KR20240022232A - 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치는 알칼리 흡수액으로 산성가스를 포함하는 배가스 중의 산성가스를 흡수하여 정제된 배가스를 배출하고, 산성가스 함유 흡수액을 배출하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 배출된 산성가스 함유 흡수액과 산화칼슘을 포함하는 산업부산물의 탄산화 반응이 일어나는 탄산화 반응기; 및 상기 탄산화 반응 이후 재생된 흡수액을 흡수탑으로 공급시키는 알칼리 흡수액 순환장치;를 포함함으로써 산성가스(CO2, SO2 등)를 흡수하는 공정과 광물 탄산화 공정을 분리하여 각 공정의 제어가 용이하며, 산업부산물과 산성가스 함유 흡수액을 따로 분리시킴으로써 기존의 슬러리 상으로 운전하고 있는 직접 광물 탄산화 기술의 한계인 산업부산물의 입도에 따른 이송 문제를 해결하여 산업부산물의 입도 크기에 영향을 받지 않으며, 탄산화 반응기를 활용하여 광물 탄산화 기술을 연속적으로 적용함으로써 광물 탄산화의 효율 증대 및 생산설비 단순화를 실현할 수 있다.
Description
본 발명은 광물 탄산화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 산업부산물을 이용한 광물 탄산화 장치에 관한 것이다.
제철 공정에서 발생하는 산업부산물인 슬래그는 고로 슬래그와 제강 슬래그가 있으며, 고로 슬래그의 경우 시멘트 원료나 비료 생산용 등으로 대부분 사용되고 있고, 제강 슬래그의 경우 약 55% 수준이 도로용이나, 성복토용의 건설소재로 사용 중이다. 제강 슬래그는 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소 성분을 제거하는 공정에서 발생하며 다량의 산화칼슘(CaO)이 포함되어 있다.
산업부산물 내의 산화칼슘 성분은 하기 식 1과 같이 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘(CaCO3) 형태의 탄산염을 생산하면서 이산화탄소를 안정적으로 저장할 수 있다.
CaO + CO2 → CaCO3 (1)
산업부산물과 이산화탄소가 반응하는 탄산화 반응은 이산화탄소가 물에 용해되는 기작이 율속단계(rate determining step)로, 이산화탄소를 물에 용해된 형태로 산업부산물에 공급할 경우 탄산칼슘을 생성하는 속도를 빠르게 할 수 있어서 대용량의 이산화탄소 처리가 용이하다는 장점을 가지고 있다.
그러나 배가스 중의 이산화탄소를 물에 녹이기 위해서는 열역학적인 용해도 한계로 이산화탄소를 충분히 용해하지 못하기 때문에 산업부산물의 광물 탄산화 효율을 높이는데 한계가 있다.
이러한 산업부산물을 처리하기 위해 활용하는 광물 탄산화 기술은 산업부산물 자체에 포함된 알칼리 또는 알칼리토 금속 성분과 이산화탄소의 직접 반응을 통해 탄산염(CO3 2-)을 형성함으로써 이산화탄소를 안정적으로 저장하고 탄산염 제품을 생산하는 기술로, 직접 탄산화 기술과 간접 탄산화 기술이 있다.
간접 탄산화 기술은 산업부산물로부터 유효 금속성분(알칼리, 알칼리토금속)을 용출한 후 이산화탄소를 주입함으로써 탄산염을 생성하는 기술이다. 간접 탄산화 기술은 유효 금속성분을 추출하는데 별도의 약품이 소요되며, 이산화탄소의 용해속도를 향상시키기 위해 추가 약품을 주입하는 과정에서 폐수 발생에 따른 문제가 발생할 수 있다. 또한, 간접 탄산화 기술에 사용되는 용제는 증류수, 각종 산(acid), 암모늄염 및 다양한 킬레이트제가 사용되어 왔다. 그러나 증류수는 칼슘을 용출하는 능력이 부족하고, 산을 이용하는 경우 용출액의 pH가 너무 낮아 유효 금속성분 용출 이후의 탄산화반응에 적합하지 않으며, 그 외의 용제들은 칼슘 용출 및 탄산화 효율이 높으나 용제의 비용이 높아 경제성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 직접 탄산화 기술은 수분이 포함된 상태의 산업부산물에 이산화탄소가 포함된 가스를 직접 주입함으로써 산업부산물에 포함된 알칼리/알칼리토 금속 성분과 이산화탄소를 직접 반응시켜 탄산염을 만드는 기술이다.
다만, 직접 탄산화 기술은 연속식으로 광물탄산화 기술을 구현하기 위해 산화칼슘이 포함된 산업부산물을 분쇄하여 분말상으로 공급함으로써 파쇄 공정에 추가 에너지가 소요되고, 이산화탄소가 물에 용해되고, 그 이후 산업부산물과 반응하므로 이산화탄소 용해량의 조절이 어렵고, 산업부산물과의 반응 속도를 제어하기 어렵기 때문에 안정적인 품질의 탄산염 제품의 확보와 반응 제어가 어렵다는 단점이 있다. 아울러 반응기 내에서 물(액체), 산업부산물(고상), 이산화탄소(기체)를 따로 취급해야 하며 이들 물질의 유동을 확보하기 위해 기계 장치 또는 배가스의 블로잉(Blowing)에 소요되는 에너지 수준이 높다는 단점을 가지고 있다.
또한, 기존의 직접 탄산화 반응의 반응 종료시점에 대한 명확한 기준 없이 단순하게 이산화탄소 흡수 용액의 pH가 7 수준으로 완전히 떨어지는 시점을 직접 탄산화 반응의 종료시점으로 설정하여 운영하고 있는데, 이러한 반응 종료 시점 설정으로 인해 반응 시간 전체 기준으로 동일하게 이산화탄소 제거 효율을 유지할 수 있는 이산화탄소 저감설비로서의 연속적이면서도 안정적인 운전에 대한 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명은 산성가스(CO2, SO2 등) 흡수 공정과 광물 탄산화 공정을 분리하여 각 공정의 제어가 용이한 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 활용한 직접 탄산화 장치를 제공하고자 한다.
나아가, 본 발명은 산화칼슘을 포함하는 산업부산물과 산성가스 함유 흡수액을 따로 분리시키고 산성가스를 흡수하는 공정과 산업부산물의 이송 및 탄산화공정을 일체화함으로써 산업부산물 입도 크기에 영향을 받지 않으며, 탄산화 반응기를 활용하여 광물 탄산화 기술을 연속적으로 적용함으로써 광물 탄산화 효율 증대 및 생산설비 단순화를 실현하는 광물 탄산화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은, 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치를 제공하며, 상기 장치는 알칼리 흡수액으로 산성가스를 포함하는 배가스 중의 산성가스를 흡수하여 정제된 배가스를 배출하고, 산성가스 함유 흡수액을 배출하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 배출된 산성가스 함유 흡수액과 산화칼슘을 포함하는 산업부산물의 탄산화 반응이 일어나는 탄산화 반응기; 및 상기 탄산화 반응기에서 재생된 알칼리 흡수액을 흡수탑으로 공급하는 알칼리 흡수액 순환장치;를 포함할 수 있다.
본 발명은 산성가스(CO2, SO2 등)를 흡수하는 공정과 광물 탄산화 공정을 분리하여 각 공정의 제어가 용이하다.
나아가, 본 발명은 산화칼슘을 포함하는 산업부산물과 산성가스 함유 흡수액을 따로 분리시킴으로써 기존의 슬러리 상으로 운전하고 있는 직접 광물 탄산화 기술의 한계인 산업부산물 입도에 따른 이송 문제를 해결하여 산업부산물 입도 크기에 영향을 받지 않으며, 탄산화 반응기를 활용하여 광물 탄산화 기술을 연속적으로 적용함으로써 광물 탄산화 효율 증대 및 생산설비 단순화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 광물 탄산화 장치를 나타내는 공정도이다.
도 2 및 3은 본 발명의 탄산화 반응 실험에서 산화칼슘(CaO) 공급량에 따른 산화칼슘(CaO) 활용률을 나타낸 그래프이다.
도 2 및 3은 본 발명의 탄산화 반응 실험에서 산화칼슘(CaO) 공급량에 따른 산화칼슘(CaO) 활용률을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명은 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치로, 구체적으로 산성가스 흡수 공정과 광물 탄산화 공정을 분리하여 각 공정의 제어가 용이하며, 산화칼슘(CaO)을 포함하는 산업부산물과 산성가스 함유 흡수액을 따로 분리시킴으로써 산업부산물의 입도 크기에 영향을 받지 않으며, 탄산화 반응기를 활용하여 광물 탄산화 기술을 연속적으로 적용함으로써 광물 탄산화 효율의 증대 및 연속 생산을 위한 생산설비 단순화를 실현하고자 한다.
이하, 본 발명의 광물 탄산화 장치에 대하여 설명한다.
본 발명은 산성가스를 포함하는 배가스 내의 CO2와 SO2 등의 산성가스를 흡수하는 배가스 정제 장치로서, 흡수탑(100), 탄산화 반응기(200) 및 알칼리 흡수액 순환장치(300)를 포함한다. 본 발명에 대한 광물 탄산화 장치의 공정도를 도 1에 개략적으로 나타내었다.
도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 흡수탑(100)은 하부에서 산성가스를 포함하는 배가스가 배가스 유입구(101)로 공급되어 상부로 이동하며, 흡수탑(100) 상부에서 주입된 알칼리 흡수액에 의해 배가스 중의 산성가스가 흡수 제거되고, 탑상부의 정제된 배가스 배출구(102)를 통해 배출될 수 있다. 상기 알칼리 흡수액은 상기 정제된 배가스 배출구(102)의 하단에 위치하는 흡수액 주입구(미도시)를 통해 주입되며, 주입된 흡수액은 배가스 중의 산성가스를 흡수한 후 흡수탑(100) 하단에 위치하는 산성가스 함유 흡수액 배출구(103)를 통해 배출될 수 있다.
상기 알칼리 흡수액은 배가스 중의 산성가스를 흡수하는데 적합하게 사용될 수 있는 알칼리라면 특별히 제한되지 않으나, 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산나트륨(Na2CO3), 탄산칼륨(K2CO3) 등에서 선택될 수 있으며, 구체적으로는 수산화나트륨일 수 있다. 이하 알칼리 흡수액 중 수산화나트륨 흡수액을 예시로 하여 설명한다.
상기 수산화나트륨 흡수액은 하기 식 2 및 3의 탄산화 반응에 의해 배가스 중에 포함된 이산화탄소를 제거할 수 있으며, 동시에 식 4 및 5와 같이 이산화황을 제거할 수 있다.
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O (2)
NaOH + CO2 → NaHCO3 (3)
2NaOH + SO2 → Na2SO3 + H2O (4)
2Na2SO3 + O2 → 2Na2SO4 (5)
상기 식 2 및 3에 따르면, 이산화탄소는 수산화나트륨과 반응하여 탄산나트륨(Na2CO3) 뿐만 아니라, 탄산수소나트륨(NaHCO3)의 형태의 염을 형성할 수 있다. 이때, 탄산수소나트륨의 용해도는 96g/L (20℃ as 1.14 M)로, 탄산나트륨의 용해도인 341g/L (27.8℃ as 3.2 M)보다 낮으므로, 산성 가스 흡수 과정에서의 수산화나트륨에 의해 염이 석출될 가능성이 있기 때문에 수산화나트륨과 산성가스가 반응하여 생성되는 염이 석출되지 않는 조건에서의 운전 (20℃ NaOH 4.56 중량% 이하) 또는 이산화탄소를 탄산나트륨의 형태로 용해시키는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 흡수액의 농도의 하한은 없으나, 구체적으로 1.0 중량% 내지 4.6 중량%일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 4.0 중량% 내지 4.5중량%일 수 있다. 상기 알칼리 흡수액의 농도가 1.0 중량% 미만이면 알칼리 흡수액에 흡수되는 산성가스의 양이 낮아짐에 따라 많은 양의 산성가스를 흡수하기 위해 흡수액의 순환량이 증가하여 광물 탄산화 장치의 크기가 지나치게 커질 수 있으며, 4.6 중량%를 초과하면 탄산수소나트륨 또는 탄산수소칼륨 등으로 용해되는 이산화탄소 또는 이산화황의 양이 증가하여 고체 형태로 석출될 수 있기 때문에 흡수탑(100)의 막힘 등의 문제가 발생할 수 있다.
한편, 본 발명의 광물 탄산화 장치는 연속적인 탄산화 반응을 위해 탄산화 반응기(200)를 포함할 수 있다. 상기 탄산화 반응기(200)의 상부(201)에서 탄산화 반응기가 진행될 수 있다. 상기 탄산화 반응기(200)는 연속적인 탄산화 반응을 위해 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 연속적으로 반응시킬 수 있으며, 탄산화 반응기(200)의 형상은 특별히 한정되지 않으나, 컨베이어 벨트의 형상일 수 있다.
상기 탄산화 반응기(200)는 탄산화 반응기 상부(201)로 공급되는 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 일정 방향으로 이송시키기 위해 일정 방향으로 연장되며 상방이 개방된 형상일 수 있다. 상기 탄산화 반응기(200)의 개방된 상부(201)는 고체인 산화칼슘을 포함하는 산업부산물이 연속적으로 공급되어도 흘러내리지 않게 양 끝이 닫힌 U자형 구조일 수 있다.
또한, 상기 탄산화 반응기 상부(201)의 액상은 하부로 배출될 수 있다. 상기 탄산화 반응기 상부(201)의 재질은 액상이 통과하는 재질로 형성될 수 있으며, 그 재질을 특별히 제한되지 않으나, 테프론 메쉬, 스테인리스 스틸 메쉬 등의 메쉬 형태일 수 있다.
한편, 상기 탄산화 반응기 상부(201)에 공급된 고상은 하부로 배출되지 않으며, 공급된 고상을 일정 방향으로 이송시킬 수 있다.
상기 탄산화 반응기(200)는 산업부산물과 흡수액에 포함된 이산화탄소 또는 이산화황의 제거 반응의 최적화를 위해 탄산화 반응기(200)의 이동 속도를 적절히 조절할 수 있다.
상기 산화칼슘을 포함하는 산업부산물은 제철 공정에서 발생하는 산업부산물로, 쇳물에 녹아 있는 탄소, 규소, 황 성분을 제거하는 공정에서 발생하고 고온의 상태에서 발생함에 따라 다량의 산화칼슘(CaO)이 포함되어 있다.
상기 산화칼슘을 포함하는 산업부산물은 특별히 제한되지는 않으나, 슬래그, 석탄회, 비산재, 시멘트 킬른 더스트, 클로린 바이패스 더스트 등으로 이루어진 그룹에서 선택될 수 있다.
상기 흡수액으로 수산화나트륨 흡수액을 사용하는 경우, 상기 탄산화 반응기 상부(201)에서는 상기 식 2의 생성물인 탄산나트륨(Na2CO3)과 상기 식 3의 생성물인 탄산수소나트륨(NaHCO3)이 산업부산물에 포함된 산화칼슘과 반응하여 하기 식 6 및 7의 탄산화 반응이 일어나고, 그 결과 이산화탄소가 탄산칼슘(CaCO3)의 형태로 침전되어 이를 안정적으로 저장될 수 있고, 반응 초기에 투입된 수산화나트륨이 재생되므로 재생된 알칼리 흡수액은 탄산화 반응기(200)의 하부로 배출될 수 있다.
CaO + Na2CO3 + H2O → CaCO3 + 2NaOH (6)
CaO + NaHCO3 → CaCO3 + NaOH (7)
또한, 상기 탄산화 반응기 상부(201)에서는 상기 탄산화 반응뿐만 아니라, 상기 식 4 및 5의 생성물인 황산나트륨(Na2SO4)이 산업부산물에 포함된 산화칼슘과 반응하여 하기 식 8의 이산화황 제거 반응이 일어나고, 그 결과 이산화황이 황산칼슘(CaSO4) 형태로 침전되어 안정적으로 저장될 수 있고, 반응 초기에 투입된 수산화나트륨이 재생되므로 재생된 알칼리 흡수액은 탄산화 반응기(200)의 하부로 배출될 수 있다.
CaO + Na2SO4 + H2O → CaSO4 + 2NaOH (8)
한편, 상기 탄산화 반응기(201)는 액체를 통과시켜 하부로 배출시키므로, 탄산화 반응 또는 이산화황 제거 반응 이후 재생된 알칼리 흡수액은 탄산화 반응기(200)의 하부로 배출된다.
한편, 상기 재생된 알칼리 흡수액은 알칼리 흡수액 순환장치(300)를 통해 흡수탑(100)으로 다시 공급됨으로써 재활용될 수 있다.
상기 광물 탄산화 장치는 상기 알칼리 흡수액을 알칼리 흡수액 순환장치(300)를 통해 흡수탑(100)으로 공급하기 전 저장하기 위해 수조(301)에 더 포함할 수 있다. 상기 수조(301)는 탄산화 반응기(200) 하부에 구비되며, 재생된 알칼리 흡수액을 저장하기 위해 상기 수조(301)의 폭, 길이는 탄산화 반응기(200)의 폭, 길이보다 넓게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 알칼리 흡수액 순환장치(300)는 수조(301)와 연결되며, 알칼리 흡수액 배출구(302)를 통해 배출된 알칼리 흡수액은 알칼리 흡수액 유입구(104)를 통해 흡수탑(100)으로 공급될 수 있다.
이때, 상기 흡수탑(100)으로 공급되는 알칼리 흡수액의 pH 및 수산화나트륨 농도를 조절하기 위해, 상기 알칼리 흡수액 순환장치(300)는 pH 또는 전도도(conductivity) 조절기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
또한, 흡수탑(100) 내의 산성가스 제거 효율을 향상시키기 위해, 상기 알칼리 흡수액 순환장치(300)는 열교환기(303)를 더 포함함으로써, 재생되는 알칼리 흡수액의 온도를 조절할 수 있다.
상기 열교환기(303)에서 냉각되어, 흡수탑(100)으로 공급되는 알칼리 흡수액은 20 내지 50℃일 수 있다. 상기 알칼리 흡수액의 온도가 20℃ 미만인 경우 흡수액 내에 용해된 염(NaHCO3, Na2CO3)이 석출되어 배관 및 흡수탑(100)의 충진제가 막히는 문제가 발생할 수 있으며, 50℃를 초과하는 경우 알칼리 흡수액에 의한 이산화탄소 및 이산화황의 흡수량이 낮아지고 흡수액이 증발되어 손실되는 문제가 발생할 수 있다.
상기 탄산화 반응기(200)는 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 저장하는 호퍼(400)를 포함할 수 있다. 상기 호퍼(400)는 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 수용하는 수용공간(401) 및 상기 수용공간(401)의 하단에 구비되며, 탄산화 반응기 상부(201)에 산업부산물을 공급하는 배출구(402)를 포함하고 있다.
상기 호퍼(400)는 탄산화 반응기(200)의 시작점 상단에 배치되어 탄산화 반응기(200)의 시작점부터 산업부산물을 공급할 수 있다.
상기 배출구(402)는 탄산화 반응기 상부(201)로 공급되는 산업부산물의 양을 임의로 조정하기 위해 조절 벨브(미도시)를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 탄산화 반응기(200)는 호퍼(400)에서 탄산화 반응기 상부(201)로 공급되는 산업부산물을 일정한 높이로 유지시키기 위해, 레벨러(leveler)를 더 포함함으로써 탄산화 반응기 상부(201)로 공급된 산업부산물의 높이를 일정하게 조절할 수 있다.
상기 탄산화 반응기(200)는 산성가스 함유 흡수액을 분사하는 흡수액 분사기(106)를 포함할 수 있다. 상기 흡수액 분사기(106)는 상기 흡수탑(100)의 산성가스 함유 흡수액 배출구(103)와 연결되어, 흡수탑(100)에서 배출된 산성가스 함유 흡수액을 분사하는 역할을 하며, 상기 탄산화 반응기 상부(201)에 미리 공급된 산화칼슘을 포함하는 산업부산물 상부로 산성가스 함유 흡수액을 분사함으로써 탄산화 반응 등을 일으킬 수 있다.
상기 산성가스 함유 흡수액은 산화칼슘을 포함하는 산업부산물이 탄산화 반응기 상부(201)로 공급된 이후 분사되어야 함이 바람직하므로, 상기 흡수액 분사기(106)는 탄산화 반응기(200)의 시작점과 중간부 사이 상단에 위치하며, 탄산화 반응기(200)의 이송방향에 있어, 호퍼(400) 다음에 배치될 수 있다.
상기 산업부산물로 공급되는 산성가스 함유 흡수액은 탄산화 반응을 위한 최적의 온도로 공급됨이 바람직하며, 이를 위해 열교환기(105)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산성가스 함유 흡수액의 pH 및 수산화나트륨 농도를 조절하기 위해 pH 또는 전도도(conductivity) 조절기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 흡수액 분사기(106)는 산업부산물의 투입량에 따라 탄산화 반응 등에 필요한 최소한의 산성가스 함유 흡수액의 양을 조절할 수 있도록 되는 것이 바람직하며, 이를 위해 조절 벨브(미도시) 등을 추가로 구비할 수 있다.
한편, 상기 탄산화 반응 후 탄산화 반응기(200) 하부로 배출되지 않고 산업부산물에 잔류하고 있는 알칼리 흡수액을 회수하기 위해, 탄산화 반응기(200)는 공정수를 분사하여 탄산화 반응기 상부(201)를 세척하는 공정수 분사기(107)를 포함할 수 있다.
상기 공정수 분사기(107)는 공정수 저장소(108)를 포함하며, 공정수 저장소(108)에 저장된 공정수를 분사할 수 있다.
상기 공정수는 산업부산물에 잔류하고 있는 알칼리 흡수액을 세척할 수 액체이며, 특별히 한정되지 않으나, 물(H20)일 수 있다.
산업부산물 세척에 사용된 공정수는 상기 탄산화 반응기(200) 하단으로 배출되어, 수조(301)에 저장될 수 있다.
상기 공정수 분사기(107)가 공정수를 분사하는 시점은 탄산화 반응 또는 이산화황 제거 반응을 마친 이후인 것이 바람직하므로, 상기 공정수 분사기(107)는 탄산화 반응기의 중간부 상단에 위치하며, 탄산화 반응기(200)의 이송방향에 있어, 흡수액 분사기(106) 다음에 배치될 수 있다.
상기 공정수는 알칼리 흡수액을 세척하기 위한 최적의 온도로 공급됨이 바람직하며, 이를 위해 열교환기(109)를 더 포함할 수 있다.
상기 탄산화 반응 및 이산화황 제거 반응의 생성물 중 고상인 탄산칼슘(CaCO3), 황산칼슘(CaSO4) 등은 탄산화 반응기(200) 하부로 배출되지 않고 이송방향을 따라 탄산화 반응기(200) 종단부로 이송되어 종단부에서 하부로 낙하하여 배출될 수 있다. 따라서, 상기 탄산화 반응기(500)는 종단부에서 낙하한 고상을 저장 및 배출하기 위해 고형물 배출 장치(500)를 더 포함할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
수산화나트륨 용액을 이용하여 이산화탄소를 용해시킨 후, 산화칼슘과의 반응을 통해 이산화탄소 제거 효율 실험을 실시하였다. 수산화나트륨 수용액에 용해된 이산화탄소 농도를 달리하여 각각 표 1 및 표 2의 조건으로 실험을 진행하였으며, 그 결과를 각각 도 2 및 도 3에 도시하였다. 도 2 및 도 3의 산화칼슘 활용률이 높을수록 탄산화 반응이 많이 일어났음을 의미한다.
| 공정 조건 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 |
| NaOH 농도(wt%) | 4.6 | 4.6 | 4.6 | 4.6 | 4.6 |
| NaOH 수용액에 용해된 CO2 농도(g/L) | 26.2 | 26.2 | 26.2 | 26.2 | 26.2 |
| Temperature(℃) | 상온 | 상온 | 상온 | 상온 | 상온 |
| CaO 공급량(g/L) | 3.3 | 6.7 | 16.7 | 33 | 0 |
| 반응시간(min) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 흡수액 중 CO2 제거량(g/L) | 0.8 | 1.8 | 2.3 | 0.8 | 0 |
| 공정 조건 | 실시예 5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 비교예 2 |
| NaOH 농도(wt%) | 4.6 | 4.6 | 4.6 | 4.6 | 4.6 |
| NaOH 수용액에 용해된 CO2 농도(g/L) | 31.7 | 31.7 | 31.7 | 31.7 | 31.7 |
| Temperature(℃) | 상온 | 상온 | 상온 | 상온 | 상온 |
| CaO 공급량(g/L) | 3.3 | 6.7 | 16.7 | 33 | 0 |
| 반응시간(min) | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 흡수액 중 CO2 제거량(g/L) | 0.8 | 1.5 | 3.3 | 3.7 | 0 |
상기 표 1에 따르면, 산화칼슘이 공급되지 않은 비교예 1 및 2의 경우, 수산화나트륨 용액에 포함된 이산화탄소가 제거되지 않았지만, 산화칼슘이 공급된 실시예 1 내지 8의 경우, 수산화나트륨 용액에 포함된 이산화탄소가 제거되고, 수산화나트륨이 재생됨을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100: 흡수탑
101: 배가스 유입구
102: 배가스 배출구 103: 산성가스 함유 흡수액 배출구
104: 알칼리 흡수액 유입구 105: 열교환기
106: 흡수액 분사기 107: 공정수 분사기
108: 공정수 저장소 109: 열교환기
200: 탄산화 반응기 201: 탄산화 반응기 상부
300: 알칼리 흡수액 순환장치 301: 수조
302: 알칼리 흡수액 배출구 303: 열교환기
400: 호퍼 401: 수용공간
402: 배출구 500: 고형물 배출 장치
102: 배가스 배출구 103: 산성가스 함유 흡수액 배출구
104: 알칼리 흡수액 유입구 105: 열교환기
106: 흡수액 분사기 107: 공정수 분사기
108: 공정수 저장소 109: 열교환기
200: 탄산화 반응기 201: 탄산화 반응기 상부
300: 알칼리 흡수액 순환장치 301: 수조
302: 알칼리 흡수액 배출구 303: 열교환기
400: 호퍼 401: 수용공간
402: 배출구 500: 고형물 배출 장치
Claims (11)
- 알칼리 흡수액으로 산성가스를 포함하는 배가스 중의 산성가스를 흡수하여 정제된 배가스를 배출하고, 산성가스 함유 흡수액을 배출하는 흡수탑;
상기 흡수탑에서 배출된 산성가스 함유 흡수액과 산화칼슘(CaO)을 포함하는 산업부산물의 탄산화 반응이 일어나는 탄산화 반응기; 및
상기 탄산화 반응기에서 재생되는 알칼리 흡수액을 흡수탑으로 공급시키는 알칼리 흡수액 순환장치;를 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기는 액상은 통과시켜 하부로 배출되며, 고상은 일정 방향으로 이송시키는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기는,
상기 탄산화 반응기의 시작점 상단에 배치되며, 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 수용하는 수용공간; 및
상기 수용공간의 하단에 구비되어 탄산화 반응기의 상부로 산화칼슘을 포함하는 산업부산물을 연속적으로 배출하는 배출구;
를 포함하는 호퍼;
를 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기는,
상기 탄산화 반응기의 시작점과 중간부 사이 상단에 배치되며, 상기 흡수탑과 연결되어 흡수탑에서 배출된 산성가스 함유 흡수액을 산화칼슘을 포함하는 산업부산물의 상부에 분사하는 흡수액 분사기;를 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기는,
상기 탄산화 반응기의 중간부 상단에 배치되며, 탄산화 반응 이후 잔류하고 있는 알칼리 흡수액을 세척하기 위해 공정수를 분사하는 공정수 분사기;를 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기의 하부에 배치되고 상기 알칼리 흡수액 순환장치와 연결되어, 상기 탄산화 반응기 하부로 배출되는 알칼리 흡수액을 저장하고, 저장된 알칼리 흡수액을 흡수탑으로 공급시키는 수조(water basin);를 더 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 탄산화 반응기의 종단부 하부에 배치되며, 고상의 탄산화 반응 생성물을 저장하는 고형물 배출 장치;를 더 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 알칼리 흡수액은 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산나트륨(Na2CO3) 및 탄산칼륨(K2CO3)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 알칼리인 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 산화칼슘을 포함하는 산업부산물은 슬래그, 석탄회, 비산재, 시멘트 킬른 더스트 및 클로린 바이패스 시스템 더스트로 이루어진 그룹에서 선택되는 적어도 하나인 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 알칼리 흡수액 순환장치는 흡수탑으로 공급되는 알칼리 흡수액의 온도를 20 내지 50℃ 냉각시키는 열교환기;를 더 포함하는 광물 탄산화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 흡수탑의 알칼리 흡수액의 농도는 20℃ 기준 1.0 내지 4.6 중량%인 광물 탄산화 장치.
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| KR1020220100655A KR20240022232A (ko) | 2022-08-11 | 2022-08-11 | 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치 |
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| KR1020220100655A KR20240022232A (ko) | 2022-08-11 | 2022-08-11 | 산업부산물을 활용한 광물 탄산화 장치 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101322370B1 (ko) | 2013-04-08 | 2013-10-29 | 극동환경화학 주식회사 | 연소 부산물과 흡수액을 이용한 배출가스 이산화탄소 포집장치 및 방법 |
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2022
- 2022-08-11 KR KR1020220100655A patent/KR20240022232A/ko unknown
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|---|---|---|---|---|
| KR101322370B1 (ko) | 2013-04-08 | 2013-10-29 | 극동환경화학 주식회사 | 연소 부산물과 흡수액을 이용한 배출가스 이산화탄소 포집장치 및 방법 |
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