KR20230152871A - 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템 - Google Patents

제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템은 일 실시예에 따라, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 상기 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로; 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로; 상기 환원로 및 고로의 사이에 구비되어 상기 환원로의 배가스인 환원가스로부터 염기성 알칼리 혼합액을 분사하여 이산화탄소를 제거 및 반응물을 생성한 후 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로에 취입하는 반응기; 및 상기 반응기로부터 생성된 반응물 중에서 이산화탄소 반응물을 이용하여 수소와 산소 가스를 생성하고, 생성된 수소 가스를 고로에 연료로서 공급함과 함께 생성된 산소 가스를 용융가스화로에 공급하는 수소생성기;를 포함하고, 상기 반응기는 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하고, 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 것을 특징으로 한다.

Description

제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템{Carbon dioxide capture and carbon resource conversion, and hydrogen production system for steelworks}
본 발명은 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 제철소에서 발생되는 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함과 아울러 수소 가스를 생산함으로써, 제철소에서 배출되는 배가스에서 유해한 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템에 관한 것이다.
철강산업은 화석연료를 주원료로 쓰는 특성상 이산화탄소 배출량이 많을 수밖에 없는 산업으로, 화석연료로부터 배출되는 이산화탄소의 7~9%를 차지하고 있다.
세계철강협회에 따르면, 철강 1톤을 생산하는데 평균 이산화탄소 1.83톤이 배출이 되며, 전체 산업의 이산화탄소 배출에서 철강산업이 차지하는 비중이 24%로 가장 많다고 밝혔다.
최근 전세계적으로 탈산소 사회로의 전환을 가속화하기 위한 전방위적인 노력을 펼치고 있으며, 이에 따라 철강업계에서도 이산화탄소 포집 및 활용(CCU, Carbon Capture and Utilization) 기술에 대한 연구개발을 진행하고 있다.
한편, 종래 철강의 제조는 제선 공정, 제강 공정, 연주 공정 및 압연 공정의 순으로 진행되며, 특히 철광석을 환원시켜 선철을 생산하는 제선로에서 환원제로서 다량의 탄소를 사용하고 있으므로 상기 제선 공정이 곧바로 이산화탄소의 발생과 직결된다. 이로 인해 상기 제선 공정에서 발생되는 이산화탄소는 제철소 전체에서 발생하는 이산화탄소의 양의 80%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
또한, 종래의 제선 공정에서는 소결 과정을 거친 철광석과, 유연탄을 원료로 하여 제조된 코크스를 고로에 투입한 후 산소를 불어 넣어 용선을 제조하는 고로법을 이용하였는데, 상기 고로법에 의하면 유연탄을 코크스로 제조하기 위한 코크스 제조 설비, 철광석의 소결 과정을 위한 소결 설비 등의 부대 설비가 마련되어야 한다.
도 1은 고로를 이용하는 제선 공정의 종래 용철 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 용철 제조 장치(100)는 용융가스화로(10), 환원로(22), 고로(50) 및 이산화탄소 제거기(60)를 포함하고, 환원로(22)에는 철광석이 장입되어 환원된다.
이때, 상기 환원로(22)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로(22)를 통과하면서 환원철로 제조되고, 환원로(22)는 유동층형 환원로로서, 분철광석 및 용융가스화로(10)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 유동층을 형성한다. 상기 환원로(22)는 환원 효율을 위해 다단으로 형성될 수 있으며, 환원로(22)의 최대 온도는 1000℃ 이하로서 그 사전 환원율은 약 60 내지 80%가 된다.
또한, 상기 환원로(22)에는 철광석 또는 분철광석이 장입될 수 있으며, 분철광석이 장입되는 경우, 환원로(22) 및 용융가스화로(10) 사이에 환원철 성형기(40)가 설치된다. 상기 환원철 성형기(40)는 환원로(22)로부터 배출되는 분말 형태의 환원철을 성형하여 괴상의 환원철로 제조하며, 이렇게 제조된 괴상의 환원철은 용융가스화로(10)에 제공된다.
이때, 상기 용융가스화로(10)는 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는데, 용융가스화로(10)에 장입된 괴상 탄재는 용융가스화로(10)의 하부로 이동하여 풍구(30)를 통해 공급되는 산소와 발열 반응한다.
상술한 구성의 기존의 용철 제조 공정에서 발생되는 CO2 저감을 위해 석탄 이용 효율을 증대가 필요로 하며, 이를 위해서는 공정에서 발생되는 배가스의 재사용 또는 석탄을 대체한 수소 함유 가스 사용이 중요하다.
하지만, 공기를 사용하여 용선을 제조하는 고로 공정에서는 질소에 의해 배가스 재사용의 어려움이 있으며, 고로가 아닌 유동층 또는 고정층에서 사전 환원 후 용선을 제조하는 공정에서는 배가스 중의 CO 및 H2가 상대적으로 고로 대비 높아 공정내 에너지 사용 효율이 고로 대비 상대적으로 낮은 단점이 있었다.
따라서, 종래 기술 대비 간단한 방식으로 제철소에서 배출된 이산화탄소를 효율적으로 포집하고, 동시에 배가스 중의 산소와 수소를 추출하여 석탄을 대체하는 연료로서 재사용하는 방안이 절실한 상황이다.
또한, 최근 이산화탄소 포집 기술이 개발됨에 따라 CO2 포집물이 발생되고 있으나, 발생된 CO2포집물을 활용 또는 저장할 수 있는 기술 개발이 아직 미비한 상태이므로 이에 대한 기술개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제2018-0001860호 (2018.01.05. 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 제철소의 제선공정 상에서 발생하는 배가스 중 이산화탄소를 줄이는 동시에 상기 배가스 중의 산소 및 수소 가스를 재사용하기 위한 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 제철소의 제선공정 상에서 발생하는 배가스 중 이산화탄소를 포집하여 탄소 자원으로 변환한 뒤, 이를 저장 및 수송할 수 있는 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로; 상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 상기 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로; 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로; 상기 환원로 및 고로의 사이에 구비되어 상기 환원로의 배가스인 환원가스로부터 염기성 알칼리 혼합액을 분사하여 이산화탄소를 제거 및 반응물을 생성한 후 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로에 취입하는 반응기; 및 상기 반응기로부터 생성된 반응물 중에서 이산화탄소 반응물을 이용하여 수소와 산소 가스를 생성하는 수소생성기;를 포함하고, 상기 반응기는 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하고, 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 수소생성기에서 생성된 수소 가스는 고로에 연료로서 공급하거나 수소 저장탱크에 저장하고, 생성된 산소 가스는 용융가스화로에 공급한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 반응기는, 상기 염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서; 상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소를 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5의 범위를 갖는다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 흡수탑은 상부에 설치된 다수의 노즐을 통해 상기 믹서로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 흡수탑은 상기 탄화수소 개질기로부터 전달된 이산화탄소가 흡수탑 하부에 설치된 메쉬망을 통과하면서 미세 방울로 미립화되고, 흡수탑 상부를 가로지르도록 설치된 배관을 통해 믹서로부터 흡수탑 내부로 공급된 염기성 알칼리 혼합액은 상기 배관의 일측에 일정 간격마다 설치된 다수의 노즐을 통해 상방을 향해 분수 형상으로 분출되면서 미세 액적으로 미립화된 후 미립화된 이산화탄소와 반응됨에 의해 이산화탄소를 포집한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메쉬망과 배관 사이에는 미립화된 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 유동성을 증가시켜 반응을 촉진하기 위한 교반기가 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 메쉬망과 배관 사이에는 미립화된 염기성 알칼리 혼합액 중 일정 크기 이하의 미세 액적만 선택적으로 통과시키기 위한 미세 액적 스크린이 더 구비된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 분리기는 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및 상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 반응기는 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함한다.
개시된 기술의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 종래 제선공정 상에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래 제선공정에서 발생되는 배가스 중의 산소 및 수소 가스를 추출하여 이를 고로의 연료로 재사용함으로써 이산화탄소 저감을 위한 석탄 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래 제선공정에서 염기성 알칼리 혼합액을 사용하여 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소 반응물을 식품 첨가제, 세제, 비누 원료, 첨단 의료산업, 폐수처리 등 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있어 수익 창출까지 가능하므로 기존 기술 대비 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 고로를 이용하는 제선 공정의 종래 용철 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소생성기의 개념도이다.
도 6은 도 5에 도시된 B 부분의 확대도이다.
도 7은 도 5에 도시된 A 부분의 확대도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기의 이산화탄소 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시에에 따른 용철 제조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템은, 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로(100)가 구비된다.
또한, 상기 용융가스화로(100)에 연결되고, 상기 용융가스화로(100)에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 상기 환원철을 용융가스화로(100)에 제공하는 환원로(200)가 구비된다.
또한, 철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로(400)가 구비되는데, 이때 상기 환원로(200) 및 고로(400)의 사이에는 상기 환원로(200)의 배가스로부터 이산화탄소를 제거 및 이산화탄소 반응물을 생성한 후 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로(400)에 취입하는 반응기(300)가 구비된다.
또한, 상기 반응기(300)로부터 생성된 이산화탄소 반응물을 이용하여 수소와 산소 가스를 생성하고, 생성된 수소 가스를 고로(400)에 연료로서 공급함과 함께 생성된 산소 가스를 용융가스화로(100)에 공급하는 수소생성기(500)가 구비된다.
구체적으로, 도 3을 참조하면 상기 반응기(300)는 환원로(200)로부터 환원가스를 전달받아 염기성 알칼리 혼합액과 반응시킴으로써 배가스 중의 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하며, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하고, 상기 이산화탄소 반응물을 회수하여 저장하며, 최종적으로 상기 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 외부로 배출할 수 있다.
여기서, 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하며, 상기 잔여 배가스는 상기 고로(400)에 투입되는 상기 이산화탄소가 제거된 환원가스이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 용철 제조 공정에서는 환원로(200)에 철광석이 장입되어 환원되고, 이때 상기 환원로(200)에 장입되는 철광석은 사전 건조된 후에 환원로(200)를 통과하면서 환원철이 제조되어진다.
이때, 상기 환원로(200)는 유동층형 환원로일 수 있으며, 분철광석 및 용융가스화로(100)로부터 환원가스를 공급받아 그 내부에 유동층을 형성한다.
또한, 상기 반응기(300)는 환원로(200)로부터 전달되는 배가스, 즉 환원가스 중의 이산화탄소의 함량을 저감하고, 상기 이산화탄소가 저감된 환원가스를 고로(400)에 전달한다. 이러한 상기 반응기(300)의 구성에 대해서는 후술하는 도 4에서 보다 자세히 살펴보기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(300)를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(300)는 철강 제조 공정 중 하나인 제선 공정상에서 배출되는 배가스, 즉 환원가스 중의 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨으로 탄소자원화시킬 수 있는 구조를 갖는다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 반응기(300)는 염기성 알칼리 용액을 이용하여 상기 환원로(200)에서 배출된 배가스, 즉 환원가스 중의 이산화탄소를 포집하는 반응기로서, 흡수탑(310), 이산화탄소 포집부(311), 믹서(330), 분리기(340), 탄소자원 저장소(341) 및 배출부(350)를 포함한다.
상기 흡수탑(310)은 이산화탄소를 포집하는 시설, 건물, 설비 등을 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 흡수탑(310)의 하단에 위치하는 이산화탄소 포집부(311)는 흡수탑(310)의 일부분이며, 배가스를 버블링하여 이산화탄소를 포집하는 부분을 의미하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(310)은 이산화탄소가 포집되는 이산화탄소 포집부(311)를 하단에 포함하여, 염기성 알칼리 혼합액과 배가스(배가스 마이크로버블)를 반응시켜 제철소의 제선 공정상에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소만을 포집한다. 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집한 후, 상기 흡수탑(310)에는 이산화탄소가 제거된 배가스가 기체 상태로 남아있는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(310)은 상부에 노즐이 설치되어 믹서(330)로부터 상기 노즐을 통해 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(310) 내에 분사되고, 하단의 이산화탄소 포집부(311)에 모인다. 상기 염기성 알칼리 혼합액이 분사되는 동시에 환원로(200)으로부터 공급된 배가스, 즉 환원가스가 흡수탑(310) 하부의 이산화탄소 포집부(311) 내의 버블러(313)를 통과하여 마이크로버블(microbubble)이 생성된 배가스가 공급되며, 상기 이산화탄소 포집부(311) 내에서 염기성 알칼리 혼합액과 배가스 마이크로버블이 반응하여 이산화탄소를 포집한다. 상기 마이크로버블은 염기성 알칼리 혼합액에 배기 가스를 반응시킬 때 환원로(200)의 출구에 미세한 구멍이 형성된 버블러(313)를 통과하면서 버블이 형성된다.
상기 버블러(313)는 환원로(200)으로부터 공급된 배가스를 통과시킴으로써 배가스에 마이크로버블을 형성할 수 있고, 상기 마이크로버블은 버블의 크기가 작을수록 배가스와 알칼리 용액의 반응면적이 넓어져 이산화탄소의 포집 능력이 증가하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로버블은 약 50 ㎛ 이하의 크기를 가지는 수용액 상에 존재하는 기포를 의미하는 것일 수 있다.
상기 버블러(313) 이외에도 흡수탑 내에 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플(508)이 더 추가될 수 있다.
또한, 상기 흡수탑(310)은 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)(312)를 포함하여 흡수탑(310) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 노즐(318, 도 8 참조)은 다수의 노즐을 포함할 수 있고, 1단 이상의 단으로 형성될 수 있다. 상기 노즐(318, 도 8 참조)은 믹서(330)와 연결되어 믹서(330)로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급할 수 있다.
상기 흡수탑(310)은 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬 복합 배열로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 흡수탑(310)은 배기 가스의 유속이 빠른 경우 직렬로 배열하는 것일 수 있다. 유속이 빨라 반응이 안된 이산화탄소가 흡수탑에서 배출되는 경우 흡수탑을 직렬로 설치하여 미반응 이산화탄소를 포집할 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 흡수탑(310)은 배기 가스의 유량이 많은 경우 병렬로 배열하는 것일 수 있다. 배기 가스의 유량이 흡수탑이 포집할 수 있는 양을 초과하는 경우 흡수탑을 병렬로 하여 포집 가능한 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다.
상기 반응기(300)는 이산화탄소를 포함하는 모든 배가스를 활용할 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제철소의 제선 공정상의 환원로(200)에서 발생된 환원가스 또는 다른 기체와의 혼합 가스일 수 있다.
상기 믹서(330)은 염기성 알칼리 용액 저장조(331)에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원(332)에서 공급된 물을 혼합하여, 상기 흡수탑(310)의 노즐(318, 도 8 참조)로 공급한다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물이 혼합된 염기성 알칼리 혼합액은 공급량 또는 필요량이 많아질 경우 별도로 연결된 바이패스(by-pass)(336) 라인을 이용하여 공급할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 혼합비가 증가할수록 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 혼합비를 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원(332)은 시스템 설치 장소에서 용이하게 구할 수 있는 모든 용수를 포함할 수 있고, 예를 들어, 해수일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH12, pH12.1, pH12.2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 흡수탑(310) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 흡수탑(110) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집을 하지 못하기 때문에, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH를 맞추기 위해, 상기 염기성 알칼리 용액과 물의 양은 각각의 밸브(333, 334)에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서(330)로 공급될 수 있다.
상기 흡수탑(310) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만(level indicator로 측정)으로 낮아지면 상기 믹서(330)에서 밸브(335)를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 용액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단될 수 있다. 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(310)으로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리기(140)에서 나가는 용액의 양이 동일해야 지속적으로 이산화탄소 포집 시스템을 유지할 수 있기 때문에, 상기 흡수탑(310)에서 분리기(340)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(310)에 공급되도록 밸브(335)(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(310)의 이산화탄소 포집부(311)에서 염기성 알칼리 혼합액과, 환원로(200)에서 배출되는 배가스가 반응하여 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액은 밸브(314)를 통해 분리기(340)로 이동하여, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다.
상기 분리기(340)는 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 원심분리기와, 상기 원심분리기로부터 분리된 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막을 포함할 수 있다. 이를 통해 고순도의 탄산수소나트륨을 획득하여 바로 판매할 수 있어 수익을 얻을 수 있다.
상기 진동분리막에 형성된 미세 구멍의 크기는 10~20㎛일 수 있으며, 진동분리막의 진동을 유발시키기 위해서 진동발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 진동발생부는 탄산수소나트륨에 의해 상기 미세 구멍이 막히는 것을 방지하기 위해 배치될 수 있다.
상기 분리된 이산화탄소 반응물은 탄소자원 저장소(341)로 이동하여 다른 용도로 자원화하여 재활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 <반응식 1>에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 1>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(342)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액에 함유되어 있던 일라이트 광물 및 물 등을 포함할 수 있다.
상기 탄소자원 저장소(341)는 제철소가 원료조달을 위해서 바닷가에 있는 점이 고려된 이산화탄소 반응물 저장소로서, 종래의 이산화탄소 저장장치보다 더 효율적으로 이산화탄소 포집 반응물인 탄소 자원를 저장하는 동시에 저장비용 및 수용비용을 절감할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄소자원 저장소(341)는 염기성 알칼리 혼합액과 제철소에서 발생된 이산화탄소가 반응하여 발생된 이산화탄소 반응물을 수용하는 해상구조물; 상기 이산화탄소 반응물을 상기 해상구조물로 로딩(loading)하는 인입 유닛; 상기 해상구조물과 연결되어 상기 해상구조물 내의 상기 이산화탄소 반응물을 언로딩(unloading)하는 배출 유닛; 및 상기 해상구조물에 수용된 상기 이산화탄소 반응물을 로딩/언로딩시에 상기 인입 유닛 및 상기 배출 유닛을 제어하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다. 이를 통하여 더 효율적으로 탄소자원을 해상구조물에 저장하고, 저장된 탄소자원이 필요한 경우에 해상구조물로부터 인출하여 활용할 수 있다.
바람직하게, 상기 해상구조물은 액체 수송 운반선을 포함하는 부유식 해상구조물로서, 이에 한정되는 것은 아니며 해상에서 떠 있거나 이동하는 등 각종 다양한 작업을 수행할 수 있는 구조물이라면 어떤 것이든 포함될 수 있다. 구체적으로는, LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV 중 선택된 어느 하나인 것이 가능하다.
한편, 상기 이산화탄소 포집부(311)에서 이산화탄소 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스는 배출부(350)를 통해 배출된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 배출부(350)를 통해 배출되는 잔여 배가스는 이산화탄소가 제거된 환원가스로 상기 고로(400)에 투입된다.
또한, 상기 잔여 배가스는 배출 시 이산화탄소의 농도가 규제 기준치를 초과할 수 없으므로, 상기 잔여 배가스가 배출될 대기 속 이산화탄소의 농도를 기준으로 하여(관리자가 미리 대기의 이산화탄소 농도의 측정 후 설정한 기준) 기준을 초과하지 않는 잔여 배가스를 배출할 수 있다.
상기 반응기(300)는, 상기 흡수탑(310) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(360); 및 상기 모니터링부(360)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부(361);를 더 포함할 수 있다.
상기 반응기(300)의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(360)에서 관리하며, 모니터링부(360)에서 나타내는 값을 기반으로 제어부(361)를 조절한다. 상기 제어부(361)에서 입력되는 값에 대하여 밸브들(314, 333, 334, 335)이 퍼센테이지로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템은 제철소의 제선공정 상에서 발생하는 배가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨으로 변환시킴으로써 다른 유용한 물질로의 자원화가 가능하다.
한편, 상기 탄소자원 저장소(341)와 분리기(340) 사이에는 밸브(343)가 더 구비되고, 상기 밸브(343)의 유로전환 및 개폐동작에 의해 상술한 바와 같이 흡수탑(310)에서 생성된 이산화탄소 반응물을 탄소자원 저장소(341)로 보내거나 수소생성기(500)로 선택적으로 보낼 수 있다.
수소생성기로 보내진 이산화탄소 반응물은 전기분해를 통해 수소와 산소 가스가 추출된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하는 도 5 내지 도 7에서 상세히 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소생성기(500)의 개념도이고, 도 6은 도 5에 도시된 B 부분의 확대도이며, 도 7은 도 5에 도시된 A 부분의 확대도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 수소생성기(500)는 반응기(300)로부터 분리된 이산화탄소 반응물인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 공급하기 위한 이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)와, 이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)로부터 공급된 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 전기 분해의 전해액으로 사용하여 전기 분해를 통해 수소 가스와 산소 가스를 형성하는 수전해셀(540)과, 수전해셀(540)에 전류를 인가하기 위한 전원 인가부(510) 및 인버터(520)를 구비할 수 있다.
이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)는 반응기(300)로부터 분리된 이산화탄소 반응물인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 이산화탄소 반응물 유입 유로(522)를 통해 공급받아 전해액으로서 저장하며, 이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)에 저장된 이산화탄소 반응물을 수전해셀(540)로 공급하는 전해액 공급 유로(532)와 연결된 이산화탄소 반응물 유입구(524)를 구비할 수 있다.
이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)에는 수소생성기(500)의 전기 분해의 전해액인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 펌핑을 위한 펌프 등이 마련될 수 있다.
수전해셀(540)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 음극(-) 전극판 및 양극(+) 전극판과, 이들 전극판 사이에 배치되는 전해질막인 격막(542)과, 상기 이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)로부터 공급받은 이산화탄소 반응물을 수용하고 수소 저장 탱크(585) 및 산소 저장 탱크(590)과 연결되는 한쌍의 분리된 전해조(530)와, 전해조(530)의 이산화탄소 반응물을 전기분해하여 생성된 수소 가스 및 산소 가스를 배출하는 기체 배출부와, 전기분해에 의해 반응이 일어나지 않은 이온 물질을 배출하기 위한 드레인(550)을 구비할 수 있다.
바람직하게는, 이산화탄소 반응물 공급 탱크(531)에 저장된 이산화탄소 반응물이 전극판과 접촉되는 것을 방지하기 위해 비전도체로 형성된 패킹(545)과, 전원 인가부(510)의 전력에 의하여 선택적으로 이산화탄소 반응물 유입 유로(522)의 개폐 여부를 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 더 구비할 수 있다.
이러한 수전해셀(540)은 하기 반응식 2에서와 같이, 양쪽의 전극판이 본 발명의 전해액인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 공급받은 상태에서 전원 인가부(510) 및 인버터(520)에 의해 전력 인가에 의해 DC 모선(521)을 통해서 통전됨에 따라 수소(H2) 가스와 산소(O2) 가스를 발생시키게 된다.
<반응식 2>
·환원전극(음극) 반응 :
Na2CO3+ CO2+ 2H2O + 2e- → 2NaOH+ 2CO2+ 2OH- + H2
2NaHCO3 + 2e- → 2NaOH+ 2CO2+ 2OH- + H2
·산화전극(양극) 반응 :
Na2CO3 + CO2 + H2O - 2e- → 2NaOH + 2CO2 + 2H+ + O2
2NaHCO3 - 2e- → 2NaOH + 2CO2 + 2H+ + O2
즉, 이때 수전해셀(540)에 공급된 전해액인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)은 음극 전극판 표면에서 해리되면서 수소 가스를 배출하고, 산소 이온이 전해질막인 격막을 통해 이동하여 전자를 방출하면서 양극 전극판 상에서는 산소 가스가 배출되는 것이다. 여기서, 상기 반응식 2에서 반응이 일어나지 않은 이온 물질은 드레인(550)을 통해 수소생성기(500)의 슬러지 회수부(600)로 이송될 수 있다.
상술한 과정을 통해서 수전해셀(540)로부터 배출되는 수소 가스는 수소 배출 유로(570)를 통해서 배출되어 필터 및 압축기를 거치면서 고순도의 수소 가스가 수소 저장 탱크(585)로 저장되고, 저장된 수소 가스는 고로(400)에 석탄을 대체하는 연료로서 공급됨으로써 온실가스의 발생을 저감함과 동시에 석탄 사용 효율을 향상시킬 수 있다.
마찬가지로 수전해셀(540)로부터 배출되는 산소 가스는 산소 배출 유로(575)를 통해서 배출되어 필터 및 압축기를 거치면서 고순도의 산소 가스가 산소 저장 탱크(590)에 저장될 수 있다. 상기 산소 저장 탱크(590)에 저장된 산소 가스는 용융가스화로(100)의 풍구(130, 도 3 참조)에 공급됨으로써 환원가스의 생산에 이용될 수 있다.
한편, 물을 수전해액으로 사용하는 종래 수전해 기술의 캐소드에서는 환원 과정 중에 반응물로서 OH-라디칼이 생성되며, 상기 OH-라디칼은 애노드에서 산화를 통해 발생되는 산소(O2) 그리고 캐소드에서 환원을 통해 발생되는 수소(H2)와 재결합하기 쉬워 물(H2O)이 생성되기 때문에 결과적으로 수소(H2)의 발생 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명은 이산화탄소 반응물인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 전기 분해의 수전해액으로 사용함으로써, 종래 수전해 기술의 반응에서 분해된 OH-라디칼과 수소(H2) 및 산소(O2)의 재결합을 상기 이산화탄소 반응물인 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 방지하여 결과적으로 수소(H2)의 발생 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 수전해 반응을 통해서 Na+ 이온이 해리되어 있으므로 전기전도도 증가로 인한 수소(H2) 가스의 생성량도 증가될 수 있어 종래 기술의 문제점을 해소할 수 있는 효과를 가진다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기의 이산화탄소 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑(310)의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
상기 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기의 흡수탑 구성은 도 4의 일 실시예 구성에 더해 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 반응을 촉진하기 위한 세부 구성이 추가될 수 있다.
상기 다른 실시예에 따른 흡수탑(310)은, 상기 환원로(200)로부터 전달된 이산화탄소가 흡수탑(310) 하부에 설치된 메쉬망(315)을 통과하면서 마이크로버블로 미립화된다.
또한, 상기 흡수탑(310) 상부를 가로지르도록 설치된 배관(317)을 통해 믹서(330, 도 4 참조)로부터 흡수탑(310) 내부로 공급된 염기성 알칼리 혼합액은 상기 배관(317)의 일측에 일정 간격마다 설치된 다수의 노즐(318)을 통해 상방을 향해 분수 형상으로 분출되면서 미세 액적으로 미립화된다.
또한, 상기 메쉬망(315)과 배관(317) 사이에는 미립화된 염기성 알칼리 혼합액 중 일정 크기 이하의 미세 액적만 선택적으로 통과시키기 위한 미세 액적 스크린(319)이 더 구비될 수 있다.
앞서 도 4의 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 상기 메쉬망(315)과 미세 액적 스크린(319)에 의해 생성된 마이크로버블 및 미세 액적은 그 크기가 작을수록 이산화탄소와 알칼리 용액의 반응면적이 넓어져 이산화탄소의 포집 능력이 증가될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로버블 및 미세 액적은 약 50 ㎛ 이하의 크기를 갖는 것일 수 있다.
이후, 상기와 같이 미세 액적으로 미립화된 염기성 알칼리 혼합액은 앞서 메쉬망(315)에 의해 미립화된 이산화탄소와 접촉에 의해 반응이 촉진되면서 이산화탄소를 활발히 포집한다.
또한, 상기 메쉬망(315)과 배관(317) 사이에는 미립화된 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 유동성을 증가시켜 반응을 촉진하기 위한 교반기(316)가 더 구비될 수 있다.
상기 교반기(316)는 프로펠러 형태로 회전하면서 미립화된 염기성 알칼리 혼합액과 이산화탄소의 체류 시간과 접촉 시간을 증가시킴으로써 두 물질 간의 반응이 더욱 촉진될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 용융가스화로
130 : 풍구
140 : 환원철 성형기
200 : 환원로
300 : 반응기
310: 흡수탑
311: 이산화탄소 포집부
312: 레벨 인디케이터
313: 버블러
314, 333, 334, 335, 343 : 밸브
315 : 메쉬망
316 : 교반기
317 : 배관
318 : 노즐
319 : 미세 액적 스크린
330 : 믹서
331 : 염기성 알칼리 용액 저장조
332 : 급수원
336 : 바이패스(by-pass)
340 : 분리기
341 : 탄소자원 저장소
342 : 폐수 처리조
350 : 배출부
360 : 모니터링부
361 : 제어부
400 : 수소생성기
410 : 전원 인가부
420 : 인버터
421 : DC 모선
422 : 이산화탄소 반응물 유입 유로
423 : 슬러지 배출 유로
424 : 이산화탄소 반응물 유입구
430 : 전해조
431 : 이산화탄소 반응물 공급 탱크
432 : 전해액 공급 유로
440 : 수전해셀
442 : 격막
445 : 패킹(packing)
450 : 드레인(drain)
470 : 수소 배출 유로
475 : 산소 배출 유로
480 : 필터
485 : 수소 저장 탱크
490 : 산소 저장 탱크

Claims (16)

  1. 환원철 및 괴상 탄재가 장입되어 용철을 제조하는 용융가스화로;
    상기 용융가스화로에 연결되고, 상기 용융가스화로에서 배출되는 환원가스를 이용하여 철광석을 환원철로 제조하고, 상기 환원철을 용융가스화로에 제공하는 환원로;
    철광석과 코크스가 장입되어 용철을 제조하는 고로;
    상기 환원로 및 고로의 사이에 구비되어 상기 환원로의 배가스인 환원가스로부터 염기성 알칼리 혼합액을 분사하여 이산화탄소를 제거 및 반응물을 생성한 후 이산화탄소가 제거된 배가스를 고로에 취입하는 반응기; 및
    상기 반응기로부터 생성된 반응물 중에서 이산화탄소 반응물을 이용하여 수소와 산소 가스를 생성하는 수소생성기;를 포함하고,
    상기 반응기는 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하고, 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소생성기에서 생성된 수소 가스는 고로에 연료로서 공급하거나 수소 저장탱크에 저장하고, 생성된 산소 가스는 용융가스화로에 공급하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액은,
    SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;
    Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및,
    사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기는,
    상기 염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서;
    상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑;
    상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및
    상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소를 포함하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수탑은 상부에 설치된 다수의 노즐을 통해 상기 믹서로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 흡수탑은 상기 탄화수소 개질기로부터 전달된 이산화탄소가 흡수탑 하부에 설치된 메쉬망을 통과하면서 미세 방울로 미립화되고, 흡수탑 상부를 가로지르도록 설치된 배관을 통해 믹서로부터 흡수탑 내부로 공급된 염기성 알칼리 혼합액은 상기 배관의 일측에 일정 간격마다 설치된 다수의 노즐을 통해 상방을 향해 분수 형상으로 분출되면서 미세 액적으로 미립화된 후 미립화된 이산화탄소와 반응됨에 의해 이산화탄소를 포집하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 메쉬망과 배관 사이에는 미립화된 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 유동성을 증가시켜 반응을 촉진하기 위한 교반기가 더 구비되는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 메쉬망과 배관 사이에는 미립화된 염기성 알칼리 혼합액 중 일정 크기 이하의 미세 액적만 선택적으로 통과시키기 위한 미세 액적 스크린이 더 구비되는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리기는 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및
    상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
  16. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응기는 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함하는,
    제철소용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화, 및 수소 생산 시스템.
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