WO2018151526A1 - 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘 - Google Patents

순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘 Download PDF

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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies

Definitions

  • Patent Document 1 Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0003186
  • the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a power generation system and a power generation system, which utilize power generation circuit and carbon dioxide generated in a circulating fluidized-
  • the present invention also provides a method for manufacturing a composite calcium carbonate in which carbon dioxide is solidified.
  • the composite complex calcium carbonate can be used as a concrete admixture, a mineral filler, and the like.
  • FIG. 2 is a graph showing the results of X-ray diffraction analysis of the mineralogical characteristics of the circulating fluidized bed power plant in Experimental Example 1 of the present invention.
  • Example 3 is a graph showing the pH change due to the carbon dioxide solidification in the circulating fluidized bed power plant in Experimental Example 2 of the present invention.
  • Step 1 (S10) of immersing the ash produced from the circulating fluidized bed power plant in water to prepare a mixture
  • step (S20) carbon dioxide is injected into the mixture so that the calcium oxide in the power generation cycle is mixed with calcium carbonate .
  • the carbon dioxide in step 2 may be carbon dioxide generated from the circulating fluidized bed power plant. Accordingly, the method of manufacturing complex calcium carbonate by employing carbon dioxide solubilization in a circulating fluidized bed power plant according to an aspect of the present invention can recycle the power generation cycle of a circulating fluidized bed power plant, which is a problem in recycling, and reduce carbon dioxide Therefore, it is possible to minimize the generation of environmental pollutants such as greenhouse gases and power plants.
  • Step 2 may be terminated when the pH of the mixture is below 6.5.
  • the pH can be confirmed when the carbon dioxide solidification reaction proceeds through a pH meter.
  • the calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) generated through the hydration reaction of calcium oxide ) The mixture exhibits a high basicity of pH 12, and the weakly acidic carbon dioxide is injected into the mixture, and when the carbon dioxide solidification reaction occurs, it gradually becomes neutral due to the formation of calcium carbonate. It is preferable that the formation of calcium carbonate is terminated when the pH is not more than 6 because there is no calcium ion to be reacted with the carbon dioxide to be injected into the mixture.
  • step (S30) of the step (S30) the solidified mixture of calcium carbonate is separated by solid-liquid separation.
  • the complex calcium carbonate prepared by the above methods can be solidified with 4 to 10 wt% of carbon dioxide relative to the starting material, and 5 to 8 wt% Can be employed.
  • the complex calcium carbonate can solve the problems in the conventional recycling of power generation cells and can be utilized as eco-friendly materials such as concrete admixture and abandoned mine filler.
  • the composition may comprise 5 to 50 parts by weight of the complex calcium carbonate and 0.5 to 1.5 parts by weight of the admixture, based on 100 parts by weight of the cement.
  • Step 1 Prepare a bottom ash from a domestic circulating fluidized bed power plant, immerse 100 g of the bottom ash in a container containing 1000 ml of water, pressurize at a pressure of 1 atm for 30 minutes, The mixture was stirred at a temperature of 600 rpm through a stirrer to prepare a mixture in which calcium hydroxide was formed.
  • the fly ash (Fig. 5 (b)) showed a mass reduction of 4.09 wt% at a temperature of around 800 ⁇ before carbon dioxide solidification, Thereafter, a mass reduction of 11.28 wt% was observed. Therefore, by calculating the difference in the results, the amount of carbon dioxide dissolved by the carbon dioxide solidification was 7.19 wt%. Before the solidification of carbon dioxide in the bottom ash (Fig. 5 (a)), mass reduction was observed at around 800 ° C and 1.09 wt% after carbon dioxide solidification. Therefore, by calculating the difference in the results, the amount of carbon dioxide dissolved by the carbon dioxide solidification was 6.00 wt%.
  • the complex calcium carbonate produced through Examples 1 and 2 of the present invention can recycle the circulating fluidized bed power plant, which is a problem in recycling the concrete admixture and the like, and can be reduced by utilizing the carbon dioxide generated from the power plant, It was confirmed that the generation of environmental pollutants such as gas and power generation can be minimized.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 순환유동층 발전소로부터 발생되는 발전회(ash)를 물에 침지시켜 혼합물을 제조하는 단계(단계 1); 상기 제조된 혼합물에 이산화탄소를 주입하여 상기 발전회 내의 산화칼슘을 탄산칼슘으로 형성시키는 단계(단계 2); 및 상기 탄산칼슘이 형성된 혼합물을 고액분리하는 단계(단계 3);를 포함하는, 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법을 제공한다.

Description

순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘
본 발명은 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘에 관한 것이다.
에너지 소비의 전기화 현상 심화로 전력수요가 증가함에 따라 한국 정부는 제7차 전력수급계획 및 제2차 에너지기본계획에 따라 원전 13기, 액화천연가스(LNG) 화력 14기, 석탄화력 20기의 신규 발전소를 증설할 계획이다. 이에 20기의 신규 석탄화력발전소가 건설됨에 따라 발전회(ash) 및 이산화탄소의 발생량이 증가할 것으로 예상되며, 기후변화 대응을 위한 에너지 산업의 변화 및 산업수요 변화에 따른 이산화탄소 저감 등의 융합신기술 확보가 사회적, 기술적으로 요구되고 있는 상황이다.
일반적으로 1 GW급 석탄화력발전소에서 32만톤의 발전회가 발생되며, 2010년 국내 석탄화력발전소에서 발생된 발전회는 연간 약 740만 톤이며, 7차 전력수급계획에 따라 현재의 2배 수준인 연간 약 1,500만 톤의 수준으로 증가할 것으로 예상된다. 석탄화력발전소의 발전회를 재활용하는 방법으로, 한국 공개특허 10-2010-0003186에는 화력발전소의 바닥재(bottom ash) 재처리방법을 개시하고 있으며, 더욱 상세하게는 화력발전소에서 유연탄의 연소시 불완전연소에 의한 부산물인 바닥재를 완전 연소 처리하여 미연소입자가 전혀 섞이지 않은 순수애쉬로 재처리함으로써 바닥재의 재활용이 가능하도록 구성되는 화력발전소의 바닥재 재처리방법을 제공하고 있다.
최근에는 기존 미분탄(Pulverized Coal, PC) 방식보다 저급 석탄을 포함한 비교적 광범위한 종류의 화석연료를 사용할 수 있고, 고효율 발전 및 에너지원의 소비 감소, 별도의 탈황 및 탈질 설비 없이 운영할 수 있는 순환유동층(Circulating Fludized Bed Combustion, CFBC) 방식의 발전소를 구축하고 있다. 하지만, 순환유동층 연소방식의 발전회는 화학적 특성이 미분탄 연소방식의 F급 발전회와는 달리 산화칼슘 화합물이 상대적으로 다량 함유되어 있으며, 콘크리트 혼화재로 사용할 경우 유리석회(Free CaO) 성분이 콘크리트의 이상 응결현상, 슬럼프의 손실, 지연제의 사용량 증가, 내구성 저하 등의 문제를 발생시키고, 특히 콘크리트의 팽창, 균열　등의 문제를 발생하여 물성을 저하시키는 것으로 알려져 있어, 새로운 재활용 방안 확보가 필요한 상황이다.
따라서, 석탄화력발전소에서 발생되는 발전회 및 이산화탄소 발생 증대, 발전회 처리장 용량 한계와 재활용량 및 수준의 정체로 인해 적절한 발전회 처리방안 및 추가적 환경 문제가 우려되고 있어, 이에 따른 발전회와 이산화탄소를 활용하기 위한 기술적 방법이 필요한 실정이다.
선행기술문헌 : (특허문헌 1) 한국 공개특허 10-2010-0003186
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 순환유동층 발전소에서 발생되는 발전회와 이산화탄소를 활용하되, 발전회 내에 포함되어 있는 산화칼슘(CaO)을 이산화탄소와 반응시킴으로써 발전회의 콘크리트 혼화재 등의 활용시 발생되는 문제점을 보완하고 이산화탄소가 고용된 복합탄산칼슘 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면은,
순환유동층 발전소로부터 발생되는 발전회(ash)를 물에 침지시켜 혼합물을 제조하는 단계(단계 1); 상기 제조된 혼합물에 이산화탄소를 주입하여 상기 발전회 내의 산화칼슘을 탄산칼슘으로 형성시키는 단계(단계 2); 및 상기 탄산칼슘이 형성된 혼합물을 고액분리하는 단계(단계 3);를 포함하는, 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 발전회는, 순환유동층 발전소로부터 발생되는 비산재(fly ash), 바닥재(bottom ash) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 1의 발전회는, 상기 물 대비 10 wt% 내지 50 wt%로 침지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 1은, 상기 침지 후 상온 및 상압의 조건에서 300 rpm 내지 600 rpm의 속도로 교반이 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 이산화탄소 주입은, 0.1 L/min 내지 2.0 L/min의 유속으로 수행될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 2의 이산화탄소는, 상기 순환유동층 발전소로부터 발생되는 이산화탄소일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 2는, 상기 혼합물의 pH가 6.5 이하의 상태일 경우 종결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 단계 3의 고액분리는, 20 mmHg 내지 500 mmHg의 압력의 아스피레이터를 통해 수행될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 일 측면은,
상기의 방법으로 제조되어, 출발 물질인 발전회 대비 4 내지 10 wt%의 이산화탄소가 고용화된 것을 특징으로 하는, 복합탄산칼슘을 제공한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 또 다른 일 측면은,
상기의 복합탄산칼슘, 물, 시멘트, 모래, 자갈. 혼화제가 포함되어 배합된 콘크리트 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 콘크리트 혼화재 등으로 재활용 시 문제가 되는 순환유동층 발전회를 재활용하고, 발전소 등 산업에서 발생되는 이산화탄소를 저감할 수 있어 온실가스, 발전회 등의 환경적 오염이 되는 물질의 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 제조된 복합탄산칼슘을 콘크리트 혼화재, 광산 채움재 등으로 활용할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법의 일례를 나타낸 순서도이다.
도 2은 본 발명의 실험예 1에서 순환유동층 발전소 발전회의 광물학적 특성을 X선 회절분석을 통해 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2에서 순환유동층 발전소 발전회의 이산화탄소 고용화에 의한 pH 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4은 본 발명의 실험예 3에서 순환유동층 발전소 발전회의 이산화탄소 고용화에 의한 광물학적 특성 변화를 X선 회절분석을 통해 나타낸 그래프이다.
도 5은 본 발명의 실험예 4에서 순환유동층 발전소 발전회의 이산화탄소 고용량을 열중량분석을 통해 측정한 분석치를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
나아가, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 측면은,
순환유동층 발전소로부터 발생되는 발전회(ash)를 물에 침지시켜 혼합물을 제조하는 단계(단계 1)(S10);
상기 제조된 혼합물에 이산화탄소를 주입하여 상기 발전회 내의 산화칼슘을 탄산칼슘으로 형성시키는 단계(단계 2)(S20); 및
상기 탄산칼슘이 형성된 혼합물을 고액분리하는 단계(단계 3)(S30);를 포함하는, 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법에 있어서, 상기 단계 1(S10)은 순환유동층 발전소로부터 발생되는 발전회(ash)를 물에 침지시켜 혼합물을 제조한다.
상기 단계 1의 발전회는 순환유동층 발전소로부터 발생되는 비산재(fly ash), 바닥재(bottom ash) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함할 수 있다.
상기 단계 1의 발전회는 상기 물 대비 10 wt% 내지 50 wt%로 혼합되어 침지될 수 있다. 상기 침지가 수행되면, 하기 반응식 1과 같은 수화반응이 진행되어 수산화칼슘이 생성될 수 있다.
[반응식 1]
CaO + H2O → Ca(OH)2
상기 단계 1은 상기 침지 후 상온 및 상압의 조건에서 300 rpm 내지 600 rpm의 속도의 교반기를 통해 10 분 내지 30 분 동안 교반을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법에 있어서, 상기 단계 2(S20)는 상기 제조된 혼합물에 이산화탄소를 주입하여 상기 발전회 내의 산화칼슘을 탄산칼슘으로 형성한다.
상기 단계 2의 이산화탄소 주입은 0.1 L/min 내지 2.0 L/min의 유속으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 0.8 L/min 내지 1.2 L/min의 유속으로 수행될 수 있다. 상기 유속이 0.1 L/min 미만이라면, 탄산칼슘의 형성 속도가 느려져 향후 상용화 공정시 제조되는 수율의 문제가 발생할 우려가 있으며, 상기 유속이 2.0 L/min 초과라면, 혼합물 상에 이산화탄소 고용화에 의해 용출되는 칼슘이온의 양과 주입되는 탄산이온간의 결합을 방해할 수 있는 문제가 있다.
즉, 상기 단계 2의 이산화탄소 주입은 상기 발전회가 물와의 수화반응을 통해 생성된 수산화칼슘(Ca(OH)2)이 혼합된 혼합물에 고순도(99 부피%)의 이산화탄소를 주입하여 탄산칼슘을 형성시킬 수 있으며, 하기 반응식 2와 같이 형성될 수 있다.
[반응식 2]
Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
상기 단계 2의 이산화탄소는 상기 순환유동층 발전소로부터 발생되는 이산화탄소일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법은 재활용시 문제가 되는 순환유동층 발전소의 발전회를 재활용하고 발전소 등 산업에서 발생되는 이산화탄소를 저감할 수 있어 온실가스, 발전회 등의 환경적 오염이 되는 물질의 발생을 최소화할 수 있다.
상기 단계 2는 상기 혼합물의 pH가 6.5 이하의 상태일 경우 종결될 수 있다. 반응의 종결시점을 확인하기 위해 pH meter를 통해 이산화탄소 고용화 반응이 진행될 때 pH를 확인할 수 있으며, 발전회 내 포함되어 있는 산화칼슘(CaO)의 수화반응을 통해 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 인해 혼합물은 pH 12의 높은 염기성을 나타내고, 혼합물에 약산성인 이산화탄소를 주입하여 이산화탄소 고용화 반응이 일어나면 탄산칼슘 생성으로 인해 점차적으로 중성으로 떨어지게 된다. 이후 혼합물에는 주입되는 이산화탄소와 반응할 칼슘이온이 존재하지 않아 pH는 6 이하의 수치를 나타낼 때 탄산칼슘의 형성이 종결되는 것이 바람직하다.
상기 단계 2는 상온에서 300 rpm 내지 600 rpm 속도의 교반기를 통해 교반이 수행될 수 있고, 10 분 내지 120 분 동안 수행될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법에 있어서, 상기 단계 3(S30)은 상기 탄산칼슘이 형성된 혼합물을 고액분리한다.
상기 단계 3의 고액분리는 20 mmHg 내지 500 mmHg의 압력의 아스피레이터를 통해 수행될 수 있다.
상기 고액분리 이후 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기의 방법(단계 1 내지 3, S10 내지 30)으로 제조된 복합탄산칼슘은, 출발 물질인 발전회 대비 4 내지 10 wt%의 이산화탄소가 고용화될 수 있고, 5 wt% 내지 8 wt%의 이산화탄소가 고용화될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은,
상기의 방법(단계 1 내지 3, S10 내지 S30)으로 제조되어,
출발 물질인 발전회 대비 4 내지 10 wt%의 이산화탄소가 고용화된 것을 특징으로 하는, 복합탄산칼슘을 제공한다.
상기 복합탄산칼슘은 기존의 발전회 재활용시 문제점을 해결할 수 있으며, 콘크리트 혼화재, 폐광산 충진재 등의 친환경 재료로서 활용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 측면은,
상기의 복합탄산칼슘, 물, 시멘트, 모래, 자갈. 혼화제가 포함되어 배합된 콘크리트 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 상기 시멘트 100 중량부 대비 상기 복합탄산칼슘 5 내지 50 중량부, 상기 혼화제 0.5 내지 1.5 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 조성물은 상기 시멘트 100 중량부 대비 물 50 내지 70 중량부, 상기 복합탄산칼숨 15 내지 20 중량부, 모래 280 내지 320 중량부, 자갈 300 내지 350 중량부, 혼화제 0.5 내지 1.5 중량부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 시멘트는 고로슬래그 시멘트 및 포틀랜드계 시멘트를 사용할 수 있고, 상기 혼화제는 폴리카본산계 혼화제를 사용할 수 있다.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> CFBC bottom ash
단계 1 : 국내 순환유동층 발전소에서 발생되는 발전회 바닥재(bottom ash)를 준비하고, 상기 바닥재 100 g를 1000 mL의 물을 포함하는 용기에 투입하여 침지시키고, 30 분간 1 atm의 압력, 20 ℃의 온도로 600 rpm의 교반기를 통해 교반하여 수산화칼슘이 형성된 혼합물을 제조하였다.
단계 2 : 상기 혼합물에 이산화탄소(99 부피%)를 1 L/min의 유속으로 주입하고, 1 atm의 압력, 20 ℃의 온도로 600 rpm의 교반기를 통해 교반하여 탄산칼슘을 형성시켰으며, pH가 6.5이 되는 시점에서 종료하였다.
단계 3 : 상기 단계 2가 수행된 혼합물을 저진공(20 mmHg 내지 500 mmHg)의 전기식 아스피레이터를 통해 고체와 물을 분리하였으며, 회수된 고체를 건조과정을 통해 복합탄산칼슘을 회수하였다.
<실시예 2> CFBC fly ash
상기 실시예 1에서, 상기 바닥재 대신 국내 순환유동층 발전소에서 발생되는 발전회 비산재(fly ash)로 변경한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 복합탄산칼슘을 회수하였다.
<실험예 1> 발전회의 성분 분석
상기 실시예 1 및 2에서 사용된 발전회 바닥재(bottom ash) 및 비산재(fly ash)의 화학성분 조성(wt%)을 하기 표 1에 나타내었다.
Figure PCTKR2018001932-appb-T000001
표 1에 나타낸 바와 같이, 비산재와 바닥재에 다량의 칼슘이 함유하고 있는 것으로 나타났다. 이산화탄소 고용화를 위해서는 이산화탄소와 반응할 수 있는 칼슘, 마그네슘, 칼륨 및 나트륨 등이 포함되어 있어야 한다.
또한, 상기 실시예 1 및 2에서 사용된 발전회 바닥재(bottom ash) 및 비산재(fly ash)의 X선 회절 분석결과를 도 2 (a) 및 (b)에 나타내었다.
도 2 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 발전회 바닥재(도 2 (a)) 및 비산재(도 2 (b))에 산화칼슘 2θ 피크가 나타나는 것을 확인하였다. 다량의 칼슘을 함유하고 있더라도 산화칼슘(CaO), 수산화칼슘(Ca(OH)2) 등의 이산화탄소와 반응할 수 있는 광물상으로 존재해야 이산화탄소 고용화가 가능하다. 일부 Ca-Si계 광물, Ca-Al계 광물 등으로 존재하더라도 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 형성하지만 통상적으로 판단하였을 때에는 산화칼슘의 형태로 존재하여야 탄산칼슘을 쉽게 제조할 수 있다.
<실험예 2> 반응 시간에 따른 pH 변화 측정
상기 실시예 1 및 2에서 사용된 발전회 바닥재(bottom ash) 및 비산재(fly ash)의 단계 2에서 반응 시간에 따른 혼합물의 pH를 측정하였고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 발전회 내 포함되어 있는 산화칼슘(CaO)의 수화반응을 통해 생성되는 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 인해 혼합물은 pH 12의 높은 염기성을 나타내고 있으며, 이산화탄소를 주입함에 따라 pH는 감소하는 것을 나타내었다. 이산화탄소 고용화 반응은 약산성의 이산화탄소와 반응할 칼슘이온이 거의 존재하지 않는 pH인 6.5 이하의 수치를 나타낼 때 반응을 종결하였다.
<실험예 3> 복합탄산칼슘의 성분 분석
상기 실시예 1 및 2에서 사용된 발전회 바닥재(bottom ash) 및 비산재(fly ash)가 상기 단계 1 내지 3을 통해 이산화탄소 고용화처리된 것과 처리되지 않은 것의 X선 회절분석을 수행하였고, 그 결과를 도 4 (a) 및 (b)에 나타내었다.
도 4 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 이산화탄소 고용화 전의 발전회 바닥재 및 비산재에서는 석회(lime)(CaO)가 존재하였으나, 이산화탄소 고용화 반응에 의해서 석회(lime)(CaO)는 방해석(calcite)(CaCO3)로 제조되는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 4> 복합탄산칼슘의 이산화탄소 고용화도 측정
상기 실시예 1 및 2에서 사용된 발전회 바닥재(bottom ash) 및 비산재(fly ash)가 상기 단계 1 내지 3을 통해 이산화탄소 고용화처리된 것과 처리되지 않은 것의 열중량분석 및 시차열분석(TGA/DTA)를 통해 열중량변화를 측정하였으며, 그 결과를 도 5 (a), (b) 및 표 2에 나타내었다.
일반적으로 탄산칼슘(CaCO3)은 600 ℃ 내지 800 ℃의 온도에서 탈탄산화 반응에 의해 이산화탄소가 방출되고 산화칼슘(CaO)으로 생성이 되기 때문에 열중량분석기(TG/DTA)를 이용하여 탈탄산화 반응이 되는 시점의 질량 감소를 통해 이산화탄소 고용량을 분석하였다.
Figure PCTKR2018001932-appb-T000002
도 5 (a), (b) 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 비산재(도 5 (b))는 이산화탄소 고용화 전에는 800 ℃ 부근의 온도에서 4.09 wt%의 질량감소가 나타났으며, 이산화탄소 고용화 후에는 11.28 wt%의 질량감소가 나타났다. 따라서 결과의 차를 계산하면 이산화탄소 고용화에 의해 고용된 이산화탄소의 양은 7.19 wt%로 나타났다. 바닥재(도 5 (a))의 이산화탄소 고용화 전에는 800 ℃ 부근에서 1.09 wt%의 질량감소가 나타났으며, 이산화탄소 고용화 후에는 7.09 wt%의 질량감소가 나타났다. 따라서, 결과의 차를 계산하면 이산화탄소 고용화에 의해 고용된 이산화탄소의 양은 6.00 wt%로 나타났다.
따라서 본 발명의 실시예 1 및 2를 통해 제조된 복합탄산칼슘은 콘크리트 혼화재 등에 재활용시 문제가 되는 순환유동층 발전회를 재활용할 수 있고, 발전소 등 산업에서 발생되는 이산화탄소를 활용하여 저감할 수 있어 온실가스, 발전회 등의 환경적 오염이 되는 물질의 발생을 최소화할 수 있는 것을 확인하였다.
지금까지 본 발명의 일 측면에 따른 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법 및 이에 따라 제조된 복합탄산칼슘에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. 순환유동층 발전소로부터 발생되는 발전회(ash)를 물에 침지시켜 혼합물을 제조하는 단계(단계 1);
    상기 제조된 혼합물에 이산화탄소를 주입하여 상기 발전회 내의 산화칼슘을 탄산칼슘으로 형성시키는 단계(단계 2); 및
    상기 탄산칼슘이 형성된 혼합물을 고액분리하는 단계(단계 3);를 포함하는, 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 발전회는,
    순환유동층 발전소로부터 발생되는 비산재(fly ash), 바닥재(bottom ash) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종을 포함하는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 발전회는,
    상기 물 대비 10 wt% 내지 50 wt%로 침지되는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1은,
    상기 침지 후 상온 및 상압의 조건에서 300 rpm 내지 600 rpm의 속도로 교반이 수행되는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 이산화탄소 주입은,
    0.1 L/min 내지 2.0 L/min의 유속으로 수행되는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 이산화탄소는,
    상기 순환유동층 발전소로부터 발생되는 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2는,
    상기 혼합물의 pH가 6.5 이하의 상태일 경우 종결되는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3의 고액분리는,
    20 mmHg 내지 500 mmHg의 압력의 아스피레이터를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 순환유동층발전소 발전회의 이산화탄소 고용화를 통한 복합탄산칼슘 제조방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되어,
    출발 물질인 발전회 대비 4 내지 10 wt%의 이산화탄소가 고용화된 것을 특징으로 하는, 복합탄산칼슘.
  10. 제9항의 복합탄산칼슘, 물, 시멘트, 모래, 자갈. 혼화제가 포함되어 배합된 콘크리트 조성물.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114453402A (zh) * 2022-01-23 2022-05-10 浙江大学 一种垃圾焚烧飞灰高效碳酸化及无害化处置的方法
CN114477825A (zh) * 2022-03-01 2022-05-13 徐州无废城市技术研究院有限公司 一种循环流化床粉煤灰改性提质协同二氧化碳矿化减排的方法、改性粉煤灰及其应用

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200073077A (ko) * 2018-12-13 2020-06-23 한국세라믹기술원 연소재를 이용한 복합탄산염의 제조방법
KR102141818B1 (ko) * 2019-08-13 2020-08-06 인하대학교 산학협력단 발전회 첨가 고강도 플라스틱 복합체
CN111606346A (zh) * 2020-06-05 2020-09-01 瀜矿环保科技(上海)有限公司 基于二氧化碳浸取的钙镁离子溶液制备碳酸钙镁的系统
KR102503821B1 (ko) * 2022-02-09 2023-02-23 현대오일뱅크 주식회사 반건식 탄산화 방법

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814148B1 (ko) * 2007-02-01 2008-03-14 남선레미콘(주) 콘크리트 조성물
JP2010222220A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Taiheiyo Cement Corp 高純度炭酸カルシウムの製造方法
KR20130047570A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 한국전력공사 복합 발전 시스템
KR101346561B1 (ko) * 2012-11-30 2014-02-14 한국남부발전 주식회사 비산재를 이용한 혼화재와 이것의 제조방법
KR20140091167A (ko) * 2013-01-09 2014-07-21 한국남부발전 주식회사 순환 유동층 보일러에서 발생하는 비산재를 이용한 콘크리트 혼화재 및 그 제조방법
JP2015196128A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 焼却灰無害化処理装置、廃棄物焼却装置、焼却灰無害化処理方法及び廃棄物焼却方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100814148B1 (ko) * 2007-02-01 2008-03-14 남선레미콘(주) 콘크리트 조성물
JP2010222220A (ja) * 2009-03-25 2010-10-07 Taiheiyo Cement Corp 高純度炭酸カルシウムの製造方法
KR20130047570A (ko) * 2011-10-28 2013-05-08 한국전력공사 복합 발전 시스템
KR101346561B1 (ko) * 2012-11-30 2014-02-14 한국남부발전 주식회사 비산재를 이용한 혼화재와 이것의 제조방법
KR20140091167A (ko) * 2013-01-09 2014-07-21 한국남부발전 주식회사 순환 유동층 보일러에서 발생하는 비산재를 이용한 콘크리트 혼화재 및 그 제조방법
JP2015196128A (ja) * 2014-03-31 2015-11-09 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 焼却灰無害化処理装置、廃棄物焼却装置、焼却灰無害化処理方法及び廃棄物焼却方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114453402A (zh) * 2022-01-23 2022-05-10 浙江大学 一种垃圾焚烧飞灰高效碳酸化及无害化处置的方法
CN114453402B (zh) * 2022-01-23 2023-03-14 浙江大学 一种垃圾焚烧飞灰高效碳酸化及无害化处置的方法
CN114477825A (zh) * 2022-03-01 2022-05-13 徐州无废城市技术研究院有限公司 一种循环流化床粉煤灰改性提质协同二氧化碳矿化减排的方法、改性粉煤灰及其应用

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