KR20230100920A - 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 - Google Patents
탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230100920A KR20230100920A KR1020210190600A KR20210190600A KR20230100920A KR 20230100920 A KR20230100920 A KR 20230100920A KR 1020210190600 A KR1020210190600 A KR 1020210190600A KR 20210190600 A KR20210190600 A KR 20210190600A KR 20230100920 A KR20230100920 A KR 20230100920A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- reactor
- exhaust gas
- metal hydroxide
- minerals
- carbon dioxide
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims abstract description 25
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 claims abstract description 47
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 11
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 claims description 10
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L barium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ba+2] RQPZNWPYLFFXCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 229910001863 barium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L magnesium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Mg+2] VTHJTEIRLNZDEV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000000347 magnesium hydroxide Substances 0.000 claims description 4
- 229910001862 magnesium hydroxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 64
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910019440 Mg(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N Nitrogen dioxide Chemical class O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052604 silicate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F11/00—Compounds of calcium, strontium, or barium
- C01F11/18—Carbonates
- C01F11/186—Strontium or barium carbonate
- C01F11/188—Barium carbonate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01F—COMPOUNDS OF THE METALS BERYLLIUM, MAGNESIUM, ALUMINIUM, CALCIUM, STRONTIUM, BARIUM, RADIUM, THORIUM, OR OF THE RARE-EARTH METALS
- C01F5/00—Compounds of magnesium
- C01F5/24—Magnesium carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
배기가스에 포함된 이산화탄소를 저압의 반응기 내부로 흡입하여 금속수산화물과 직접 반응시킴으로써, 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법에 있어서, (a) 배기가스 흡입관을 이용하여, 금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계; (b) 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서 버블을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O 로 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법에 있어서, (a) 배기가스 흡입관을 이용하여, 금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계; (b) 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서 버블을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O 로 유지할 수 있다.
Description
본 발명은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저압의 반응기 내부로 흡입하여 금속수산화물과 직접 반응시킴으로써, 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법에 관한 것이다.
선박, 공장, 보일러 등에서 배출되는 배기가스에 포함된 오염물질은 이산화탄소(Carbon dioxide, 이하 CO2), 이산화황(Sulfur dioxide, 이하 SO2), 및 이산화질소(Nitrogen dioxides, 이하 NO2) 등이 있다.
이들 오염물질은 인체에 유해할 뿐만 아니라, 여과처리 없이 그대로 대기 중으로 배출되는 경우에는 환경오염을 유발하는 원인이 된다.
특히, 이산화탄소(CO2)가 지구 온난화의 주요 원인 중의 하나로 지목되면서 이산화탄소 배출을 최소화하려고 노력하고 있다.
또한 화석 연료를 사용하는 공장이나 발전소와 같은 설비로부터 나오는 이산화탄소를 효율적으로 포집해 이산화탄소를 분리한 후에 저장하거나 다시 사용하려는 연구 개발이 지속적으로 수행되고 있다.
예를 들어, 발전소 등에서 포집된 이산화탄소를 금속수산화물과 반응시켜 탄산칼슘, 탄산마그네슘과 같은 불용성 탄산염을 합성할 수 있다. 탄산염을 합성하는 것은 이산화탄소를 포집하고 저장하는 것이 주된 목적이지만, 토목, 건축 등 다양한 산업원료로 재활용하는 2차 목적을 가진다.
하지만, 이러한 탄산화 방법은 블로어의 작동 온도에 맞추기 위해, 120 ~ 180℃ 고온의 배기가스를 냉각시켜야 하기 때문에 열교환기 등 별도의 냉각설비가 필요해 투자비와 운영비가 필요한 단점이 있다. 또한 반응 온도를 유지해야 하기 때문에 별도의 스팀을 사용해야 하는 단점이 있다.
따라서 배기가스에 포함된 오염물질을 이용하여 효율적으로 탄산화하는 방법이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성을 향상시킬 수 있는 광물의 탄산화 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 별도의 열교환기와 스팀이 필요 없이 광물의 탄산화하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 오염물질을 효율적으로 포집할 수 있는 광물의 탄산화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법에 있어서, (a) 배기가스 흡입관을 이용하여, 금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계; (b) 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서 버블을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O로 유지할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 2500 ~ 6000mmH2O 로 유지할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 금속수산화물과 물이 수용된 반응기를 사용할 수 있다.
상기 (a) 단계에서 반응기 내부의 온도를 40 ~ 60℃로 유지할 수 있다.
상기 금속수산화물은 수산화칼슘, 수산화마그네슘 및 수산화바륨 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계와 동시에 또는/및 상기 (c) 단계 이후에, 금속수산화물과 반응하지 않은 배기가스를 반응기 외부로 배출할 수 있다.
본 발명에 따른 광물의 탄산화 방법은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저압의 반응기 내부로 흡입하여 금속수산화물과 직접 반응시킴으로써, 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 광물의 탄산화 방법은 별도의 열교환기와 스팀이 필요 없이 탄산화할 수 있어 설비 투자비와 운영비를 감축시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 광물의 탄산화 방법은 배기가스에 포함된 이산화탄소를 을 효율적으로 포집 및 이용할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 반응기 개략도이다.
도 2는 본 발명의 반응기 개략도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법을 설명하도록 한다.
종래에는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 처리하기 위해, 배기가스를 반응기 내부로 흡입하여 압축한 후 고압 블로어로 블로윙(blowing)하여 탄산화를 진행하였다. 하지만, 배기가스가 120 ~ 180℃의 고온이라서 일반적으로 40℃ 이하에서 작동하는 고압 블로어를 사용하기가 어려웠다. 고압 블로어를 사용하기 위해서는 배기가스를 냉각시키기 위한 열교환기가 필요하며, 가스는 열전달 효율이 낮기 때문에 부피가 큰 열교환기가 필요한 단점이 있다. 또한 냉각수 등의 매체가 필요하기 때문에 투자비와 운영비가 많이 소요되는 단점이 있다. 또한 탄산화 반응 시 반응 온도를 유지해야 하기 때문에 별도의 스팀 처리가 필요한 단점이 있다.
본 발명에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 별도의 열교환기나, 냉각수, 스팀 처리 없이도 고온의 배기가스를 이용하여 탄산화하는 방법을 개발하였다.
본 발명에서는 배기가스에 포함된 이산화탄소를 저압의 반응기 내부로 흡입하고 반응기 내부 압력에 따라 생성되는 버블을 이용함으로써, 가스와 금속수산화물 반응액의 접촉면적을 증가시킴에 따라 반응성을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O 으로 유지한 상태에서 고온의 배기가스가 반응기 내부로 흡입됨에 따라, 금속수산화물 반응액의 온도를 높일 수 있고 이와 동시에 배기가스가 냉각되는 효과가 있다.
본 발명에서 언급한 배기가스에는 이산화탄소가 10 ~ 15부피% 포함될 수 있으며, 선박, 보일러, 공장, 소각로 등의 설비 종류 및 용도에 따라 배기가스에 포함된 이산화탄소의 농도가 달라질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법에 대한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법은 금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계(S110), 배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서 버블을 생성하는 단계(S120) 및 반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
그리고 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이, 즉 진공 차압을 1000 ~ 9000mmH2O 로 유지한 상태에서 반응을 수행할 수 있다. 바람직하게는 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 7000mmH2O 로 유지할 수 있고, 보다 바람직하게는 1000 ~ 7000mmH2O, 2500 ~ 6000mmH2O, 3000 ~ 5000mmH2O 로 유지할 수 있다.
즉, 대기압이 10,332mmH2O 이고, 반응기 내부의 압력이 2,000 ~ 8000mmH2O 일 때, 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이는 8,332 ~ 2,332 mmH2O 일 수 있고, 바람직하게는 1000 ~ 7000 mmH2O 일 수 있다.
관용적으로 현장에서는 반응기 내부의 압력만 측정하는 진공압력계를 사용하고, 반응기 흡입관과 반응기 내부의 정확한 차압이 필요하면 차압계를 설치하여 사용할 수 있다. 반응기 내부의 압력은 금속수산화물 반응액의 액위에 따라서 달라질 수 있으며, 여기서 금속수산화물 반응액은 금속수산화물과 물을 혼합한 것을 의미한다.
금속수산화물 반응액의 액위, 즉, 반응액의 높이는 반응기 부피와 형태에 따라 달라지므로, 결국 반응기 내부의 압력은 금속수산화물 반응액의 부피에 따라 달라질 수 있다. 금속수산화물 반응액 1000L에 대하여, 진공 차압을 1000 ~ 9000mmH2O 로 유지할 수 있다.
반응기 내부의 압력은 배기가스 흡입 압력으로, 진공펌프 보다는 압력이 낮고, 풍량이 많은 흡입식 블로어를 사용하여 유지될 수 있다.
반응기에 일부 높이만큼 금속수산화물 반응액을 저장하고, 다른 일부 높이만큼 공기가 채워진 상태에서, 흡입식 블로어는 반응기 상부방향에 배치되어 공기 부분을 흡입하게 된다. 이때 반응기 내부가 저압으로 유지됨에 따라 금속수산화물 반응액에 기포 또는 버블이 발생하게 되고, 배기가스가 금속수산화물 반응액과 접촉하게 되면서 탄산화 반응이 진행될 수 있다.
반응기 내부의 압력이 너무 높을 경우, 금속수산화물 반응액에서 버블이 생성되지 않을 수 있고, 반응기 내부의 압력이 너무 높아 차압이 낮아지기 때문에 미세버블이 생성되는 정도가 적을 수 있다. 여기서 차압은 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 의미한다. 반응기 내부의 압력은 배관, 밸브 등이 설치되면 압력 손실이 약간 있을 수 있으며, 블로어 내부의 압력이 가장 낮고, 그 다음 블로어 입구의 압력이 낮고, 마지막으로 반응기 내부 압력이 낮다. 즉, 반응기 내부 압력이 가장 높을 수 있다.
반대로 반응기 내부의 압력이 너무 낮을 경우, 흡입식 블로어의 동력(KW)이 높아지면서 전기 사용량이 지나치게 증가하게 된다. 또한 반응기 내부의 상부 쪽에 비말이 많이 동반되어 블로어 수명에 악영향을 미치게 된다.
금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계에서, 금속수산화물과 물이 수용된 반응기를 사용할 수 있다.
금속수산화물은 광물로서, 수산화칼슘, 수산화마그네슘 및 수산화바륨 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게, 금속수산화물은 규산염 광물 또는/및 산업 부산물을 포함할 수 있다.
금속수산화물은 고체이며 물(증류수, 탈이온수 등)에 대한 용해도가 낮다. 이러한 금속수산화물은 물이나 유기용매에 8 ~ 12% 저농도의 현탁액 또는 8 ~ 12% 저농도의 슬러지로 사용되거나, 100 ~ 200mg/L 저농도의 수용액으로 사용될 수 있다.
또한 물 이외에 유기용매를 더 혼합하여 금속수산화물 반응액을 마련할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
금속수산화물로서, 수산화칼슘을 이용하는 경우, Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O 로 반응될 수 있다.
금속수산화물로서, 수산화마그네슘을 이용하는 경우, Mg(OH)2 + CO2 → MgCO3 + H2O 로 반응될 수 있다.
금속수산화물로서, 수산화바륨을 이용하는 경우, Ba(OH)2 + CO2 → BaCO3 + H2O 로 반응될 수 있다.
본 발명에서는 반응기 내부의 온도를 40 ~ 60℃로 유지할 수 있고, 40 ~ 60℃에서 탄산화 방법이 수행될 수 있다. 반응 온도를 40 ~ 60℃로 유지함으로써, 탄산화 반응이 충분히 진행될 수 있다. 여기서 반응 온도를 40 ~ 60℃로 유지한다는 것은 반응기 내부의 금속수산화물 반응액의 온도가 40 ~ 60℃인 것을 의미한다.
또한 특수한 결정구조를 얻기 위한 탄산염 반응의 경우 60℃ 보다 높은 온도에서 반응할 수 있다.
종래에는 반응액의 온도를 40 ~ 60℃로 유지하기 위해 별도의 스팀을 사용하였다.
하지만 본 발명에서는 반응기 내부를 진공에 가까운 분위기로 형성하여 배기가스를 금속수산화물 반응액에 직접 반응시킴으로써, 고온의 배기가스가 금속수산화물 반응액의 온도를 높이고, 배기가스 자체는 40 ~ 60℃로 냉각되면서 반응되는 효과가 있다.
배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서, 반응기 내부의 저압에 의해 마이크로 크기의 버블을 생성할 수 있다. 버블은 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이에 의해 형성되며, 금속수산화물 반응액 내에서 버블이 생성됨에 따라 배기가스 중 이산화탄소가 반응액에 접촉되는 면적이 커지기 때문에 배기가스의 탄산화 반응이 더욱 향상되는 효과가 있다.
버블이 생성되는 양은 반응기 내부의 압력에 따라 달라질 수 있다. 생성되는 버블의 크기는 차압이 클수록 미세해지는 경향을 보이며, 30 ~ 200 ㎛일 수 있고, 바람직하게는 30 ~ 150㎛, 30 ~ 100㎛일 수 있다. 버블의 크기가 마이크로미터 크기를 만족함으로써, 이산화탄소의 탄산화 반응이 더욱 효율적으로 진행될 수 있다.
반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계에서, CaCO3, MgCO3, BaCO3 중 1종 이상의 탄산염이 침전될 수 있다.
그리고 반응기 내부에 탄산염을 형성함과 동시에 금속수산화물과 반응하지 않은 배기가스를 반응기 외부로 배출할 수 있다. 또는/및 반응기 내부에 탄산염을 형성한 이후에 금속수산화물과 반응하지 않은 배기가스를 반응기 외부로 배출할 수 있다.
이렇게 생성된 탄산염은 이산화탄소를 포집하고 저감시키는 목적으로 생성될 수 있으며, 토목, 건축 등 다양한 산업적 원료로 재활용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 반응기 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 반응기(10)는 하부 방향 및 측면에 배기가스 흡입관(20)이 배치되고, 상부 방향에 흡입식 블로워(30)가 배치될 수 있다.
흡입식 블로워(30)는 반응기 내부의 압력을 조절하기 위해, 반응기 내부에서 회전하는 날개와, 반응기 상부 또는/및 측면에 관 형상의 블로워 입구가 배치될 수 있다.
흡입식 블로워(30)는 스위칭 소자의 전원 제어에 따라 동작될 수 있고, 스위칭 소자는 흡입식 블로워에 전원을 공급하거나 차단할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 탄산화 방법은 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O의 진공 상태로 유지하면서 배기가스를 흡입함으로써, 흡입된 배기가스가 금속수산화물 반응액에 직접 접촉할 수 있고, 미세버블링에 의해 이산화탄소와 반응액의 접촉면적을 높여 반응 효율을 더욱 높일 수 있다.
이와 같이 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법에 대하여 그 구체적인 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
실시예 1
보일러 배기가스 관을 반응기 하부에 연결하고, 흡입식 블로워를 반응기 상부에 설치하였다. 20% 농도의 수산화칼슘 현탁액 1000L를 반응기에 투입하여 반응기 높이의 1/3 정도를 채웠으며, 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000mmH2O 으로 유지하였다. 배기가스 100부피%에 이산화탄소 20 ~ 21부피%가 포함되어 있었고, 배기가스 온도가 180℃로 측정되었다. 배기가스를 반응기 내부로 흡입하면서 반응기 내부에 있는 수산화칼슘 현탁액은 기포가 형성되기 시작하였고, 이산화탄소가 수산화칼슘 현탁액과 반응하면서 탄산칼슘과 물이 형성되었다. 이후, 수산화칼슘과 반응하지 않은 배기가스를 반응기 외부로 배출시켰다.
실시예 2
배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 2500mmH2O 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 반응시켰다.
실시예 3
배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 4000mmH2O 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 반응시켰다.
실시예 4
배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 6000mmH2O 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 반응시켰다.
비교예 1
배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 200mmH2O 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 반응시켰다.
비교예 2
배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 10,000mmH2O 으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건으로 반응시켰다.
2. 물성 평가 방법 및 그 결과
1.말번 파날리티칼(Malvern Panalytical)의 Malvern NanoSight 제품군 중 입도분석기 NS300을 사용하여, 생성된 버블의 평균크기를 측정하여 표 1에 기재하였다.
2. 반응기에 수용된 수산화칼슘 양 대비, 80% 이상 반응하면 반응성 "우수"로 표기하였고, 수산화칼슘의 양 대비 79% 이하로 반응하면 "나쁨"으로 표기하였다,
[표 1]
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 4는 반응기 내부를 저압으로 유지하였기 때문에, 마이크로버블이 충분히 형성되었고, 이산화탄소의 반응성이 우수하였다.
반면 비교예 1은 반응기 내부에 버블이 형성되지 않아 버블 평균크기를 측정할 수 없었고, 비교예 2는 오히려 크기가 너무 큰 버블이 형성되어, 반응성이 낮은 것을 보여준다.
이처럼 본 발명의 광물의 탄산화 방법은 반응성이 우수하며 반응속도도 빠른 이점이 있어 CO2 저감뿐만 아니라 CO2를 효율적으로 이용하여 산업용 친환경소재로 전환시키는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 반응기
20 : 배기가스 흡입관
30 : 흡입식 블로워
20 : 배기가스 흡입관
30 : 흡입식 블로워
Claims (6)
- 배기가스에 포함된 이산화탄소를 이용하여 광물을 탄산화하는 방법에 있어서,
(a) 배기가스 흡입관을 이용하여, 금속수산화물이 수용된 반응기 내부로 배기가스를 흡입하는 단계;
(b) 상기 배기가스에 포함된 이산화탄소가 금속수산화물과 반응하면서 버블을 생성하는 단계; 및
(c) 상기 반응기 내부에 탄산염을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 1000 ~ 9000mmH2O 로 유지하는, 광물의 탄산화 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 배기가스 흡입관 내부와 반응기 내부의 압력 차이를 2500 ~ 6000mmH2O 로 유지하는 광물의 탄산화 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 금속수산화물과 물이 수용된 반응기를 사용하는 광물의 탄산화 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 반응기 내부의 온도를 40 ~ 60℃로 유지하는 광물의 탄산화 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속수산화물은 수산화칼슘, 수산화마그네슘 및 수산화바륨 중 1종 이상을 포함하는 광물의 탄산화 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계와 동시에 또는/및 상기 (c) 단계 이후에, 금속수산화물과 반응하지 않은 배기가스를 반응기 외부로 배출하는 광물의 탄산화 방법.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190600A KR20230100920A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 |
| PCT/KR2022/021614 WO2023128658A1 (ko) | 2021-12-29 | 2022-12-29 | 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210190600A KR20230100920A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230100920A true KR20230100920A (ko) | 2023-07-06 |
Family
ID=86999628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210190600A KR20230100920A (ko) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230100920A (ko) |
| WO (1) | WO2023128658A1 (ko) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3481276B2 (ja) * | 1993-10-01 | 2003-12-22 | 俊朗 丸山 | アルカリ水の中和方法および装置 |
| JP5531477B2 (ja) * | 2009-07-16 | 2014-06-25 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 副生ガスの処理方法 |
| JP5426982B2 (ja) * | 2009-09-29 | 2014-02-26 | 日本製紙株式会社 | 炭酸カルシウムの製造方法 |
| JP4979096B2 (ja) * | 2010-04-19 | 2012-07-18 | 株式会社アンレット | 二酸化炭素ガス回収装置 |
| BR112020022847A2 (pt) * | 2018-05-08 | 2021-02-23 | Mineral Carbonation International Pty Ltd | carbonatação mineral multiestágio |
-
2021
- 2021-12-29 KR KR1020210190600A patent/KR20230100920A/ko not_active Application Discontinuation
-
2022
- 2022-12-29 WO PCT/KR2022/021614 patent/WO2023128658A1/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023128658A1 (ko) | 2023-07-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7699909B2 (en) | Systems and methods for extraction of carbon dioxide from air | |
| US8702847B2 (en) | Systems and methods for extraction of carbon dioxide from air | |
| KR100869665B1 (ko) | Ｃｏ₂의 제거를 포함하는 연소 가스의 초강력 세척 | |
| JP6145129B2 (ja) | 炭酸塩および／または炭酸水素塩鉱物の同時生成による廃棄ガス流からの二酸化炭素除去方法 | |
| KR101334823B1 (ko) | 탄산염 및/또는 중탄산염 무기물의 동시 생성을 통한 폐기물 스트림으로부터의 이산화탄소의 제거 | |
| US7947239B2 (en) | Carbon dioxide capture and mitigation of carbon dioxide emissions | |
| JP2012504043A (ja) | 汚染物質を隔離する間接的方法及び直接的方法 | |
| CN102387850B (zh) | 海水脱硫氧化处理装置、脱硫海水的处理方法及应用该方法的发电系统 | |
| KR20120112570A (ko) | 2족 탄산염 및 이산화규소의 형성을 통한 이산화탄소 격리 방법 | |
| US20120275987A1 (en) | Systems and methods for carbon sequestration of synthesis gas | |
| KR20230100920A (ko) | 탄소 포집 및 이용 과정에서 반응성이 우수한 광물의 탄산화 방법 | |
| CN203075830U (zh) | 一种脱硫塔 | |
| CN105377403A (zh) | 废气净化装置和co2回收系统 | |
| EP3257570A1 (en) | Integrated desulfurization and carbon dioxide capture system for flue gases | |
| KR101932508B1 (ko) | 이산화탄소 포집 부산물을 이용한 이산화탄소 저장 시멘트 조성물 및 제조 방법 | |
| GB2573124A (en) | Near zero emission exhaust system | |
| JP2001173930A (ja) | 流出油類の回収処理方法及びその装置 | |
| KR102638775B1 (ko) | Ckd기반 이산화탄소 저장 시멘트 제조 시스템 및 방법 | |
| CN1190254C (zh) | 用海水使废气脱硫的深度处理方法 | |
| US20230051352A1 (en) | Process for solubilizing calcium carbonate to obtain a solid compound and an alkaline liquid solution | |
| US20220340426A1 (en) | Process of mixing two compounds to chemically obtain a solid compound and an alkaline liquid solution | |
| KR20190111398A (ko) | 부산물을 이용한 탄산칼슘의 합성방법 및 합성장치 | |
| Mogaji et al. | Development of A Prototype Extractor of CO₂ from Exhaust Gases | |
| WO2024030773A2 (en) | Process for solubilizing calcium carbonate to obtain a solid compound and an alkaline liquid solution | |
| KR20240021759A (ko) | 이산화탄소의 격리를 위한 방법 및 조성물 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |