KR20130073783A - Method of isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas in the bottom of the sea depths using sea water - Google Patents

Method of isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas in the bottom of the sea depths using sea water Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A method of separating carbon dioxide from the exhaust gas which contains carbon dioxide is provided to have high dissolution rate by being dissolved to the low temperature of deep sea water and cost cheap for the operation compared to the absorbing method in high pressure by compressing with the conventional compressor. CONSTITUTION: A method of separating carbon dioxide from the exhaust gas which contains carbon dioxide comprises the following steps. A step of processing the exhaust gas which contains carbon dioxide that was cooled in the cooling process; a step of supplying the cooled exhaust gas including carbon dioxide to the lower part of the absorptive tower by being upwardly returned to the packed layer (3) of the absorptive tower (2) and being supplied to the exhaust gas suction apparatus (5); a step of removing carbon dioxide from the exhaust gas as the carbon dioxide contained to the exhaust gas is absorbed to sea water by supplying the sea water to the upper portion of the packed tower to contact the exhaust gas and ejecting the exhaust gas which removed carhon dioxide to the air by being sent to the chimney (6) through the upper section of the absorbtive tower; a step of absorbing carbon dioxide to the seawater and dissolving it by ejecting the seawater which abosorbed and dissolved carbon dioxide to the lower part of the absorption tower; a step of separating carbon dioxide in the deep ocean floor by ejecting the sea water which absorbs and dissolves carbon dioxide to the deep ocean floor. [Reference numerals] (AA) CO2-containing gas; (BB) Cooling process; (CC) Atmosphere; (DD) The surface of the sea

Description

해수를 이용한 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법{Method of isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas in the bottom of the sea depths using sea water}Method of isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas in the bottom of the sea depths using sea water}

본 발명은 배기가스에 함유된 이산화탄소(CO2)를 격리처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소 굴뚝에서 배기가스, 제철공장 굴뚝에서 배기가스, 시멘트공장의 굴뚝에서 배기가스, 산업공장보일러 굴뚝에서 배기가스와 같이 이산화탄소가 함유된 배기가스 중에 이산화탄소를 해수에 용해하여 해저심층에 격리처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for sequestering carbon dioxide (CO 2 ) contained in the exhaust gas, and more particularly, exhaust gas from a thermal power plant chimney, exhaust gas from a steel mill chimney, exhaust gas from a chimney of a cement plant, and an industrial plant. The present invention relates to a method for dissolving carbon dioxide in seawater in an exhaust gas containing carbon dioxide, such as exhaust gas in a boiler chimney, and separating it into a deep seabed.

산업의 발전에 따라서 이산화탄소의 배출량이 증가하고 있으며, 대기 중에 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전에는 대략 280ppm 정도이던 것이 산업의 발전에 따라서 이산화탄소의 배출량이 증가하면서 현재에는 380ppm을 웃돌고 있다.Carbon dioxide emissions are increasing with the development of industry, and the concentration of carbon dioxide in the atmosphere was about 280ppm before the Industrial Revolution, and now it is over 380ppm with the increase of carbon dioxide with the development of industry.

이산화탄소는 적외선의 2.5∼3μm, 4∼5μm의 파장대역(波長帶域)에 강한 흡수대(吸收帶)를 가지기 때문에, 지상으로부터의 열이 우주로 확산하는 것을 막는, 이른바 온실효과(溫室效果) 가스로서 작용하며, 또한, 해수 중에의 용존량(溶存量)이 증가하는 것에 의해서 해수가 산성화하여 생태계에 악영향을 주는 등의 문제를 야기하고 있다.Carbon dioxide has a strong absorption band in the wavelength range of 2.5 to 3 μm and 4 to 5 μm of infrared rays, so it is a so-called greenhouse effect gas that prevents heat from the earth to diffuse into space. In addition, as the amount of dissolved dissolved in the seawater increases, the seawater acidifies and adversely affects the ecosystem.

그래서 교토의정서(京都議定書)에 의해서 이산화탄소를 함유한 온실가스 배출량의 삭감 목표가 각국에 제시되어, 각국은 배출되는 이산화탄소를 삭감할 것을 합의하였기 때문에 이산화탄소처리에 대한 구체적인 방법이 강구되어야 하는 실정에 이르렀다.Therefore, the Kyoto Protocol has proposed targets to reduce greenhouse gas emissions containing carbon dioxide, and each country has agreed to reduce carbon dioxide emissions. Therefore, specific methods for carbon dioxide treatment have to be devised.

이산화탄소는 물에 용해하기 때문에, 특허문헌 1 일본특허공개번호 제2011-31154호에서는, 이산화탄소를 가압장치에서 가압한 것을 지하수(地下水), 해수(海水) 또는 함수(鹹水)가 존재하는 지중 수압 5∼50기압의 대수층(帶水層)에 공급하여 이산화탄소를 저류(貯留, 저장)하는 방법이 제시되어 있으나, 이산화탄소를 가압장치에서 가압하여야 하기 때문에 막대한 전력비가 소모되는 문제가 있다.Since carbon dioxide dissolves in water, Patent Literature 1 JP-A-2011-31154 discloses that underground water pressure 5 in which ground water, sea water, or brine is present is that carbon dioxide is pressurized by a pressurizing device. Although a method of storing carbon dioxide by supplying it to the aquifer of ˜50 atm is presented, there is a problem in that a huge power ratio is consumed because carbon dioxide must be pressurized by a pressurizing device.

특허문헌 2 일본특허공개번호 제2010-207761호에서는, 해수에 암모니아를 용해하여 포화 된 용액으로 이산화탄소를 함유한 배기가스를 처리하면 탄산수소나트륨(NaHCO3) 및 염화암모늄(NH4Cl)이 생성되면서 이산화탄소를 흡수처리된다.Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-207761 discloses that sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) and ammonium chloride (NH 4 Cl) are produced by treating exhaust gas containing carbon dioxide with a saturated solution by dissolving ammonia in seawater. Carbon dioxide is absorbed.

NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl …………………(1)NaCl + H 2 O + NH 3 + CO 2- > NaHCO 3 + NH 4 Cl... ... ... ... ... ... ... (One)

암모니아 포화 해수가 이산화탄소를 흡수하는 것에 의해서 생성한 탄산수소나트륨 및 염화암모늄을 함유한 용액을 순차적으로 배기가스의 압력을 이용하여 분무하는 것과 동시에 용액 중의 용매의 기화열을 이용해 냉각하고, 용액 중의 탄산수소나트륨 및 염화암모늄을 침전시키는 것으로 이산화탄소를 회수는 방법이 제시되어 있으나, 탄산수소나트륨 및 염화암모늄 회수비용이 고가인 문제와 회수된 탄산수소나트륨은 중조(重曹)로, 염화암모늄은 비료로서 사용하는 것은 궁극적으로 이산화탄소를 안정적으로 처리되는 방안이 되지 못하는 문제가 있다.The solution containing sodium bicarbonate and ammonium chloride produced by absorbing carbon dioxide in ammonia saturated seawater is sequentially sprayed using the pressure of the exhaust gas, and simultaneously cooled by using the heat of vaporization of the solvent in the solution, and hydrogencarbonate in the solution. The method of recovering carbon dioxide by precipitating sodium and ammonium chloride has been proposed, but the problem of high cost of recovering sodium bicarbonate and ammonium chloride, and the recovered sodium bicarbonate are used as heavy tanks, and ammonium chloride is used as fertilizer. Ultimately, there is a problem in that carbon dioxide is not a stable treatment method.

특허문헌 3 일본특허공개번호 제2009-119463호에서는, 이산화탄소 하이드레이트(CO2 hydrate)를 생성할 수 있는 바다 속에 마련한 CO2 하이드레이트 생성장치에 이산화탄소를 함유한 배기가스를 압축기(Compressor)로 공급하여 이산화탄소와 해수를 접촉시켜, 해수압(海水壓)을 이용하여 CO2 하이드레이트를 생성시킨 후, 생성한 CO2 하이드레이트를 해저에 침강시켜 해저에 저장하는 방법이 제시되어 있으나, 이산화탄소를 함유한 배기가스를 CO2 하이드레이트 생성장치에 압축하여 공급해야하므로 동력비가 높은 문제가 있다.Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-119463 discloses that a carbon dioxide-containing exhaust gas is supplied to a compressor to a CO 2 hydrate generating apparatus provided in a sea capable of generating carbon dioxide hydrate (CO 2 hydrate). After contacting with seawater to produce CO 2 hydrate by using sea water pressure, the method of depositing the generated CO 2 hydrate on the seabed and storing it on the seabed has been proposed. There is a problem in that the power cost is high because it must be compressed and supplied to the CO 2 hydrate generator.

특허문헌 4 일본특허공개번호 제2000-70702호에서는, 해수 중에 가스리프트(Gas lift) 장치로서 설치한 역J자 관의 단각관내(短脚管內)에 이 하단부에 저 순도 이산화탄소가스를 공급하여 해수 중에 용해시킨 것을 심해로 보내는 방법이 제시되어 있으나, 역J자 관의 하단부에 저 순도 이산화탄소 가스를 공급하는데 동력비가 높게 소요되는 문제가 있다.Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-70702 supplies low-purity carbon dioxide gas to the lower end of a short-circuit pipe of an inverted J-shaped pipe installed in a seawater as a gas lift device. There is a method of sending the dissolved in the seawater to the deep sea, but there is a problem that the high power cost is required to supply a low-purity carbon dioxide gas to the bottom of the reverse J pipe.

특허문헌 5 일본특허공개번호 평(平) 8-103649호는, 상기 특허문헌 4의 기술과 거의 동일한 기술로, 두 기술 모두 발명자 사이토 타카유키(齋藤 隆之) 씨가 중심이 되어 개발한 기술이며, 미용해(未溶解) 가스의 배기가 되지 않아 용해된 가스(CO2)를 심해로 보내는 것이 어려움이 있으면서 이 역시 동력비가 높게 소요되는 문제가 있다.Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-103649 is a technique almost identical to that of Patent Document 4, both of which are developed by inventor Takayuki Saito. There is a problem in that it is difficult to send dissolved gas (CO 2 ) to the deep sea because it is not exhausted from the sea gas, but this also requires a high power cost.

그리고 비특허문헌 1에서 비특허문헌 6에서 상기 특허문헌에서 공지된 내용이거나, 이산화탄소를 CO2 해양격리기술개발의 현상, 이산화탄소의 심해 저류, 이산화탄소의 해양고정, 심해에서 CO2의 현상, 심해에 CO2 주입의 영향 등의 특성 및 현상만 제시된 기술들로 종래기술에 지나지 않는다.And non-Patent Document 1 to non-Patent Document 6 in the above-mentioned patent document, or carbon dioxide to CO 2 The technology presented only the characteristics and phenomena such as the phenomenon of ocean isolation technology development, the deep sea storage of carbon dioxide, the oceanic fixation of carbon dioxide, the phenomenon of CO 2 in the deep sea, the effect of CO 2 injection into the deep sea, and are nothing more than the prior art.

[특허문헌 1] 일본특허공개번호 제2011-31154호, 이산화탄소의 천대수층저류(二酸化炭素の淺帶水層貯留), (2011년 02월 17일)[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2011-31154, Carbon Dioxide Storage of Carbon Dioxide, February 17, 2011 [특허문헌 2] 일본특허공개번호 제2010-207761호, 해수를 이용한 배가스 중의 이산화탄소의 제거방법 및 시스템(海水を利用した排ガス中の二酸化炭素の除去方法及びシステム), (2010년 09월 24일)[Patent Document 2] Japanese Patent Publication No. 2010-207761, Method and System for Removing Carbon Dioxide from Flue Gas Using Seawater, (September 24, 2010) ) [특허문헌 3] 일본특허공개번호 제2009-119463호, 가스하이드레이트의 해 중 생성방법 및 가스하이드레이트 생성장치(ガスハイドレ―トの海中生成方法及びガスハイドレ―ト生成裝置), (2009년 06월 04일)[Patent Document 3] Japanese Patent Publication No. 2009-119463, Method for generating gas hydrates in sea and gas hydrate generating apparatus (Gas Heidle), (June 04, 2009) ) [특허문헌 4] 일본특허공개번호 제2000-70702호, 저순도 이산화탄소가스를 해수 중에 용해하여, 심해에 보내는 방법 및 장치(低純度二酸化炭素ガスを海水中に溶解し、深海へ送りこむ方法及び裝置), (2000년 03월 07일)[Patent Document 4] Japanese Patent Laid-Open No. 2000-70702, Method and apparatus for dissolving low-purity carbon dioxide gas in seawater and sending it to the deep sea. ), (March 07, 2000) [특허문헌 5] 일본특허공개번호 평(平) 8-103649호, 기체이산화탄소의 해중격리방법 및 이의 장치(氣體二酸化炭素の海中溶解隔離方法及びその裝置), (1996년 04월 23일)[Patent Document 5] Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 8-103649, Method for Underwater Isolation of Gas Carbon Dioxide and Its Apparatus, (April 23, 1996)

[비특허문헌 1] 료우 이유우(綾 威雄), 야마네 켄지(山根 健次), 나카지마 야스하루(中島 康晴), CO2 해양격리기술개발의 현상(CO2海洋隔離技術開發の現狀), 일본마린엔지니어링학회지(日本マリンエンジニアリング學會誌), 제40권2호(2005년 07월)[Non-Patent Literature 1] Ryouyu Lee, Kenji Yamane, Yasuharu Nakajima, Development of CO2 Marine Isolation Technology (CO2 海洋 隔離 技術 開發 の 現狀), Journal of Japan Marine Engineering Society日本 マ リ ン エ ン ニ ア リ ン グ 學會 誌, Vol. 40, No. 2 (July, 2005) [비특허문헌 2] 야마네 켄지(山根 健次), 료우 이유우(綾 威雄), 이산화탄소 심해 저류에 관한 연구(二酸化炭素深海貯留に關する硏究), 일본선박해양공학회지(日本船舶海洋工學會誌) 제58호(2003년 01월)[Non-Patent Document 2] Yamane Kenji, Ryou-Yu Yu, Research on Deep-Storage Carbon Dioxide, Journal of the Korean Society of Ship and Ocean Engineers No. 58 (January 2003) [비특허문헌 3] 사이토 타카유키(齋藤 隆之), 이산화탄소의 고효률해양고정기술(二酸化炭素の高效率海洋固定技術), 자원환경기술총합연구소지(資源環境技術總合硏究所誌), 1997년 09월호[Non-Patent Document 3] Saito Takayuki, Highly Efficient Offshore Fixed Technology of Carbon Dioxide, Korea Institute of Resources and Environment Technology, 1997 September, 2017 [비특허문헌 4] Steinberg, M., in Discussions at Deep Sea and CO2 2000, Ship Res. Inst., Tokyo, (2000)[Non-Patent Document 4] Steinberg, M., in Discussions at Deep Sea and CO2 2000, Ship Res. Inst., Tokyo, (2000) [비특허문헌 5] Yamane, K., et al, “Two Types of Strength Abnormality of CO2 Hydrate Membrane”, Greenhouse Gas Control Technologies, CSIRO, pp. 492-498, (2001)[Non-Patent Document 5] Yamane, K., et al, “Two Types of Strength Abnormality of CO2 Hydrate Membrane”, Greenhouse Gas Control Technologies, CSIRO, pp. 492-498, (2001) [비특허문헌 6] Barry, J.P., K.R. Buck, C.F. Lovera, L.Kuhnz, P.J. Whaling, E.T. Peltzer, P. Walz, and P.G. Brewer, 2004: Effects of direct ocean CO2 injection on deep-sea meiofauna. Journal of Oceanography, 60(4), 759∼766.[Non-Patent Document 6] Barry, J.P., K.R. Buck, C.F. Lovera, L. Kuhnz, P.J. Whaling, E.T. Peltzer, P. Walz, and P.G. Brewer, 2004: Effects of direct ocean CO2 injection on deep-sea meiofauna. Journal of Oceanography, 60 (4), 759-766.

본 발명은 종래의 선행기술에서 문제점을 해결하기 위해서, 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소를 함유한 배기가스를 해수에 CO2 용해하여 해저심층에 격리처리하는 방법을 제시하는데 목적이 있다.The present invention, in order to solve the problems in the prior art, the exhaust gas discharged from the boiler combustion process and production process of the fertilizer plant, power plant or industrial plant, the exhaust gas discharged from the steel mill, discharge from industrial plants such as cement plants the exhaust gas containing carbon dioxide as the exhaust gas, the exhaust gas discharged from various fermentation processes in which sea water CO 2 The objective is to present a method for melting and sequestering deep seabeds.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스에서 이산화탄소를 격리처리하는 방법에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust gas discharged from a boiler combustion process and a production process of a fertilizer plant, a power plant or an industrial plant, an exhaust gas discharged from an iron and steel plant, an exhaust gas discharged from an industrial plant such as a cement plant, In the method for sequestering carbon dioxide from the exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ), such as the exhaust gas discharged from various fermentation processes,

상기 이산화탄소를 함유한 배기가스를 냉각하여 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스로 처리하는 냉각단계와, A cooling step of cooling the exhaust gas containing carbon dioxide and treating the exhaust gas containing carbon dioxide having a reduced temperature;

상기 냉각하여 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스는 해수에 이산화탄소를 흡수·용해하여 이산화탄소가 용해된 해수로 처리하는 이산화탄소를 해수에 흡수하여 용해하는 단계와,Absorbing and dissolving carbon dioxide into the seawater by absorbing and dissolving carbon dioxide into the seawater by absorbing and dissolving carbon dioxide treated with seawater in which carbon dioxide is dissolved in seawater;

상기 이산화탄소가 용해된 해수를 해저심층으로 배출하여 이산화탄소를 격리하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.It is characterized by consisting of the step of sequestering carbon dioxide by discharging the seawater dissolved in the carbon dioxide to the seabed deep.

본 발명은 이산화탄소를 함유한 배기가스를 특히 저온의 해양 심층수에 용해하였을 때는 용해율이 높은 효과가 있으면서, 종전의 압축기로 압축하여 고압에서 흡수하는 방법에 비해서는 운전비용이 저렴한 효과도 있기 때문에 이산화탄소의 처리에 널리 이용될 것으로 사료된다.The present invention has the effect of high dissolution rate when the exhaust gas containing carbon dioxide is dissolved in deep sea water at low temperature, and the operating cost is lower than the method of compressing with a conventional compressor and absorbing it at high pressure. It is considered to be widely used for treatment.

도 1은 해수를 이용한 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리처리하는 공정도
도 2는 배기가스 흡인장치(吸引裝置)의 단면도
도 3은 일반적인 배기가스처리공정도
도 4는 압력과 온도 변화에 따른 이산화탄소의 물에 용해도
도 5는 이산화탄소(CO2)-해수(H2O)-이산화탄소 하이드레이트의 상평형도
도 6은 압력-온도에 따른 CO2의 상평형도(Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide)
도 7은 pH와 온도에 따른 해수 중에 CO2의 용해도(Solubility of CO2 in seawater as a function of Temperature and Pressure)
도 8은 해수에서 이산화탄소의 용해형태(CO2 ( aq )-HCO3 --CO3 2 -)와 농도(염분농도 3.5%, 온도 15℃, 압력 1atm)
1 is a process chart for sequestering carbon dioxide contained in exhaust gas using seawater in a deep seabed
2 is a cross-sectional view of an exhaust gas suction device
3 is a general exhaust gas treatment process diagram
4 is the solubility of carbon dioxide in water with pressure and temperature changes
5 is a phase diagram of carbon dioxide (CO 2 ) -sea water (H 2 O) -carbon dioxide hydrate.
Figure 6 is a pressure-phase diagram (Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide) of CO 2 with temperature
7 is solubility (Solubility of CO 2 in seawater as a function of Temperature and Pressure) of CO 2 in the water according to the pH and temperature
8 is a soluble form of the carbon dioxide in sea water (CO 2 (aq) -HCO 3 - -CO 3 2 -) and the concentration (salt concentration 3.5%, temperature 15 ℃, pressure 1atm)

본 발명은 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스를 해수에 용해하여 해저심층에 격리처리하는 방법을 제시한다.The present invention is the exhaust gas emitted from the boiler combustion process and production process of the fertilizer plant, power plant or industrial plant, the exhaust gas from the steel mill, the exhaust gas from industrial plants such as cement plants, exhaust from various fermentation processes A method of dissolving exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ), such as gas, in seawater and sequestering it in deep seabeds is presented.

현재 연소공정에서 배출되는 배기가스를 처리하는 일반적인 공정은, 도 3에서 보는 바와 같이 탈질처리, 집진처리, 탈황처리를 순차적으로 처리하여 굴뚝으로 배기하고 있으며, 본 발명에서는 탈황처리가 된 배기가스에 함유된 이산화탄소를 탈CO2 처리한 다음 굴뚝으로 배출하는 방법을 제시한다.The general process of treating the exhaust gas discharged from the current combustion process, as shown in Figure 3, the denitrification treatment, dust collection treatment, desulfurization treatment is sequentially exhausted to the chimney, in the present invention to the desulfurized exhaust gas by a de-carbon dioxide-containing CO 2 treatment and then it proposes a way to discharge to the chimney.

먼저, 이산화탄소를 함유한 배기가스를 해수에 용해하여 해저심층에 안전하게 격리처리할 수 있는 조건을 검토하면 다음과 같다.
First, the conditions under which carbon dioxide-containing exhaust gas can be dissolved in seawater and safely sequestered in the seabed are as follows.

1. 물에 CO2의 용해는 고압, 저온에서 효율이 좋다.1. The dissolution of CO 2 in water is efficient at high pressure and low temperature.

이산화탄소의 물에 용해도는, 도 4 '압력과 온도 변화에 따른 이산화탄소의 물에 용해도'에서 보는 바와 같이 저온, 고압 상태에서 용해효율이 상승 된다.Solubility in water of carbon dioxide, as shown in Figure 4 'solubility in water of carbon dioxide according to pressure and temperature changes', the melting efficiency is increased at low temperature and high pressure.

그래서 이산화탄소를 함유한 배기가스를 압축기(Compressor)로 압축한 고압의 배기가스를 흡수공정에 공급하여 고압상태에서 용해하면 동력비가 높은 문제점이 있기 때문에, 본 발명에서는 배기가스를 압축하지는 않고, 배기가스 흡입장치(5)로 배기가스를 흡입하여 흡수탑 내의 압력을 0.2∼0.5MPaG로 유지하면서 해수로 배기가스에 함유된 이산화탄소를 흡수하도록 한다. Therefore, when the exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the absorption process by supplying the high pressure exhaust gas compressed by the compressor and dissolved under high pressure, there is a problem in that the power cost is high. The suction device 5 sucks the exhaust gas to absorb carbon dioxide contained in the exhaust gas into the seawater while maintaining the pressure in the absorption tower at 0.2 to 0.5 MPaG.

사용하는 해수는 가능한 온도가 낮은 해양 심층수를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use ocean deep water with the lowest temperature possible.

해양 심층수는 북극과 남극의 빙하가 녹은 물이 밀도 차이로 해저로 침강하여 -2∼10℃의 저온으로 존재하는 특징이 있다. 통상적으로 해양 심층수는 해수면에서 200m보다 깊은 곳에 존재하며, 연중 일정한 수온을 유지하고 있다.The deep ocean water is characterized by the melting of glaciers in the Arctic and Antarctic sediments at sea level due to the difference in density. Normally, deep ocean water is deeper than 200m above sea level and maintains a constant water temperature throughout the year.

한국의 동해안에서와 같이 저온의 해양 심층수를 용이하게 취수할 수 있는 지역에서는 해양 심층수를 사용하여 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스를 처리하는 것이 바람직하다.In areas where low-temperature deep sea water can be easily taken in, such as on the east coast of Korea, it is desirable to treat exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) using deep sea water.

특히 한국 동해안의 해양 심층수는 일본열도가 가로 막혀 있어 해저심층에서 조류의 흐름이 느려 다른 지역(일본 동쪽의 태평양 연안, 미국 하와이, 유럽의 대서양 지역 등)에 비해서 수온이 낮은 특징이 있다. 일본 토야마현(富山縣) 해안의 앞바다, 미국 하와이 코나(Kona) 해안의 앞바다의 경우는 해수면에서 200m 깊이에 존재하는 해양 심층수의 경우 8∼10℃로 존재하는데, 한국 동해안의 고성이나 울릉도 앞바다의 경우는 해수면에서 200m 깊이에 있는 해양 심층수의 경우 2℃ 전후로 연간 일정하게 저온으로 존재하는 특징이 있다. 따라서 한국 동해안 있는 발전소, 시멘트공장, 제철소, 석유화학공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 함유한 배기가스의 처리는 해양 심층수를 흡수 용수로 사용하여 CO2를 용해한 해양 심층수를 해저심층에 CO2하이드레이트(CO2 hydrate) 상태로 격리처리하는 것이 다른 처리방법에 비해서 가장 경제적이면서 안전하게 처리할 수 있다.
In particular, the deep ocean waters on the east coast of Korea are blocked by the Japanese archipelago, and the water temperature is lower than that of other regions (Pacific coast in east Japan, Hawaii, USA, and Atlantic Ocean in Europe) due to the slow flow of algae. On the coast of Toyama Prefecture, Japan, and on the coast of Kona, Hawaii, USA, the deep ocean water, which is 200m deep, exists at 8 to 10 ° C. In the case of deep sea water 200 m deep from the sea level, it is characterized by a constant low temperature around 2 ℃ annually. Therefore, Korea CO 2 hydrates on the East Coast power plants, cement plants, steel mills, petrochemical plants seabed depth deep ocean water dissolved CO 2 treatment of exhaust gases containing carbon dioxide using deep seawater irrigation, etc. that absorb emissions (CO 2 Isolation in the hydrate state is the most economical and safe process compared to other treatment methods.

2. 이산화탄소가 물에 용해하여 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성되는 조건을 검토하면 다음과 같다.2. Carbon dioxide is dissolved in water and CO 2 hydrate (CO 2 The conditions under which hydrates are generated are as follows.

도 5 '이산화탄소(CO2)-해수(H2O)-이산화탄소 하이드레이트의 상평형도'에서 보는 바와 같이 고체상태의 클라스레이트화합물(Clathrate compound, 包接水和物)인 CO2 하이드레이트(CO2-hydrate)의 생성은, 압력이 4.468MPa 이상일 때, 온도는 10.5℃ 이하에서 생성된다. 이와 같이 물·액체CO2·기체CO2·CO2하이드레이트의 4상(相)이 공존할 수 있는 점을 4중점(四重點, Quadruple Point)이라 한다, CO2 하이드레이트의 생성 반응은 다음과 같다.As shown in FIG. 5 'Phase diagram of carbon dioxide (CO 2 ) -sea water (H 2 O) -carbon dioxide hydrate', CO 2 which is a clathrate compound (包 接 水 和 物) in a solid state The production of hydrate (CO 2 -hydrate) is produced at a temperature of 10.5 ° C. or less when the pressure is 4.468 MPa or more. In this manner is referred to as water, liquid CO 2, gaseous CO 2, it points to the four-phase coexisting (相) of CO 2 hydrate emphasis 4 (四重點, Quadruple Point), CO 2 The formation reaction of the hydrate is as follows.

CO2 + nH2O ⇔ CO2·nH2O (CO2-hydrate)……………………(2)CO 2 + nH 2 O—CO 2 · nH 2 O (CO 2 -hydrate)... ... ... ... ... ... ... ... (2)

상기 반응식 (2)에서 수화수(水和數) n는 5∼8로 밝혀져 있으며, CO2 하이드레이트의 비중은, 해수의 비중 1.023(24℃)보다 큰 1.1 전후로 해수 중에서 해저바닥에 침전하게 된다.In the reaction scheme (2), the hydrated water n is found to be 5-8, and CO 2 The specific gravity of the hydrate is settled at the bottom of the sea bottom in the seawater around 1.1 which is larger than the specific gravity 1.023 (24 degreeC) of seawater.

수온이 10.5℃ 이상인 수중에서는 CO2 하이드레이트의 생성이 어렵다.In water with a water temperature of 10.5 ° C or higher, CO 2 The production of hydrates is difficult.

그래서 저온의 해양 심층수를 취수하여 배기가스 중의 CO2를 흡수공정에서 흡수하여, CO2를 흡수한 해양 심층수를 CO2 하이드레이트가 생성될 수 해저심층에 주입하여 격리처리하는 것이 경제적이면서 가장 안정적으로 처리할 수 있다.So, by the intake of cold deep sea water absorbed by the CO 2 absorption process in the exhaust gas, the deep sea water absorbing CO 2 CO 2 It is economical and most stable to inject hydrates into the subsea depth where they can be produced.

다시 말해서 흡수공정에서 CO2를 흡수한 해양 심층수는 수온이 10.5℃ 이하이면서 수압(水壓)이 45mH2O(수심 45m)이상이 되는 해저심층에 격리처리하는 것이 좋다.In other words, the deep ocean water absorbing CO 2 in the absorption process should be sequestered in the deep seabed where the water temperature is 10.5 ° C or less and the water pressure is 45mH 2 O (45m depth) or more.

실제 한국의 동해 해저심층에는 수온이 2℃ 전후로 메테인 하이드레이트(Methane hydrate)와 CO2 하이드레이트(CO2 hydrate)가 상당량 존재하는 것으로 확인되었다.
Indeed, in the deep sea bed of Korea, methane hydrate and CO 2 Hydrate (CO 2 hydrate) was found to be present in significant amounts.

3. 수온이 10.5℃ 이상이 되어 CO2 하이드레이트 생성이 되지 않는 해저지점에 격리하는 경우3. The water temperature is over 10.5 ℃ and CO 2 Isolate to the seabed where no hydrate is formed

수온이 10.5℃ 이상이 되면 CO2 하이드레이트 생성은 되지 않기 때문에 물에 용해된 상태나, 액체 탄산(Liquid carbon dioxide) 상태로 격리해야 한다.CO 2 when the water temperature is above 10.5 ℃ Because it does not form hydrates, it must be sequestered in water or liquid carbon dioxide.

심층해저에서 10.5℃ 이하 저온의 해양 심층수가 존재하지 않는 해저심층에서는 CO2 하이드레이트가 존재하지 않고, 이산화탄소가 수중에 용해된 상태나, 액체 탄산 상태로 존재한다. In deep seabeds, where there is no deep sea water at temperatures below 10.5 ° C, CO 2 No hydrate is present, and carbon dioxide is dissolved in water or in a liquid carbonate state.

오키나와현(沖繩縣) 요나구니섬(與那國島) 수심 1380m 해저에서는 액체 탄산 풀(Liquid carbon dioxide pool)이 존재하는 것이 확인되었다.It was confirmed that a liquid carbon dioxide pool existed at the seabed of 1380m depth in Yonaguni Island, Okinawa Prefecture.

수온이 10.5℃ 이상인 경우는 CO2 하이드레이트 상태로는 격리할 수 없는 경우는 이산화탄소의 임계온도(Critical temperature) 31.1℃ 이하, 임계압력(Critical pressure) 7.382MPa보다 높은 수두압이 되는 지점에 격리처리하여야 한다.If the water temperature is 10.5 ℃ or higher, CO 2 If it cannot be sequestered in the hydrated state, it should be sequestered at the point where the head pressure becomes below the critical temperature of carbon dioxide of 31.1 ° C and higher than the critical pressure of 7.382 MPa.

이산화탄소의 임계점(Critical point)은 도 6 '압력-온도에 따른 CO2의 상평형도(Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide)'에서 보는 바와 같이 31.1℃, 7.382MPa이다. 수온이 이산화탄소의 임계온도 31.1℃ 이상 되는 지점에서는 격리하여서는 안 된다.
The critical point of carbon dioxide (Critical point) is a 6-a 31.1 ℃, 7.382MPa, as shown in "Phase Equilibrium pressure of CO 2 with temperature also (Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide) '. It should not be sequestered at the point where the water temperature is above the critical temperature of carbon dioxide 31.1 ℃.

4. 이산화탄소의 물에 용해도는 pH가 4 이하에서는 거의 용해하지 않기 때문에 CO2를 용해하는 용수의 pH가 5 이상에서 운전하여야 한다.4. Since the solubility of carbon dioxide in water rarely dissolves at pH 4 or below, the pH of water dissolving CO 2 should be operated at pH 5 or higher.

도 7 'pH와 온도에 따른 해수 중에 CO2의 용해도(Solubility of CO2 in seawater as a function of Temperature and Pressure)'에서 보는 바와 같이 수중에 CO2의 농도가 높아 지면 다음 반응식 (3)에 의해서 pH는 떨어진다.7 when in the water increases the concentration of CO 2, as shown in the "water in the CO 2 Solubility (Solubility of CO 2 in seawater as a function of Temperature and Pressure) according to the pH and temperature, by the following reaction formula (3) pH drops.

CO2 + H2O → H+ + HCO3 - → 2H+ + CO3 2 - …………………(3)CO 2 + H 2 O → H + + HCO 3 - → 2H + + CO 3 2 - ... ... ... ... ... ... ... (3)

그리고 수용액의 pH가 4 이하가 되면 도 8 '해수에서 이산화탄소의 용해형태(CO2( aq )-HCO3 --CO3 2 -)와 농도(염분농도 3.5%, 온도 15℃, 압력 1atm)'에서 보는 바와 같이 H2CO3[=CO2( aq] 수용액에 존재하면서 CO2의 용해는 거의 일어 나지 않기 때문에 해수의 주입량을 조정하여 pH는 5 이상이 되게 운전해야 한다.
And the pH of the "soluble form of the carbon dioxide in sea water (CO 2 (aq) -HCO 3 - -CO 3 2 -) and the concentration (salt concentration 3.5%, temperature 15 ℃, 1atm pressure), Fig. 8 when the aqueous solution of less than 4 As can be seen in the H 2 CO 3 [= CO 2 ( aq ] solution, CO 2 dissolution almost does not occur, so the pH of the water should be operated to 5 or more by adjusting the injection amount of sea water.

이하 본 발명을 상기한 이산화탄소(CO2)와 해수의 특성을 이용하여 배기가스에 함유된 이산화탄소를 용해하여 안정되게 격리(隔離)할 수 있는 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings by using the characteristics of the carbon dioxide (CO 2 ) and the sea water by dissolving the carbon dioxide contained in the exhaust gas in a stable manner. .

Ⅰ. 냉각단계Ⅰ. Cooling stage

비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스는 대체로 온도가 높기 때문에 배기가스이송송풍기(1)로 냉각공정에 보내어 온도를 30℃ 이하로 이산화탄소를 함유한 배기가스로 냉각한다. 이때 냉각된 온도는 낮을수록 좋기 때문에 특별히 하안의 온도는 특별히 제한하지 않는다.Exhaust gas from fertilizer plant, power plant or industrial plant boiler combustion process and production process, exhaust gas from steel mill, cement plant, exhaust gas from industrial plant such as cement plant, exhaust gas from various fermentation process Since the exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is generally high in temperature, the exhaust gas is sent to the cooling process by the exhaust gas transport fan (1) to cool the exhaust gas containing carbon dioxide below 30 ° C. At this time, since the cooled temperature is so good that there is no restriction | limiting in particular in the temperature of a riverbank.

냉각공장의 냉각기는 투관식 열교환기(Tube and shell heat exchanger type) 또는 기·액 접촉식 열교환기를 사용한다.
The chiller in a cooling plant uses a tube and shell heat exchanger type or a gas-liquid contact heat exchanger.

Ⅱ. 이산화탄소를 해수에 흡수하여 용해하는 단계Ⅱ. Absorption of carbon dioxide into sea water

상기 냉각공정에서 냉각하여 30℃ 이하로 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스는 해수에 이산화탄소를 흡수·용해하여 이산화탄소가 용해된 해수로 처리한다.The exhaust gas containing carbon dioxide cooled in the cooling process and dropped to 30 ° C. or lower is absorbed and dissolved in carbon dioxide and treated with seawater in which carbon dioxide is dissolved.

해수를 해수취수펌프(7)로 취수하여 흡수탑(2)의 상부 충전층(3) 위로 공급하면서, 충전탑 순환펌프(4)로 충전탑(2) 상·하부 충전층(3) 위로 보내어 순환하면서 일부의 순환수를 배기가스 흡입장치(5)로 보내어 충전탑(2)에 공급하면, 상기 냉각공정에서 냉각하여 30℃ 이하로 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스가 함께 흡입되어 충전탑(2)에 공급된다.The seawater is collected by the seawater intake pump (7) and fed over the upper packed bed (3) of the absorption tower (2), and sent to the packed tower circulation pump (4) above the packed bed (2) above and below the packed bed (3). When circulating, some of the circulating water is sent to the exhaust gas suction device 5 and supplied to the charging tower 2, where the exhaust gas containing carbon dioxide, which is cooled in the cooling process and dropped to 30 ° C. or lower, is sucked together and filled. It is supplied to the tower (2).

충전탑(2) 하부로 공급된 이산화탄소를 함유한 배기가스는 충전층(3)을 통과하면서 흡수탑 순환펌프(4)에서 공급되는 순환수와 해수취수펌프(7)에서 공급되는 해수가 향류접촉(向流接觸)하면서 배기가스에 함유된 이산화탄소가 해수에 용해되고, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수탑(2) 상부로 배출되어 굴뚝(6)을 통해서 대기 배출된다. The exhaust gas containing carbon dioxide supplied to the bottom of the packed column 2 passes through the packed bed 3 while the circulating water supplied from the absorption tower circulation pump 4 and the sea water supplied from the seawater intake pump 7 are in countercurrent contact. The carbon dioxide contained in the exhaust gas is dissolved in seawater while the exhaust gas is discharged, and the exhaust gas from which carbon dioxide is removed is discharged to the upper part of the absorption tower 2 and discharged to the atmosphere through the chimney 6.

이때 흡수탑(2)의 운전압력은 압력지시조정기(Pressure indicating controller, PIC)로 0.2∼0.5MPa로 조정한다.At this time, the operating pressure of the absorption tower 2 is adjusted to 0.2 to 0.5 MPa by a pressure indicating controller (PIC).

그리고 흡수탑(2)에서 이산화탄소가 용해된 해수는 수위지시조정기(Level indicating controller, LIC)로 흡수탑(2) 하부의 수위를 조정하면서 해저심층배출배관(10)을 통해서 해저심층으로 배출된다.In addition, the seawater in which carbon dioxide is dissolved in the absorption tower 2 is discharged through the subsea deep discharge pipe 10 while adjusting the level of the lower portion of the absorption tower 2 with a level indicating controller (LIC).

배기가스 흡인장치(5)는, 도 2 '배기가스 흡인장치(吸引裝置)의 단면도'에서 보는 바와 같이 실험실의 아스피레이터(Aspirator)와 같은 구조로, 흡수탑 순환펌프(4)로 흡수액(해양 심층수)의 일부를 배기가스 흡인장치(5)의 액체 유로(5a)에 공급하여 노즐부(5b)를 통과하면 베르누이 이론(Bernoulli's theory)에 의해서 이산화탄소를 함유한 배기가스가 흡인(吸引)되어 용수와 함께 기·액 혼합유로(5d)를 통과하여 흡수탑(2) 하부로 공급되는 구조로 되어 있다.The exhaust gas suction device 5 has a structure similar to that of an aspirator in a laboratory, as shown in FIG. 2, a cross-sectional view of the exhaust gas suction device, and absorbs the liquid into the absorption tower circulation pump 4. When a part of deep ocean water is supplied to the liquid flow path 5a of the exhaust gas suction device 5 and passes through the nozzle portion 5b, exhaust gas containing carbon dioxide is sucked by Bernoulli's theory. Together with the water, it passes through the gas-liquid mixing flow passage 5d and is supplied to the lower portion of the absorption tower 2.

해수취수배관(9)은 내염성이 우수한 PE(Polyethylene) 또는 PP(Polypropylene) 배관을 계류삭(Mooring rope)과 연결한 것을 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤)나 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상에 의해서 파손되지 않게 닻(Anchor)을 설치하여 해저바닥에 고정하여 취수지점까지 설치한다. 해수취수배관(9)의 말단 (末端)에는 수가대(受架臺: 10)를 배관과 플랜지(Flange)로 연결하여 설치하고, 배관의 끝 부분에는 비중이 가벼운 부대(浮袋: 12)를 설치하여 해저지표면에 퇴적된 개흙(泥質)이 유입되지 않도록 해저지표면에서 10∼20m 떠있게 설치한다.The seawater intake pipe 9 connects PE (Polyethylene) or PP (Polypropylene) pipes with excellent flame resistance to mooring ropes and has a tsunami caused by waves or earthquakes caused by typhoons. An anchor is installed so that it is not damaged by the ripple effect, and it is fixed to the bottom of the sea and installed to the intake point. At the end of the seawater intake pipe (9), a water tank (10) is connected to the pipe by a flange, and a light bag (12) is installed at the end of the pipe. In order to prevent the inflow of deposited soil on the seabed surface, it should be installed 10 ~ 20m away from the seabed surface.

그리고 해수취수배관(9)이 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에서 피그 테일(Pig-tail) 형태로 설치되는 경우 배관의 철부(凸部)의 마루부분에 기체가 차게 되면서 취수량이 서서히 감소하게 되며, 나아가서는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수가 되지 않게 되므로, 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기될 수 있는 지점에는 가스배출구(Vapor vent hole)를 설치하여 배관 내에 기체가 차지 않게 하여 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 일어 나지 않도록 하여야 한다. And when the seawater intake pipe (9) is installed in the form of pigtails in the Haisan or Haikou area, the gas is filled in the floor of the convex part of the pipe and the intake amount is gradually In addition, since a vapor-lock phenomenon is caused to prevent water intake, a vapor vent hole is installed at a point where a vapor-lock phenomenon may occur. The gas must not be charged to prevent the vapor-lock phenomenon.

그리고 해저심층배출배관(10)도 상기 해수취수배관(9)과 동일하게 필요한 지점까지 설치한다.And the deep sea discharge pipe 10 is also installed to the required point in the same way as the sea water intake pipe (9).

해수의 취수방법은 도 1에서와 같이 해수취수배관(9) 선단(先端)에 해수취수펌프(7)를 프라이밍(Priming) 용이하도록 해수면 보다 3∼4m 낮게 하여 펌프실(8) 내에 설치하거나, 집수조를 해수면 보다 3∼4m 낮게 설치하여, 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 취수하여도 상관없다.The sea water intake method is installed in the pump chamber 8 by lowering the seawater intake pump 7 at the tip of the seawater intake pipe 9 3 to 4m lower than the sea level to facilitate priming, as shown in FIG. May be installed 3 to 4 m lower than sea level, and water may be taken in accordance with the siphon principle.

상기 흡수탑(2)의 충전층(3)의 충전물 재질은, 내식성이 우수한 스테인리스강(Stainless steel), 자기(Porcelain), PVC(Polyvinylchloride), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), ABS수지(Acrylonitrile butadiene styrene copolymer), 아크릴수지(Acrylic resin), 에보나이트(Eebonite) 또는 베이클라이트(Bakelite) 중에서 한 종류의 라시히링(Raschig ring), 폴링(Pall Ring), 라프락스링(Raflux ring), 레싱링(Lessing Ring), 십자분할링(Cross partition ring), 새들형(Saddle type) 또는 볼형(Ball type) 중에서 한 종류를 충전한다. The filler material of the packed bed 3 of the absorption tower 2 is stainless steel (Porcelain), PVC (Polyvinylchloride), PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), ABS resin ( Acrylonitrile butadiene styrene copolymer, acrylic resin, ebonite or Bakelite Fill one of the following types: Lessing Ring, Cross partition ring, Saddle type or Ball type.

그리고 흡수탑(2)은, 배기가스 이송송풍기(1)에서 배기가스 흡입장치(5)를 통해서 공급되는 배기가스 질량속도(G)와 흡수탑 순환펌프(4)에 공급되는 순환수와 해수 취수펌프(7)에서 공급되는 해수의 흡수액(L)의 질량속도 비(L/G)가 0.2∼0.6의 범위가 되게 하고, 탑경(塔徑)은 충전층(3) 충전물의 종류에 따른 익류점(Flooding point)과 로딩 점(Loading point)을 고려하여 결정하는 것이 원칙이지만, 일반적으로 탑의 면적은 가스의 유속이 0.15∼0.3m/초의 범위로 하면 무난하다.In addition, the absorption tower 2 includes the exhaust gas mass velocity G supplied from the exhaust gas transfer blower 1 through the exhaust gas suction device 5 and the circulating water and sea water intake supplied to the absorption tower circulation pump 4. The mass velocity ratio (L / G) of the absorbent liquid L of the seawater supplied from the pump 7 is in the range of 0.2 to 0.6, and the top diameter is the pore point according to the type of filling of the packed bed 3. It is the principle to decide in consideration of (floating point) and loading point (Loading point), but in general, the area of the tower is good if the gas flow rate is within the range of 0.15 ~ 0.3m / second.

충전탑(2)의 높이는 NTU(Number of transfer unit)와 HTU(Height of transfer unit)를 고려한 높이에 가스이동높이와 작업에 필요한 높이(약 2.5m)를 고려하여 결정하지만, 배기가스의 접촉시간을 1.2∼2초의 범위가 되도록 하고, 이에 가스이동높이와 작업에 필요한 높이(약 2.5m)를 고려하여 결정하여도 무난하다.The height of the packed column 2 is determined in consideration of the number of transfer unit (NTU) and the height of transfer unit (HTU) in consideration of the gas moving height and the height required for the operation (about 2.5 m), but the contact time of the exhaust gas It should be in the range of 1.2 to 2 seconds, and this can be determined considering the gas movement height and the height required for the work (about 2.5m).

Ⅲ. 해저심층에 이산화탄소를 격리하는 단계Ⅲ. Sequestering Carbon Dioxide in Deep Seabeds

상기 이산화탄소가 용해된 해수를 해저심층으로 배출하여 이산화탄소를 격리처리한다.The carbon dioxide is dissolved in the seawater is discharged to the deep seabed to sequester the carbon dioxide.

상기 이산화탄소가 용해된 용수를 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성될 수 있거나. 또는 이산화탄소의 임계점(Critical point)인 온도는 31.1℃ 이하, 압력은 7.382MPa 이상의 조건이 유지되는 해저심층에 격리처리한다.The water in which the carbon dioxide is dissolved is CO 2 hydrate (CO 2 hydrate) may be produced. Alternatively, the carbon dioxide is sequestered in the deep seabed where the critical point of temperature is below 31.1 ° C and the pressure is above 7.382MPa.

상기 이산화탄소를 용해하는 단계에서 수온이 10.5℃ 이하의 해양 심층수를 취수하여 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성된 용수는, CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성될 수 있는 수온이 10.5℃ 이하이면서 수두압이 45mH2O 이상 되는 해저심층에 이산화탄소를 격리처리 한다. 그러나 조류의 흐름, 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤), 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상, 용승(湧昇, Upwelling) 현상 등을 감안하여 수온이 10.5℃ 이하가 되어도 해수면에서 500m보다 깊은 해저심층에 이산화탄소를 격리처리하는 것이 바람직하다.In the step of dissolving the carbon dioxide, water deep sea water of 10.5 ℃ or less is taken in CO 2 hydrate (CO 2 hydrate generated water is CO 2 hydrate (CO 2 Carbon dioxide is sequestered in the deep seabed where water temperature that can produce hydrates is 10.5 ℃ or less and head pressure is 45mH 2 O or more. However, considering the flow of tides, waves caused by typhoons, tsunamis caused by earthquakes, upwelling, etc., the water temperature is 500m below sea level even if the temperature is below 10.5 ℃. It is desirable to sequester carbon dioxide in deeper seabed depths.

수온이 10.5℃ 이하의 해양 심층수를 취수할 수 없는 해안가에서는, 수온이 이산화탄소의 임계온도 31.1℃ 이하의 표층해수를 사용하여 배기가스에 함유된 CO2를 용해한 해수의 경우는, 수두압이 74mH2O 이상 되는 해저심층에 격리처리하여야 한다. 이때도 조류의 흐름, 태풍에 의한 파도, 지진에 의한 쓰나미 현상, 용승 현상 등을 감안하여 수온이 31.1℃ 이하가 되어도 해수면에서 500m보다 깊은 해저심층에 이산화탄소를 격리처리하는 것이 바람직하다.At seasides where water temperature is not able to withdraw deep ocean water below 10.5 ° C, the head pressure is 74 mH 2 for seawater that has dissolved CO 2 contained in exhaust gas using surface seawater with a critical temperature of 31.1 ° C or lower. It should be sequestered above the seabed deeper than O. In this case, it is preferable to sequester carbon dioxide in a deep seabed that is deeper than 500m above sea level even if the water temperature is lower than 31.1 ° C in view of tidal currents, waves caused by typhoons, tsunamis caused by earthquakes, and water rise.

본 발명의 이산화탄소를 함유한 배기가스를 해수에 용해하였을 때는 용해효율이 높으면서 어떠한 약품을 사용할 필요가 없으면서 시설이 간단하여 시설비도 저렴한 등의 다양한 특징이 있기 때문에 이산화탄소를 해저심층에 격리처리하는데 널리 이용될 것으로 기대된다.When the exhaust gas containing carbon dioxide of the present invention is dissolved in seawater, carbon dioxide is widely used to sequester deep seabed because it has various characteristics such as high dissolution efficiency and no need to use any chemicals, and simple facilities and low facility cost. It is expected to be.

1: 배기가스이송송풍기 2: 흡수탑
3: 충전층 4: 흡수탑 순환펌프
5: 배기가스 흡인장치(吸引裝置) 5a: 액체 유로
5b: 노즐(Nozzle) 부 5c: 기체 유로
5d: 기·액 혼합유로 6: 굴뚝
7: 해수 취수펌프 8: 펌프실
9: 해수 취수배관 10: 해저심층 배출배관
11: 수가대(受架臺) 12: 부대(浮袋)
G/L: 지면(Ground Level) LT: 수위 전달장치(Level Transmitter)
LIC: 수위지시조정기(Level indicating controller)
PT: 압력 전달장치(Pressure Transmitter)
PIC: 압력지시조정기(Pressure indicating controller)
1: exhaust gas transfer blower 2: absorption tower
3: packed bed 4: absorption tower circulation pump
5: exhaust gas suction device 5a: liquid flow path
5b: nozzle part 5c: gas flow path
5d: gas-liquid mixture flow path 6: chimney
7: Seawater intake pump 8: Pump room
9: seawater intake piping 10: deep sea drainage piping
11: Suidae 12: Unit
G / L: Ground Level LT: Level Transmitter
LIC: Level indicating controller
PT: Pressure Transmitter
PIC: Pressure indicating controller

Claims (1)

이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스에서 이산화탄소를 격리처리하는 방법에 있어서,
상기 이산화탄소를 함유한 배기가스를 냉각공정에서 냉각한 이산화탄소를 함유한 배기가스로 처리하는 냉각단계와,
상기 냉각한 이산화탄소를 함유한 배기가스는, 흡수탑 순환수 펌프로 흡수탑 충전층 위로 반송하면서 배기가스 흡입장치에 공급하여 냉각한 이산화탄소를 함유한 배기가스와 함께 흡수탑 하부로 공급하고, 해수를 충전탑 상부로 공급하여 해수와 배기가스가 접촉하여, 배기가스에 함유된 이산화탄소가 해수에 흡수되어 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수탑 상부를 통해 굴뚝으로 보내어 대기로 배출하고, 이산화탄소를 흡수·용해한 해수는 흡수탑 하부로 배출하는, 이산화탄소를 해수에 흡수하여 용해하는 단계와,
상기 이산화탄소를 흡수·용해한 해수를 해저심층배출배관을 통해서 해저심층으로 배출하여 해저심층에 이산화탄소를 격리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는, 해수를 이용한 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법.
In the method for sequestering carbon dioxide from exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ),
A cooling step of treating the exhaust gas containing carbon dioxide with exhaust gas containing carbon dioxide cooled in a cooling process;
The cooled exhaust gas containing carbon dioxide is supplied to the exhaust gas suction device while being conveyed to the absorption tower packed bed by an absorption tower circulating water pump and supplied to the lower portion of the absorption tower together with the exhaust gas containing cooled carbon dioxide. When the seawater and exhaust gas come into contact with the upper part of the packed tower, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed by the seawater, and the exhaust gas from which carbon dioxide is removed is sent to the chimney through the upper part of the absorption tower to be discharged into the atmosphere, and the carbon dioxide is absorbed and dissolved. Sea water absorbs and dissolves carbon dioxide discharged to the bottom of the absorption tower in the sea water,
A method of isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas using sea water, characterized in that consisting of the step of isolating the carbon dioxide absorbed and dissolved in the deep sea bed through the deep sea bottom discharge pipe to isolate the carbon dioxide in the sea bed. .
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