bubble state;
A tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide comprising a.
제1항에 있어서,
상기 교반 단위체의 판은 상기 반응부의 길이방향의 중심축 방향을 기준으로 150 내지 210도로 비틀어진 형태인 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
According to claim 1,
The plate of the stirring unit is a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide in a form twisted from 150 to 210 degrees based on the direction of the central axis of the longitudinal direction of the reaction unit.
제1항에 있어서,
서로 인접하는 상기 교반 단위체들의 일측단이 서로 접하여 결합되되, 접합부가 상기 반응부의 중심축부에 대응되는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
According to claim 1,
A tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide, wherein one end of the stirring units adjacent to each other is in contact with each other and is joined, and the junction portion corresponds to the central axis of the reaction unit.
제3항에 있어서,
서로 결합되는 교반 단위체의 일측단들은 60 내지 120도로 교차하여 접합되는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
According to claim 3,
One side end of the stirring unit coupled to each other is a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide that is joined by crossing 60 to 120 degrees.
제1항에 있어서,
상기 가스필터부는 가스필터의 일면이 상기 중심축 방향과 대향하여 고정되되, 유입되는 기체 전체가 미세기포 상태로 전환되도록 가스필터의 테두리 전체가 대응하는 반응기의 내주면에 접하도록 형성되는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
According to claim 1,
The gas filter part is fixed to the one side of the gas filter facing the central axis direction, so that the entire inlet gas is converted into a micro-bubble state, the entire rim of the gas filter is formed to contact the inner circumferential surface of the corresponding reactor mineralization Reactor tubular reactor.
제1항에 있어서,
상기 가스필터부는,
상기 반응부의 내부에 위치하되, 유체 흐름 방향을 기준으로 최전단에 위치하는 상기 교반 단위체의 후단에 위치하는 하나 또는 다수의 내부 가스필터;
를 더 포함하며,
상기 내부 가스필터를 통해 이산화탄소 함유 기체가 액상 매질에 재분산되는 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기.
According to claim 1,
The gas filter unit,
One or a plurality of internal gas filters located inside the reaction unit, but located at the rear end of the stirring unit positioned at the foremost end based on the fluid flow direction;
Further comprising,
A tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide in which carbon dioxide-containing gas is redispersed in a liquid medium through the internal gas filter.
제1항 내지 제6항에서 선택되는 어느 한 항의 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기를 포함하는 이산화탄소의 광물화 반응 장치로서,
상기 반응부의 일단부에서 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함하고, 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물이며,
상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치는,
상기 반응기; 및
상기 반응기로부터 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 유체로부터 탄산칼슘 입자를 분리 및 배출하는 분리부;
를 포함하는 이산화탄소의 광물화 반응 장치.
Claim 1 to claim 6, wherein any one of the carbon dioxide mineralization reaction apparatus comprising a tubular reactor for the mineralization reaction of carbon dioxide,
The fluid flowing from one end of the reaction part further includes an alkali metal hydroxide, and the calcium compound is calcium chloride,
The carbon dioxide mineralization reaction device,
The reactor; And
A separation unit for introducing a fluid containing calcium carbonate particles and alkali metal chloride as reactants from the reactor, and separating and discharging calcium carbonate particles from the fluid;
Mineralization reaction device of carbon dioxide comprising a.
제7항에 있어서,
상기 이산화탄소의 광물화 반응 장치는,
상기 분리부로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 유입되고, 상기 알칼리금속 염화물을 알칼리금속 수산화물로 전환하는 전기분해부;
를 더 포함하며,
상기 전기분해부로부터 배출되는 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단부로 유입되는 유체로 재순환되는 이산화탄소의 광물화 반응 장치.
The method of claim 7,
The carbon dioxide mineralization reaction device,
An electrolysis unit for introducing a fluid containing alkali metal chloride from the separation unit, and converting the alkali metal chloride into alkali metal hydroxide;
Further comprising,
A mineralization reaction apparatus for carbon dioxide in which a fluid containing alkali metal hydroxide discharged from the electrolysis unit is recycled to a fluid flowing into one end of the reaction unit.
제1항 내지 제6항에서 선택되는 어느 한 항의 이산화탄소의 광물화 반응용 관형 반응기를 이용한 이산화탄소의 고정화 방법으로서,
s1) 액상 매질, 칼슘 화합물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단을 통해 반응부의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부의 타단을 통해 반응물을 포함하는 유체가 배출되는 단계 및
s2) 상기 반응물을 포함하는 유체로부터 탄산칼슘 입자가 분리되어 수득되는 단계
를 포함하는 이산화탄소의 고정화 방법.
A method for immobilizing carbon dioxide using a tubular reactor for mineralization reaction of carbon dioxide of any one of claims 1 to 6,
s1) a fluid containing a liquid medium, a calcium compound and a carbon dioxide-containing gas is introduced into the reaction unit through one end of the reaction unit and reacted to discharge a fluid containing a reactant through the other end of the reaction unit;
s2) the step of obtaining the calcium carbonate particles are separated from the fluid containing the reactant
Immobilization method of carbon dioxide comprising a.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 10 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제9항에 있어서,
상기 s1) 단계에서, 액상 매질 및 이산화탄소의 체적 유량비는 1:4~20인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 9,
In the step s1), the volumetric flow rate ratio of the liquid medium and carbon dioxide is 1: 4 to 20, the method of immobilizing carbon dioxide.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 11 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제9항에 있어서,
상기 s1) 단계에서, 이산화탄소 및 칼슘 화합물의 몰비는 1:1~7인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 9,
In the step s1), the molar ratio of carbon dioxide and calcium compounds is 1: 1 to 7 immobilization method of carbon dioxide.
제9항에 있어서,
상기 s1) 단계에서, 유입되는 유체는 알칼리금속 수산화물을 더 포함하고, 상기 칼슘 화합물은 칼슘 염화물인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 9,
In the step s1), the flowing fluid further includes an alkali metal hydroxide, and the calcium compound is a method for immobilizing carbon dioxide, which is calcium chloride.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 13 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제12항에 있어서,
상기 액상 매질에 대한 칼슘 화합물의 농도는 0.2 내지 2 M이며,
상기 액상 매질에 대한 알칼리금속 수산화물의 농도는 0.3 내지 3 M인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 12,
The concentration of the calcium compound in the liquid medium is 0.2 to 2 M,
The method of immobilizing carbon dioxide having a concentration of alkali metal hydroxide in the liquid medium of 0.3 to 3 M.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈ Claim 14 was abandoned when payment of the set registration fee was made.◈ 제9항에 있어서,
상기 s2) 단계에서, 탄산칼슘 입자의 순도는 95% 이상인 이산화탄소의 고정화 방법.
The method of claim 9,
In the step s2), the method of immobilizing carbon dioxide having a purity of calcium carbonate particles of 95% or more.
제8항의 이산화탄소의 광물화 반응 장치를 이용한 이산화탄소의 고정화 방법으로서,
s1) 액상 매질, 칼슘 염화물, 알칼리금속 수산화물 및 이산화탄소 함유 기체를 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단을 통해 반응부의 내부로 유입되고 반응하여 상기 반응부의 타단을 통해 반응물인 탄산칼슘 입자 및 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 배출되는 단계
s2) 상기 반응부로부터 반응물을 포함하는 유체가 상기 분리부로 유입되고, 상기 분리부에서 탄산칼슘 입자가 분리되는 단계 및
s3) 상기 분리부로부터 알칼리금속 염화물을 포함하는 유체가 상기 전기분해부로 유입되고, 상기 전기분해부에서 상기 알칼리금속 염화물이 알칼리금속 수산화물로 전환되는 단계
를 포함하며,
상기 전기분해부에서 전환된 알칼리금속 수산화물을 포함하는 유체가 상기 반응부의 일단부로 유입되는 유체로 재순환되는 이산화탄소의 고정화 방법.
A method for immobilizing carbon dioxide using the mineralization reaction device of claim 8,
s1) A fluid containing a liquid medium, calcium chloride, alkali metal hydroxide, and carbon dioxide-containing gas flows into and reacts with one end of the reaction unit to react with calcium carbonate particles and alkali metal chloride as reactants through the other end of the reaction unit. The step of discharging the containing fluid
s2) a fluid containing a reactant is introduced into the separation unit from the reaction unit, and calcium carbonate particles are separated from the separation unit,
s3) the step of the fluid containing the alkali metal chloride from the separation unit is introduced into the electrolysis unit, and the alkali metal chloride is converted into alkali metal hydroxide in the electrolysis unit.
It includes,
A method of immobilizing carbon dioxide in which a fluid containing alkali metal hydroxide converted in the electrolysis unit is recycled to a fluid flowing into one end of the reaction unit.
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