KR102194013B1 - 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법, 처리 장치 - Google Patents

시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법, 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물을 혼합하는 슬러리 제조 단계; 상술한 슬러리에 이산화탄소 함유 가스를 주입하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 탄산 광물화 단계; 상술한 생성물로부터 정화 가스를 기액 분리 배출하고, 상술한 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리를 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 분리 단계; 및 상술한 분리액에 포함된 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계;를 포함한다.

Description

시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법, 처리 장치{Treatment method of cement kiln dust and carbon dioxide, treatment apparatus thereof}
본 발명은 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법과 이를 이용한 처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 시멘트 제조 설비의 부산물인 시멘트 킬른 더스트와 이산화탄소를 이용하여, 별도의 포집 장치 없이 이산화탄소를 포집할 수 있으면서도, 산업적으로 재활용이 가능한 물질들, 구체적으로 염소와 중금속이 제거된 시멘트 킬른 더스트 탄산염 및 고농축 염화칼륨(KCl)을 쉽게 회수할 수 있을 뿐만 아니라 폐수발생이 없는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법과 이를 이용한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치에 관한 것이다.
산업의 발달로 인해 환경보호에 대한 필요성이 확대되고 있음에 따라, 산업 폐기물로부터 자원을 재활용할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다. 예컨대, 시멘트 제조 설비에서 연간 10만톤 이상 배출되는 시멘트 킬른 더스트는 칼슘산화물(CaO)와 염화칼륨(KCl) 등 산업에 필수적인 자원이 상당량 포함되어 있으나, 이를 재활용하기 위해서는 고도의 재처리 기술이 요구됨에 따라 높은 재처리 비용이 발생하며, 시멘트 킬른 더스트 내 칼슘, 중금속 등의 불순물을 부가적으로 처리하기 위한 별도의 공정을 필요로 한다. 뿐만 아니라, 시멘트 제조 설비에서는 1,450 ℃ 이상의 고온에서 킬른을 운전할 수 있어 하수슬러지, 폐비닐류등 생활 폐기물을 원료로 사용할 수 있는데, 이는 온실가스저감 및 자원순환 측면에서 매우 바람직하나 염소를 다량 함유하여 여러 문제들를 야기한다. 염소는 고온 킬른 내부에서 휘발하여 내부에 코팅을 일으켜 공정상의 문제를 발생시키며, 최종제품인 시멘트의 품질을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 시멘트 킬른 더스트에 물을 첨가하여 슬러리화한 후 여과 및 결정화 공정을 통해 염화칼륨(KCl)을 회수하는 방법이 제안되어 실용화되고 있다. 그러나 이러한 방법은 칼슘 및 중금속을 제거하기 위하여, 킬레이트제, K2CO3, HCl, FeSO4·H2O, Ca(OH)2와 같은 첨가제를 이용하기 때문에 경제적이지 않을 뿐더러 전기투석에 따른 전력비 및 설비의 유지관리비가 많이 들게 된다.
이에, 시멘트 바이패스 더스트로부터 산업상 필요한 자원을 추출하는 새로운 방식의 처리방법이 요구된다.
일본특허 공개특허공보 제2005-314178호 대한민국특허 공개특허공보 제10-2013-0116068호 대한민국특허 공개특허공보 제10-2014-0107808호 미국특허 공개특허공보 제2014-0345349호 대한민국특허 공개특허공보 제10-1988-0002755호
본 발명의 목적은 시멘트 제조 설비에서 배출되는 폐기물인 시멘트 킬른 더스트와 이산화탄소를 이용하여, 별도의 포집 장치 없이 이산화탄소를 포집할 수 있으면서도, 산업적으로 재활용이 가능한 물질들, 구체적으로 염소(Cl)와 중금속이 제거된 시멘트 킬른 더스트 탄산염 및 고농축 염화칼륨(KCl)을 쉽게 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 폐수발생이 없는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법과 이를 이용한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물을 혼합하는 슬러리 제조 단계; 상술한 슬러리에 이산화탄소 함유 가스를 주입하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 탄산 광물화 단계; 상술한 생성물로부터 이산화탄소가 제거된 정화 가스를 분리 배출하고, 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리를 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 분리 단계; 및 상술한 분리액에 포함된 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계;를 포함하는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 슬러리 제조 단계에서, 상기 염소 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 중량비는 1 : 3 내지 18일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분리 단계에서, 고액 분리된 분리액은 염화칼륨을 함유하는 수용액일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 제거 단계 후, 불순물이 제거된 분리액을 여과하여 고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지와 물로 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상술한 물은 회수되어 상술한 슬러리 제조 단계에 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 불순물 제거 단계는 상기 분리액을 흡착제층으로 통과시켜, 분리액 내에 존재하는 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 제거하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 흡착체층의 흡착제는 제올라이트, 구체적으로 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 탄산 광물화 단계에서, 상술한 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 체적비는 25 ℃ 및 1 atm 기준으로 1 : 1 내지 20일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 탄산 광물화 단계에서, 상술한 반응은 직렬 연결된 복수개의 관형 반응기에서 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분리 단계에서, 정화 가스가 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리의 pH는 5 내지 9일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트(CKD)는 시멘트 제조 설비에서 배출되는 폐기물로부터 유래되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 광물화 단계에서, 상술한 이산화탄소 함유 가스는 시멘트 제조 설비에서 배출되는 배가스로부터 유래되는 것으로, 5 내지 30 부피%의 이산화탄소를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법을 이용한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치를 제공한다.
상세하게, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트 공급부(100)로부터 유입된 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물 공급부(200)로부터 유입된 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부(300); 이산화탄소 함유 기체 공급부(200); 상술한 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)로부터 유입된 이산화탄소 함유 가스와 슬러리 제조부(300)로부터 공급된 슬러리를 혼합하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물과 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 반응기(510)를 포함하는 탄산 광물화부(500); 상술한 탄산 광물화부(500)로부터 생성물을 공급받아 생성물로부터 정화 가스를 기액 분리하여 배출하는 기액 분리부(610) 및 상기 기액 분리부(610)로부터 정화 가스가 제거된 생성물을 공급받아 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 고액 분리부(620)를 포함하는 분리부(600); 및 상술한 고액 분리부(620)로부터 분리액을 공급받아 분리액 내 포함되는 불순물을 제거하는 불순물 제거부(700);를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 탄산 광물화부(500)에서, 상술한 관형 반응기(510)의 작동온도는 5 내지 50 ℃이며, 작동압력은 0.5 내지 2 atm일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분리부(600)에서, 상술한 기액 분리는 플래쉬 드럼(flash drum)으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분리부(600)에서, 상술한 고액 분리는 원심분리장치(Centrifuge Separator)인 스크류 디켄터(Screw Decanter)로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 반응기(510)는 회분식 반응기(Batch Reactors), 반회분식 반응기(Semi-Batch Reactors), 관형 반응기(Tubular Reactor), 연속 교반 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor; CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactors; PFR), 충전층 반응기(Packed-Bed Reactors; PBR), 유동층 반응기(Fluidized-Bed Reactor; FBR), 연속 흐름 반응기(Continuous Flow Reactors), 슬러리 기포 칼럼 반응기(Slurry Bubble Column Reactors; SBCR)에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 반응기(510)는 직렬 연결된 복수개의 관형 반응기일 수 있다. 상세하게, 상술한 관형 반응기는 상술한 슬러리와 이산화탄소 함유 가스가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성된 관형의 반응관; 기 반응관의 내부에 고정되어 위치하되 반응관의 길이방향의 중심축에 형성되며, 반응관의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상술한 판이 상기 중심축 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 복수개의 교반 단위체가 서로 결합되어 있는 고정형 교반부; 및 상술한 반응관의 일단에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 가스를 미세기포 상태로 슬러리에 분산시키기 위한 가스필터부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 불순물 제거부(700)는 불순물을 흡착하여 제거할 수 있는 흡착제층(710)을 포함하며, 상술한 흡착제층(710)의 흡착제는 제올라이트, 구체적으로 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 불순물 제거부(700)는 상기 흡착제층(710)을 통해 불순물이 제거된 분리액을 여과하여 불순물이 제거된 고농축 수용액과 물로 분리할 수 있는 막(720)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상술한 불순물 제거부(700)는 상술한 막(720)을 통해 분리된 물을 상술한 물 공급부(200)로 재공급할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 흡착제층(710)은 제올라이트의 비드, 펠렛 또는 과립이 충진층(packed bed)으로 존재하는 것일 수 있다.
시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법과 이를 이용한 처리 장치는 시멘트 제조 설비의 부산물로 발생하는 시멘트 킬른 더스트(Cement Kiln Dust, CKD)와 이산화탄소(CO2)를 사용하여 광물 탄산화를 수행함으로써, 별도 포집 공정 없이 이산화탄소를 안정한 상태인 광물 탄산염으로 전환하여 회수할 수 있고, 증금속을 더 제거함으로써 고순도의 염화칼륨(KCl)을 회수함과 더불어 염소(Cl) 및 중금속이 제거된 CKD를 회수할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법에 의해 CKD로부터 회수된 고순도의 염화칼륨(KCl), 염소(Cl) 및 중금속이 제거된 시멘트 킬른 더스트는 다양한 산업분야에 널리 사용되기 때문에 재활용에 의한 경제적인 가치가 높다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따르면 고농도 염화칼륨을 수득하고, 물을 회수하여 다시 사용할 수 있기 때문에 폐수발생의 우려가 없다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도이다.
도 2은 본 발명의 다른 일 양태에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관형 반응기의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법과 이를 이용한 처리 장치를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.
본 발명은 시멘트 제조 설비의 폐기물 또는 배가스로 배출되는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬르 더스트(Cement Kiln Dust, CKD) 및 이산화탄소(CO2)를 재활용하여 이용할 수 있는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법을 제공한다.
이에, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 시멘트 제조 설비의 부산물로 발생하는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 이산화탄소를 사용하여 광물 탄산화를 수행함으로써, 별도 포집 공정 없이 이산화탄소를 안정한 광물 상태인 탄산칼슘(CaCO3)으로 전환하여 회수할 수 있고, 불순물을 더 제거함으로써 고순도 염화칼륨(KCl) 용액과 더불어 염소(Cl) 및 불순물이 제거된 고순도 CKD를 회수할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트의 처리 방법에 의해 염소(Cl) 함유 CKD로부터 회수된 탄산칼슘(CaCO3), 고순도 염화칼륨(KCl) 용액과 염소(Cl) 및 불순물이 제거된 고순도 CKD는 다양한 산업분야에 널리 사용될 수 있어, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 폐기물의 재활용에 의한 경제적인 가치가 높다는 장점이 있다.
상세하게, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물을 혼합하는 슬러리 제조 단계; 상술한 슬러리에 이산화탄소 함유 가스를 주입하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 탄산 광물화 단계; 상술한 생성물로부터 정화 가스를 기액 분리 배출하고, 상술한 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리(정화 가스가 제거된 생성물)를 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 분리 단계; 및 상술한 분리액에 포함된 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계;를 포함한다.
보다 상세하게, 도 1의 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도를 참조하면, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 시멘트 킬른 더스트 공급부(100)의 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트(CKD)와 물 공급부(200)의 물을 슬러리 제조부(300)에 유입하고 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계(S100); 상술한 슬러리 제조부(300)로부터 제조된 슬러리와 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)의 이산화탄소 함유 기체를 탄산 광물화부(500)에 주입하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 탄산 광물화 단계(S200); 상술한 생성물을 분리부(600)의 기액 분리부(610)로 유입한 후 생성물로부터 정화 가스를 분리 배출하고, 상술한 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리(정화 가스가 제거된 생성물)을 고액 분리부(620)로 유입한 후 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리(정화 가스가 제거된 생성물)을 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 분리 단계(S300); 및 상술한 분리액을 불순물 제거부(700)으로 유입한 후 분리액에 포함된 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계(S400);를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상술한 슬러리 제조부(300)에 유입되는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트는 시멘트 제조 설비에서 배출되는 폐기물로부터 유래되는 것으로, 구체적으로 시멘트 제조 공정에서 석회석 원료분쇄 공정의 비산 분진과 분쇄 원료가 킬른(Kiln)에 투입되기 전 예열기 상부에서 약 550℃ 정도의 비교적 낮은 온도로 가열하여 발생된 가스를 집진기를 통해 포집한 미세 입자로서, 염소(Cl) 외에 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 시멘트 킬른 더스트에 포함되는 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등은 물에 쉽게 용해되어 추출될 수 있음에 따라, 상술한 슬러리 제조 단계(S100)에서 제조되는 슬러리는 염소(Cl)외에 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등의 양이온을 더 함유하는 수용액일 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 슬러리 제조 단계(S100)에서, 상기 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 중량비는 1: 3 내지 18, 바람직하게 5 내지 15일 수 있다. 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 중량비가 1 : 2 미만일 경우에는, 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트로부터 물에 용출되는 양이온(K, Cl, Ca, Fe, Pb, Mg, Al, Si 등)의 농도는 증가될 수 있으나, 슬러리 농도가 높아져 슬러리의 유동성이 저하될 수 있으며, 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 중량비가 1 : 20을 초과할 경우에는, 물에 의한 희석 효과에 의해 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트로부터 물에 용출된 양이온의 농도가 감소됨에 따라 탄산 광물화의 효율 및 회수되는 물질들(탄산염 형태의 침전물, 분리액, 염소 및 불순물이 제거된 CKD)의 순도가 저하될 수 있다. 그러나, 이는 본발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구체예에 있어, 상술한 슬러리 제조 단계(S100)에서, 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 혼합 시간은 크게 제한되지 않으나, 1 내지 60분, 구체적으로 10 내지 30분일 수 있다. 또한, 상술한 슬러리 제조 단계(S100)에서, 물의 온도는 5 내지 100 ℃, 구체적으로 10 내지 80 ℃, 보다 구체적으로 15 내지 25 ℃일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상술한 탄산 광물화 단계(S200)는 슬러리 제조부(300) 및 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)로부터 각각 유입된 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 반응을 통해 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성할 수 있다. 상세하게, 상술한 슬러리 내 존재하는 알칼리 토금속(Ca, Mg)은 이산화탄소 함유 가스 내 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3) 등의 탄산염광물로 전환되어, 슬러리 내에 탄산염 형태의 침전물로 존재할 수 있다.
이때, 상술한 탄산염 형태의 침전물은 시멘트 원료로 재활용될 수 있다. 다만, 탄산염 형태의 침전물을 시멘트 원료로 재활용하기 위해서는 탄산염 형태의 침전물 내 염소(Cl), 알칼리 금속(K) 또는 불순물(Fe, Pb, Al, Si 등)의 함량(농도)이 낮아야함에 따라, 탄산염 형태의 침전물 내의 염소(Cl), 알칼리 금속(K) 또는 불순물(Fe, Pb, Al, Si 등)의 함량(농도)이 높은 경우, 다시 물과 혼합하여 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등의 양이온을 재용출하여 이용할 수 있다.
일구체예에 있어, 상술한 탄산 광물화 단계(S200)에서, 상술한 이산화탄소 함유 가스는 이산화탄소 자체(100% 농도)일 수 있고, 이산화탄소를 포함하는 혼합 기체일 수도 있다. 후자의 경우, 이산화탄소 함유 가스는 시멘트 제조 설비에서 배출되는 배가스로부터 유래되는 것으로, 적어도 5 내지 30 부피%, 구체적으로 10 내지 20 부피%의 이산화탄소를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 시멘트 제조 설비에서 배출되는 배가스로부터 유래되는 이산화탄소 함유 가스를 이용하는 경우, 시멘트 제조 설비의 배가스를 그대로 탄산 광물화부(500)에 유입시켜 이용할 수 있음에 따라, 설비 공간을 최소화할 수 있고, 단위 체적당 탄산염 형태의 침전물의 생성량을 더 증가시킬 수 있다. 이때, 상술한 배가스는 이산화탄소 외에 질소 또는 질소 화합물, 황 화합물 등 다양한 기체를 더 포함할 수 있음은 물론이다.
비한정적인 일예로, 상술한 탄산 광물화 단계(S200)에서, 작동온도와 작동압력은 특별히 제한되지 않으나, 각각 5 내지 50 ℃ 및 0.5 내지 2 atm, 구체적으로 15 내지 25 ℃ 및 0.8 내지 1.2 atm일 수 있다. 다만, 높은 에너지 효율을 가지면서도 이산화탄소 포집과 탄산 광물화를 동시에 수행하는 측면에서 상온, 상압인 것이 좋다. 그러나, 상술한 작동온도 및 작동압력은 경우에 따라 조절되어도 무방하므로, 본 발명의 목적을 크게 해하지 않는 범위 내에서 제한되지 않음은 물론이다.
일 구체예에 있어, 상술한 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 체적비(L/m3)는 25 ℃ 및 1 atm 기준으로 1 : 1 내지 20, 구체적으로 1 : 3 내지 15일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 상술한 범위를 만족하는 경우, 이산화탄소 전환율(탄산 광물화 효율) 및 생성되는 탄산염 형태의 침전물의 순도가 현저하게 향상될 수 있다. 상세하게, 상기 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 체적비가 1 : 5 내지 15일 경우, 이산화탄소 전환율 및 생성되는 탄산염 형태의 침전물의 순도가 각각 95% 이상으로 매우 높은 수준을 유지할 수 있다. 그러나, 이는 본발명의 바람직한 일 실시예일뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이때, 상술한 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 체적비(L/m3)는 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 유입 속도에 의해 조절될 수 있다. 비한정적인 일예로, 슬러리의 유입 속도는 슬러리용 정량펌프에 의해 조절될 수 있으며, 이산화탄소 함유 가스의 유입 속도는 가스 유량 조절기에 의해 조절될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 탄산 광물화 단계(S200)에서, 상술한 반응(탄산 광물화 반응)은 하나의 반응기(510) 또는 직렬 연결된 복수개의 반응기(510)에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 직렬 연결된 복수개의 반응기(510)을 이용할 경우, 제n호 관형 반응기를 통해 생성된 슬러리가 제n+1호 반응기에서 재반응되어, 탄산 광물화 효율을 보다 향상시킬 수 있어 좋다. 그러나, 본 발명에 따른 탄산 광물화 반응이 상술한 반응기에 제한되어 수행되는 것은 아니며, 슬러리와 이산화탄소 함유 가스를 균일하게 혼합할 수 있는 방법이면 족하다. 일예로, 연속교반탱크반응기(continuous stirred tank reactor; CSTR), 슬러리 기포탑 반응기(slurry bubble column reactor; SBCR) 등을 이용하여 수행될 수도 있다.
일구체예에 있어, 탄산 광물화 단계(S200)에서 상술한 반응 시 슬러리 내 이산화탄소 함유 가스의 체류 시간은 크게 제한되지 않으나, 관형 반응기를 이용하는 경우, 한 개의 관형 반응기를 기준으로, 0.1초 내지 3분, 구체적으로 5초 내지 1분, 보다 구체적으로 10초 내지 30초일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상술한 분리 단계(S300)는 상술한 탄산 광물화부(500)에서 생성된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 기액 분리부(610)로 유입한 후 생성물로부터 정화 가스를 분리 배출하는 기액 분리 단계(S310); 및 정화 가스가 제거된 생성물을 고액 분리부(620)로 유입한 후 정화 가스가 제거된 생성물을 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리하는 고액 분리 단계(S320);가 순차적으로 수행되는 것일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 고액 분리 단계 수행 후에 기액 분리 단계가 수행될 수 있음은 물론이다.
일 구체예에 있어, 상술한 기액 분리 단계(S310)는 일반적으로 혼합물을 기체상과 액체상으로 각각 분리할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 이용될 수 있다. 예컨대, 상술한 기액 분리 단계(S310)는 플래쉬 드럼(flash drum)을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상술한 생성물 내 정화 가스는 플래쉬 드럼을 거쳐 외부로 분리 배출되고, 플래쉬 드럼 하부에는 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리가 수집될 수 있다.
이때, 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리(정화 가스가 제거된 생성물)의 pH는 5 내지 9, 구체적으로 5 내지 7일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다만, 상술한 범위를 만족하는 경우, 정화 가스가 제거된 생성물은 알칼리 토금속(Ca, Mg) 및 이산화탄소가 약 90%, 구체적으로 95% 이상 제거된 상태일 수 있다. 이는 탄산 광물화의 효율이 약 90%, 구체적으로 95%임을 의미한다.
일 구체예에 있어, 상술한 고액 분리 단계(S320)는 일반적으로 혼합물을 고체상과 액체상으로 각각 분리할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 이용될 수 있다. 예컨대, 상술한 고액 분리 단계(S320)는 원심분리장치(Centrifuge Separator)인 스크류 디켄터(Screw Decanter)를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상술한 기액 분리 단계(S310) 후 수집된 정화 가스가 제거된 생성물(탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리)로부터 탄산염 형태의 침전물과 분리액을 각각 분리 회수하는 단계일 수 있다.
이때, 상술한 고액 분리 단계(S320)에서, 고액 분리된 분리액은 염화칼륨을 함유하는 수용액일 수 있다. 상세하게, 상술한 분리액은 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 함유하는 수용액일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상술한 불순물 제거 단계(S400)는 상기 분리액, 즉, 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 함유하는 수용액을 흡착제층(710)으로 통과시켜, 상술한 수용액 내에 존재하는 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 제거하는 것일 수 있다.
일예로, 상술한 흡착체층의 흡착제는 제올라이트, 구체적으로 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 중금속을 제거하기 위한 흡착제 물질이면 족하다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상술한 불순물 제거 단계(S400)를 수행한 분리액은 불순물, 구체적으로 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물이 제거된 고순도의 염화칼륨(KCl)을 함유하는 수용액일 수 있다. 이때, 상술함 염화칼륨(KCl)을 함유하는 수용액 내 염화칼륨(KCl)의 농도는 0.3 내지 3M, 구체적으로 0.8 내지 2M일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상술한 단계들의 공정 조건에 통해 조절될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 불순물 제거 단계(S400)는 불순물 제거 후, 불순물이 제거된 분리액을 여과하여 고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지와 물로 분리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상술한 물은 회수되어 상술한 슬러리 제조 단계(S100)에 재공급될 수 있어, 폐수의 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 있어, 상술한 고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지의 몰농도는, 15 내지 25 ℃의 온도 범위에서, 4 M이하, 구체적으로 2 내지 4 M, 보다 구체적으로 3 내지 4 M일 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 여과는 용액의 부피 감량을 위하여 용액 내에서 물질을 선택적으로 분리할 수 있는 방법이라면, 특별히 제한되지 않으나, 증발법, 정막여과법, 전기분해법을 이용하여 수행될 수 있다. 다만, 공정 비용을 줄이기 위한 측면에서, 막여과일 수 있다. 일예로, 막여과는 분리막의 기공 크기에 따라 정밀여과(MF)법, 한외여과(UF)법, 나노여과(NF)법 및 역삼투(RO)법으로 구분될 수 있다. 일반적으로, 정밀여과법에 따른 분리막의 기공 크기는 0.1 내지 10㎛이며, 한외여과법에 따른 분리막의 기공 크기는 10 내지 100nm, 나노여과법에 따른 분리막의 기공 크기는 1 내지 10nm, 역삼투법에 따른 분리막의 기공 크기는 1nm 이하를 나타낸다.
바람직한 실시예에 있어, 상술한 여과는 역삼투 분리막을 이용한 막여과일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비한정적인 일예로, 역삼투 분리막은 유기막, 구체적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리술폰(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비한정적인 일예로, 역삼투 분리막의 형태는 관형막(tubular type membrane), 평판형막(plate and frame membrane), 와권형막(spiral wound membrane), 또는 중공사형막(hollow fiber type membrane)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따라, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법은 불순물 제거 단계(S400) 이후, 불순물(칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물)이 제거된 고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지를 증발 농축 및 결정화하여 고형분을 회수하는 증발 농축 및 결정화 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 이때, 고형분은 고순도의 염화칼륨(KCl) 결정일 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 증발 농축 및 결정화 단계(S500)는 가열증발-결정화 시스템, 막증류-결정화 시스템 등을 통해 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 가열증발-결정화 시스템을 이용할 경우, 상술한 증발 농축 및 결정화 단계(S500)는 고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지를 고온으로 가열하여 수분을 증발시켜 석출 여액을 농축시킴으로써 고순도의 염화칼륨(KCl)을 결정화하여 회수 수 있다. 이때, 증발 농축 및 결정화 단계(S500)는 0.1 내지 2 atm, 구체적으로 0.5 내지 1.2 atm의 압력, 30 내지 150℃, 구체적으로 50 내지 110℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 상술한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법을 이용한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치를 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치는 전술한 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법에서 설명한 내용과 기술적 사상이 동일함에 따라, 방법 및 장치에서 서술한 내용들이 별도로 해석되는 것은 아니며, 방법 또는 장치를 설명함에 있어 방법 및 장치의 양측 모두를 참고하여 해석될 수 있음은 물론이다.
상세하게, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트 공급부(100)로부터 유입된 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물 공급부(200)로부터 유입된 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부(300); 이산화탄소 함유 기체 공급부(400); 상술한 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)로부터 유입된 이산화탄소 함유 가스와 슬러리 제조부(300)로부터 공급된 슬러리를 혼합하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물과 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 반응기(510)를 포함하는 탄산 광물화부(500); 상술한 탄산 광물화부(500)로부터 생성물을 공급받아 생성물로부터 정화 가스를 분리하여 배출하는 기액 분리부(610) 및 상기 기액 분리부(610)로부터 정화 가스가 제거된 생성물을 공급받아 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 고액 분리부(620)를 포함하는 분리부(600); 및 상술한 고액 분리부(620)로부터 분리액을 공급받아 분리액 내 포함되는 불순물을 제거하는 불순물 제거부(700);를 포함한다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 슬러리 제조부(300)는 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트 공급부(100)와 물 공급부(200)로부터 각각 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물을 공급받아 혼합하여 슬러리를 제조할 수 있다. 이때, 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트는 염소(Cl) 외에 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등을 더 포함할 수 있으며, 상술한 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등은 물에 쉽게 용해되어 추출될 수 있음에 따라, 상술한 슬러리 제조부(300)에서 제조되는 슬러리는 염소(Cl)외에 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 등의 양이온을 더 함유하는 수용액일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 탄산 광물화부(500)는 슬러리 제조부(300)와 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)로부터 각각 공급되는 슬러리와 이산화탄소 함유 가스를 반응기를 통해 교반하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성할 수 있다. 상세하게, 상술한 슬러리 내 존재하는 알칼리 토금속(Ca, Mg)은 이산화탄소 함유 가스 내 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3) 및 탄산마그네슘(MgCO3) 등의 탄산염광물로 전환되어, 슬러리 내에 탄산염 형태의 침전물로 존재할 수 있다.
이때, 상술한 반응기는 슬러리와 이산화탄소 함유 가스를 충분히 혼합할 수 있는 방법이라면 특별이 제한되지 않고 이용될 수 있으나, 구체적으로 회분식 반응기(Batch Reactors), 반회분식 반응기(Semi-Batch Reactors), 관형 반응기(Tubular Reactor), 연속 교반 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor; CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactors; PFR), 충전층 반응기(Packed-Bed Reactors; PBR), 유동층 반응기(Fluidized-Bed Reactor; FBR), 연속 흐름 반응기(Continuous Flow Reactors), 슬러리 기포 칼럼 반응기(Slurry Bubble Column Reactors; SBCR)에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 반응기는 직렬 연결된 복수개의 관형 반응기(510)일 수 있다. 상세하게, 도 4의 관형 반응기의 모식도를 참조하면, 상술한 관형 반응기(510)는 상술한 슬러리와 이산화탄소 함유 가스가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성된 반응관(511); 상술한 반응관(511)의 내부에 고정되어 위치하되 반응관(511)의 길이방향의 중심축(C)에 형성되며, 반응관(511)의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상술한 판이 상기 중심축 방향(C)을 기준으로 비틀어진 형태인 복수개의 교반 단위체(513A, 513B)가 서로 결합되어 있는 고정형 교반부(513); 및 상술한 반응관(511)의 일단에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 가스를 미세기포 상태로 슬러리에 분산시키기 위한 가스필터부(512);를 포함할 수 있다.
이때, 상술한 반응관(511)은 유체(슬러리 및 이산화탄소 함유 가스)가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성된 것으로, 반응관(511) 내부에 유로 공간이 길이방향으로 형성된 것이면 무방하며, 일반적인 관 형태인 직선 형태를 가지는 것이 통상적이나, 설비 공간 등을 고려하여 곡선 형태를 가지거나 곡선 형태를 가지는 부분을 포함할 수 있음은 물론이다.
비 한정적인 일예로, 상술한 반응관(511)의 총 길이 및 내경은 설비의 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 않는다.
비 한정적인 일예로, 상술한 반응관(511)의 재질은 고분자, 유리, 세라믹 등 유체가 내부에 흐를 수 있도록 구조 안정성을 유지할 수 있는 것이라면 족하다. 다만, 설비 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 측면에서 고분자 등의 유연 재질일 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 고정형 교반부(513)는 상술한 반응관(511)의 내부에 고정되고 반응관(511)의 길이방향의 중심축(C)부에 형성되며, 반응관(511)의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상술한 판이 상기 중심축(C) 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 다수의 교반 단위체(513A, 513B)가 서로 결합된 것일 수 있다. 이러한 경우, 유체가 상술한 고정형 교반부(513)에 접촉 및 충돌함으로써, 고정형 교반부에 인접하는 유체는 다양한 방향으로 와류를 형성할 수 있어, 광물 탄산화 반응이 현저히 향상될 수 있다. 즉, 이산화탄소의 전환율(포집율)이 현저하게 향상될 수 있으며, 높은 순도를 가지는 탄산염 형태의 침전물을 생성할 수 있다.
이때, 상술한 고정형 교반부(513)가 다수의 교반 단위체(513A, 513B)가 서로 결합된 형태이라 함은 제1 교반 단위체(513A)와 제2 교반 단위체(513B)가 서로 결합되어 있되, 제1 교반 단위체(513A) 및 제2 교반 단위체(513B)가 서로 동일하거나, 또는 거울상이 되도록 위치하는 것을 의미할 수 있다. 다만, 제1 교반 단위체(513A)와 제2 교반 단위체(513B)가 서로 거울상으로서 결합되어 있을 경우, 와류의 형성을 더 증가시킬 수 있어 좋다.
더욱이, 상술한 고정형 교반부(513)가 비틀어진 형태인 다수의 교반 단위체가 서로 결합된 구조, 구체적으로 교반 단위체간 결합된 접합부의 각 측단들이 서로 소정 각도로서 결합된 구조, 보다 구체적으로 서로 결합되는 교반 단위체의 일측단들이 60 내지 120도로 교차되어 결합된 구조를 가질 경우, 상술한 반응관(511)이 직선이 아닌 곡선 형태를 취하더라도 광물 탄산화 반응에는 실질적인 영향을 줄 수 없다. 그러나, 이는 본 발명의 일예로서 설명된 것일 뿐, 이에 반드시 제한되어 해석되는 것은 아니다.
아울러, 상술한 고정형 교반부(513)는 제 3 교반 단위체, 제 4 교반 단위체 등의 교반 단위체를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상술한 고정형 교반부(513)는 교반 단위체의 수를 조절하여, 반응관(511) 및 고정형 교반부(513)를 포함하는 반응기(510)의 길이를 용이하게 조절할 수 있다.
나아가, 상술한 고정형 교반부(513)는 서로 인접하는 교반 단위체(513A, 513B)들의 일측단이 서로 접하여 결합되되, 접합부가 상술한 반응관(511)의 중심축(C)부에 대응될 수 있다. 이를 만족할 경우, 유체가 반응관(511)의 중심축(C)부와 멀어져 위치하는, 즉, 유체가 반응관(511)의 내면 방향에 근접하여 위치함에 따라 고정형 교반부(513)에 의해 형성되는 와류의 세기가 감소하는 문제를 최소화할 수 있어 좋다.
비한정적인 일예로, 상술한 고정형 교반부(513)에서, 교반 단위체(513A, 513B)의 판은 상술한 반응관(511)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 있으나, 이에 제한되지 않는다.
일 구체예에 있어, 상술한 가스필터부(512)는 이산화탄소 함유 가스를 수상(슬러리 내부)에 미세 기포 형태로 분산시키고 순간 용해도를 증가시킬 수 있다. 만약, 가스필터부(512)가 존재하지 않을 경우, 수상에 존재하는 이산화탄소 함유 가스의 함량이 극도로 감소되어, 반응기(510) 내에서 생성되는 탄산염 형태의 침전물의 생성량 및 탄산 광물화 공정 효율이 저하될 수 있다.
비 한정적인 일예로, 가스필터부(512)는 하나 또는 둘 이상의 가스필터, 구체적으로 상술한 반응관(511)의 일단부에 인접하여 위치하되, 이산화탄소 함유 가스를 미세기포 상태로 수상에 분산시킬 수 있는 하나 또는 둘 이상의 외부 가스필터를 포함할 수 있다.
수상에 이산화탄소 함유 가스가 높은 함량으로 존재할 수 있는 측면에서, 상술한 가스필터부(512)는 가스필터의 일면이 상술한 중심축(C) 방향과 대향하여 고정되되, 유입되는 기체(이산화탄소 함유 가스) 전체가 미세기포 상태로 전환되도록 가스필터의 테두리 전체가 대응하는 반응기(510)의 내주면에 접하도록 형성될 수 있다.
비 한정적인 일예로, 상술한 가스필터는 기체가 투과되어 미세 기포를 형성할 수 있도록 미세 공극을 가질 수 있다. 상세하게, 상술한 가스필터 내 미세 공극의 평균크기(평균직경)는 50 내지 1,500 ㎛, 구체적으로 100 내지 1,000 ㎛일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비 한정적인 일예로, 상술한 탄산 광물화부(500)에서, 상술한 반응 시 슬러리 내 이산화탄소 함유 가스의 체류 시간은 크게 제한되지 않으나, 관형 반응기(510)를 이용하는 경우, 한 개의 관형 반응기를 기준으로, 0.1초 내지 3분, 구체적으로 5초 내지 1분, 보다 구체적으로 10초 내지 30초일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비 한정적인 일예로, 상술한 탄산 광물화부(500)에서, 상술한 반응기(510)의 작동온도와 작동압력은 특별히 제한되지 않으나, 각각 5 내지 50 ℃ 및 0.5 내지 2 atm, 구체적으로 15 내지 25 ℃ 및 0.8 내지 1.2 atm일 수 있다. 다만, 높은 에너지 효율을 가지면서도 이산화탄소 포집과 탄산 광물화를 동시에 수행하는 측면에서 상온, 상압인 것이 좋다. 그러나, 상술한 작동온도 및 작동압력은 경우에 따라 조절되어도 무방하므로, 본 발명의 목적을 크게 해하지 않는 범위 내에서 제한되지 않음은 물론이다.
한편, 상술한 탄산 광물화부(500)는 하나의 반응기(510) 또는 직렬 연결된 복수개의 반응기(510)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 다만, 직렬 연결된 복수개의 반응기(510)를 포함할 경우, 제n호 관형 반응기를 통해 생성된 슬러리가 제n+1호 반응기에서 재반응될 수 있어, 탄산 광물화 효율을 보다 향상시킬 수 있어 좋다.
그러나, 본 발명에 따른 상술한 탄산 광물화부(500)는 상술한 반응기(510)에 제한되어 수행되는 것은 아니며, 슬러리와 이산화탄소 함유 가스를 균일하게 혼합할 수 있는 방법이면 족하다. 일예로, 연속교반탱크반응기(continuous stirred tank reactor; CSTR), 슬러리 기포탑 반응기(slurry bubble column reactor; SBCR) 등을 이용하여 수행될 수도 있다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 분리부(600)는 상술한 탄산 광물화부(500)로부터 공급되는 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물로부터 정화 가스를 분리 배출하는 기액 분리부(610); 및 상술한 기액 분리부(610)로부터 공급되는 정화 가스가 제거된 생성물을 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 각각 분리 회수하는 고액 분리부(620);를 포함할 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 기액 분리부(610)에서, 상술한 기액 분리는 플래쉬 드럼(flash drum)을 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상술한 생성물 내 정화 가스는 플래쉬 드럼을 거쳐 외부로 분리 배출되고, 플래쉬 드럼 하부에는 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리가 수집될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 혼합물을 기체상과 액체상으로 각각 분리할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 이용될 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 고액 분리부(600)에서, 상술한 고액 분리는 원심분리장치(Centrifuge Separator)인 스크류 디켄터(Screw Decanter)로 수행될 수 있다. 이러한 경우, 상술한 기액 분리부(610)로부터 공급되는 정화 가스가 제거된 생성물(탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리)로부터 탄산염 형태의 침전물과 분리액을 각각 분리 회수할 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 혼합물을 고체상과 액체상으로 각각 분리 회수할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 이용될 수 있다.
이때, 상술한 고액 분리부(620)에서, 고액 분리된 분리액은 염화칼륨을 함유하는 수용액일 수 있다. 상세하게, 상술한 분리액은 염소(Cl), 칼륨(K), 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 함유하는 수용액일 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 불순물 제거부(700)는 불순물, 구체적으로 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb), 알루미늄(Al), 실리콘(Si) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 흡착하여 제거할 수 있는 흡착제층(710)을 포함하며, 상술한 흡착제층(710)의 흡착제는 제올라이트, 구체적으로 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 중금속을 제거하기 위한 흡착제 물질이면 족하다.
이때, 상술한 흡착제층(710)은 제올라이트의 비드, 펠렛 또는 과립이 충진층(packed bed)으로 존재하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 있어서, 상술한 불순물 제거부(700)는 상기 흡착제층(710)을 통해 불순물이 제거된 분리액을 여과하여 불순물이 제거된 고농축 수용액과 물로 분리할 수 있는 막(720)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상술한 불순물 제거부(700)는 상술한 막(720)을 통해 분리된 물을 상술한 물 공급부(200)로 재공급할 수 있어, 폐수의 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있다.
일 구체예에 있어, 상술한 막(720)은 역삼투 분리막일 수 있다. 일예로, 역삼투 분리막은 유기막, 구체적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리아마이드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리비닐리덴 디플루오라이드(PVDF), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리술폰(PS), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리테트라 플루오르에틸렌(PTFE), 셀룰로오스 아세테이트, 폴리술포네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비한정적인 일예로, 역삼투 분리막의 형태는 관형막(tubular type membrane), 평판형막(plate and frame membrane), 와권형막(spiral wound membrane), 또는 중공사형막(hollow fiber type membrane)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 있어, 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치는 불순물이 제거된 분리액을 증발 농축하는 증발 농축 장치(800); 및 상기 증발 농축 장치로부터 배출된 농축 슬러지(고농축 염화칼륨을 함유하는 슬러지)를 결정화하는 결정화 장치(900);를 더 포함할 수 있다.
이때, 상술한 증발 농축 장치(800)와 결정화 장치(900) 사이에는 필요에 따라 열교환기(1000)가 더 구비될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에서 사용된 시멘트 킬른 더스트(Cement Kiln Dust; CKD)는 시멘트 제조 설비의 폐기물로부터 채취된 것을 이용하였다. 상기 CKD의 조성을 X선 형광분석기(X-Ray Fluorescence, XRF)를 통해 분석하여, 표 1에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 시멘트 제조 설비에서 배출되는 CKD는 다량의 칼륨(K), 칼슘(Ca) 및 염소(Cl)를 포함하며, 이외에 납(Pb) 또는 철(Fe)등의 중금속을 포함하고 있음을 알 수 있다.
항목 K Cl Ca Fe Mg Al Si Mn Pb O
농도 (wt%) 20.05 19.1 34.32 1.81 0.09 1.79 3.37 2.3 0.08 17.01
(실시예 1 내지 6)
도 3에 도시된 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도와 같은 장치를 설계 및 제작하고, 표 2에 도시된 실험 조건에 따라 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법을 적용하였다. 먼저, 슬러리 제조부(300)에서 시멘트 킬른 더스트와 물을 기재된 중량비에 따라 혼합하여 슬러리를 제조한 후, 상기 슬러리와 이산화탄소 함유 가스(이산화탄소 20 부피% 및 질소 부피80%)를 탄산 광물화부(500)에 포함되는 반응기(510)에 공급하고 반응시켰다. 상기 반응물을 분리부(600)를 통해, 이산화탄소가 제거된 정화 가스와 탄산염광물을 순차적으로 제거한 후, 잔류 용액이 불순물 제거부(700) 내에 포함되는 흡착제층을 통과하도록 하였다. 이때, 상술한 반응기(510)는 6개의 관형 반응기가 직렬로 연결된 형태이며, 도 4에 도시된 바와 같이, 내경이 12 mm인 관형의 반응관(우레탄 재질), 상기 반응관 내부에 위치하는 고정형 교반부(Static mixer, NORITAKE CO., LIMITED) 및 상기 반응관의 일단에 위치하는 외부 가스필터를 포함한다.
구분　 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
물/CKD 중량비 7 7 5 10 7 7 7 7 7 7 2 20
슬러리/CO2 체적비
(L/m3)		 12 12 12 12 5 18 12 12 12 30 12 12
반응종료 후 pH 7.2 7.2 8.3 6.5 8.8 6.88 7.2 7.2 7.2 12.17 15.1 3.9
CO2 제거율(%) 91.5 91.5 75.1 53 66.6 100 91.5 91.5 91.5 100 100 70.3
흡착제 종류 ZSM-5 Mordenite ZSM-5 ZSM-5 ZSM-5 ZSM-5 - 활성탄 Al2O3 ZSM-5 ZSM-5 ZSM-5
용액 내 조성
(ppm)		 K 27860 27610 34870 20520 27620 27670 28130 27380 28040 27710 69890 10240
Cl 26030 25910 30420 18970 25930 25950 25850 25410 25910 25810 47910 9280
Ca N.D N.D N.D N.D 50 N.D 63 24 38 38 44 8
Fe N.D N.D N.D N.D N.D N.D 830 N.D 51 N.D N.D N.D
Pb N.D N.D N.D N.D N.D N.D 7.7 0.5 1.8 N.D N.D N.D
표 2에 도시된 바와같이, 실시예들을 통해 회수된 염화칼륨(KCl) 수용액의 경우, 염소(Cl)와 칼륨(K)외에 다른 불순물들은 관찰되지 않음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법에 의해 시멘트 킬른 더스트로부터 불순물을 포함하지 않는 1.3 M 이상의 염화칼륨(KCl) 수용액을 회수할 수 있다.
(실시예 7)
도 5에 도시된 바와 같이, 실시예 1 내지 2의 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치의 모식도와 같은 장치에서, 불순물 제거부(700)에 크로스-플로우(Cross-flow) 방식의 역삼투 분리막 장치를 더 포함하고, 역삼투 분리막 장치로부터 배출되는 물을 물 공급부(200)로 재공급하는 물 회수 장치를 더 포함시킨, 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치를 설계 및 제작하여 이용한 것만 제외하면, 실시예 1 내지 2와 동일한 방법을 이용하였다. 이때, 역삼투 분리막 장치는 직경 4.3cm의 역삼투 분리막을 이용하며, 상온(25 ± 0.5 oC)에서 15.5 bar의 압력 및 약 19 Lm-2h-1(LMH)의 평균 투과유량(Water flux)의 실험 조건으로, 약 1.3 M의 KCl을 함유하는 분리액을 공급하며 작동되었다.
상기 불순물 제거부(700)로부터 배출된 불순물이 제거된 분리액(실시예 1의 결과물)을 역삼투 분리막 장치를 통해 KCl을 함유하는 슬러지와 물로 분리하고, 상기 슬러지 및 물의 KCl 농도를 분석하여, 표 3에 도시하였다. 그 결과, 최종 슬러지는 약 3.5 M로 농축된 KCl을 포함하며, 회수되는 물은 KCl이 약 99.7% 이상 제거된 것을 확인할 수 있다. 일반적으로, 상온에서 KCl의 포화농도가 4 M이라는 점을 고려할 때, 본 발명에 따른 시멘트 킬른 더스트의 처리방법 및 장치는 상대적으로 높은 수 투과유량 및 낮은 압력으로도 충분히 KCl을 고농축할 수 있을 뿐만 아니라, KCl이 제거된 물을 장치 내로 재순환하여 이용할 수 있음에 따라, 발생되는 폐수의 양을 현저하게 줄일 수 있을 것으로 사료된다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치
100: 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트 공급부, 200: 물 공급부
300 : 슬러리 제조부, 400: 이산화탄소 함유 기체 공급부
500: 탄산 광물화부
510: 반응기, 511: 반응관, 512: 가스필터부,
513 고정형 교반부, 222A: 제1단위체, 222B: 제2단위체,
600: 분리부, 610: 기액 분리부, 620: 고액 분리부
700: 불순물 제거부, 710: 흡착제층, 720: 막
C: 반응부의 길이방향의 중심축

Claims (24)

  1. a) 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물을 혼합하는 슬러리 제조 단계;
    b) 상기 슬러리에 이산화탄소 함유 가스를 주입하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리와 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 탄산 광물화 단계;
    c) 상기 생성물로부터 정화 가스를 기액 분리 배출하고, 상기 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리를 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 분리 단계;
    d) 상기 분리액에 포함된 불순물을 제거하는 불순물 제거 단계; 및
    e) 불순물이 제거된 분리액을 여과하여 염화칼륨을 함유하는 슬러지와 물로 분리하는 단계;
    를 포함하는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 염소 함유 시멘트 킬른 더스트와 물의 중량비는 1 : 3 내지 18인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 고액 분리된 분리액은 염화칼륨을 함유하는 수용액인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 e) 단계의 물은 회수되어 상기 슬러리 제조 단계에 재공급되는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계는 상기 c) 단계에서 회수된 분리액을 흡착제층으로 통과시켜, 분리액 내에 존재하는 칼슘(Ca), 철(Fe), 납(Pb) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 금속이온을 제거하는 것인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제6항에 있어서,
    상기 흡착체층의 흡착제는 제올라이트인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제7항에 있어서,
    상기 제올라이트는 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 상기 슬러리와 이산화탄소 함유 가스의 체적비는 25 ℃ 및 1 atm 기준으로 1 : 1 내지 20인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 상기 반응은 직렬 연결된 복수개의 관형 반응기에서 수행되는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 기액 분리된 탄산염 형태의 침전물을 함유하는 슬러리의 pH는 5 내지 9인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트(CKD)는 시멘트 제조 설비에서 배출되는 폐기물로부터 유래되는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 방법.
  13. 시멘트 킬른 더스트 공급부(100)으로부터 유입된 염소(Cl) 함유 시멘트 킬른 더스트와 물 공급부(200)로부터 유입된 물을 혼합하여 슬러리를 제조하는 슬러리 제조부(300);
    이산화탄소 함유 기체 공급부(400);
    상기 이산화탄소 함유 기체 공급부(400)로부터 유입된 이산화탄소 함유 가스와 슬러리 제조부(300)로부터 공급된 슬러리를 혼합하고 반응시켜 탄산염 형태의 침전물과 이산화탄소가 제거된 가스인 정화 가스를 포함하는 생성물을 생성하는 반응기(510)를 포함하는 탄산 광물화부(500);
    상기 탄산 광물화부(500)로부터 생성물을 공급받아 생성물로부터 정화 가스를 분리하여 배출하는 기액 분리부(610) 및 상기 기액 분리부(610)로부터 정화 가스가 제거된 생성물을 공급받아 고액 분리하여 탄산염 형태의 침전물과 분리액으로 분리 회수하는 고액 분리부(620)를 포함하는 분리부(600); 및
    상기 고액 분리부(620)로부터 분리액을 공급받아 분리액 내 포함되는 불순물을 흡착하여 제거할 수 있는 흡착체층(710)과 불순물이 제거된 분리액을 슬러지와 물로 분리할 수 있는 막(720)을 포함하는 불순물 제거부(700);
    를 포함하는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 탄산 광물화부(500)에서, 상기 반응기(510)의 작동온도는 5 내지 50 ℃이며, 작동압력은 0.5 내지 2 atm인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 분리부(600)에서, 기액 분리는 플래쉬 드럼(flash drum)으로 수행되는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 분리부(600)에서, 고액 분리는 원심분리장치(Centrifuge Separator)인 스크류 디켄터(Screw Decanter)로 수행되는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 반응기(510)는 회분식 반응기(Batch Reactors), 반회분식 반응기(Semi-Batch Reactors), 관형 반응기(Tubular Reactor), 연속 교반 탱크 반응기(Continuous Stirred Tank Reactor; CSTR), 플러그 흐름 반응기(Plug Flow Reactors; PFR), 충전층 반응기(Packed-Bed Reactors; PBR), 유동층 반응기(Fluidized-Bed Reactor; FBR), 연속 흐름 반응기(Continuous Flow Reactors), 슬러리 기포 칼럼 반응기(Slurry Bubble Column Reactors; SBCR)에서 하나 이상 선택되는 것인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 반응기(510)는 직렬 연결된 복수개의 관형 반응기인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  19. ◈청구항 19은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제18항에 있어서,
    상기 관형 반응기는 상기 슬러리와 이산화탄소 함유 가스가 일단에서 타단으로 유입되도록 내부에 유로가 형성된 관형의 반응관;
    상기 반응관의 내부에 고정되어 위치하되 반응관의 길이방향의 중심축에 형성되며, 반응관의 내주면과 대향하여 판이 형성되되 상기 판이 상기 중심축 방향을 기준으로 비틀어진 형태인 복수개의 교반 단위체가 서로 결합되어 있는 고정형 교반부; 및
    상기 반응관의 일단에 인접하여 위치하며, 이산화탄소 함유 가스를 미세기포 상태로 슬러리에 분산시키기 위한 가스필터부;
    를 포함하는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 흡착제층(710)의 흡착제는 제올라이트인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  21. ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제20항에 있어서,
    상기 제올라이트는 제올라이트 A, 제올라이트 X, 제올라이트 Y, 제올라이트 L, ZSM-5형 제올라이트, ZSM-8형 제올라이트, ZSM-11형 제올라이트, ZSM-12형 제올라이트, ZSM-18형 제올라이트, ZSM-23형 제올라이트, ZSM-34형 제올라이트, ZSM-35형 제올라이트, ZSM-38형 제올라이트, ZSM-48형 제올라이트, 포자사이트(Faujasite), 실리카라이트-1(Silicalite-1), 모데나이트(Mordenite), 페리어라이트(Ferrierite), 오프레타이트(Offretite), 그멜리나이트(Gmelinite), 오메가-제올라이트(Ω,-제올라이트), 베타-제올라이트(β-제올라이트) MCM-22형 제올라이트, SUZ-4형 제올라이트 또는 이들의 혼합물인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  22. 삭제
  23. 제13항에 있어서,
    상기 불순물 제거부(700)는 상기 막(720)을 통해 분리된 물을 상기 물 공급부(200)로 재공급하는 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
  24. ◈청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제20항에 있어서,
    상기 흡착제층은 상기 제올라이트의 비드, 펠렛 또는 과립이 충진층(packed bed)으로 존재하는 것인 시멘트 킬른 더스트 및 이산화탄소의 처리 장치.
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