KR102098238B1 - Mineral carbonation reactor and system - Google Patents

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조성수
최창식
서민혜
이수영
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Abstract

The present invention relates to a mineral carbonation reactor which uses a microporous membrane to micronize carbon dioxide and to increase solubility, thereby increasing production efficiency of CaCO_3, and a mineral carbonation system which supplies unreacted carbon dioxide gas back to a secondary mixing reactor to increase carbonation efficiency. The mineral carbonation reactor includes a reaction tank to which aqueous carbonic acid is supplied, a membrane installed in the reaction tank to supply carbon dioxide to the inside of the reaction tank, and a cooler configured to circulate a coolant in the coolant line disposed in the reaction tank. The mineral carbonation system includes the mineral carbonation reactor, and a separate mixing reactor to which the reaction mixture discharged from the mineral carbonation reactor and unreacted carbon dioxide gas are supplied.

Description

광물 탄산화 반응기 및 시스템{MINERAL CARBONATION REACTOR AND SYSTEM}MINERAL CARBONATION REACTOR AND SYSTEM

본 발명은 탄산염(CaCO3)의 생산 효율을 증가시킬 수 있는 광물 탄산화 반응기 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a mineral carbonation reactor and system capable of increasing the production efficiency of carbonate (CaCO 3 ).

일반적으로 에너지 생산을 위한 석탄, 석유 그리고 천연 가스와 같은 화석 연료의 연소는, 대기 중 이산화탄소의 농도를 높여 지구 온난화를 야기하기도 한다.In general, the combustion of fossil fuels, such as coal, oil and natural gas for energy production, may cause global warming by increasing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere.

이에 이산화탄소 배출을 줄이기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 일 예로, 이산화탄소를 광물 탄산화하는 광물 탄산화 기술로는, 반응물의 종류, 천연광물 및 산업부산물의 전처리 기술 및 이산화탄소 고정화 기술 등을 들 수 있다.Accordingly, various technologies have been developed to reduce carbon dioxide emissions. As an example, examples of mineral carbonization technology for mineral carbonization of carbon dioxide include a kind of reactants, a pretreatment technology for natural minerals and industrial by-products, and a carbon dioxide immobilization technology.

이러한 광물 탄산화 기술은 석고 자원의 고부가가치화는 물론이고, 탄소세를 저감하거나, 탄소배출권의 거래에도 이용이 가능하다. 아울러, 광물 탄산화 기술에 의해 이산화탄소를 고정하여 제조되는 탄산염은, 그 순도 및 입자 크기에 따라 광학장비, 반도체 및 필러 등의 고부가적으로 활용이 가능하다.This mineral carbonization technology can be used not only for high value-adding of gypsum resources, but also for reducing carbon tax or trading carbon credits. In addition, the carbonate produced by fixing carbon dioxide by mineral carbonation technology can be used as a high added value of optical equipment, semiconductors, and fillers depending on its purity and particle size.

그런데, 종래 광물 탄산화 기술의 경우, CaO 함량이 낮은 폐 콘크리트, 비산재 및 슬러지 등이 이산화탄소를 광물 탄산화하기 위한 원료로 사용됨에 따라, 반응 후 잔류물에 대한 중금속 제거가 필요하고, 이로 인한 추가적인 비용 발생되기도 한다. However, in the case of the conventional mineral carbonization technology, since heavy concrete with low CaO content, fly ash and sludge are used as raw materials for carbonizing minerals of carbon dioxide, it is necessary to remove heavy metals from the residue after the reaction, resulting in additional costs. It also becomes.

특히, 이산화탄소 가스를 광물 탄산화하기 위한 이산화탄소의 반응시간(체류시간)이 짧은 경우, 미반응되는 이산화탄소 가스의 발생율이 높아질 수 있다. 아울러, 이산화탄소 가스가 광물 탄산화되는 과정을 파악하기 어려우면, 탄산화 공정에 대한 전반적인 제어가 쉽지 않다.In particular, when the reaction time (retention time) of carbon dioxide for carbonizing minerals of the carbon dioxide gas is short, the generation rate of unreacted carbon dioxide gas may be increased. In addition, if it is difficult to determine the process of carbon dioxide gas mineralization, the overall control of the carbonation process is not easy.

이에 이산화탄소 가스와 원료 간의 효과적인 반응을 통해, 이산화탄소 가스의 탄산염 전환율을 증가시킬 수 있는 기술이 요구되고 있다. Accordingly, there is a need for a technique capable of increasing the conversion rate of carbon dioxide gas carbonate through an effective reaction between the carbon dioxide gas and the raw material.

국내 등록특허공보 제10-0756371호Domestic registered patent publication No. 10-0756371

본 발명의 실시예들은 미세기공 멤브레인을 이용하여, 이산화탄소를 미세화함으로써 용해도를 증가시켜 CaCO3의 생산 효율을 증가시킬 수 있는 광물 탄산화 반응기를 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention is to provide a mineral carbonation reactor that can increase the production efficiency of CaCO 3 by increasing the solubility by minimizing carbon dioxide by using a microporous membrane.

또한, 반응탱크내에 마련된 냉매관을 통해 냉매를 순환시킴으로써, 탄산화 반응으로 인한 혼합액의 온도가 상승을 억제하여 반응탱크 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 광물 탄산화 반응기를 제공하고자 한다.In addition, by circulating the refrigerant through the refrigerant pipe provided in the reaction tank, it is intended to provide a mineral carbonation reactor capable of keeping the temperature inside the reaction tank constant by suppressing an increase in the temperature of the mixed solution due to the carbonation reaction.

또한, 미반응 이산화탄소 가스를 2차 혼합 반응기로 재공급하여 탄산화 효율을 증가시킬 수 있는 광물 탄산화 시스템을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a mineral carbonation system capable of increasing carbonation efficiency by re-supplying unreacted carbon dioxide gas to a secondary mixing reactor.

또한, 이산화탄소 가스와 반응물을 믹서로 교반하여 탄산화를 촉진시킬 수 있는 광물 탄산화 시스템을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a mineral carbonation system capable of promoting carbonation by stirring a carbon dioxide gas and a reactant with a mixer.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 칼슘 수용액이 공급되는 반응탱크; 상기 반응탱크내에 설치되어 상기 반응탱크 내부에 이산화탄소를 공급하는 멤브레인; 및 상기 반응탱크 내에 배치된 냉매관을 통해 냉매를 순환시키도록 구성된 냉각기를 포함하는, 광물 탄산화 반응기가 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a reaction tank to which an aqueous calcium solution is supplied; A membrane installed in the reaction tank to supply carbon dioxide into the reaction tank; And a cooler configured to circulate the refrigerant through a refrigerant pipe disposed in the reaction tank.

상기 멤브레인은 복수개 마련되며, 각각의 상기 멤브레인에 이산화탄소가 개별적으로 공급될 수 있다.A plurality of the membranes are provided, and carbon dioxide may be individually supplied to each membrane.

또한, 상기 복수개의 멤브레인은 각각 멤브레인 지지대에 의해 상기 반응탱크 하부에 지지될 수 있다.In addition, each of the plurality of membranes may be supported under the reaction tank by a membrane support.

또한, 상기 냉매관은 상기 반응탱크의 내측벽을 따라 나선형으로 연장되며, 상기 복수개의 멤브레인은 상기 냉매관의 내측에 위치될 수 있다.In addition, the refrigerant pipe extends spirally along the inner wall of the reaction tank, and the plurality of membranes may be located inside the refrigerant pipe.

또한, 상기 멤브레인은 200 ㎛ 이하의 크기의 CO2 기포를 공급할 수 있는 미세기공을 가질 수 있다.In addition, the membrane may have micropores capable of supplying bubbles of CO 2 having a size of 200 μm or less.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 칼슘 수용액이 공급되는 반응탱크, 상기 반응탱크내에 설치되어 상기 반응탱크 내부에 이산화탄소를 공급하는 멤브레인, 및 상기 반응탱크 내에 배치된 냉매관을 통해 냉매를 순환시키도록 구성된 냉각기를 구비하는, 광물 탄산화 반응기; 및 상기 광물 탄산화 반응기로부터 배출되는 반응물과 미반응 이산화탄소 가스가 공급되는 별개의 혼합 반응기를 포함하는, 광물 탄산화 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, the refrigerant is circulated through a reaction tank to which an aqueous calcium solution is supplied, a membrane installed in the reaction tank to supply carbon dioxide inside the reaction tank, and a refrigerant pipe disposed in the reaction tank. A mineral carbonation reactor having a configured cooler; And a separate mixing reactor supplied with reactants discharged from the mineral carbonation reactor and unreacted carbon dioxide gas.

상기 별개의 혼합 반응기는 수직으로 배치된 복수개의 반응관을 구비하며, 상기 복수개의 반응관은 인접한 상단 및 하단이 교호적으로 연결되어 직렬로 이루어질 수 있다.The separate mixing reactor has a plurality of reaction tubes arranged vertically, and the plurality of reaction tubes may be formed in series by alternately connecting adjacent upper and lower ends.

또한, 각각의 상기 복수개의 반응관내에는 반응물과 이산화탄소의 반응을 촉진하기 위한 믹서가 마련될 수 있다.In addition, a mixer for promoting the reaction of the reactant and carbon dioxide may be provided in each of the plurality of reaction tubes.

본 발명의 실시예들은 미세기공 멤브레인을 이용하여, 이산화탄소를 미세화함으로써 용해도를 증가시켜 CaCO3의 생산 효율을 증가시킬 수 있다.The embodiments of the present invention can increase the solubility of CaCO 3 by increasing the solubility by minimizing carbon dioxide by using a microporous membrane.

또한, 반응탱크내에 마련된 냉매관을 통해 냉매를 순환시킴으로써, 탄산화 반응으로 인한 혼합액의 온도가 상승을 억제하여 반응탱크 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.In addition, by circulating the refrigerant through the refrigerant pipe provided in the reaction tank, the temperature of the mixed solution due to the carbonation reaction can be suppressed, thereby keeping the temperature inside the reaction tank constant.

또한, 미반응 이산화탄소 가스를 2차 혼합 반응기로 재공급하여 반응효율이 증가시킬 수 있다.In addition, the reaction efficiency can be increased by re-supplying unreacted carbon dioxide gas to the secondary mixing reactor.

또한, 이산화탄소 가스와 반응물을 믹서로 교반하여 탄산화를 촉진시킬 수 있다.In addition, carbon dioxide gas and reactants can be stirred with a mixer to promote carbonation.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템의 광물 탄산화 반응기내에 배치되는 멤브레인의 배열 상태를 나타내는 구성도이다.
도 3은 도 2의 멤브레인을 지지하는 멤브레인 지지대를 도시하는 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템의 2차 혼합 반응기의 복수의 반응관내에 배치된 믹서를 도시하는 개략도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing an arrangement state of a membrane disposed in a mineral carbonation reactor of a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention.
3 is an enlarged perspective view showing a membrane support for supporting the membrane of FIG. 2.
4 is a schematic diagram showing a mixer disposed in a plurality of reaction tubes of a secondary mixing reactor of a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.Hereinafter, a configuration and operation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following description is one of several aspects of the present invention that can be patented, and the following description may form part of the detailed description of the present invention. However, in describing the present invention, detailed descriptions of known configurations or functions may be omitted to clarify the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and may include various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. And terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the corresponding components are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. When an element is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. The terms used in this application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템을 개략적으로 도시하는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템의 광물 탄산화 반응기내에 배치되는 멤브레인의 배열 상태를 나타내는 구성도이며, 도 3은 도 2의 멤브레인을 지지하는 멤브레인 지지대를 도시하는 확대 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템의 2차 혼합 반응기의 복수의 반응관내에 배치된 믹서를 도시하는 개략도이다.1 is a block diagram schematically showing a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention showing the arrangement of the membrane disposed in the mineral carbonation reactor 3 is an enlarged perspective view showing a membrane support for supporting the membrane of FIG. 2, and FIG. 4 is disposed in a plurality of reaction tubes of a secondary mixing reactor of a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing a mixer.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a mineral carbonation system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템(1000)은, 광물 탄산화 반응기(100) 및 2차 혼합 반응기(200)를 포함한다.The mineral carbonation system 1000 according to an embodiment of the present invention includes a mineral carbonation reactor 100 and a secondary mixing reactor 200.

광물 탄산화 반응기(100)는, 반응탱크(10), 멤브레인(20), 냉각기(30), 및 교반기(40)를 포함한다.The mineral carbonation reactor 100 includes a reaction tank 10, a membrane 20, a cooler 30, and a stirrer 40.

반응탱크(10)에는 혼합액 유입구가 마련되며, 혼합액 유입구를 통해 물과 CaO의 혼합액(칼슘 수용액)이 반응탱크(10) 내에 유입된다. 반응탱크(10)에는 또한 유입된 혼합액의 수위를 검지하기 위한 수위조절센서(11)가 설치될 수 있다.The reaction tank 10 is provided with a mixed liquid inlet, and a mixed liquid (aqueous calcium solution) of water and CaO is introduced into the reaction tank 10 through the mixed liquid inlet. The reaction tank 10 may also be provided with a water level control sensor 11 for detecting the level of the introduced mixed liquid.

멤브레인(20)은 미세기공을 가지며, 반응탱크(10)내에 설치되어 반응탱크 내부에 이산화탄소를 공급할 수 있다. 멤브레인(20)은 도 2에 도시하는 바와 같이 수평방향으로 나란히 배열된 복수의 멤브레인(20)으로 구성될 수 있다. The membrane 20 has micropores and is installed in the reaction tank 10 to supply carbon dioxide inside the reaction tank. The membrane 20 may be composed of a plurality of membranes 20 arranged side by side in the horizontal direction as shown in FIG. 2.

반응탱크(10)내에서 칼슘 수용액 및 이산화탄소 가스의 화학반응을 통해, 탄산염(CaCO3)을 생성할 수 있다. 칼슘 수용액 및 이산화탄소 가스의 화학반응은 통상의 칼슘 수용액 및 이산화탄소 가스 간 화학반응과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.Carbonate (CaCO 3 ) may be generated through a chemical reaction of a calcium solution and carbon dioxide gas in the reaction tank 10. Since the chemical reaction between the aqueous calcium solution and the carbon dioxide gas is the same as the normal chemical reaction between the aqueous calcium solution and the carbon dioxide gas, a detailed description thereof will be omitted.

복수의 멤브레인(20) 각각에 이산화탄소가 별개의 유량조절밸브(22)를 통해 공급될 수 있으며, 복수의 멤브레인(20)으로의 이산화탄소 공급은 개별적으로 제어될 수 있다. 이와 같이 복수의 멤브레인(20)을 이용하여, 이산화탄소를 미세화함으로써 표면적을 크게 하여 물에 의한 용해도를 증가시켜 수중의 Ca 양이온과 반응하도록 하여 CaCO3의 생산 효율을 증가시킬 수 있다.Carbon dioxide may be supplied to each of the plurality of membranes 20 through a separate flow control valve 22, and the supply of carbon dioxide to the plurality of membranes 20 may be individually controlled. As described above, by using a plurality of membranes 20, the surface area is increased by minimizing carbon dioxide to increase the solubility by water to react with Ca cations in water, thereby increasing the production efficiency of CaCO 3 .

본 실시예에 있어서, 미세화된 이산화탄소 기포는 200 ㎛ 이하의 크기를 가질 수 있으며, 이산화탄소 기포가 상승하면서 물에 용해되지 않은 일부 미반응 이산화탄소 기포는 반응탱크(10) 상부의 가스 출구를 통해 2차 혼합 반응기(200)로 공급될 수 있다.In this embodiment, the micronized carbon dioxide bubbles may have a size of 200 μm or less, and some unreacted carbon dioxide bubbles that are not dissolved in water as the carbon dioxide bubbles rise are secondary through the gas outlet at the top of the reaction tank 10. It can be supplied to the mixing reactor (200).

복수의 멤브레인(20) 각각은 멤브레인 지지대(21)에 의해 반응탱크(10) 내 하부에 지지될 수 있다.Each of the plurality of membranes 20 may be supported under the reaction tank 10 by a membrane support 21.

멤브레인 지지대(21)는 고리 형상의 멤브레인 지지부(21a)와 멤브레인 지지부(21a)로부터 하방으로 연장하는 고정부(21b)를 가질 수 있다. The membrane support 21 may have an annular membrane support portion 21a and a fixing portion 21b extending downward from the membrane support portion 21a.

멤브레인(20)은 멤브레인 지지부(21a)내에 삽입되어 지지되며, 고정부(21b)는 반응탱크(10)의 저부에 고정될 수 있다. 하나의 멤브레인(20)의 지지를 위해 복수개의 멤브레인 지지대(21)가 사용될 수 있다.The membrane 20 is supported by being inserted into the membrane support portion 21a, and the fixing portion 21b can be fixed to the bottom of the reaction tank 10. A plurality of membrane supports 21 may be used to support one membrane 20.

복수의 멤브레인(20)은 후술하는 반응탱크(30)의 내벽을 따라 나선형으로 연장되는 냉매관(31)의 내측에 설치되는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응탱크(10)의 중심부에 배치된 멤브레인(20)의 길이가 가장 길며, 좌우로 갈수록 멤브레인(20)의 길이가 점점 짧아진다.The plurality of membranes 20 is installed inside the refrigerant pipe 31 that spirally extends along the inner wall of the reaction tank 30, which will be described later, as shown in FIG. 2, disposed in the center of the reaction tank 10 The length of the membrane 20 is the longest, and the length of the membrane 20 is gradually shorter as it goes from side to side.

냉각기(30)는 반응탱크(10) 내부에 배치되는 냉매관(31)에 냉매를 공급할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 냉매관(31)은 반응탱크(30)의 내측벽을 따라 나선형으로 연장될 수 있으며, 냉각기(30)로부터의 냉매가 유입되는 입구와 냉각기(30)로 냉매가 배출되는 출구를 갖는다.The cooler 30 may supply refrigerant to the refrigerant pipe 31 disposed inside the reaction tank 10. In the present embodiment, the refrigerant pipe 31 may extend spirally along the inner wall of the reaction tank 30, and the refrigerant is discharged to the inlet and the cooler 30 through which the refrigerant from the cooler 30 flows. Have an exit

냉각기(30)로부터 공급되는 냉매는 냉매관(31)의 입구를 통해 유입되어 냉매관(31)을 통해 흐른 뒤 냉매관(32)의 출구를 통해 배출되어 냉각기(30)로 다시 유입되는 순환유동을 한다.The refrigerant supplied from the cooler 30 flows through the inlet of the refrigerant pipe 31 and flows through the refrigerant pipe 31 and then discharged through the outlet of the refrigerant pipe 32 and flows back into the cooler 30 Do it.

냉각기(30)는 반응탱크(10) 내의 혼합액의 온도가 소정 온도로 될 때까지 운전되며, 냉매관(31)의 출구에 연결된 배관에 설치된 온도센서(32)에 의해 온도제어가 행해질 수 있다.The cooler 30 is operated until the temperature of the mixed liquid in the reaction tank 10 reaches a predetermined temperature, and temperature control may be performed by a temperature sensor 32 installed in a pipe connected to the outlet of the refrigerant pipe 31.

광물 탄산화 반응기(100)의 운전은 통상 혼합액 온도가 15℃ 이하에서 개시되는데, 초기 pH는 12 정도로 유지된다. 이 상태에서 멤브레인(20)에 이산화탄소가 공급되면 광물 탄산화 반응이 진행되면서 발열반응에 의해 온도가 상승된다. The operation of the mineral carbonation reactor 100 is usually started at a temperature of 15 ° C. or lower, and the initial pH is maintained at about 12 ° C. When carbon dioxide is supplied to the membrane 20 in this state, the temperature is increased by an exothermic reaction while the mineral carbonation reaction proceeds.

교반기(40)는 반응탱크(10)내에 공급되는 혼합액을 교반시켜 혼합액 중의 Ca 양이온과 멤브레인(20)으로부터 반응탱크910)내에 공급되는 이산화탄소의 반응을 촉진시킬 수 있다. 교반기(40)의 구성 및 기능은 주지되어 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The agitator 40 may promote the reaction of Ca cations in the mixed solution and carbon dioxide supplied into the reaction tank 910 from the membrane 20 by stirring the mixed solution supplied into the reaction tank 10. Since the configuration and function of the stirrer 40 is well known, detailed description thereof will be omitted.

본 실시예에 따르면, 냉각기(30)에 의해 냉매를 반응탱크(10)내에 마련된 냉매관(31)을 통해 순환시킴으로써, 탄산화 반응으로 인한 혼합액의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있다.According to this embodiment, by circulating the refrigerant through the refrigerant pipe 31 provided in the reaction tank 10 by the cooler 30, it is possible to suppress the temperature of the mixed solution due to the carbonation reaction from rising.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물 탄산화 시스템(1000)의 2차 혼합 반응기(200)에 대해 설명한다.Hereinafter, the secondary mixing reactor 200 of the mineral carbonation system 1000 according to an embodiment of the present invention will be described.

2차 혼합 반응기(200)는 광물 탄산화 반응기(100)로부터 공급된 반응물의 탄산화를 최대화하기 위한 장치이다.The secondary mixing reactor 200 is a device for maximizing carbonation of the reactants supplied from the mineral carbonation reactor 100.

2차 혼합 반응기(200)는 수직으로 배치된 복수개의 반응관(210)과 각 반응관(210) 내에 구비된 믹서(220)를 포함한다. The secondary mixing reactor 200 includes a plurality of reaction tubes 210 vertically arranged and a mixer 220 provided in each reaction tube 210.

복수개의 반응관(210)의 인접한 상단 및 하단은 교호적으로 연결도어 직렬로 이루어진다. 즉, 첫번째 반응관(210)의 상단은 두번째 반응관(210)의 상단과 연경되며, 두번째 반응관(210)의 하단은 세번째 반응관(210)의 하단에 연결되며, 세번째 반응관(210)의 상단은 네번째 반응관(210)의 상단에 연결된다. 이러한 방식으로 마지막 반응관(210)의 상단까지 연결되며, 마지막 반응관(210)의 하단을 통해 반응물이 다음 공정의 고액 분리장치로 배출된다.The adjacent upper and lower ends of the plurality of reaction tubes 210 are alternately made in series with connection doors. That is, the top of the first reaction tube 210 is connected to the top of the second reaction tube 210, the bottom of the second reaction tube 210 is connected to the bottom of the third reaction tube 210, the third reaction tube 210 The upper end of the fourth reaction tube 210 is connected to the upper end. In this way, it is connected to the top of the last reaction tube 210, and the reactant is discharged to the solid-liquid separation device of the next process through the bottom of the last reaction tube 210.

광물 탄산화 반응기(100)의 반응탱크(10) 상부의 가스 출구로부터 배출된 미반응 이산화탄소 가스는 가스배관(250)을 따라 유동하여 첫번째 반응관(210)의 하단의 유입구를 통해 반응관(210) 내로 유입된다.Unreacted carbon dioxide gas discharged from the gas outlet at the top of the reaction tank 10 of the mineral carbonation reactor 100 flows along the gas pipe 250 through the inlet at the bottom of the first reaction pipe 210. Flows into

또한, 광물 탄산화 반응기(100)의 반응탱크(10) 하부로부터 유량조절밸브(50)를 통해 배출된 반응물은 유량제어펌프(300)에 의해 반응물 배관(310)을 따라 유동하여 첫번째 반응관(210)의 하단의 유입구를 통해 반응관(210) 내로 유입된다.In addition, the reactant discharged through the flow rate control valve 50 from the bottom of the reaction tank 10 of the mineral carbonation reactor 100 flows along the reactant piping 310 by the flow control pump 300 to first reactant pipe 210 ) Is introduced into the reaction tube 210 through the inlet of the bottom.

유량제어펌프(300)는 2차 혼합 반응기(200) 내에 유입되는 반응물이 2차 혼합 반응기(200) 내에서 체류하는 시간이 3분 이내를 만족할 수 있는 유속으로 반응물의 속도를 제어한다.The flow rate control pump 300 controls the speed of the reactants at a flow rate that can satisfy the reaction time flowing into the secondary mixing reactor 200 within the secondary mixing reactor 200 within 3 minutes.

인접한 반응관(210)의 하단 연결부에는 pH 미터가 구비되어, 2차 혼합 반응기(200) 내의 반응물의 pH를 측정한다. 본 실시예에서는 2차 혼합 반응기(200)의 출구에 인접한 반응관(210)의 하단 연결부에 pH 미터가 구비된다.A pH meter is provided at a lower connection portion of the adjacent reaction tube 210 to measure the pH of the reactants in the secondary mixing reactor 200. In this embodiment, a pH meter is provided at a lower connection portion of the reaction tube 210 adjacent to the outlet of the secondary mixing reactor 200.

2차 혼합 반응기(200)의 출구 부근에 마련된 pH 미터로 2차 혼합 반응기(200) 내의 반응물의 pH를 측정한 결과 탄산화 반응이 종료되는 시점에서 pH가 6~7로 유지됨을 확인하였다.As a result of measuring the pH of the reactants in the secondary mixing reactor 200 with a pH meter provided near the outlet of the secondary mixing reactor 200, it was confirmed that the pH was maintained at 6-7 at the time when the carbonation reaction was completed.

복수의 반응관(210) 내에 구비된 믹서(220)는 도 4에 도시된 바와 같이 스크류 형상을 가진다. 믹서(220)의 교반작용에 의해 2차 혼합 반응기(200) 내에서의 반응물과 이산화탄소의 혼합을 촉진하여 탄산화 효율을 증가시킬 수 있다.The mixer 220 provided in the plurality of reaction tubes 210 has a screw shape as shown in FIG. 4. It is possible to increase the carbonation efficiency by promoting the mixing of reactants and carbon dioxide in the secondary mixing reactor 200 by the stirring action of the mixer 220.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.When explaining the operation of the present invention made of such a configuration is as follows.

먼저, CaO 및 물의 혼합액인 칼슘 수용액을 반응탱크(10) 내에 공입하면서 멤브레인(20)을 통해 이산화탄소를 반응탱크(10) 내에 공급한다. First, carbon dioxide is supplied into the reaction tank 10 through the membrane 20 while introducing an aqueous calcium solution, which is a mixture of CaO and water, into the reaction tank 10.

반응탱크(10) 내에서는 칼슘 수용액과 이산화탄소 가스 간에 1차 접촉이 이루어지면서, 칼슘 수용액과 이산화탄소 가스가 서로 반응될 수 있다. 반응탱크(10)에서 반응된 칼슘 수용액과 이산화탄소 가스의 반응물은, 유량제어펌프(300)를 통해 2차 혼합 반응기(200)로 이동된다.In the reaction tank 10, the primary contact is made between the aqueous calcium solution and the carbon dioxide gas, and the aqueous calcium solution and the carbon dioxide gas can react with each other. The reactant of the aqueous calcium solution and carbon dioxide gas reacted in the reaction tank 10 is moved to the secondary mixing reactor 200 through the flow control pump 300.

한편, 반응탱크(10) 내에서 물에 용해되지 않은 일부 미반응 이산화탄소 기포는 반응탱크(10) 상부의 가스 출구로부터 배출되어 가스배관(250)을 통해 2차 혼합 반응기(200)로 이동된다.On the other hand, some unreacted carbon dioxide bubbles not dissolved in water in the reaction tank 10 are discharged from the gas outlet above the reaction tank 10 and moved to the secondary mixing reactor 200 through the gas pipe 250.

2차 혼합 반응기(200)의 유입구를 통해 유입된 반응물과 이산화탄소 가스는 복수개의 반응관(210)을 통해 이동하면서, 반응될 수 있다. 이때, 반응물과 이산화탄소 가스는 복수개의 반응관(210)을 따라 이동하므로, 반응 시간(접촉 시간)이 증가될 수 있어 탄산화 효율이 증대될 수 있다.The reactant and carbon dioxide gas introduced through the inlet of the secondary mixing reactor 200 may be reacted while moving through the plurality of reaction tubes 210. At this time, since the reactant and the carbon dioxide gas move along the plurality of reaction tubes 210, the reaction time (contact time) can be increased, so that the carbonation efficiency can be increased.

이때, 각 반응관(210) 내에는 믹서(220)가 설치되므로, 보다 효과적인 반응이 이루어질 수 있다. At this time, since the mixer 220 is installed in each reaction tube 210, a more effective reaction can be achieved.

상술한 바와 같이, 본 발명은 광물 탄산화를 위한 원료와 이산화탄소 가스 간의 접촉시간을 극대화함으로써, 이산화탄소 가스가 탄산염으로 전환되는 탄산염 전환율을 향상시킬 수 있고, 원료와 이산화탄소 가스 간 반응 상태를 실시간으로 계측할 수 있고, 계측된 측정값이 기 설정된 목표값에 도달되도록 반응 환경을 조절함으로써, 탄산염 전환율, pH 농도 및 이산화탄소 농도를 최적화할 수 있다는 등의 우수한 장점을 갖는다.As described above, according to the present invention, by maximizing the contact time between the raw material for mineral carbonation and the carbon dioxide gas, the conversion rate of the carbon dioxide gas to be converted into carbonate can be improved, and the reaction state between the raw material and the carbon dioxide gas can be measured in real time. By controlling the reaction environment so that the measured value reaches a predetermined target value, it has excellent advantages such as the ability to optimize carbonate conversion, pH concentration, and carbon dioxide concentration.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안 되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. You will understand. For example, a person skilled in the art can change the material, size, etc. of each component according to the application field, or combine or replace the embodiments to implement them in a form not explicitly disclosed in the embodiments of the present invention. It is not beyond the scope of. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should not be understood as limiting, and it should be said that these modified embodiments are included in the technical idea described in the claims of the present invention.

10: 반응탱크 11: 수위감지센서
20: 멤브레인 21: 멤브레인 지지대
22: 유량조절밸브 30: 냉각기
32: 온도센서 31: 냉매돤
40: 교반기 50: 유량조절밸브
100: 광물 탄산화 반응기 200: 2차 혼합 반응기
210: 반응관 220: 믹서
250: 가스배관 300: 유량제어펌프
310: 반응물 배관 1000: 광물 탄산화 시스템10: reaction tank 11: water level sensor
20: membrane 21: membrane support
22: Flow control valve 30: Cooler
32: temperature sensor 31: refrigerant 돤
40: stirrer 50: flow control valve
100: mineral carbonation reactor 200: secondary mixing reactor
210: reaction tube 220: mixer
250: gas piping 300: flow control pump
310: reactant piping 1000: mineral carbonation system

Claims (9)

칼슘 수용액이 공급되는 반응탱크;
상기 반응탱크내에 설치되어 상기 반응탱크 내부에 이산화탄소를 공급하는 멤브레인; 및
상기 반응탱크 내에 배치된 냉매관을 통해 냉매를 순환시키도록 구성된 냉각기를 포함하고,
상기 멤브레인은 복수 개로 마련되며, 복수 개의 상기 멤브레인에는 이산화탄소가 개별적으로 공급되고, 복수 개의 상기 멤브레인은 이산화탄소 기포를 공급할 수 있는 미세기공을 가지며,
복수 개의 상기 멤브레인은 수평방향으로 나란히 배열되며, 복수 개의 상기 멤브레인은 상기 반응탱크의 중심부로부터 멀리 배치될수록 짧은 길이를 가지는,
광물 탄산화 반응기.A reaction tank to which an aqueous calcium solution is supplied;
A membrane installed in the reaction tank to supply carbon dioxide into the reaction tank; And
And a cooler configured to circulate the refrigerant through the refrigerant pipe disposed in the reaction tank,
The membrane is provided in a plurality, the plurality of the membrane is separately supplied with carbon dioxide, the plurality of the membrane has micro-pores capable of supplying carbon dioxide bubbles,
A plurality of the membranes are arranged side by side in the horizontal direction, the plurality of the membranes have a shorter length as they are disposed farther from the center of the reaction tank,
Mineral carbonation reactor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 복수개의 멤브레인은 각각 멤브레인 지지대에 의해 상기 반응탱크 하부에 지지되는,
광물 탄산화 반응기.According to claim 1,
Each of the plurality of membranes is supported under the reaction tank by a membrane support,
Mineral carbonation reactor. 제 1 항에 있어서,
상기 냉매관은 상기 반응탱크의 내측벽을 따라 나선형으로 연장되며,
상기 복수개의 멤브레인은 상기 냉매관의 내측에 위치되는,
광물 탄산화 반응기.According to claim 1,
The refrigerant pipe extends spirally along the inner wall of the reaction tank,
The plurality of membranes are located inside the refrigerant pipe,
Mineral carbonation reactor. 제 1 항에 있어서,
상기 멤브레인이 공급하는 상기 이산화탄소의 기포는 200 ㎛ 이하의 크기를 갖는,
광물 탄산화 반응기.According to claim 1,
The bubble of the carbon dioxide supplied by the membrane has a size of 200 μm or less,
Mineral carbonation reactor. 칼슘 수용액이 공급되는 반응탱크, 상기 반응탱크내에 설치되어 상기 반응탱크 내부에 이산화탄소를 공급하는 멤브레인, 및 상기 반응탱크 내에 배치된 냉매관을 통해 냉매를 순환시키도록 구성된 냉각기를 구비하는, 광물 탄산화 반응기; 및
상기 광물 탄산화 반응기로부터 배출되는 반응물과 미반응 이산화탄소 가스가 공급되는 별개의 혼합 반응기를 포함하고,
상기 멤브레인은 복수 개로 마련되며, 복수 개의 상기 멤브레인에는 이산화탄소가 개별적으로 공급되고, 복수 개의 상기 멤브레인은 이산화탄소 기포를 공급할 수 있는 미세기공을 가지며,
복수 개의 상기 멤브레인은 수평방향으로 나란히 배열되며, 복수 개의 상기 멤브레인은 상기 반응탱크의 중심부로부터 멀리 배치될수록 짧은 길이를 가지는,
광물 탄산화 시스템.A mineral carbonation reactor comprising a reaction tank to which an aqueous calcium solution is supplied, a membrane installed in the reaction tank to supply carbon dioxide inside the reaction tank, and a cooler configured to circulate refrigerant through a refrigerant pipe disposed in the reaction tank. ; And
And a separate mixing reactor to which reactants discharged from the mineral carbonation reactor and unreacted carbon dioxide gas are supplied,
The membrane is provided in a plurality, the plurality of the membrane is separately supplied with carbon dioxide, the plurality of the membrane has micro-pores capable of supplying carbon dioxide bubbles,
A plurality of the membranes are arranged side by side in the horizontal direction, the plurality of the membranes have a shorter length as they are disposed farther from the center of the reaction tank,
Mineral carbonation system. 삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 별개의 혼합 반응기는 수직으로 배치된 복수개의 반응관을 구비하며, 상기 복수개의 반응관은 인접한 상단 및 하단이 교호적으로 연결되어 직렬로 이루어지는,
광물 탄산화 시스템.The method of claim 6,
The separate mixing reactor is provided with a plurality of reaction tubes arranged vertically, the plurality of reaction tubes are made of a series in which the adjacent upper and lower ends are alternately connected,
Mineral carbonation system. 제 8 항에 있어서,
각각의 상기 복수개의 반응관내에는 반응물과 이산화탄소의 반응을 촉진하기 위한 믹서가 마련된,
광물 탄산화 시스템.The method of claim 8,
In each of the plurality of reaction tubes, a mixer for promoting a reaction between a reactant and carbon dioxide is provided,
Mineral carbonation system.
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