KR102135299B1 - 이산화탄소 제거장치 및 제거방법 - Google Patents

이산화탄소 제거장치 및 제거방법 Download PDF

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Abstract

이산화탄소 제거장치 및 제거방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치는 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되는 반응물 주입구, 상기 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 반응공간 및 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출되는 생성물 배출부를 포함하는 단열 하우징; 및 상기 반응공간에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함한다.

Description

이산화탄소 제거장치 및 제거방법{APPARATUS AND METHOD FOR ELIMINATING CARBON DIOXIDE}
개시되는 실시예들은 이산화탄소 제거기술과 관련된다.
석탄 화력발전을 포함한 대부분의 화력발전 장치나 산화장치에서는 이산화탄소가 배출된다. 이러한 이산화탄소는 지구 온난화의 주범으로 평가되고 있다. 이와 같은 지구 온난화 문제로 인하여 이산화탄소를 제거하기 위한 노력이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 그 예시로서 촉매를 이용하여 이산화탄소를 분해하는 기술이 존재한다. 그러나, 이러한 기술은 그 과정에서 설비에 탄소가 쌓이면서 설비의 유지, 보수, 관리가 어렵게 된다는 문제가 있다. 이에, 이산화탄소를 효율적으로 제거하기 위한 논의가 이루어지고 있다.
개시되는 실시예들은 이산화탄소 제거장치 및 제거방법을 제공하기 위한 것이다.
개시되는 실시예들에 따르면, 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되는 반응물 주입구, 상기 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 반응공간 및 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출되는 생성물 배출부를 포함하는 단열 하우징; 및 상기 반응공간에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함하는, 이산화탄소 제거장치가 제공된다.
상기 반응공간의 온도는, 1450°K 이상일 수 있다.
상기 에너지 공급부는, 상기 반응공간에 위치할 수 있다.
상기 열 에너지 공급부는, 원자로, 전자파 이산화탄소 토치 및 연료의 연소 중 적어도 하나에 의해 상기 열 에너지를 공급할 수 있다.
상기 에너지 공급부는, 상기 수소를 상기 열 에너지를 발생시키기 위한 연료로 사용할 수 있다.
상기 단열 하우징은, 외부로부터 산소가 주입되는 산소 주입구를 더 포함하며, 상기 에너지 공급부는, 상기 반응공간에서 생성된 상기 일산화탄소와 상기 수소 및 상기 산소 주입구로 주입된 상기 산소가 출입하는 제1 개구부, 상기 수소가 상기 산소와 반응하여 상기 열 에너지가 발생되는 에너지 발생공간, 상기 산소와 반응하고 남은 수소 및 상기 제1 개구부로 출입한 일산화탄소가 상기 생성물 배출부로 배출 가능하도록 연결되는 제2 개구부 및 상기 열 에너지를 상기 반응공간으로 전달하는 열전도 하우징을 포함할 수 있다.
상기 에너지 공급부는, 상기 단열 하우징 외부로부터 산소 및 연료가 주입되는 연료 주입구, 상기 연료가 상기 산소에 의해 연소되어 상기 열 에너지가 발생되는 에너지 발생공간, 상기 연소에 의해 발생한 폐가스를 배출하는 폐가스 배출부 및 상기 에너지 발생공간을 둘러싸며 상기 열 에너지를 상기 반응공간으로 방출하는 열전도 하우징을 포함하며, 상기 단열 하우징은, 상기 연료 주입구가 삽입 위치되는 제3 개구부 및 상기 폐가스 배출부가 삽입 위치되는 제4 개구부를 포함할 수 있다.
개시되는 다른 실시예들에 따르면, 반응물 주입구에 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되는 단계; 에너지 공급부로부터 반응공간에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지가 공급되는 단계; 상기 반응공간에서 상기 이산화탄소와 상기 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 단계; 및 상기 생성물 배출부에서 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출되는 단계를 포함하는, 이산화탄소 제거방법이 제공된다.
개시되는 실시예들에 따를 경우, 효율적으로 이산화탄소를 제거하며 그 과정에서 합성수지의 원료가 되는 일산화탄소 및 청정 연료로 사용되는 수소를 생산하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치의 블록도
도 2는 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치의 개략도
도 3은 다른 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치의 개략도
도 4는 또 다른 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치의 개략도
도 5는 메탄은 고온에서 분해될 때 그 분해상수 k1을 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 6은 고온에서 이산화탄소의 일부가 분해될 때 생성되는 일산화탄소와 산소원자의 밀도를 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 7은 메탄에서 발생한 수소원자가 이산화탄소를 분해할 때 수소원자 농도와 이산화탄소 분해시간을 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 8은 포름알데히드가 자체 분해될 때 그 분해상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 9는 일산화탄소의 연소반응에 대한 반응상수 및 수소의 연소반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 10은 산화수소와 일산화탄소의 반응에 대한 반응상수 및 산화수소와 수소의 반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 11은 산소원자와 일산화탄소의 반응에 대한 반응상수 및 산소원자와 수소의 반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거방법의 흐름도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(100)의 블록도이다. 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(100)는 메탄과 열 에너지를 이용하여 이산화탄소를 제거하고, 일산화탄소와 수소를 생성할 수 있다. 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(100)는 단열 하우징(110) 및 에너지 공급부(120)를 포함한다.
단열 하우징(110)에는 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되고, 상기 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되며, 상기 생성된 일산화탄소와 수소가 배출된다. 단열 하우징(110)은 외부로부터 반응공간 내의 열 손실이 최소화되도록 단열 소재로 이루어져 있을 수 있다. 이하 반응공간에서 일어나는 반응에 대해 상세히 설명하도록 한다.
메탄은 고온에서 CH4 → CH3 + H 로 분해된다. 이때, 분해상수(k1)은 1.54*1016(298/T)0.56exp(-52828/T)/s이다. 여기서, T는 반응공간의 온도를 절대온도(K)로 나타낸 것이다. 도 5는 이때의 분해상수 k1을 온도의 함수로 나타낸 그래프이다.
한편, 고온에서 이산화탄소의 일부는 CO2 → CO + O로 일산화탄소(CO)와 산소원자(O)로 분해된다. 도 6은 이때 생성되는 일산화탄소와 산소원자의 밀도를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다.
메탄에서 발생한 수소원자(H)는 이산화탄소를 CO2 + H → CO + OH로 즉, 일산화탄소와 일산화수소(OH)로 분해하는 주된 역할을 한다. 그리고, 도 7은 이때의 수소원자의 농도와 이산화탄소 분해시간(CO2 Decay Time)을 온도의 함수로 나타낸 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 반응공간의 온도가 절대온도 1500°K 이상이 되면 이산화탄소 분해시간은 1초 이하로 된다.
한편, 고온에서 이산화탄소가 분해하면서 발생한 산소원자(O)는 메탄이 분해되면서 발생한 메틸 라디칼(CH3)을 아주 신속하게 포름알데히드(CH2O)로 변환한다. 이때, 반응식은 CH3 + O → CH2O + H이다. 그리고 이때, 변환상수(aCH2O)는 1.18*10-10 (cm3/molecule/s)로서 반응속도가 대단히 빠르다.
한편, 포름알데히드는 다음 반응 CH2O → CO + H2으로 자체 분해된다. 그리고 이때 분해상수(k2)는 2.7*1013(1/T)exp(-1.75*104/T)/s이다. 도 8는 분해상수(k2)를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 포름알데히드가 T = 1500K에서 10만분의 1초에 일산화탄소와 수소로 분해되는 것을 관찰할 수 있다.
즉, 고온에서 메탄(CH4)은 메틸 라디칼과 수소로 분해되며, 그때 발생한 수소는 이산화탄소를 일산화탄소와 일산화수소로 분해한다. 그리고, 고온에서 이산화탄소는 일산화탄소와 산소로 분해되며, 그때 발생한 산소원자는 메틸 라디칼을 포름알데히드(CH2O)로 신속하게 변환한다. 그리고, 이때 변환된 포름알데히드(CH2O)는 1500°K 이상의 온도에서 십만 분의 1초내에 일산화탄소와 수소로 분해된다. 다시 말해, 메탄과 이산화탄소가 고온에서 보완적으로 서로 분해를 도와 일산화탄소와 수소로 전환된다. 여기서, 중요한 점은 반응공간의 온도가 1500°K 이상이 되어야 전환이 빨라진다는 것이다. 따라서, 반응공간의 온도는 1500°K 이상인 것이 바람직하다.
그리고, 메탄에 의한 이산화탄소의 전반적 제거 반응식은 CO2 + CH4 → 2CO + 2H2이며, 그 엔탈피(Enthalpy)의 변화는 H = 247.3 (kJ/mole)이고, 엔트로피(Entropy)의 변화는 S = 256.6 (J/mole/K)이다. 다시 말해, 이산화탄소와 메탄 각각 1몰(Mole)이 반응하는데 247.3kJ의 변환에너지가 필요하다. 반응공간의 온도를 1500°K 이상으로 유지해야 하며, 이산화탄소와 메탄을 일산화탄소와 수소로 변환하는데 많은 에너지가 필요하다.
에너지 공급부(120)는 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급한다. 그리고, 에너지 손실을 고려할 때, 에너지 공급부(120)는 단열 하우징(110) 내에 위치하여 상기 반응을 위한 열 에너지를 직접 전달하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 에너지 공급부(120)는 단열 하우징(110) 내에 가열장치를 포함할 수 있다.
그리고, 열 전도율을 고려할 때, 상기 가열장치는 단열 하우징(110)으로 열을 전달하는 면적이 넓을 수록 좋다. 이를 위해, 예를 들어, 에너지 공급부(120)는 크기가 작은 가열장치를 복수 개 포함할 수 있다.
한편, 에너지 공급부(120)는 단열 하우징(110) 내에서 생성되는 수소를 상기 가열장치에서의 연료로 사용할 수 있다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3 및 도 4와 함께 설명하기로 한다.
또한, 에너지 공급부(120)는 전자파 이산화탄소 토치를 이용하여 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급할 수도 있다. 전자파 이산화탄소 토치의 경우, 전력을 공급받아 이산화탄소 토치를 발생시킨다. 전자파 이산화탄소 토치는 이산화탄소 공급부, 전자파 발생장치, 도파관, 순환기, 방향성 결합기, 스터브 튜너 및 방전관으로 구성될 수 있다.
이산화탄소 공급부는 반응물 주입구에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 탱크로부터 이산화탄소를 공급받을 수 있다. 그리고, 이산화탄소 공급부는 방전관에 이산화탄소를 공급한다. 전자파 발생장치는 전자파를 발생시킨다. 전자파 발생장치에서 발생된 전자파는 도파관을 통하여 순환기, 방향성 결합기 및 스터브 튜너를 지나 방전관에 유입될 수 있다. 그리고, 방전관에 유입된 전자파는 방전관이 이산화탄소 공급부로부터 공급받은 이산화탄소에 방전을 일으킬 수 있다.
이산화탄소 토치 불꽃의 온도는 1000°K부터 7000°K사이에 분포되어 있다. 전자파 이산화탄소 토치는 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 전기 에너지로 제공하여야 한다. 에너지 공급부(120)는 전자파 이산화탄소 토치를 이용하여 열 에너지를 공급하는 경우, 폐가스가 발생되지 않는다는 이점이 존재한다.
에너지 공급부(120)는 원자력을 통해 열원을 공급하는 원자로를 이용하여 상기 반응공간에 열 에너지를 공급할 수도 있다. 미국에서는 안정성이 거의 보장된 소형 모듈형 신형 원자로(SMR: Small Modular Reactor)에 관한 연구가 1985년부터 시작되어 10000 kW 이상의 전력을 생산하는 SMR까지 그 연구가 진척되어 있다. 에너지 공급부(120)가 SMR을 통해 열 에너지를 공급하는 경우, 열원만 공급할 수 있어 이상적이며, 폐가스가 발생되지 않는다는 이점이 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(200)의 개략도이다. 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(200)는 단열 하우징(210) 및 에너지 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.
단열 하우징(210)은 반응물 주입구(211), 반응공간(212) 및 생성물 배출부(213)를 포함할 수 있다. 단열 하우징(210)은 원통 형태일 수 있으며, 도 2에는 원통 형태의 단열 하우징(210)의 종단면도에 대한 개략도가 도시되어 있는 것이다. 한편, 단열 하우징(210)은 외부로부터 반응공간(212) 내의 열 손실이 최소화되도록 단열 소재로 이루어져 있을 수 있다.
반응물 주입구(211)로 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입될 수 있다. 반응공간(212)에서는 반응물 주입구(211)로 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 생성물 배출부(213)에서는 반응공간(212)에서 생성된 일산화탄소와 상기 수소가 배출될 수 있다.
에너지 공급부는 상기 반응공간(212)에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급할 수 있다. 에너지 공급부는 단열 하우징(210) 외부에서 상기 반응공간(212)에 열 에너지를 공급할 수 있으나, 에너지 손실을 고려할 때 에너지 공급부는 상기 반응공간(212)에 위치하는 것이 바람직하다.
도 3은 다른 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(300)의 개략도이다. 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(300)는 단열 하우징(310) 및 에너지 공급부(320)를 포함할 수 있다.
단열 하우징(310)은 반응물 주입구(311), 반응공간(312), 생성물 배출부(313) 및 산소 주입구(314)를 포함할 수 있다. 단열 하우징(310)은 원통 형태일 수 있으며, 도 3에는 원통 형태의 단열 하우징(310)의 종단면도에 대한 개략도가 도시되어 있는 것이다.
에너지 공급부(320)는 제1 개구부(321), 에너지 발생공간(322), 제2 개구부(323) 및 열전도 하우징(324)를 포함할 수 있다. 에너지 공급부(320)는 원통 형태일 수 있으며, 도 3에는 원통 형태의 에너지 공급부(320)의 종단면도에 대한 개략도가 도시되어 있는 것이다.
반응물 주입구(311)로 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입될 수 있다. 반응공간(312)에서는 반응물 주입구(311)로 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 산소 주입구(314)로 외부로부터 산소가 주입될 수 있다. 반응공간(312)에서 생성된 일산화탄소와 수소 및 산소 주입구(314)로 주입된 산소는 제1 개구부(321)로 출입한다.
에너지 발생공간(322)에서는 제1 개구부(321)로 출입한 수소 및 산소가 반응하여 열 에너지가 발생될 수 있다. 열전도 하우징(324)은 상기 열 에너지를 상기 반응공간(312)으로 전달할 수 있다. 에너지 발생공간(322) 산소와 반응하고 남은 수소 및 상기 제1 개구부로 출입한 일산화탄소는 제2 개구부(323)를 통과하여 생성물 배출부(313)로 배출될 수 있다. 한편, 열전도 하우징(324)은 질화붕소(BN)과 같이 고온을 견딜 수 있는 얇은 벽으로 구성될 수 있다.
한편, 이 경우, 이산화탄소 제거장치(300)는 반응공간(312)에서 반응물 주입구(311)로 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성될 때까지 상기 반응공간(312)에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 예열 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
에너지 공급부(320)가 반응공간(312)에서 생성되는 수소를 연료로 사용하는 경우에는 열 에너지를 공급하기 위한 전기 에너지의 소모를 최소화할 수 있다는 이점이 존재한다.
이하, 에너지 발생공간(322)에서 일어나는 반응을 상세히 살펴보도록 한다. 일산화탄소의 연소반응은 CO + O2 → CO2 + O이고, 그 반응상수(a1)는 4.2*10-12exp(-24096/T) (cm3/molecules/s)이다. 한편, 수소의 연소반응은 H2 + O2 → 2OH이고, 그 반응상수(a2)는 4.17*10-12exp(-19638/T) (cm3/molecules/s)이다. 도 9는 일산화탄소의 연소반응에 대한 반응상수 및 수소의 연소반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 고온에서 수소의 연소반응이 절대적으로 우세하다.
한편, 수소의 연소반응에서 발생한 산화수소(OH)와 일산화탄소의 반응은 CO + OH → CO2 + H이고, 그 반응상수(a 3)는 5.4*10-14(T/298)1.51exp(250/T) (cm3/molecule/s)이다. 상기 산화수소와 수소의 반응은 H2 + OH → H2O + H이고, 그 반응상수(a 4)는 1.96*10-12(T/298)1.51exp(-1732/T) (cm3/molecule/s)이다. 도 10은 산화수소와 일산화탄소의 반응에 대한 반응상수 및 산화수소와 수소의 반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 수소의 연소반응이 절대적으로 우세하다.
한편, 소량 발생하는 산소원자와 일산화탄소의 반응은 CO + O → CO2 이고, 그 반응상수(a5)는 4.4*10-15(298/T)exp(-1512/T) (cm3/molecule/s)이다. 한편, 산소원자와 수소의 반응은 H2 + O → OH + H 이고, 그 반응상수(a6)는 3.44*10-13(T/298)2.67exp(-3165/T) (cm3/molecule/s)이다. 도 11은 산소원자와 일산화탄소의 반응에 대한 반응상수 및 산소원자와 수소의 반응에 대한 반응상수를 온도의 함수로 나타낸 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 수소의 연소반응이 절대적으로 우세하다.
즉, 에너지 발생공간(322)에서 수소의 연소반응은 H2 + O2 → 2OH, H2 + OH → H2O + H, 그리고 OH + H → H2O 이다. 일산화탄소도 일부 연소하는데 그 반응은 CO + O2 → CO2 + O, H2 + O → OH + H, 그리고 OH + H →H2O 이다. 그러나, 에너지 발생공간(322)에서 수소의 연소반응이 절대적으로 우세하다.
도 4는 또 다른 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(400)의 개략도이다. 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거장치(400)는 단열 하우징(410) 및 에너지 공급부(420)를 포함할 수 있다.
단열 하우징(410)은 반응물 주입구(411), 반응공간(412) 및 생성물 배출부(413)를 포함할 수 있다. 단열 하우징(410)은 원통 형태일 수 있으며, 도 4에는 원통 형태의 단열 하우징(410)의 종단면도에 대한 개략도가 도시되어 있는 것이다.
에너지 공급부(420)는 연료 주입구(421), 에너지 발생공간(422), 폐가스 배출부(423) 및 열전도 하우징(424)를 포함할 수 있다. 에너지 공급부(420)는 원통 형태일 수 있으며, 도 4에는 원통 형태의 에너지 공급부(420)의 종단면도에 대한 개략도가 도시되어 있는 것이다.
반응물 주입구(411)로 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입될 수 있다. 반응공간(412)에서는 반응물 주입구(411)로 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 생성물 배출부(413)에서는 반응공간(412)에서 생성된 일산화탄소와 상기 수소가 배출될 수 있다.
연료 주입구(421)로 단열 하우징(410) 외부로부터 산소 및 연료가 주입될 수 있다. 에너지 발생공간(422)에서 연료 주입구(421)로 주입된 연료가 연료 주입구(421)로 주입된 산소에 의해 연소되어 열 에너지가 발생될 수 있다. 열전도 하우징(424)는 에너지 발생공간(422)을 둘러싸며 상기 열 에너지를 반응공간(412)으로 방출할 수 있다. 열전도 하우징(424)는 질화붕소(BN)과 같이 고온을 견딜 수 있는 얇은 벽으로 구성될 수 있다. 폐가스 배출부(423)는 에너지 발생공간(422)에서의 연소에 의해 발생한 폐가스를 배출할 수 있다.
한편, 단열 하우징(410)은 연료 주입구(421)가 삽입 위치되는 제3 개구부(414) 및 폐가스 배출부(423)가 삽입 위치되는 제4 개구부(415)를 포함할 수 있다. 또한, 이 경우, 이산화탄소 제거장치(400)는 반응공간(412)에서 반응물 주입구(411)로 주입된 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성될 때까지 상기 반응공간(412)에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 예열 장치(미도시)를 포함할 수 있다.
에너지 공급부(420)는 생성물 배출부(413)에서 배출되는 일산화탄소와 수소의 혼합가스를 정제하여 수소만을 연료로 사용할 수 있다. 이 경우, 열 에너지를 공급하기 위한 전기 에너지를 절약할 수 있다. 한편, 수소만을 연료로 사용하는 경우에는 수증기만이 폐가스로 배출될 수 있다.
도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 제거방법의 흐름도이다. 도시된 흐름도에서는 상기 방법을 복수 개의 단계로 나누어 기재하였으나, 적어도 일부의 단계들은 순서를 바꾸어 수행되거나, 다른 단계와 결합되어 함께 수행되거나, 생략되거나, 세부 단계들로 나뉘어 수행되거나, 또는 도시되지 않은 하나 이상의 단계가 부가되어 수행될 수 있다.
먼저, 단열 하우징에 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입된다(1210).
다음으로, 에너지 공급부로부터 상기 단열 하우징에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지가 공급된다(1220).
다음으로, 상기 단열 하우징에서 상기 이산화탄소와 상기 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성된다(1230).
다음으로, 상기 단열 하우징에서 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출된다(1240).
이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
100: 이산화탄소 제거장치
110: 단열 하우징
120: 에너지 공급부
200: 이산화탄소 제거장치
210: 단열 하우징
211: 반응물 주입구
212: 반응공간
213: 생성물 배출부
300: 이산화탄소 제거장치
310: 단열 하우징
311: 반응물 주입구
312: 반응공간
313: 생성물 배출부
314: 산소 주입구
320: 에너지 공급부
321: 제1 개구부
322: 에너지 발생공간
323: 제2 개구부
324: 열전도 하우징
400: 이산화탄소 제거장치
410: 단열 하우징
411: 반응물 주입구
412: 반응공간
413: 생성물 배출부
414: 제3 개구부
415: 제4 개구부
420: 에너지 공급부
421: 연료 주입구
422: 에너지 발생공간
423: 폐가스 배출부
424: 열전도 하우징

Claims (8)

  1. 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되는 반응물 주입구, 상기 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 반응공간, 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출되는 생성물 배출부 및 외부로부터 산소가 주입되는 산소 주입구를 포함하는 단열 하우징; 및
    상기 반응공간에 위치하여 상기 반응공간에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함하고,
    상기 에너지 공급부는, 상기 반응공간에서 생성된 상기 일산화탄소와 상기 수소 및 상기 산소 주입구로 주입된 상기 산소가 출입하는 제1 개구부, 상기 수소가 상기 산소와 반응하여 상기 열 에너지가 발생되는 에너지 발생공간, 상기 산소와 반응하고 남은 수소 및 상기 제1 개구부로 출입한 일산화탄소가 상기 생성물 배출부로 배출 가능하도록 연결되는 제2 개구부 및 상기 열 에너지를 상기 반응공간으로 전달하는 열전도 하우징을 포함하는, 이산화탄소 제거장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응공간의 온도는, 1500°K 이상인, 이산화탄소 제거장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 외부로부터 이산화탄소와 메탄이 주입되는 반응물 주입구, 상기 이산화탄소와 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 반응공간 및 상기 일산화탄소와 상기 수소가 배출되는 생성물 배출부를 포함하는 단열 하우징; 및
    상기 반응공간에 위치하여 상기 반응공간에 상기 반응을 위해 요구되는 열 에너지를 공급하는 에너지 공급부를 포함하고,
    상기 에너지 공급부는, 상기 단열 하우징 외부로부터 산소 및 연료가 주입되는 연료 주입구, 상기 연료가 상기 산소에 의해 연소되어 상기 열 에너지가 발생되는 에너지 발생공간, 상기 연소에 의해 발생한 폐가스를 배출하는 폐가스 배출부 및 상기 에너지 발생공간을 둘러싸며 상기 열 에너지를 상기 반응공간으로 방출하는 열전도 하우징을 포함하며,
    상기 단열 하우징은, 상기 연료 주입구가 삽입 위치되는 제3 개구부 및 상기 폐가스 배출부가 삽입 위치되는 제4 개구부를 더 포함하는, 이산화탄소 제거장치.
  8. 이산화탄소 제거장치에 의해 수행되는 이산화탄소 제거방법에 있어서,
    단열 하우징에 외부로부터 이산화탄소와 메탄 및 산소가 주입되는 단계;
    예열 장치로부터 상기 단열 하우징에 상기 이산화탄소와 상기 메탄 사이의 반응을 위해 요구되는 열 에너지가 공급되는 단계;
    상기 단열 하우징 내 반응공간에서 1차적으로 상기 이산화탄소와 상기 메탄이 반응하여 일산화탄소와 수소가 생성되는 단계;
    상기 반응공간에 위치한 에너지 공급부에서 상기 산소와 상기 수소가 반응하여 발생된 열 에너지가 상기 반응공간에 공급되는 단계;
    상기 반응공간에서 2차적으로 상기 이산화탄소와 상기 메탄이 반응하여 상기 일산화탄소와 상기 수소가 생성되는 단계; 및
    상기 산소와 반응하고 남은 수소 및 상기 일산화탄소가 상기 단열 하우징의 외부로 배출되는 단계를 포함하는, 이산화탄소 제거방법.

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