KR102305659B1 - 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법 - Google Patents

통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정((Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 및 상기 기액분리부에서 배출되는 상기 액상과, 이산화탄소를 포함하는 처리 대상 가스, 각각을 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며, 상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 분기되어 광물화부와 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급된다.

Description

통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법{Apparatus and Method for Mineralizing Carbon Dioxide Using Integrated Process}
본 발명은 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게, 클로르알칼리 공정, 연료전지에 의한 전력 생산 공정 및 이산화탄소 광물화 공정이 유기적으로 통합된 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법에 관한 것이다.
화석연료의 사용에 따라 대기 중에 이산화탄소, 메탄, 황산화물, 질산화물 등의 산성가스 농도가 증가하여, 이로 인한 지구 온난화 및 대기 오염이 문제되고 있다. 특히 대기 중 이산화탄소는 1992년 리우 환경회의 이후 그 저감을 위한 여러 방안이 세계적으로 활발히 논의되고 있다.
이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Dioxide Capture& Storage, CCS) 기술은 화석연료를 사용하여 이산화탄소를 대량 배출하는 발전소, 철강, 시멘트 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 대기로부터 격리시키는 기술이다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70% 내지 80%를 차지하는 핵심 기술로 크게 연소 후 포집기술(Post-combustion technology), 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology) 및 순산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)로 구분된다.
연소 후 포집기술(Post-combustion technology)은 화석연료 연소에서 나온 이산화탄소를 여러 용매에 흡수시키거나 반응시켜 제거하는 기술이며, 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)은 연소 전에 이산화탄소를 분리해 내는 것으로 석탄과 같은 화석연료를 가스화시키는 과정을 통해 사전 처리하여 이산화탄소와 수소로 전환시킨 후에 이산화탄소/수소 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하거나 또는 혼합가스를 연소시켜서 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하는 기술이다. 또한 순 산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)은 화석연료를 연소시킬 때 공기 대신 산소만을 이용하여 연소시켜 이산화탄소 포집을 용이하게 하는 기술이다. 위 기술 중 연소 후 포집기술이 현재 가장 폭넓게 사용되고 있다.
기존 이산화탄소 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술은 연소 후 포집기술이다. 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수/재생하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로 흡수제 성능향상과 이에 따른 공정 개선 등에 초점이 맞추어져 있다. 이 기술은 요소비료 생산, 자동용접, 탄산음료 등에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위하여 습식 흡수기술과 건식 흡착기술이 상용화되어 가동되고 있으며, 습식 흡수기술의 효율이 높은 편이다.
대한민국등록특허 제10-1800779호에는 산성가스 흡수제를 생산하는 전기분해 시스템에 이산화탄소를 비롯한 산성가스를 직접 주입하고, 기/액 접촉 효율을 높일 수 있는 구조를 제공함으로써 수산화나트륨 등의 생산과 더불어 이산화탄소를 효율적으로 제거하고자 하였다. 그러나 이러한 구조의 기술은 수소와 이산화탄소가 혼합되므로 발생되는 수소를 활용할 수 없는 한계를 가진다.
또한 이산화탄소를 고정화하기 위한 수단으로, 이산화탄소를 중탄산나트륨(NaHCO3) 또는 탄산나트륨(Na2CO3) 등으로 전환하는 종래의 솔베이(Solvay) 공정을 이용한 사례가 있었다. 종래의 솔베이 공정을 이용한 기술은 석회암(limestone)을 고온에서 이산화탄소를 내보내는 하소(calcination) 공정을 포함하므로, 이산화탄소를 직접 배출함에 따라 온실가스 배출량이 많고, 1 톤의 탄산나트륨을 생산할 경우 약 10 m3의 폐수가 발생하는 한계가 있어, 비용적인 측면은 물론 환경적인 측면에서도 문제가 된다.
따라서 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거하는 장치 및 방법에 있어서, 보다 높은 에너지 효율로 산성가스를 제거할 수 있는 것은 물론 폐수 발생을 방지하거나 최소화할 수 있으며, 반응 산물이나 부산물로 고부가가치의 물질을 얻을 수 있는 산성가스의 제거 장치 및 방법에 대한 연구가 필요하다.
대한민국등록특허 제10-1800779호
본 발명의 목적은 온실가스/산성가스의 제거에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 온실가스/산성가스 제거 효율을 가지며, 폐액의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있는 환경 친화적인 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 공정 안정성을 갖는 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 온실가스/산성가스의 제거와 함께, 고부가가치의 생성물(부산물)을 얻을 수 있어, 경제성이 우수한 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I)는 클로르알칼리 공정((Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 및 상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상과 이산화탄소(온실 가스)를 포함하는 처리 대상 가스를 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급된다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치(II)는 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 상기 기액분리부에서 배출되는 액상과 이산화탄소(온실 가스)를 포함하는 제1처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부; 및 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상과 이산화탄소(온실 가스)를 포함하는 제2처리대상가스를 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액의 순환 라인이 형성된다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치(II)에 있어, 이산화탄소 광물화 장치는 혼합부를 더 포함할 수 있으며, 상기 광물화부에 잔류하는 알칼리금속중탄산염 수용액은 상기 혼합부에서 상기 기액분리부에서 배출되는 상기 액상과 혼합되어, 상기 이산화탄소 흡수부로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치(II)에 있어, 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 이산화탄소 광물화 장치는 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 잔류 알칼리염화물 수용액과 염소 가스를 포함하는 혼합물을 공급받아 염소 가스의 기상과 잔류 알칼리염화물 수용액의 액상을 분리 배출하는 기액분리기를 더 포함할 수 있으며, 상기 기액분리기에서 배출되는 잔류 알칼리염화물 수용액은 상기 전기분해부의 산화전극의 전극액으로 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부의 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 염소 가스가 상기 연료전지부에 공급될 수 있으며, 상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 염소 가스와 염산 수용액 중 잔류 염소 가스는 상기 연료전지부로 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부의 연료전지는 수소-산소 연료전지일 수 있고, 상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 장치 외부로 배출되거나 상기 전기분해부로 공급되며, 잔류 산소는 상기 연료전지부로 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 이산화탄소 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함할 수 있고, 상기 차아염소산염 제조부는, 상기 전기분해부에서 배출되는 염소 가스와 상기 기액분리부에서 배출된 알칼리금속수산화물 용액의 일부나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 수소는 상기 기액분리부에서 배출되는 기상과 합류되어 상기 연료전지부로 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 이산화탄소 광물화 장치는 가열부를 더 포함하며, 상기 가열부는, 고액 분리에 의해 상기 이산화탄소 광물화부에서 생성된 알칼리금속중탄산염을 공급받아 건조 또는 열처리하여, 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부에서 생성된 전력이 상기 전기분해부로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 처리대상가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 이산화탄소 광물화 장치(I, II)를 이용한 이산화탄소 광물화 방법을 포함한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계; 및 이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 이산화탄소를 포함하는 제2처리대상가스를 반응시켜 결정화된 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화 단계;를 포함하며, 상기 전력생산 단계에서 생성된 전력은 상기 전기분해 단계에 공급되며, 상기 제2분기 액상은 상기 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법에 있어, 상기 광물화 단계에서 잔류하는 알칼리금속중탄산염 수용액이 상기 분리단계에서 분리된 액상과 혼합되어 상기 이산화탄소 흡수단계로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법에 있어, 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법에 있어, 상기 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법에 있어, 상기 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 상기 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 상기 전기분해에 공급되거나 외부로 배출될 수 있으며, 잔류 산소는 상기 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법에 있어, 상기 광물화 단계에서 생성된 결정화된 알칼리금속중탄산염을 탈수 및 건조하거나 또는 열처리하여 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성할 수 있다.
본 발명에 따른 광물화 장치 및 방법은 우수한 에너지 효율로 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 알칼리금속중탄산염이나 알칼리금속탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있으며, 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있으며, 이산화탄소 제거와 함께 염소나 차아염소산염, 염산 용액 등과 같이 고부가가치의 물질을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 광물화 장치 및 방법은 풍부하게 존재하는 염수나 물, 또는 공기 등과 같은 물질의 공급만으로 다량의 이산화탄소를 신속하게 광물화하여 제거할 수 있으며, 폐액의 발생을 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이다.
도 2는 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 다른 공정도를 도시한 도면이다.
도 3은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다.
도 4는 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이다.
도 5는 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 다른 공정도를 도시한 도면이다.
도 6은 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 이산화탄소 광물화 장치 및 방법을 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. 또한 본 명세서에서, "포함한다"는 표현은 "구비한다", "함유한다", "가진다" 또는 "특징으로 한다" 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.
본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 장치 및 방법은, 클로르알칼리 공정을 이용한 전기분해, 클로르알칼리 공정에서 생성되는 수소를 연료로 사용하는 수소 연료전지에 의한 전력 생산, 클로르알칼리 공정에서 생성되는 알칼리금속수산화물 수용액을 이용한 이산화탄소의 광물화가 통합된 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법이다.
본 발명에 따른 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법은, 전기분해 시 환원 전극에 공급되는 액(환원전극액)이 순환되며, 순환되는 환원전극액의 종류에 따라, 제1양태와 제2양태로 나뉘어질 수 있다. 이하, 본 발명을 상술함에 있어, 제1양태(제1양태에 따른 장치나 방법)나 제2양태(제2양태에 따른 장치나 방법)로 명시되어 한정되지 않는 구성은, 제1양태와 제2양태 모두에 속할 수 있다.
본 발명에서, 알칼리금속염화물, 알칼리금속수산화물, 알칼리금속중탄산염 또는 알칼리금속탄산염의 알칼리금속은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 프랑슘에서 하나 이상 선택되는 금속일 수 있으며, 실질적으로 수급 용이성, 자원의 풍부함에 의한 공정 비용 절감 등을 고려하여, 알칼리금속은 나트륨을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서, 처리대상가스는 산성 가스를 포함하며, 산성 가스는 온실 가스인 이산화탄소를 포함한다. 산성 가스는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전 배가스, 가스화기 배가스등일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 산성 가스는 온실 가스인 이산화탄소 가스와 함께, 황산화물 가스(SOx), 질소산화물 가스(NOx) 또는 황산화물 가스와 질소산화물 가스등, 이산화탄소 이외의 산성을 띄는 가스를 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 구체 처리대상가스의 종류에 한정될 수 없음은 물론이며, 이산화탄소를 함유하는 한 어떠한 가스라도 처리대상가스로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 특별히 용매의 종류가 한정되지 않는 한, 용액이나 액은 수용액을 의미한다. 또한, 장치의 일 요소에서 배출되는 물질이 다른 일 요소로 공급되는 경우, 물질 이송 라인 별로, 물질의 이송을 위한 이송관, 펌프, 밸브 등과 같은 물질 이송 시 통상적으로 사용되는 이송 수단이 구비될 수 있음은 물론이며, 물질 이송 라인에 따라, 필요시, 물질 이송 속도나 유량을 제어하기 위한 통상의 제어 수단이 구비될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 클로르알칼리 공정(Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 및 상기 기액분리부에서 배출되는 상기 액상과, 이산화탄소를 포함하는 처리 대상 가스, 각각을 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며, 상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 제1분기 액상과 제2분기 액상을 포함하도록 분기되어 분기된 액상이 광물화부와 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급된다.
제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 클로르알칼리 공정으로부터 알칼리금속수산화물와 수소 및 염소를 생산하고, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 수소를 이용하여 연료전지를 구동하여 전력(전기에너지)을 생산하며, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 알칼리금속수산화물과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜, 이산화탄소를 알칼리금속중탄산염으로 광물화하고 결정화함과 동시에 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거할 수 있다.
이에 따라, 제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 알칼리금속중탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있으며, 연료전지에 의해 발생하는 전력이 클로르알칼리 공정에 공급되며, 연료전지는 클로르알칼리 공정에 의해 생성되는 수소를 연료로 사용함에 따라, 장치 구동에 소요되는 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있고, 이산화탄소 뿐만 아니라 SOx나 NOx등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 상기 기액분리부에서 배출되는 상기 액상과, 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스, 각각을 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부; 및 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액과, 이산화탄소를 포함하는 제2처리대상가스, 각각을 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며, 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 상기 광물화부와 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액의 순환 라인이 형성된다.
제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법은 클로르알칼리 공정으로부터 알칼리금속수산화물와 수소 및 염소를 생산하고, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 수소를 이용하여 연료전지를 구동하여 전력(전기에너지)을 생산한다. 또한, 이산화탄소 흡수부에서 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 알칼리금속수산화물과 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염을 생성하고, 생성된 알칼리금속탄산염을 분기하여 일부는 환원전극액으로 공급하여 전기분해부-기액분리부-이산화탄소 흡수부-전기분해부의 루프로 알칼리금속탄산염을 함유하는 환원전극액이 순환되도록 한다. 또한, 생성된 알칼리금속탄산염이 분기된 다른 일부는 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜, 알칼리금속탄산염과 이산화탄소의 반응에 의해 이산화탄소를 알칼리금속중탄산염으로 광물화하고 결정화함과 동시에 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거할 수 있다.
이에 따라, 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는, 환원전극액으로 순환되는 알칼리금속탄산염 용액이 사용됨에 따라, 클로르알칼리 공정에서 순환되는 알칼리금속수산화물 수용액보다 pH가 낮기 때문에, 전기분해부의 이온교환막(멤브레인)의 안정성이 증가해 전기분해부의 기대수명을 늘릴 수 있으며, 전기분해에서 원치 않는 부산물(일 예로, 일산화탄소나 개미산염 등의 이산화탄소 전환생성물)의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 제2양태에 따라 알칼리금속탄산염 용액이 순환되는 경우, 알칼리금속중탄산염의 용해도보다 알칼리금속탄산염의 용해도가 훨씬 크기 때문에 더 고농도의 용액이 순환될 수 있으며, 이에 의해 광물화부에서 보다 많은 양의 알칼리금속중탄산염이 수득될 수 있다. 또한, 알칼리금속중탄산염 용액이 순환되는 경우, 전기분해부의 고온 구동시 알칼리금속중탄산염의 분해에 의해 CO2가 생성되어 함께 발생하는 수소의 순도를 낮출 위험이 있으나, 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 수용액의 pH를 11.0 이상, 좋게는 12.0이상이 되도록 함으로써, 알칼리금속중탄산염 대신 알칼리금속탄산염을 순환시켜 알칼리금속중탄산염의 분해에 의한 CO2 생성을 방지할 수 있다. 또한, 환원전극액으로 알칼리금속탄산염 용액이 사용되는 경우 환원전극액의 pH가 낮아져 포베 다이어그램(Pourbaix diagram)상 보다 작은 과전압이 요구됨에 따라, 소비전력을 낮출 수 있어 광물화 장치의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 알칼리금속중탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있다. 또한, 환원전극액으로 알칼리금속탄산염 용액이 사용되는 경우에도 이산화탄소 뿐만 아니라 SOx나 NOx등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있다. 또한, 제1양태와 유사하게, 연료전지에 의해 발생하는 전력이 클로르알칼리 공정에 공급되며, 연료전지는 클로르알칼리 공정에 의해 생성되는 수소를 연료로 사용함에 따라, 장치 구동에 소요되는 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있다.
알려진 바와 같이, 클로르알칼리 공정은 물과 알칼리금속의 염화물을 공급받아 알칼리금속염화물을 전기분해하여, 염소;와 알칼리금속수산화물과 수소;를 생성하는 공정으로, 본 발명에서 클로르알칼리 공정을 이용한 전기분해부는 종래 클로르알칼리 공정에 사용되는 알려진 장치나 방법을 사용하면 족하다.
일 구체예에 있어, 전기분해부는 산화전극이 구비되는 산화극실, 환원전극이 구비되는 환원극실, 산화극실과 환원극실을 구획하고 알칼리금속 이온을 투과하는 이온교환막을 포함하며, 산화전극측에는 염수, 구체적으로 알칼리금속 염화물 용액을 포함하는 산화전극액이 공급되며 환원전극측에는 물을 포함하는 환원전극액(제1양태의 경우 순환되는 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 순환되는 알칼리금속탄산염 수용액)이 공급되어 알칼리금속 염화물을 전기분해함으로써 수행될 수 있다.
알칼리금속이 나트륨인 경우의 일 예로, 전기분해부에서는 다음과 같은 전기화학반응이 발생할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112019121759368-pat00001
일 구체예에 있어, 연료전지부의 연료전지는 수소를 연료로 전력을 생산하는 수소 연료전지일 수 있다. 일 예로, 연료전지는 수소를 연료로 공급받고 산소(공기를 포함함), 염소, 이산화염소등을 산화제로 공급받아 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전력(전기에너지)을 생산하는 전지일 수 있다. 수소 연료전지는 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 또는 인산형 연료전지(PAFC)일 수 있으며, 각 구체 수소 연료전지의 보다 구체적인 스택 구조와, 연료극, 공기극, 멤브레인 등의 구체적인 단위전지의 물질과 구조는 연료전지 분야에서 널리 공지된 것이므로, 제한되지 않고 이들을 참고하면 무방하다. 다만, 저온 동작에 의한 광물화 장치의 전반적인 에너지 효율 증가 측면에서, 수소 연료전지는 알칼리형 연료전지나 고분자전해질형 연료전지일 수 있다.
일 구체예에 따른 광물화 장치는, 연료전지부의 연료전지 멤브레인에 수분을 공급하는 수분공급부를 더 포함할 수 있다. 이때, 연료전지부의 연료전지가 수소-염소 연료전지인 경우, 수분공급부에서 공급되는 수분의 양에 의해 연료전지에서 배출되는 염산 수용액의 농도가 제어될 수 있다.
일 구체예에서, 외부에서 공급되는 전기에너지와 화학 에너지를 최소화하며 장치를 이루는 각 요소에서 생성되는 물질을 이용하여 장치의 구동에 요구되는 물질들이 공급될 수 있도록, 연료전지는 수소를 연료로 공급받고 산소(공기를 포함함)를 산화제로 공급받는 수소-산소 연료전지 또는 수소를 연료로 공급받고 염소를 산화제로 공급받는 수소-염소 연료전지일 수 있다. 이하, 구체 수소 연료전지의 종류와 무관하게, 연료인 수소가 공급되는 전극측을 연료극으로, 산화제가 공급되는 전극측을 공기극으로 통칭한다.
일 구체예에서, 분기되어 전기분해부의 환원 전극으로 투입되는 분기된 액상(제1양태의 경우 분기된 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 분기된 알칼리금속탄산염 수용액)은 장치 내부에서 생성되거나 외부에서 공급되는 물과 혼합되어 전기분해부의 환원전극으로 공급될 수 있다. 이때, 물은 전기분해부의 환원전극에 공급되는 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액의 농도가 일정하게 유지되도록 혼합될 수 있으며, 이에 의해 전기분해부의 환원전극에는 일정한 농도의 환원전극액이 지속적으로 유입될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전기분해부의 산화 전극에서 배출되는 알칼리금속염화물(미반응 알칼리금속염화물 수용액)은 저농도 용액이며, 이러한 저농도 용액은 외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화물 수용액과 혼합되어, 일정한 농도의 알칼리금속 염화물 수용액이 전기분해부의 산화 전극으로 (재)공급될 수 있으며, 전기분해부의 산화전극에는 일정한 농도의 알칼리금속염화물 수용액이 지속적으로 유입될 수 있다.
이하, 제시되는 도면에서 장치 외부에서 장치로 공급되는 물질이나 장치에서 최종 생산되는 물질은 이탤릭체로 도시하였으며, 물질의 분자식에 괄호로 같이 도시된 내용은 해당 물질의 상(phase)을 나타내는 것으로, (l)은 해당 물질이 액상이나 용액상임을 의미하며, (s)는 해당 물질이 고상임을 의미하며, (g)의 기체상을 의미한다. 또한, 이하 제시되는 도면에서 화살표는 병기된 물질이 공급(이송)되는 방향을 나타낸다. 또한, 이하 도면에 도시된 일 예들을 상술함에 있어, 각 부에서 발생하는 반응에 관여하는 물질을 위주로 각 부에 공급되는 물질과 배출되는 물질을 상술하나, 순환되는 알칼리금속수산화물 용액이나 순환되는 알칼리금속탄산염 용액의 순환 경로에 있는 각 부들에 해당 순환 용액이 같이 공급 및/또는 배출됨은 물론이다. 또한, 이하 제시되는 각 도면에서 서로 동일한 구성요소는 동일 내지 유사한 작용을 함에 따라, 서로 상이한 구성요소에 대해서만 상술한다.
도 1은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광물화 장치는 전기분해부(10), 수소-산소 연료전지를 포함하는 연료전지부(20), 기액분리부(30) 및 광물화부(40)를 포함한다.
전기분해부(10)는 장치 외부에서 염수, 구체적으로 알칼리금속염화물 수용액을 산화전극의 전극액(산화전극액)으로 공급받고, 환원전극측에는 물을 포함하는 환원전극액을 공급받는다. 제1양태에서, 물을 포함하는 환원전극액은 순환되는 알칼리금속수산화물 수용액을 의미할 수 있다. 클로르알칼리 공정에 의해 전기분해부의 산화전극에서는 염소가스가 생성되며, 환원전극에서는 알칼리금속수산화물 용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물이 생성된다.
전기분해부(10)에서 생성된 혼합물은 기액분리부(30)로 공급되어, 수소 가스를 포함하는 가스상과 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상으로 분리 배출되며, 기액분리부에서 분리 배출된 수소 가스는 연료전지부(20)에 연료로 공급될 수 있다.
연료전지부(20)는 전기분해부(10)에서 생성된 수소 가스를 연료로 공급받고, 이와 함께 장치 외부에서 산화제로 산소 가스(또는 공기)를 공급받아 전력을 생산함과 동시에 반응 산물로 물을 생성할 수 있다.
연료전지부(20)에서 생성된 전력은 전기분해부(10)에 공급되어 전기분해부(10)의 구동에 요구되는 외부 전력의 전력량을 감소시킬 수 있다. 또한, 연료전지부(20)의 수소-산소 연료전지의 공기극측에서 생성된 물은 전기분해부(10)의 환원전극측으로 공급되어, 전기분해부(10)의 구동 시 요구되는 물이 장치 내에서 생산 및 공급될 수 있으며, 장치 구동을 위해 장치 외부로부터의 물 공급이 요구되지 않을 수 있다.
기액분리부(30)에서 분리 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상은 분기되어, 분기된 액상(제1분기 액상)은 수소-산소 연료전지의 공기극측에서 생성되어 전기분해부(10)로 공급되는 물과 혼합되어, 환원전극액으로써 전기분해부(10)의 환원 전극측으로 공급된다. 이에, 전기분해부(10)의 환원전극측에는 일정한 농도의 전극액이 지속적으로 유입될 수 있다.
광물화부(40)는 기액분리부(30)에서 배출되고 분기된 다른 액상(제2분기 액상)과 이산화탄소를 함유하는 처리대상가스(gas)를 공급받아 이산화탄소와 제2분기 액상에 함유된 알칼리금속수산화물간을 반응시켜 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성한다. 이때, 광물화부(40)에서는
Figure 112019121759368-pat00002
(M=알칼리금속)의 광물화 반응이 발생할 수 있다. 이때, 이산화탄소가 제거된 처리대상가스는 광물화부(40) 밖으로 벤트(vent)될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 연료전지부(20)의 공기극측에서 배출되는 생성물에는 물과 함께 잔류 산소(미반응 산소)가 존재할 수 있다. 이러한 배출물 또한 기액분리기(31)에 의해 산소와 물로 분리되고, 분리된 물의 일부 또는 전부가 제1분기 액상과 합류되어 전기분해부(10)로 공급되거나, 도 1로 도시한 예와 달리 장치 외부로 배출될 수 있다. 분리된 잔류 산소는 다시 연료전지부(20)로 공급(외부에서 공급되는 산소와 합류되어 연료전지부(20)의 공기극으로 공급)되어 재사용될 수 있다. 이와 유사하게, 연료전지부(10)의 연료극측에서도 잔류 수소(미반응 수소)가 배출될 수 있는데, 이러한 잔류 수소 또한 다시 연료전지부(20)로 공급(기액분리부(30)에서 분리 배출되는 수소와 합류되어 연료전지부(20)의 연료극으로 공급)될 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 전기분해부(10)의 산화전극측에서는 염소 가스가 생성될 수 있으며, 염소 가스와 함께 미반응 알칼리금속염화물에 의한 저농도 알칼리금속염화물 용액에 배출될 수 있다. 이러한 배출물은 기액분리기(32)에 의해 저농도 알칼리금속염화물 용액과 염소 가스로 분리될 수 있으며, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액은 다시 전기분해부(10)로 공급(외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화 용액과 합류되어 전기분해부의 산화전극으로 공급)될 수 있다. 즉, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액은 외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화물 용액과 합류되어 일정한 농도의 알칼리금속염화물 용액이 전기분해부의 산화전극측에 지속적으로 공급될 수 있다.
기액분리기(32)에서 분리된 염소 가스는 고부가가치의 생성물임에 따라, 기상 상태로 압축 저장되거나, 다른 고부가가치의 물질, 일 예로, 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환될 수 있다.
상세하게, 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함할 수 있으며, 차아염소산염 제조부는, 전기분해부에서 배출되는 염소 가스와 기액분리부에서 배출된 액상(알칼리금속수산화물 용액)의 일부나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성할 수 있다.
도 2는 광물화 장치가 차아염소산염 제조부(50)를 더 포함하되, 장치 내부에서 생성된 알칼리금속수산화물(l)을 공급받아 염소를 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환, 생산하는 예를 도시한 도면이다. 도 2에 도시한 일 예와 같이, 기액분리부(30)에서 분리 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상은 제1분기 액상, 제2분기 액상 및 제3분기 액상으로 분기되어, 제1분기 액상은 전기분해부(10)로 환류되고, 제2분기 액상은 광물화부(40)로 공급되며, 제3분기 액상은 차아염소산염 제조부(50)로 공급되어, 염소가 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환될 수 있다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 제조부(50)에서 차아염소산염 제조 후 잔류하는 염소 가스(점선 화살표로 도시)가 존재할 수 있으며, 이러한 염소 가스는 별도로 압축 저장될 수 있다.도 1 및 도 2를 기반으로 상술한 바와 같이, 제1양태의 일 구체예에 따른 광물화 장치는, 연료전지부에서 생산된 전력이 전기분해부의 구동에 사용됨에 따라 매우 높은 에너지 효율을 가질 뿐만 아니라, 화학 에너지로, 외부에서 단지 산소(또는 공기)와 염수(만)를 공급받아, 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 결정화된 광물로 전환시키고, 이와 함께 염소나 알칼리금속의 차아염소산염과 같은 고부가가치의 물질을 생산할 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예(제1양태 및 제2양태를 모두 포함함)에 따른 광물화 장치는 광물화부 후단에 위치하는 가열부를 더 포함할 수 있다. 가열부는, 고액 분리에 의해 이산화탄소 광물화부에서 생성된 알칼리금속중탄산염을 공급받아 건조, 구체적으로 탈수 및 건조하여 수분이 제거된 상태인 알칼리금속중탄산염 분말을 제조하거나, 또는 고액 분리에 의해 이산화탄소 광물화부에서 생성된 알칼리금속중탄산염을 공급받아 이를 열처리하여 알칼리금속중탄산염을 알칼리금속탄산염으로 전환시켜 알칼리금속탄산염 분말을 생성할 수 있다. 이때, 가열부에서 건조가 이루어지는 경우 건조온도는 알칼리금속중탄산염이 알칼리금속탄산염으로 전환되지 않도록 50℃ 미만의 온도, 구체적으로 30 내지 45℃의 온도일 수 있다. 이와 달리 가열부에서 열처리가 이루어지는 경우 열처리온도는 알칼리금속중탄산염이 알칼리금속탄산염으로 전환되도록 50℃ 이상의 온도, 구체적으로 55 내지 300℃, 보다 구체적으로 60 내지 90℃의 온도일 수 있으나, 빠른 전환을 위해 160 내지 230℃와 같이 고온에서 전환이 이루어질 수 있음은 물론이다. 이때, 고액분리에 의해 액상으로 분리되는 알칼리금속중탄산염 용액은 일부 또는 전부가 광물화부에 재투입되거나, SOx나 HCl등과 같은 별도의 산성 가스 제거 공정에 투입될 수 있다. 또한, 가열부에서 알칼리금속중탄산염이 알칼리금속탄산염으로 전환되는 경우, 가열부에서 발생되는 이산화탄소는 이산화탄소 흡수부 또는 광물화부로 공급될 수 있다.
도 3은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다.
도 1 및 도 2를 기반으로 상술한 일 예와 달리, 연료전지부(20)가 수소-염소 연료전지를 포함하는 경우, 전기분해부(10)에서 생성되는 염소가 연료전지의 산화제로 공급될 수 있다.
상세하게, 전기분해부(10)의 환원전극 측에서 배출되는 알칼리금속수산화물 용액과 수소 가스가 기액분리부(30)에서 액상과 기상으로 분리되어, 분리된 수소가 연료전지부(20)의 연료극으로 공급되며, 전기분해부(10)의 산화전극 측에서 배출되는 염소 가스가 연료전지부(10)의 공기극으로 공급될 수 있다. 이때, 도 1 및 도 2를 기반으로 상술한 바와 같이, 염소 가스와 함께 미반응 알칼리금속염화물에 의한 저농도 알칼리금속염화물 용액에 배출될 수 있다. 이러한 배출물은 기액분리기(34)에 의해 저농도 알칼리금속염화물 용액과 염소 가스로 분리될 수 있으며, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액은 다시 전기분해부(10)로 공급(외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화 용액과 합류되어 전기분해부의 산화전극으로 공급)되고, 분리된 염소 가스는 연료전지부(10)로 공급될 수 있다.
이때, 기액분리부(30)에서 분리 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상이 분기되어, 일부는 광물화부(40)로, 다른 일부는 전기분해부(10)의 환원전극으로 유입되는데, 도 1 및 도 2와 달리, 환원전극액으로 전기분해부(10)로 유입되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상이 외부에서 공급되는 물과 혼합되어 환원전극액으로 유입될 수 있다.
또한, 연료전지부(20)의 연료전지에는 멤브레인 활성화를 위해 수분이 주입될 수 있으며, 수소-염소 연료전지임에 따라, 산화극에서는 염산 수용액와 잔류(미반응) 염소 가스가 배출될 수 있으며, 이러한 배출물은 기액분리기(33)에 의해 잔류 염소 가스(Cl2(g))와 염산 수용액(HCl(l))으로 분리되어, 잔류 염소 가스는 전기분해부(10)에서 공급되는 염소 가스와 합류되어 연료전지부(20)의 공기극으로 재공급될 수 있다.
도 3과 같은 제1양태의 일 구체예에 따른 광물화 장치는, 연료전지부에서 생산된 전력이 전기분해부의 구동에 사용됨에 따라 매우 높은 에너지 효율을 가질 뿐만 아니라, 화학 에너지로, 외부에서 염수와 물(만)을 공급받아, 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 결정화된 광물로 전환시키고, 이와 함께 염산수용액과 같은 고부가가치의 물질을 생산할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1양태는 순환되는 환원전극액(전기분해부 환원전극의 액)이 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 경우이며, 이하, 도면을 기반으로 제2양태에 따른 순환되는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액을 포함하는 경우를 상술한다. 이때, 제1양태와 제2양태에서 공통된 구성은 제1양태에서 상술한 내용과 동일 내지 유사하다.
도 4는 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소(공기를 포함) 연료전지인 일 예이다. 도 4에 도시한 일 예와 같이, 제2양태에 따른 광물화 장치는 기액분리부(30)에서 분리된 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상이 광물화부(40)로 공급되지 않고, 이산화탄소 흡수부(60)로 공급된다.
이산화탄소 흡수부(60)는 기액분리부(30)에서 분리된 액상과, 이산화탄소를 함유하는 산성가스를 포함하는 제1처리대상가스(gas1)를 공급받아, 알칼리금속탄산염 용액을 생성한다. 즉, 이산화탄소 흡수부(60)에서는
Figure 112019121759368-pat00003
(M=알칼리금속)의 이산화탄소 흡수 반응에 의해, 이산화탄소가 알칼리금속탄산염의 형태로 제거된다. 이산화탄소 흡수 반응과 광물화 반응의 반응식에 의해 알 수 있듯이, 제1처리대상가스 내 이산화탄소의 농도를 고려하고, 기액분리부(30)에서 배출되는 액상 내 알칼리금속수산화물의 농도를 고려하여 각각의 공급 비율을 조절함으로써 이산화탄소 흡수 반응을 발생시킬 수 있다. 이때, 이산화탄소 흡수부(60)에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있으며, 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH가 11.0 내지 12.5으로 유지되도록 제1처리대상가스와 액상(알칼리금속수산화물 용액)의 공급 비율, 공급량, 공급속도등이 제어될 수 있다.
이산화탄소 흡수부(60)에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액은 분기되어 일부는 전기분해부(10)의 환원전극 측에 공급되며, 다른 일부는 광물화부(45)로 공급될 수 있다. 이때, 도면에 도시한 바와 같이, 연료전지부(20)의 공기극에서 생성된 물은 분기된 알칼리금속탄산염 수용액과 합류되어 환원전극액으로 전기분해부(10)의 환원전극 측에 공급될 수 있다.
제1양태에서 광물화부(40)가 알칼리금속수산화물 용액을 공급받은 것과 달리, 광물화부(45)는 분기된 알칼리금속탄산염 용액을 공급받고, 이산화탄소를 함유하는 산성가스를 포함하는 제2처리대상가스(gas2)를 공급받아, 이산화탄소를 결정화된 알칼리금속중탄산염으로 광물화한다. 이에, 제2양태에서, 광물화부(45)에서는
Figure 112019121759368-pat00004
의 결정화 반응이 발생한다.
상술한 바와 같이, 제2양태에 따라, 장치 내를 순환하는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액을 포함하는 경우, 알칼리금속수산화물 용액 대비 낮은 pH를 가져, 전기분해부의 멤브레인의 안정성이 증가되어 기대 수명을 늘일 수 있고, 전기분해 시 보다 낮은 과전압에서 분해 반응이 발생할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 이산화탄소 흡수부에서 pH가 11.0 내지 12.5, 좋게는 12 내지 12.5인 알칼리금속탄산염 수용액을 생성함으로써, 알칼리금속중탄산염의 생성을 방지할 수 있어, 전기분해부의 고온 동작시에도 알칼리금속중탄산염의 원치않는 분해에 의한 CO2의 생성을 방지할 수 있고, 전기분해부에 소요되는 에너지를 줄일 수 있다.
또한, 장치 내를 순환하는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액인 경우, 장치는 혼합부(70)를 더 포함할 수 있으며, 광물화부(45)에 잔류하는 알칼리금속중탄산염 용액은 혼합부(70)에서 기액분리부(30)에서 배출되는 액상과 혼합되어, 이산화탄소 흡수부(60)로 공급될 수 있다. 혼합부(70)에서는 알칼리금속중탄산염이 알칼리금속수산화물과 반응하여 알칼리금속탄산염으로 전환되는 탄산화반응
Figure 112019121759368-pat00005
(M=알칼리금속)이 발생한다. 이에, 혼합부(70)는 광물화부(45)에 잔류하는 알칼리금속중탄산염 용액과 기액분리부(30)에서 배출되는 액상이 유입 및 혼합되어, 알칼리금속탄산염과 알칼리금속수산화물의 혼합 용액이 배출되고 이러한 혼합 용액이 이산화탄소 흡수부(60)로 공급될 수 있다. 광물화부(45)에서 알칼리금속중탄산염의 결정들이 생성되며 잔류하게 되는 알칼리금속중탄산염 용액이 혼합부(70)로 공급되며 알칼리금속탄산염으로 전환됨에 따라, 폐액의 발생을 최소화할 수 있다.
제2양태 또한, 장치의 고부가가치 생성물로, 염소가 아닌 알칼리금속의 차아염소산염이 제조될 수 있다. 도 5에 도시한 일 예와 같이, 광물화 장치는 차아염소산염 제조부(50)를 더 포함하되, 장치 내부에서 생성된 알칼리금속수산화물 대신, 외부에서 알칼리금속수산화물을 공급받아 염소를 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환, 생산하는 예를 도시한 도면이다.
도 6은 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다. 도 3을 기반으로 상술한 바와 유사하게, 전기분해부(10)의 산화전극에서 배출되는 염소는 연료전지부(20)의 산화제로 공기극에 공급될 수 있다. 또한, 연료전지부(20)의 환원전극에서 배출되는 수소가스는 고액분리부(30)에 의해 알칼리금속수산화물 용액의 액상과 분리되어, 연료전지부(20)의 연료로 연료극에 공급될 수 있다. 이에 따라, 연료전지부(20)의 연료과 산화제 모두 장치 내에서 생성되어, 외부 물질 공급 없이 연료전지부(20)의 구동이 가능하다.
또한, 도 5를 기반으로 상술한 바와 유사하게, 이산화탄소 흡수부(60)에서 이산화탄소를 흡수하여 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어, 전기분해부(10)의 환원전극측-기액분리기(30)-이산화탄소 흡수부(60)-전기분해부(10)의 환원전극측의 경로, 혼합부가 구비되는 경우, 전기분해부(10)의 환원전극측-기액분리기(30)-혼합부(70)-이산화탄소 흡수부(60)-전기분해부(10)의 환원전극측의 경로로 순환된다. 이때, 앞서 상술한 바와 같이, 분기된 알칼리금속탄산염 수용액이 전기분해부(10)의 환원전극측으로 공급되기 전 외부에서 공급되는 물과 합류된 상태로 환원전극측에 공급될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상술한 장치를 이용한 이산화탄소 광물화 방법을 포함한다. 이에, 이산화탄소 광물화 방법은 광물화 장치를 기반으로 상술한 모든 내용을 포함한다.
본 발명의 제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리 단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 결정화된 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화 단계;를 포함하며, 분리 단계에서 분리된 액상이 분기되어 광물화 단계와 클로르알칼리 공정의 환원전극측으로 각각 공급된다.
일 구체예에 있어, 전력생산 단계에서 생성된 전력이 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에 사용될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 수소 연료전지는 수소-산소(공기) 연료전지일 수 있으며, 전력생산 단계의 연료전지의 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 연료전지의 연료극으로 재공급될 수 있으며, 재공급 시 분리 단계에서 분리되어 연료전지로 공급되는 기상과 혼합되어 연료극으로 재공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에서 배출되는 염소가스와 잔류 알칼리금속염화물 용액은 기액분리되어, 염소 가스는 압축 저장되거나 차아염소산염 제조부로 공급될 수 있으며, 잔류 알칼리금속염화물 용액은 클로르알칼리 공정에 재공급될 수 있다. 염소 가스가 차아염소산염 제조부로 공급되는 경우, 염소 가스와 반응하는 알칼리금속수산화물은 분리 단계에서 분리된 액상으로부터 유래될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 수소 연료전지는 수소-산소(공기) 연료전지일 수 있으며, 연료전지에서 배출되는 물의 일부 내지 전부가 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에 공급될 수 있으며, 이때, 공급되는 물은 분리 단계에서 배출되어 분기된 액상과 혼합되어 클로르알칼리 공정에 공급될 수 있다. 이때, 물은 분기된 액상(제1양태의 경우 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 알칼리금속탄산염 수용액)과 혼합되어, 클로르알칼리 공정의 환원전극에 공급되는 전극액 농도가 일정하게 유지되도록 혼합될 수 있으며, 이에 의해 전기분해부의 환원전극에는 일정한 농도의 전극액이 지속적으로 공급될 수 있다. 또한, 연료전지에서 물과 함께 배출되는 잔류 산소는 기액분리를 통해 물과 분리되어, 연료전지의 산화제로 재공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지일 수 있으며, 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계(연료전지)에 재공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 광물화 단계에서 생성된 결정화된 알칼리금속중탄산염을 건조 또는 열처리하여 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 건조 또는 열처리는 상술한 가열부에서 수행될 수 있다.
본 발명의 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법(II)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계; 및 이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액과, 이산화탄소를 포함하는 제2처리대상가스를 반응시켜 결정화된 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화 단계;를 포함하며, 상기 이산화탄소 흡수단계에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 상기 광물화 단계에 공급됨과 동시에, 상기 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급된다. 이때, 전기분해 단계는 상술한 장치의 전기분해부에서, 분리단계는 상술한 장치의 기액분리부에서, 전력생산 단계는 상술한 장치의 연료전지부에서, 이산화탄소 흡수 단계는 상술한 장치의 이산화탄소 흡수부에서, 광물화 단계는 상술한 장치의 광물화부에서 수행될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전력생산 단계에서 생성된 전력이 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에 사용될 수 있다.
일 구체예에 있어, 광물화 단계에서 잔류하는 알칼리금속중탄산염 수용액이 분리단계에서 분리된 액상과 혼합되어 상기 이산화탄소 흡수단계로 공급될 수 있다. 이때, 혼합은 상술한 장치의 혼합부에서 수행될 수 있다.
일 구체예에 있어, 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있다.
일 구체예에 있어, 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 상세하게, 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에서 산화전극은 염소가스와 잔류(미반응) 알칼리금속염화물 용액을 배출하며, 이러한 배출물은 기액 분리를 통해 분리되어, 염소는 연료전지로 공급되고, 잔류 알칼리금속염화물 용액은 외부에서 공급되는 알칼리금속염화물 용액과 혼합되어 클로르알칼리 공정의 산화전극액으로 공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계의 연료전지 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 분리단계에서 분리된 기상과 혼합되어 연료극의 연료로 공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계의 연료전지 공기극에서 배출되는 염소와 염산 수용액은 기액 분리에 의해 염산 수용액과 염소로 분리되어, 분리된 염소는 공기극의 산화제로 재공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물, 구체적으로 연료전지의 공기극에서 배출되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 전기분해에 공급되며, 잔류 산소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소, 구체적으로 연료전지의 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 이때, 잔류 산소와 물의 혼합물은 기액 분리에 의해 분리될 수 있음은 물론이며, 기액 분리에 의해 분리된 물은 순환되는 알칼리금속탄산염 수용액과 혼합되어 환원전극액으로써 전기분해 단계에 공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 광물화 단계에서 생성된 결정화된 알칼리금속중탄산염을 건조 또는 열처리하여 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 건조 또는 열처리는 상술한 가열부에서 수행될 수 있다.
일 구체예에 있어, 분기되어 전기분해 단계의 환원 전극으로 투입되는 분기된 액상(제1양태의 경우 분기된 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 분기된 알칼리금속탄산염 수용액)은 전력생산 단계에서 생성되거나 외부에서 공급되는 물과 혼합되어 전기분해 단계의 환원전극의 전극액으로 공급될 수 있다. 이때, 물은 전기분해 단계의 환원전극에 공급되는 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액의 농도가 일정하게 유지되도록 혼합될 수 있으며, 이에 의해 전기분해 단계(환원전극)에는 일정한 농도의 환원전극액이 지속적으로 공급될 수 있다.
일 구체예에 있어, 전기분해 단계에서 염소 가스와 함께 미반응 알칼리금속염화물에 의한 저농도 알칼리금속염화물 용액이 생성될 수 있으며, 기액 분리에 의해 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액은 외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화 용액과 합류되어 다시 전기분해 단계에 사용될 수 있다. 즉, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액은 외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화물 용액과 합류되어 일정한 농도의 알칼리금속염화물 용액이 전기분해 단계의 산화전극측에 지속적으로 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물화 장치 및 방법은 이산화탄소를 포함하는 산성가스의 제거에 사용되는 물질의 공급(외부 공급)이 불필요하고, 고농도의 환원전극액이 순환될 수 있어 운전 시 처리비용의 절감이 가능하며, 외부에서 공급되는 전기에너지와 화학에너지를 최소화할 수 있고, 지구상에 풍부하게 존재하는 극히 저가의 물질(일 예로, 염수와 물, 또는 염수와 산소(또는 공기))(만)을 공급하여도 장치의 구동이 가능하며, 폐액의 발생을 최소화할 수 있고, 알칼리금속중탄산염이나 알칼리금속탄산염의 유용 물질과 함께, 염소나 차아염소산염, 염산 등의 고부가가치 물질이 생성되는 장점이 있으며, 이산화탄소뿐만 아니라 황산화물이나 질소산화물등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있다. 또한, 환원전극액이 알칼리금속탄산염이 용해된 액인 경우, 장치의 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있으며, 마찬가지로 이산화탄소뿐만 아니라 황산화물이나 질소산화물등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있으며, 이온교환막의 안정성이 높아져 장기간 장치의 구동이 가능한 장점이 있고, 알칼리탄산염이 매우 큰 용해도를 가져 고농도의 알칼리탄산염이 순환될 수 있어 광물화 시 대량의 알칼리금속중탄산염을 생산할 수 있는 장점이 있다.
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.

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  2. 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부;
    상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부;
    상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부;
    상기 기액분리부에서 배출되는 액상과 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부; 및
    상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상과 이산화탄소를 포함하는 제2처리대상가스를 공급받아 결정상의 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화부;를 포함하며,
    상기 제2분기 액상이 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액이 순환되는 이산화탄소 광물화 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    이산화탄소 광물화 장치는 혼합부를 더 포함하며, 상기 광물화부에 잔류하는 알칼리금속중탄산염 수용액은 상기 혼합부에서 상기 기액분리부에서 배출되는 상기 액상과 혼합되어, 상기 이산화탄소 흡수부로 공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5인 이산화탄소 광물화 장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화탄소 광물화 장치는 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 잔류 알칼리염화물 수용액과 염소 가스를 포함하는 혼합물을 공급받아 염소 가스의 기상과 잔류 알칼리염화물 수용액의 액상을 분리 배출하는 기액분리기를 더 포함하며, 상기 기액분리기에서 배출되는 잔류 알칼리염화물 수용액은 상기 전기분해부의 산화전극의 전극액으로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지부의 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 염소 가스가 상기 연료전지부에 공급되며,
    상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 염소 가스와 염산 수용액 중 잔류 염소 가스는 상기 연료전지부로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  7. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지부의 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 장치 외부로 배출되거나 상기 전기분해부로 공급되며, 잔류 산소는 상기 연료전지부로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 7항에 있어서,
    이산화탄소 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함하며,
    상기 차아염소산염 제조부는, 상기 전기분해부에서 배출되는 염소 가스와 상기 기액분리부에서 배출된 알칼리금속수산화물 용액의 일부나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성하는 이산화탄소 광물화 장치.
  9. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지부에서 배출되는 잔류 수소는 상기 기액분리부에서 배출되는 기상과 합류되어 상기 연료전지부로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  10. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 광물화 장치는 가열부를 더 포함하며,
    상기 가열부는, 고액 분리에 의해 상기 광물화부에서 생성된 알칼리금속중탄산염을 공급받아 탈수 및 건조하거나 또는 열처리하여, 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성하는 이산화탄소 광물화 장치.
  11. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료전지부에서 생성된 전력이 상기 전기분해부로 공급되는 이산화탄소 광물화 장치.
  12. ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1처리대상가스 또는 제2처리대상가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함하는 이산화탄소 광물화 장치.
  13. 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계;
    기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계;
    수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계;
    분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 제1처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계; 및
    이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 이산화탄소를 포함하는 제2처리대상가스를 반응시켜 결정화된 알칼리금속중탄산염을 생성하는 광물화 단계;를 포함하며,
    상기 전력생산 단계에서 생성된 전력은 상기 전기분해 단계에 공급되며, 상기 제2분기 액상은 상기 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급되어 알칼리금속탄산염이 순환되는 이산화탄소 광물화 방법.
  14. ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 광물화 단계에서 잔류하는 알칼리금속중탄산염 수용액이 상기 분리단계에서 분리된 액상과 혼합되어 상기 이산화탄소 흡수단계로 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.
  15. ◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5인 이산화탄소 광물화 방법.
  16. ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급되는 이산화탄소 광물화 방법.
  17. ◈청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 상기 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 상기 전기분해에 공급되거나 외부로 배출되며, 잔류 산소는 상기 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급되는 이산화탄소 광물화 방법.
  18. ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 13항에 있어서,
    상기 광물화 단계에서 생성된 결정화된 알칼리금속중탄산염을 탈수 및 건조하거나 또는 열처리하여 알칼리금속중탄산염 분말, 알칼리금속탄산염 분말 또는 이들의 혼합 분말을 생성하는 이산화탄소 광물화 방법.
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