KR20180129412A - 수소 가스 제조 방법 - Google Patents

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KR20180129412A
KR20180129412A KR1020170065393A KR20170065393A KR20180129412A KR 20180129412 A KR20180129412 A KR 20180129412A KR 1020170065393 A KR1020170065393 A KR 1020170065393A KR 20170065393 A KR20170065393 A KR 20170065393A KR 20180129412 A KR20180129412 A KR 20180129412A
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박현서
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Abstract

본 발명에 따른 수소 가스 제조 방법은 제강 슬래그를 이용하여, 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정, 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 이산화탄소(CO2)를 반응시켜, 수소 가스를 생성하는 과정 및 생성된 상기 수소 가스를 회수하는 과정을 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 제강 슬래그를 재활용하여 수소 가스를 생산할 수 있다. 또한, 수소 가스를 생산하는 원료로 제강 슬래그를 이용하므로, 매립되는 제강 슬래그 량을 줄일 수 있어, 환경 오염을 줄일 수 있다.

Description

수소 가스 제조 방법{Hydrogen gas manufacturing method}
본 발명은 수소 가스 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제철소에서 발생하는 부산물을 이용하여 수소 가스를 제조하는 수소 가스 제조 방법에 관한 것이다.
제강 공정에서 발생하는 슬래그(slag)는 용선 중 불순물을 제거하기 위해 첨가되는 플럭스에 의해 주로 발생한다. 이러한, 슬래그는 통상 생석회(CaO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 및 산화철 등으로 이루어진다. 특히, 전로에서는 고로에서 제공된 용선을 정련하는 조업이 실시되는데, 용선의 탈류 및 탈린을 위해 다량의 생석회(CaO)를 투입한다.
일반적으로 용선으로 투입된 생석회는 전량 용선과 반응하여 화합물을 형성하지는 못하고 잉여 상태가 되며, 이에 슬래그에 유리 석회(free CaO) 상태로 남게되며, 화합물 중의 생석회 일부가 유리 석회로 석출될 가능성도 있다.
이러한 슬래그가 물과 반응하면 pH가 11 내지 12 정도로 매우 강한 알칼리성이 되며, 이것이 해수 등에 유입되면 백탁수를 생성시켜 환경 오염의 원인이 된다.
따라서, 제강 슬래그를 재활용하려는 시도가 이루어지고 있으나, 그 재활용 용도에 한계가 있어, 현재는 주로 골재 제조에만 재활용 되고 있어 재활용율이 매우 낮고, 대부분 매립되고 있는 실정이다.
한국등록특허 KR1559879B1
본 발명은 제강 슬래그를 재활용할 수 있는 수소 가스 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 제철소에서 발생하는 이산화탄소 가스를 재활용할 수 있는 수소 가스 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 수소 가스 제조 방법은 제강 슬래그를 이용하여, 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정; 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시켜, 수소 가스를 생성하는 과정; 및 생성된 상기 수소 가스를 회수하는 과정;
을 포함한다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서, 900℃ 내지 1100℃의 온도에서 반응시키는 것이 바람직하다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서, 상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)가 혼합된 혼합 가스 중, 상기 이산화탄소(CO2)가 40% 내지 60% 몰%(mol %)이고, 잔부가 메탄(CH4)을 포함하는 가스가 되도록 혼합한다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서, 상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 제철소에서 발생되는 가스를 포함한다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 코크스 오븐에서 코크스 건류 중에 발생되는 코크스 오븐 가스(COG)를 포함한다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 메탄(CH4)이 90% 이상인 가스를 포함한다.
상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는 과정에 있어서, 일산화탄소가 생성된다.
상기 수소 가스와 일산화탄소 가스를 분리하는 과정을 포함한다.
상기 제강 슬래그를 이용하여, 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정은, 상기 제강 슬래그를 이용하여 CaCO3를 포함하는 고형물을 제조하는 과정; 및 상기 고형물로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 과정;을 포함한다.
상기 고형물을 제조하는 과정은, 상기 제강 슬래그를 물과 혼합하여 수용액을 제조하는 과정; 및 상기 수용액에 이산화탄소가 포함된 가스를 취입하여, CaCO3가 포함된 고형물을 제조하는 과정; 을 포함한다.
상기 고형물을 제조하는 과정에 있어서, 상기 수용액 취입하는 상기 이산화탄소가 포함된 가스는 제철소에서 발생하는 부생가스를 포함한다.
상기 고형물로부터 이산화탄소를 분리하는 과정에 있어서, 상기 고형물을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 열처리하여, 상기 고형물로부터 이산화탄소를 해리시킨다.
본 발명의 실시형태에 의하면, 제강 슬래그를 재활용하여 수소 가스를 생산할 수 있다. 또한, 수소 가스를 생산하는 원료로 제강 슬래그를 이용하므로, 매립되는 제강 슬래그 량을 줄일 수 있어, 환경 오염을 줄일 수 있다.
그리고, 수소 가스를 생산하는데 있어서 제철소에서 발생되는 이산화탄소를 재활용함에 따라, 대기로 방출되는 이산화탄소량을 줄일 수 있다. 또한, 수소 가스를 제조하는 과정에서 생석회(CaO)가 형성되는데, 이를 제강 공정 예컨대 용선 정련에 재활용할 수 있어, 정련을 위한 원료 비용이 절감되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법을 나타내는 순서도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소(CO2) 가스를 생산하는 과정을 나타내는 순서도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 고형물의 전자광학현미경(SEM) 사진
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법에 있어서, 온도에 따른 수소(H2) 및 CO 가스의 생성량(mol%)를 나타낸 그래프
본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법에 있어서, 시간에 따른 수소(H2) 및 CO 가스의 생성량(mol%)를 나타낸 그래프
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소(CO2) 가스를 생산하는 과정을 나타내는 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 고형물의 전자광학현미경(SEM) 사진이다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법에 있어서, 온도에 따른 수소(H2) 및 CO 가스의 생성량(mol%)를 나타낸 그래프이다. 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법에 있어서, 시간에 따른 수소(H2) 및 CO 가스의 생성량(mol%)를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 제철소에서 발생하는 부산물을 이용하여 수소 가스를 제조하는 수소 가스 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 제철소에서 발생하는 부생 가스인 이산화탄소 가스를 재활용할 수 있는 수소 가스 제조 방법에 관한 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 수소 가스 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 제조 방법은 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소(CO2) 가스를 생성하는 과정(S100), 생성된 이산화탄소 가스와 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 반응시켜(S200), 수소(H2) 가스를 포함하는 가스를 생산하는 과정, 수소(H2) 가스를 포함하는 가스로부터 수소(H2) 가스를 분리하는 과정(S300)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소(CO2) 가스를 생성하는 과정(S100)은, 제강 슬래그와 물을 혼합하여, 제강 슬래그가 함유된 수용액을 제조하는 과정(S210), 수용액에 이산화탄소(CO2) 가스를 포함하는 가스를 취입하여 탄산염(CaCO3)을 함유하는 고형물을 제조하는 과정(S220), 고형물을 소성시켜 고형물로부터 이산화탄소를 분리하는 과정(S230)을 포함한다.
먼저, 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소(CO2) 가스를 생성하는 각 과정에 대해 설명한다.
먼저, 제강 슬래그(Slag)와 물을 혼합하여 수용액을 제조한다. 실시예에서는 제강 슬래그로서, 유리석회(free CaO)를 함유하는 슬래그를 사용한다. 보다 구체적인 예로, 제강 슬래그는 용선 또는 용강 중 인(P), 탄소(C) 등의 불순물을 제거하는 조업 즉, 정련 조업이 실시되는 전로에서 발생된 슬래그(전로 슬래그) 및 전로 조업 전에 용선 중 황(S)을 제거하는 탈류 처리시 발생되는 예비 처리 슬래그 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 이러한 제강 슬래그는 유리석회 뿐만 아니라, 석회석(CaO), 산화마그네슘(MgO), 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 산화철(FexOy) 등의 금속 산화물이 포함될 수 있다.
한편, 유리 석회(free CaO)를 함유하고 있는 제강 슬래그와 물이 혼합되면, Ca 이온이 물로 용출되어, pH 11 이상의 알칼리성 수용액이 제조된다(화학식 1). 수용액의 pH는 제강 슬래그의 혼함량을 조절함으로써 제어 가능하다.
[화학식1]
CaO + H2O = Ca2 + + 2OH-
상기와 같이, 알칼리 수용액을 만들 때, 제강 슬래그와 물의 배합비, 교반 속도 및 반응 온도 등과 같은 변수를 조절하여 슬래그로부터 단시간 내에 수용액을 만드는 것이 바람직하다. 즉, 알칼리 수용액을 제조할 때, 5분 이내로 매우 빠르게 진행하는 것이 바람직하며, 여러 번을 시도하여 50% 이상의 유리 석회를 용출시키는 것이 바람직하다. 또한, 용출 시간 및 효율을 고려하여 전로 슬래그는 체로 분리하여 200㎛ 이하의 크기를 얻는 것이 바람직하다. 이때, 전로 슬래그의 크기가 200㎛를 초과하게 되면, 슬래그의 표면적이 증가하게 되어 물과의 반응속도가 감소되기 때문이다.
제강 슬래그와 물을 혼합하여 알칼리성 수용액이 제조되는데 있어서, 제강 슬래그의 금속 이온이 용매 즉, 물로 추출됨으로써 알칼리성의 수용액이 된다. 즉, 제강 슬래그가 교반기에 의해 물에 교반, 혼합될 때, 칼슘 이온(Ca2 +)이 추출된다. 따라서, 제강 슬래그에 의해 제조된 알칼리성 수용액은 칼슘 이온(Ca2 +)을 포함할 수 있다.
한편, 알칼리성 수용액에 포함되는 이온성분은 상기 성분에 한정되지 않고, 전로 슬래그 및 예비처리 슬래그에 포함된 다양한 이온성분이 포함될 수 있다.
알칼리 수용액의 pH는 11 이상으로 제조되는 것이 바람직하다. pH가 11 이상으로 제조되면, CO2를 포함하는 가스를 취입하는 후속 공정에서 CO2와 수용액 내의 이온과의 반응율이 향상된다. 즉, 수용액의 pH가 11 이상의 값을 가질 때, CO2와 알칼리성 이온의 결합이 용이하여 고형물을 석출시키기 용이하다.
다른 말로 하면, 수용액 내에 알칼리성 이온(Ca2 +)이 용출되어 있는 상태이기 때문에, pH가 높을수록 고형물을 많이 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 pH가 11 이상으로 높은 알칼리성 수용액 제조를 위해, 슬래그 : 물 = 1:10 조건으로 조절하여 수용액을 제조하였다.
그러나, 수용액의 pH는 이에 한정되지 않고, pH의 값에 상관없이 알칼리 수용액 내 이온과 부생가스 중 CO2의 반응이 용이하게 이루어지거나 고형물의 석출을 용이하게 할 수 있다면 수용액의 pH를 조절하는 과정은 요구되지 않을 수 있다.
다음으로, 제조된 수용액에 이산화탄소(CO2)를 포함하는 가스를 취입하여 CaCO3를 포함하는 고형물을 제조한다(S220). 이산화탄소(CO2)를 포함하는 가스를 수용액에 취입하는데 있어서, 분당 0.1ℓ로 취입할 수 있다. 하지만, 가스의 취입량은 상기 값에 한정되지 않고 탄산화 반응에 용이한 속도로 취입될 수 있다. 또한, 일반적으로 수용액에 취입하는 가스의 취입량으로 취입될 수도 있다.
또한, 이산화탄소를 포함하는 가스는 제철소에서 발생하는 부생가스일 수 있다. 보다 구체적으로, 이산화탄소를 포함하는 가스는 LDG(Linz Donawitz Gas), COG(Cokes Oven Gas), BFG(Blast Furnish Gas), FOG(Finex Off Gas) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
이와 같이, 제철소에서 발생하는 부생가스를 고형물 제조에 재활용함으로써, 별도의 이산화탄소 가스를 마련하지 않아도 되므로, 이를 위한 비용이 절감되는 효과가 있다.
이산화탄소가 포함된 가스를 수용액에 취입시키면, 이산화탄소가 수용액 내에서 탄산 이온으로 용존한다. 이에, 알칼리 수용액 내에 포함된 Ca 알칼리성 이온과 탄산 이온이 하기의 화학식 2와 같이 탄산화 반응을 하여, CaCO3 탄산염이 포함된 고형물이 생성된다. 다른 말로 하면, 알칼리 수용액과 이산화탄소 간의 탄산화 반응을 통해, 이산화탄소가 고정 또는 포집된 탄산염 고형물이 생성된다. 또한, 수용액에는 Mg 등의 이온이 포함될 수 있으므로, MgCO3와 같은 탄산염이 더 포함될 수 있다.
[화학식 2]
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
이산화탄소가 포집 또는 고정된 고형물은 일반적으로 하수처리 또는 정수(淨水) 과정에서 생긴 침전물인 슬러지 형태로써 수용액 외부에서 건조된다. 이때, 수용액으로부터 고형물을 분리하기 위해서는 일반적으로 여과 공정에 이용되는 장치를 사용하여 고형물을 수용액으로부터 분리시킬 수 있다. 이에, 본 발명에서는 고형물을 분리하기 위한 장치 및 방법에 대해서는 한정하지 않으며, 이산화탄소가 포집된 탄산화합물을 형성시키는 것에 만족한다.
CaCO3 탄산염을 함유하는 고형물은 도 3에 도시된 바와 같이 5 ㎛이하의 큐빅 형태의 작은 입자로 이루어진다.
이러한 고형물로부터 이산화탄소를 분리하기 위해, 고형물을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 소성한다(S230). 고형물이 900℃ 내지 1200℃의 온도에서 열처리 또는 소성되면, 고형물로터 이산화탄소가 해리된다. 해리 반응은 분자가 분자를 구성하고 있는 각각의 원자나 이온, 또는 이온보다 작은 분자들로 나누어지는 현상이다. 이에, 하기의 화학식3과 같이 고형물로부터 이산화탄소가 해리되는 것을 확인할 수 있다.
[화학식3]
CaCO3 + 열 → CaO + CO2
한편, 이산화탄소를 해리시키기 위한 온도 분위기가 900℃ 미만에서 수행되는 경우, 고형물로부터 이산화탄소를 분리하기까지 소요되는 시간이 증가하거나, 이산화탄소가 해리되기까지의 충분한 공정 분위기가 제공되지 않아 이산화탄소의 해리반응이 일어나지 않는 문제점이 발생한다.
반대로, 온도 분위기가 1200℃보다 높은 온도에서 수행되는 경우는 이산화탄소의 해리반응을 유도하기 위한 공정에 있어서 에너지 소비 측면에서 효율성이 감소하게 된다. 즉, 해리반응이 일어나는 900℃ 내지 1200℃의 온도를 벗어나 온도가 높아지더라도 해리 반응의 효율은 비례적인 값을 얻을 수 없기 때문에 에너지 소비량에 비해 증가된 이산화탄소 해리 량을 얻을 수 없고, 에너지 소모량만 증가되어 해리공정에 소모되는 비용이 증가한다. 때문에, 해리공정은 900℃ 내지 1200℃의 범위 내에서 수행될 수 있다. 그러나, 해리반응의 공정 온도는 상기 범위에 한정되는 것이 아니라, 고형물의 크기에 따라 ±50℃의 변화가 발생할 수도 있다.
상술한 바와 같은 고형물로부터 이산화탄소가 분리되는 반응로는 예컨대, 소성로 또는 킬른을 이용하여 처리할 수 있다.
그리고, 해리 반응이 일어나는 반응로 에컨대, 소성로 또는 킬른으로부터 기체를 흡수함으로써, 해리된 이산화탄소를 흡입하여 회수한다. 이때, 기체를 흡입 또는 흡수할 수 있는 다양한 장치 중 어느 하나를 이용하여, 고형물로부터 기화되는 기체 상태의 이산화탄소를 회수할 수 있다. 이때, 이산화탄소를 회수할 수 있는 장치에 대해서는 한정하지 않으나, 기체를 흡입하여 일정공간에 모을 수 있는 다양한 장치가 사용 가능하다.
또한, 고형물로부터 이산화탄소가 해리될 때, 화학식 3과 같이 CaO가 생성되는데, 이는 제강 공정 예컨대, 용선 정련에 재활용할 수 있으며, 정련을 위한 원료 비용이 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서는 상술한 바와 같은 방법으로 고형물로부터 해리 또는 분리되어 회수된 이산화탄소를 이용하여 수소 가스를 생성한다.
도 1을 참조하면, 고형물로부터 분리되어 회수된 이산화탄소 가스를 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 반응시켜(S200), 수소(H2)를 포함하는 가스를 생성한다. 즉, 고형물로부터 분리되어 회수된 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스가 반응하면, 아래의 화학식 4와 같이 수소(H2)와 일산화탄소(CO)를 포함하는 가스가 생성된다.
[화학식 4]
CO2 + CH4 --> 2CO + 2H2
실시예에서는 900℃ 내지 1100℃(1173K 내지 1373K)의 온도, 보다 바람직하게는 1000℃에서 반응시킨다. 이때, 반응로는 소성로 또는 킬린을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스 간의 반응을 통해, 수소(H2) 뿐만 아니라, 일산화탄소(CO)도 함께 생성되는데, 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 반응시키는 온도를 900℃ 내지 1100℃, 보다 바람직하게는 1000℃로 함으로써, 수소(H2) 가스의 생성량(mol%)을 65% 내지 75%로 생성할 수 있다(도 4 참조).
한편, 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 900℃ 미만에서 혼합하여 처리하는 경우, 반응 효율이 낮고, 이에 따라 수소(H2) 가스의 생성량(mol%)이 낮다.
반대로, 온도 분위기가 1100℃를 초과하는 경우, 이산화탄소와 메탄(CH4) 간의 반응을 위한 공정에 있어서 에너지 소비 측면에서 효율성이 감소하게 된다.
따라서, 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스 간의 반응 공정은 900℃ 내지 1100℃의 범위, 보다 바람직하게는 1000℃ 에서 수행한다.
또한, 고형물로부터 분리되어 회수된 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 혼합하여 반응시키는데 있어서, 혼합 가스 중 이산화탄소가 40 mol% 내지 60mol%, 바람직하게는 45 mol% 내지 55 mol%, 보다 바람직하게는 50 mol%가 되도록 한다.
예컨대, 혼합 가스 중 이산화탄소가 40 mol% 미만이거나, 60mol%를 초과하는 경우, 반응에 참여할 수 있는 이산화탄소와 메탄(CH4)이 적어, 수소(H2) 가스의 생성량(mol%)이 낮다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 혼합 가스 중 이산화탄소가 40 mol% 내지 60mol%, 나머지가 메탄(CH4)을 포함하는 가스가 되도록 하며, 보다 바람직하게는 이산화탄소 가스가 50 mol%, 메탄(CH4)을 포함하는 가스가 50 mol%가 되도록 한다.
또한, 반응로에서 이산화탄소와 메탄(CH4)을 포함하는 가스를 혼합하여 반응시키는데 있어서, 그 반응 시간이 10분 이상, 바람직하게는 20분 이상으로 한다. 예컨대, 반응시간이 10분 미만일 경우, 수소(H2) 가스의 생성량(mol%)이 낮다.
이렇게, 반응로로부터 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 포함하는 가스를 회수하고, 일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 분리하여 각각 회수한다.
일산화탄소(CO)와 수소(H2)를 분리하는데 있어서, 반응로 내에 또는 반응로와 연결되도록 수소분리장치를 이용할 수 있다. 그리고 수소분리장치는 수소 이외의 가스 성분 (즉, CO)을 강하게 흡착하는 PSA(Pressure Swing Adsorption)장치, 분자의 크기를 이용한 수소분리 막을 포함하는 장치 등일 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 수소분리장치는 일산화탄소와 수소를 분리할 수 있는 다양한 장치의 적용이 가능하다. 수소분리장치에 의해 수소가 분리되면, 반응로 및 수소분리장치 중 어느 하나에 수소가 다른 하나에 일산화탄소가 수용되도록 분리되며, 이를 각각 회수한다.
회수된 수소 가스는 제철소에서 에너지원으로 재활용될 수 있으며, 일산화탄소는 열원으로 재활용될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면, 제강 슬래그를 재활용하여 수소 가스를 생산할 수 있다. 또한, 수소 가스를 생산하는 원료로 제강 슬래그를 이용하므로, 매립되는 제강 슬래그 량을 줄일 수 있어, 환경 오염을 줄일 수 있다.
그리고, 수소 가스를 생산하는데 있어서 제철소에서 발생되는 이산화탄소를 재활용함에 따라, 대기로 방출되는 이산화탄소량을 줄일 수 있다. 또한, 수소 가스를 제조하는 과정에서 생석회(CaO)가 형성되는데, 이를 제강 공정 예컨대 용선 정련에 재활용할 수 있어, 정련을 위한 원료 비용이 절감되는 효과가 있다.
S100: 제강 슬래그를 이용하여 CO2 가스 생성
S200: 생성된 CO2 가스를 CH4를 포함하는 가스와 반응
S300: 생성된 CO 가스 와 H2 가스 분리

Claims (12)

  1. 제강 슬래그를 이용하여, 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정;
    메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시켜, 수소 가스를 생성하는 과정; 및
    생성된 상기 수소 가스를 회수하는 과정;
    을 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서,
    900℃ 내지 1100℃의 온도에서 반응시키는 수소 가스 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)가 혼합된 혼합 가스 중, 상기 이산화탄소(CO2)가 40% 내지 60% 몰%(mol %)이고, 잔부가 메탄(CH4)을 포함하는 가스가 되도록 혼합하는 수소 가스 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는데 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 제철소에서 발생되는 가스를 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 코크스 오븐에서 코크스 건류 중에 발생되는 코크스 오븐 가스(COG)를 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스는 메탄(CH4)이 90% 이상인 가스를 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메탄(CH4)을 포함하는 가스와 상기 이산화탄소(CO2)를 반응시키는 과정에 있어서,
    일산화탄소가 생성되는 수소 가스 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 수소 가스와 일산화탄소 가스를 분리하는 과정을 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제강 슬래그를 이용하여, 이산화탄소(CO2)를 생성하는 과정은,
    상기 제강 슬래그를 이용하여 CaCO3를 포함하는 고형물을 제조하는 과정; 및
    상기 고형물로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 과정;
    을 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 고형물을 제조하는 과정은,
    상기 제강 슬래그를 물과 혼합하여 수용액을 제조하는 과정; 및
    상기 수용액에 이산화탄소가 포함된 가스를 취입하여, CaCO3가 포함된 고형물을 제조하는 과정;
    을 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 고형물을 제조하는 과정에 있어서, 상기 수용액 취입하는 상기 이산화탄소가 포함된 가스는 제철소에서 발생하는 부생가스를 포함하는 수소 가스 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 고형물로부터 이산화탄소를 분리하는 과정에 있어서,
    상기 고형물을 900℃ 내지 1200℃의 온도로 열처리하여, 상기 고형물로부터 이산화탄소를 해리시키는 수소 가스 제조 방법.


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KR20210009684A (ko) 2019-07-17 2021-01-27 주식회사 포스코 수소 가스 제조 설비 및 그 방법
KR20220066527A (ko) * 2020-11-16 2022-05-24 연세대학교 산학협력단 슬래그를 사용하여 수소를 생산하는 방법

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