KR102582085B1 - 세라믹 물질을 추가하는 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템 - Google Patents

세라믹 물질을 추가하는 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템 Download PDF

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Abstract

본원발명은 일정한 크기 이상의 세라믹물질을 추가함으로써, 기존의 오염물질 제거시스템 또는 기액반응시스템의 제거/반응효율을 증가시키기 위한 개선된 제거/반응 시스템으로 특히, 칼슘계 금속산화물을 포함하여 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성할 수 있는 슬래그와 반응 결과물인 탄산칼슘 생성물 등의 고형물을 많이 포함하는 현탁액을 탈수할 때, 입도와 비중이 상대적으로 커서 빠른 침전 특성을 갖는 고형물은 침전을 시켜 분리하고, 입도가 매우 작아 침전속도가 느린 입자들이 포함된 상등액은 별도로 분리하여 일반적인 탈수장치를 사용할 때의 시스템의 비용 및 안정적 운전을 할 수 있는 이산화탄소 반응기를 사용함으로써 시스템의 비용 저감 및 안정적 운전에 기여할 수 있는 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 기체-액체 반응기 또는 고체-기체 반응기를 통한 기체상 오염물질 연속 분리 시스템에 관한 것이다.

Description

세라믹 물질을 추가하는 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템 {A gas and liquid reactor adding ceramic materials and a pollutant removal reaction system using the same}
본원발명은 세라믹 물질을 추가하는 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템에 관한 것이고, 보다 구체적으로 일정한 크기 이상의 세라믹물질을 추가함으로써, 기존의 오염물질 제거시스템 또는 기액반응시스템의 제거/반응효율을 증가시키기 위한 개선된 제거/반응 시스템으로 특히, 칼슘계 금속산화물을 포함하여 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성할 수 있는 슬래그와 반응 결과물인 탄산칼슘 생성물 등의 고형물을 많이 포함하는 현탁액을 탈수할 때, 입도와 비중이 상대적으로 커서 빠른 침전 특성을 갖는 고형물은 침전을 시켜 분리하고, 입도가 매우 작아 침전속도가 느린 입자들이 포함된 상등액은 별도로 분리하여 일반적인 탈수장치를 사용할 때의 시스템의 비용 및 안정적 운전을 할 수 있는 이산화탄소 반응기를 사용함으로써 시스템의 비용 저감 및 안정적 운전에 기여할 수 있는 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 기체-액체 반응기 또는 고체-기체 반응기를 통한 기체상 오염물질 연속 분리 시스템에 관한 것이다.
스크러버나 수조, 기체-액체(이하 '기액')반응기 또는 고체-기체(이하 '고체-기체')반응기의 경우 기액 또는 고기 접촉면적이 반응효율을 좌우하며, 기액접촉면적을 증가시키기 위하여 반응과 무관한 세라믹 물질을 추가하고자 한다. 이 경우 세라믹 물질을 분리 및 재활용하기 위하여 액상의 후단에 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집 현탁액의 연속분리시스템의 개발이 요구된다.
종래 기술로서 한국 공개실용신안공보 제20-2012-0007963호는 일반적인 스크러버식 제거장치/반응기의 한 예로서 충진재가 고정되어 있고, 상부에서 반응액을 분사하는 형태이다. 이경우 제거/반응에 기여하는 주요인자 중의 하나로 기액접촉면적을 들 수 있으며, 이를 증가시키기 위한 방법으로서 분사되는 액적의 크기를 작게함으로써 일정량에 액상이 갖는 표면적을 증가시키는 것과, 단위량의 충진재의 표면적을 넓은 것을 사용하거나 함으로써 충진재 사이의 간격을 좁게하여 접촉면적을 증가시키는 방법이 주로 사용되고 있다.
기존의 두가지 방법으로 보다 제거/반응 효율을 증가시키기 위해서는 더욱더 작은 액적을 갖도록 분무하거나, 충진재가 갖은 공극을 작게 하여야 하며, 이 두가지 모두 펌프의 토출압을 크게하거나 또는 장치의 차압을 증가시켜야만 이루어질 수 있다.
특히, 수소는 친환경 청정에너지이나 생산과정에서 이산화탄소가 발생할 경우 엄밀하게 지속가능한 에너지로 볼 수 없다. 이는 수소를 대량 생산할 경우 지구온난화 문제는 더욱 악화될 수 있기 때문이다. 따라서 수소를 생산하는 방식에 따라 그 색깔을 달리 구분하여, 그린(Green)수소, 그레이(Gray)수소 및 블루(Blue)수소로 구분한다.
태양광 풍력 등 재생에너지를 이용하여 생산된 전력을 이용하여 물을 전기분해하여 생산되는 수소를 그린수소라하고, 화석연료인 천연가스나 석탄을 개질 반응하여 생산된 수소를 그레이수소라 한다.
그레이수소는 세계수소의 95%를 차지하며, 기술적 완성도도 높고 저렴하지만, 제조과정에서 이산화탄소를 배출하여 친환경성이 떨어진다.
블루수소는 이러한 그레이수소 생산 공정에 이산화탄소 포집, 활용, 저장 (CCUS, Carbon Capture Utilization and Storage) 기술을 이용하여 생산된 수소를 말한다.
우리나라뿐만 아니라 세계는 탄소중립을 선언하고, 궁극적으로 재생에너지 기반의 그린수소 생산 및 사용을 목표로 하고 있으나. 아직 기술적 완성도가 확보되지 않았고, 경제성이 떨어져 화석연료 기반의 그레이수소에서 이산화탄소를 제거하는 CCUS 공정을 접목한 블루수소가 대안으로 떠오르고 있. 블루수소 생산공정에 적용하는
이산화탄소 포집, 활용, 저장(CCUS) 기술은 종래의 배출가스 이산화탄소 제어 공정에 활용되는 CCUS 공정과 동일 원리와 장치를 이용한다.
지금까지 연구된 이산화탄소 분리회수기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 현실성 있는 대안으로 제시되고 있다. 특히, 흡수법은 대용량의 가스처리가 용이하고, 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에의 적용이 용이하여 현재 상업 운전중에 있다.
흡수법의 일례로 한국 등록특허공보 제10-2250574호, 제10-0822364호, 제10- 1242690호인 슬래그를 이용한 이산화탄소 저감 장치 또는 시스템에 대한 기술이 개시되어 있다.
도 1을 참고하면, 한국 등록특허공보 제10--2250574호에서는 슬래그를 포함하는 Ca계 금속산화물 혼합물을 물에 현탁시켜 사용하여 수소 제조공정 또는 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소포집물 연속분리 시스템에 있어서, Ca계 금속산화물 혼합물을 추출과정 없이 물에 현탁시켜 직접 반응액을 제조하는 반응액 제조탱크와; 2개 이상이 수직 또는 수평으로 설치되어 복수의 블로워에 의해 이산화탄소가 포함된 배출가스와 반응액을 순차적으로 반응시켜 이산화탄소를 연속 분리하는 반응조와; 상기 반응조에서 이산화탄소 포집물이 포함된 반응액을 저장하는 포집물 저장탱크와; 상기 포집물 저장탱크에서 배출되는 반응액을 탈수하여 케이크 형태의 탄산칼슘이 포함된 이산화탄소 포집물의 수분을 배출하는 탈수기; 및 상기 탈수기에서 배출되는 탄산칼슘이 포함된 이산화탄소 포집물을 건조시키는 건조기를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬래그 누적방지를 위한 반응액 순환형 이산화탄소포집물 연속분리 시스템이 개시되어 있다. 그러나, 반응액을 탈수하여 탈수 케이스를 생성할 때 반응 탈수 비용이 발생하는 바, 이에 대하여 세라믹볼 등의 비반응성 고체를 활용하여 기액반응 또는 고기반응의 반응 효율을 증가시키고 비중차를 이용하여 탈수를 2중으로 수행하는 기체상 오염물질, 특히, 이산화탄소포집물 기액 또는 고기 연속분리 시스템에 대한 기술은 개시된 바 없다.
더하여, 슬래그 누적방지를 위한 반응액 순환형 이산화탄소포집물 연속분리 시스템)의 내용가운데, 포집물 저장탱크, 포집물 이송펌프 및 탈수기에 대한 부분으로서, 슬래그와 같이 침전이 잘되는 일정량 이상의 고형물이 포함된 용액을 이송시키기 위해서는 포집물 저장탱크에서의 침전을 막기 위해 내부 교반과 펌프를 이용해 하부의 침전된 슬래그를 빠르게 상부로 공급해야 하는 조건이 안정적으로 선행되어야 한다.
또한 탈수기는 기본적으로 포함된 고형물의 농도에 따라 처리량이 결정되어지는데, 선행특허의 경우 고형분이 10%이상으로 많은 경우, 일반적으로 고형분이 1~2%내로 설계되던 건조기는 처리가능한 액체유량이 적어지므로, 고형분 농도를 고려해 설계처리유량으로 5~10배로 큰 탈수기를 사용하여야 한다.
더불어 처리유량을 크게 하는 경우에도, 일시적 공정의 불안정 등에 따른 배관 막힘은 일어날 수 있어, 전체공정의 안정적인 운영을 위해서는 항상 현장에 관련 설비 담당자가 있어야 할 정도로 매우 많은 주의가 필요하다.
특히 처리유량이 큰 탈수기를 사용하는 경우 설계처리용량에 따라 사용되어지는 전력이 급증하고, 탈수기를 설치해야 할 넓은 공간이 필요하다
한국 등록특허공보 제10-0822364호에서는 슬래그를 이용한 이산화탄소 배출 저감 시스템에 관한 것으로, 슬래그를 물과 반응시켜 강알칼리수를 생성하는 슬래그 수침조와, 제거 대상의 이산화탄소 가스를 공급하는 가스 공급관과, 상기 슬래그 수침조로부터 강알칼리수를 공급받아 수용하고 상기 강알칼리수로 상기 가스 공급관을 통해 유입되는 상기 이산화탄소 가스를 제거하는 제거반응조와, 중화 처리 대상의 강산성 배출물을 공급하는 강산성 공급관 및 상기 강산성 공급관을 통해 공급되는 상기 강산성 배출물을 강알칼리 성분을 이용하여 중화 처리하는 산 중화조를 포함한 슬래그를 이용한 이산화탄소 배출 저감 시스템이 개시되어 있다. 그러나, 반응액을 탈수하여 탈수 케이스를 생성할 때 반응 탈수 비용이 발생하는 바, 이에 대하여 비중차를 이용하여 탈수를 2중으로 수행하는 이산화탄소포집물 연속분리 시스템에 대한 기술은 개시된 바 없다.
한국 등록특허공보 제10-1242690호에서는 제선 공정에서 발생된 슬래그로부터 칼슘이온 또는 마그네슘 이온을 추출하기 위한 추출반응기; 상기 추출 반응기와 연결되며 상기 추출 반응기로부터 도입되는 상기 칼슘이온 또는 마그네슘 이온과 탄산 이온을 반응시키기 위한 탄산화 반응기; 및 상기 탄산화 반응기내에 이산화탄소를 포함하는 배가스를 공급하기 위한 배가스 공급 장치를 포함하되, 상기 배가스 공급 장치는 외부에서 취입되는 배가스를 연소시키기 위한 연소 챔버; 상기 연소 챔버에 산소를 공급하기 위한 산소 취입관; 및 상기 연소 챔버의 외부에 배치되며 상기 연소 챔버에서 발생하는 배열을 회수하기 위한 배열 회수 장치를 포함하는 이산화탄소 저감 장치가 개시되어 있다. 그러나, 세라믹볼 등의 비반응성 고체를 활용하여 기액반응 또는 고기반응의 반응 효율을 증가시키고 비중차를 이용하여 탈수를 2중으로 수행하는 기체상 오염물질, 특히, 이산화탄소포집물 기액 또는 고기 연속분리 시스템에 대한 기술은 개시된 바 없다.
한국 등록특허공보 제10-0922563호에서는 제강슬래그를 45㎛이하로 분쇄한 다음 물을 주입하여 pH 12 이상이 되도록 조정한 후 미용해분과 용출액을 여과분리하여 pH 12이상의 칼슘이온 용출액을 얻는 단계; 및 상기 칼슘 이온 용출액과 이산화탄소 또는 이산화탄소 함유 배가스를 pH 7이상으로 유지되도록 반응시키는 단계;를 포함하고 상기 제강슬래그는 전로슬래그, 탈인슬래그, 탈규슬래그, 스테인레스 슬레그, 전기로산화기 슬래그 및 전기로 환원기슬래그로 구성되는 그룹으로부터 선택하며, 상기 제강슬래그는 산화칼슘을 20.2~51.82중량% 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 고순도 탄산칼슘 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 세라믹볼 등의 비반응성 고체를 활용하여 기액반응 또는 고기반응의 반응 효율을 증가시키고 비중차를 이용하여 탈수를 2중으로 수행하는 기체상 오염물질, 특히, 이산화탄소포집물 기액 또는 고기 연속분리 시스템에 대한 기술은 개시된 바 없다.
즉, 일반적으로 탈수기는 1~2 wt%정도의 고형분 함량이 적은 경우를 기준으로 설계 및 제작되고 있다. 종래 기술은 반응기의 기술내용을 혼합액 저장조에 적용할 경우, 상기 설명한 바와 같이 혼합액 속에 있는 슬래그 등 고형분이 누적되지 않도록 하는데 중점을 갖고 있으며, 10%정도의 높은 고형분을 갖는 균질한 상태의 혼합액을 탈수할 경우 고형분이 1~2%인 것으로 설계된 일반적 탈수기에 비해 그 크기가 커져야 한다.
따라서, 본원 발명의 칼슘계 금속산화물을 포함하여 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성할 수 있는 슬래그와 반응결과물인 탄산칼슘 생성물 등의 고형물을 많이 포함하는 현탁액을 탈수할 때, 입도와 비중이 상대적으로 커서 빠른 침전 특성을 갖는 고형물은 침전을 시켜 분리하고, 입도가 매우 작아 침전속도가 느린 입자들이 포함된 상등액은 별도로 분리하여 일반적인 탈수장치를 사용할 때의 시스템의 비용 및 안정적 운전을 할 수 있는 이산화탄소 포집물의 탈수장치를 사용함으로써 전체 시스템의 비용 저감 및 안정적 운전에 기여할 수 있는 일정한 크기 이상의 세라믹물질을 추가함으로써, 기존의 오염물질 제거시스템 또는 기액 또는 고기반응시스템의 제거/반응효율을 증가시키기 위한 개선된 제거/반응 시스템의 개발이 필요한 실정이다.
한국 공개실용신안공보 제20-2012-0007963호 한국 등록특허공보 제10-2250574호 한국 등록특허공보 제10-0822364호 한국 등록특허공보 제10-1242690호 한국 등록특허공보 제10-0922563호
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 일정한 크기 이상의 세라믹물질을 추가함으로써, 기존의 오염물질 제거시스템 또는 기액반응시스템의 제거/반응효율을 증가시키기 위한 개선된 제거/반응 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 구체적으로 칼슘계 금속산화물을 포함하여 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성할 수 있는 슬래그와 반응결과물인 탄산칼슘 생성물 등의 고형물을 많이 포함하는 현탁액을 탈수할 때, 입도와 비중이 상대적으로 커서 빠른 침전 특성을 갖는 고형물은 침전을 시켜 분리하고, 입도가 매우 작아 침전속도가 느린 입자들이 포함된 상등액은 별도로 분리하여 일반적인 탈수장치를 사용할 때의 시스템의 비용 및 안정적 운전을 할 수 있는 이산화탄소 포집물의 탈수장치를 사용함으로써 전체 시스템의 비용 저감 및 안정적 운전에 기여할 수 있는 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 기체-액체 반응기 또는 고체-기체 반응기를 통한 기체상 오염물질 연속 분리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 일반적인 스크러버 시스템과, 기액 접촉면적을 증가시키기 위한 비반응성 고체, 바람직하게는 세라믹 물질 추가, 세라믹 물질의 순환 및 재사용 시스템 그리고, 편류(channeling) 방지용 충진재 교반시스템을 복합하여 제공하는 기체상 오염물질을 제거하기 위한 기액 또는 고기 반응시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에서는 반응성 액체(B);와 반응성 기체(C)를 반응시켜 특정기체D);를 연속 분리하는 특정기체 연속분리 시스템에 있어서, 상기 액체와 상기 특정기체를 포함하는 반응성 상기 기체를 연속적으로 반응시키는 복수의 기액반응조(300); 상기 반응조는 상기 반응에 참여하지 않고 상기 반응조에만 체류하는 비반응성 제1고체(310); 상기 반응에 참여하지 않고 상기 시스템을 순환하는 비반응성 제2고체(320);을 포함하며, 상기 반응조의 하단과 연통되며, 상기 반응을 통해서 생성되는 제3고체(E);상기 제2고체 및 반응후 상기 액체를 분리하는 기액분리장치(400); 를 포함하며, 상기 제2고체는 추가 공급되는 상기 액체와 같이 상기 반응조로 순환공급되는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 기액반응조는 하부 측면을 통해 반응성 상기 기체가 공급되는 제1공급구(330); 상기 기액반응조의 하단에는 상기 제3고체, 상기 제2고체 및 반응후 상기 액체가 배출되는 제1배출구(340); 상기 기액반응조의 상부 측면을 통해 반응성 상기 액체가 공급되는 제2공급구(350); 및 상기 기액반응조의 상단에는 상기 특정기체가 제거된 반응후 상기 기체가 배출되는 제2배출구(360);이 형성될 수 있다.
또한, 상기 기액반응조의 상기 제1공급구 보다 상부에는 상기 제1고체를 지지하며, 반응성 상기 기체가 공급되기 위한 다공판(370); 및 상기 기액반응조의 상단 중심축에서 상기 기액반응조의 상기 다공판까지 연장형성되는 상기 제1고체 및 상기 제2고체를 유동시켜 기액반응의 접촉효율을 향상시키기 위한 2개이상의 블레이드를 포함하는 스크래퍼(180);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기액분리장치는 상기 제3고체 및 반응후 상기 액체와 상기 제2고체를 침전분리하기위한 메쉬망(410); 상기 기액분리장치의 하단에는 상기 제3고체를 포함하는 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제3배출구(420); 및 상기 기액분리장치의 하부 일측에는 상기 제2고체 및 일부 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제4배출구(430);을 포함하며, 상기 메쉬망은 상기 기액분리장치의 상부 일측면에서 상기 제4배출구 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제4배출구와 연통되며 추가로 반응성 상기 액체가 추가로 공급되어 상기 제2고체와 같이 혼합되는 기액공급탱크(500); 상기 기액공급탱크의 하부 측면에는 상기 제2고체를 포함하는 반응성 상기 액체를 상기 제2공급구로 공급하기 위한 기액펌프(510);가 형성되고, 상기 기액펌프의 전단과 후단은 소정길이의 배관이 상기 기액펌프와 수평으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제4배출구와 연통되며 상기 기액공급탱크의 상부로 상기 제2고체만을 공급하기 위하여 반응후 상기 액체를 탈수하기 위한 기액탈수장치(600); 상기 기액탈수장치는 상기 제4배출구에서 상기 기액공급탱크의 상부로 소정의 경사각으로 경사지게 형성되며, 회전하는 축부위는 상기 액체의 높이에 따른 수압을 고려해, 외부로 익체가이 유출되지 않도록 메카니컬 씰(Mechanical Seal) 및/또는 워터 씰(Water Seal)을 포함될 수 있다.
또한, 반응성 상기 액체는 알칼리 특성을 갖는 CaO 수용액, MgO 수용액, 바닷물이 농축된 간수, 레미콘 회수수 또는 산성용액, 산성폐용액 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 반응성 상기 기체는 소각 배가스, 발전 배가스, 화공플랜트 배가스, 제철공정 배가스 또는 정제가 필요한 공정의 가스 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 특정기체는 CO2, H2S, NH3, NOx, SOx, HCl 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 제1고체는 다공판의 홀을 빠져나가지 않고, 다공판 위에서 쉽게 스크래퍼로 들어 올릴 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 수십 mm인 Pall ring, Doughnut, Sphere Packs, Heilix, Raings 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 제2고체는 다공판의 홀을 쉽게 빠져나갈 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 0.1 ~ 수 mm로서 구형인 세라믹볼, 메탈볼, 실리카볼, 알루미나볼, 비반응성 수지 또는 플라스틱볼, 고무볼 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 제3고체는 반응에 의해 생성되는 ㎛ 크기의 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 질산염, 황산염, 염화나트륨 중 어느 하나 이상 이상일 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에서는, 반응성 고체(A);를 포함하는 비반응성 액체(B);와 반응성 기체(C)를 반응시켜 특정기체(D);를 연속분리하는 고기반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템에 있어서, 상기 고체와 상기 액체의 혼합액과 상기 특정기체를 포함하는 반응성 상기 기체를 연속적으로 반응시키는 복수의 고기반응조(700); 상기 고기반응조의 하단과 연통되며, 상기 반응을 통해서 생성되는 제2고체(E);반응후 상기 고체 및 반응후 상기 액체가 체류하는 고기반응액저장탱크(800); 상기 고기반응액저장탱크에서 배출되는 상기 액체를 탈수처리하는 고기탈수장치(900); 상기 고기반응액저장탱크에서 배출되는 상기 액체를 상기 고기탈수장치로 배출하기전에 상기 제2고체와 상기 반응후 상기 고체를 포함하는 고형분을 침전분리하는 것을 특징으로 고기반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템일 수 있다.
또한, 상기 고기탈수장치는 상기 고형분이 분리된 상기 액체를 탈수하는 제1탈수기(250); 및 상기 제2고체 및 반응후 상기 고체를 포함하는 상기 고형분을 탈수하는 제2탈수기(150);로 구성될 수 있다.
또한, 상기 고기반응액저장탱크는 일측면에 형성된 반응액 유입구(241); 상기 고기반응액저장탱크의 상부판(244);에 형성된 상기 반응액에서 상기 고형분이 분리된 상등액을 배출하는 상등액 배출구(242); 및 상기 고기반응액저장탱크의 하부판(245);에 형성된 상기 고형분을 배출하는 고형분배출구(243);를 포함할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
본원발명의 세라믹 물질을 추가하는 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템은 종래의 수조, 스크러버 또는 기액반응기에 대해 세라믹 물질을 시스템상에 추가함으로써, 액적상태의 단위량에 대해 세라믹 물질로 인한 액적의 표면적이 넓어지는 효과와, 세라믹 물질이 세라믹에 부착되는 상태에서 세라믹 물질로 인한 충진재의 표면적이 넓어지는 효과를 갖도록 하였다.
또한 충진재의 하부에 교반장치를 두어 충진재의 교반을 통해 기체나 액체의 편류(channeling) 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 장점을 가진다.
본원발명의 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속 분리 시스템은 일정량의 반응액 예를 들면, 빠르게 침전되는 고형분이 10%이상인 반응액을 탈수할 경우, 고형분 함량이 적게 설계된 탈수기는 크기가 큰 것을 사용하여야 함으로써 사용부지가 넓어야 하고, 사용되는 전력량이 급격히 증가하나, 본원 발명의 상등액과 고형분을 분리 처리함으로써 전력사용량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 저장조의 형태 변경과 스크류타입의 탈수장치를 추가하는 경우, 기존의 사용되는 부지면적을 그대로 또는 유사한 정도에서 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 사용되는 전력의 증가량도 이송장치로서의 스크류에 의한 정도만 늘어남으로써 동일 처리량 기준으로 설비비용과 면적, 운영비용 및 안정성에서 유리한 효과가 있다.
또한, 일시적 공정불안정에도 배관 막힘이 없으며, 일반적 탈수기를 사용하여도 처리가 가능하며, 추가적인 면적이 거의 필요하지 않을 수 있다.
도 1은 종래의 슬래그를 활용한 화석연료 연소공정에서 발생하는 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본원발명의 일실시예에 따른 세라믹 물질을 추가하는 연속 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템의 구성도이다.
도 3은 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 반응조내의 비반응성 제1고체와 비반응성 제2고체 개념도이다.
도 4는 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 스크레퍼 개념도이다.
도 5는 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 고기반응을 통한 이산화탄소포집물 연속 분리 시스템의 구성도이다.
도 6은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속 분리 시스템의 반응액 저장탱크 및 탈수장치의 상세도이다.
도 7은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속 분리 시스템의 반응액 저장탱크과 연결된 제2탈수기의 상세도이다.
도 8은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 반응액 저장탱크의 고형분 배출구에 형성된 스크류를 포함하는 고형물 공급바 구성도이다.
도 9는 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 고형분을 포함하는 반응액의 탈수를 위한 침전특성을 비교한 실험자료이다.
도 10은 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 제2고체인 비반응성 세라믹 물질의 부가에 따른 표면적 변화 결과이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 어느 실시예에 대한 한정 또는 부가사항은 특정한 실시예에 적용될 뿐 아니라, 그 외 다른 실시예들에 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 본원발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
도 2는 본원발명의 일실시예에 따른 세라믹 물질을 추가하는 연속 기액 반응기 및 이를 활용한 제거/반응 시스템의 구성도이다.
반응성 액체(B);와 반응성 기체(C)를 반응시켜 특정기체D);를 연속 분리하는 특정기체 연속분리 시스템에 있어서, 상기 액체와 상기 특정기체를 포함하는 반응성 상기 기체를 연속적으로 반응시키는 복수의 기액반응조(300); 상기 반응조는 상기 반응에 참여하지 않고 상기 반응조에만 체류하는 비반응성 제1고체(310); 상기 반응에 참여하지 않고 상기 시스템을 순환하는 비반응성 제2고체(320);을 포함하며, 상기 반응조의 하단과 연통되며, 상기 반응을 통해서 생성되는 제3고체(E);상기 제2고체 및 반응후 상기 액체를 분리하는 기액분리장치(400); 를 포함하며, 상기 제2고체는 추가 공급되는 상기 액체와 같이 상기 반응조로 순환공급되는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템을 제공할 수 있다.
상기 기액분리장치의 명칭은 상기 시스템의 주 반응기작인 기체와 액체 반응을 의미하는 것으로 상기 기액분리장치에서는 액체와 고체의 분리가 진행되는 것은 자명하다.
또한, 상기 기액반응조는 하부 측면을 통해 반응성 상기 기체가 공급되는 제1공급구(330); 상기 기액반응조의 하단에는 상기 제3고체, 상기 제2고체 및 반응후 상기 액체가 배출되는 제1배출구(340); 상기 기액반응조의 상부 측면을 통해 반응성 상기 액체가 공급되는 제2공급구(350); 및 상기 기액반응조의 상단에는 상기 특정기체가 제거된 반응후 상기 기체가 배출되는 제2배출구(360);이 형성될 수 있다.
상기 제1공급구 및/또는 제1배출구는 상기 기액반응조의 측면 어느 곳으로 통해서도 공급될 수 있음은 자명하다.
상기 제2공급구의 상기 반응조내부의 소정위치에는 상기 액체를 분사하기 위한 복수의 분사노즐이 형성될 수 있다.
또한, 상기 기액반응조의 상기 제1공급구 보다 상부에는 상기 제1고체를 지지하며, 반응성 상기 기체가 공급되기 위한 다공판(370); 및 상기 기액반응조의 상단 중심축에서 상기 기액반응조의 상기 다공판까지 연장형성되는 상기 제1고체 및 상기 제2고체를 유동시켜 기액반응의 접촉효율을 향상시키기 위한 2개이상의 블레이드를 포함하는 스크래퍼(180);를 포함할 수 있다.
상기 반응조의 내경은 1500 mm이며, 다공판 상의 홀직경은 20 ~ 30 mm, 다공판 홀의 수는 많을수록 제 2 고체가 쌓여서 순환되지 않는 것이 적을 수 있다.
상기 제 1 고체 길이/지름은 작은쪽이 50 ~ 100 mm일 수 있다.
상기 제 2 고체 길이/지름은 큰쪽이 2 ~ 3 mm일 수 있으며, 바람직하게는 구형일 수 있다.
스크래퍼의 회전 반경은 1460~1480 mm이고, 스크래퍼 날 길이는 100 ~ 150 mm이고, 스크래퍼 날의 다공판에 대한 경사도는 15 ~ 45°이며, 스크래퍼 날과 다공판의 간격은 5 ~ 10 mm일 수 있다.
또한, 상기 기액분리장치는 상기 제3고체 및 반응후 상기 액체와 상기 제2고체를 침전분리하기위한 메쉬망(410); 상기 기액분리장치의 하단에는 상기 제3고체를 포함하는 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제3배출구(420); 및 상기 기액분리장치의 하부 일측에는 상기 제2고체 및 일부 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제4배출구(430);을 포함하며, 상기 메쉬망은 상기 기액분리장치의 상부 일측면에서 상기 제4배출구 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제4배출구와 연통되며 추가로 반응성 상기 액체가 추가로 공급되어 상기 제2고체와 같이 혼합되는 기액공급탱크(500); 상기 기액공급탱크의 하부 측면에는 상기 제2고체를 포함하는 반응성 상기 액체를 상기 제2공급구로 공급하기 위한 기액펌프(510);가 형성되고, 상기 기액펌프의 전단과 후단은 소정길이의 배관이 상기 기액펌프와 수평으로 형성될 수 있다.
상기 기액공급탱크의 명칭은 상기 시스템의 주 반응기작인 기체와 액체 반응을 의미하는 것으로 상기 기액공급탱크에서는 액체와 고체의 공급이 진행되는 것은 자명하다.
상기 기액펌프의 명칭은 상기 시스템의 주 반응기작인 기체와 액체 반응을 의미하는 것으로 상기 기액펌프에서는 액체와 고체의 공급, 바람직하게는 고체를 포함한 슬러리의 공급이 진행되는 것은 자명하다.
또한, 상기 제4배출구와 연통되며 상기 기액공급탱크의 상부로 상기 제2고체만을 공급하기 위하여 반응후 상기 액체를 탈수하기 위한 기액탈수장치(600); 상기 기액탈수장치는 상기 제4배출구에서 상기 기액공급탱크의 상부로 소정의 경사각으로 경사지게 형성되며, 회전하는 축부위는 상기 액체의 높이에 따른 수압을 고려해, 외부로 상기 액체가 유출되지 않도록 메카니컬 씰(Mechanical Seal) 및/또는 워터 씰(Water Seal)을 포함될 수 있다.
상기 기액탈수장치의 명칭은 상기 시스템의 주 반응기작인 기체와 액체 반응을 의미하는 것으로 상기 기액탈수장치에서는 액체와 고체의 분리가 진행되는 것은 자명하다.
또한, 반응성 상기 액체는 알칼리 특성을 갖는 CaO 수용액, MgO 수용액, 바닷물이 농축된 간수, 레미콘 회수수 또는 산성용액, 산성폐용액 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 반응성 상기 기체는 소각 배가스, 발전 배가스, 화공플랜트 배가스, 제철공정 배가스 또는 정제가 필요한 공정의 가스 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 특정기체는 CO2, H2S, NH3, NOx, SOx, HCl 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 제1고체는 다공판의 홀을 빠져나가지 않고, 다공판 위에서 쉽게 스크래퍼로 들어 올릴 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 수십 mm인 Pall ring, Doughnut, Sphere Packs, Heilix, Raings 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 제1고체는 다공판의 홀을 빠져나가지 않고, 다공판 위에서 쉽게 스크래퍼로 들어 올릴 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 수십 mm인 Pall ring, Doughnut, Sphere Packs, Heilix, Raings 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
상기 제2고체는 다공판의 홀을 쉽게 빠져나갈 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 0.1 ~ 수 mm로서 구형인 세라믹볼, 메탈볼, 실리카볼, 알루미나볼, 비반응성 수지 또는 플라스틱볼, 고무볼 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
상기 제3고체는 반응에 의해 생성되는 ㎛ 크기의 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 질산염, 황산염, 염화나트륨 중 어느 하나 이상일 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에서는, 반응성 고체(A);를 포함하는 비반응성 액체(B);와 반응성 기체(C)를 반응시켜 특정기체(D);를 연속분리하는 고기반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템에 있어서, 상기 고체와 상기 액체의 혼합액과 상기 특정기체를 포함하는 반응성 상기 기체를 연속적으로 반응시키는 복수의 고기반응조(700); 상기 고기반응조의 하단과 연통되며, 상기 반응을 통해서 생성되는 제2고체(E);반응후 상기 고체 및 반응후 상기 액체가 체류하는 고기반응액저장탱크(800); 상기 고기반응액저장탱크에서 배출되는 상기 액체를 탈수처리하는 고기탈수장치(900); 상기 고기반응액저장탱크에서 배출되는 상기 액체를 상기 고기탈수장치로 배출하기전에 상기 제2고체와 상기 반응후 상기 고체를 포함하는 고형분을 침전분리하는 것을 특징으로 고기반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템일 수 있다.
상기 반응성 고체는 슬래그가 될 수 있다.
상기 반응성 기체는 연소 배가스가 될 수 있으며, 특정기체는 이산화탄소 일 수 있다. 상기 비반응성 액체는 물일 수 있다.
또한, 상기 고기탈수장치는 상기 고형분이 분리된 상기 액체를 탈수하는 제1탈수기(250); 및 상기 제2고체 및 반응후 상기 고체를 포함하는 상기 고형분을 탈수하는 제2탈수기(150);로 구성될 수 있다.
또한, 상기 고기반응액저장탱크는 일측면에 형성된 반응액 유입구(241); 상기 고기반응액저장탱크의 상부판(244);에 형성된 상기 반응액에서 상기 고형분이 분리된 상등액을 배출하는 상등액 배출구(242); 및 상기 고기반응액저장탱크의 하부판(245);에 형성된 상기 고형분을 배출하는 고형분배출구(243);를 포함할 수 있다.
반응용액을 용액 탱크에 충진후 사용하는 도4의 batch식 시스템을 연속식 시스템으로 개선한 것으로서, 세라믹 물질을 별도로 분리하고 재순환하는 시스템을 별도로 구비함으로써, 시간의 경과에 따른 전체 시스템의 효율 저하가 생기지 않도록 할 수 있는 개선된 스크러버 형태의 제거/반응 시스템에 대한 공정도이다.
세라믹 물질에 대한 특성은 도 4에 대한 설명에 자세히 포함되어 있으며, 도 1에 표시된 세라믹 물질의 분리 및 재순환 시스템과는 별도로 Dirty liquid를 여과 또는 탈수하기위한 일반적인 오염/반응 물질을 제거하는 시스템을 추가로 둘 수 있다.
더불어 추가된 세라믹 물질이 Liquid tank 내에서 누적되지 않도록 하기 위한 임펠러같은 교반장치는 필수적이다.
도 3은 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 반응조내의 비반응성 제1고체와 비반응성 제2고체 개념도이다.
충진재만 사용하는 경우와 충진재뿐만 아니라 충진재와 세라믹물질을 동시에 사용하는 경우에 대하여 직관적으로 기액접촉면적이 증가됨에 대하여 이해할 수 있도록 도식화한 내용이다.
도 3에서 비교하였듯이 충진재만 사용하는 경우 충진재의 표면만이 기액접촉면적에 해당하지만, 세라믹 물질이 추가로 사용될 경우 기액접촉면적은 세라믹 물질에 의한 표면적의 증가가 이루어지며, 액상 또는 기상의 흐름도 층류였다가, 세라믹 물질이 있는 부분에서는 난류로 바뀌게 되고, 세라믹 물질 또한 충진재 표면에 고착된 것이 아니기 때문에 지속적으로 접촉면의 형상이 바뀌는 효과를 줄 수 있다.
세라믹 물질과 액상의 고액비(부피비)는 최대 1:4정도로서, 과도하게 많이 첨가될 경우 펌프(130)나 배관(150) 또는 노즐(140)에서 막힘 현상을 가져올 수 있으며, 유용하게는 1:9 이하가 안정적이다.
또한 세라믹 물질(100)은 모양에 구애되지는 않으나, 가능한 구형의 것이 공정상에서 안정적인 흐름을 제공한다.
더불어 세라믹 물질의 비중은 액상보다 큰 상태이면 문제가 없으나, 액상에 비해 과도하게 무거울 경우 너무 빠른 침전으로 인해 공정상에서 문제가 야기될 수 있으므로, 비중이 5 이하, 더욱 유용하게는 2 정도가 적절하다.
세라믹 물질의 크기(지름)는 공정의 흐름상에서 문제가 없어야 하며, 지름 5mm이하, 적당하게는 2mm이하, 더욱 유용하게는 1mm 이하가 적절하다.
도 4는 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 스크레퍼 개념도이다.
두 개의 블레이드를 갖는 하부 스크래퍼와 관련한 실시예로서, 바닥면과 근접위치에 다수개의 블레이드가 경사면을 가지고 있는 상태에서 회전하는 경우 바닥에 있던 충진재는 경사면을 따라 올라가고, 경사면을 지난 다른 충진재는 경사면 뒤쪽의 공간으로 떨어지는 순환이 반복되며 충진재들이 섞이는 효과와, 중간과 상부에 위치한 충진재들은 회전하는 스크래퍼로 인해 상하로 들썩이며 개별적 충진재들간의 상대적인 거리가 시시각각 변화하므로, 기체와 액체의 흐름 경로가 계속적으로 변함으로써 세라믹 물질의 위치가 고정되지 않는 기능과 함께 기상과 액상의 편류(channeling) 현상이 일어나지 않도록 하는 효과를 줄 수 있다.
도 5는 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속 분리 시스템의 구성도이다.
?T슘계 금속산화물을 포함하는 슬래그를 포함하는 혼합액과 이산화탄소를 반응시켜 연속 분리하는 이산화탄소포집물 연속분리 시스템에서, 상기 혼합액의 슬래그의 입도를 조절하는 입도조절장치(2000); 상기 혼합액과 상기 이산화탄소를 포함하는 배가스를 연속식으로 반응시키는 복수의 반응조(4000); 상기 반응조에서 상기 반응을 통해서 생성되는 탄산칼슘을 포함하는 반응액이 체류하는 반응액 저장탱크(5000); 및 상기 반응액 저장탱크에서 배출되는 반응액을 탈수처리하는 탈수장치(6000);를 상기 반응액 저장탱크는 상기 반응액을 상기 탈수장치로 배출하기 전에 상기 탄산칼슘과 상기 이산화탄소와 반응에 참여하지 않은 슬래그를 포함하는 고형분을 침전분리하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소포집물 연속분리 시스템이 제공될 수 있다.
상기 슬래그는 반응성 고체일 수 있으며, 상기 탄산칼슘은 제2고체일 수 있다.
또한, 상기 슬래그의 표면에는 상기 탄산칼슘이 형성될 수 있다.
또한, 상기 슬래그의 겉보기 비중은 1이하이며, 진비중은 2이하이고 상기 슬래그의 비중은 상기 탄산칼슘의 비중보다 클 수 있다.
용수 탱크는 용수가 저장된다. 그리고, 혼합액 제조탱크는 금속산화물 혼합물과 용수 탱크의 용수를 혼합하여 혼합액을 제조한다.
이때, 금속산화물 혼합물은 Ca계 금속 산화물의 혼합물로서, 제강 슬래그, 철강 슬래그, 페트로코크스 등이 이용되고, 금속산화물 혼합물은 산화물 분쇄기에 의해 분쇄되어 혼합액 제조탱크에 투입된다. 또한, 용수 탱크의 물이 아닌 상수도를 직접 혼합액 제조탱크로 공급할 수도 있다.
또한, 반응조는 원통형으로 2개 이상이 수직 또는 수평으로 설치되어 이산화탄소가 포함된 배출가스와 혼합액을 순차적으로 반응시켜 이산화탄소를 연속 분리한다. 2개의 반응조가 2단으로 설치될 수 있으며, 2개의 반응조가 3단, 3개의 반응조가 2단 등 다양하게 설치될 수 있다. 이때, 배출가스는 다양한 화석연료의 연소과정중 발생할 수 있는 이산화탄소를 포함하는 배가스로 공장, 발전소 등에서 배출되는 연소 배출가스이다.
반응조는 복수로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 1차 반응조와, 2차 반응조와, 3차 반응조와, 4차 반응조로 구성될 수 있다. 상기 반응조에는 상기 배가스의 공급할 수 있는 1차 내지 4차 블로워가 형성될 수 있다.
상기 반응조에 혼합액을 공급할 수 있는 혼합액 공급펌프(P1) 및 혼합액 이송펌프(P2, P3)가 형성될 수 있다.
1차 반응조와 2차 반응조는 2개가 수직으로 설치되는 데, 하부에 1차 반응조가 설치되고, 1차반응조 상부에 2차 반응조가 설치되며, 1차 반응조와 2차 반응조는 상호 연통, 즉 2차 반응조의 하단을 통해 반응액 일부가 1차 반응조로 배출될 수 있다.
3차 반응조와, 4차 반응조은 1, 2차 반응조의 측면에 인접하게 설치되고, 2개가 수직으로 설치되는 데, 하부에 3차 반응조가 설치되고, 3차 반응조 상부에 4차 반응조가 설치되며, 3차 반응조와 4차 반응조는 상호 연통, 즉 3차 반응조의 하단을 통해 혼합액 일부가 4차 반응조로 배출될 수 있다.
블로워(blower)는 배가스를 덕트를 통해 복수의 반응조 하부로 유입시킨다.
도 6은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 반응액 저장탱크 및 탈수장치의 상세도이다.
또한, 상기 탈수장치는 상기 고형분이 분리된 상기 반응액을 탈수하는 제1탈수기(250); 및 상기 탄산칼슘 및 상기 슬래그를 포함하는 상기 고형분을 탈수하는 제2탈수기(150);로 구성될 수 있다.
또한, 상기 반응액 저장탱크는 일측면에서 형성된 반응액 유입구(241); 상기 반응액 저장탱크의 상부판에 형성된 상기 반응액에서 상기 고형분이 분리된 상등액을 배출하는 상등액 배출구(242); 및 상기 반응액 저장탱크의 하부판에 형성된 상기 고형분을 배출하는 고형분 배출구(243);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응액이 유입되면서 상기 상등액과 침전되는 상기 고형분의 분리를 유도하기 위해서 상기 상부판(244)에서 상기 하부판(245) 방향으로 판상 형성되며 상기 하부판에서 소정간격 이격되어 형성된 분리판(100);을 포함할 수 있다.
혼합액 공급펌프는 혼합액 제조탱크의 혼합액을 혼합액 배관을 통해 4차 반응조 상부로 유입시킨다.
반응액 이송펌프는 반응조에서 배출되는 반응액을 반응액 배관(L)을 통해 이웃하는 반응조로 공급하고, 1차 반응조에서 배출되는 반응액을 반응액 배관(L)을 통해 반응액 저장탱크로 이송한다.
복수의 반응조는 슬래그가 하부로 모여 반응액과 함께 일부가 배출되도록 호퍼 형태로 형성되고, 슬래그를 순환배관(CL)을 통해 자체 순환시키도록 순환펌프(P4)가 각각 구비되는 데, 순환펌프(P4)는 슬래그를 접선 방향으로 분사하여 와류를 일으켜 접촉 시간을 증대시킨다. 이때, 복수 반응조의 하부에는 밸브(미도시)가 설치되어 슬래그와 반응액을 배출한다.
도 7은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 반응액 저장탱크과 연결된 제2탈수기의 상세도이다.
또한, 상기 상등액 배출구와 연통되며, 상기 분리판과 상기 상등액 배출구 사이에 상기 상등액을 흡입할 수 있도록 상기 상등액에 잠겨 형성된 주름관(130);을 포함하고, 상기 하부판에 침전된 상기 고형분을 하부판의 중앙부분 위치로 모아주는 스크래퍼(120);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1탈수기 및 상기 제2탈수기에서 배출되는 상기 탄산?T칼슘 및/또는 상기 슬래그를 포함하는 상기 고형분을 건조시키는 건조기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2탈수기는 경사형 스크류 타입 탈수기로 경사각이 0도 내지 90도를 갖으며, 회전하는 축부위는 상기 반응액의 높이에 따른 수압을 고려해, 외부로 반응액이 유출되지 않도록 메카니컬 씰(Mechanical Seal)(182) 및/또는 워터 씰(Water Seal)(180)을 포함하여, 상기 고형분 내의 입자들에 의한 회전부위의 마모를 최소화 할 수 있는 특징을 갖는 2중 씰을 포함할 수 있다.
도 8은 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 반응액 저장탱크의 고형분 배출구에 형성된 스크류를 포함하는 고형물 공급바 구성도이다.
또한, 상기 스크래퍼의 하부에는 모아진 상기 고형물이 상기 제2탈수기로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 상부판에서 상기 고형분 배출구 내부까지 바형태로 연장형성되며 상기 고형분 배출구 내부에는 상기 바에 스크류(191)가 형성된 고형물 공급바(190);가 포함할 수 있다.
도 9는 본원발명의 일실시예에 따른 상등액과 고형분을 개별적으로 탈수하는 개선된 이산화탄소포집물 연속분리 시스템의 고형분을 포함하는 반응액의 탈수를 위한 침전특성을 비교한 실험자료이다.
(실시예1)
함수율 90%(고형물 10%)의 혼합액 100m3/h의 유량을 함수율 50%(고형분 50%)까지 탈수하기위한 복합 탈수시스템 및 그 방법에 대해 설명한다.
상기 표에서 나타난 바와 같이 고형분이 10% 이상이며, 빠른 침전특성을 갖은 혼합액을 탈수하기위한 탈수시스템에 대한 실시예이다
도 1의 선행특허에 따르면 일반적으로 함수율 90%(고형물 10%)의 혼합액 100m3/h을 처리하기위한 탈수기는 고형물의 농도 2% 정도로 처리할 수 있는 일반 탈수기를 사용하면, 500m3/h 이상의 처리유량을 갖는 탈수기를 사용하여야 한다. 이렇게 하는 경우 탈수기 후단에서 함수율 30~50%까지 탈수가 가능하며 수평으로 놓여진 20m3/h의 처리유량을 갖는 스크류를 이용하여 건조기로 이동시킬 수 있다.
본원 발명의 시스템을 적용하면, 상등액에 포함된 고형분의 농도를 1.8%(함수율 98.2%)라고 할 경우, 100m3/h의 처리유량을 갖는 일반 탈수기를 사용하여 81.5m3/h로 약 20%의 여유를 갖고 안정적인 부하에서 상등액의 탈수 운전이 가능하며, 스크류는 50%의 함수율로 17m3/h를 처리하면 되므로 20m3/h의 처리유량을 갖는 경사형 스크류 타입의 탈수기를 적용할 때 약 15%의 여유를 갖고 운전할 수 있다.
이때 스크류 타입의 고형분 탈수기, 본원 발명의 제2탈수기는 침전속도 및 탈수성능 등 고형물의 특성에 따라 적당하게 기울일 수 있고, 탈수기내의 체류시간에 따라 함수율 50%의 탈수케이크를 이동시킬 수 있다. 추가적으로 일반 탈수기에서 배출된 탈수케이크를 후단의 건조기가 아니라 경사형 스크류 타입의 탈수기 중간 또는 후단으로 바로 공급될 수 있도록 배치할 경우 탈수케이크의 운반이 더욱 단순해질 수 있다.
회전축 주위의 수압을 고려한 워터씰(180)은 단순하게 혼합액의 레벨과 같은 레벨로 물이 채워진 배관(181)만으로 구성될 수도 있고, 혼합액의 레벨변화에 따라 자동으로 배관내의 레벨(수압)을 조절하는 시스템을 포함할 수 있다
스크래퍼의 하단에 스크류(190)는 침전물의 이동을 원활하게 하기위한 것으로 침전물의 양과 특성에 따라 설치하지 않거나 별도의 구동모터를 사용하여 운영될 수 있다.
도 10은 본원발명의 일실시예에 따른 기액반응시스템의 제2고체인 비반응성 세라믹 물질의 부가에 따른 표면적 변화 결과이다.
(실시예2)
기액 접촉하는 반응기에서, 분당 10L의 반응액이 분사되는 경우, 액적의 수량이 1,000,000개라고 가정하고, 기체나 액체와 반응성이 없는 실리카겔이나 알루미나 볼 등의 반지름 1mm 세라믹 물질(200)을 추가하기 전과 추가한 후에 대한 액적의 표면적 변화에 대한 계산값이다.
상기 도 10에서 나타난 바와 같이 세라믹 물질(200)을 추가하는 경우 기존 대비 액적의 표면적은 20.8%가 증가할 수 있으며, 이로 인한 반응 효율의 증가는 누구나 충분히 인식할 수 있고, 동일 효율을 얻기 위해서는 반응기의 크기를 감소시키는 방향으로의 개선도 가능함을 나타내는 실시예이다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 분리판
110 : 제2탈수기 구동모터
120 : 스크래퍼
130 : 주름관
140 : 상등액이송관
141: 상등액 이송펌프
150 : 제2탈수기
160 : 고형분 탈수케이크
170 : 상등액 탈수 케이크
180 : 워터씰
181: 수위계
182: 메카니컬씰
190 : 고형분 공급바
191: 스크류
240 : 포집물저장탱크
241: 반응액유입구
242: 상등액배출구
243: 고형분배출구
244: 상부판
245: 하부판
246: 공급바 구동모터
250 : 제1탈수기
260 : 후단 처리장치
300: 기액반응조
310: 제1고체
320: 제2고체
330: 제1공급구
340: 제1배출구
350: 제2공급구
360: 제2배출구
370: 다공판
380: 스크래퍼
400: 기액분리장치
410: 메쉬망
420: 제3배출구
430: 제4배출구
500:: 기액공급탱크
510: 기액펌프
600: 기액탈수장치
700:고기반응조
800: 고기반응액저장탱크
900: 고기탈수장치
1000 : 용수탱크
2000: 입도조절장치
3000: 혼합액탱크
4000: 반응조
5000: 반응액 저장탱크
6000: 탈수장치
6100: 상등액 탈수장치
6200: 고형분 탈수장치
7000: 건조기

Claims (10)

  1. 반응성 액체(B);와 반응성 기체(C)를 반응시켜 특정기체(D);를 연속 분리하는 특정기체 연속분리 시스템에 있어서,
    상기 액체와 상기 특정기체를 포함하는 반응성 상기 기체를 연속적으로 반응시키는 복수의 기액반응조(300);
    상기 반응조는 상기 반응에 참여하지 않고 상기 반응조에만 체류하는 비반응성 제1고체(310);
    상기 반응에 참여하지 않고 상기 시스템을 순환하는 비반응성 제2고체(320);을 포함하며,
    상기 반응조의 하단과 연통되며, 상기 반응을 통해서 생성되는 제3고체(E);상기 제2고체 및 반응후 상기 액체를 분리하는 기액분리장치(400); 를 포함하며,
    상기 제2고체는 추가 공급되는 반응성 상기 액체와 같이 상기 반응조로 순환공급되며,
    상기 기액반응조는 하부 측면을 통해 반응성 상기 기체가 공급되는 제1공급구(330);
    상기 기액반응조의 하단에는 상기 제3고체, 상기 제2고체 및 반응후 상기 액체가 배출되는 제1배출구(340);
    상기 기액반응조의 상부 측면을 통해 반응성 상기 액체가 공급되는 제2공급구(350); 및
    상기 기액반응조의 상단에는 상기 특정기체가 제거된 반응후 상기 기체가 배출되는 제2배출구(360);이 형성되고,
    상기 기액반응조의 상기 제1공급구 보다 상부에는 상기 제1고체를 지지하며,
    반응성 상기 기체가 공급되기 위한 다공판(370); 및
    상기 기액반응조의 상단 중심축에서 상기 기액반응조의 상기 다공판까지 연장형성되는 상기 제1고체 및 상기 제2고체를 유동시켜 기액반응의 접촉효율을 향상시키기 위한 2개이상의 블레이드(381);를 포함하며,
    상기 제1고체는 상기 다공판의 홀을 빠져나가지 않고,
    상기 제2고체는 상기 다공판의 홀을 쉽게 빠져나갈 수 있는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기액분리장치는 상기 제3고체 및 반응후 상기 액체와 상기 제2고체를 침전분리하기위한 메쉬망(410);
    상기 기액분리장치의 하단에는 상기 제3고체를 포함하는 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제3배출구(420); 및
    상기 기액분리장치의 하부 일측에는 상기 제2고체 및 일부 반응후 상기 액체를 배출하기 위한 제4배출구(430);을 포함하며,
    상기 메쉬망은 상기 기액분리장치의 상부 일측면에서 상기 제4배출구 방향으로 경사지게 형성된 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제4배출구와 연통되며 추가로 반응성 상기 액체가 추가로 공급되어 상기 제2고체와 같이 혼합되는 기액공급탱크(500);
    상기 기액공급탱크의 하부 측면에는 상기 제2고체를 포함하는 반응성 상기 액체를 상기 제2공급구로 공급하기 위한 기액펌프(510);가 형성되고,
    상기 기액펌프의 전단과 후단은 소정길이의 배관이 상기 기액펌프와 수평으로 형성되는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4배출구와 연통되며 상기 기액공급탱크의 상부로 상기 제2고체만을 공급하기 위하여 반응후 상기 액체를 탈수하기 위한 기액탈수장치(600);
    상기 기액탈수장치는 상기 제4배출구에서 상기 기액공급탱크의 상부로 소정의 경사각으로 경사지게 형성되며,
    회전하는 축부위는 상기 액체의 높이에 따른 수압을 고려해, 외부로 상기 액체가 유출되지 않도록 메카니컬 씰(Mechanical Seal) 및/또는 워터 씰(Water Seal)을 포함하는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    반응성 상기 액체는 알칼리 특성을 갖는 CaO 수용액, MgO 수용액, 바닷물이 농축된 간수, 레미콘 회수수 또는 산성용액, 산성폐용액 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
    반응성 상기 기체는 소각 배가스, 발전 배가스, 화공플랜트 배가스, 제철공정 배가스 또는 정제가 필요한 공정의 가스 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
    상기 특정기체는 CO2, H2S, NH3, NOx, SOx, HCl 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
    상기 제1고체는 다공판의 홀을 빠져나가지 않고, 다공판 위에서 쉽게 스크래퍼로 들어 올릴 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 수십 mm인 Pall ring, Doughnut, Sphere Packs, Heilix, Raings 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
    상기 제2고체는 다공판의 홀을 쉽게 빠져나갈 수 있는 것으로서 크기와 지름의 길이가 0.1 ~ 수 mm로서 구형인 세라믹볼, 메탈볼, 실리카볼, 알루미나볼, 비반응성 수지 또는 플라스틱볼, 고무볼 중 어느 하나 이상일 수 있으며,
    상기 제3고체는 반응에 의해 생성되는 ㎛ 크기의 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 질산염, 황산염, 염화나트륨 중 어느 하나 이상일 수 있는 기액반응을 통한 특정기체 연속분리 시스템.
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