KR20120011594A - 이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 이산화탄소 분리장치 - Google Patents

이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 이산화탄소 분리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소 배가스에 포함된 이산화탄소를 분리함에 있어서, 이산화탄소 흡수제 수용액을 재생하는 공정을 포함하여 이산화탄소를 분리하는 방법 및 이를 이용한 이산화탄소 분리장치에 관한 것으로서, 배가스를 이산화탄소 흡수제 수용액 및 산 용액과 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리시키는 단계와, 제 1 염에 강염기 용액을 반응시켜서 제 2 염을 생성하고 이산화탄소 흡수제 용액을 분리하여 재사용하는 단계와, 제 2 염에 강산 용액을 반응시켜서 제 3 염을 생성하고 산을 결정으로 석출하고 분리하여 재사용하는 단계를 포함하여 이산화탄소를 분리하는 것을 특징으로 하며, 이산화탄소 분리시에 산 용액과 반응시켜 이산화탄소의 용해도가 낮아져서 기존의 공정보다 낮은 온도에서 이산화탄소의 제거가 가능하여 에너지가 절감되고, 이산화탄소 흡수제 수용액과 산 용액을 재사용할 수 있어 공정의 효율화가 극대화되며, 에너지절약형 연속적인 상업적 흡수 분리 공정이 가능하다.

Description

이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 이산화탄소 분리장치 {Carbon dioxide separating method comprising regenerating process of absorption and system using the same}
본 발명은 연소 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소의 분리방법 및 이를 이용한 분리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이산화탄소 흡수제를 재사용하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리방법 및 이를 이용한 분리장치에 관한 것이다.
최근 대기 중 이산화탄소 증가에 따른 지구온난화는 인류가 해결하여야 할 중요한 환경문제 중에 하나이다. 이런 이산화탄소는 화석 연료 연소시에 대량으로 배출된다. 따라서, 화석연료를 연소한 후에 발생한 배가스(exhaust gas) 중에 이산화탄소만을 분리하여 제거하는 기술이 개발되고 있으며, 이미 개발된 이산화탄소 분리기술로는 크게 흡수법, 흡착법, 심냉법, 막분리법이 있다.
흡수법 중에서 상용화된 기술로서는 습식아민법이 있다. 습식아민법은 연소 배가스에 포함된 이산화탄소를 회수하는 방법으로 아민계 흡수제를 사용한다. 최초의 상업용 설비는 Gas Spec FT-1(Dow Chemical사, 1982년)이라 불리는 것으로서 흡수제로 알칸올아민과 부식방지제의 혼합용액을 이용하여 산소에 대한 열화를 줄이고, 이산화탄소 흡수능력을 증가시킨 특징을 가지고 있다. 이후, 아민류를 흡수제로 이용한 습식흡수법이 다수 상용화되어 있다.
이러한 아민류를 이용한 습식 흡수 공정은 높은 이산화탄소 회수 효율을 보이고 있으나, 반응기에서 높은 온도가 요구되어 많은 에너지가 요구되어 공정 운영비가 크다는 문제점이 있다.
또한, 습식 아민법에 사용되는 흡수액은 고가이므로 공정의 효율성을 높이기 위하여는 이산화탄소를 탈거하고 재생하는 공정이 필요하다. 다만, 흡수제에 다시 이산화탄소를 탈거시키고 흡수제를 재생하기 위하여는 압력을 감소시켜서 재생하는 물리적 흡수제와 달리 화학적 흡수제인 아민류 흡수제는 화학적 결합을 끊어야 하므로 110℃ 이상의 높은 온도로의 가열이 필요하여 많은 에너지가 요구되는 문제점이 있다.
한편, 이미 개발된 이산화탄소 분리 기술에서 흡착법은 연소 배가스(exhaust gas)에서 이산화탄소를 선택적으로 흡착하는 제올라이트, 활성탄 등의 고체흡착제를 사용하여 배가스에 포함된 이산화탄소를 분리하는 방법으로서, 이런 흡착법은 고압에서 흡착이 이루어질 경우에 가압에 필요한 에너지 소모가 크고, 상압에서 흡착이 이루어지는 경우에는 생산성이 떨어져서 설비가격이 높아지는 문제점이 있으며, 저압탈착을 수행함에 따른 전력비의 소모가 큰 문제점을 지니고 있으므로 석탄화력발전소 등과 같은 대용량의 연소 배가스 에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이산화탄소 흡수제를 산 용액과 반응시켜 사용되는 에너지의 양을 줄이기 위해 낮은 온도에서 흡수제를 재생하는 공정을 포함하는 이산화탄소 분리방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 분리방법을 이용한 이산화탄소 분리장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여,
이산화탄소 흡수제 수용액을 이용하여 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소 분리방법에 있어서, (A) 배가스를 이산화탄소 흡수제 수용액 및 산 용액과 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리시키는 단계와, (B) 상기 제 1 염에 강염기 용액을 반응시켜서 제 2 염을 생성하고 흡수제 수용액을 분리시키는 단계와, (C) 상기 제 2 염에 강산 용액을 반응시켜서 제 3 염을 생성하고 산을 결정으로 석출, 분리하여 재사용하는 단계를 포함하는 이산화탄소 분리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 일 실시예에 의하면, 상기 (A)단계에서 상기 이산화탄소 흡수제는 모노에탄올아민(MEA), 메틸다이에탄올아민(MDEA), 다이에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA) 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 상온에서 물에 대한 용해성이 우수하고, 반응속도가 우수한 모노에탄올아민(MEA)일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (A) 단계에서 상기 산 용액은 결정화가 가능한 산을 이용한 용액으로, 바람직하게는 벤조산 용액 또는 옥살산 용액일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (A)단계에서 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액과 산 용액 반응물 전체 중량 대비 흡수제 수용액은 10~40중량%이고, 산 용액은 5~10중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (A)단계에서 배가스(exhaust gas)를 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액과 상기 산 용액과 반응시킬 때 이산화탄소의 용해도가 0.4~0.7 CO2 mol/MEA mol일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (B)단계에서 상기 강염기 용액은 수산화나트륨 또는 수산화칼슘일 수 있고, 바람직하게는 수산화나트륨일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (C)단계에서 상기 강산 용액은 염산, 황산 또는 질산일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 상기 (A), (B) 및 (C) 단계에서 반응온도는 40 ~ 60℃일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 본원 발명의 이산화탄소 분리방법은 상기 (B)단계에서 분리된 흡수제 수용액을 상기 (A)단계로 이송하여 흡수제 수용액을 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의하면, 본원 발명의 이산화탄소 분리방법은 상기 (C)단계에서 결정으로 석출하여 분리된 산을 상기 (A)단계로 이송하여 산 용액으로 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여,
이산화탄소 흡수제 수용액을 이용하여 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소 분리장치에 있어서, 상기 이산화탄소 흡수제 수용액이 배가스의 이산화탄소를 흡수하도록 반응시키는 흡수반응기와, 이산화탄소를 함유한 흡수제 수용액과 산 용액을 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리하는 스트리퍼와, 상기 제 1 염을 강염기 용액과 반응시켜 제 2 염을 생성하고 흡수제 수용액을 분리하는 제 1 분리기 및 상기 제 2 염을 강산과 반응시켜 제 3 염을 생성하고 상기 산을 결정으로 석출하고 분리하는 제 2 분리기를 포함하는 이산화탄소 분리장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 연소 배가스(exhaust gas)에서 이산화탄소 분리시에 산 용액과 반응시켜 이산화탄소의 용해도를 낮추어 기존의 공정보다 낮은 온도에서 이산화탄소의 제거가 가능하여 에너지가 절감되고, 이산화탄소 흡수제와 산 용액 등을 재사용할 수 있어 공정의 효율화가 극대화되며, 에너지 절약형 연속적인 상업적 흡수 분리 공정이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 수용액을 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리 방법을 나타낸 개념도이다.
도 2는 반응온도 40℃에서 모노에탄올아민(MEA) 수용액과 벤조산 용액의 중량을 달리하여 MEA 수용액에서 이산화탄소 용해도를 벤조산 용액이 투입되지 않은 경우와 비교하여 나타낸 그래프이다.
(X축은 CO2용해도이고, Y축은 CO2 분압을 나타낸다.)
(●은 MEA 수용액 10중량%, 벤조산 용액 5중량%에서 이산화탄소의 용해도 제 1 실험값; ○은 MEA 수용액 14중량%, 벤조산 용액 1중량%에서 이산화탄소의 용해도 제 2 실험값; ▼은 MEA 수용액 13중량%, 벤조산 용액 2중량%에서 이산화탄소의 용해도 제 3 실험값; 실선은 MEA 수용액 10중량%, 벤조산 용액에 투입되지 않은 경우의 이산화탄소 용해도)
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
종래의 아민계 흡수공정의 경우 탈거 공정에서 흡수제에 결합된 이산화탄소를 탈거하여 이산화탄소를 분리하고 흡수제를 재사용하기 위해서는 이산화탄소가 흡수된 용액의 온도를 높여 이산화탄소를 제거하는 원리를 이용하므로 에너지가 다량 필요하였다.
또한, 흡수제 수용액은 고가이므로 공정의 효율성을 높이기 위하여 이산화탄소를 탈거하고 재생하는 공정이 필요하나, 흡수제에 다시 이산화탄소를 탈거시키고 흡수제를 재생하기 위하여는 화학적 흡수제인 아민류 흡수제는 화학적 결합을 끊어야 하므로 높은 온도로의 가열이 필요하여 많은 에너지가 요구되었다.
본 발명의 일 구현예에 의하여 연소 후 배가스(exhaust gas)에서 이산화탄소를 분리하고 이산화탄소 흡수제 수용액을 재생하는 방법은 다음과 같다.
(A) 배가스(exhaust gas)를 이산화탄소 흡수제 수용액 및 산 용액과 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리시키는 단계와, (B) 상기 제 1 염에 강염기 용액을 반응시켜서 제 2 염을 생성하고 흡수제 수용액을 분리시키는 단계와, (C) 상기 제 2 염에 강산 용액을 반응시켜서 제 3 염을 생성하고 산을 결정으로 석출하여 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하여 연소 후 배가스(exhaust gas)에서 이산화탄소를 분리하고 이산화탄소 흡수제 수용액을 재생하는 방법을 도 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 연소 후 배가스(exhaust gas)를 흡수기에서 이산화탄소 흡수제 수용액과 반응시켜 이산화탄소를 함유한 흡수제를 형성하고, 상기 이산화탄소가 제거된 배가스는 대기 중으로 배출하며, 상기 이산화탄소를 함유한 흡수제 수용액을 스트리퍼에서 산 용액과 반응시켜서 제 1염을 생성하고 이산화탄소를 분리하여 별도로 저장할 수 있다.
다음으로, 상기 제 1 염을 제 1 분리기에서 강염기 용액과 반응시켜서 제 2 염을 생성하고, 이산화탄소 흡수제 수용액을 분리하여 상기 흡수기에서 재사용할 수 있다.
그 다음으로, 상기 제 2 염을 제 2 분리기에서 강산 용액과 반응시켜서 제 3 염을 생성하여 별도로 저장하고, 결정으로 석출되는 산을 분리하여 상기 스트리퍼에서 재사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하면, 이산화탄소를 함유한 흡수제 수용액에서 이산화탄소를 분리하기 위하여 상기 스트리퍼에서 산 용액을 반응시켜서 흡수제 수용액에서 이산화탄소 용해도를 낮추어서 적은 에너지로도 이산화탄소를 분리 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이산화탄소를 함유한 아민계 흡수제 수용액은 산 용액과 반응하여 pH가 변하고 이산화탄소 용해도가 낮아져서 종래의 공정 온도보다 낮은 온도에서 이산화탄소를 제거할 수 있고, 이후 제 1 염은 강염기 수용액을 이용해 흡수제는 수용액 상태로 회수하여 재사용하고, 여기서 생성된 제 2 염은 강산 수용액과 반응하여 결정으로 석출되는 산을 다시 회수하여 재사용하고 여기서 생성된 제 3 염을 폐기하거나 재사용하는 것을 특징으로 하여 종래 아민계 흡수공정의 문제점을 해결할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (A)단계에서 흡수제는 모노에탄올아민, 메틸다이에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 바람직하게는 상온에서 물에 대한 용해성이 우수하고, 반응속도가 우수한 모노에탄올아민(MEA)일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (A) 단계에서 하기 [반응식 1]에 의해서 배가스(exhaust gas)에서 이산화탄소 흡수제 수용액이 이산화탄소 흡수하는 것을 특징으로 한다.
[반응식 1]
R-NH2 + H2O + CO2 → R-NH3HCO3
상기 식에서,
R-NH2는 모노에탄올아민이고, 반응온도는 40~60℃이다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (A) 단계에서 이산화탄소를 함유한 흡수제와 반응하는 산 용액은 결정화가 가능한 산을 이용한 용액이라면 본 발명에서 제한되지 않으나, 보다 바람직하게는 벤조산 용액 또는 옥살산 용액일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (A) 단계에서 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액과 산 용액 반응물 전체 중량 대비 흡수제 수용액은 10~40중량%이고, 산 용액은 5~10중량%일 수 있으며, 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액이 상기 스트리퍼에서 상기 산 용액과의 반응시 흡수제 수용액에서 이산화탄소의 용해도가 0.4~0.7 CO2 mol/MEA mol일 수 있다.
벤조산 용액이 투입되지 않은 모노에탄올아민(MEA) 10중량%의 수용액에서 이산화탄소의 용해도를 반응 온도를 달리하여 측정하여 도 2에 실선으로 나타내었다. 동일한 이산화탄소 분압대비 고온에서 반응하는 경우에 이산화탄소의 용해도가 감소하는 것을 알 수 있다.
또한, MEA 10중량%에 벤조산 5중량%을 투입한 수용액에서 이산화탄소 용해도를 반응온도 40℃에서 측정하여 도 2에서 ●로 표시하여 나타내었다. 동일한 이산화탄소의 분압에서 비교시 벤조산을 투입한 경우에는 40℃의 보다 낮은 온도에서도 벤조산을 투입하지 않고 80~100℃이상의 고온에서의 반응과 동일한 이산화탄소 용해도 감소 효과가 있는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의한 이산화탄소 분리방법은 높은 온도로 가열하지 않고 이산화탄소를 흡수제(MEA)로부터 분리가 가능하여 이산화탄소 분리 및 MEA 수용액 회수 재생하는 공정에 필요한 에너지를 저감할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (B)단계에서 산 용액과 이산화탄소가 탈거된 흡수제 수용액에 수산화나트륨 또는 수산화칼슘을 반응시키고, 바람직하게는 수산화나트륨을 반응시켜서 제 2 염을 생성하여 흡수제 수용액를 분리할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 의하면, 상기 (C)단계에서 강산 용액은 수용액에서 잘 해리될 수 있는 것이면 본 발명에서 제한되지 않으나, 바람직하게는 염산, 황산, 또는 질산 용액일 수 있다.
상기 (A), (B) 및 (C) 단계에서 구체적인 반응은 하기 [반응식 2]와 같다.
2H2O ↔ H3O++OH- (식 1)
CO2+2H2O ↔ HCO3 -+H3O+ (식 2)
HCO3 -+H2O ↔ CO3 -2+H3O+ (식 3)
R-NH3 ++H2O ↔ R-NH2+H3O+ (식 4)
R-NHCOO-+H2O ↔ R-NH2+HCO3 - (식 5)
R-NH3 ++ acid(benzoic acid) ↔ salts(제 1 염, MEA-benzoate)(s) + H2O (식 6)
salts(제 1 염, MEA-benzoate)(s) +Base(Ca(OH)2)(aq) ↔ salts(제 2 염, calcium benzoate)(s) + H2O (식 7)
salts(제 2 염, calcium benzoate)(s) +Acid(HCl)(aq) ↔ salts(제 3 염, CaCl2)(aq) + acid(benzoic acid)(s) (식 8)
본 발명의 바람직한 일 구현예에 의하면, 상기 (A), (B) 및 (C) 단계에서 반응온도는 40 ~ 60℃일 수 있고, 상기 (B)단계에서 분리된 흡수제 수용액을 상기 (A)단계로 이송하여 흡수제 수용액을 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 (C)단계에서 결정으로 분리된 산을 상기 (A)단계로 이송하여 산 용액으로 재사용하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소 분리방법은 벤조산 용액을 이산화탄소를 함유한 흡수제 수용액에 추가 투입하여 수용액에서 이산화탄소의 용해도를 감소시켜서 보다 낮은 반응온도에서도 이산화탄소를 분리하는 것을 특징으로 한다.
이하, 모노에탄올아민(MEA)을 흡수제 수용액으로 하고, 산 용액은 벤조산으로 하여 MEA수용액에 벤조산 용액을 첨가한 경우 아래와 같은 실험 절차에 의해서 이산화탄소의 용해도를 측정하였다.
기본적인 기액 상평형 실험으로서, 벤조산 용액과 MEA 수용액을 저장하는 MEA reservoir와 이산화탄소를 저장하는 CO2 reservoir, 이산화탄소와 수용액이 기액 상평형을 이루는 평형반응기로 구성된 실험장치를 이용하여 측정하였다.
일정한 온도에서 평형 전과 평형 후의 상태를 부피와 압력으로 측정하여 이산화탄소의 용해도를 측정하였다.
먼저, 평형반응기와 CO2 reservoir를 진공상태에 가깝게 만들고 CO2 reservoir에는 순수한 이산화탄소 기체를 채우고 평형반응기에는 밀도를 알고 있는 벤조산 용액과 MEA 수용액을 일정량 채운다. 이때 온도가 일정하게 유지된 상태에서 부피를 알고 있는 CO2 reservoir의 압력을 측정하여 Allprops라는 프로그램을 사용해 CO2 reservoir안에 있는 이산화탄소 기체의 밀도를 계산하였다. 이에 따라 처음 이산화탄소의 양을 계산할 수 있었다.
다음, 평형반응기와 CO2 reservoir사이의 밸브를 열어 상평형을 이룰 때까지 기다린 다음 평형에 도달하였을 때 기상의 압력을 측정하였다. 역시 Allprops를 사용해 밀도를 계산할 수 있으며, 평형 이후 수용액에 녹아 들어가지 않은 이산화탄소의 양을 계산할 수 있다. 이때 CO2 reservoir와 평형반응기의 부피를 더하고 액체의 부피를 뺀 만큼이 이산화탄소가 차지하는 부피이다.
그 후, 평형 이후 측정된 압력에서 수증기 증발량을 고려하여 보정한 기상의 압력을 이산화탄소의 부분압으로 하고, 처음 이산화탄소의 양과 나중 이산화탄소의 양의 차이를 통해 CO2 loading을 측정하였다.
또한, 본 발명에 따른 흡수제 수용액에서의 이산화탄소 용해도와 비교실험으로서, 상기 실험예 1에서 평형반응기에 벤조산 용액을 투입하지 않고 MEA 수용액만을 일정량 채운 후 실험을 진행한 것을 제외하고는 상기 실험예 1과 동일하게 실험절차를 진행하였다.
도 2에 본 발명에서 측정한 이산화탄소의 용해도 값을 나타내었다. 상기 도 1에서 X축은 CO2용해도이고, Y축은 분압을 나타낸다. 이산화탄소의 용해도 단위는 CO2 mol/MEA mol로 나타내었다.
먼저, 반응온도(40, 80, 100, 120℃)를 달리하여 모노에탄올아민(MEA) 10중량%의 수용액에서 이산화탄소 용해도를 측정하여 그 결과를 도 2의 실선으로 나타내었다.
다음으로, 반응온도 40℃에서 모노에탄올아민(MEA)과 벤조산의 중량을 달리하여 이산화탄소의 용해도를 측정하였다. 상기 도 1에서 ○은 모노에탄올아민 14중량%, 벤조산 2중량% 수용액에서 이산화탄소의 용해도 제 1 실험값이고, ●은 모노에탄올아민 10중량%, 벤조산 5중량% 수용액에서 이산화탄소의 용해도 제 2 실험값이며, ▼은 모노에탄올아민 13중량%, 벤조산 1중량% 수용액에서 이산화탄소의 용해도 제 3 실험값이다.
본 발명에 따른 모노에탄올아민 10중량%와 벤조산 5중량% 수용액에서 이산화탄소의 용해도는 벤조산을 투입하지 않은 경우 80~100℃에서의 이산화탄소 용해도와 동일한 바, 산 용액을 투입하여 이산화탄소를 흡수제 수용액에서 분리하는 본 발명에 의하면 보다 낮은 온도에서도 이산화탄소의 용해도가 감소하여 이산화탄소를 분리하고, 흡수제 수용액을 재사용함에 있어서 에너지 절감의 효과가 있음을 알 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이산화탄소 분리장치의 구현예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리장치를 나타낸 개념도이다.
본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 재생하는 공정을 포함한 이산화탄소 분리장치는 흡수 반응기, 스트리퍼, 제 1 분리기, 제 2 분리기로 구성된다.
본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 상기 흡수반응기는 이산화탄소 흡수제 수용액이 배가스(exhaust gas)의 이산화탄소를 흡수하도록 반응시키고, 상기 스트리퍼는 이산화탄소를 함유한 흡수제 수용액과 산 용액을 반응시켜 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리하여 배출하며, 상기 제 1 분리기는 제 1 염을 강염기와 반응시켜 제 2 염을 생성하고 흡수제 수용액을 분리하고, 상기 제 2 분리기는 상기 제 2 염을 강산과 반응시켜 제 3 염을 생성하고 상기 산을 결정으로 석출하여 분리한다.
상기 흡수제 수용액은 바람직하게 모노에탄올아민일 수 있고, 흡수반응기에 추가로 구비된 가열기에 의해서 흡수반응기 내의 반응온도는 40~60℃일 수 있으며, 유입된 연소 배가스와 흡수제가 흡수반응기에서 반응하여 배가스에서 이산화탄소를 흡수하는 것을 특징으로 한다.
상기 스트리퍼에서는 흡수반응기에서 만들어진 이산화탄소를 함유한 흡수제가 스트리퍼에 추가로 구비된 산 용액 저장조에서 공급된 산 용액과 반응하여 제 1 염을 생성하고 흡수제에서 이산화탄소를 탈거할 수 있으며, 이 때 스트리퍼에 추가로 구비된 가열기에 의해서 스트리퍼 내의 반응온도는 40~60℃인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 분리기에서는 상기 제 1 염이 제 1 분리기에 추가로 구비된 강염기 용액 저장조에서 공급된 강염기 용액과 반응하여 제 2 염을 생성하고, 분리된 흡수제는 이송하여 흡수반응기에서 다시 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 분리기에서는 제 1 분리기에서 생성된 제 2 염이 제 2 분리기에 추가로 구비된 강산 용액 저장조에서 공급된 강산 용액과 반응하여 제 3 염을 생성하면서 산을 결정으로 석출하여 분리하고, 분리된 산은 이송하여 스트리퍼에서 산 용액으로 다시 사용할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Claims (12)

  1. 이산화탄소 흡수제 수용액을 이용하여 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소 분리방법에 있어서,
    (A) 배가스(exhaust gas)를 이산화탄소 흡수제 수용액 및 산 용액과 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리시키는 단계;
    (B) 상기 제 1 염에 강염기 용액을 반응시켜서 제 2 염을 생성하고 흡수제 수용액을 분리시키는 단계; 및
    (C) 상기 제 2 염에 강산 용액을 반응시켜서 제 3 염을 생성하고 산 을 결정으로 석출하여 분리시키는 단계;를 포함하는 이산화탄소 분리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)단계에서 상기 이산화탄소 흡수제는 모노에탄올아민, 메틸다이에탄올아민, 다이에탄올아민, 트리에탄올아민 또는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)단계에서 상기 산 용액은 결정으로 석출할 수 있는 벤조산 용액 또는 옥살산 용액인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)단계에서 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액과 산 용액 반응물 전체 중량 대비 흡수제 수용액은 10~40중량%이고, 산 용액은 5~10중량%인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A)단계에서 배가스(exhaust gas)를 상기 이산화탄소 함유 흡수제 수용액과 상기 산 용액과 반응시킬 때 이산화탄소의 용해도가 0.4~0.7 CO2 mol/MEA mol인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (B)단계에서 상기 강염기 용액은 수산화나트륨 또는 수산화칼슘인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (C)단계에서 상기 강산 용액은 염산, 황산 또는 질산인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (A), (B) 및 (C) 단계에서 반응온도는 40 ~ 60℃인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (B)단계에서 분리된 흡수제 수용액을 상기 (A)단계로 이송하여 흡수제 수용액을 재사용하는 단계를 더 포함하는 이산화탄소 분리방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (C)단계에서 결정으로 석출 분리된 산을 상기 (A)단계로 이송하여 산 용액으로 재사용하는 단계를 더 포함하는 이산화탄소 분리방법.
  11. 이산화탄소 흡수제 수용액을 이용하여 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소 분리장치에 있어서,
    상기 이산화탄소 흡수제 수용액이 배가스(exhaust gas)에 포함된 이산화탄소를 흡수하도록 반응시키는 흡수반응기;
    상기 이산화탄소를 흡수한 흡수제 수용액과 산 용액을 반응시켜서 제 1 염을 생성하고 이산화탄소를 분리하는 스트리퍼;
    상기 제 1 염에 강염기 수용액을 반응시켜 제 2 염을 생성하고, 흡수제 수용액을 분리하는 제 1 분리기; 및
    상기 제 2 염을 강산 용액과 반응시켜서 제 3 염을 생성하고, 상기 산을 결정으로 석출 분리하는 제 2 분리기;를 포함하는 이산화탄소 분리장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 분리기에서 분리한 흡수제 수용액을 상기 흡수반응기로 이송하여 재사용하고, 상기 제 2 분리기에서 결정으로 석출 분리한 산을 상기 스트리퍼로 이송하여 산 용액으로 재사용하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
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