KR20130023436A

KR20130023436A - 수산화 칼슘 분산장치를 이용한 자동차 이산화탄소 포집 장치

Info

Publication number: KR20130023436A
Application number: KR1020110086185A
Authority: KR
Inventors: 조성호
Original assignee: 조성호
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2013-03-08

Abstract

본 발명의 이산화탄소포집장치(1-3)는 배기가스에서 이산화탄소를 효과적으로 제거할 뿐 아니라 산업상 유용한 탄산칼슘을 생성하게 한다. 더우기 감지센서를 이용해 자동으로 작동하므로 자동차에 사용하기에 적합한 구조이다.

Description

수산화 칼슘 분산장치를 이용한 자동차 이산화탄소 포집 장치{Carbon Dioxide Collector Using Calcium Hydroxide Suspension}

이산화탄소 제거 포집기술, 온실가스

대기 중 이산화탄소(CO₂)의 2007년 전 지구 평균 농도는 1789 ppb 로 나타나 산업혁명 이전보다(～1750년) 37% 정도 농도가 증가했다. 2007년 한반도의 CO₂ 농도는 390 ppm로 관측되었으며(기상청 지구대기감시보고서 2008)， 이는 전 지구 평균 농도보다 각각 6.9 ppm 높은 농도이다. WMO는 지구대기감시(GAW) 프로그램을 통해 전 지구 온실가스의 농도 현황 및 경향을 감시·분석하고 있고， 안면도에 있는 기상청 기후변화감시센터는 GAW 프로그램의 지역급 관측소로서 주요 온실가스 5종(CO₂， CH₄， N₂O， 염화불화탄소(CFC-11， CFC-12))을 감시 분석하고 있으며， WMO 세계온실가스자료센터(WDCGG)에 관측 결과를 제공하고 있다. 산업화가 진행됨에 따라 이산화탄소를 비롯한 온실가스가 인위적으로 지구대기에 방출되고 있고, 이는 지구의 온난화를 초래하고 있다. 대기 중의 온실가스비율이 증가함에 따라 평균온도는 상승하고, 실제로 1970년도부터 평균온도는 지속적으로 상승하고 있다. 우리 인간은 지구의 자원을 이용하여 현재까지 살아왔다. 하지만 지구를 생각하지 않는 무분별한 산업화는 몇몇 문제(이산화탄소 증가로 인한 온실효과, 염화플루오린화탄소 오존층파괴 등)를 발생시켜 인류에 위협을 가하고 있다.

이산화탄소를 포집해 사용하려는 많은 기술이 개발되었고 상용화되고 있지만 자동차의 이산화탄소를 제거하는 방법은 적극적으로 개발되지 않았다. 자동차일 경우 포집장치가 크고 효율적으로 반응물질과 생성물질을 교체하기가 쉽지 않은 이유로 이산화탄소 포집장치는 상용화가 어려웠다.

이산화탄소 포집 기술 중 건식흡수제를 이용한 기술의 장점으로 반응온도의 폭이 크고 에너지 손실도 적고 값이 싼 알카리금속 계열의 화학 흡수제, 아민을 실리콘 지지체에 고정시킨 흡수제, 기공성탄소에 아민을 첨가시킨 흡수제 또는 아민고정 고분자 지지체 흡수제 연구가 이루어지고 있다.

본 발명에서는 이산화탄소를 줄이기 위해서 수산화 칼슘 흡수액을 이용한다.수산화 칼슘 흡수액통 안에 이산화탄소가 유입되면 탄산칼슘(CaCO₃)용액으로 바닥에 침전 되게 되어 이산화탄소를 없애 주는 효과를 이용한다.

본 발명으로 이산화탄소 배기가스를 줄이고 산업상 유용한 탄산칼슘(CaCO₃)용액을 생성한다.

도 1

본 발명에서는 연료가 연소한 후에 발생되는 이산화탄소를 줄이기 위해서 수산화 칼슘 흡수액을 이용하여 이산화탄소가 유입되는 통 안에 노즐을 장치하여 이용액(Ca(OH)₂)을 스프레이 상태로 분출시켜 기체 상태와의 반응을 진행시킨다. 이 서스펜젼(Suspension)상태의 용액은 이산화탄소 기체와 반응한 후 반응물인 탄산칼슘(CaCO₃)용액으로 바닥에 침전 되게 된다. 이용액은 반응이 완전히 일어나지 않았을 경우 수산화칼슘(Ca(OH)₂)과 탄산 나트륨(CaCO₃)의 혼합액으로 존재하므로 이산화 탄소를 더 반응 시킬 수 있는 수산화칼슘을 연속적으로 반응시키기 위해서 노즐로 다시 순환시키도록 펌프를 이용하여 다시 분사시켜 반응을 시킨다. 여기서 중요한 부분은 반응할 수 있는 수산화 칼슘이 얼마나 남아 있는가 에 관한 검침으로 PH메타(수소이온 농도 측정 장치)를 이용하여 산도가 충분히 낮아질 때까지 혼합용액을 순환시키면 완전하게 포화된 탄산칼슘의 생성물을 얻게 되고 PH가 높다면(PH:11정도) 계속해서 반응 시킬 수 있게 된다. 이러한 방법은 건식방법에 비해 간편하게 반응물과 생성물을 넣어주고 빼낼 수 있고 분진이 생기지 않는다는 장점이 있다. 또한 산도계를 온라인으로 측정하여 반응물이 완전히 이산화탄소와 반응했는지 에 관한 센싱이 충분히 이루어지기 때문에 효율적으로 용액교체 시점을 알 수 있다는 것이다. 이 반응의 화학식은 다음과 같다.

Ca(OH)₂ + CO₂ ------→ CaCO₃

이 반응은 상당히 안정된 발열반응이므로 산화칼슘 분산액과 이산화 탄소의 반응은 상당히 잘 진행되는 반응이다. 따라서 분산액을 노즐에서 매우 작은 서스펜전 입자로 수산화칼슘의 기공 속으로 이산화탄소가 확산되어 들어가야 안정된 탄산칼슘을 만들게 된다. 일반적으로 5%의 수산화칼슘 농도 영역에서 초미립자의 탄산칼슘 분말을 얻을 수가 있었다.

탄산칼슘(CaCO₃)은 850°C열을 가할 때 CO₂를 방출하고 석회(CaO)를 남기면서 비중은 2.7정도이며 백색성, 보강성, 내화단열성, 방음성, 환원성, 알카리성, 흡습 조해성, 살균성을 가진 화합물이다. 석회석을 소성하여 제조한 것을 생석회라고 하고 CaO로 약 900°C - 1100°C에서 가열하여 소성한 것을 말한다.

일반적으로 중질탄산칼륨 을 얻기 위해서 백색도가 높은 고순도의 석회석을 기계적으로 분쇄하고 분급하여 평균입자 1 마이크로 미터 이하, 백색도 95까지 생산한 것을 경질탄산 칼슘과 비교된다. 이는 PVC제품의 충전제나 중성제지의 평활도, 고배색도, 광택도, 인쇄 수리성을 높이는데 효과가 있다.

이에 비해 경질 탄산칼슘의 제조법으로는 생석회를 이용해 소석회를 만든 다음 이 소석회에 이산화탄소를 반응시킨 후 탈수 분해해서 균일한 입도의 침강 탄산칼슘을 제조하는 방법으로 본 발명에서 얻어지는 자동차 배기 가스 중 이산화탄소 포집 후 얻어지는 생성물과 같은 방법으로 얻어진다.

빈응식은 다음과 같다.

CaCO₃ -------→ CaO + CO₂ :생석회 생성

CaO + H₂O ----→Ca(OH)₂ :소석회 생성

Ca(OH)₂ + CO₂ -----→CaCO₃ + H₂O : 탈수 후 경질탄산칼슘 합성

이렇게 만들어진 경질 탄산칼슘은 고무 및 플라스틱의 충진제로 사용되어 고무의 물리 화학적 성질을 개량하는 역할을 하며 중질탄산칼슘에 비해 경도 및 인장강도가 높고 압출 가공시 가공성이 매우 뛰어나 양호한 고무제품을 얻을 수 있다. 잉크와 도료에도 투명성, 광택도, 내광성, 내열성이 우수하므로 중질 탄산칼슘 제품보다 훨씬 고급제품으로 사용되므로 이 발명의 생성물을 이산화탄소 포집뿐 만 아니라 여러 산업에 응용되는 화학 제품으로써도 활용도를 높일 가능성이 많다는 것을 인식할 필요가 있다.

본 발명의 상세한 구조를 살펴 보면 다음과 같다. 통상의 자동차 배기통은 자동차 배기관(1-1)과 단순한 형태의 자동차 배기 필터(1-2)로 구성되어 있다. 본 발명은 이러한 자동차 배기통의 자동차 배기 필터(1-2) 다음 단에 이산화탄소 포집장치(1-3)를 연결하여 배기가스가 이산화탄소 포집장치(1-3)를 거쳐서 가게 한다. 이산화탄소 포집장치(1-3)를 거치게 되면 배기가스의 이산화탄소가 현격히 줄어들게 된다.

본 발명의 이산화탄소 포집장치(1-3)의 작동 원리를 상세히 살펴 보면 다음과 같다. 상기에서 설명한 바와 같이 수산화칼슘이 이산화탄소와 반응하면 탄산칼슘이 생성된다. 이산화탄소가 이산화탄소 포집장치(1-3)에 주입되면 수산화칼슘 구분막(1-8)의 부근에서 수산화칼슘과 반응한다. 반응된 이산화탄소와 수산화칼슘은 탄산칼슘으로 침전되어 탄산칼슘 구분막(1-6) 밑으로 쌓이게 된다. 탄산칼슘 구분막(1-6)까지 탄산칼슘이 만들어지게 되면 탄산칼슘 감지센서(1-7)가 이를 감지하여 자동으로 탄산칼슘 배출구(1-5)가 열리고 탄산칼슘 저장통에 저장된다. 수산화칼슘 감지센서(1-10)에서 수산화칼슘이 감지되면 탄산칼슘 배출구(1-5)가 닫히고 수산화칼슘 주입구(1-4)가 열려 수산화칼슘이 보충되게 된다. 이때 수산화칼슘 감지센서(1-9)에서 수산화칼슘이 감지되면 수산화칼슘 주입구(1-4)가 닫힌다.

1-1: 자동차 배기관
1-2: 자동차 배기 필터
1-3: 이산화탄소 포집장치
1-4: 수산화칼슘 주입구
1-5: 탄산칼슘 배출구
1-6: 탄산칼슘 구분막
1-7: 탄산칼슘 감지센서
1-8: 수산화칼슘 구분막
1-9: 수산화칼슘 감지센서
1-10: 수산화칼슘 감지센서

Claims

이산화탄소를 제거하는데 있어서,
이산화탄소와 수산화칼슘과 반응하게 하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소포집장치(1-3)
제 1 항에 있어서,
탄산칼슘 감지센서(1-7)와 수산화칼슘 감지센서(1-9, 1-10)를 사용하여 자동으로 탄산칼슘을 배출시키고 수산화칼슘을 주입하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소포집장치(1-3)