KR102530277B1 - 온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 - Google Patents
온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102530277B1 KR102530277B1 KR1020220132758A KR20220132758A KR102530277B1 KR 102530277 B1 KR102530277 B1 KR 102530277B1 KR 1020220132758 A KR1020220132758 A KR 1020220132758A KR 20220132758 A KR20220132758 A KR 20220132758A KR 102530277 B1 KR102530277 B1 KR 102530277B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- exhaust gas
- carbon dioxide
- ccu
- supplied
- hybrid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 170
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 139
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 85
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 81
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 44
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 39
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 39
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 24
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 8
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 claims description 37
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 35
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 35
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 18
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 11
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims description 10
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 9
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 6
- 239000003595 mist Substances 0.000 claims description 6
- 229910001748 carbonate mineral Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 abstract description 2
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 4
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000003225 biodiesel Substances 0.000 description 3
- 239000002551 biofuel Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 2
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 2
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 2
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000005015 poly(hydroxybutyrate) Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 description 1
- 241001474374 Blennius Species 0.000 description 1
- 240000002791 Brassica napus Species 0.000 description 1
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N Calcium cation Chemical compound [Ca+2] BHPQYMZQTOCNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N Calcium oxide Chemical compound [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000195585 Chlamydomonas Species 0.000 description 1
- 241000195649 Chlorella <Chlorellales> Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241000206672 Gelidium Species 0.000 description 1
- 244000068988 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 241001261506 Undaria pinnatifida Species 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 235000010419 agar Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001222 biopolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000037396 body weight Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 235000013376 functional food Nutrition 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052806 inorganic carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 150000002632 lipids Chemical class 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
- C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
- C12M47/12—Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
본 발명은 이산화탄소(CO2)가 포함되고, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 배가스가 수용되는 배가스 공급장치, 내부에 수용된 미세조류를 이용하여 배가스 공급장치로부터 공급되는 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 일부를 바이오매스화함에 따라 미세조류 바이오매스를 획득하는 생물전환장치, 생물전환장치로부터 공급되는 배가스에 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부가 포함되고 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함되는 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분을 제거하고 제1 배가스를 냉각시키는 배가스 최적화장치, 배가스 최적화장치를 통해 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분이 제거된 제2 배가스가 수용되는 버퍼탱크, 배가스 최적화장치로부터 공급되는 제2 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축하여 포집하는 포집장치, 포집장치의 동작을 제어하는 제어장치 및 포집장치로부터 공급되는 농축된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 내부에 수용된 천연광물 또는 산업부산물과 반응시키는 광물전환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 제공한다.
Description
본 발명은 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이산화탄소를 효과적으로 저감시키면서 유용자원으로 광물화시키는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 관한 것이다.
이산화탄소 증가에 따른 지구 온난화 현상이 가속화됨에 따라 이산화탄소 감축을 위해 이산화탄소 포집 및 저장기술 (CCS, Carbon Capture & Sequestration) 개발이 전 세계적으로 활발히 진행 중에 있다. CCS 기술은 화력발전소를 비롯한 다양한 탄소 배출원에서 방출되는 다량의 이산화탄소를 고농도로 포집한 후 지중이나 해저에 주입하여 대기로부터 격리시키는 방법이다. 이러한 CCS 기술은 단기간에 대량의 이산화탄소를 저감시키는 효과가 있으나, 안정적인 저장 문제, 위치 선정 및 높은 설치비용 등은 국내에서 실질적인 CCS의 현실화를 막는 장애요인이다. 따라서 CCS 기술과 달리 이산화탄소를 저장이 아닌 산업적 용도로 직접 활용하거나 부가가치가 높은 물질로 전환하는 CCU (Carbon Capture & Utilization)가 각광을 받고 있고, 국내에서도 이산화탄소를 다양한 고부가 물질로 전환하는 공정 개발이 시도되고 있다. 그 중에서도 특히, 이산화탄소를 광물의 형태로 저장하는 광물화(Mineralization)과 미세조류를 활용한 생물학적 전환 공정은 각각의 공정의 장·단점을 상호 보완함으로써 이산화탄소 감축 효과를 증대시키고, 동시에 바이오연료, 바이오플라스틱, 의약품 등의 고부가 물질 생산이 가능하여 고수익 창출이 가능한 경제적인 공정 개발이 가능하다.
광물화는 화학반응을 통해 이산화탄소를 고체 무기물 탄산염으로 전환하는 방법이다. 자연에 존재하는 규산염암 또는 산업 부산물 등에 포함된 칼슘 산화물(CaO), 마그네슘 산화물(MgO) 등의 금속이온을 활용하여 탄산마그네슘 (MgCO3), 탄산칼슘(CaCO3) 또는 중탄산나트륨(NaHCO3)의 탄산염을 생성하여 전환하는 하는 방법이다. 이러한 광물화 반응은 발열반응으로 자연에서도 자연적으로 발생하는 것으로부터 착안한 방법으로 광물화된 이산화탄소는 장기간 안정된 상태로 유지될 수 있으며, 잠재적인 이산화탄소 누출에 대한 우려 없이 시멘트, 건축자재, 탄광매립 또는 경제적으로 유용한 탄산염을 생산할 수 있다.
광물화는 크게 직접적인 방식과 간접적인 방식으로 나눌 수 있고, 직접적인 방식은 칼슘 또는 마그네슘 성분이 높은 광물에 CO2를 직접 반응시켜 탄산화시키는 방법이다. 이러한 방법은 공정은 간단하지만 생성물의 순도가 낮고, 고체에 직접적으로 반응시켜야 하기 때문에 고온/고압의 조건에서 반응시켜야 하며 고순도의 이산화탄소가 요구되어 경제적인 공정 구축이 어려워 대규모로 상용화시키기 어렵다. 이와 달리 간접적인 방식은 이산화탄소를 액화시켜 용액 내에서 칼슘 이온 (Ca2+), 마그네슘이온 (Mg2+), 나트륨 이온(Na2+)을 넣어 탄산염을 생성하는 방식으로 직접적인 방식에 비해 추가적인 공정이 필요하지만, 반응속도가 빠르고, 생성물의 순도가 높은 특징이 있다. 이산화탄소의 광물화는 대량의 이산화탄소를 빠르고 쉽게 처리할 수 있으며, 열역학적으로 안정화된 탄산염의 형태로 장기간 보존할 수 있어 안정적인 이산화탄소 저장의 장점을 가지고 있다. 하지만 광물화를 통한 고부가 물질 생산이 어려워 공정의 경제성을 맞추기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 광물전환 공정의 효율화와 미세조류를 활용한 생물학적 전환 공정과의 융합이 요구된다.
조류(algae)는 육상식물을 제외하고, 이산화탄소와 태양광을 활용하여 광합성을 통한 성장이 가능한 광합성 생물의 통칭으로, 5 μm 크기의 클라미도모나스 (Chlamydomonas), 클로렐라 (Chlorella)와 같은 미세조류(microalgae)에서부터 미역, 우뭇가사리와 같은 거대조류 (macroalgae)로 나눌 수 있다. 특히 미세조류는 이산화탄소를 광합성을 통해 바이오연료, 바이오폴리머, 의약품 등 고부가가치 물질로 전환이 가능하고, 수송용 석유를 대체 할 수 있는 차세대 생물자원으로 각광을 받고 있다. 또한 미세조류 기반의 바이오디젤은 경유와 비교하여 세탄가, 열량, 점도 및 상변화 특성이 유사하여 경유와 혼합하여 사용하면 특정 개조 없이 쉽게 보급이 가능하다. 또한, 1톤의 바이오디젤을 미세조류를 통해 생산하면 2.2-2.8톤의 이산화탄소 감축 효과가 있어 세계 및 국내 신·재생 에너지혼합의무화 (RFS, Renewable Fuel Standard) 제도와도 부합하여 청정 에너지원을 생산 가능하다. 미세조류는 식물에 비해 성장속도가 빠르고, 1세대 바이오연료인 콩, 옥수수, 유채씨 등에 비하여 단위면적당 바이오매스 생산성이 20-100배 이상 높은 특징을 가지고, 해상이나 황무지를 통해 대량 배양이 가능하며, 하수, 해수 폐수 등 다양한 수자원을 활용할 수 있다. 특히, 화력발전소와 같은 탄소 배출원에서 나오는 연소 배기가스를 직접적으로 세포 배양에 활용할 수 있다는 장점이 있어 이산화탄소 저감을 위한 공정 개발이 전세계적으로 수행 중에 있다.
상기한 미세조류를 이용한 종래기술은 공급되는 양의 최대 10% 내지 20%만 바이오매스화시킬 수 있어 이산화탄소를 감축시키는 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 이산화탄소를 보다 효율적으로 전환하면서도 광물화를 수행할 수 있는 연구개발이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 공개특허공보 제10-2018-0000427호(2018.01.03.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 이산화탄소의 일부를 이용하여 생물전환장치가 미세조류를 배양하면서 이산화탄소의 일부를 저감시키고, 배가스 최적화장치가 제1 배가스를 냉각시킴과 동시에 제1 배가스에 포함된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 제거하며, 포집장치가 광물전환장치로 이산화탄소의 나머지 일부의 농도를 선택적으로 조절하여 공급함으로써 광물전환장치가 탄산염 광물 및 중탄산나트륨을 생산하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 이산화탄소(CO2)가 포함되고, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 배가스가 수용되는 배가스 공급장치; 내부에 수용된 미세조류를 이용하여 상기 배가스 공급장치로부터 공급되는 상기 배가스에 포함된 상기 이산화탄소(CO2) 중 일부를 바이오매스화함에 따라 미세조류 바이오매스를 획득하는 생물전환장치; 상기 생물전환장치로부터 공급되는 상기 배가스에 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부가 포함되고 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함되는 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분을 제거하고 상기 제1 배가스를 냉각시키는 배가스 최적화장치; 상기 배가스 최적화장치를 통해 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분이 제거된 제2 배가스가 수용되는 버퍼탱크; 상기 배가스 최적화장치로부터 공급되는 상기 제2 배가스에 포함된 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축하여 포집하는 포집장치; 상기 포집장치의 동작을 제어하는 제어장치; 및 상기 포집장치로부터 공급되는 상기 농축된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 내부에 수용된 천연광물 또는 산업부산물과 반응시키는 광물전환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배가스 최적화장치는, 상기 제1 배가스를 냉각시키기 위한 냉각매체가 수용되는 칠러; 및 상기 칠러로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 제1 배가스를 냉각시킴과 동시에 상기 냉각된 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx)를 제거하는 스크러버를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 칠러는 상기 제1 배가스를 70℃에서 40℃로 냉각시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스크러버는, 상기 생물전환장치로부터 공급되는 상기 제1 배가스가 수용되는 스크러버 하우징; 상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 적어도 일부가 상기 스크러버 하우징의 외부로 노출되어 상기 칠러와 연통하며 상기 칠러로부터 공급되는 냉각매체가 순환됨에 따라 상기 제1 배가스를 냉각시키는 쿨링 튜브; 상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 상기 쿨링 튜브의 상부에 위치하여 상기 냉각된 제1 배가스에 포함된 미스트(mist) 및 더스트(dust)를 분리 및 제거하는 데미스터; 상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 상기 데미스터의 상부에 위치하여 상기 미스트(mist) 및 더스트(dust)가 분리 및 제거된 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx)을 제거하는 필터; 및 상기 필터와 인접하도록 상기 스크러버 하우징의 상부 타측과 연통하고, 상기 필터를 통과한 제1 배가스를 상기 포집장치로 이송시키는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 포집장치는, 상기 버퍼탱크로부터 공급되는 상기 제2 배가스에 포함된 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 포집하는 제1 기체분리막, 제2 기체분리막 및 제3 기체분리막을 포함하는 3단 기체분리막; 상기 제1 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제1 농도조절밸브; 상기 제2 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제2 농도조절밸브; 및 상기 제3 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제3 농도조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 농도조절밸브가 개방되고 상기 제2, 3 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제1 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 10% 내지 30%인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 농도조절밸브가 개방되고 상기 제1, 3 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제2 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 60% 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제3 농도조절밸브가 개방되고 상기 제1, 2 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제3 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 80% 미만인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제어장치는 상기 제1 내지 제3 농도조절밸브와 전기적으로 연결되어 상기 제1 내지 제3 농도조절밸브 중 어느 하나의 동작을 제어함에 따라 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 천연광물은 알칼리수 또는 알칼리토금속을 포함하고, 상기 산업부산물은 산업체에서 배출되는 무기계 순환자원이며, 상기 광물전환 장치는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부와 상기 천연광물 및 상기 산업부산물 중 적어도 어느 하나를 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 및 중탄산나트륨(NaHCO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 탄산염 광물로 전환시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 이산화탄소의 일부를 이용하여 생물전환장치가 미세조류를 배양하면서 이산화탄소의 일부를 저감시키고, 배가스 최적화장치가 제1 배가스를 냉각시킴과 동시에 제1 배가스에 포함된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 제거하며, 포집장치가 광물전환장치로 이산화탄소의 나머지 일부의 농도를 선택적으로 조절하여 공급함으로써 광물전환장치가 탄산염 광물 및 중탄산나트륨을 생산함에 따라 에너지효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 생물전환장치를 이용하여 미세조류 바이오매스를 획득하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 배가스 최적화장치를 나타낸 일 방향에서의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 광물전환장치가 중탄산나트륨을 생산하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 생물전환장치를 이용하여 미세조류 바이오매스를 획득하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 배가스 최적화장치를 나타낸 일 방향에서의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 광물전환장치가 중탄산나트륨을 생산하는 것을 나타낸 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 나타낸 공정도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템(100)은 배가스 공급장치(110), 생물전환장치(120), 버퍼탱크(140), 배가스 최적화장치(130), 포집장치(150), 제어장치(160) 및 광물전환 장치(170)를 포함한다.
배가스 공급장치(110)는 이산화탄소(CO2)를 포함하고, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 배가스가 수용된다.
구체적으로 배가스는 산업체에서 각종 시설이나 설비가 운용된 후 배출되는 환경에너지사업소 배가스로서, 활용 가치가 떨어지는 부산물이다.
그러나, 본 발명에서는 상기한 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 이용하여 미세조류를 배양하고, 배양 과정에서 이산화탄소를 제거하며, 미세조류 바이오매스를 획득할 수 있다.
상기한 배가스 공급장치(110)는 생물전환장치(120)로 공급한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 생물전환장치를 이용하여 미세조류 바이오매스를 획득하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 생물전환장치(120)는 혼합유 차량이 주행하거나 산업체의 시설을 운용할 시 배출되는 다수의 이산화탄소를 이용하여 미세조류를 배양하고, 이 과정에서 미세조류의 광합성에 의해 다수의 이산화탄소가 저감된다.
참고적으로 생물전환장치(120)의 연간 1ton 이산화탄소 처리를 위한 배양시설 규모는 아래와 같다.
1,000kg(이산화탄소) / 432kg (이산화탄소)/ton PER=2.3 ton PBR
또한, 1 ton PBR*의 연간 이산화탄소 고정량은 아래와 같다.
0.8 kg(바이오매스) / ton PBR / d / 300d
1.8kg(이산화탄소)/kg(바이오매스)=432 kg(이산화탄소)
*1 ton PBR working volume=1,000L
여기서, 0.8 kg(바이오매스) / ton PBR / d는 1톤 PBR 일일 바이오매스 생산량을 의미하고, 300d는 운전일수를 의미하며, 1.8kg(이산화탄소)/kg(바이오매스)=432 kg(이산화탄소)는 바이오매스 대비 이산화탄소의 고정비율을 나타낸다.
물론, 일반적으로 미세조류의 광합성에 의한 광합성 효율은 낮기 때문에 저감되는 이산화탄소의 양도 적다.
이에 따라 본 발명에서는 생물전환장치(120) 이외에 다수의 이산화탄소를 저감시키기 위한 포집장치(150)가 더 구비된다.
상기한 생물전환장치(120)는 연료(석탄 대체 고체 연료, 바이오디젤, 바이오가스 등), 소재(플라스틱 필러, PHB(Poly-hydroxybutyrate) 등), 고부가 식품 및 사료(건강기능식품, 단백질 고함량 사료 등), 생리 활성 물질(항산화색소, 고부가오일 등) 등 고부가가치 항산화 물질로 추출할 수 있다.
이를 위해 생물전환장치(120)에 있는 미세조류는 지구 상에 존재하는 50% 이상의 산소를 생산하는 단세포 수생생물로서, 빠른 생장속도로 지질, 단백질 등을 생산한다.
특히, 미세조류를 광배양하는 이유는 우수한 성장성(옥수수의 8배), 높은 이산화탄소 고정률(빛에너지 활용, 미세조류의 몸무게에 2배를 흡수), 윤리적 문제로부터 자유(vs 1세대 바이오매스-곡물), 생산물질의 다양성(vs 2세대 바이오매스-목질계) 등의 우수한 성능 때문이다.
도 3을 참조하면, 생물전환장치(120)는 내부에 수용된 미세조류를 이용하여 배가스 공급장치(110)로부터 공급되는 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 일부를 바이오매스화함에 따라 미세조류 바이오매스를 획득한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 배가스 최적화장치를 나타낸 일 방향에서의 측면도이다.
도 4를 참조하면, 배가스 최적화장치(130)는 생물전환장치(120)로부터 공급되는 배가스에 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부가 포함되고 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나가 포함되는 제1 배가스 중 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분을 제거하고 제1 배가스를 냉각시킨다.
이를 위한 배가스 최적화장치(130)는 칠러(131) 및 스크러버(132)를 포함한다.
칠러(131)는 제1 배가스를 냉각시키기 위한 냉각매체가 수용된다.
구체적으로 칠러(131)는 스크러버(132)에 구비된 쿨링 튜브(132b)와 연통하고, 쿨링 튜브(132b)의 내부로 냉각매체를 공급한다.
삭제
스크러버(132)는 칠러(131)로부터 공급되는 냉각매체를 이용하여 제1 배가스를 냉각시킴과 동시에 냉각된 제1 배가스에 포함된 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 제거한다.
특히, 스크러버(132)는 BCDF(Biogas Cooling Demisting Filtration) 스크러버인 것이 바람직할 수 있다.
상기한 스크러버(132)는 스크러버 하우징(132a), 쿨링 튜브(132b), 데미스터(132c), 필터(132d) 및 배출부(132e)를 포함한다.
도 4를 참조하면, 스크러버 하우징(132a)은 생물전환장치(120)로부터 공급되는 제1 배가스(도 4에서 굴링 튜브 어셈블리의 좌측 화살표 참고)가 수용된다.
도 4에 도시된 바와 같이 스크러버 하우징(132a)는 원통형상을 가지면서 기립되어 있고, 스크러버 하우징(132a)의 일측 하부(도 4에서 좌측)는 버퍼탱크(140)와 연통하고, 스크러버 하우징(132a)의 타측 상부(도 4에서 우측)에는 배출부(132e)가 형성된다.
쿨링 튜브(132b)는 스크러버 하우징(132a)의 내부에 위치하고 적어도 일부가 스크러버 하우징(132a)의 외부로 노출되어 칠러(131)와 연통하며 칠러(131)로부터 공급되는 냉각매체가 순환됨에 따라 제1 배가스를 냉각시킨다.
이를 위한 쿨링 튜브(132b)는 도 4에 도시된 바와 같이 스크러버 하우징(132a)의 내부에서 스크러버 하우징(132a)의 내주면을 따라 나선형으로 형성됨에 따라 냉각매체를 순환시킨다.
이때, 쿨링 튜브(132b)는 앞선 칠러(131)에서 언급한 바와 같이 스크러버 하우징(132a)의 내부로 유입된 제1 배가스를 70℃에서 40℃로 냉각시킨다.
데미스터(132c)는 스크러버 하우징(132a)의 내부에 위치하고 쿨링 튜브(132b)의 상부에 위치하여 냉각된 제1 배가스에 포함된 미스트(mist) 및 더스트(dust)를 분리 및 제거한다.
필터(132d)는 스크러버 하우징(132a)의 내부에 위치하고 데미스터(132c)의 상부에 위치하여 미스트(mist) 및 더스트(dust)가 분리 및 제거된 제1 배가스 중 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)을 제거한다.
배출부(132e)는 필터(132d)와 인접하도록 스크러버 하우징(132a)의 상부 타측(도 4에서 우측)과 연통하고, 필터(132d)를 통과한 제1 배가스를 포집장치(150)로 이송시킨다.
상기한 배가스 최적화장치(130)는 NOx, SOx, 수분 제거를 통한 후단 설비의 내구성을 증진시킴은 물론, 효과적인 이산화탄소(CO2)를 포집하고 광물화 소재의 생산량을 증가시킴에 따라 사업성(수익)을 상승시킨다.
버퍼탱크(140)는 배가스 최적화장치(130)를 통해 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분이 제거된 제2 배가스가 수용된다.
상기한 버퍼탱크(140)는 포집장치(150)로 제2 배가스를 공급한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 포집장치(150)는 배가스 최적화장치(130)로부터 공급되는 제2 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축하여 포집한다.
여기서, 제2 배가스는 제1 배가스가 냉각되고 냉각된 제1 배가스 중 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)가 제거된 가스를 의미한다.
이를 위한 포집장치(150)는 3단 기체분리막(151), 제1 농도조절밸브(152), 제2 농도조절밸브(153) 및 제3 농도조절밸브(154)를 포함한다.
3단 기체분리막(151)은 배가스 최적화장치(130)로부터 공급되는 제2 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 포집하는 제1 기체분리막, 제2 기체분리막 및 제3 기체분리막을 포함한다.
중앙 좌측에서 우측까지 순서대로 제1 내지 제3 기체분리막이 형성될 수 있으며, 상기한 제1 내지 제3 기체분리막은 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 달리하여 포집하기 위하여 기공의 형태가 달리 형성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제1 농도조절밸브(152)는 제1 기체분리막과 광물전환장치(170)를 연통시키고, 개폐 가능한다.
예를 들어, 제1 농도조절밸브(152)가 개방되고 제2, 3 농도조절밸브(153, 154)가 폐쇄될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 기체분리막에 농축되는 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 10% 내지 30%가 된다.
제2 농도조절밸브(153)는 제2 기체분리막과 광물전환장치(170)를 연통시키고, 제1 농도조절밸브(152)와 인접하도록 배치되어 개폐 가능하다.
예를 들어, 제2 농도조절밸브(153)가 개방되고 제1, 3 농도조절밸브(152, 154)가 폐쇄될 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제2 기체분리막에 농축되는 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 60% 미만이 된다.
제3 농도조절밸브(154)는 제3 기체분리막과 광물전환장치(170)를 연통시키고, 제2 농도조절밸브(153)와 인접하도록 배치되어 개폐 가능하다.
예를 들어. 제3 농도조절밸브(154)가 개방되고 제1, 2 농도조절밸브(152, 153)가 폐쇄될 경우, 제3 기체분리막에 농축되는 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 80% 미만이 된다.
제어장치(160)는 포집장치(150)의 동작을 제어한다.
구체적으로 제어장치(160)는 제1 내지 제3 농도조절밸브(152, 153, 154)와 전기적으로 연결되어 제1 내지 제3 농도조절밸브(152, 153, 154) 중 어느 하나의 동작을 제어함에 따라 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축시킨다.
상기한 바와 같이 본 발명은 제1 내지 제3 농도조절밸브(152, 153, 154) 및 제어장치(160)를 구비하고, 제어장치(160)의 선택적인 제어에 의해 제1 내지 제3 농도조절밸브(152, 153, 154)의 개폐가 선택적으로 이루어짐에 따라 이산화탄소(CO2)의 농도를 선택적으로 농축시킬 수 있으므로 필요에 따른 이산화탄소(CO2)의 농도 조절이 가능함으로써 광물화를 효과적으로 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 광물전환장치가 중탄산나트륨을 생산하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 광물전환 장치(170)는 포집장치(150)로부터 공급되는 제2 배가스에 포함된 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 광물전환 장치(170)의 내부에 수용된 천연광물 또는 산업부산물과 반응시킨다.
이때, 천연광물은 알칼리수 또는 알칼리토금속(Ca이온, Mg이온 등)을 포함하고, 산업부산물은 산업체에서 배출되는 무기계 순환자원이다.
상기한 광물전환 장치(170)는 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부와 천연광물 및 산업부산물 중 적어도 어느 하나를 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 탄산염 광물로 전환시킨다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템에 구비된 광물전환장치가 중탄산나트륨을 생산하는 것을 나타낸 개념도이다.
또한, 광물전환 장치(170)는 탄산나트륨(소다회)과 이산화탄소(CO2)(화석연료 source)를 반응시켜 중탄산나트륨을 생산하거나 수산화나트륨(NaOH)과 이산화탄소(CO2)를 반응시켜 탄산나트륨을 만드는 공정에서 중간 생성물로 발생하는 중탄산나트륨을 분리하여 생산할 수도 있다.
또한, 광물전환 장치(170)는 탄산나트륨(소다회)과 이산화탄소(CO2)(화석연료 source)를 반응시켜 중탄산나트륨을 생산하거나 수산화나트륨(NaOH)과 이산화탄소(CO2)를 반응시켜 탄산나트륨을 만드는 공정에서 중간 생성물로 발생하는 중탄산나트륨을 분리하여 생산할 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 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 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템
110: 배가스 공급장치
120: 생물전환장치(광배양)
130: 배가스 최적화장치
131: 칠러
132: 스크러버
132a: 스크러버 하우징
132b: 쿨링 튜브
132c: 데미스터
132d: 필터
132e: 배출부
140: 버퍼탱크
150: 포집장치
151: 3단 기체분리막
152: 제1 농도조절밸브
153: 제2 농도조절밸브
154: 제3 농도조절밸브
160: 제어장치
170: 광물전환 장치
110: 배가스 공급장치
120: 생물전환장치(광배양)
130: 배가스 최적화장치
131: 칠러
132: 스크러버
132a: 스크러버 하우징
132b: 쿨링 튜브
132c: 데미스터
132d: 필터
132e: 배출부
140: 버퍼탱크
150: 포집장치
151: 3단 기체분리막
152: 제1 농도조절밸브
153: 제2 농도조절밸브
154: 제3 농도조절밸브
160: 제어장치
170: 광물전환 장치
Claims (10)
- 이산화탄소(CO2)가 포함되고, 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 배가스가 수용되는 배가스 공급장치;
내부에 수용된 미세조류를 이용하여 상기 배가스 공급장치로부터 공급되는 상기 배가스의 일부에 포함된 이산화탄소(CO2)를 바이오매스화함에 따라 미세조류 바이오매스를 획득하는 생물전환장치;
상기 생물전환장치로부터 공급되는 배가스와 상기 배가스 공급장치로부터 공급되는 상기 배가스의 나머지 일부가 혼합된 제1 배가스가 유입되고, 상기 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분을 제거하고 상기 제1 배가스를 냉각시키는 배가스 최적화장치;
상기 배가스 최적화장치를 통해 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx) 중 적어도 어느 하나와 수분이 제거된 제2 배가스의 일부가 수용되는 버퍼탱크;
상기 배가스 최적화장치로부터 공급되는 상기 제2 배가스의 일부에 포함된 이산화탄소(CO2)의 농도를 선택적으로 농축하여 포집하는 포집장치;
상기 포집장치의 동작을 제어하는 제어장치; 및
상기 포집장치로부터 공급되는 농축된 이산화탄소와 내부에 수용된 천연광물 또는 산업부산물을 반응시키는 광물전환장치를 포함하며,
상기 배가스 최적화장치는,
상기 제1 배가스를 냉각시키기 위한 냉각매체가 수용되는 칠러; 및
상기 칠러로부터 공급되는 상기 냉각매체를 이용하여 상기 제1 배가스를 냉각시킴과 동시에 상기 냉각된 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx)를 제거하는 스크러버를 포함하고,
상기 스크러버는 상기 칠러와 연통하며 상기 칠러로부터 공급되는 냉각매체가 순환됨에 따라 상기 제1 배가스를 냉각시키는 쿨링 튜브를 포함하며,
상기 배가스 최적화장치에서 배출되는 상기 제2 배가스의 나머지 일부는 상기 배가스 공급장치로부터 공급되는 상기 배가스의 일부와 혼합되어 상기 생물전환장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 스크러버는,
상기 생물전환장치로부터 공급되는 상기 제1 배가스가 수용되는 스크러버 하우징;
상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 상기 쿨링 튜브의 상부에 위치하여 상기 냉각된 제1 배가스에 포함된 미스트(mist) 및 더스트(dust)를 분리 및 제거하는 데미스터;
상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 상기 데미스터의 상부에 위치하여 상기 미스트(mist) 및 더스트(dust)가 분리 및 제거된 제1 배가스 중 상기 질소산화물(NOx) 및 상기 황산화물(SOx)을 제거하는 필터; 및
상기 필터와 인접하도록 상기 스크러버 하우징의 상부 타측과 연통하고, 상기 필터를 통과한 제1 배가스를 상기 버퍼 탱크로 이송시키는 배출부를 더 포함하고,
상기 쿨링 튜브는 상기 스크러버 하우징의 내부에 위치하고 적어도 일부가 상기 스크러버 하우징의 외부로 노출되는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 포집장치는,
상기 버퍼탱크로부터 공급되는 상기 제2 배가스에 포함된 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부를 포집하는 제1 기체분리막, 제2 기체분리막 및 제3 기체분리막을 포함하는 3단 기체분리막;
상기 제1 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제1 농도조절밸브;
상기 제2 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제2 농도조절밸브; 및
상기 제3 기체분리막과 상기 광물전환장치를 연통시키고, 개폐 가능한 제3 농도조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제5 항에 있어서,
상기 제1 농도조절밸브가 개방되고 상기 제2, 3 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제1 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 10% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제5 항에 있어서,
상기 제2 농도조절밸브가 개방되고 상기 제1, 3 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제2 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 60% 미만인 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제5 항에 있어서,
상기 제3 농도조절밸브가 개방되고 상기 제1, 2 농도조절밸브가 폐쇄될 경우, 상기 제3 기체분리막에 농축되는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도는 80% 미만인 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제6 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어장치는 상기 제1 내지 제3 농도조절밸브와 전기적으로 연결되어 상기 제1 내지 제3 농도조절밸브 중 어느 하나의 동작을 제어함에 따라 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부의 농도를 선택적으로 농축시키는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
- 제1 항에 있어서,
상기 천연광물은 알칼리수 또는 알칼리토금속을 포함하고,
상기 산업부산물은 산업체에서 배출되는 무기계 순환자원이며,
상기 광물전환 장치는 상기 이산화탄소(CO2) 중 나머지 일부와 상기 천연광물 및 상기 산업부산물 중 적어도 어느 하나를 반응시켜 탄산칼슘(CaCO3), 탄산마그네슘(MgCO3) 및 중탄산나트륨(NaHCO3) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 탄산염 광물로 전환시키는 것을 특징으로 하는 온실가스 저감을 위한 하이브리드 CCU 공정 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220132758A KR102530277B1 (ko) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | 온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220132758A KR102530277B1 (ko) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | 온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102530277B1 true KR102530277B1 (ko) | 2023-05-10 |
Family
ID=86386056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220132758A KR102530277B1 (ko) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | 온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102530277B1 (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6964699B1 (en) * | 2002-06-05 | 2005-11-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rocket motor exhaust scrubber |
| KR20190094872A (ko) * | 2018-02-06 | 2019-08-14 | 두산중공업 주식회사 | 이산화탄소 분리막을 이용한 광물 탄산화 방법 및 시스템 |
| KR20210132481A (ko) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | 한국지역난방공사 | 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템 |
-
2022
- 2022-10-14 KR KR1020220132758A patent/KR102530277B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6964699B1 (en) * | 2002-06-05 | 2005-11-15 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Rocket motor exhaust scrubber |
| KR20190094872A (ko) * | 2018-02-06 | 2019-08-14 | 두산중공업 주식회사 | 이산화탄소 분리막을 이용한 광물 탄산화 방법 및 시스템 |
| KR20210132481A (ko) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | 한국지역난방공사 | 도심발전소 적용 이산화탄소 컴팩트 분리막 및 탄소 자원화 하이브리드 시스템 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Hende 등. Flue gas compounds and microalgae: (Bio-)chemical interactions leading to biotechnological opportunities. Biotechnology Advances. 2012, 30, 1405-1424 1부.* * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bhola et al. | Overview of the potential of microalgae for CO 2 sequestration | |
| Zhou et al. | Bio-mitigation of carbon dioxide using microalgal systems: Advances and perspectives | |
| Zhang et al. | Advances in the biological fixation of carbon dioxide by microalgae | |
| US20130319059A1 (en) | Integrated carbon capture and algae culture | |
| US20080086938A1 (en) | Photosynthetic carbon dioxide sequestration and pollution abatement | |
| US20140318000A1 (en) | Combining algae cultivation and co2 capture | |
| US20150024453A1 (en) | Integrated process for dual biocatalytic conversion of co2 gas into bio-products by enzyme enhanced hydration and biological culture | |
| US20140315266A1 (en) | Accelerated process for the energy conversion of carbon dioxide | |
| BR112012027661B1 (pt) | método biológico e químico para a captura e a conversão de um composto de carbono inorgânico e/ou um composto orgânico contendo apenas um átomo de carbono em um produto químico orgânico | |
| Pourjamshidian et al. | Carbon dioxide biofixation by Chlorella sp. in a bubble column reactor at different flow rates and CO 2 concentrations | |
| Li et al. | How to enhance carbon capture by evolution of microalgal photosynthesis? | |
| ITMI20081873A1 (it) | Procedimento integrato per la produzione di bio-olio da microrganismi | |
| Li et al. | Production of sustainable biofuels from microalgae with CO2 bio-sequestration and life cycle assessment | |
| TWI555840B (zh) | 微藻減碳之沼氣發電系統及其方法 | |
| US20130217082A1 (en) | Algae Biofuel Carbon Dioxide Distribution System | |
| EP3284827A1 (en) | Production of algae using co2-containing gas | |
| Sudhakar et al. | Micro-algal technology for sustainable energy production: state of the art | |
| Tripathi et al. | Carbon capture, storage, and usage with microalgae: a review | |
| KR102530277B1 (ko) | 온실가스 저감을 위한 하이브리드 ccu 공정 시스템 | |
| KR102174090B1 (ko) | 탄소자원화 방법 | |
| JP2011240238A (ja) | 嫌気性バイオリアクタ | |
| Chernova et al. | The wastewater using in technologies of bio-oil production from microalgae: CO2 capture and storage | |
| Sudhakar et al. | Carbon sequestration through solar bioreactors: industrial strategies | |
| Bertolini et al. | Capture, storage and utilization of carbon dioxide by microalgae and production of biomaterials | |
| RU2797838C1 (ru) | Способ утилизации углекислого газа с применением микроводоросли рода Chlorella |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |