KR20120028044A

KR20120028044A - 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20120028044A
Application number: KR1020100090003A
Authority: KR
Inventors: 이지현; 심재구; 장경룡; 이인영; 김준한
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-22
Also published as: KR101695030B1

Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에서는, 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 통해, 입자간의 반발력을 증대시켜 분체 간의 응집을 막고 이를 통해 흡수제의 흐름성을 개선할 수 있으며, 이렇게 개선된 흐름성을 통해 흡수제의 장기 보관과 이송이 유리할 뿐만 아니라, 물리적 마모를 줄일 수 있어 내마모도를 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법{Carbon dioxide absorbent absorbent and method for preparing the same}

본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 이산화탄소 흡수제는 화력발전소 등 산업체에서 화석연료의 전환으로 발생되어 대기로 배출되고 있는 이산화탄소를 건식 재생 흡수기술을 이용하여 대기로 방출되기 전에 회수하는 데 필요한 건식 재생 이산화탄소 흡수제[이하 흡수제라 칭함]로 사용할 수 있다.

보다 구체적으로 상기 이산화탄소 흡수제는 유동층(fluidized-bed) 또는 고속유동층(transport) 흡수반응기와 유동층 또는 고속유동층 재생반응기에서 이산화탄소를 회수하는 데 사용될 수 있다.

이산화탄소는 온실가스 중의 하나로 화석연료의 사용증대에 따른 이산화탄소의 대기배출로 인한 지구온난화에 가장 심각한 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 이러한 이산화탄소의 대기배출을 제어하지 않으면 지구온난화로 인한 지구환경 재앙을 초래할 수도 있다. 화석연료의 연소로 발생된 가스기류, 즉 배가스, 석탄 가스화로 생산된 합성가스, (연료가스(fuel gas)라고 칭하는) 천연가스의 개질로 생산된 합성가스 기류에서 이산화탄소를 제거할 수 있다. 즉 배가스나 합성가스 또는 연료가스에서 이산화탄소를 제거할 수 있다. 배가스에서 이산화탄소를 제거하는 방법으로는 습식화학세정, 흡착, 막분리, 저온냉각분리 등이 있으나, 비용이 높기 때문에 특히 대용량 배가스에서 이산화탄소를 회수하는 데에 사용하기 어렵다.

배가스에서 이산화탄소를 제거하는 방법으로 건식화학세정이 있다. 이 방법은 습식화학세정에서 사용하는 액체 용매 대신에 고체를 사용하는 기술이다. 고체 흡수제에 있는 활성성분과 이산화탄소가 흡수반응기에서 화학반응을 하여 탄산염 또는 중탄산염을 생성하여 가스기류에서 이산화탄소를 제거하고 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 재생반응기에서 열을 가하여 재생시켜 반복적으로 사용할 수 있는 기술을 건식 재생 흡수기술(dry regenerable sorbent technology)이라 한다.

건식재생 흡수기술의 특징은 우선 소재가 저가이며, 재생하여 재사용 가능하며, 설계 유연성, 친환경적, 저에너지 흡수공정 적용성, 고효율 이산화탄소 흡수능과 반응속도 등 여러 측면에서 타 기술에 비해 지속성장 개발이 가능한 분야이다.

이산화탄소를 회수하는 유동층 또는 고속 유동층 공정에서 흡수제를 재생하여 여러 번 사용하려면 흡수제의 반응성(reactivity, 흡수능과 반응속도)은 물론 흡수제의 형상과 기계적 강도가 중요하다. 특히, 고체 입자(흡수제)가 두 반응기 사이를 빠른 속도로 순환하는 동안 입자가 충돌, 마찰, 파손 또는 균열 등으로 인해 더 미세한 입자로 마모되어 흡수능이 저하되고, 흡수제의 교체시기(재생주기)가 빨라지는 문제점이 있으며, 장기간 보관 시 주변의 습분에 의해 분체의 케이킹 특성이 악화되는 문제가 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 흡수제의 강도를 증가시켜 물리적 마모를 줄여 왔으나, 흡수제의 강도를 증가시키면 상대적으로 반응성이 감소하는 특성 때문에 강도와 반응성을 동시에 만족하는 흡수제의 개발에 어려움이 있어왔다.

본 발명의 목적은 활성성분의 고른 분배를 통해 활성성분의 활용도를 높이고, 반응에 필요한 넓은 비표면적을 제공할 수 있으며 고온건식용 특히, 유동층 또는 고속 유동층 이산화탄소 흡수공정에 적용하기에 적합한 형상, 입자크기 및 분포도를 가지며, 향상된 내마모도(강도)와 내열성을 가지는 이산화탄소 흡수제를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 이산화탄소 흡수제의 효율적인 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 제조할 수 있는 분무건조장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 본 발명의 이산화탄소 흡수제를 사용한 이산화탄소의 저감방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 이산화탄소와 반응할 수 있는 활성성분이 지지체 내에 담지되어 있는 코어층; 및 상기 코어층을 둘러싸고 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 제공한다.

본 발명은 또한 이산화탄소 흡수제 원료 물질 및 용매를 포함하는 슬러리를 건조하여 분체상의 코어층을 형성하는 단계; 상기 코어층 상에 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코어층 및 코팅층을 건조 소성시키는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 제공한다.

더욱이, 상기 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서, 챔버(10)의 내부에 설치되어 이산화탄소 흡수제 원료 공급부로부터 공급된 원료를 분사시키는 분사노즐(1); 상기 챔버(10)의 일측에 설치되어 챔버(10) 내부로 고온의 공기를 송풍하는 고온건조 송풍장치(3); 챔버(10)의 하부에 설치되어 분말을 포집하는 분말 포집장치(4); 및 상기 챔버(10)에 설치되어 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 분사시키는 코팅분사노즐(2)을 포함하는 분무건조장치를 제공한다.

또한, 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 이산화탄소를 함유하는 기체와 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 접촉시키는 단계를 포함하는 이산화탄소의 저감방법을 제공한다.

본 발명에서는, 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 통해, 입자간의 반발력을 증대시켜 분체 간의 응집을 막고 이를 통해 흡수제의 흐름성을 개선할 수 있으며, 이렇게 개선된 흐름성을 통해 흡수제의 장기 보관과 이송이 유리할 뿐만 아니라, 물리적 마모를 줄일 수 있어 내마모도를 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분무건조장치의 단면도.

본 발명은 이산화탄소와 반응할 수 있는 활성성분이 지지체 내에 담지되어 있는 코어층; 및 상기 코어층을 둘러싸고 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 포함하는 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 이산화탄소 흡수제를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 있어서, 코어층은 지지체 내에 활성성분이 담지되어 있는 것으로, 상기 활성성분은 이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 회수 분리할 수 있는 물질이라면 제한 없이 사용할 수 있다.

상기 활성성분은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염; 또는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 중탄산염으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 포타슘 카보네이트(Potassium carbonate), 소디움 카보네이트(Sodium carbonate) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에서 활성물질의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 이산화탄소 흡수제에 대하여, 30 내지 50 중량부의 함량으로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 50 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 활성성분의 함량이 흡수제의 총 중량에 대하여, 30 중량부 미만이면, 흡수능이 저하될 우려가 있으며, 50 중량부를 초과하면 지지체의 함량이 상대적으로 줄어들어 흡수제의 강도가 저하될 우려가 있다.

본 발명에서 지지체는 활성성분을 흡수제 입자 내에 잘 분포되게 하여 반응성을 높이고, 반응가스의 확산에 필요한 기공구조를 제공하며, 소성 후 흡수제의 강도를 제공할 수 있고, 반응에 필요한 수분을 흡착 또는 흡수할 수 있는 특성을 가진 비표면적이 큰 지지체로서 자체적으로 친수성을 갖거나, 흡수제에 친수성을 부여할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 세라믹류, 천연 또는 합성 제올라이트, 규조토 및 탄소체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 지지체를 사용할 수 있다.

상기 세라믹류로는 알루미나, 실리카, 마그네시아, 지르코니아 또는 티타니아 등을 예로들 수 있다.

본 발명에서 지지체의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 흡수제의 총 중량에 대하여, 50 내지 70 중량부의 함량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 60 내지 70 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 지지체의 함량이 50 중량부 미만이면, 강도가 줄어 마모도가 증가될 수 있고, 70 중량부를 초과하면, 이산화탄소 흡수능이 떨어질 우려가 있다.

본 발명에서 침강 탄산염은 상기 코어층을 둘러싸는 코팅층에 함유되는 것으로, 침강 탄산염은 상기 코어층 상에 미세한 코팅막 역할을 하고, 이러한 특징에 의해 흡수제간 반발력이 증가하여 흡수제간의 응집현상을 막아 장시간 보관 시 입자 간에 뭉침현상을 방지해 주는 역할을 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 침강 탄산염은 염수과 같은 알칼리 토금속 함유수와 같이, 물에서부터 침전된 준안정성(metastable) 탄산염 화합물로 본 발명의 침강 탄산염에는 침전된 결정 및/또는 무정형 탄산염 화합물이 포함된다.

본 발명에서 침강 탄산염은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 흡수제의 총 중량에 대하여, 2 내지 6 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 침강 탄산염의 함량이 2 중량부 미만이면, 흐름성 개선효과가 미미하고, 6 중량부를 초과하면, 과도한 표면 코팅으로 인해 흡수능의 저하 가 발생될 가능성이 있다.

상기 침강 탄산염의 제조는 물로부터 탄산염 화합물 침전물을 생산한 후에, 생성된 침전 탄산염 화합물을 모액으로부터 분리하여, 분리된 탄산염 화합물 침전 생성물을 만든다. 침전물은 임의의 통상적인 방식, 예를 들면, 다량의 물을 침전물로부터 배수시키고, 기계 프레싱을 이용하여 모액으로부터 침전물을 여과시키는 방법과 같은 통상적인 방법을 사용하여 물이 제거된 젖은 침전물을 제조한 후, 건조하여 침강 탄산염을 제조할 수 있다.

본 발명에서 코어층은 무기결합제를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서 상기 무기결합제는 코어층에 조밀하게 충진되어 고밀도의 이산화탄소 흡수제를 제조할 수 있고, 활성성분과 지지체 사이의 결합력을 증대시켜 흡수제의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 본 발명에서 사용할 수 있는 무기결합제의 종류는 특별히 제한되지 않는다. 바람직하게는, 칼슘 실리케이트와 칼슘 알루미네이트와 같은 시멘트류; 벤토나이트와 카올린과 같은 점토류; 및 알루미나졸, 실리카졸, 보에마이트 등과 같은 세라믹류;로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하여 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 칼슘 실리케이트, 칼슘 알루미네이트, 벤토나이트, 카올린, 알루미나졸, 실리카졸 및 유사 보에마이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하여 사용할 수 있다.

상기 시멘트류 무기결합제의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 수화시멘트(hydraulic cement) 중에서 포틀랜드시멘트(Portland cement) 또는 무수 칼슘 실리케이트(anhydrous calcium silicate)를 들 수 있다.

상기 점토류 결합제(clay-like binder)의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 스멕타이트(smectites)와 칸다이트(kandites)에 속하는 것으로 수용액에서 가소성이 있는 소디움 벤토나이트(sodium bentonite) 또는 카올린(kaolin)을 들 수 있다.

상기 세라믹류 결합제(ceramic-like binder)는 주로 나노 입자크기, 또는 물에 나노입자 크기로 분산되는 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 알루미나(alumina), 실리카(silica), 지르코니아(zirconia), 티타니아(titania) 또는 마그네시아(magnesia) 등의 세라믹 분말(ceramic powder), 세라믹 졸(ceramic sol) 또는 유사 보에마이트(pseudo-boehmite)를 들 수 있다.

본 발명에서 무기결합제의 총 함량은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 흡수제 총 중량에 대하여, 5 내지 20 중량부의 함량으로 포함될 수 있고, 바람직하게는 5 내지 15 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 지지체의 함량이 5 중량부 미만이면, 흐름성 개선효과가 미미하고, 20 중량부를 초과하면, 과도한 입자간의 반발력으로 인해 흡수제의 흐름성이 떨어질 우려가 있다.

본 발명의 이산화 탄소 흡수제는 유동층용 흡수제로 사용될 수 있으며, 이때, 사용되는 흡수제는 물리적 마모(마모도)를 줄이기 위해 평균 입자 크기가 40 내지 200㎛이며, 입자분포가 30 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 상기 평균입자크기가 40㎛미만일 경우, 분산성이 떨어질 수 있고, 200㎛를 초과할 경우 물리적 마모도가 증가될 수 있다는 문제점이 있으며, 입자분포가 30㎛미만일 경우, 과도하게 좁아진 입자 분포로 인해 흡수제의 비표면적이 줄어 흡수능이 떨어질 수 있고, 400㎛를 초과할 경우 흡수제의 강도가 줄어 마모도가 증가될 수 있다. 상기 흡수제의 입자형상, 평균입자크기, 입자분포 등은 후술하는 분무건조에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 또한, (A) 이산화탄소 흡수제 원료 물질 및 용매를 포함하는 슬러리를 건조하여 분체상의 코어층을 형성하는 단계; (B) 상기 코어층 상에 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 형성하는 단계; 및 (C) 상기 코어층 및 코팅층을 건조 소성시키는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 원료 물질은 활성물질 30 내지 50 중량부와 지지체 50 내지 70중량부를 포함할 수 있고, 무기결합제 5 내지 70 중량부를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 활성물질, 지지체, 및 무기결합제의 종류와 함량은 상술한 바와 같다.

상기 슬러리를 제조하는 (A)단계는 이산화탄소 흡수제 원료 물질 및 용매를 포함하는 슬러리를 건조하여 분체상의 코어층을 형성하는 단계로, 상기 A)단계에서 사용되는 용매는 특별히 제한되지 않으나 물을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 원료 물질의 고형분(이하 고체원료라 칭함) 함량 또한 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 슬러리 총 중량에 대하여 고체원료의 함량이 30 내지 40 중량부로 포함될 수 있다. 상기 고체원료의 함량이 30 중량부 미만일 경우, 슬러리의 점도가 낮아, 후술하는 (B) 단계의 분체상 흡수제를 제조 시 목적하는 입경의 분체상 흡수제를 제조하지 못할 수 있을 뿐만 아니라, 건조시간 또한 늘어날 수 있으며, 40 중량부를 초과할 경우, 슬러리의 점도가 급격히 상승하여 후술하는 (B) 단계의 분체상 흡수제를 제조 시 목적하는 입경의 분체상 흡수제를 제조하지 못할 수 있고, 노즐막힘이 생길 수 있으며, 원하는 형상의 흡수제를 제조하지 못할 수 있다.

본 발명에서 상기 (A)단계에서 슬러리는 분산제, 소포제 및 유기 결합제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 분산제, 소포제 및 유기결합제는 고체원료의 균질화, 슬러리의 농도, 점도, 안정성, 유동성, 강도 또는 밀도 등을 제어를 위하여 첨가된다.

상기 분산제(dispersant)는 슬러리의 pH, 입자표면의 전하, 분산, 응집을 조절하여 슬러리를 고농도화 하는 것으로서, 분산제는 음이온계(anionic), 비이온계(nonionic), 양이온계(cationic) 및 양쪽성(amphoteric or zwitterion) 분산제(dispersant)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 사용할 수 있다. 바람직하게는 상용성이 좋은 음이온계 분산제를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 암모늄폴리카르복실산(Poly carboxylate ammonium salts), 아민폴리카르복실산(Poly carboxylate amine salts) 등의 폴리카르복실산염 음이온계 계면활성제, 나프탈렌포르말린 축합 설폰산염, 소디움시리케이트, 지방산 다가알코올, 플루오르 계면활성제(Fluorosurfac tant)등을 들 수 있다. 이러한 분산제의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 고체원료 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 10 중량부를 사용할 수 있고, 바람직하게는 0.5 내지 10 중량부를 사용할 수 있다.

상기 소포제(defoager)는 슬러리의 제조 과정에서 발생될 수 있는 기포(거품)를 억제 또는 제거하기 위해 사용될 수 있고, 이러한 소포제의 종류는 특별히 제한되지는 않는다. 상기 소포제는 구체적인 예로 실리콘계, 금속비누계, 아마이드계, 폴리에테르계, 폴리에스테르계, 폴리글라이콜계, 유기인산계 및 알코올계로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 금속비누계와 폴리에스테르계의 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있다. 이러한 소포제의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 고체원료 100 중량부에 대하여, 0.001 내지 0.1 중량부를 사용할 수 있다.

상기 유기 결합제(organic binder)는 슬러리에 가소성(plasticity)과 유동성을 부여하고 궁극적으로는 흡수제 제립체에 강도를 부여함으로써 예비건조 및 소성 전에 제립체의 취급이 용이하도록 하는 것이다. 예를 들면 폴리비닐알코올계(PVA), 폴리에틸렌글리콜계(PEG) 및 메틸셀룰로즈계(methyl celluloses)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 저점도의 변성 폴리에틸렌글리콜(Sannopco HS-BD-20A, 45%, 점도 800cps, pH 8, 비중 0.99)을 사용할 수 있다. 이러한 유기 결합제의 함량은 특별히 제한되는 것은 아니나, 고체원료 100 중량부에 대하여, 0.5 내지 5 중량부를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 (A)단계는 슬러리를 건조하기 전에 슬러리 중의 입자를 분쇄하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분쇄는 고체원료 및 용매가 혼합된 혼합물 중의 입자를 분쇄하는 것으로, 공기제트밀(air-jet mill), 롤러 밀(roller mill), 볼밀(ball mill), 마모밀(attrition mill), 진동 밀(vibratory mill), 프래너터리 밀(planetary mill), 비드 밀(bead mill) 등과 같은 습식 분쇄기를 사용하여 수행될 수 있으며, 슬러리 중의 입자를 수 마이크론(㎛) 이하로 분쇄하는 것이 좋다. 상기 단계에 의해 분쇄된 입자는 슬러리 내에 더욱 균질하게 분산되고, 첨가된 분산제에 의해 슬러리 내 입자의 응집이 억제되므로 균질하고 안정한 슬러리가 제조될 수 있다.

필요에 따라 상기 분쇄 단계는 수회 반복할 수 있으며, 각 분쇄 단계 사이에 분산제 및 소포제를 첨가하여 슬러리의 유동성을 조절할 수 있다. 또한, 유기결합제를 첨가하여 분무 건조 시 입자 형상을 유지하도록 할 수 있다. 한편, 고체원료 입자가 수 마이크론 이하이면 습식 분쇄과정을 생략할 수도 있다.

본 발명에서 상기 (A)단계는 제조된 슬러리를 건조하기 전에 슬러리 중의 이물질을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 단계를 통하여, 분무 성형 시 노즐 막힘 등의 원인이 될 수 있는 이물질이나 덩어리진 원료를 제거할 수 있다. 상기 이물질의 제거는 체를 이용하여 걸러줌으로써 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 (A)단계에서 건조 방법으로는 특별히 제한되지는 않으나, 예를 들어, 분무 건조를 통해 슬러리를 분체상으로 성형할 수 있다. 상기 분무 건조는 통상의 분무 건조기를 사용할 수 있고, 이러한 분무 건조기의 분무방식과 운전조건은 이 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다. 구체적인 분무 방식으로는 가압노즐을 사용하여 건조용 공기의 흐름과 반대 방향으로 분사하는 향류식 분무방식을 사용할 있다.

상기 (A)단계에서 분체상 코어층의 제조는 180 내지 200℃의 공기온도에서 10 내지 15liter/hr의 슬러리 투입 속도로 분무 건조할 수 있다. 상기 분체상 코어층을 형성함에 있어 상기한 공기온도와 슬러리 투입 속도를 벗어날 경우, 건조기에서 제조된 입자의 형상이 구형을 이루지 않고 불규칙한 형상을 띄어서 입자의 마모도 및 흐름성에 문제점이 발생될 수 있다.

본 발명에서 단계(B)는 상기에서 형성된 코어층 상에 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 형성하는 단계로, 상기 (A)단계에서 형성된 코어층 상에 침강탄산염을 함유하는 코팅제를 코팅시켜 코팅층을 형성할 수 있다. 상기 코팅제를 코팅하는 방법으로는 일반적으로 사용되는 코팅방법을 제한 없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 분무 건조를 통해 코어층 상에 코팅층을 형성시킬 수 있다. 이때, 상기 분무 건조는 상술한 (A)단계에서의 분무 건조 방법이 동일하게 적용될 수 있다.

본 발명에서 코어층 상에 코팅층을 형성하는 바람직한 방법으로는 상기 (A)단계에서 분무 건조하여 분체상의 코어층을 형성하고, 상기 분무 건조 중 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 투입하여 분체상의 코어층 상에 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 형성시킬 수 있다.

본 발명에서 건조 소성시키는 단계 (C)는 상기 (B)단계에서 수득된 코어층 및 코팅층을 건조한 후, 소성시켜 이산화탄소 흡수제를 제조하는 단계로, 상기 (B)단계에서 수득된 코어층 및 코팅층을 110 내지 130℃에서 2 내지 24 시간 건조하고, 1 내지 5℃/min의 속도로 350 내지 850℃까지 상승시킨 후 2 내지 10 시간 동안 소성시켜 이산화탄소 흡수제를 제조할 수 있으며, 상기 단계(C)에서 상기한 건조조건을 벗어날 경우 입자내에 수분함량이 허용치를 초과하여 보관중에 케이킹이 악화될 수 있고, 상기한 소성조건을 벗어날 경우 입자의 강도가 저하되는 문제점이 있을 수 있다.

또한, 상기 소성공정을 통해 슬러리의 제조 시 투입된 분산제, 소포제 및 유기결합제가 연소되어 원료물질들 간의 결합이 이루어져 입자의 강도가 향상하게 된다.

한편, 본 발명은 챔버(10)의 내부에 설치되어 이산화탄소 흡수제 원료 공급부로부터 공급된 원료를 분사시키는 분사노즐(1); 상기 챔버(10)의 일측에 설치되어 챔버(10) 내부로 고온의 공기를 송풍하는 고온건조 송풍장치(3); 챔버(10)의 하부에 설치되어 분말을 포집하는 분말 포집장치(4); 및 상기 챔버(10)에 설치되어 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 분사시키는 코팅분사노즐(2)을 포함하는 분무건조장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 분무건조장치를 보다 구체적으로 설명한다..

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분무건조장치의 단면도를 보인 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 분무건조장치는 챔버(10)의 내부에 설치되어 이산화탄소 흡수제 원료 공급부로부터 공급된 원료를 분사시키는 분사노즐(1); 상기 챔버(10)의 일측에 설치되어 챔버(10) 내부로 고온의 공기를 송풍하는 고온건조 송풍장치(3); 챔버(10)의 하부에 설치되어 분말을 포집하는 분말 포집장치(4); 및 상기 챔버(10)의 상부에 설치되어 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 분사시키는 코팅분사노즐(2)을 포함한다.

본 발명에서 상기 분무건조장치는 분무된 입자의 분무 건조기 내에서의 체류시간을 높이기 위하여, 상기 코팅분사노즐을 하기 일반식 1을 만족하는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 코팅분사노즐이 상기 범위를 벗어나게 되면 분무건조장치 내에서의 체류시간이 짧아지기 때문에 침강 탄산염의 코팅효과가 줄어들 수 있다. 또한, 분사노즐을 길게 하여 분무건조장치 안으로 깊이 투입할 수 도 있으나 분사노즐에 슬러리가 코팅되어 불순물로 작용할 수가 있으며, 분무건조장치 상부에서 투입하는 것으로도 충분한 코팅이 가능하기 때문에 바람직하지 않다.

<일반식 1>

상기 식에서,

D는 챔버의 횡단면의 길이를 나타내고,

d는 챔버의 외주면으로부터 코팅분사노즐까지의 길이를 나타낸다.

본 발명은 또한 이산화탄소를 함유하는 기체와 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 접촉시키는 단계를 포함하는 이산화탄소의 저감방법을 제공한다.

상기 이산화탄소를 함유하는 기체로는 배가스, 합성가스 또는 연료가스일 수 있으며, 본 발명에서는 이러한 배가스나 합성가스 또는 연료가스에서 이산화탄소를 제거할 수 있다.

포테슘 카보네이트 10 중량부, 지지체인 벤토나이트 20중량부와 증류수 70 중량부를 잘 섞은 후 0.1mm 사이즈의 볼로 구성된 볼밀을 이용하여 수 마이크로 사이즈의 슬러리 형태로 제조하였다. 이후 상기에서 제조된 슬러리를 180 내지 200℃의 공기온도에서 10 내지 15liter/hr의 조건으로 분무건조기를 이용하여 분무 건조 함과 동시에, d/D(D: 챔버의 횡단면의 길이, d: 챔버의 외주면으로부터 코팅분사노즐까지의 길이)가 1/8이 되는 위치에 형성된 코팅분사노즐을 통해 상기 분무건조기에 침강 탄산염을 분무형태로 투입하여 침강 탄산염으로 코팅된 분체상 흡수제를 제조하였다.

이때, 상기 침전 탄산염의 투입량은 분무 건조되는 슬러리 고형분 함량에 대하여 5중량 부가 되도록 하였으며, 상기에서 제조된 침강 탄산염으로 코팅된 분체상 흡수제를 소성로(furnace)에서 승온 속도 5 ℃/min로 650℃로 2시간 이상 소성시켜 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.

상기 분무 건조기 상단에서 투입되는 침전 탄산염을 분무 건조되는 슬러리 고형분 함량에 대하여 1중량 부가 되도록 투입하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.

[비교예 1]

침전 탄산염을 투입하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.

[시험예]

상기 실시예 1과 2 및 비교예 1에서 제조된 이산화탄소 흡수제의 분체 특성을 측정하여 하기 표 1에 나타냈다.

(1) 분체특성(케이크(cake)특성) 측정

스테인레스 스틸로 제작된 용기 안에 상기 실시예와 비교예에 의해 제조된 이산화탄소 흡수제 50g을 넣고 뚜껑을 덮은 후, 30kg의 추를 이용하여 30분간 압력을 가하였다. 이렇게 가압되어 케이크 형태로 뭉친 이산화탄소 흡수제를 진동 스크리너(스크리너 홀 직경: 200마이크로미터)에 올려놓고 30분간 방치한 후 진동 스크리너에 남아 있는 흡수제의 양을 측정하였다.

구분	침전 탄산염 투입량	분체의 케이킹 특성 (진동 스크리너 30분 운전 후 남아 있는 흡수제의 양)
실시예 1	5 중량부	5.2g
실시예 2	1 중량부	10.3g
비교예 1	-	38.2g

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 포함하는 실시예 1과 2의 경우, 침강 탄산염을 함유하지 않는 비교예 1과 비교하여 볼 때, 흡수제의 분체의 케이킹 특성이 향상되는 것으로 나타났다.

Claims

이산화탄소와 반응할 수 있는 활성성분이 지지체 내에 담지되어 있는 코어층; 및
상기 코어층을 둘러싸고 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 포함하는 이산화탄소 흡수제.
제 1항에 있어서,
상기 활성성분은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염; 또는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 중탄산염으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 흡수제.
제 1항에 있어서,
상기 지지체는 세라믹류, 천연 또는 합성 제올라이트, 규조토 및 탄소체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 흡수제.
제 1항에 있어서,
상기 코어층은 무기결합제를 추가로 포함하는 이산화탄소 흡수제.
제 4항에 있어서,
상기 무기결합제는 칼슘 실리케이트, 칼슘 알루미네이트, 벤토나이트, 카올린, 알루미나졸, 실리카졸 및 유사 보에마이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 흡수제.
제 1 항에 있어서,
상기 흡수제의 평균 입자 크기는 40 내지 200㎛이며, 입자분포가 30 내지 500㎛인 이산화탄소 흡수제.
제 1항에 있어서,
상기 침강 탄산염은 흡수제 전체 중량에 대하여 2 내지 6 중량부인 이산화탄소 흡수제.
(A) 이산화탄소 흡수제 원료 물질 및 용매를 포함하는 슬러리를 건조하여 분체상의 코어층을 형성하는 단계;
(B) 상기 코어층 상에 침강 탄산염을 함유하는 코팅층을 형성하는 단계; 및
(C) 상기 코어층 및 코팅층을 건조 소성시키는 단계를 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 원료 물질은 활성물질 30 내지 50 중량부와 지지체 50 내지 70 중량부를 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 원료 물질은 무기결합제 5 내지 70 중량부를 추가로 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 9항에 있어서,
상기 활성성분은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 탄산염; 또는 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 중탄산염으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 (A)단계에서 슬러리 총 중량에 대하여 원료 물질의 고형분 함량이 30 내지 40 중량부인 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 (A)단계에서 슬러리는 분산제, 소포제 및 유기 결합제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 (A)단계는 슬러리를 건조하기 전에 슬러리 중의 입자를 분쇄하는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 (A)단계는 슬러리를 건조하기 전에 슬러리 중의 이물질을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 (A)단계에서 분체상 코어층의 제조는 180 내지 200℃의 공기온도에서 10 내지 15liter/hr의 슬러리 투입 속도로 분무 건조하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 16항에 있어서,
상기 (B)단계는 상기 분무 건조 중 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 투입하여 코팅층을 형성하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 건조 소성시키는 단계(C)에서, 건조온도는 110 내지 130℃이고 건조시간은 2 내지 24 시간인 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
제 8항에 있어서,
상기 건조 소성시키는 단계(C)에서, 소성은 분체상 흡수제를 1 내지 5℃/min의 속도로 350 내지 850℃로 상승시킨 후 2 내지 10 시간 동안 수행하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
챔버(10)의 내부에 설치되어 이산화탄소 흡수제 원료 공급부로부터 공급된 원료를 분사시키는 분사노즐(1);
상기 챔버(10)의 일측에 설치되어 챔버(10) 내부로 고온의 공기를 송풍하는 고온건조 송풍장치(3);
챔버(10)의 하부에 설치되어 분말을 포집하는 분말 포집장치(4); 및
상기 챔버(10)에 설치되어 침강 탄산염을 함유하는 코팅제를 분사시키는 코팅분사노즐(2)을 포함하는 분무건조장치.
제 20항에 있어서,
코팅 분사노즐은 챔버의 상부에 설치되고, 그 위치는 하기 일반식 1을 만족하는 분무건조장치.
<일반식 1>

상기 식에서,
D는 챔버의 횡단면의 길이를 나타내고,
d는 챔버의 외주면으로부터 코팅분사노즐까지의 길이를 나타낸다.
이산화탄소를 함유하는 기체와 제 1항에 따른 이산화탄소 흡수제를 접촉시키는 단계를 포함하는 이산화탄소의 저감방법.
제 22항에 있어서,
상기 이산화탄소를 함유하는 기체는 배가스, 합성가스 또는 연료가스인 이산화탄소의 저감방법.