KR20230104635A - 전해질 재생을 이용한 co2 포집 공정 - Google Patents
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Abstract
이산화탄소(CO2)의 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스 또는 배기 가스와 같은 가스를 스크러빙하는 방법으로서, 상기 방법이
- 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 스크러버(210)에서 가스를 스크러빙하여 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체에서 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 이에 의해 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 제공하는 단계로서, 상기 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체가 약 7 내지 약 9의 pH를 갖는, 단계;
- 막(311)에 의해 분리된 애노드 챔버(313) 및 캐소드 챔버(312)를 포함하는 전해 전지(310)의 애노드 챔버에 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하는 단계;
- 전기분해에 의해 전해 전지(310)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하는 단계로서, 상기 전기분해가 캐소드 챔버(312)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH를 증가시키고, 상기 전기분해가 pH를 감소시킴으로써 애노드 챔버(313)에서 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산염(CO3 2-)의 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 추가로 고갈시키고, 재생이 전기분해에 의해 캐소드 챔버(312)에서 기체 수소 및 애노드 챔버(313)에서 산소와 이산화탄소(CO2)의 기체 혼합물을 생성하는 것을 추가로 포함하는, 단계; 및
- 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 캐소드 챔버(312)로부터 회수하고 이를 스크러버(210)로 재순환시키는 단계를 포함하고;
여기서,
- 기체 수소가 캐소드 챔버(312)로부터 회수되고;
- 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물이 애노드 챔버(313)로부터 회수되는, 방법.
- 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 스크러버(210)에서 가스를 스크러빙하여 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체에서 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 이에 의해 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 제공하는 단계로서, 상기 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체가 약 7 내지 약 9의 pH를 갖는, 단계;
- 막(311)에 의해 분리된 애노드 챔버(313) 및 캐소드 챔버(312)를 포함하는 전해 전지(310)의 애노드 챔버에 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하는 단계;
- 전기분해에 의해 전해 전지(310)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하는 단계로서, 상기 전기분해가 캐소드 챔버(312)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH를 증가시키고, 상기 전기분해가 pH를 감소시킴으로써 애노드 챔버(313)에서 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산염(CO3 2-)의 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 추가로 고갈시키고, 재생이 전기분해에 의해 캐소드 챔버(312)에서 기체 수소 및 애노드 챔버(313)에서 산소와 이산화탄소(CO2)의 기체 혼합물을 생성하는 것을 추가로 포함하는, 단계; 및
- 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 캐소드 챔버(312)로부터 회수하고 이를 스크러버(210)로 재순환시키는 단계를 포함하고;
여기서,
- 기체 수소가 캐소드 챔버(312)로부터 회수되고;
- 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물이 애노드 챔버(313)로부터 회수되는, 방법.
Description
본 발명은 소모된 수성 스크러빙(scrubbing) 액체를 재생하는 것을 포함하는, 이산화탄소(CO2)를 포함하는 연도 가스와 같은 가스를 스크러빙하여 이산화탄소의 가스를 고갈시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이산화탄소를 포함하는 연도 가스와 같은 가스의 이러한 스크러빙을 위한 시스템에 관한 것이다.
이산화탄소(CO2)는 대기로 방출될 때 온실 효과 및 지구 온도 상승에 기여하므로 기후에 손상을 주는 가스이다. 이는, 예를 들어, 화석 연료, 예를 들어, 석탄, 가솔린 또는 디젤이 연소될 때 부산물로서 생산된다. 석탄 및 가스 화력 발전소는 CO2 배출의 큰 부분을 차지한다. 이산화탄소 배출을 낮추는 것이 많은 부문의 목표이다.
연소로부터 생성되고 CO2를 포함하는 방출 가스는 전형적으로 연도 가스 또는 배기 가스로 지칭된다. 방출된 가스에서 CO2 함량을 낮추어 이러한 방출된 CO2 가스를 고갈시키는 것은 소위 가스의 스크러빙(scrubbing), 즉 액체에 CO2를 흡수/용해시킴으로써 가스 스트림으로부터 CO2를 제거함으로써 수행될 수 있다. CO2 스크러빙의 주요 적용은 가스가 대기로 방출되기 전에 발전소의 하류에 있는 석탄 및 가스 화력 발전소의 배기 가스(즉, 연도 가스)로부터 CO2를 제거하기 위한 것이다. 이러한 공정을 이용함으로써, 석탄-화력 발전과 관련된 CO2 배출을 상당히 낮추는 것이 가능할 것이다. 화학 산업에서, CO2 스크러빙은, 예를 들어, 음료 또는 비료 분야에서 사용하기 위해 천연 가스로부터 CO2를 분리하는 데 사용된다.
CO2-스크러빙 시스템에서, 스크러빙 용액은 저온에서 흡수기에서 연도 가스로부터 이산화탄소를 흡수한다. 가장 흔한 것은 알칼리성 수성 액체와 같은 화학적 흡수 매질을 사용한 연도 가스의 스크러빙이다. 알칼리성 수성 액체에서, CO2는 용해되고 부분적으로 탄산(H2CO3)으로 가수분해될 것이다. 알칼리성 pH가 주어지면, 형성된 탄산(H2CO3)은 하기에 약술된 바와 같이 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로 이동될 것이다.
이 공정을 위해 주로 개발되고 있는 기술은 흡수 용매로서 수성 아민, 예를 들어, 수성 모노에탄올아민의 사용을 포함한다. 아민 스크러빙은 1930년부터 천연 가스 및 수소로부터 이산화탄소(CO2)를 분리하는 데 사용되었다. 그러나, 이는 석탄 화력 발전소로부터의 CO2 포집을 위해 아직 더 큰 규모로 사용되지 않는다. 상기 공정은 에너지를 소비하며, 시설 설치의 자본 비용 및 운영 비용으로 인해 기술이 대규모로 구현되지 않았다. 흡수 용매로서 수성 모노에탄올아민을 사용하는 스크러버는, 예를 들어, 스크러버에서 사용되는 용매의 재생을 위해 많은 양의 열을 사용한다. 현재, 통상적인 석탄 화력 발전소로부터의 CO2 배출에 대한 에너지 효율적이거나 시기 적절한 해결책을 제공할 다른 산업 적용 가능한 기술은 없다.
탄소 포집 공정에 대한 개발 작업의 추가 주요 영역은 대규모 발전소에서의 적용을 위한 공정 통합 및 최적화를 포함한다.
바람직하게는 CO2 포집을 위해 더 적은 열을 필요로 하는 개선된 스크러빙 시스템이 절대적으로 필요하다.
따라서, 제1 양태에 따르면, 이산화탄소(CO2)를 포함하는 가스를 스크러빙하여 이산화탄소의 가스를 고갈시키는 방법이 제공된다. 이산화탄소(CO2)를 포함하는 가스는 전형적으로 연도 가스 또는 배기 가스와 같은 연소의 결과일 수 있다. 그러나, 또한 이산화탄소(CO2)를 포함하는 다른 가스가 본 발명의 방법에 의해 스크러빙될 수 있다. 예로는 바이오매스로부터 열과 전력을 발생시키는 발전소로부터 CO2를 포집하는 것이다.
상기 방법은 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 스크러버에서 가스를 스크러빙하여 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체에서 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 이에 의해 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 제공하는 단계를 포함한다. 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 후속 재생을 최적화하기 위해 약 7 내지 약 9의 pH를 갖는다.
상기 방법은 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 애노드 및 캐소드를 갖는 전해 전지의 애노드 챔버에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 전해 전지의 애노드 및 캐소드는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 제공하기 위해 막에 의해 분리된다. 막은 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬, 소듐 및 포타슘에 대해 투과성이지만, 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2)에 대해서는 투과성이 없거나 낮은 투과성을 갖는다. 전형적으로, 막은 양이온에 대해서만 투과성이다. 막은 양이온-교환 막일 수 있다. 전해 전지에서, 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 전기분해에 의해 재생된다. 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생함에 있어서, 병렬로 연결된 다수의 전해 전지가 사용될 수 있다. 애노드 챔버에 공급되기 전에, 소모된 수성 스크러빙 액체를 여과하여 미립자 물질을 제거할 수 있다.
전기분해에서, 물은 애노드에서 산소 및 하이드로늄 이온(H3O+)으로 전환되는 반면, 물은 캐소드에서 수소 및 수산화물 이온(OH-)으로 전환된다. 따라서, 전기분해는 pH를 감소시켜 평형을 탄산으로 이동시키고 다시 이산화탄소로 이동시킴으로써 캐소드 챔버에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH를 증가시키고, 애노드 챔버에서 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산염(CO3 2-)의 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 고갈시킨다. 재생은 전기분해에 의해 캐소드 챔버에서 기체 수소 및 애노드 챔버에서 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물을 발생시키는 것을 추가로 포함한다. 화학 반응 및 공정의 작동에 대한 설명은 하기 본원의 상세한 설명에 추가로 설명되어 있다.
상기 방법은 캐소드 챔버로부터 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 스크러버로 재순환시키는 단계를 추가로 포함한다.
상업적으로 이용 가능한 아민 스크러버의 설정과의 한 가지 주요 차이점은 본 발명의 방법에서 스크러빙 액체가 전기화학에 의해 재생되는 반면, 당 분야의 스크러버는 전형적으로 스크러버에서 사용되는 스크러빙 액체의 재생을 위해 많은 양의 열을 사용한다는 것이다.
본 발명의 방법에 따르면, 스크러빙 액체를 재생할 때 이의 pH가 증가한다. 또한, 이미 설명된 바와 같이, 재생은 또한 메탄올과 같은 유기 화합물의 합성을 위해 하류에서 사용될 수 있는 이산화탄소 및 수소를 발생시켜, 공정에 추가 가치를 부가한다. 상기 공정은 하류 Power-to-X 공정과 같은 공정에 이상적이다.
기체 수소는 캐소드 챔버로부터 회수되고, 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물은 애노드 챔버로부터 회수된다.
재생 공정으로부터 수소, 산소 및 이산화탄소를 회수하는 것은 수소 및 산소가, 예를 들어, 연료 전지에 의해 전기를 발생시켜 공정을 부분적으로 작동시키는데 사용될 수 있기 때문에 유리하다. 또한, 수소 및 이산화탄소(CO2)는 유기 화합물, 예를 들어, 메탄올의 합성에 사용될 수 있고, 이에 의해 공정을 실행하는 비용을 보상할 수 있다.
스크러빙 단계에서 탄소 포집 반응은 자동으로 일어난다. 따라서, 스크러버의 작동은 자동 공정이며, 액체를 순환시키는 데 필요한 동력 외에는 동력을 필요로 하지 않는다. 전해 전지의 캐소드 및 애노드 챔버에서 일어나는 재생 공정은 본질적으로 전력을 필요로 하는 전기화학 반응이다. 전기화학 공정은 용매를 재생하고, 캐소드에서 수소를 생성하고, 애노드에서 이산화탄소(CO2)와 산소의 혼합물을 생성한다.
실제 전력 소비는 공정의 기술적 구현에 의존할 것이다. 전반적으로, 공정은 열보다 많은 양의 전기 에너지를 필요로 한다. 이는 탄소 포집 공정에서 재생의 대전이 매우 요망되기 때문에 긍정적이다. 또한, 에너지의 일부는 지역 난방을 위한 열로서 회수될 수 있다. 아민-기반 스크러빙 액체의 재생은 분배되기보다 발생된 열의 일부가 스크러빙 액체를 재생하는데 사용되어야 하기 때문에 발전소의 전체 효율을 감소시킨다. 용해된 금속 수산화물을 포함하는 알칼리성 스크러빙 액체의 재생은 전기 에너지를 재생하여 발전소의 전체 효율에 영향을 미치지 않을 수 있다.
이산화탄소를 용해시키고 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산염(CO3 2-)으로 평형을 이동시키기 위해, 제1 수성 스크러빙 액체는 알칼리성일 필요가 있고, 즉, 7 초과, 예를 들어, 8 이상의 pH를 가질 필요가 있다.
따라서, 제1의 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 금속 수산화물을 포함할 수 있다. 상기 방법의 구현예에 따르면, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 용해된 수산화칼륨(KOH), 용해된 수산화나트륨(NaOH) 및 용해된 수산화리튬(LiOH) 중 하나 이상을 포함한다. 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 수산화칼륨(KOH)을 포함할 수 있다. 물에서의 높은 용해도를 고려할 때, 수산화칼륨(KOH)이 바람직한 금속 수산화물이다.
애노드 챔버에서, 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물이 형성된다. 이산화탄소와 산소의 비는 대략 4:1일 수 있으며, 이는 CO2와 O2의 효율적인 분리를 가능하게 한다. 따라서, 상기 방법은 산소와 이산화탄소의 이러한 기체 혼합물을 산소가 풍부하고/하거나 이산화탄소가 고갈된 제1 스트림, 및 이산화탄소가 풍부하고/하거나 산소가 고갈된 제2 스트림으로 분리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물은 기체(O2)로부터 액체 이산화탄소(CO2)의 분리를 제공하기 위해 압축 및/또는 냉각될 수 있다. 상기 방법의 일 구현예에 따르면, 애노드 챔버로부터 회수된 이산화탄소(CO2) 및/또는 산소(O2)는 액체 이산화탄소 및/또는 압축된 산소(O2)로 압축된다.
또한, 캐소드 챔버에서 형성된 수소가 회수된다. 캐소드 챔버로부터 회수된 수소는 내부적으로 또는 외부적으로 전기를 제공하기 위한 연료로서 사용될 수 있다. 수소 및 산소는 연료 전지에 연료를 공급하는데 사용될 수 있다. 형성된 전기는 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하는 전해 전지를 작동시키기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 이는 공정 실행의 전력 소비를 적어도 부분적으로 보상하기 때문에 유리하다. 또한, 공개 시장에서 수소를 판매하는 것이 또한 흥미로울 수 있다.
애노드 챔버는 전형적으로 모든 탄산수소(HCO3 -)가 이산화탄소로 전환되도록 작동되지 않는다. 따라서, 상기 방법은 애노드 챔버로부터 약간의 탄산수소(HCO3 -)를 여전히 포함하는 수성 스트림을 회수하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 스트림은, 예를 들어, 역삼투에 의해 농축될 수 있다. 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 생성된 농축된 스트림은 전해 전지로 재순환될 수 있고, 따라서 탄산수소(HCO3 -)의 추가 제거를 용이하게 할 수 있다.
전형적으로, 이산화탄소를 포함하는 가스 및 스크러빙 액체는 이산화탄소의 효율적인 제거를 제공하기 위해 스크러버에 역류 방식으로 공급된다.
상기 방법의 일 구현예에 따르면, 이산화탄소를 포함하는 가스의 스크러빙은 적어도 제1 단계 및 제2 단계에서 수행된다. 이는 이산화탄소의 효율적인 제거를 제공하면서, 여전히 재생될 소모된 스크러빙 액체의 pH를 최적화하는 것을 제공한다. 스크러빙은 2개 초과의 단계로 수행될 수 있다.
제1 단계 및 제2 단계에서 이산화탄소를 포함하는 가스를 스크러빙할 때, 캐소드 챔버로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제2의 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제1 스크러빙 단계의 하류의 제2 스크러빙 단계에 공급된다. 제2 스크러빙 단계로부터 생성된 제2의 소모된 스크러빙 액체는 적어도 부분적으로 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제2 스크러빙 단계의 상류의 제1 스크러빙 단계에 공급된다.
여러 단계에서 이산화탄소를 포함하는 가스를 스크러빙할 때, 스크러빙의 하류 단계로부터 생성된 소모된 스크러빙 액체는 적어도 부분적으로 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 스크러빙의 상류 단계에 공급될 수 있다. 또한, 캐소드 챔버로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 수성 스크러빙 액체로서 하류의 마지막 스크러빙 단계에 공급될 수 있다. 또한, 제1 스크러빙 단계로부터의 소모된 스크러빙 액체는 재생될 전해 전지에 공급될 수 있다.
제1 단계 및 제2 단계에서 이산화탄소를 포함하는 가스를 스크러빙할 때, 이산화탄소를 효율적으로 제거하기 위해 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 바람직하게는 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH보다 높다. 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 12 내지 14의 범위, 예를 들어, 약 13.5일 수 있다. 또한, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 8 내지 10의 범위, 예를 들어, 약 9일 수 있다.
여러 단계에서 이산화탄소를 포함하는 가스를 스크러빙할 때, 수성 스크러빙 액체의 pH는 하류 단계에서보다 상류 단계에서 더 낮을 것이다.
하나의 예시적인 구현예에서, 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 전해 전지에 공급될 수 있고, 여기서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체가 전해 전지에 들어갈 때 약 7 내지 약 9의 pH를 가질 수 있다. 이는 상기 방법이 재순환 배열체(arrangement) 및/또는 재생 배열체를 제공할 수 있음을 의미하며, 여기서 상기 배열체는 CO2 재생을 최적화하기 위해 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH 값을 약 7 내지 약 9의 pH로 감소시키도록 구성된다. pH 값의 감소는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH 감소가 폐쇄 순환 시스템에서 발생하는 것을 보장하기 위해 전해 공정 동안 재생되는 액체 또는 조성물을 이용함으로써 달성될 수 있으며, 여기서 전해 공정은 pH 감소에 필요한 구성요소를 재생한다. 대안적으로, 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH 값의 감소는 pH를 약 7 내지 9로 감소시키기 위해 스크러빙 공정 동안 스크러빙 액체를 혼합함으로써 획득될 수 있다.
하나의 예시적인 구현예에서, 캐소드 챔버에 도입된 알칼리성 용액은 약 12 내지 약 14의 pH를 가질 수 있다. 따라서, 애노드 챔버와 캐소드 챔버 사이의 pH의 차이는 약 5 내지 약 7일 수 있다. 따라서, 캐소드 챔버로 도입된 알칼리성 용액은 애노드 챔버로 도입된 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH보다 약 5 내지 약 7 더 높은 pH를 가질 수 있다.
이산화탄소를 포함하는 가스의 스크러빙이 제1 단계 및 제2 단계에서 수행되는 구현예에서, 캐소드 챔버로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제2의 소모된 스크러빙 액체의 일부와 혼합되어 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공할 수 있다. 이러한 액체를 혼합함으로써, 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 캐소드 챔버로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH보다 낮다. 따라서, 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 캐소드 챔버로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체 대 제2의 소모된 스크러빙 액체의 비를 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 또한, 제2의 소모된 스크러빙 액체의 일부는 제1 스크러빙 단계로부터 생성된 제1의 소모된 스크러빙 액체의 일부와 혼합되어, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공할 수 있다. 이러한 액체를 혼합함으로써, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 제1의 소모된 스크러빙 액체의 pH보다 높을 것이고, 제1의 소모된 스크러빙 액체는 부분적으로 재순환될 수 있다.
전해 전지 내의 pH를 추가로 최적화하기 위해, 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 일부가 캐소드 챔버로 재순환될 수 있다. 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 이를 캐소드 챔버로 재순환시키기 전에 수성 스트림에 의해 희석될 수 있다. 이러한 수성 스트림은 애노드 챔버로부터 여전히 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 회수하고 이를, 예를 들어, 역삼투에 의해 농축시켜 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림이 고갈된 수성 스트림을 제공함으로써 제공될 수 있다.
제2 양태에 따르면, 상응하는 방식으로, 이산화탄소의 연도 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스 또는 배기 가스와 같은 가스를 스크러빙하기 위한 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 알칼리성 수성 스크러빙 액체에 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소를 용해시키기 위해 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 가스를 스크러빙하기 위한 스크러버 배열체를 포함한다. 상기 시스템은 전기분해에 의해 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하기 위한 재생 배열체를 추가로 포함한다.
스크러버 배열체는 스크러버를 포함한다. 스크러버는 스크러빙될 가스를 위한 입구 및 이산화탄소가 고갈된 가스를 위한 출구를 갖는다. 스크러버는 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구를 추가로 갖는다. 바람직하게는, 입구 및 출구는 역류 방식으로 스크러빙을 제공하도록 배열된다.
재생 배열체는 전해 전지, 또는 병렬로 연결된 다수의 전해 전지를 포함한다. 전해 전지는 막에 의해 분리된 애노드 챔버 및 캐소드 캠버를 포함한다. 막은 알칼리 금속, 예를 들어, 리튬, 소듐 및 포타슘에 대해 투과성이지만, 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)에 대해서는 투과성이 없거나 낮은 투과성을 갖는다. 전형적으로, 막은 양이온에 대해서만 투과성이다. 막은 양이온-교환 막일 수 있다. 애노드 챔버는 스크러버 배열체로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 애노드 입구 및 산소 및 이산화탄소를 회수하기 위한 애노드 출구를 포함한다. 재생 배열체는 애노드 챔버의 애노드 입구에 공급될 소모된 수성 스크러빙 액체를 여과하기 위한 필터를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 캐소드 챔버는 재생된 수성 스크러빙 액체 및 수소를 회수하기 위한 출구를 포함한다. 스크러버의 소모된 수성 스크러빙 액체의 출구는 애노드 챔버의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구와 유동 소통한다. 유사하게, 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구는 스크러버의 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 입구와 유동 소통한다.
이러한 시스템의 이점은 스크러버 배열체 및 스크러버 배열체로부터의 산출물이 전기분해에 의해 재생되고 스크러버 배열체에서 재사용될 수 있는 재생 배열체 둘 모두를 포함하여 전력에 의해 구동되는 이산화탄소 가스를 고갈시키는 완전하고 에너지 및 비용 효율적인 시스템을 가능하게 하고 최적화한다는 것이다.
일 구현예에 따르면, 스크러버 배열체는 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 및 제2 완충 탱크를 포함한다. 또한, 스크러버는 적어도 제1 및 제2 흡수기를 포함한다. 이는 2개 초과의 흡수기를 포함할 수 있다. 또한, 다수의 스크러버가 사용될 수 있다. 다수의 스크러버가 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.
제1 흡수기는 제1 완충 탱크로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구를 포함한다. 또한, 제1 흡수기는 제1 흡수기로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제1 완충 탱크의 입구로 공급하기 위한 출구를 포함한다. 따라서, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 흡수기와 제1 완충 탱크 사이에서 순환될 수 있다. 제1 완충 탱크의 존재가 바람직하지만, 이는 일부 구현예에 따르면 생략될 수 있고, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 제1 파이프 시스템에 의해 제1 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 또한, 제1 완충 탱크는 애노드 챔버의 소모된 수성 스크러빙 액체의 입구와 유동 소통한다.
제2 흡수기는 제2 완충 탱크로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구를 포함한다. 또한, 제2 흡수기는 제2 흡수기로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제2 완충 탱크의 입구로 공급하기 위한 출구를 포함한다. 따라서, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제2 흡수기와 제2 완충 탱크 사이에서 순환될 수 있다. 제2 완충 탱크의 존재가 바람직하지만, 이는 일부 구현예에 따르면 생략될 수 있고, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제2 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 제1 파이프 시스템에 의해 제2 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 또한, 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구는 제2 흡수기의 입구와 유동 소통한다. 또한, 제2 흡수기의 출구는 제1 흡수기의 입구와 유동 소통한다.
스크러버 배열체가 2개 초과의 흡수기를 포함하는 경우, 이들은 하류 흡수기의 출구가 상류 흡수기의 입구와 유동 소통하도록 배열될 수 있다. 또한, 마지막 흡수기(즉, 스크러빙된 가스를 위한 출구에 가까운 가장 하류의 흡수기)의 입구는 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구와 유동 소통한다. 또한, 제1 흡수기(즉, 스크러빙될 가스를 위한 입구에 가까운 가장 상류)의 출구는 애노드 챔버의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구와 유동 소통한다. 전형적으로, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 각각의 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 파이프 시스템에 의해 각각의 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 제1 및 제2 흡수기와 유사하게, 임의의 추가 흡수기는 상응하는 완충 탱크와 유동 소통할 수 있다.
흐름을 독립적으로 조정하는 것을 추가로 제공하기 위해, 스크러버 배열체는 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크를 추가로 포함할 수 있다. 제3 완충 탱크는 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구 및 제2 흡수기의 입구와 유동 소통한다. 또한, 스크러버 배열체는 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크를 포함할 수 있다. 제4 완충 탱크는 제1 완충 탱크 및 애노드 챔버의 소모된 수성 스크러빙 액체의 입구와 유동 소통한다.
이러한 설계는 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체가 스크러빙 공정에서 재사용될 수 있게 하고, 스크러버로 재순환되기 전에 액체의 pH를 최적화할 수 있게 한다.
재생 배열체는 캐소드 챔버로부터 회수된 수소를 압축하기 위한 제1 압축기 유닛 및/또는 애노드 챔버로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 압축하기 위한 제2 압축기 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 재생 배열체는 애노드 챔버로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 서로 분리하기 위한 제1 가스 분리기를 포함할 수 있다. 전형적으로, 제1 가스 분리기는 기체 산소로부터 액체 이산화탄소를 분리하기 위해 제2 압축기 유닛의 하류에 배열된다.
이러한 방식으로, 시스템은 상업적 탐구를 위해 압축된 수소, 압축된 산소 및 이산화탄소 뿐만 아니라 분리된 산소 및 이산화탄소를 제공할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 재생 배열체는 애노드 챔버로부터 회수된 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 농축시켜 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축 스트림 및 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 제공하기 위한 농축기, 예를 들어, 필터를 추가로 포함한다. 농축기는, 전형적으로 파이프에 의해,
- 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림이 애노드 챔버로부터 회수되어 농축기에 공급될 수 있고/있거나;
- 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림이 농축기로부터 회수되어 애노드 챔버에 공급될 수 있고/있거나;
- 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림이 농축기로부터 회수되어 캐소드 챔버에 공급될 수 있도록, 전해 전지와 유동 소통하도록 배열된다.
재생 배열체는 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 균형 탱크를 추가로 포함할 수 있다. 제1 균형은 전해 전지와, 전형적으로 파이프에 의해, 유동 소통하도록 배열될 수 있고, 이는
- 캐소드 챔버로부터 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구;
- 농축기로부터 회수된 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 수용하기 위한 제2 입구; 및/또는
- 희석된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 전해 전지의 캐소드 챔버에 공급하기 위한 출구를 가질 수 있다.
또한, 재생 배열체는 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제2 균형 탱크를 포함할 수 있다. 제2 균형은 전해 전지와, 전형적으로 파이프에 의해, 유동 소통하도록 배열될 수 있고, 이는
- 스크러버 배열체로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구;
- 농축기로부터 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 수용하기 위한 제2 입구; 및/또는
- 소모된 수성 스크러빙 액체를 전해 전지의 애노드 챔버에 공급하기 위한 출구를 가질 수 있다.
발전소에서 연도 가스를 스크러빙할 때, 스크러빙 및 재생은 전형적으로 공장에서 연속적으로 수행된다. 그러나, 재생과 별도로 스크러빙을 수행하는 것이 가능하다. 예로서, 스크러빙은 차량에서 작동될 수 있는 반면, 재생은 여러 차량에 사용될 수 있는 중앙 유닛에서 일어난다. 차량에는 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크를 포함하는 스크러버 배열체가 제공될 수 있다. 차량에 이러한 스크러버 배열체를 제공함으로써, 이는 제3 완충 탱크가 비워질 때까지 및/또는 제4 완충 탱크가 가득 찰 때까지 재배열과 독립적으로 작동될 수 있다.
따라서, 제3 양태에 따르면, 이산화탄소의 연도 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스와 같은 가스를 스크러빙하기 위한 스크러버 배열체가 제공된다. 상기 이미 설명된 바와 같이, 스크러버 배열체는 스크러빙될 가스를 위한 입구 및 이산화탄소가 고갈된 가스를 위한 출구를 갖는 스크러버를 포함한다. 스크러버는 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구를 추가로 갖는다. 스크러버 배열체는 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 및 제2 완충 탱크를 포함하고, 스크러버는 적어도 제1 및 제2 흡수기를 포함한다. 제1 흡수기는 제1 완충 탱크로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 제1 완충 탱크의 입구에 공급하기 위한 출구를 포함한다. 따라서, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 흡수기와 제1 완충 탱크 사이에서 순환될 수 있다. 제1 완충 탱크의 존재가 바람직하지만, 이는 일부 구현예에 따르면 생략될 수 있고, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 제1 파이프 시스템에 의해 제1 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 제2 흡수기는 제2 완충 탱크로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구 및 제2 흡수기로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제2 완충 탱크의 입구로 공급하기 위한 출구를 포함한다. 따라서, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제2 흡수기와 제2 완충 탱크 사이에서 순환될 수 있다. 제2 완충 탱크의 존재가 바람직하지만, 이는 일부 구현예에 따르면 생략될 수 있고, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 제2 파이프 시스템에 의해 제2 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 제2 흡수기의 출구는 제1 흡수기의 입구와 유동 소통한다.
스크러버 배열체가 2개 초과의 흡수기를 포함하는 경우, 이들은 하류 흡수기의 출구가 상류 흡수기의 입구와 유동 소통하도록 배열될 수 있다. 또한, 마지막 흡수기(즉, 스크러빙된 가스를 위한 출구에 가까운 가장 하류의 흡수기)의 입구는 캐소드 챔버의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구와 유동 소통한다. 또한, 제1 흡수기(즉, 스크러빙될 가스를 위한 입구에 가까운 가장 상류)의 출구는 애노드 챔버의 소모된 수성 스크러빙 액체에 대한 입구와 유동 소통한다. 전형적으로, 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 각각의 흡수기의 입구와 출구를 연결하는 파이프 시스템에 의해 각각의 흡수기 상에서 재순환될 수 있다. 제1 및 제2 흡수기와 유사하게, 임의의 추가 흡수기는 상응하는 완충 탱크와 유동 소통할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 스크러버 배열체는 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크를 추가로 포함한다. 제3 완충 탱크는 재생된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구를 가져, 제3 완충 탱크가 재생된 수성 스크러빙 액체로 채워질 수 있다. 또한, 제3 완충 탱크는 제2 흡수기의 입구와 유동 소통한다. 또한, 스크러버 배열체는 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크를 포함할 수 있다. 제4 완충 탱크는 제1 완충 탱크와 유동 소통하여, 제4 완충 탱크는 스크러버 배열체를 작동시킬 때 재생된 수성 스크러빙 액체로 채워질 수 있다. 제4 완충 탱크는 제4 완충 탱크가 비워질 수 있도록 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구를 추가로 갖는다.
이러한 스크러버 배열체를 제공함으로써, 이는 임의의 재생 배열체에 직접 연결되지 않고 이용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 차량의 작동에서 획득된 배기 가스를 스크러빙하기 위해 차량에 설치될 수 있다. 제3 완충 탱크는 스크러빙 공정에 사용되는 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 채워질 수 있다. 소모된 수성 스크러빙 액체는 공정 동안 채워진 후 비워져야 하기 때문에, 예를 들어, 차량에 연료를 재보급할 때와 같은 편리한 시점에 이를 비우기 위해 제4 완충 탱크로부터 회수될 수 있다.
상응하게, 제4 양태에 따르면, 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공하기 위해 전기분해에 사용되는 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하기 위한 재생 배열체가 제공된다. 재생 배열체는 이미 본원에서 상기 설명되었다. 이는 전해 전지를 포함한다. 전해 전지는 막에 의해 분리된 애노드 챔버 및 캐소드 캠버를 포함한다. 애노드는 애노드 챔버 내에 존재하고, 캐소드는 캐소드 챔버 내에 존재한다. 애노드 챔버는 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 애노드 입구 및 산소 및 이산화탄소를 회수하기 위한 애노드 출구를 포함한다. 재생 배열체는 애노드 챔버의 애노드 입구에 공급될 소모된 수성 스크러빙 액체를 여과하기 위한 필터를 추가로 포함할 수 있다. 캐소드 챔버는 재생된 수성 스크러빙 액체 및 수소를 회수하기 위한 출구를 포함한다. 재생 배열체는 애노드 챔버로부터 회수된 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 농축시켜 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축 스트림 및 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 제공하기 위한 농축기를 추가로 포함한다. 농축기는 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림이 애노드 챔버로부터 회수되어 농축기에 공급될 수 있도록 전해 전지와 유동 소통하도록 배열되고, 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림은 농축기로부터 회수되어 애노드 챔버로 공급될 수 있고, 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림은 농축기로부터 회수되어 캐소드 챔버로 공급될 수 있다.
재생 배열체는 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 균형 탱크를 추가로 포함할 수 있다. 제1 균형 탱크는 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구, 및 농축기로부터 회수된 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 수용하기 위한 제2 입구를 갖는다. 또한, 제1 균형 탱크는 희석된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 전해 전지의 캐소드 챔버에 공급하기 위한 출구를 갖는다. 또한, 재생 배열체는 재생된 수성 스크러빙 액체를 저장하기 위한 제3 완충 탱크를 포함할 수 있다. 제3 완충 탱크는 재생된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구를 가지며, 제3 완충 탱크가 재생된 수성 스크러빙 액체로 채워질 수 있다. 또한, 제3 완충 탱크는 스크러빙 시스템의 상응하는 완충 탱크를 채울 때 재생된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구를 갖는다.
재생 배열체는 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제2 균형 탱크를 추가로 포함할 수 있다. 제2 균형 탱크는 스크러버 배열체로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구, 농축기로부터 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 수용하기 위한 제2 입구, 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 전해 전지의 애노드 챔버로 공급하기 위한 출구를 갖는다. 또한, 재생 배열체는 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크를 포함할 수 있다. 제4 완충 탱크는 애노드 챔버와 유동 소통하여, 재생될 소모된 수성 스크러빙 액체가 제4 완충 탱크로부터 회수될 수 있다. 또한, 제4 완충 탱크는 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구를 갖는다. 따라서, 제4 완충 탱크는 스크러빙 시스템의 상응하는 완충 탱크를 비울 때 채워질 수 있다.
재생 배열체는 캐소드 챔버로부터 회수된 수소를 압축하기 위한 제1 압축기 유닛을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 재생 배열체는 애노드 챔버로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 압축하기 위한 제2 압축기 유닛, 및/또는 애노드 챔버로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 서로 분리하기 위한 제1 가스 분리기를 포함할 수 있다. 전형적으로, 제1 가스 분리기는 기체 산소로부터 액체 이산화탄소를 분리하기 위해 제2 압축기 유닛의 하류에 배열된다.
본 발명은 특정 구현예를 참조하여 상술되었지만, 본원에 기재된 특정 형태로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한되고, 상기 설명된 특정 구현예 이외의 다른 구현예는 이러한 첨부된 청구범위의 범위 내에서 동등하게 가능하다.
청구범위에서, 용어 "포함하다/포함하는"은 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 개별 특징이 상이한 청구범위에 포함될 수 있지만, 이들은 가능하게는 유리하게 조합될 수 있고, 상이한 청구범위에 포함되는 것이 특징들의 조합이 실현 가능하지 않고/않거나 유리하지 않다는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 단수 언급은 복수를 배제하지 않는다. 용어 "하나", "하나의", "제1", "제2" 등은 복수를 배제하지 않는다.
본 발명이 가능한 이러한 및 다른 양태, 특징 및 이점은 본 발명의 구현예의 하기 설명으로부터 명백해지고 명료해질 것이며, 하기 첨부된 도면이 참조될 것이다:
도 1은 스크러버와 전해 전지 사이의 유동 경로를 제시한다;
도 2는 연도 가스를 스크러빙하기 위한 시스템의 공정 도식을 제시한다;
도 3은 도 2의 공정 도식의 스크러버 배열체를 제시한다;
도 4는 도 2의 공정 도식의 재생 배열체를 제시한다;
도 5는 전해 전지에서 가스 흐름의 전체 발생 및 시간 경과에 따른 pH-값의 시험 결과를 제시한다;
도 6은 시간 경과에 따른 pH-값과 관련하여 CO2 및 O2의 가스 흐름의 시험 결과를 제시한다;
도 7은 시간 경과에 따른 에너지 소비와 관련하여 CO2 및 O2의 가스 생산의 시험 결과를 제시한다;
도 8은 시간 경과에 따른 전해 전지를 떠나는 가스의 생산 사이의 관계의 시험 결과를 제시한다.
도 1은 스크러버와 전해 전지 사이의 유동 경로를 제시한다;
도 2는 연도 가스를 스크러빙하기 위한 시스템의 공정 도식을 제시한다;
도 3은 도 2의 공정 도식의 스크러버 배열체를 제시한다;
도 4는 도 2의 공정 도식의 재생 배열체를 제시한다;
도 5는 전해 전지에서 가스 흐름의 전체 발생 및 시간 경과에 따른 pH-값의 시험 결과를 제시한다;
도 6은 시간 경과에 따른 pH-값과 관련하여 CO2 및 O2의 가스 흐름의 시험 결과를 제시한다;
도 7은 시간 경과에 따른 에너지 소비와 관련하여 CO2 및 O2의 가스 생산의 시험 결과를 제시한다;
도 8은 시간 경과에 따른 전해 전지를 떠나는 가스의 생산 사이의 관계의 시험 결과를 제시한다.
도 1을 참조하면, 구현예에 따른 시스템(100)이 스크러버 배열체(200) 및 재생 배열체(300)를 갖는 것으로 제시되어 있다. 여기에서, 이산화탄소 CO2를 포함하는 가스, 예를 들어, 연도 가스 또는 배기 가스를 스크러빙하는 방법이 예시된다. 가스는 스크러버 입구(213)를 통해 스크러버에 들어간다. 이산화탄소 CO2로부터 연도 가스를 고갈시키기 위해, 스크러빙 방법은 하기와 같이 설명될 수 있다. 가스는 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 역류 방식으로 스크러버(210)에서 스크러빙되어 이산화탄소 CO2를 탄산수소 HCO3 - 및/또는 탄산염 CO3 2-으로서 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체에 용해시킨다. 용해된 탄산수소 HCO3 - 및/또는 탄산염 CO3 2-을 포함하는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체가 생성된다. 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 스크러버(210)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위해 출구(211")를 떠날 때 약 7 내지 약 9의 pH를 갖는다. 이후, 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 애노드 입구(313')를 통해 전해 전지(310)의 애노드 챔버(313)에 공급된다. 전해 전지(310)는 애노드 챔버(313)와 별도로 캐소드 챔버(312)를 또한 갖는다. 애노드 챔버(313) 및 캐소드 챔버(312)는 막(311)에 의해 분리된다. 이러한 막(311)은 반-투과성 막일 수 있고, 양이온에 대해서는 투과성이지만, 음이온에 대해서는 본질적으로 불투과성이다. 따라서, 막 양이온-교환 막. 전기분해는 캐소드 챔버(312)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH를 증가시킨다. 전기분해는 캐소드 챔버에서 12 내지 14의 pH에서 알칼리성 용액을 농축시킨다. 애노드 챔버(313)에서, 전기분해는 pH-값을 감소시켜 기체 이산화탄소를 방출함으로써 탄산수소 HCO3 - 및 탄산염 CO3 2-의 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 추가로 고갈시킨다. 스크러버(210)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(211")는 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')와 유동 소통한다. 또한, 캐소드 챔버(312)의 재생된 수성 스크러빙 액체의 출구(312")는 스크러버(210)의 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(212')와 유동 소통한다.
제1의 소모된 수성 스크러빙 액체는 전기분해에 의해 캐소드 챔버(312)에서 기체 수소 H2 및 용해된 수산화물 이온 OH- 및 애노드 챔버(313)에서 산소 O2와 이산화탄소 CO2의 기체 혼합물을 발생시킴으로써 재생된다고 말할 수 있다. 이는 도 1에서 각각 캐소드 출구(312") 및 애노드 출구(313")로부터 위쪽을 가리키는 화살표로 표시된다. 기체 수소 H2 및 용해된 수산화물 이온 OH-는 캐소드 챔버(312)로부터 회수되고, 산소 O2와 이산화탄소 CO2의 기체 혼합물은 애노드 챔버(313)로부터 회수된다. 예를 들어, 수소 H2는 연료 또는 메탄올 생산과 같은 하류 공정(제시되지 않음)에서 사용될 수 있다. 캐소드 챔버(312)로부터의 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 이후 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 스크러버(210)로 수용하기 위한 입구(212')를 통해 재순환된다. 이산화탄소 CO2가 고갈된 가스는 이후 스크러버 출구(214)를 통해 스크러버(210)를 빠져나간다.
도 2에서, 도 1과 관련하여 설명된 시스템(100)의 상세도가 제시된다. 시스템은 스크러버 배열체(200) 및 재생 배열체(300)의 두 부분으로 나뉜다. 이러한 2개의 배열체는 또한 도 3 및 4에 각각 별도로 제시되어 있다. 이해를 증가시키기 위해, 스크러버 배열체(200) 및 재생 배열체(300)는 이제 별도로 설명될 것이다. 도 3 및 4의 점선 화살표는 스크러버 배열체(200) 및 재생 배열체(300)가 도 2에서 만나 시스템(100) 전체를 형성할 수 있는 곳을 나타낸다. 대안적으로, 스크러버 배열체(200) 및 재생 배열체(300)는 독립적으로 작동될 수 있다.
도 3을 참조하면, 스크러버 배열체(200)는 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 완충 탱크(230) 및 제2 완충 탱크(240)를 갖는다. 스크러버(210)는 이산화탄소의 가스를 스크러빙하기 위한 제1 흡수기(211) 및 제2 흡수기(212)를 갖는다. 스크러빙 액체는 제1 완충 탱크(230)를 통해 제1 흡수기(211)로 재순환될 수 있다. 또한, 스크러빙 액체는 제2 완충 탱크(240)를 통해 제2 흡수기(212)로 재순환될 수 있다. 따라서, 제1 흡수기(211)는 제1 완충 탱크(230)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(211'), 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')에 직접(도 1에 제시된 바와 같음) 또는 도 2 및 3에 제시된 바와 같이 제1 완충 탱크(230)를 통해 공급하기 위한 출구(211")를 갖는다. 제2 흡수기(212)는 제2 완충 탱크(240)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(212') 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 제1 흡수기의 입구(211') 및/또는 제2 완충 탱크(240)에 공급하기 위한 출구(212")를 갖는다. 제2 흡수기의 출구(212")는 제2 완충 탱크(240) 및 제1 흡수기(211)의 입구(211')와 유동 소통한다. 따라서, 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제2 흡수기(212)에 공급되기 전에 제2 흡수기(212)로부터의 소모된 수성 스크러빙 액체와 혼합될 수 있다. 또한, 제2 흡수기(212)로부터의 소모된 수성 스크러빙 액체는 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제1 흡수기(211)에 공급되기 전에 제1 흡수기(211)로부터의 소모된 수성 스크러빙 액체와 혼합될 수 있다. 혼합비 뿐만 아니라 스크러버 배열체(200)에서의 유량을 제어함으로써, 스크러빙 효율 뿐만 아니라 재생될 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH도 제어될 수 있다.
도 1의 설명에 따르면, 연도 가스는 스크러버 입구(213)를 통해 스크러버(210)로 들어간다. 이후, 스크러빙은 2단계로 수행된다. 제1 단계는 제1 흡수기(211)에서 일어나고, 제2 단계는 제2 흡수기(212)에서 일어난다. 스크러빙은 제1 흡수기(211)의 하류에 배열된 제2 흡수기(212)와 함께 역류 방식으로 수행된다.
언급된 바와 같이, 스크러버 배열체(200)는 또한 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크(220)를 갖는다. 이러한 제3 완충 탱크(220)는 캐소드 챔버(312)의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(312") 및 제2 흡수기(212)의 입구(212')와 유동 소통한다. 스크러버 배열체(200)는 또한 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크(250)를 갖는다. 이러한 제4 완충 탱크(250)는 제1 완충 탱크(230) 및 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')와 유동 소통한다. 제4 완충 탱크(250)는 또한 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 애노드 입구(313')를 통해 전해 전지(310)로 전달하기 위한 출구를 갖는다.
스크러버 배열체(200)가 차량에서와 같이 재생 배열체(300)와 별도로 배열되는 경우, 또한 충전소 또는 차량 기지와 같은 재생 배열체(300)는 도 4에 제시된 바와 같이 제3 완충 탱크(220) 및 제4 완충 탱크(250)를 포함할 수 있다.
이제 도 4의 재생 배열체(300)로 넘어간다. 도 1과 관련하여 이전에 설명된 전해 전지(310) 및 이의 구성요소 이외에, 재생 배열체(300)는 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 수소 가스를 압축하기 위한 제1 압축기 유닛(320)을 추가로 포함한다. 또한, 재생 배열체(300)는 애노드 챔버로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 압축하기 위한 제2 압축기 유닛(330)을 추가로 포함한다. 또한, 재생 배열체(300)는 애노드 챔버(313)로부터 회수된 산소 O2 및 이산화탄소 CO2를 액체로부터 분리하기 위한 제1 가스 분리기(340)를 또한 포함한다. 제1 가스 분리기(340)는 제2 압축기 유닛(330)의 상류에 배열된다. 재생 배열체(300)는 또한 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 기체 수소 H2 및, 예를 들어, 액체 수성 수산화칼륨 KOH를 분리하기 위한 제2 가스 분리기(380)를 포함한다. 시스템(100)이 작동 중일 때, 제1 가스 분리기(340)를 떠나는 산소 O2 및 이산화탄소 CO2는 압축된다. 그 후, 조성물은 전형적으로 약 75% CO2 및 25% O2이다. 이들은, 예를 들어, 이산화탄소 CO2가 액화되고 산소 O2가 여전히 기상 상태인 10℃에서 약 50 bar에서 압축될 수 있다. CO2를 액체 상태로 유지하는 이점은 운송 중에 실용적이라는 것이다. 예를 들어, 제3 분리기(390)는 액화 이산화탄소로부터 산소를 분리하기 위해 압축기의 하류에 존재한다.
또한, 재생 배열체(300)는 필터와 같은 분리기(350)를 갖는다. 예를 들어, 필터는 역삼투 필터일 수 있다. 이러한 농축기(350)는 제1 가스 분리기(340)의 하류에 배열된다. 제1 가스 분리기를 통과한 후, 유체는 애노드 챔버(313)로부터 회수된 일부 탄산수소 HCO3 -를 포함하는 수성 스트림을 함유한다. 농축기는, 예를 들어, 여과에 의해 탄산수소 HCO3 -의 농축된 스트림 및 탄산수소 HCO3 -가 고갈된 수성 스트림을 제공하도록 구성된다. 농축기(350)는 전해 전지(310)와 유동 소통하여, 일부 탄산수소 HCO3 -를 포함하는 수성 스트림이 애노드 챔버(313)로부터 회수되어 농축기(350)에 공급된다. 탄산수소 HCO3 -의 농축된 스트림은 농축기(350)로부터 회수되어 애노드 챔버(313)로 공급될 수 있다. 또한, 탄산수소 HCO3 -가 고갈된 수성 스트림은 농축기(350)로부터 회수되어 캐소드 챔버(312)로 공급될 수 있다.
재생 배열체(300)는 또한 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 균형 탱크(360)를 갖는다. 제1 균형 탱크(360)는 제2 가스 분리기(380)로부터 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(361)를 갖는다. 제1 균형 탱크(360)는 또한 농축기(350)로부터 회수된 제3 균형 탱크(351)로부터 탄산수소 HCO3 -가 고갈된 수성 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(362)를 갖는다. 또한, 이는 희석된 재생 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 전해 전지(310)의 캐소드 챔버(312)에 공급하기 위한 출구(363)를 갖는다.
재생 배열체(300)는 또한 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제2 균형 탱크(370)를 가질 수 있다. 제2 균형 탱크(370)는 특히 제4 완충 탱크(250)를 통해 스크러버 배열체(200)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(371)를 갖는다. 또한, 이는 농축기(350)로부터 탄산수소 HCO3 -를 포함하는 농축된 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(372)를 갖는다. 이는 또한 전해 전지(310)의 애노드 챔버(313)에 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하기 위한 출구(373)를 갖는다.
스크러버 배열체(200)와 재생 배열체(300) 사이의 관계를 추가로 설명하기 위해, 하기 설명이 제공된다. 전해 전지(310)의 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체는 제1 스크러빙 단계의 하류에서 제2 스크러빙 단계에 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 공급된다. 스크러빙의 제2 단계는 제2 흡수기(212)의 공정으로 정의될 수 있다. 제2 흡수기(212)에서 제2 스크러빙 단계로부터 생성된 제2의 소모된 스크러빙 액체는 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 적어도 부분적으로 제2 스크러빙 단계의 상류, 즉, 제1 흡수기(211)에서 제1 스크러빙 단계로 공급된다.
제2 흡수기(212)에 들어가는 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH-값은 다소 높다. 바람직하게는, 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 약 12 내지 14이다. 이는 전해 전지(310)로 가는 도중에 제1 흡수기(211)를 떠나는 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH보다 높다. 바람직하게는, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH는 약 8 내지 10이다.
전해 전지는 애노드 및 캐소드 챔버를 통해 흐르는 유체 내의 불순물에 민감할 수 있음에 유의해야 한다. 따라서, 또한, 소모된 수성 스크러빙 액체가 전해 전지(310)에 들어가기 전에 이로부터, 예를 들어, 질소 산화물 NOx 및 황 산화물 SOx와 같은 불순물을 제거하는 역할을 하는 별도의 세정 유닛(제시되지 않음)이 있을 수 있다. 예로서, 세정 유닛은 미립자 물질을 제거하기 위한 필터를 포함할 수 있다.
모든 도 1-4에서, 화살표의 방향은 시스템(100)에서 순환하는 유체의 흐름 방향에 상응한다는 점에 유의해야 한다. 또한, 화살표의 선은 시스템의 요소들 사이의 유체 또는 흐름 소통을 나타낸다.
화학적 공정
시스템(100)에서 발생하는 화학적 공정은 2개의 상이한 부분, 즉, 각각 탄소 포집 및 전기화학적 재생으로 분할될 수 있다. 전체 반응은 하기 화학식에 따라 물을 산소 및 수소로 전기화학적으로 분할한다:
화학적 반응은 4 × CO2 분자를 포집하는 전체 공정에 대해 균형을 이루었다.
스크러버
요컨대, 탄소는 알칼리성 수성 스크러빙 액체에 이산화탄소를 용해시킴으로써 스크러버(210)에서 포집된다. 이 반응은 하기 화학식에 따라 자동으로 일어난다:
용매는 이후 전기화학을 사용하여 재생 배열체(300)에서 재생된다. 일반적으로, 전기화학 반응은 두 부분으로 나눌 수 있다; 애노드 반응 및 캐소드 반응. 이러한 반응은 하기에 설명될 것이다.
애노드
애노드 챔버(313)에서, O2 및 CO2는 2개의 상이한 단계에서 발생된다. 먼저, O2는 4 H+와 함께 애노드에서 발생된다. 이후, H+는 용매의 pH-값을 감소시키고 CO2를 방출한다. 동시에, O2는 애노드에서 발생되고 2개의 가스는 4:1의 CO2 대 O2의 비로 혼합된다. 애노드 챔버(313)에서의 전체 반응은 다음과 같다:
애노드에서의 반응은 다음과 같다:
이 반응은 pH-값을 국소적으로 감소시킨다. 이러한 pH-값의 감소는 다음과 같이 HCO3-/CO2 평형을 우측으로 밀어낸다:
이는 용매로부터 기체 CO2의 방출을 초래한다.
캐소드
캐소드에서, H2는 OH-와 함께 생성된다. 이 반응은 하류 적용을 위해 가치 있는 H2를 발생시키고 탄소 포집 공정을 위해 수산화물 이온(OH-)을 포함하는 알칼리성 용매를 재생시킨다. 캐소드 챔버 반응(312)은 다음과 같다:
스크러빙 액체
에탄올아민(MEA)은 통상적인 스크러버에서 사용되는 탄소 포집에 사용되는 아민이다. MEA는, 예를 들어, 연도 가스를 스크러빙하는 공정을 위한 촉진제로서 작용할 수 있는 것으로 제안되었다. MEA는 실제로 수산화물 용액보다 빠르게 CO2를 포집하는 것으로 공지되어 있다. 따라서, MEA의 탄소 포집 능력을 수산화물 용액의 전기화학적 특성과 조합하는 것이 구상된 아이디어였다. 그러나, 실험적 시험은 MEA가 불행하게도 전기화학 전지에서 바람직하지 않게 거동하는 것으로 나타났다. MEA는 캐소드에서 환원되는 것으로 보이며, 이는 매우 바람직하지 않은 용매의 탄소 포집 능력을 감소시킬 것이다. 따라서, 금속 수산화물, 예를 들어, 수산화칼륨 또는 수산화나트륨을 사용하는 것이 본원에 개시된 시스템(100)에서 바람직하다.
전력 필요
전해 전지(310)에서의 전기화학 반응은 전력을 필요로 한다. 실제 전력 소비는 시스템(100)의 공정의 기술적 구현에 의존할 것이다. 100% 효율을 가정하면, 공정에 필요한 최소 전류는 패러데이의 열역학 법칙을 사용하여 계산될 수 있다: 
. 하기 표 1에 열거된 파라미터를 이용하여, 전류를 계산할 수 있다.
표 1 - 공정에 필요한 최소 전류를 계산하기 위한 파라미터
따라서, 전류는 I = 1.09 x 109 A로 계산될 수 있다. 2V의 최소 전압을 가정하면, 1톤의 CO2에 대한 이론적 최소 전력 소비는 다음과 같을 것이다:
하기
표 1b
에 열거된 바와 같은 대안적인 파라미터로, 표 1에 제시된 2와 반대인 4의 전자의 원자가 수로, 전류는 다음과 같이 계산될 수 있다.
표 2b - 공정에 필요한 최소 전류를 계산하기 위한 파라미터
따라서, 전류는 I = 2.19 x 109 A로 계산될 수 있다. 1.2V의 최소 전압을 가정하면, 1톤의 CO2에 대한 이론적 최소 전력 소비는 다음과 같을 것이다:
1 톤의 CO2에 대한 이론적인 최소 전력 소비는 182 kg의 O2 및 22 kg의 H2를 생성하는 것으로 볼 수 있다.
실제 화학 반응의 경우, 더 높은 에너지 소비가 예상된다. 실험에 기반한 모델에 의해 제안된 바와 같이, CO2의 포집 및 용매의 재생을 위한 최종 전력 소비는 1 톤의 CO2 당 5.88 GJ로 예측된다. 이 공정은 용매를 재생하고, 캐소드(312)에서 H2를 생성하고 애노드에서 CO2와 O2의 혼합물을 생성한다.
제1 가스 분리기(340)로부터 CO2 및 O2의 분리를 위해 추가 에너지가 필요하다. 이러한 분리는, 예를 들어, 극저온으로 수행될 수 있다. CH4로부터 극저온으로 분리된 CO2에 대한 에너지 소비는 바이오가스 목적으로 문헌에서 연구되었다. 극저온 분리의 경우, CO2가 냉각에 의해 제거되기 때문에, CH4 및 O2는 유사한 물리-화학적 특성을 갖는다. 제1 가스 분리기(340)에서 O2 및 CO2의 분리를 위한 에너지 소비는 CO2 kg 당 1.4 ± 0.4 MJ일 것으로 예상된다.
CO2 및 H2는 전형적으로 2:1의 비로 생산된다. 하류 적용이 메탄올 생산인 경우, 적합한 화학량론적 비는 1:3이고 이 공정에 추가 H2가 필요하다. 상업적 전기분해 장비는 55 kWh/kg의 에너지 소비로 H2를 생산한다. 따라서, 1 톤의 CO2에 대해, H2 요구량은 
이며, 이는 68182 mol × 2 g/mol × 55 kWh/kg = 7500 kWh = 26.98 GJ와 같다. 탄소 포집 재생 공정은 4.5 GJ에 상응하는 H2를 생산하였고, 따라서 H2 생산을 위한 나머지 에너지 요구량은 26.98 GJ - 4.50 GJ = 22.48 GJ이다.
탄소 포집 공정의 전력 소비는 주로 전기화학 전지에 의해 결정된다. CO2의 정제는 추가 에너지를 필요로 한다. 그러나, 실질적으로 가장 큰 에너지 소비는 H2 생산으로부터 발생한다. 탄소 포집 및 정제만으로도 CO2 톤 당 약 7.28 GJ의 비용이 들 것으로 예상된다. 이는 이미 언급된 바와 같이 4.5 GJ에 상응하는 H2의 생산을 포함한다. 아민 스크러버에 의한 CO2 포집에 대한 상업적 값은 현재 CO2 톤 당 3.7 GJ이다. 이는 H2의 발생 및 CO2 정제가 없는 것이다. 따라서, CO2가 H2와 함께 전해 전지(310)의 하류에서 사용되어, 예를 들어 메탄올을 제조하는 경우, 본원에 개시된 공정이 유리할 것이다.
실험 모델로부터의 값을 사용하여, 1000 kg의 CO2로부터 생산된 메탄올의 비용은 약 2.5 kr/l일 것이다(하기 표 2 참조). 이 가격(덴마크 크로네)은 에너지 소비만을 기준으로 계산되며 물질 및 개인을 고려하지 않는다.
표 3 - 1000 kg의 CO2로부터 메탄올을 생산하기 위한 에너지 소비
현재, 재생 불가능한 공급원으로부터 제조된 메탄올은 1.66 kr/l의 가격으로 판매되고 있다. 2.5 kr/l의 가격은 1.66 kr/l보다 높다. 그러나, 현재, 그린 메탄올은 블랙 메탄올보다 더 높은 가격을 가질 것으로 예상된다. 또한, 가격은 전기 가격과 밀접하게 관련되어 있다. 그러나, 탄소세가 증가할 뿐만 아니라 배출권에 대한 비용이 증가할 것으로 예상됨에 따라, 메탄올 생산에 대한 필요성 및 요청은 산업계에서 증가할 것이고, 본원에 제공된 시스템(100)은 이러한 증가된 수요를 충족시키는데 유리할 것이다.
실험 섹션
실시예 1
하기에서, 바이오매스로부터 10 MW 열 및 전력을 발생시키는 발전소로부터의 CO2 포집이 3개의 공정 단계와 관련하여 제시된다; "스크러버", "재생" 및 "분리", 표 3 참조. 전반적으로, 상기 공정은 많은 양의 전기 에너지를 필요로 한다. 이는 탄소 포집 공정의 대전이 매우 요망되고 완전히 새로운 것이기 때문에 긍정적이다. 에너지의 일부는 지역 난방을 위한 열로서 회수될 수 있다.
표 4 - 10 MW 발전소 CO2 포집
실시예 2
본원에 설명된 바와 같은 시스템(100)을 사용하여 공정의 적용 가능성을 검증하기 위해, 실험실 시험이 수행되었다.
실험실 시험에서, EC Electrocell의 표준 전해 전지, 모델 Electro MP Cell을 사용하였다. 전해 전지에 Nafion 117 막을 제공하였다. 전지를 작동시킬 때, 1,5 M KHCO3 용액을 조합된 탈기/순환 탱크로부터 애노드 측으로 순환시켰다. 액체를 1.5 L/분으로 순환시켰다. 유사하게, 1.5 M KOH 용액을 조합된 탈기/순환 탱크로부터 캐소드 측으로 순환시켰다. 액체를 1.5 L/분으로 순환시켰다. 표준 유량계 및 실험실 펌프를 사용하였다. 탈기 탱크로부터의 가스 흐름을 Aalborg GFM 가스 유량계로 측정하였다. CO2 함량은 Edinburgh Sensors로부터의 Guardian NG를 사용하여 측정하였다. 실험 동안 40℃에서 액체의 일정한 온도를 유지하기 위해 표준 열판을 사용하였다. pH 및 온도는 표준 온라인 pH 및 온도 측정기를 사용하여 순환 탱크에서 측정되었다. 전해조에 가해진 전류 밀도는 표준 전력 변환기를 사용하여 1-4 kA/m2로 다양하였다.
시험으로부터의 결과는 도 5-8에 제시되어 있다. 전해 전지(310)에 들어가는 스크러빙 액체의 pH-값은 가스의 생산에서 중요한 역할을 한다는 것이 명백하다.
도 5는 전해 전지에서의 전체 가스 발생 및 시간 경과에 따른 pH-값을 보여준다. 제시된 바와 같이, 전해 전지의 애노드 측에서의 가스 흐름은 시도 초기에 상당히 낮다. 여기서, 스크러빙 액체의 pH-값은 약 9.5이다. pH-값이 떨어지면, 가스 흐름은 약 8.5의 pH에서 이의 최대 수준에 도달할 때까지 증가한다. 그 후, 가스 흐름은 약 290 ml 가스/분으로 안정화되고 pH-값은 약 8에서 안정화된다.
도 6에서, CO2 및 O2의 가스 흐름은 시간 경과에 따른 pH-값과 관련하여 예시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 초기에는 O2만이 생산되고 CO2는 방출되지 않는다. 그러나, pH-값이 떨어지기 시작하자마자, 공정은 CO2 가스를 생산하기 시작하고 가스 흐름의 집합적인 상승은 실질적으로 CO2의 상승으로 인한 것이다. 이후, 가스는 대략 25% O2 및 75% CO2의 조성을 갖는다. 따라서, pH-값은 가스 조성 및 스크러빙 액체로부터의 CO2의 생산 및 이에 따른 스크러빙 유체의 재생에서 또한 중요한 역할을 한다는 것이 다시 한번 나타난다. 바람직하게는, 상기 공정은 약 8.5의 pH-값을 갖는 소모된 수성 스크러빙 액체를 제공하도록 작동된다. 이는 최적의 가스 생산 및 CO2의 발생이 일어나는 곳이다.
따라서, 스크러버(210)는 스크러버로서 뿐만 아니라 중요하게는 pH-조절기로서도 보여질 수 있다. 스크러버(210)는 바람직하게는 도 2에서 점선으로 도시된 제1 및 제2 흡수기(211, 212)와 같은 흡수기 또한 여러 단계로 분할된다. 제2 흡수기(212)에 진입하는 스크러버 유체는 제1 흡수기(211)를 빠져 나와 전해 전지(310)의 애노드 챔버(313)로 가는 유체보다 더 높은 pH-값을 갖는다. 이는 또한 CO2 및 O2의 가스 생산이 에너지 소비와 관련하여 제시되어 있는 도 7로부터 명백하다. 여기서, 전류는 계단형 모양을 갖는 청색 선으로 표시된 3단계로 감소하였다.
도 8은 시간 경과에 따라 측정된 시간당 전해 전지를 떠나는 가스의 생산 사이의 관계를 보여준다. O2, H2 및 KOH의 생산은 즉시 시작되는 반면, CO2 생산은 pH-값이 전술한 바와 같이 적절한 수준으로 감소함에 따라 시작된다는 것이 명백하다. H2의 생산은 1부의 O2 당 2부의 H2의 비로 O2의 생산을 따른다. 또한, KOH의 생산은 1부의 H2 당 2부의 KOH의 비로 H2의 생산을 따른다.
표 4로부터, 통상적인 H2 전기분해와 비교할 때, 스크러빙 유체의 재생을 위해 CO2를 발생시키고 KOH를 생성하기 위해 본질적으로 추가 에너지가 필요하지 않다는 것이 명백하다. 이러한 방식으로, H2 생산은 실제로 CO2 포집에 필요한 에너지를 실질적으로 보상할 수 있다.
표 4 - CO2 생산에서의 전력 소비.
요약하면, 본 발명의 개시는 기존 기술과 비교하여 CO2를 포집하기 위한 비용(CO2의 톤 당)을 감소시키는 시스템(100)을 설명하고자 하며, 여기서 비용은 수소 판매 가격 뿐만 아니라 녹색 전력, CO2 할당량 또는 세금 비용과 관련이 있다.
실시예 3
전술한 실시예의 시스템을 사용하는 공정의 적용 가능성은 또한 더 큰 규모로 검증되었다.
대규모 시험 장치는 바이오가스 연료 엔진으로부터의 연도 가스가 이용 가능한 장소에 설치되었다. 바이오가스로부터 기원하는 연도 가스로부터 CO2 제거는 도 2 및 상응하는 개시에 개시된 것과 유사한 시스템이 설치될 수 있는 적용일 수 있다.
대규모 시험은 연도 가스로부터 CO2를 포집하는데 사용된 Pureteq로부터의 스크러버 타워 및 나피온(Nafion) 양이온 교환 막이 사용된 EC 전기전지 모델 "Electro Prod Cell"로부터의 1.6 m2 전해 전지를 포함하였다. 파일럿 플랜트는 도 2에 제시된 시스템에 설명된 바와 같이 완충 탱크, 균형 탱크 및 가스 분리기를 포함하였다. 공정 플랜트에는 pH, 액체 흐름, 가스 흐름, 온도, 밀도, 압력, CO2%, 전류 및 전압을 모니터링하기 위한 센서가 장착되었고, 여기서 센서는 모니터링 및 공정 제어에 사용되었다.
도 5-8에 개시된 실험 결과의 결과는 하기 파라미터를 사용하여 대규모 시험에서 확인되었다. 제1의 소모된 스크러빙 유체는 조합된 탈기/순환 탱크로부터 애노드 측 상에서 순환된 1,5 M KHCO3 용액으로 구성된다. 액체를 60 L/분으로 순환시켰다. 유사하게, 1.5 M KOH 용액을 조합된 탈기/순환 탱크로부터 캐소드 측 상에서 순환시켰다. 액체를 60 L/분으로 순환시켰다. Endress&Hauser의 유량계 및 Iwaki의 순환 펌프를 사용하였다. 탈기 탱크로부터의 가스 흐름은 VPinstruments 및 Sierrainstruments로부터의 가스 유량계에 의해 측정되었다. CO2 함량은 Edinburgh Sensors로부터의 Guardian NG를 사용하여 측정하였다. 인라인 히터를 사용하여 액체를 50℃의 온도로 유지하였다. pH 및 온도는 또한 표준 온라인 pH 및 온도 측정기를 사용하여 순환 탱크에서 측정되었다. 전해조에 가해진 전류 밀도는 Flex Kraft로부터의 전력 변환기를 사용하여 0-4 kA/m2로 다양하였다.
더 큰 규모의 파일럿 플랜트 시험은 스크러버가 CO2 포집 뿐만 아니라 스크러버 액체의 pH 조절 둘 모두에 사용될 수 있음을 확인하였다. 더 큰 규모의 파일럿 플랜트 시험은 스크러빙 액체의 일부로서 KOH를 사용하는 알칼리성 스크러빙 액체가 CO2, O2 및 H2를 방출하면서 전해 전지에서 재생될 수 있음을 확인하였다.
Claims (18)
- 이산화탄소(CO2)의 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스 또는 배기 가스와 같은 가스를 스크러빙(scrubbing)하는 방법으로서, 상기 방법이,
- 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 스크러버(210)에서 가스를 스크러빙하여 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체에서 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소(CO2)를 용해시켜 이에 의해 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 제공하는 단계로서, 상기 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체가 약 7 내지 약 9의 pH를 갖는, 단계;
- 막(311)에 의해 분리된 애노드 챔버(313) 및 캐소드 챔버(312)를 포함하는 전해 전지(310)의 애노드 챔버에 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하는 단계;
- 전기분해에 의해 전해 전지(310)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하는 단계로서, 상기 전기분해가 캐소드 챔버(312)에서 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체의 pH를 증가시키고, 상기 전기분해가 pH를 감소시킴으로써 애노드 챔버(313)에서 탄산수소(HCO3 -) 및 탄산염(CO3 2-)의 제1의 소모된 수성 스크러빙 액체를 추가로 고갈시키고, 상기 재생이 전기분해에 의해 캐소드 챔버(312)에서 기체 수소 및 애노드 챔버(313)에서 산소와 이산화탄소(CO2)의 기체 혼합물을 발생시키는 것을 추가로 포함하는, 단계; 및
- 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 캐소드 챔버(312)로부터 회수하고 이를 스크러버(210)로 재순환시키는 단계를 포함하고;
여기서,
- 기체 수소가 캐소드 챔버(312)로부터 회수되고;
- 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물이 애노드 챔버(313)로부터 회수되는,
방법. - 제1항에 있어서, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체가 용해된 금속 수산화물, 예를 들어, 용해된 수산화칼륨(KOH), 용해된 수산화나트륨(NaOH) 및 용해된 수산화리튬(LiOH) 중 하나 이상을 포함하고; 바람직하게는 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체가 수산화칼륨(KOH)을 포함하는, 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법이 산소와 이산화탄소의 기체 혼합물을,
- 산소가 풍부하고/하거나 이산화탄소가 고갈된 제1 스트림; 및
- 이산화탄소가 풍부하고/하거나 산소가 고갈된 제2 스트림으로 분리시키는 단계를 추가로 포함하는,
방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 수소가 바람직하게는 연료 전지에서 전기를 제공하기 위한 연료로서 사용되는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이,
- 애노드 챔버(313)로부터 일부 탄산수소(HCO3 -)를 여전히 포함하는 수성 스트림을 회수하는 단계;
- 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 회수된 수성 스트림을, 예를 들어, 역삼투에 의해 농축시켜 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 제공하는 단계; 및
- 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 전해 전지(310)로 재순환시키는 단계를 추가로 포함하는,
방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연도 가스의 스크러빙이 적어도 제1 단계 및 제2 단계에서 수행되고, 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체가 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제1 스크러빙 단계의 하류의 제2 스크러빙 단계로 공급되고, 제2 스크러빙 단계로부터 생성된 제2의 소모된 스크러빙 액체가 적어도 부분적으로 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체로서 제2 스크러빙 단계의 상류의 제1 스크러빙 단계로 공급되고, 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH가 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH보다 높고; 바람직하게는, 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH가 12 내지 14이고, 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH가 8 내지 10인, 방법.
- 제6항에 있어서,
- 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체가 제2의 소모된 스크러빙 액체의 일부와 혼합되어 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공하고, 이에 의해 제2 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH가 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH보다 낮고/낮거나;
- 제2의 소모된 스크러빙 액체의 일부가 제1 스크러빙 단계로부터 생성된 제1의 소모된 스크러빙 액체의 일부와 혼합되어 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공하고, 이에 의해 제1 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 pH가 제1의 소모된 스크러빙 액체의 pH보다 높은,
방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체의 일부가 캐소드(312) 챔버로 재순환되고; 선택적으로, 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체가 캐소드 챔버(312)로 이를 재순환시키기 전에 수성 스트림에 의해 희석되고, 바람직하게는 상기 수성 스트림이 애노드 챔버(313)로부터 여전히 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 회수하고 이를, 예를 들어, 역삼투에 의해 농축시킴으로써 제공되어 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림 및 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축 스트림을 제공하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 애노드 챔버(313)로부터 회수된 이산화탄소(CO2) 및/또는 산소(O2)가 액체 이산화탄소 및/또는 압축된 산소(O2)로 압축되는 방법.
- 이산화탄소의 연도 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스 또는 배기 가스와 같은 가스를 스크러빙하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템이
- 알칼리성 수성 스크러빙 액체에 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)으로서 이산화탄소를 용해시키기 위해 알칼리성 수성 스크러빙 액체로 가스를 스크러빙하기 위한 스크러버 배열체(200); 및
- 전기분해에 의해 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하기 위한 재생 배열체(300)를 포함하고, 여기서,
- 스크러버 배열체가 스크러버(210)를 포함하고, 상기 스크러버가 스크러빙될 가스를 위한 입구(213) 및 이산화탄소가 고갈된 가스를 위한 출구(214)를 가지며, 스크러버(210)가 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(212') 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구(211")를 추가로 갖고;
- 재생 배열체가 막(311)에 의해 분리된 애노드 챔버(313) 및 캐소드 캠버(312)를 포함하는 전해 전지(310)를 포함하고, 상기 애노드 챔버(313)가 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 애노드 입구(313') 및 산소 및 이산화탄소를 회수하기 위한 애노드 출구(313")를 포함하고, 상기 캐소드 챔버(312)가 재생된 수성 스크러빙 액체 및 수소를 회수하기 위한 출구(312")를 포함하고;
여기서, 스크러버(210)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(211")가 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')와 유동 소통하고, 캐소드 챔버(312)의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(312")가 스크러버(210)의 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(212')와 유동 소통하는,
시스템. - 제10항에 있어서, 스크러버 배열체(200)가 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1(230) 및 제2(240) 완충 탱크를 포함하고, 스크러버(210)가 적어도 제1(211) 및 제2(212) 흡수기를 추가로 포함하고, 여기서,
제1 흡수기(211)가 제1 완충 탱크(230)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(211') 및 제1 흡수기(211)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제1 완충 탱크(230)의 입구에 공급하기 위한 출구(211")를 포함하며, 이에 의해 수성 스크러빙 액체가 제1 흡수기(211)와 제1 완충 탱크(230) 사이에서 순환될 수 있고;
제1 완충 탱크(230)가 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')와 유동 소통하고;
제2 흡수기(212)가 제2 완충 탱크(240)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(212') 및 제2 흡수기(212)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제2 완충 탱크(240)의 입구에 공급하기 위한 출구(212")를 포함하며, 이에 의해 수성 스크러빙 액체가 제2 흡수기(212)와 제1 완충 탱크(230) 사이에서 순환될 수 있고;
캐소드 챔버(312)의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(312")가 제2 흡수기(212)의 입구(212')와 유동 소통하고;
제2 흡수기(212)의 출구(212")가 제1 흡수기(211)의 입구(211')와 유동 소통하는,
시스템. - 제11항에 있어서, 스크러버 배열체가,
재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크(220)로서, 상기 제3 완충 탱크(220)가 캐소드 챔버(312)의 재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 출구(312") 및 제2 흡수기(212)의 입구(212')와 유동 소통하는, 제3 완충 탱크(220); 및/또는
소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크(250)로서, 상기 제4 완충 탱크(250)가 제1 완충 탱크(230) 및 애노드 챔버(313)의 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 입구(313')와 유동 소통하는, 제4 완충 탱크(250)를 추가로 포함하는,
시스템. - 제10항 또는 제11항에 있어서, 재생 배열체(300)가,
- 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 수소를 압축하기 위한 제1 압축기 유닛(320); 및/또는
- 애노드 챔버(313)로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 압축하기 위한 제2 압축기 유닛(330), 및/또는 애노드 챔버(313)로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 서로 분리하기 위한 제1 가스 분리기(340)를 추가로 포함하는,
시스템. - 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 재생 배열체(300)가 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림 및 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 제공하기 위해 애노드 챔버(313)로부터 회수된 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 농축시키기 위한 농축기(350), 예를 들어, 필터를 추가로 포함하고, 상기 농축기(350)가 전해 전지(310)와 유동 소통하여,
일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림이 애노드 챔버(313)로부터 회수되어 농축기(350)에 공급될 수 있고;
탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림이 농축기(350)로부터 회수되어 애노드 챔버(313)에 공급될 수 있고;
탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림이 농축기(350)로부터 회수되어 캐소드 챔버(312)에 공급될 수 있고;
선택적으로, 재생 배열체(300)가,
- 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 균형 탱크(360)로서, 상기 제1 균형 탱크(360)가 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(361), 농축기(350)로부터 회수된 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(362), 및 전해 전지(310)의 캐소드 챔버(313)에 희석된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 공급하기 위한 출구(363)를 갖는, 제1 균형 탱크(360); 및/또는
- 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제2 균형 탱크(370)로서, 상기 제2 균형 탱크(370)가 스크러버 배열체(200)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(371), 농축기(350)로부터의 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(372), 및 전해 전지(310)의 애노드 챔버(313)에 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하기 위한 출구(373)를 갖는, 제2 균형 탱크(370)를 추가로 포함하는,
시스템. - 이산화탄소의 연도 가스를 고갈시키기 위해 이산화탄소를 포함하는 연도 가스와 같은 가스를 스크러빙하기 위한 스크러버 배열체로서, 상기 스크러버 배열체(200)가 스크러빙될 가스를 위한 입구(213) 및 이산화탄소가 고갈된 가스를 위한 출구(214)를 갖는 스크러버(210)를 포함하고, 상기 스크러버(210)가 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(212') 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구(211")를 추가로 갖고; 상기 스크러버 배열체(200)가 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1(230) 및 제2(240) 완충 탱크를 포함하고, 상기 스크러버가 적어도 제1(211) 및 제2 흡수기(212)를 포함하고, 여기서
제1 흡수기(211)가 제1 완충 탱크(230)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(211') 및 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하고 이를 제1 완충 탱크(230)의 입구에 공급하기 위한 출구(211")를 포함하며, 이에 의해 수성 스크러빙 액체가 제1 흡수기(211)와 제1 완충 탱크(230) 사이에서 순환될 수 있고;
제2 흡수기(212)가 제2 완충 탱크(240)로부터 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(212') 및 제2 흡수기(212)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하여 제2 완충 탱크(240)의 입구에 공급하기 위한 출구(212")를 포함하며, 이에 의해 수성 스크러빙 액체가 제2 흡수기(212)와 제2 완충 탱크(240) 사이에서 순환될 수 있고; 여기서,
제2 흡수기의 출구(212")가 제1 흡수기의 입구(211')와 유동 소통하는,
스크러버 배열체. - 제15항에 있어서, 스크러버 배열체(200)가,
재생된 수성 스크러빙 액체를 위한 제3 완충 탱크(220)로서, 상기 제3 완충 탱크가 재생된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 입구(220')를 갖고, 제3 완충 탱크(220)가 추가로 제2 흡수기(212)의 입구(212')와 유동 소통하는, 제3 완충 탱크(220); 및/또는
소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제4 완충 탱크(250)로서, 상기 제4 완충 탱크가 제1 완충 탱크(230)와 유동 소통하며, 제4 완충 탱크(250)가 소모된 수성 스크러빙 액체를 회수하기 위한 출구(250")를 추가로 갖는, 제4 완충 탱크(250)를 추가로 포함하는,
스크러버 배열체. - 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 제공하기 위해 전기분해에 사용되는 탄산수소(HCO3 -) 및/또는 탄산염(CO3 2-)을 포함하는 소모된 수성 스크러빙 액체를 재생하기 위한 재생 배열체로서, 상기 재생 배열체(300)가 전해 전지(310)를 포함하고, 막(311)에 의해 분리된 애노드 챔버(313) 및 캐소드 챔버(312)를 포함하고, 여기서 애노드 챔버(313)가 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 애노드 입구(313') 및 산소 및 이산화탄소를 회수하기 위한 애노드 출구(313")를 포함하고, 캐소드 챔버(312)가 재생된 수성 스크러빙 액체 및 수소를 회수하기 위한 출구(312")를 포함하고; 여기서
재생 배열체(300)가 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림 및 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 제공하기 위해 애노드 챔버(313)로부터 회수된 일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림을 농축시키기 위한 농축기(350)를 추가로 포함하고, 상기 농축기(350)가 전해 전지(310)와 유동 소통하여,
일부 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 수성 스트림이 애노드 챔버(313)로부터 회수되어 농축기(350)에 공급될 수 있고;
탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림이 농축기(350)로부터 회수되어 애노드 챔버(313)에 공급될 수 있고;
탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림이 농축기(350)로부터 회수되어 캐소드 챔버(312)에 공급될 수 있고;
선택적으로, 재생 배열체(300)가,
- 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 위한 제1 균형 탱크(360)로서, 상기 제1 균형 탱크가 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(361), 농축기(350)로부터 회수된 탄산수소(HCO3 -)가 고갈된 수성 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(362), 및 전해 전지(310)의 캐소드 챔버(312)에 희석된 재생된 알칼리성 수성 스크러빙 액체를 공급하기 위한 출구(363)를 갖는, 제1 균형 탱크(360); 및/또는
- 소모된 수성 스크러빙 액체를 위한 제2 균형 탱크(370)로서, 상기 제2 균형 탱크(370)가 스크러버 배열체(200)로부터 소모된 수성 스크러빙 액체를 수용하기 위한 제1 입구(371), 농축기(350)로부터 탄산수소(HCO3 -)를 포함하는 농축된 스트림을 수용하기 위한 제2 입구(372), 및 전해 전지(310)의 애노드 챔버(313)에 소모된 수성 스크러빙 액체를 공급하기 위한 출구(373)를 갖는, 제2 균형 탱크(370)를 추가로 포함하는,
재생 배열체. - 제19항에 있어서, 재생 배열체(300)가,
- 캐소드 챔버(312)로부터 회수된 수소를 압축하기 위한 제1 압축기 유닛(320); 및/또는
- 애노드 챔버(313)로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 압축하기 위한 제2 압축기 유닛(330), 및/또는 애노드 챔버(313)로부터 회수된 산소 및 이산화탄소를 서로 분리하기 위한 제1 가스 분리기(340)를 추가로 포함하는,
재생 배열체.
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