KR102306217B1

KR102306217B1 - 배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR102306217B1
Application number: KR1020210075106A
Authority: KR
Inventors: 김근배; 이광현; 노형주; 이민우; 강태욱; 손원경
Original assignee: 하이에어코리아 주식회사
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2021-09-29
Also published as: KR102306217B9

Abstract

본 발명은 IMO 배기가스 배출규제를 충족시킬 수 있도록 선박에서 발생되는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 이산화황 및 이산화질소를 반응액을 사용하여 포집하고, 상기 오염물질을 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 저장한 후 육상으로 이송할 수 있는 배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

Description

배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박 { Apparatus and method for purifying exhaust gas of ship }

본 발명은 선박 배기가스에 포함된 오염물질을 흡수하여 고형화함으로써, 이를 육상으로 이송하기 위한 배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 습식스크러버의 반응액으로 1가 알카리 수용액을 사용하여 배기가스에 포함된 CO₂ 와 SO₂ 및 NO₂ 등의 오염물질의 흡수 반응을 유도하고, 이때 생성되는 무기염을 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물과 반응시켜 분리가 용이한 고형물로 제조하며, 또한 반응액인 상기 1가 알칼리 수용액을 재생할 수 있는 배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질은 이산화탄소(Carbon dioxide, 이하 CO₂), 이산화황(Sulfur dioxide, 이하 SO₂), 및 이산화질소(Nitrogen dioxides, 이하 NO₂) 등이 있고, 이들 오염물질은 인체에 유해할 뿐만 아니라, 여과처리 없이 그대로 대기 중으로 배출되는 경우에는 환경오염을 유발하는 원인이 된다.

이에 따라 UN은 전 세계 모든 해역을 항해하는 선박의 배기가스 배출규제 문제를 국제해사기구(Interantional Maritime Organization, 이하 IMO)에 위임한 바 있고, IMO는 2030년까지 선박에서 배출되는 배기가스의 배출량을 2008년 대비 40 %, 2050년까지 50 %를 줄이는 목표로 다양한 배기가스 감축방안을 추진하고 있다.

이에 따라 대표적인 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂의 배출 절감에 대한 해결책이 해운업계와 조선업계에 요구되고 있다.

우리나라에서는 IMO가 제시한 2030년 온실가스 감축목표 40% 달성을 위하여 중장기 로드맵을 수립하여 연구 사업을 수행하고 있으며, 선박에서 배출되는 배기가스 감축기술 등을 개발추진하고 있다. 따라서 선박에서 발생되는 온실가스 감축을 위한 적극적인 기술개발로 친환경선박 시장에 대한 선제적인 진입이 필요한 시점이다.

이와 같은 선박의 배기가스에 대한 해운업계의 문제를 해결하기 위해서 현재까지 개발된 방법으로는 첫째, IMO가 제시한 방법과 같이 저유황 연료유를 사용하는 방법이 있다. 그러나 이 방법을 채택하는 경우 저유황 연료유와 고유황 연료유의 가격 차이가 커서 경제적인 불리함이 있다.

둘째, 엔진의 배기가스에 포함된 오염물질을 다량의 물로 용해시키는 장치(Scrubber)를 장착 및 활용하여 SOx를 저농도의 아황산 또는 황산으로 변환시킨 후 바닷물에 방류하거나, 나트륨 또는 칼슘염으로 변환시켜 저장 후 폐기하는 방법이 있다. 그러나 이 방법의 경우에는 고가 재질의 특수강에 대한 수요가 많아지고 매우 큰 규모의 스크러버(Scrubber)를 선박에 장착하여야 하는 등 추가적 경제적 부담이 있다.

이에 따라, 선박에서 발생되는 배기가스를 흡수처리하고, 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 저감하기 위한 다양한 형태의 선박 배기가스의 저감장치가 개발되고 있다.

그러나 CO₂와SO₂ 및 NO₂를 제거하거나 흡수하여 처리하는 장치는 육상에 설치되어 운용하고 있으나, 현재 선박에서는 상용화된 사례가 없다. 따라서 선박에서 배출되는 배기가스 중에 포함된 오염물질을 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나 육상으로 이송할 수 있는 기술의 필요성이 제기되고 있다.

한국 등록특허공보 제10-2232540호 (선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박, 2021.03.22.) 한국 등록특허공보 제10-2232553호 (선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박, 2021.03.22.) 한국 등록특허공보 제10-2232587호 (선박의 온실가스 배출 저감장치 및 동 장치 구비한 선박, 2021.03.22.) 한국 등록특허공보 제 10-1804418호 (선박용 습식 스크러버 및 이를 포함하는 선박용 습식 스크러버시스템, 2017. 11.28.) 한국 등록특허공보 제 10-1940604호 (선박용 습식 스크러버 및 이를 포함하는 흡수탑 내부 복합방식 세정수 분사시스템, 2019.01.16.) 한국 등록특허공보 제 10-1941199호 (선박용 습식 스크러버 및 이를 포함하는 배연가스 냉각시스템, 2019.01.16.)

본 발명은 선박에서 발생되는 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂를 반응액을 사용하여 포집하고, 상기 오염물질을 흡수하여 환경에 영향을 주지 않는 물질로 전환하여 배출하거나 저장하여 육상으로 이송할 수 있는 배기가스 정화시스템과 정화방법 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)은 선박에 구비되어 배기가스 발생자치에서 발생되는 배기가스를 처리하기 위한 것으로써, 배기가스 발생장치에서 발생되는 배기가스를 반응액과 반응시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 무기염으로 전환하는 습식스크러버(110); 상기 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 내부로 유입되는 유입구(115)와 상기 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 외부로 배출되는 배출구(112); 상기 배기가스와 반응하는 반응액을 제조하고, 이를 상기 습식스크러버(110)에 공급하는 순환탱크(120); 상기 유입구(115)를 통해 유입된 배기가스에 포함된 오염물질과 상기 반응액을 반응시켜 생성되는 무기염을 이송하기 위한 이송펌프(123); 상기 습식스크러버(110)로부터 이송된 무기염과 2가 금속 산화물 또는 2가 금속 수산화물을 반응시켜 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액이 혼합된 슬러지를 생성하는 임펠러(135)가 설치된 혼합탱크(130); 상기 혼합탱크(130)로부터 슬러지를 고액분리장치(150)로 이송하는 슬러지펌프(131); 상기 혼합탱크(130)로부터 이송된 슬러지로부터 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액을 분리하는 고액분리장치(150); 상기 고액분리장치(150)에서 분리된 반응액을 저장하는 제 1 저장탱크(151); 상기 고액분리장치(150)에서 분리된 탄산염과 황산염 및 질산염을 저장하는 제 2 저장탱크(160); 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 공급하는 제 3 저장탱크(140); 및 상기 제 1 저장탱크(151)에 저장된 반응액을 필요 시에 순환탱크(120)로 이송하는 이송펌프(152);를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 배기가스 정화방법은, ⅰ) 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 물이 반응하여 탄산(H₂CO₃)을 생성하는 제 1 단계; ⅱ) 상기 배기가스에 포함된 이산화황과 물이 반응하여 아황산(H₂SO₃)과 황산(H₂SO₄)을 생성하는 제 2 단계; ⅲ) 상기 배기가스에 포함된 이산화질소와 물이 반응하여 아질산(HNO₂)과 질산(HNO₃)을 생성하는 제 3 단계; ⅳ) 상기 제 1 단계에서 생성된 탄산(H₂CO₃)과 제 2 단계에서 생성된 아황산(H₂SO₃)과 황산(H₂SO₄) 및 제 3 단계에서 생성된 아질산(HNO₂)과 질산(HNO₃)과 반응액이 반응하여 무기염을 생성하는 제 4 단계; ⅴ) 상기 제 4 단계에서 생성된 무기염과 2가 금속 산화물 또는 2가 금속 수산화물이 반응하여 탄산염과 황산염 및 질산염을 생성하면서 상기 반응액을 재생하는 제 5 단계; ⅵ) 상기 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액을 분리하는 제 6 단계; ⅶ) 상기 제 6 단계에서 분리된 반응액을 제 4 단계에서 재사용하는 제 7 단계를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 반응액은 1가 알카리 수용액이며, 상기 1가 알카리 수용액은 수산화리튬(LiOH) 수용액, 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화칼륨(KOH) 수용액 또는 암모니아수(NH₄OH) 이며, 상기 1가 알카리 수용액은 순수 또는 해수를 사용하여 제조할 수 있으며, 상기 2가 금속산화물은 산화칼슘 또는 산화마그네슘이며, 상기 2가 금속수산화물은 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘이며, 상기 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물은 분말, 수용액 또는 슬러지 형태로 공급되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)에 의하면, 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질을 포집하여 고형화함으로써 저장 및 육상으로의 이송이 편리해지는 효과를 갖는다. 또한 상기 오염물질을 흡수하기 위한 습식스크러버(110)에서 사용되는 반응액을 선박에서 자체적으로 재생하여 재사용함으로써, 상기 반응액의 소요량을 감축시킬 수 있어 선박 배기가스의 정화비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 그리고 이를 통해 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질을 흡수함으로써 IMO 배기가스 배출규제를 충족시키고, 해양 환경 오염에 영향을 줄 수 있는 물질의 유출을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)의 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 저장 및 공급하는 제 3 저장탱크(140)에 대한 구성도이며,
도 3은 본 발명에 따른 습식스크러버(110)의 구성도이다.

본 출원에서 “포함한다”, “가지다” 또는 “구비하다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

아래에서는 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)과 정화방법 및 이를 포함하는 선박에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 첨부된 도 1은 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 저장 및 공급하는 제 3 저장탱크(140)에 대한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 습식스크러버(110)의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 정화시스템(100)은, 선박에 구비되는 배기가스 발생장치에서 발생되는 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂를 반응액과 반응시켜 무기염으로 전환하는 습식스크러버(110); 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 내부로 유입되는 유입구(115) 및 상기 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 외부로 배출되는 배출구(112); 상기 배기가스와 반응하는 반응액을 제조하고, 이를 상기 습식스크러버(110)에 공급하는 순환탱크(Circulation Tank, 120), 상기 유입구(115)를 통해 유입된 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂ 등과 상기 반응액을 반응시켜 생성되는 무기염을 이송하기 위한 이송펌프(123), 상기 습식스크러버(110)로부터 이송된 무기염과 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 반응시켜 탄산염과 황산염 및 질산염 등을 포함하는 슬러리와 반응액을 재생하는 임펠러가 설치된 혼합탱크(Mixing Tank, 130); 상기 혼합탱크(130)에 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 공급하기 위한 제 3 저장탱크(140); 상기 혼합탱크(130)로부터 슬러지를 고액분리장치(150)로 이송하는 슬러지펌프(131), 상기 혼합탱크(130)로부터 이송된 슬러지로부터 탄산염과 황산염 및 질산염 등의 침전물과 반응액을 분리하는 고액분리장치(150); 상기 고액분리장치(150)에서 분리된 반응액을 저장하는 제 1 저장탱크(151); 상기 고액분리장치(150)에서 분리된 탄산염과 황산염 및 질산염 등의 침전물을 저장하는 제 2 저장탱크(160); 및 상기 제 1 저장탱크(151)에 저장된 반응액을 필요 시에 순환탱크(120)로 이송하기 위한 이송펌프(152);를 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기가스의 정화시스템(100)는 선박에 구비될 수 있다. 즉, 선박의 선체에는 상기 배기가스 발생장치가 구비될 수 있고, 상기 배기가스 발생장치는, 예컨대 선박의 메인 엔진이나 발전용 엔진 또는 보일러 등이 될 수 있다. 그러나, 배기가스 발생장치는 특별히 한정되지 않고, 선박에 구비되어 배기가스를 배출하는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.

본 발명에 따른 상기 배기가스 정화시스템(100)에 대하여 자세히 살펴보면, 상기 유입구(115)는 습식스크러버(110)의 일측에 구비되어 선박에 구비되는 배기가스 발생장치에서 연료가 연소된 후 생성되는 배기가스가 유입된다.

또한 상기 습식스크러버(110)의 일측에는 유입된 배기가스가 처리된 후에 외부로 배출되는 배출구(112)가 함께 구비된다.

본 발명에 따르면, 상기 습식스크러버(110)는 유입구(115)를 통해 유입된 배기가스와 반응액을 반응시켜 무기염을 생성하게 된다. 이를 위해 상기 습식스크러버(110)는 배기가스에 포함된 가스상 오염물질 등을 흡수하는 반응액이 분사되는 과정을 순환 반복하면서 습식스크러버(110)의 하부에 오염물질이 슬러지(Sludge) 형태로 침전 또는 침적되게 된다. 상기와 같이 상기 습식스크러버(110)에는 배기가스의 유입과 배출을 위하여 유입구(115) 및 배출구(112)를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 습식스크러버(110)에 대하여 살펴보면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 습식스크러버(110)에서는 내부 상단에서 반응액을 하향분사할 수 있도록 구비되는 반응액 공급라인(117)이 구비되고, 상기 반응액 공급라인(117)에는 다수의 분사노즐(미도시)이 구비되어 상기 반응액을 하부로 분사하게 된다.

이때 상기와 같이 분사노즐로부터 하향분사되는 반응액에 대해 배기가스가 역방향으로 하부에서 상부로 이동하게 된다.

또한, 상기 습식스크러버(110)의 내부에 구비되는 반응액 공급라인(117)의 하부에는 도 3에 도시된 바와 같이 높은 표면적을 갖는 충진부재(119)가 구비된다. 상기 배기가스는 상기 충진부재(119)를 통과함으로서 상기 반응액과의 접촉효율이 증대되고, 이에 따라 배기가스 중에 포함된 오염물질의 제거효율이 증대될 수 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 상기 순환탱크(120)는 제 1 저장탱크(151)에 저장된 재생된 반응액을 이용하여 상기 CO₂와 SO₂ 및 NO₂와 반응하는 반응액을 제조하고, 상기 반응액을 습식스크러버(110)로 공급하는 역할을 수행하게 된다.

이때 상기 순환탱크(120)에서는 재생된 반응액과 용수를 적절하게 혼합하여 CO2와 SO2 및 NO2의 반응액을 제조하게 된다.

또한 상기 습식스크러버(110)의 하부에는 상기 배기가스에 포함된 CO2와 SO2 및 NO2와 반응하여 형성된 무기염을 혼합탱크(130)로 이송하기 위한 이송펌프(123)를 구비하게 된다.

상기 혼합탱크(130)는 습식스크러버(110)로부터 이송펌프(123)에 의하여 이송된 무기염과 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 반응시켜 반응액을 재생하고, 또한 이때 생성되는 탄산염과 황산염 및 질산염을 포함하는 슬러지를 형성하게 된다.

본 발명에 따르면, 상기 무기염과 반응하여 반응액을 재생하고 슬러지를 형성하는 상기 2가 금속산화물은 산화칼슘(CaO) 또는 산화마그네슘(MgO) 일 수 있고, 또한 상기 2가 금속수산화물은 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 또는 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 혼합탱크(130)에는 상기와 같이 생성된 무기염과 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물의 혼합을 용이하게 하기 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 모터에 의해 구동되는 임펠러(135)가 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 혼합탱크(130)에서 무기염과 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물이 반응하여 탄산염과 황산염 및 질산염 등을 포함하는 슬러지를 생성하고 또한 반응액인 1가 알칼리 수용액이 재생되게 된다.

이때 상기 무기염과 반응한 반응액과 상기 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물이 반응하는 반응시간은 30 ~ 120 분이 바람직하다.

배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂와 반응한 반응액과 상기 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물이 반응하여 생성되는 탄산염과 황산염 및 질산염은 재생되는 반응액과 혼합되어 슬러지 상태로 상기 혼합탱크(130)의 하부에 침전된다. 상기 반응시간이 경과한 후에는 상기 혼합탱크(130)의 하부에 구비되는 슬러지펌프(131)을 사용하여 슬러지를 고액 분리장치(150)로 이송한다. 상기 슬러지펌프(131)에 의해 이송된 슬러지는 고액 분리장치(150)에서 고체 성분인 탄산염과 황산염 및 질산염과 액체 성분인 반응액으로 분리된다.

상기와 같이 분리된 탄산염과 황산염 및 질산염은 제 2 저장탱크(160)로 이송되고, 분리된 반응액은 제 1 저장탱크(151)로 이송되게 된다.

상기와 같이 제 1 저장탱크(151)에 저장되는 반응액은 필요 시에 이송펌프(152)를 이용하여 순환탱크(120)로 이송한 후 반응액으로 제조되어 배기가스를 처리하는 습식스크러버(110)에 공급하여 반응액으로 재사용하게 된다.

또한 상기 제 2 저장탱크(160)에 저장되는 탄산염을 포함하는 침전물은 공지된 방법을 통해 고형화하여 저장하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 고형화되어 저장되는 침전물은 선박이 육상에 도착하게 되면 하선하여 처리하게 된다.

이때 상기 고액 분리장치(150)에서 반응액과 탄산염과 황산염 및 질산염의 분리시 침전물에 포함되거나 또는 상기 습식스크러버(110)의 상단으로 배기가스와 함께 배출됨으로써, 반응액인 암모니아수의 다소 손실이 있을 수 있다.

상기와 같이 암모니아수가 손실되어 부족하게 되면 배기가스 정화장치(100)의 운전시간이 길어질 수 있고, 또한 배기가스 중에 포함된 이산화탄소의 흡수효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 운전 중에 부족하게 되는 반응액은 처리대상인 탄산, 황산, 아황산, 질산 및 아질산 등의 당량비로 1.0 내지 2.0배를 공급함으로써, 부족한 반응액을 보충하게 된다. 상기와 같이 반응액을 보충함으로써, 배기가스 정화시스템(100)의 운전시간을 단축할 수 있고, 또한 상기 오염물질의 흡수효율을 제고할 수 있게 된다.

상기와 같이 CO₂와 SO₂ 및 NO₂와 반응액과의반응이 완료된 후에 상기 혼합탱크(130)에 생성되는 탄산염과 황산염 및 질산염 등을 포함하는 슬러지를 이송하기 위하여 상기 혼합탱크(130)의 일측에는 슬러지펌프(131)를 또한 구비할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)에는 상기와 같이 반응이 완료되어 생성되는 탄산염과 황산염 및 질산염 등을 포함하는 슬러지와 반응액을 분리하기 위하여 고액분리장치(150)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 슬러지에는 탄산염과 황산염 및 질산염 등의 침전물과 생성된 반응액이 혼합되어 있으므로, 상기 반응액과 슬러지를 분리하여야만 이후에 상기 반응액을 재사용할 수 있게 된다.

즉, 상기 슬러지에는 상기 반응액이 20 ~ 50 중량%가 포함되어 있으므로, 상기 반응액을 슬러지로부터 분리하기 위한 다양한 기술 또는 장치들이 제시되고 있다. 그 중 대표적인 장치로서 고액 분리장치(150)를 들 수 있다.

상기와 같은 고액 분리장치(150)로는 필터프레스식 또는 벨트프레스식 등이 있다. 이러한 필터프레스식 또는 벨트프레스식 고액 분리장치(150)는 여과포 벨트가 다수의 롤러를 통과하도록 설치되어 여과포 사이에 슬러지가 투입 이송되면서 롤러에 의해 가압됨으로써, 상기 슬러지로부터 반응액의 분리가 이루어지도록 하는 방식이다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 고액 분리장치(150)에서 분리된 반응액을 배기가스에 포함된 CO₂와 SO₂ 및 NO₂의 흡착시 재사용할 수 있도록, 상기 반응액을 제 1 저장탱크(151)로부터 순환탱크(120)로 이송하는 반응액 이송펌프(152)가 추기로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)에는 상기 혼합탱크(130)에 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 공급하기 위한 제 3 저장탱크(140)가 구비된다. 이때 상기 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물은 분말, 수용액 또는 슬러지 형태 등의 적절한 형태로 공급될 수 있다.

또한 상기 배기가스 정화시스템(100)에는 상기와 같이 분리된 탄산염과 황산염 및 질산염 등을 포함하는 침전물을 저장하는 제 2 저장탱크(160)가 구비되고, 분리된 반응액은 제 1 저장탱크(151)로 이송되어 저장된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)은 선박에 구비될 수 있다. 즉, 선박의 선체에는 상기 배기가스를 발생하는 배기가스 발생장치가 구비될 수 있고, 상기 배기가스 발생장치는, 예컨대 선박의 메인엔진이나 발전용 엔진 또는 보일러 등이 될 수 있다. 그러나, 배기가스 발생장치는 특별히 한정되지 않고, 배기가스를 배출하는 것이라면 주지의 어떠한 것이라도 가능하다.

상기 배기가스 발생장치에서는 벙커C유를 연료로 사용할 수 있다. 선박 연료인 벙커C유는 연소시 발열량과 효율이 높아 에너지를 많이 발생하는 장점을 갖는다. 즉, 석탄의 발열량이 5,000 ~ 7,000 ㎉/㎏인데 비해 벙커C유의 발열량은 10,000 ~ 11,000 ㎉/㎏으로, 약 2배가 높다.

또한 상기 벙커C유는 원유(crude oil)보다 가격이 저렴하여 선박 또는 발전소 등에서 많이 사용하고 있다.

일반적으로 벙커 C유는 탄소수 13 이상의 탄화수소 화합물들로 이루어져 있으며, 연소 과정에서 오염물질을 발생시키기 쉽고, 황을 비롯한 환경 오염물질이 특히 많이 포함하고 있다.

본 발명에 따른 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂및 NO₂등이 반응액인 1가 알카리 수용액과 반응하여 무기염을 생성하는 반응에 대하여 설명하면 다음과 같다.

상기 반응액인 1가 알칼리 수용액은 수산화리튬(LiOH) 수용액, 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화칼륨(KOH) 수용액 및 암모니아수(NH₄OH) 수용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 1가 알칼리 수용액은 순수 또는 해수를 사용하여 제조할 수 있다. 즉, 순수 또는 해수에 상기 수산화리튬(LiOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH) 또는 암모니아(NH₃)을 용해하여 CO₂와 SO₂ 및 NO₂를 흡수하는 반응액인 1가 알카리 수용액을 제조할 수 있다.

상기 반응액인 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 수산화칼륨(KOH) 수용액 수산화리튬(LiOH) 수용액 및 암모니아수(NH₄OH)를 사용하여, 배기가스의 주성분인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂ 와의 반응을 살펴보면 아래와 같다.

<1가 알칼리 수용액과 SO ₂ 와의 반응>

선박의 배기가스에 포함된 SO₂의 제거시 첫단계는 화학식 1 및 화학식 2와 같이 배기가스에 포함된 SO₂가 물과 반응하여 아황산(H₂SO₃) 또는 황산(H₂SO₄)을 형성하는 단계이다. 즉, 상기 SO₂가 물과 반응시 산소가 있는 경우에는 화학식 2와 같이 반응하여 황산이 생성되고, 산소가 없는 경우에는 물과 반응하여 화학식 1과 같이 아황산을 형성하게 된다.

이때 상기 SO₂와 반응하는 물은 상기 반응액인 1가 알칼리 수용액에 공존하는 물을 이용하는 것이 바람직하다.

(화학식 1) SO₂ + H₂O → H₂SO₃

(화학식 2) 2SO₂ + O₂ + 2H₂O → 2H₂SO₄

<1가 알칼리 수용액인 NaOH 수용액과 아황산 및 황산과의 반응>

선박 배기가스에 포함된 SO₂가 물과 반응하여 형성된 아황산과 황산은 반응액인 1가 알칼리 수용액으로서 수산화나트륨(NaOH) 수용액과의 반응은 아래의 화학식 3 내지 화학식 6과 같이 반응하게 된다.

통상적으로 수산화나트륨 수용액은 상기 수산화나트륨을 물에 용해하여 제조되며, 이때 상기 수산화나트륨의 물에 대한 용해도는 20 ℃에서 1,110 g/L 정도이다.

상기와 같이 화학식 1과 같이 SO₂와 물이 반응하여 생성된 아황산은 화학식 3과 같이 수산화나트륨과 반응하여 무기염인 아황산수소나트륨(NaHSO₃)과 물을 생성하거나, 또는 화학식 4와 같이 수산화나트륨과 반응하여 무기염인 아황산나트륨(Na₂SO₃)과 물을 생성하게 된다.

또한 화학식 2와 같이 생성된 황산은 화학식 5와 같이 수산화나트륨과 반응하여 무기염인 황산수소나트륨(NaHSO₄)과 물을 생성하거나, 또는 화학식 6과 같이 수산화나트륨과 반응하여 무기물인 아황산나트륨(Na₂SO₃)과 물을 생성하게 된다.

(화학식 3) NaOH + H₂SO₃ → NaHSO₃ + H₂O

(화학식 4) 2NaOH + H₂SO₃ → Na₂SO₃ + 2H₂O

(화학식 5) NaOH + H₂SO₄ → NaHSO₄ + H₂O

(화학식 6) 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액인 KOH 수용액과 아황산 및 황산과의 반응>

상기 화학식 1 및 화학식 2와 같이 생성된 아황산과 황산은 1가 알칼리 수용액인 수산화칼륨(KOH) 수용액과 화학식 7 내지 화학식 10과 같이 반응하게 된다.

(화학식 7) KOH + H₂SO₃ → KHSO₃ + H₂O

(화학식 8) 2KOH + H₂SO₃ → K₂SO₃ + 2H₂O

(화학식 9) KOH + H₂SO₄ → KHSO₄ + H₂O

(화학식 10) 2KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2H₂O

즉, 아황산은 화학식 7 및 화학식 8과 같이 수산화칼륨과 반응하여 무기염인 중아황산칼륨(KHSO₃) 또는 아황산칼륨(K₂SO₃)과 물을 생성하게 된다.

또한 황산은 화학식 9 및 화학식 10과 같이 수산화칼륨과 반응하여 무기염인 황산수소칼륨(KHSO₄) 또는 아황산칼륨(KHSO₃) 또는 황산칼륨(K₂SO₄)과 물을 생성하게 된다.

<1가 알칼리 수용액인 LiOH 수용액과 아황산 및 황산과의 반응>

상기 화학식 1 및 화학식 2와 같이 생성된 아황산과 황산은 이후에 반응액인 1가 알칼리 수용액으로서 수산화리튬 수용액과 아래와 같이 반응하게 된다.

즉, SO₂와 반응하여 생성된 상기 아황산과 황산은 수산화리튬과 화학식 11 내지 화학식 14과 같이 반응하게 된다.

(화학식 11) LiOH + H₂SO₃ → LiHSO₃ + H₂O

(화학식 12) 2LiOH + H₂SO₃ → Li₂SO₃ + 2H₂O

(화학식 13) LiOH + H₂SO₄ → LiHSO₄ + H₂O

(화학식 14) 2LiOH + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + 2H₂O

상기와 같이 SO₂와 물이 반응하여 생성된 아황산은 화학식 11과 같이 수산화리튬과 반응하여 무기염인 아황산수소리튬(LiHSO₃)과 물을 생성하거나, 또는 화학식 12와 같이 수산화리튬(Li₂SO₃)과 반응하여 무기염인 아황산리튬(Li₂SO₃)과 물을 생성하게 된다.

또한 화학식 13과 같이 생성된 황산은 수산화리튬과 반응하여 무기염인 황산수소리튬(LiHSO₄)과 물을 생성하거나 또는 화학식 14와 같이 무기염인 황산리튬(Li₂SO₄)과 물을 생성하게 된다.

<1가 알칼리 수용액인 NH ₄ OH 수용액과 아황산 및 황산과의 반응>

상기 화학식 1 및 화학식 2와 같이 생성된 아황산과 황산은 아래의 화학식 15 내지 화학식 18와 같이 암모니아수와 반응하여 무기염인 아황산수소암모늄(NH₄HSO₃), 아황산암모늄((NH₄)₂SO₃), 암모늄바이설페이트(NH₄HSO₄) 또는 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)과 물을 생성하게 된다.

(화학식 15) NH₄OH + H₂SO₃ → NH₄HSO₃ + H₂O

(화학식 16) 2NH₄OH + H₂SO₃ → (NH₄)₂SO₃ + 2H₂O

(화학식 17) NH₄OH + H₂SO₄ → NH₄HSO₄ + H₂O

(화학식 18) 2NH₄OH + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액과 CO ₂ 와의 반응>

선박의 배기가스에 포함된 CO₂의 제거시 첫단계는 화학식 19와 같이 배기가스에 포함된 CO₂가 물과 반응하여 탄산(H₂CO₃)을 형성하게 된다. 이때 상기 CO₂와 반응하는 물은 상기 반응액인 1가 알칼리 수용액에 공존하는 물을 이용하는 것이 바람직하다.

(화학식 19) CO₂ + H₂O → H₂CO₃

<1가 알칼리 수용액인 NaOH 수용액과 탄산과 반응>

상기 화학식 19와 같이 생성되는 탄산은 이후에 화학식 20 및 화학식 21과 같이 1가 알칼리 수용액인 수산화나트륨 수용액과 반응하여 무기염인 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 또는 탄산나트륨(Na₂CO₃) 및 물을 생성하게 된다.

(화학식 20) NaOH + H₂CO₃ → NaHCO₃ + H₂O

(화학식 21) 2NaOH + H₂CO₃ → Na₂CO₃ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액인 KOH 수용액과 탄산과의 반응>

상기 화학식 19와 같이 생성되는 탄산은 이후에 화학식 22 내지 화학식 23과 같이 1가 알칼리 수용액인 수산화칼륨 수용액과 반응하여 무기염인 탄산수소칼륨(KHCO₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃) 및 물을 생성하게 된다.

(화학식 22) KOH + H₂CO₃ → KHCO₃ + H₂O

(화학식 23) 2KOH + H₂CO₃ → K₂CO₃ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액인 LiOH 수용액과 탄산과의 반응>

상기 화학식 19와 같이 생성되는 탄산은 이후에 화학식 24 내지 화학식 25와 같이 1가 알칼리 수용액인 수산화리튬 수용액과 반응하여 무기염인 탄산수소리튬(LiHCO₃) 또는 탄산리튬(Li₂CO₃) 및 물을 생성하게 된다.

(화학식 24) LiOH + H₂CO₃ → LiHCO₃ + H₂O

(화학식 25) 2LiOH + H₂CO₃ → Li₂CO₃ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액인 NH ₄ OH와 탄산과의 반응>

상기 화학식 19와 같이 생성되는 탄산은 이후에 화학식 26 내지 화학식 27과 같이 암모니아수(NH₄OH)와 반응하여 무기염인 탄산수소암모늄(NH₄HCO₃) 또는 탄산암모늄((NH₄)₂CO₃) 및 물을 생성하게 된다.

(화학식 26) NH₄OH + H₂CO₃ → NH₄HCO₃ + H₂O

(화학식 27) 2NH₄OH + H₂CO₃ → (NH₄)₂CO₃ + 2H₂O

<1가 알칼리 수용액과 NO ₂ 와의 반응>

선박의 배기가스에 포함된 NO₂는 화학식 28과 같이 물과 반응하여 질산(HNO₃) 또는 아질산(HNO₂)을 생성하게 된다.

(화학식 28) 2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

<1가 알칼리 수용액과 아질산 및 질산과의 반응>

상기와 같이 생성된 질산은 화학식 29와 같이 수산화나트륨과 반응하여 무기염인 질산나트륨(NaNO₃)과 물을 생성하거나 또는 화학식 30과 같이 수산화칼륨과 반응하여 무기염인 질산칼륨(KNO₃)과 물을 생성하게 된다. 또한 화학식 31와 같이 암모니아수와 반응하여 무기염인 질산암모늄(NH₄NO₃)과 물을 생성하거나 또는 화학식 32와 같이 수산화리튬과 반응하여 무기염인 질산리튬(LiNO₃)과 물을 생성하게 된다. .

(화학식 29) NaOH + HNO₃ → NaNO₃ + H₂O

(화학식 30) KOH + HNO₃ → KNO₃ + H₂O

(화학식 31) NH₄OH + HNO₃ → NH₄NO₃ + H₂O

(화학식 32) LiOH + HNO₃ → LiNO₃ + H₂O

상기 화학식 28과 같이 생성된 아질산은 아래의 화학식 33 내지 화학식 36과 같이 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수 또는 수산화리튬 수용액과 각각 반응하여 각각 무기염인 아질산나트륨(NaNO₂), 아질산칼륨(KNO₂), 아질산암모늄(NH₄NO₂) 또는 아질산리튬(LiNO₂)과 물을 생성하게 된다.

(화학식 33) NaOH + HNO₂ → NaNO₂ + H₂O

(화학식 34) KOH + HNO₂ → KNO₂ + H₂O

(화학식 35) NH₄OH + HNO₂ → NH₄NO₂ + H₂O

(화학식 36) LiOH + HNO₂ → LiNO₂ + H₂O

상기 배기가스에 포함된 오염물질인 CO₂와 SO₂ 및 NO₂는 위에서 살핀 바와 같이 1가 알칼리 수용액인 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 수산화칼륨(KOH) 수용액과 수산화리튬(LiOH) 수용액 또는 암모니아수(NH₄OH) 등과 반응하여 무기염과 물을 생성하게 된다.

또한, 전술한 배기가스 정화시스템(100)에서 상기 배기가스에 포함된 CO₂와 SO₂ 및 NO₂를 흡수하는 반응액으로 사용하는 1가 알카리 수용액 즉, 수산화나트륨(NaOH) 수용액과 수산화칼륨(KOH) 수용액과 수산화리튬(LiOH) 수용액 및 암모니아수(NH₄OH) 등을 재사용할 수 있도록 재생처리하는 방법을 구체적으로 상술하면 아래와 같다.

즉, 1가 알칼리 수용액과 CO₂와 SO₂ 및 NO₂가 반응하여 생성된 무기염을 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물과 반응함으로써 상기 반응액인 1가 알칼리 수용액을 재생하는 반응은 아래와 같다.

<무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응>

먼저 NaOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 37내지 화학식 40 과 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 수산화나트륨 수용액과 반응하여 무기염인 NaHSO₃, Na₂SO₃, NaHSO₄ 및 Na₂SO₄ 를 생성한다.

(화학식 37) NaHSO₃ + CaO → NaOH + CaSO₃

(화학식 38) Na₂SO₃ + CaO + H₂O → 2NaOH + CaSO₃

(화학식 39) NaHSO₄ + CaO → NaOH + CaSO₄

(화학식 40) Na₂SO₄ + CaO + H₂O → 2NaOH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 NaHSO₃, Na₂SO₃, NaHSO₄ 및 Na₂SO₄ 는 상기 화학식 37 내지 화학식 40과 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄를 생성한다.

그리고, KOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 41내지 화학식 44와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 수산화칼륨 수용액과 반응하여 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 를 생성한다.

(화학식 41) KHSO₃ + CaO → KOH + CaSO₃

(화학식 42) K₂SO₃ + CaO + H₂O → 2KOH + CaSO₃

(화학식 43) KHSO₄ + CaO→ KOH + CaSO₄

(화학식 44) K₂SO₄ + CaO + H₂O → 2KOH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 는 상기 화학식 41 내지 화학식 44와 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄를 생성한다.

그리고, LiOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 45내지 화학식 47과 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 수산화라튬 수용액과 반응하여 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 를 생성한다.

(화학식 45) LiHSO₃ + CaO → LiOH + CaSO₃

(화학식 46) Li₂SO₃ + CaO + H₂O → 2LiOH + CaSO₃

(화학식 47) LiHSO₄+ CaO → LiOH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 은 상기 화학식 45 내지 화학식 47과 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄를 생성한다

또한 NH₄OH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 48내지 화학식 50과 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 암모니아수와 반응하여 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, 및 NH₄HSO₄ 를 생성한다.

(화학식 48) NH₄HSO₃ + CaO → NH₄OH + CaSO₃

(화학식 49) (NH₄)₂SO₃ + CaO + H₂O → 2NH₄OH + CaSO₃

(화학식 50) NH₄HSO₄ + CaO → NH₄OH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, 및 NH₄HSO₄ 은 상기 화학식 48 내지 화학식 50과 같이 산화칼슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄를 생성한다

<무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응>

먼저 NaOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 51내지 화학식 54와 같다.

(화학식 51) NaHSO₃ + Ca(OH)₂ → NaOH + CaSO₃ + H₂O

(화학식 52) Na₂SO₃ + Ca(OH)₂→ 2NaOH + CaSO₃

(화학식 53) NaHSO₄ + Ca(OH)₂→ NaOH + CaSO₄ + H₂O

(화학식 54) Na₂SO₄ + Ca(OH)₂→ 2NaOH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 NaHSO₃, Na₂SO₃, NaHSO₄ 및 Na₂SO₄ 는 상기 화학식 51 내지 화학식 54과 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄와 물을 생성한다.

그리고, KOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 55내지 화학식 58과 같다.

즉, 즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 수산화칼륨 수용액과 반응하여 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 를 생성한다.

(화학식 55) KHSO₃ + Ca(OH)₂ → KOH + CaSO₃ + H₂O

(화학식 56) K₂SO₃ + Ca(OH)₂ → 2KOH + CaSO₃

(화학식 57) KHSO₄ + Ca(OH)₂ → KOH + CaSO₄ + H₂O

(화학식 58) K₂SO₄ + Ca(OH)₂ → 2KOH + CaSO₄

이때 생성되는 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 는 상기 화학식 55 내지 화학식 58과 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄와 물을 생성한다.

그리고, LiOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 59내지 화학식 61와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 수산화리튬 수용액과 반응하여 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 를 생성한다.

(화학식 59) LiHSO₃ + Ca(OH)₂ → LiOH + CaSO₄

(화학식 60) Li₂SO₃ + Ca(OH)₂ + H₂O → 2LiOH + CaSO₃

(화학식 61) LiHSO₄+ Ca(OH)₂ → LiOH + CaSO₄ + H₂O

이때 생성되는 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 은 상기 화학식 59 내지 화학식 61과 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄와 물을 생성한다

또한 NH₄OH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 62내지 화학식 64와 같다.

(화학식 62) NH₄HSO₃ + Ca(OH)₂ → NH₄OH + CaSO₃ + H₂O

(화학식 63) (NH₄)₂SO₃ + Ca(OH)₂ → 2NH₄OH + CaSO₃

(화학식 64) NH₄HSO₄ + Ca(OH)₂ → 2NH₄OH + CaSO₄ + H₂O

이때 생성되는 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, 및 NH₄HSO₄ 은 상기 화학식 62 내지 화학식 64와 같이 수산화칼슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 황산염인 CaSO₃ 또는 CaSO₄ 및 물을 생성한다

<무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응>

또한, 1가 알칼리 수용액과 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과 반응하여 상기 1가 알칼리 수용액을 재생하는 방법을 살펴보면, 아래와 같다.

먼저 NaOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 65내지 화학식 68과 같다.

(화학식 65) NaHSO₃ + MgO → NaOH + MgSO₃

(화학식 66) Na₂SO₃ + MgO + H₂O → 2NaOH + MgSO₃

(화학식 67) NaHSO₄ + MgO → NaOH + MgSO₄

(화학식 68) Na₂SO₄ + MgO + H₂O → 2NaOH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 NaHSO₃, Na₂SO₃, NaHSO₄ 및 Na₂SO₄ 는 상기 화학식 65 내지 화학식 68과 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄를 생성한다.

그리고, KOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 69내지 화학식 72와 같다.

(화학식 69) KHSO₃ + MgO → KOH + MgSO₃

(화학식 70) K₂SO₃ + MgO + H₂O → 2KOH + MgSO₃

(화학식 71) KHSO₄ + MgO→ KOH + MgSO₄

(화학식 72) K₂SO₄ + MgO + H₂O → 2KOH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 는 상기 화학식 69 내지 화학식 72와 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄를 생성한다.

그리고, LiOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 73내지 화학식 75와 같다.

(화학식 73) LiHSO₃ + MgO → LiOH + MgSO₃

(화학식 74) Li₂SO₃ + MgO + H₂O → 2LiOH + MgSO₃

(화학식 75) LiHSO₄+ MgO → LiOH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 은 상기 화학식 73 내지 화학식 75와 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는MgSO₄를 생성한다

또한 NH₄OH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 76내지 화학식 78과 같다.

(화학식 76) NH₄HSO₃ + MgO → NH₄OH + MgSO₃

(화학식 77) (NH₄)₂SO₃ + MgO + H₂O → 2NH₄OH + MgSO₃

(화학식 78) NH₄HSO₄ + MgO → NH₄OH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, 및 NH₄HSO₄ 은 상기 화학식 76 내지 화학식 78과 같이 산화마그네슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄ 를 생성한다

<무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과 반응>

그리고 1가 알칼리 수용액과 황산 및 아황산이 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과 반응하여 상기 1가 알칼리 수용액을 재생하는 방법을 살펴보면, 아래와 같다.

먼저 NaOH와 황산 및 아황산이 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 79내지 화학식 82와 같다.

(화학식 79) NaHSO₃ + Mg(OH)₂ → NaOH + MgSO₃ + H₂O

(화학식 80) Na₂SO₃ + Mg(OH)₂→ 2NaOH + MgSO₃

(화학식 81) NaHSO₄ + Mg(OH)₂→ NaOH + MgSO₄ + H₂O

(화학식 82) Na₂SO₄ + Mg(OH)₂→ 2NaOH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 NaHSO₃, Na₂SO₃, NaHSO₄ 및 Na₂SO₄ 는 상기 화학식 79 내지 화학식 82와 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄ 및 물을 생성한다.

그리고, KOH와 황산 및 아황산과 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 83내지 화학식 86과 같다.

(화학식 83) KHSO₃ + Mg(OH)₂ → KOH + MgSO₃ + H₂O

(화학식 84) K₂SO₃ + Mg(OH)₂ → 2KOH + MgSO₃

(화학식 85) KHSO₄ + Mg(OH)₂ → KOH + MgSO₄ + H₂O

(화학식 86) K₂SO₄ + Mg(OH)₂ → 2KOH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 KHSO₃, K₂SO₃, KHSO₄ 및 K₂SO₄ 는 상기 화학식 83 내지 화학식 86과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄ 및 물을 생성한다.

그리고, LiOH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 87내지 화학식 89와 같다.

(화학식 87) LiHSO₃ + Mg(OH)₂ → LiOH + MgSO₄

(화학식 88) Li₂SO₃ + Mg(OH)₂ + H₂O → 2LiOH + MgSO₃

(화학식 89) LiHSO₄+ Mg(OH)₂ → LiOH + MgSO₄ + H₂O

이때 생성되는 무기염인 LiHSO₃, Li₂SO₃, 및 LiHSO₄ 은 상기 화학식 87 내지 화학식 89와 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄ 및 물을 생성한다

또한 NH₄OH와 SO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 90내지 화학식 93과 같다.

즉, 배기가스에 포함된 SO₂와 물이 반응하여 생성되는 황산과 아황산은 암모니아수와 반응하여 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, NH₄HSO₄ 및 (NH₄)₂SO₄ 를 생성한다.

(화학식 90) NH₄HSO₃ + Mg(OH)₂ → NH₄OH + MgSO₃ + H₂O

(화학식 91) (NH₄)₂SO₃ + Mg(OH)₂ → 2NH₄OH + MgSO₃

(화학식 92) NH₄HSO₄ + Mg(OH)₂ → 2NH₄OH + MgSO₄ + H₂O

(화학식 93) (NH₄)₂SO₄ + Mg(OH)₂ → 2NH₄OH + MgSO₄

이때 생성되는 무기염인 NH₄HSO₃, (NH₄)₂SO₃, NH₄HSO₄ 및 (NH₄)₂SO₄ 은 상기 화학식 90 내지 화학식 93과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 황산염인 MgSO₃ 또는 MgSO₄ 및 물을 생성한다.

<무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응>

또한 본 발명에 따른 1가 알칼리 수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과 반응하여 상기 1가 알칼리 수용액을 재생하는 방법을 살펴보면, 아래와 같다.

먼저 NaOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 94내지 화학식 95와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 CO₂와 물이 반응하여 생성되는 탄산(H₂SO₃)은 수산화나트륨 수용액과 반응하여 무기염인 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 또는 탄산나트륨(Na₂CO₃) 을 생성한다.

(화학식 94) NaHCO₃ + CaO → NaOH + CaCO₃

(화학식 95) Na₂CO₃ + CaO + H₂O → 2NaOH + CaCO₃

이때 생성되는 무기염인 탄산수소나트륨(NaHCO₃) 또는 탄산나트륨(Na₂CO₃)은 상기 화학식 94 내지 화학식 95와 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 를 생성한다.

그리고, KOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 96내지 화학식 99와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 CO₂와 물이 반응하여 생성되는 탄산(H₂CO₃)은 수산화칼륨 수용액과 반응하여 무기염인 KHCO₃, K₂CO₃, KHCO₄ 및 K₂CO₄ 를 생성한다.

(화학식 96) KHCO₃ + CaO → KOH + CaCO₃

(화학식 97) K₂CO₃ + CaO + H₂O → 2KOH + CaCO₃

(화학식 98) KHCO₄ + CaO → KOH + CaCO₄

(화학식 99) K₂CO₄ + CaO + H₂O → 2KOH + CaCO₄

이때 생성되는 무기염인 KHCO₃, K₂CO₃, KHCO₄ 및 K₂CO₄ 는 상기 화학식 96 내지 화학식 99와 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 를 생성한다. 이때 상기 화학식 89 및 화학식 91과 같이 물이 필요할 수도 있다.

그리고, LiOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 100내지 화학식 94와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 CO₂와 물이 반응하여 생성되는 탄산(H₂CO₃)은 수산화리튬 수용액과 반응하여 무기염인 LiHCO₃, Li₂CO₃, 및 LiHCO₄ 를 생성한다.

(화학식 100) LiHCO₃ + CaO → LiOH + CaCO₃

(화학식 101) Li₂CO₃ + CaO + H₂O → 2LiOH + CaCO₃

(화학식 102) LiHCO₄+ CaO → LiOH + CaCO₄

이때 생성되는 무기염인 LiHCO₃, Li₂CO₃, 및 LiHCO₄ 는 상기 화학식 100 내지 화학식 102와 같이 산화칼슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는CaCO₄ 를 생성한다

또한 NH₄OH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 103내지 화학식 105와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 CO₂와 물이 반응하여 생성되는 탄산(H₂CO₃)은 암모니아수와 반응하여 무기염인 NH₄HCO₃, (NH₄)₂CO₃, 및 NH₄HCO₄ 를 생성한다.

(화학식 103) NH₄HCO₃ + CaO → NH₄OH + CaCO₃

(화학식 104) (NH₄)₂CO₃ + CaO + H₂O → 2NH₄OH + CaCO₃

(화학식 105) NH₄HCO₄ + CaO → NH₄OH + CaCO₄

이때 생성되는 무기염인 NH₄HCO₃, (NH₄)₂CO₃, 및 NH₄HCO₄ 는 상기 화학식 103 내지 화학식 105와 같이 산화칼슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 를 생성한다

<무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응>

또한 본 발명에 따른 1가 알칼리 수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과 반응하여 상기 1가 알칼리 수용액을 재생하는 방법을 살펴보면, 아래와 같다.

먼저 NaOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NaOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 106내지 화학식 109와 같다.

즉, 배기가스에 포함된 CO₂와 물이 반응하여 생성되는 탄산(H₂SO₃)은 수산화나트륨 수용액과 반응하여 무기염인 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 아황산수소나트륨(NaHCO₄) 및 과탄산나트륨(Na₂CO₄) 을 생성한다.

(화학식 106) NaHCO₃ + Ca(OH)₂ → NaOH + CaCO₃ + H₂O

(화학식 107) Na₂CO₃ + Ca(OH)₂→ 2NaOH + CaCO₃

(화학식 108) NaHCO₄ + Ca(OH)₂→ NaOH + CaCO₄ + H₂O

(화학식 109) Na₂CO₄ + Ca(OH)₂→ 2NaOH + CaCO₄

이때 생성되는 무기염인 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산나트륨(Na₂CO₃), 아황산수소나트륨(NaHCO₄) 및 과탄산나트륨(Na₂CO₄)은 상기 화학식 106 내지 화학식 109와 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 및 물을 생성한다.

그리고, KOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 KOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 110내지 화학식 113과 같다.

(화학식 110) KHCO₃ + Ca(OH)₂ → KOH + CaCO₃ + H₂O

(화학식 111) K₂CO₃ + Ca(OH)₂ → 2KOH + CaCO₃

(화학식 112) KHCO₄ + Ca(OH)₂ → KOH + CaCO₄ + H₂O

(화학식 113) K₂CO₄ + Ca(OH)₂ → 2KOH + CaCO₄

이때 생성되는 무기염인 KHCO₃, K₂CO₃, KHCO₄ 및 K₂CO₄ 는 상기 화학식 110 내지 화학식 113과 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 와 물을 생성한다.

그리고, LiOH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 LiOH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 114내지 화학식 116과 같다.

(화학식 114) LiHCO₃ + Ca(OH)₂ → LiOH + CaCO₄

(화학식 115) Li₂CO₃ + Ca(OH)₂ + H₂O → 2LiOH + CaCO₃

(화학식 116) LiHCO₄+ Ca(OH)₂ → LiOH + CaCO₄ + H₂O

이때 생성되는 무기염인 LiHCO₃, Li₂CO₃, 및 LiHCO₄ 는 상기 화학식 114 내지 화학식 116과 같이 수산화칼슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 와 물을 생성한다

또한 NH₄OH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속수산화물인 수산화칼슘과의 반응을 통해 상기 NH₄OH를 재생하는 방법은 아래의 화학식 117내지 화학식 119와 같다.

(화학식 117) NH₄HCO₃ + Ca(OH)₂ → NH₄OH + CaCO₃ + H₂O

(화학식 118) (NH₄)₂CO₃ + Ca(OH)₂ → 2NH₄OH + CaCO₃

(화학식 119) NH₄HCO₄ + Ca(OH)₂ → 2NH₄OH + CaCO₄ + H₂O

이때 생성되는 무기염인 NH₄HCO₃, (NH₄)₂CO₃, 및 NH₄HCO₄ 는 상기 화학식 117 내지 화학식 119과 같이 수산화칼슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 탄산염인 CaCO₃ 또는 CaCO₄ 와 물을 생성한다.

<무기염과 2가 금속산화물인 산화마그네슘과의 반응>

또한, 본 발명에 따르면, 반응액인 NaOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 NaOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 120 내지 화학식 122와 같다.

(화학식 120) NaHCO₃ + MgO → NaOH + MgCO₃

(화학식 121) Na₂CO₃ + MgO + H₂O → 2NaOH + MgCO₄

(화학식 122) NaHCO₄ + MgO → NaOH + MgCO₄

상기 무기염인 NaHCO₃ 와Na₂CO₃및NaHCO₄ 는상기 화학식 120 내지 화학식 122와 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다_.

그리고, 반응액인 KOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 KOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 123 내지 화학식 126과 같다.

(화학식 123) KHCO₃ + MgO → KOH + MgCO₃

(화학식 124) K₂CO₃ + MgO + H₂O → 2KOH + MgCO₃

(화학식 125) KHCO₄ + MgO→ KOH + MgCO₄

(화학식 126) K₂CO₄ + MgO + H₂O → 2KOH + MgCO₄

상기 무기염인 KHCO₃,K₂CO₃,KHCO₄ 및K₂CO₄ 는상기 화학식 123 내지 화학식 126과 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다_.

그리고, 반응액인 LiOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 LiOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 127 내지 화학식 129와 같다.

(화학식 127) LiHCO₃ + MgO → LiOH + MgCO₃

(화학식 128) Li₂CO₃ + MgO + H₂O → 2LiOH + MgCO₃

(화학식 129) LiHCO₄ + MgO → LiOH + MgCO₄

상기 무기염인 LiHCO₃ 와Li₂CO₃ 및 LiHCO₄ 은 상기 화학식 127 내지 화학식 129와 같이 산화마그네슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다

그리고, 반응액인 NH₄OH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 산화물인 산화마그네슘과의 반응을 통해 NH₄OH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 130 내지 화학식 132와 같다.

(화학식 130) NH₄HCO₃ + MgO → NH₄OH + MgCO₃

(화학식 131) (NH₄)₂CO₃ + MgO + H₂O → 2NH₄OH + MgCO₃

(화학식 132) NH₄HCO₄ + MgO → NH₄OH + MgCO₄

상기 무기염인 NH₄HCO₃ 와(NH₄)₂CO₃ 및NH₄HCO₄ 은상기 화학식 130 내지 화학식 132와 같이 산화마그네슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다

<무기염과 2가 금속수산화물인 수산화마그네슘과의 반응>

또한, 본 발명에 따르면, 반응액인 NaOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 NaOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 133 내지 화학식 136과 같다.

(화학식 133) NaHCO₃ + Mg(OH)₂ → NaOH + MgCO₃ + H₂O

(화학식 134) Na₂CO₃ + Mg(OH)₂→ 2NaOH + MgCO₃

(화학식 135) NaHCO₄ + Mg(OH)₂→ NaOH + MgCO₄ + H₂O

(화학식 136) Na₂CO₄ + Mg(OH)₂→ 2NaOH + MgCO₄

상기 무기염인 NaHCO₃,Na₂CO₃,NaHCO₄ 및Na₂CO₄ 은상기 화학식 133 내지 화학식 136과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화나트륨을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다

또한, 본 발명에 따르면 반응액인 KOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 KOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 137 내지 화학식 140과 같다.

(화학식 137) KHCO₃ + Mg(OH)₂ → KOH + MgCO₃ + H₂O

(화학식 138) K₂CO₃ + Mg(OH)₂ → 2KOH + MgCO₃

(화학식 139) KHCO₄ + Mg(OH)₂ → KOH + MgCO₄ + H₂O

(화학식 140) K₂CO₄ + Mg(OH)₂ → 2KOH + MgCO₄

상기 무기염인 KHCO₃, K₂CO₃, KHCO₄ 및 K₂CO₄ 은상기 화학식 137 내지 화학식 140과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화칼륨을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄를 생성한다

또한, 반응액인 LiOH수용액과 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 LiOH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 141 내지 화학식 143과 같다.

(화학식 141) LiHCO₃ + Mg(OH)₂ → LiOH + MgCO₄

(화학식 142) Li₂CO₃ + Mg(OH)₂ + H₂O → 2LiOH + MgCO₃

(화학식 143) LiHCO₄ + Mg(OH)₂ → LiOH + MgCO₄ + H₂O

상기 무기염인 LiHCO₃,Li₂CO₃ 및LiHCO₄ 은상기 화학식 141 내지 화학식 143과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 수산화리튬을 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄ 를 생성한다

반응액인 NH₄OH와 CO₂가 반응하여 생성된 무기염과 2가 금속 수산화물인 수산화마그네슘과의 반응을 통해 NH₄OH를 재생하는 반응은 아래의 화학식 144 내지 화학식 146과 같다.

(화학식 144) NH₄HCO₃ + Mg(OH)₂ → NH₄OH + MgCO₃ + H₂O

(화학식 145) (NH₄)₂CO₃ + Mg(OH)₂ → 2NH₄OH + MgCO₃

(화학식 146) NH₄HCO₄ + Mg(OH)₂ → 2NH₄OH + MgCO₄ + H₂O

상기 무기염인 NH₄HCO₃,(NH₄)₂CO₃ 및NH₄HCO₄ 은상기 화학식 144 내지 화학식 146과 같이 수산화마그네슘과 반응하여 암모니아수를 재생하면서 탄산염인 MgCO₃또는MgCO₄를 생성한다

상기와 같이 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 이용하여 반응액인 수산화나트륨 수용액, 수산화칼륨 수용액, 수산화리튬 수용액 및 암모니아수를 재생하는 방법에 대하여 알아보았다.

상기와 같이 CO₂와 SO₂ 및 NO₂와 반응액이 반응하여 생성되는 무기염과, 상기 무기염과 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물이 반응하여 상기 반응액을 재생하면서 탄산염, 황산염 또는 질산염 등이 생성된다. 상기와 같은 탄산염, 황산염 또는 질산염 등은 무해한 물질로서 선박에 고형화하여 저장한 후 육지에 도착한 후 이를 용이하게 처리할 수 있다.

본 발명에 따른 배기가스 정화시스템(100)에 의하면, 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질을 포집하여 고형화함으로써 저장 및 육상으로의 이송이 편리해지고, 상기 오염물질을 흡수하기 위한 습식스크러버(110)에서 사용되는 반응액을 선박에서 자체적으로 재생하여 재사용함으로써, 상기 반응액의 소요량을 감축시킬 수 있어 선박 배기가스의 정화비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 이에 따라 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질을 흡수함으로써 IMO 배기가스 배출규제를 충족시키고, 해양 환경 오염에 영향을 줄 수 있는 물질의 유출을 최소화할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실험예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실험예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하고, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

110 : 습식스크러버
100 : 배기가스 정화시스템
120 : 순환탱크
130 : 혼합탱크
135 : 임펠러

Claims

배기가스 발생장치에서 발생되는 배기가스를 반응액과 반응시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 무기염으로 전환하는 습식스크러버(110);
상기 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 내부로 유입되는 유입구(115)와 상기 배기가스가 상기 습식스크러버(110)의 외부로 배출되는 배출구(112);
상기 배기가스와 반응하는 반응액을 제조하고, 이를 상기 습식스크러버(110)에 공급하는 순환탱크(120),
상기 유입구(115)를 통해 유입된 배기가스에 포함된 오염물질과 상기 반응액을 반응시켜 생성되는 무기염을 이송하기 위한 이송펌프(123),
상기 습식스크러버(110)로부터 이송된 무기염과 2가 금속 산화물 또는 2가 금속 수산화물을 반응시켜 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액이 혼합된 슬러지를 생성하는 임펠러(135)가 설치된 혼합탱크(130),
상기 혼합탱크(130)로부터 슬러지를 고액분리장치(150)로 이송하는 슬러지펌프(131),
상기 혼합탱크(130)로부터 이송된 슬러지로부터 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액을 분리하는 고액분리장치(150);
상기 고액분리장치(150)에서 분리된 반응액을 저장하는 제 1 저장탱크(151);
상기 고액분리장치(150)에서 분리된 탄산염과 황산염 및 질산염을 저장하는 제 2 저장탱크(160);
2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물을 공급하는 제 3 저장탱크(140); 및
상기 제 1 저장탱크(151)에 저장된 반응액을 필요 시에 순환탱크(120)로 이송하는 이송펌프(152);를 포함하는 배기가스의 정화장치(100)
선체; 및
상기 선체에 구비되는 청구항 1의 배기가스의 정화장치(100)를 포함하는 선박.
ⅰ) 선박에서 배출되는 배기가스에 포함된 이산화탄소와 물이 반응하여 탄산(H₂CO₃)을 생성하는 제 1 단계;
ⅱ) 상기 배기가스에 포함된 이산화황과 물이 반응하여 아황산(H₂SO₃)과 황산(H₂SO₄)을 생성하는 제 2 단계;
ⅲ) 상기 배기가스에 포함된 이산화질소와 물이 반응하여 아질산(HNO₂)과 질산(HNO₃)을 생성하는 제 3 단계;
ⅳ) 상기 제 1 단계에서 생성된 탄산(H₂CO₃)과 제 2 단계에서 생성된 아황산(H₂SO₃)과 황산(H₂SO₄) 및 제 3 단계에서 생성된 아질산(HNO₂)과 질산(HNO₃)과 반응액이 반응하여 무기염을 생성하는 제 4 단계;
ⅴ) 상기 제 4 단계에서 생성된 무기염과 2가 금속 산화물 또는 2가 금속 수산화물이 반응하여 탄산염과 황산염 및 질산염을 생성하면서 상기 반응액을 재생하는 제 5 단계;
ⅵ) 상기 탄산염과 황산염 및 질산염과 재생된 반응액을 분리하는 제 6 단계;
ⅶ) 상기 제 6 단계에서 분리된 반응액을 제 4 단계에서 재사용하는 제 7 단계를 포함하는 배기가스의 정화방법
청구항 3에 있어서,
상기 반응액은 1가 알카리 수용액인 것을 특징으로 하는 배기가스의 정화방법
청구항 4에 있어서,
상기 1가 알카리 수용액은 수산화리튬(LiOH) 수용액, 수산화나트륨(NaOH) 수용액, 수산화칼륨(KOH) 수용액 또는 암모니아수(NH₄OH) 인 것을 특징으로 하는 배기가스의 정화방법
청구항 4에 있어서,
상기 1가 알카리 수용액은 순수 또는 해수를 사용하여 제조하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 정화방법.
청구항 3에 있어서,
상기 2가 금속산화물은 산화칼슘 또는 산화마그네슘이며, 상기 2가 금속수산화물은 수산화칼슘 또는 수산화마그네슘인 것을 특징으로 하는 배기가스의 정화방법.
청구항 3에 있어서. ,
상기 2가 금속산화물 또는 2가 금속수산화물은 분말, 수용액 또는 슬러지 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 배기가스의 정화방법.