WO2023210873A1 - 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 - Google Patents

석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 Download PDF

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carbon dioxide
carbon
absorption tower
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combined cycle
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants

Definitions

  • the present invention relates to carbon dioxide and sulfur oxide capture and carbon resource recovery systems for coal gasification combined cycle power generation, and more specifically, to the exhaust gas generated in the process of coal gasification combined cycle power generation (IGCC), which produces electricity by gasifying coal under high temperature and pressure.
  • IGCC coal gasification combined cycle power generation
  • the recycled materials can be used to capture sulfur oxides from exhaust gases emitted from coal-fired power plants. It relates to carbon dioxide and sulfur oxide capture and carbon resource recovery systems for coal gasification combined cycle power generation.
  • CCS carbon dioxide capture and storage
  • the coal gasification combined cycle (IGCC) technology produces electricity by gasifying coal under high temperature and pressure. It not only has higher power generation efficiency than general thermal power plants using existing boilers, but is also recognized as an environmentally friendly technology, receiving much research and research. Attention is focused.
  • Figure 1 is a diagram showing a conventional coal gasification combined cycle power generation system.
  • the water gasification reaction is an endothermic reaction, which prevents the temperature runaway inside the gasifier (2) and increases the fraction of hydrogen in the synthesis gas.
  • the gas produced in the gasifier (2) exceeds 1300°C and contains CO, H 2 and CO 2 are the main components and contain small amounts of CH 4 and H 2 S.
  • these high-temperature gases recover sensible heat through the gas cooler (3) and are used in the steam turbine (9), and also undergo gas purification processes such as dust removal, treatment of sulfur oxides, and mercury through the gas purifier (4).
  • the purified gas is directly used as fuel for a gas turbine to produce electricity, and steam is produced using the exhaust gas discharged from the gas turbine (8) to operate the steam turbine (9). It runs.
  • the synthesis gas i.e., CO, H 2
  • the gasifier (2) is converted into carbon dioxide and hydrogen through the transformation reactor (5) and then again installed separately.
  • Carbon dioxide (CO 2 ) was finally removed from the exhaust gas discharged into the atmosphere by passing through a carbon dioxide separator (6) and a carbon dioxide processor (7).
  • the present invention was created to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a system for reducing carbon dioxide and sulfur oxides in exhaust gas discharged from a coal gasification combined cycle power plant.
  • another object of the present invention is to collect carbon dioxide and sulfur oxides for coal gasification combined cycle power generation, which can remove carbon dioxide and convert it into other useful materials by capturing carbon dioxide in exhaust gas and converting it into carbon resources using a basic alkali mixed solution;
  • the purpose is to provide a carbon resource recovery system.
  • another object of the present invention is to capture carbon dioxide and sulfur oxides in the exhaust gas using a basic alkali mixture, and to collect carbon dioxide and sulfur oxides for coal gasification combined cycle power generation, where the captured carbon dioxide can be reused to capture sulfur oxides in the exhaust gas, and carbon dioxide.
  • the purpose is to provide a resource system.
  • the introduced air is separated into oxygen and nitrogen through an air separator, and then the oxygen is supplied to the gasifier as an oxidizing agent, and at the same time, some of it is supplied for combustion of the gas turbine.
  • a gasifier receives the oxygen provided from the air separator along with carbon dioxide and generates synthetic gas by incomplete combustion and gasification.
  • the gas produced by the gasifier is cooled in a gas cooler and then purified through a gas purifier and a transformation reactor.
  • the carbon dioxide capture facility uses a basic alkali mixed solution.
  • An absorption tower that collects carbon dioxide in the exhaust gas by reacting the basic alkali mixture supplied from the mixer with the exhaust gas in which fine droplets are formed by passing through a bubbler installed at the bottom; a separator that collects reactants containing carbon dioxide captured in the absorption tower and separates carbon dioxide reactants and waste solutions from the reactants; a carbon resource storage for storing the separated carbon dioxide reactant to be recycled; and a discharge unit that discharges the remaining exhaust gas from which the carbon dioxide collected in the absorption tower has been removed.
  • the mixer mixes the basic alkaline solution supplied from the basic alkaline solution storage tank and the water supplied from the water supply source to generate a basic alkaline mixed solution.
  • the basic alkaline solution and water are mixed at a ratio of 1:1 to 1:5.
  • the average pH of the basic alkali mixed solution is pH12 to pH13.5.
  • the basic alkali mixed solution is a group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 At least one oxide selected from; At least one metal selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd and Pb; Crystallized synthetic zeolite made from alumina-based raw materials, silica-based raw materials, and sodium hydroxide; and, from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium hydroxide (KOH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). It includes one or more selected liquid compositions.
  • the basic alkali mixed solution in the absorption tower when the level of the basic alkali mixed solution in the absorption tower is lowered to less than 90%, the basic alkali mixed solution is adjusted through a valve in the mixer, and when the level of the basic alkali mixed solution reaches 100%, the basic alkali mixed solution is added. This is stopped, and at the same time, the basic alkali solution and water are mixed until the pH of the basic alkali mixed solution reaches 12 to 13.5.
  • the bubbler forms exhaust gas microbubbles using the exhaust gas.
  • the absorption tower includes a plurality of nozzles that eject an umbrella-shaped basic alkali mixed solution from the bottom to the top from the mixer within the absorption tower; a micro-droplet member that forms fine droplets by contacting the pores when the basic alkali mixture ejected in the shape of an umbrella falls downward; and a baffle having a plurality of slits or holes so that the exhaust gas flows into the absorption tower at a uniform velocity distribution.
  • the carbon dioxide reactant includes sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the separator includes: a centrifuge that separates a carbon dioxide reactant containing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) and a waste solution from the reactant; and a vibration separator formed corresponding to the inner circumference of the discharge pipe for discharging only sodium bicarbonate among the carbon dioxide reactants to the outside, and having micropores formed on the surface of a size to allow penetration of the sodium bicarbonate.
  • a centrifuge that separates a carbon dioxide reactant containing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) and a waste solution from the reactant
  • a vibration separator formed corresponding to the inner circumference of the discharge pipe for discharging only sodium bicarbonate among the carbon dioxide reactants to the outside, and having micropores formed on the surface of a size to allow penetration of the sodium bicarbonate.
  • the carbon dioxide capture facility includes a monitoring unit that monitors the water level and pH of the basic alkaline mixed solution in the absorption tower; And a control unit that adjusts the supply amount of the basic alkali mixed solution by the monitoring unit.
  • the absorption tower is atomized into fine droplets as carbon dioxide transferred from the transformation reactor passes through a mesh net installed at the bottom of the absorption tower, and is transferred from the mixer to the absorption tower through a pipe installed across the upper part of the absorption tower.
  • the basic alkali mixture supplied inside is sprayed upward in the form of a fountain through a plurality of nozzles installed at regular intervals on one side of the pipe, is atomized into fine droplets, and then reacts with the atomized carbon dioxide to collect carbon dioxide.
  • a valve is further provided between the separator and the carbon resource storage, and the reactant of carbon dioxide captured by the valve is sent to the carbon resource storage for storage or re-supplied to the absorption tower to remove sulfur oxides contained in the exhaust gas. It is used as a desulfurization agent to capture and reduce .
  • the oxygen is supplied to the gasifier as an oxidizing agent, and at the same time, part of it is supplied for combustion of the gas turbine, and carbon dioxide and
  • a gasifier receives the oxygen provided from the air separator and generates synthetic gas by incomplete combustion and gasification.
  • the gas generated by the gasifier is cooled in a gas cooler, and then passes through a gas purifier and a transformation reactor to produce hydrogen from the purified exhaust gas.
  • the carbon dioxide capture facility includes: a mixer that supplies a basic alkali mixed solution; An absorption tower that collects carbon dioxide in the exhaust gas by reacting the basic alkali mixture supplied from the mixer with the exhaust gas in which fine droplets are formed by passing through a bubbler installed at the bottom; a separator that collects reactants containing carbon dioxide captured in the absorption tower and separates carbon dioxide reactants and waste solutions from the reactants; a carbon resource storage for storing the separated carbon dioxide reactant to be recycled; A discharge unit that discharges residual exhaust gas from which the carbon dioxide collected in the absorption tower has been removed; and a valve provided between the separator and the carbon resource storage, wherein sulfur oxides contained in the exhaust gas are captured and reduced by sending the reactant of carbon dioxide collected by the valve to the carbon resource storage for storage or resupplying it to the ab
  • the mixer is characterized in that it generates a basic alkali mixed solution by mixing a basic alkali solution supplied from a basic alkaline solution storage tank and water supplied from a water supply source.
  • the basic alkaline solution and water are mixed in a ratio of 1:1 to 1:5.
  • the average pH of the basic alkali mixed solution is characterized in that pH 12 to pH 13.5.
  • the basic alkali mixed solution is a group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 At least one oxide selected from; At least one metal selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd and Pb; Crystallized synthetic zeolite made from alumina-based raw materials, silica-based raw materials, and sodium hydroxide; and, from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium hydroxide (KOH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). It is characterized in that it contains one or more selected liquid compositions.
  • the mixer when the water level of the basic alkali mixed solution in the absorption tower falls below 90%, the mixer is controlled through a valve to inject the basic alkali mixed solution, and when the level of the basic alkali mixed solution reaches 100%, it is added. This is stopped, and at the same time, the basic alkali solution and water are mixed until the pH of the basic alkali mixed solution reaches 12 to 13.5.
  • the bubbler is characterized in that it forms exhaust gas microbubbles using the exhaust gas.
  • the absorption tower includes a plurality of nozzles that eject an umbrella-shaped basic alkali mixed solution from the bottom to the top from the mixer within the absorption tower; a micro-droplet member that forms fine droplets by contacting the pores when the basic alkali mixture ejected in the shape of an umbrella falls downward; and a baffle having a plurality of slits or holes so that the exhaust gas flows into the absorption tower at a uniform velocity distribution.
  • the carbon dioxide reactant is characterized in that it includes sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the separator may include a centrifuge that separates a carbon dioxide reactant containing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) and a waste solution from the reactant; And a vibration separator formed to correspond to the inner circumference of the discharge pipe for discharging only sodium bicarbonate among the carbon dioxide reactants to the outside, and having fine holes formed on the surface of a size to allow penetration of the sodium bicarbonate. do.
  • a centrifuge that separates a carbon dioxide reactant containing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) and a waste solution from the reactant
  • a vibration separator formed to correspond to the inner circumference of the discharge pipe for discharging only sodium bicarbonate among the carbon dioxide reactants to the outside, and having fine holes formed on the surface of a size to allow penetration of the sodium bicarbonate. do.
  • the carbon dioxide capture facility includes a monitoring unit that monitors the water level and pH of the basic alkaline mixed solution in the absorption tower; And a control unit that adjusts the supply amount of the basic alkali mixed solution by the monitoring unit.
  • the absorption tower is atomized into fine droplets as carbon dioxide transferred from the transformation reactor passes through a mesh net installed at the bottom of the absorption tower, and is transferred from the mixer to the absorption tower through a pipe installed across the upper part of the absorption tower.
  • the basic alkali mixture supplied inside is sprayed upward in the form of a fountain through a plurality of nozzles installed at regular intervals on one side of the pipe, is atomized into fine droplets, and then reacts with the atomized carbon dioxide to collect carbon dioxide. do.
  • Embodiments of the disclosed technology can have effects including the following advantages. However, since this does not mean that the embodiments of the disclosed technology must include all of them, the scope of rights of the disclosed technology should not be understood as being limited thereby.
  • carbon dioxide can be reduced by capturing carbon dioxide in the exhaust gas discharged during the process of coal gasification combined cycle power generation, and the captured carbon dioxide can be used to produce sodium carbonate or sodium bicarbonate, which is a useful resource. There is.
  • sodium carbonate or sodium bicarbonate produced from captured carbon dioxide is used as a desulfurization agent to capture sulfur oxides in the exhaust gas discharged during the coal gasification combined cycle power generation process, thereby creating a simple system configuration for carbon dioxide and sodium bicarbonate. Sulfur oxides can be collected simultaneously. Accordingly, there is no need to install additional flue gas desulfurization equipment, which has the effect of minimizing the installation space of the desulfurization equipment to remove pollutants contained in the gas flowing into the carbon dioxide capture equipment and reducing process costs.
  • Figure 1 is a diagram showing a conventional coal gasification combined cycle power generation system.
  • Figure 2 is a diagram showing a coal gasification combined cycle power generation system to which the system of the present invention is applied.
  • Figure 3 is a diagram showing a carbon dioxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram showing a carbon dioxide and sulfur oxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing the internal configuration of an absorption tower for improving the carbon dioxide and sulfur oxide capture performance of the carbon dioxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram schematically showing the internal configuration of an absorption tower for improving the carbon dioxide and sulfur oxide capture performance of a carbon dioxide capture facility according to another embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a carbon dioxide and sulfur oxide capture and carbon resource recovery system for coal gasification combined cycle power plants to reduce carbon dioxide and sulfur oxides in exhaust gases generated from coal-fired power plants.
  • Figure 2 is a diagram showing a coal gasification combined cycle power generation system to which the system of the present invention is applied.
  • the coal gasification combined power generation system separates the introduced air into oxygen and nitrogen and supplies oxygen to the gasifier 200 as an oxidizing agent, while at the same time supplying some of the air to the gas turbine 700.
  • An air separator 100 that supplies air for combustion is provided.
  • a gasifier 200 is provided that generates synthesis gas (CO, H 2 , CO 2 , CH 4 , etc.) by incomplete combustion and gasification with limited oxygen provided by the air separator 100 along with carbon dioxide.
  • a gas cooler 300 is provided to cool the gas generated in the gasifier 200 and transfer it to the gas purifier 400, while providing steam to the steam turbine 200.
  • a transformation reactor ( 500) is provided.
  • a carbon dioxide collection facility 600 is provided to receive the exhaust gas, that is, water gas (mainly composed of hydrogen, carbon dioxide, and a trace amount of methane) delivered through the transformation reactor 500, and to separate carbon dioxide and sulfur oxides from the water gas. do.
  • the exhaust gas that is, water gas (mainly composed of hydrogen, carbon dioxide, and a trace amount of methane) delivered through the transformation reactor 500, and to separate carbon dioxide and sulfur oxides from the water gas. do.
  • hydrogen gas from which carbon dioxide and sulfur oxides are removed in the carbon dioxide capture facility 600 is supplied as fuel to the gas turbine 700 to produce electricity.
  • the gas turbine 700 is driven by hydrogen (H 2 ) gas provided by the carbon dioxide capture facility 600 and oxygen (O 2 ) provided by the air separator 100.
  • H 2 hydrogen
  • O 2 oxygen
  • the gas turbine 700 The exhaust gas, which consists mostly of water, is ultimately discharged to the outside.
  • a waste heat recovery boiler 900 that recovers the exhaust heat (waste heat) of the exhaust gas discharged from the gas turbine 700, provides steam to the steam turbine 800, and discharges the exhaust gas through a chimney.
  • Figure 3 is a diagram showing a carbon dioxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • the carbon dioxide collection facility 600 is a facility that uses a basic alkali solution to collect carbon dioxide contained in the exhaust gas generated during the coal gasification combined cycle power generation process, that is, the water gas delivered from the transformation reactor 500.
  • the main components include an absorption tower (610), a carbon dioxide collection unit (611), a mixer (630), a separator (640), a carbon resource storage unit (641), and a discharge unit (650).
  • the absorption tower 610 may refer to a facility, building, equipment, etc. that collects carbon dioxide from water gas from which sulfur oxides have been first removed from the gas purifier 400, or that secondaryly removes sulfur oxides along with carbon dioxide. .
  • the carbon dioxide collection unit 611 located at the bottom of the absorption tower 410 is a part of the absorption tower 610 and may refer to a part that collects carbon dioxide by bubbling exhaust gas.
  • the absorption tower 610 includes a carbon dioxide collection unit 611 at the bottom where carbon dioxide is collected from the water gas from which sulfur oxides are first removed from the gas purifier 400, and the basic alkali mixed solution and water gas (water gas microbubbles) ) is reacted to capture only carbon dioxide in water gas. After carbon dioxide in the water gas is captured, the water gas from which the carbon dioxide has been removed may remain in a gaseous state in the absorption tower 610.
  • the absorption tower 610 is equipped with a nozzle 615 (see FIG. 5 or 6) at the top, so that the basic-alkaline mixed solution flows from the mixer 630 through the nozzle 615 (see FIG. 5 or 6) into the absorption tower 610. ) and is collected in the carbon dioxide collection unit 611 at the bottom.
  • the water gas supplied from the modification reactor 500 passes through the bubbler 613 in the carbon dioxide collection unit 611 at the bottom of the absorption tower 610, and microbubbles are generated in the exhaust gas. is supplied, and the basic alkali mixture and exhaust gas microbubbles react within the carbon dioxide collection unit 611 to collect carbon dioxide.
  • the microbubbles are formed as they pass through a bubbler 613 with a fine hole formed at the outlet of the denaturation reactor 500 when exhaust gas is reacted with a basic alkali mixture.
  • the bubbler 613 can form microbubbles in the water gas by passing the water gas supplied from the denaturation reactor 500, and the smaller the size of the microbubbles, the larger the reaction area between the water gas and the alkaline solution. It may be wider, increasing the ability to capture carbon dioxide.
  • the microbubble may refer to a bubble existing in an aqueous solution having a size of about 50 ⁇ m or less.
  • the internal structure of the absorption tower may be provided to further improve the carbon dioxide capture performance of the carbon dioxide capture facility. This will be explained in detail in FIGS. 5 and 6 described later.
  • the absorption tower 610 may include a level indicator 612 therein to detect the level of the solution within the absorption tower 610.
  • the nozzle 615 may include multiple nozzles and may be formed in one or more stages.
  • the nozzle 615 is connected to the mixer 630 and can supply a basic-alkaline mixed solution from the mixer 630.
  • the absorption tower 610 may be configured in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • the absorption towers 610 may be arranged in series when the flow rate of exhaust gas is high. If the flow rate is high and unreacted carbon dioxide is discharged from the absorption tower, the absorption towers can be installed in series to collect the unreacted carbon dioxide.
  • the absorption towers 610 may be arranged in parallel when the flow rate of exhaust gas is large. If the flow rate of exhaust gas exceeds the amount that can be captured by the absorption tower, the amount of carbon dioxide that can be captured can be increased by parallelizing the absorption towers.
  • the transformation reactor 500 contains all gases containing carbon dioxide, for example, it may be power plant exhaust gas or engine exhaust gas in addition to the water gas described above.
  • the mixer 630 mixes the basic alkaline solution supplied from the basic alkaline solution storage tank 631 with the water supplied from the water supply source 632, and the nozzle 615 of the absorption tower 610 (see Figure 5 or Figure 6). ) is supplied.
  • the basic alkali mixed solution which is a mixture of the basic alkaline solution and water, can be supplied using a separately connected by-pass line 636 when the supply or required amount increases.
  • the basic alkaline solution and water may be mixed in a ratio of 1:1 to 1:5.
  • the basic alkaline solution and water are 1:1 to 1:4, 1:1 to 1:3, 1:1 to 1:2, 1:2 to 1:5, 1:2 to 1:3.
  • it may be mixed at a ratio of 1:3 to 1:5.
  • the carbon dioxide capture rate may increase as the mixing ratio of the basic alkaline solution and water increases, but the mixing ratio of water may be adjusted considering cost aspects.
  • the basic alkali mixture includes one or more oxides selected from the group consisting of SiO 2 , Al 2 O 3 , Fe 2 O 3 , TiO 2 , MgO, MnO, CaO, Na 2 O, K 2 O and P 2 O 3 ; At least one metal selected from the group consisting of Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd and Pb; Crystallized synthetic zeolite made from alumina-based raw materials, silica-based raw materials, and sodium hydroxide; and, from the group consisting of sodium tetraborate (Na 2 B 4 O 7 .10H 2 O), sodium hydroxide (NaOH), sodium silicate (Na 2 SiO 3 ), potassium hydroxide (KOH) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). It is characterized in that it contains one or more selected liquid compositions.
  • the water source 632 may include any water readily available at the system installation location, and may be, for example, seawater.
  • the average pH of the basic alkaline mixed solution may be pH 12 or higher.
  • the pH may be pH12 to pH13.5, pH13, pH12, pH12.1, pH12.2, or pH12.3.
  • the pH of the basic alkaline mixed solution can be measured with a pH meter in the absorption tower 610. When the pH of the basic alkali mixed solution in the absorption tower 610 is less than 10.5, carbon dioxide can no longer be captured.
  • the amounts of the basic alkaline solution and water can be adjusted from 0 to 100% at each valve 633 and 634 and supplied to the mixer 630.
  • the mixer 630 is controlled through the valve 635 to input the basic alkali mixed solution and the water level of the basic alkali mixed solution is adjusted. If it reaches 100%, input may be stopped. At the same time, the basic alkali solution and water may be mixed until the pH of the basic alkali mixed solution reaches pH 12 to 13.5.
  • the carbon dioxide collection facility can be continuously maintained, so that the carbon dioxide collection facility can be continuously maintained.
  • the net flow may be set to 0 by adjusting the valve 635 (including a by-pass valve if necessary) so that an amount of basic alkali mixture equal to the value of the flow meter installed in the thin line is supplied to the absorption tower 610.
  • the basic alkali mixed solution reacts with the water gas introduced from the denaturation reactor 500 to collect a reactant containing captured carbon dioxide, and the carbon dioxide reactant and the waste solution are collected from the reactant. It moves to the separator 640 through the valve 625 to separate the carbon dioxide reactant and waste solution from the reactant.
  • the separator 640 includes a centrifuge that separates a waste solution from a carbon dioxide reactant containing sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) from the reactant, and a centrifuge that separates sodium bicarbonate from the carbon dioxide reactant separated from the centrifuge. It may include a vibration separator formed to correspond to the inner circumference of the discharge pipe for discharging water to the outside and having fine holes formed on the surface of a size to allow the penetration of the sodium bicarbonate. Through this, you can obtain high-purity sodium bicarbonate and sell it immediately, making a profit.
  • the size of the fine hole formed in the vibration separator may be 10 to 20 ⁇ m, and may further include a vibration generator to cause vibration of the vibration separator.
  • the vibration generator may be disposed to prevent the micropores from being clogged by sodium bicarbonate.
  • the separated carbon dioxide reactant can be moved to the carbon resource storage 641 and recycled for other purposes.
  • the carbon dioxide reactant may include sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the carbon dioxide reactant may be produced by reacting a basic alkali mixture with carbon dioxide, as shown in ⁇ Reaction Scheme 1> below.
  • the waste solution excluding the carbon dioxide reactant from the reactant is moved to the wastewater treatment tank 620 and disposed of.
  • the waste solution may include illite mineral and water contained in the basic alkali mixed solution that has completed its role as a catalyst.
  • the carbon resource storage 641 is a carbon dioxide reagent storage that takes into account the above-ground, underground, and marine environments. It stores carbon resources, which are carbon dioxide capture reactants, stably and efficiently in a wider space than conventional carbon dioxide storage devices, and at the same time costs less to manufacture. Not only can it be reduced, but it can also be implemented so that the stored carbon resources can be utilized in the future when needed.
  • a carbon resource storage considered in a terrestrial environment includes a storage tank that accommodates the carbon dioxide reactant and has a double-walled structure with an inner wall and an outer wall, an inlet unit that loads the carbon dioxide reactant into the storage tank, and the storage tank.
  • a discharge unit is connected to unload the carbon dioxide reactant in the storage tank, and maintains a constant vacuum state of the carbon dioxide reactant contained in the storage tank, or when loading/unloading the carbon dioxide reactant. It may include a control unit that controls the inlet unit and the discharge unit.
  • the carbon resource storage considered in the underground environment can utilize underground storage instead of the storage tank of the carbon resource storage considered in the terrestrial environment, and a transport device is required to store the carbon dioxide capture reactant generated in the coal-fired power plant at sea.
  • the carbon dioxide capture reactant can be stored by moving it to offshore structures such as LNG FPSO, LNG FSRU, LNG transport ship, and LNG RV.
  • the remaining exhaust gas from which the carbon dioxide is removed is discharged through the discharge unit 650.
  • the remaining exhaust gas discharged through the discharge unit 650 may include exhaust gas in which carbon dioxide has been removed from the exhaust gas and a small amount of CO 2 that has not been captured.
  • the concentration of carbon dioxide in the atmosphere where the remaining exhaust gas will be discharged is used as a standard (a standard set by the manager after measuring the carbon dioxide concentration in the atmosphere in advance) It is possible to emit residual exhaust gas that does not exceed the standard.
  • the carbon dioxide capture facility 600 includes a monitoring unit 460 that monitors the water level and pH of the basic alkaline mixed solution in the absorption tower 410; And it may further include a control unit 461 that adjusts the supply amount of the basic-alkaline mixed solution by the monitoring unit 460.
  • the values of the gas meter, pH meter, and flow meter measured in all processes of the carbon dioxide capture facility 250 are managed by the monitoring unit 660, and the control unit 661 is adjusted based on the values indicated by the monitoring unit 660. do.
  • the valves 625, 633, 634, and 635 may be adjusted in percentage with respect to the value input from the control unit 661.
  • the carbon dioxide and sulfur oxide capture and carbon resource recovery system for coal gasification combined cycle power plants solves the problem of lower process operation efficiency and economic feasibility compared to the conventional technology by capturing only carbon dioxide among the exhaust gases emitted from coal gasification combined cycle power plants. Carbon dioxide can be reduced by dissolving the carbon dioxide, and the captured carbon dioxide can be used to convert it into sodium carbonate or sodium bicarbonate, making it possible to use it as a resource for other useful materials.
  • the carbon resource recovery system according to the present invention can reduce carbon dioxide by capturing carbon dioxide in the exhaust gas discharged from a coal gasification combined cycle power plant, and uses the captured carbon dioxide to produce sodium carbonate or carbonic acid.
  • Sodium hydrogen can be manufactured.
  • Figure 4 is a diagram showing a carbon dioxide and sulfur oxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • valve 642 and a resupply flow path (unmarked) will be further provided between the separator 640 and the carbon resource storage 641 for sulfur oxide collection. You can.
  • the reactant of carbon dioxide captured by the valve 642 is sent to the carbon resource storage 641 for storage or re-supplied to the absorption tower 610 to capture and reduce sulfur oxides contained in water gas (secondary removal). Carbon dioxide reactant can be used to do this.
  • the carbon dioxide reactant and sulfur oxides in water gas can be collected by reacting as shown in ⁇ Reaction Formula 3> below.
  • a solution containing the captured sulfur oxides present in the absorption tower 610, a carbon dioxide reactant, and water gas or residual exhaust gas from which carbon dioxide and sulfur oxides have been removed are discharged. It can be discharged to the outside through unit 650.
  • the substances discharged to the discharge unit 650 are residual exhaust gas from which carbon dioxide and sulfur oxides have been removed (N 2 , O 2 , etc.) and sodium sulfate (Na) formed when carbon dioxide reactants and sulfur oxides react to remove sulfur oxides. 2 SO 4 ) may be discharged, and the sodium sulfate may float in the remaining exhaust gas in a solid state with a very small particle size and be discharged together with the remaining exhaust gas.
  • the concentration of carbon dioxide or sulfur oxides in the atmosphere where the remaining exhaust gas will be discharged is based on Residual exhaust gas that does not exceed the standards (standards set after measuring the concentration) can be discharged.
  • the solution containing the collected sulfur oxides may be sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), and the carbon dioxide reactant may be sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) or sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ).
  • the carbon dioxide and sulfur oxide capture and carbon resource recovery system for coal gasification combined cycle power plants can reduce carbon dioxide by capturing carbon dioxide in the exhaust gas emitted from the coal gasification combined cycle power plant, and the captured carbon dioxide Sodium carbonate or sodium hydrogen carbonate can be produced using .
  • sodium carbonate or sodium bicarbonate produced from the captured carbon dioxide is used as a desulfurization agent to capture sulfur oxides in the exhaust gas discharged from a coal gasification combined cycle power plant, thereby removing carbon dioxide and sulfuric acid through one carbon dioxide collection facility 600. Cargo can be collected simultaneously.
  • Figure 5 is a diagram schematically showing the internal configuration of an absorption tower for improving the carbon dioxide and sulfur oxide capture performance of the carbon dioxide capture facility according to an embodiment of the present invention.
  • the internal structure of the absorption tower 610 is that, within the absorption tower 610, the basic alkali mixed solution in the shape of an umbrella (C) is poured from the bottom to the top from the mixer 630.
  • the basic alkali mixture falling from the top to the bottom in the absorption tower 610 through the plurality of nozzles 615 that eject in the umbrella shape (C) touches the pores 616a of the micro droplet member 616.
  • the baffle 617 which has a plurality of slits or holes, they come into contact with exhaust gas formed of fine particles, thereby improving the carbon dioxide and sulfur oxide capture performance of the carbon dioxide collection facility.
  • Figure 6 is a diagram schematically showing the internal configuration of an absorption tower for improving the carbon dioxide and sulfur oxide capture performance of a carbon dioxide capture facility according to another embodiment of the present invention.
  • the internal configuration of the absorption tower 610 may further include a configuration to promote the reaction of carbon dioxide and basic alkali mixed solution in addition to the configuration of the embodiment of FIG. 4. there is.
  • carbon dioxide transferred from the transformation reactor 500 is atomized into microbubbles as it passes through the mesh net 618 installed at the bottom of the absorption tower 610.
  • the basic alkali mixed solution supplied into the absorption tower 610 from the mixer 630 (see FIG. 3 or 4) through the pipe 614 installed across the upper part of the absorption tower 610 is connected to the pipe 614. It is atomized into fine droplets as it is ejected upward in a fountain shape through a plurality of nozzles 615 installed at regular intervals on one side of the .
  • a micro-droplet member 616 may be further provided between the mesh network 618 and the pipe 614 to selectively allow only micro-droplets of a certain size or less to pass among the atomized basic-alkali mixture.
  • the microbubbles and microdroplets generated by the mesh network 618 and the microdroplet member 616 the larger the reaction area between carbon dioxide and the alkaline solution. Carbon dioxide capture capacity can be increased.
  • the microbubbles and fine droplets may have a size of about 50 ⁇ m or less.
  • the basic alkali mixture atomized into fine droplets as described above comes into contact with the carbon dioxide atomized by the mesh net 618, thereby promoting a reaction and actively collecting carbon dioxide.
  • a stirrer 619 may be further provided between the mesh network 618 and the pipe 614 to promote the reaction by increasing the fluidity of the atomized carbon dioxide and basic alkali mixture.
  • the stirrer 619 rotates in the form of a propeller and increases the residence time and contact time of the atomized basic alkali mixture and carbon dioxide, thereby further promoting the reaction between the two substances.
  • the present invention can be widely used in the field of carbon dioxide and sulfur oxide capture for coal gasification combined cycle power generation, and carbon resource recovery systems.

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Abstract

본 발명인 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 배가스 중에 포함된 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점을 해소하면서 이산화탄소를 저감시킴과 동시에, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 상기 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 간단한 시스템으로 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집하므로 추가적인 배연탈황 설비를 설치할 필요가 없다. 이에 따라, 이산화탄소 포집설비에 유입되는 가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 배가스 처리설비의 설치 공간을 최소화하며 공정비용도 절감할 수 있다.

Description

석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템
본 발명은 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 석탄을 고온, 고압 하에서 가스화하여 전기를 생산하는 석탄가스화 복합발전(IGCC) 과정에서 발생되는 배가스에 염기성 알칼리 혼합액을 분사하여 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 포집하여 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 동시에 자원화된 물질을 활용하여 석탄화력발전에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집할 수 있는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 방지를 위한 기후변화협약과 지구온난화를 유발시키는 온실가스 중 대부분을 차지하고 있는 이산화탄소(CO2)의 배출을 줄이기 위한 대안 중 하나로 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture and Storage) 기술이 활발히 연구되고 있다.
이러한 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술의 개발이 본격화되면서 이산화탄소 포집기술(Carbon Capture) 수준은 상용화 단계에 이르고 있으며 특히, 석탄이 화석연료 중 탄소(C)/수소(H) 비가 높아서 다른 에너지원 대비 이산화탄소를 많이 배출되는 것으로 나타나기 때문에 온실가스 물질의 주 배출원이라고 인식되는 석탄화력발전 분야에 적용이 시급한 실정이다.
특히, 최근에는 석탄화력발전 분야 중에서 석탄원료로부터 전기뿐만 아니라 수소, 액화석유까지 만들 수 있는 친환경 석탄발전기술인 석탄가스화 복합발전(IGCC; Integrated Gasfication Combined Cycle) 기술이 매우 각광받고 있다.
상기 석탄가스화 복합발전(IGCC) 기술은 석탄을 고온, 고압 아래에서 가스화시켜 전기를 생산하며, 기존 보일러를 이용한 일반 화력발전소보다 발전 효율이 높을 뿐 아니라, 특히 환경친화적인 기술로 인정받아 많은 연구와 관심이 집중되고 있다.
도 1은 종래 석탄가스화 복합발전시스템을 보인 도면이다.
도 1에 따르면 종래 일반적인 형태의 IGCC 공정은, 공기 분리기(1)에서 산소와 질소를 분리한 후 산화제로서 가스화기(2)에 산소(O2)를 주입하게 되는데, 이때 도면상에는 나타나 있지 않지만 고압의 수증기를 동시에 주입하여 다음의 수성 가스화 반응을 통해 가스화기(2)의 온도와 생성가스의 조성을 조절한다.
C + H2O → CO + H2
상기 수성가스화 반응은 흡열 반응으로서, 가스화기(2) 내부 온도의 폭주현상을 방지하고 합성가스 내 수소의 분율을 증가시키는데, 상기 가스화기(2)에서 생성된 가스는 1300℃ 이상으로 CO, H2 및 CO2가 주 성분으로 소량의 CH4, H2S을 포함하고 있다.
계속해서 이들 고온의 가스는 가스 냉각기(3)를 통하여 현열을 회수하여 스팀 터빈(9)에 이용됨은 물론 가스 정제기(4)를 통해 제진 및 황산화물의 처리 및 수은 등의 가스 정제 공정을 거친다.
이때, 만약 이산화탄소를 제거하지 않는 IGCC 공정에서는 정제된 가스가 직접 가스 터빈용 연료로 사용되어 전력을 생산하고, 가스 터빈(8)에서 배출되는 배가스를 이용하여 스팀을 생산하여 스팀 터빈(9)을 구동하게 된다.
한편, 도 1에서처럼 이산화탄소를 제거하는 경우에는 가스화기(2)를 통해 생성된 합성가스(즉, CO, H2)는 변성 반응기(5)를 통하여 일산화탄소가 이산화탄소와 수소로 전환된 후 다시 별도로 설치된 이산화탄소 분리기(6) 및 이산화탄소 처리기(7)를 거침으로써 최종적으로 대기 중으로 방출된 배가스로부터 이산화탄소(CO2)를 제거하였다.
따라서, 종래에는 가스 정제기(4)에서 상기 연료가스 중의 황산화물을 1차적으로 제거한 후, 다시 별도로 설치된 대규모의 이산화탄소 분리기(6) 및 이산화탄소 처리기(7)를 거쳐야만 배가스 중의 이산화탄소를 제거할 수 있었다.
그러나, 최근 대기환경보전법의 강화에 따라 상술한 종래 석탄가스화 복합발전시스템의 배가스 처리설비로는 대기 중으로 방출되는 배가스 중의 황산화물과 이산화탄소의 배출 허용 기준치를 만족시키기에 한계가 있었으며, 가스처리의 순도 및 용량을 증대시키기 위해서는 가스 정제기, 이산화탄소 분리기 및 이산화탄소 처리기의 크기도 기하학적으로 커질 뿐만 아니라, 상기 배가스 처리설비들의 충진물 및 내부구조 등을 전면적으로 개조해야 하는 문제점이 있다.
한편, 이미 설치되어 운전 중인 석탄가스화 복합발전소의 배가스 처리설비에 배연탈황설비 및 이산화탄소 포집설비를 추가하여야 하는 경우에는 기존의 설비를 개조하지 않고서는 사용이 불가능하므로 추가적인 배연탈황설비 또는 이산화탄소 포집설비를 도입해야 하는 문제점이 있다.
이처럼, 종래의 석탄가스화 복합발전시스템에서 대기 중으로 방출되는 이산화탄소 및 황산화물의 강화된 배출 허용 기준치를 만족시키기 위해서는 막대한 비용이 들뿐만 아니라, 많은 설비들이 추가됨에 따라 전체 발전시스템이 크고 복잡해지는 단점이 있었다.
따라서, 종래 기술 대비 간단한 시스템 구성으로 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배가스 중의 이산화탄소를 효율적으로 저감하면서 동시에 저렴한 비용으로 황산화물도 저감시키기 위한 방안이 절실한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소 및 황산화물을 줄이기 위한 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용하여 배가스 중 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 배가스 중 황산화물을 포집하는데 다시 이용할 수 있는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 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 발명은 일 실시예에 따라, 유입된 공기가 공기 분리기를 통해 산소와 질소로 분리된 후 상기 산소는 산화제로서 가스화기에 공급됨과 동시에 일부는 가스 터빈의 연소용으로 공급되고, 이산화탄소와 함께 상기 공기 분리기에서 제공된 산소를 가스화기가 제공받아 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스를 생성하고, 상기 가스화기에서 생성된 가스는 가스 냉각기에서 냉각된 후 가스 정제기 및 변성 반응기를 거쳐 정제된 배가스에서 수소를 분리하여 가스 터빈으로 공급하여 전력을 생산하는 석탄가스화 복합발전소에서 이산화탄소를 분리 및 이를 자원화하는 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 있어서, 상기 이산화탄소 포집설비는, 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; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부;를 포함하여 구성된다.
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 pH13.5이다.
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; 알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성제올라이트; 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 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 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 흡수탑은, 상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐; 상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및 상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 분리기는, 상기 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 포함하여 구성된다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 포집설비는, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함한다.
또한 일 실시예에 따라, 상기 흡수탑은 상기 변성 반응기로부터 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 분리기와 탄소자원 저장소 사이에는 밸브가 더 구비되고, 상기 밸브에 의해 포집된 이산화탄소의 반응물을 탄소자원 저장소로 보내 저장하거나 흡수탑에 재공급함으로써 배가스 중에 포함된 황산화물을 포집하여 저감시키는 탈황제로 이용된다.
한편, 본 발명은 다른 실시예에 따라, 유입된 공기가 공기 분리기를 통해 산소와 질소로 분리된 후 상기 산소는 산화제로서 가스화기에 공급됨과 동시에 일부는 가스 터빈의 연소용으로 공급되고, 이산화탄소와 함께 상기 공기 분리기에서 제공된 산소를 가스화기가 제공받아 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스를 생성하고, 상기 가스화기에서 생성된 가스는 가스 냉각기에서 냉각된 후 가스 정제기 및 변성 반응기를 거쳐 정제된 배가스에서 수소를 분리하여 가스 터빈으로 공급하여 전력을 생산하는 석탄가스화 복합발전소에서 이산화탄소를 분리 및 이를 자원화하는 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 있어서, 상기 이산화탄소 포집설비는, 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; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부; 및 상기 분리기와 탄소자원 저장소 사이에 구비된 밸브;를 포함하고, 상기 밸브에 의해 포집된 이산화탄소의 반응물을 탄소자원 저장소로 보내 저장하거나 흡수탑에 재공급함으로써 배가스 중에 포함된 황산화물을 포집하여 저감시키는 탈황제로 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 한다.
또한 다른 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; 알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성제올라이트; 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.
또한 다른 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 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 흡수탑은, 상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐; 상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및 상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 분리기는, 상기 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 한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 이산화탄소 포집설비는, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함한다.
또한 다른 실시예에 따라, 상기 흡수탑은 상기 변성 반응기로부터 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 한다.
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, 석탄가스화 복합발전 과정에서 배출되는 배가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄가스화 복합발전 과정에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 간단한 시스템 구성으로 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 배연탈황설비를 설치할 필요가 없어 이산화탄소 포집설비에 유입되는 가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 탈황설비의 설치 공간을 최소화하며 공정비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 석탄가스화 복합발전시스템을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 시스템이 적용된 석탄가스화 복합발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 및 황산화물 포집설비를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 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.
본 발명은 석탄화력발전소에서 발생하는 배기가스 중 이산화탄소 및 황산화물을 줄이기 위한 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 시스템이 적용된 석탄가스화 복합발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면 본 발명에 따른 석탄가스화 복합 발전시스템은, 유입된 공기를 산소와 질소로 분리한 후 산화제로 가스화기(200)에 산소를 공급시켜 줌과 동시에 일부는 가스 터빈(700)의 연소용으로 공급시켜 주는 공기 분리기(100)가 구비된다.
또한, 이산화탄소와 함께 상기 공기 분리기(100)에서 제공하는 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스(CO, H2, CO2, CH4 등)를 생성해 내는 가스화기(200)가 구비된다.
또한, 상기 가스화기(200)에서 생성된 가스를 냉각 및 가스 정제기(400)로 전달하는 한편, 스팀 터빈(200)에 스팀을 제공하는 가스 냉각기(300)가 구비된다.
또한, 상기 가스 냉각기(300)를 통해 냉각 및 가스 정제기(400)를 통해 분진 및 황산화물이 1차 제거된 생성가스를 수성가스 전환 반응을 통해 CO를 CO2 및 H2로 전환하는 변성 반응기(500)가 구비된다.
또한, 상기 변성 반응기(500)를 통해 전달되는 배가스, 즉 수성가스(수소, 이산화탄소와 미량의 메탄이 주성분)를 전달받아 상기 수성가스에서 이산화탄소 및 황산화물을 분리하는 이산화탄소 포집설비(600)가 구비된다.
또한, 상기 이산화탄소 포집설비(600)에서 이산화탄소 및 황산화물이 제거된 수소 가스는 연료로서 가스 터빈(700)으로 공급됨으로써 전력을 생산한다. 상기 가스 터빈(700)은 이산화탄소 포집설비(600)에서 제공하는 수소(H2) 가스와 상기 공기 분리기(100)에서 제공하는 산소(O2)에 의해 구동되는데, 이때 상기 가스 터빈(700)에서는 물이 대부분을 차지하는 배가스가 최종적으로 외부로 배출된다.
또한, 상기 가스 터빈(700)에서 배출되는 배가스의 배열(폐열)을 회수하여 스팀은 스팀 터빈(800)으로 제공하고 배가스는 굴뚝을 통해 배출하는 폐열 회수 보일러(900)가 구비된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 이산화탄소 포집설비(600)는 염기성 알칼리 용액을 이용하여 석탄가스화 복합발전 과정에서 발생되는 배가스, 즉 변성 반응기(500)로부터 전달되는 수성가스 중에 포함된 이산화탄소를 포집하는 설비로서, 주요 구성으로 흡수탑(610), 이산화탄소 포집부(611), 믹서(630), 분리기(640), 탄소자원 저장소(641) 및 배출부(650)를 포함한다.
상기 흡수탑(610)은 가스 정제기(400)로부터 황산화물이 1차 제거된 수성가스 중에서 이산화탄소를 포집하거나, 이산화탄소와 더불어 황산화물을 2차 제거하는 시설, 건물, 설비 등을 의미하는 것일 수 있다.
또한, 상기 흡수탑(410)의 하단에 위치하는 이산화탄소 포집부(611)는 흡수탑(610)의 일부분이며, 배가스를 버블링하여 이산화탄소를 포집하는 부분을 의미하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(610)은 가스 정제기(400)로부터 황산화물이 1차 제거된 수성가스 중에서 이산화탄소가 포집되는 이산화탄소 포집부(611)를 하단에 포함하여, 염기성 알칼리 혼합액과 수성가스(수성가스 마이크로버블)를 반응시켜 수성가스 중 이산화탄소만을 포집한다. 상기 수성가스 중 이산화탄소를 포집한 후, 상기 흡수탑(610)에는 이산화탄소가 제거된 수성가스가 기체 상태로 남아있는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(610)은 상부에 노즐(615, 도 5 또는 도 6 참조)이 설치되어 믹서(630)로부터 상기 노즐(615, 도 5 또는 도 6 참조)을 통해 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(610) 내에 분사되고, 하단의 이산화탄소 포집부(611)에 모인다. 상기 염기성 알칼리 혼합액이 분사되는 동시에 변성 반응기(500)으로부터 공급된 수성가스가 흡수탑(610) 하부의 이산화탄소 포집부(611) 내의 버블러(613)를 통과하여 마이크로버블(microbubble)이 생성된 배가스가 공급되며, 상기 이산화탄소 포집부(611) 내에서 염기성 알칼리 혼합액과 배가스 마이크로버블이 반응하여 이산화탄소를 포집한다. 상기 마이크로버블은 염기성 알칼리 혼합액에 배기가스를 반응시킬 때 변성 반응기(500)의 출구에 미세한 구멍이 형성된 버블러(613)를 통과하면서 버블이 형성된다.
상기 버블러(613)는 변성 반응기(500)으로부터 공급된 수성가스를 통과시킴으로써 수성가스에 마이크로버블을 형성할 수 있고, 상기 마이크로버블은 버블의 크기가 작을수록 수성가스와 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.
한편, 상기 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 포집 성능을 더욱 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 갖출 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 도 5 및 도 6에서 상세히 설명하고자 한다.
또한, 상기 흡수탑(610)은 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)(612)를 포함하여 흡수탑(610) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 노즐(615, 도 5 또는 도 6 참조)은 다수의 노즐을 포함할 수 있고, 1단 이상의 단으로 형성될 수 있다. 상기 노즐(615, 도 5 또는 도 6 참조)은 믹서(630)와 연결되어 믹서(630)로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급할 수 있다.
상기 흡수탑(610)은 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬 복합 배열로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 흡수탑(610)은 배기가스의 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(610)은 배기가스의 유량이 많은 경우 병렬로 배열하는 것일 수 있다. 배기가스의 유량이 흡수탑이 포집할 수 있는 양을 초과하는 경우 흡수탑을 병렬로 하여 포집 가능한 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다.
상기 변성 반응기(500)는 이산화탄소를 포함하는 모든 가스를 포함하며, 예를 들어 상술한 수성가스 이외에 발전소 배기가스 또는 엔진 배기가스일 수 있다.
상기 믹서(630)은 염기성 알칼리 용액 저장조(631)에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원(632)에서 공급된 물을 혼합하여, 상기 흡수탑(610)의 노즐(615, 도 5 또는 도 6 참조)로 공급한다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물이 혼합된 염기성 알칼리 혼합액은 공급량 또는 필요량이 많아질 경우 별도로 연결된 바이패스(by-pass)(636) 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; 알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성제올라이트; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7.10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원(632)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, pH13, pH12, pH12.1, pH12.2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 흡수탑(610) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 흡수탑(610) 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(633, 634)에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서(630)로 공급될 수 있다.
상기 흡수탑(610) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만(level indicator로 측정)으로 낮아지면 상기 믹서(630)에서 밸브(635)를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단될 수 있다. 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(610)으로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리기(640)에서 나가는 용액의 양이 동일해서 지속적으로 이산화탄소 포집설비를 유지할 수 있기 때문에, 상기 흡수탑(610)에서 분리기(640)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(610)에 공급되도록 밸브(635)(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(610)의 이산화탄소 포집부(611)에서 염기성 알칼리 혼합액과 변성 반응기(500)로부터 유입된 수성가스가 반응하여 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액은 밸브(625)를 통해 분리기(640)로 이동하여, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다.
상기 분리기(640)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(641)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(620)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(641)는 지상, 지중, 및 해상 각각의 환경이 고려된 이산화탄소 반응물 저장소로서, 종래의 이산화탄소 저장장치보다 더 넓은 공간에 안정적이고 효율적으로 이산화탄소 포집 반응물인 탄소 자원를 저장하는 동시에 제작비용을 저감할 수 있음은 물론, 상기 저장된 탄소자원의 필요시 추후에 활용될 수 있도록 구현될 수 있다.
일 예로 지상 환경에 고려된 탄소자원 저장소는 상기 이산화탄소 반응물을 수용하며 내부벽 및 외부벽에 의해 이중벽 구조를 갖는 저장탱크, 상기 이산화탄소 반응물을 상기 저장탱크로 로딩(loading)하는 인입 유닛, 상기 저장탱크와 연결되어 상기 저장탱크 내의 상기 이산화탄소 반응물을 언로딩(unloading)하는 배출 유닛, 및 상기 저장탱크의 내부에 수용된 상기 이산화탄소 반응물의 진공상태를 일정하게 유지시키거나, 또는 상기 이산화탄소 반응물을 로딩/언로딩시에 상기 인입 유닛 및 상기 배출 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
한편, 지중 환경에 고려된 탄소자원 저장소는 상기 지상 환경에 고려된 탄소자원 저장소의 저장탱크 대신에 지중 저장지를 활용할 수 있으며, 석탄화력발전소에서 생성된 이산화탄소 포집 반응물을 해상에 저장하기 위해서는 운반 장치를 이용하여 LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV과 같은 해상 구조물에 이동시켜 상기 이산화탄소 포집 반응물을 저장시킬 수 있다.
상기 이산화탄소 포집부(611)에서 이산화탄소 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스는 배출부(650)를 통해 배출된다. 예를 들어, 상기 배출부(650)를 통해 배출되는 잔여 배가스는 배가스에서 이산화탄소가 제거된 배가스와 일부 소량의 포집되지 못한 CO2가 포함될 수 있다.
이때, 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 이산화탄소 포집설비(600)는, 상기 흡수탑(410) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(460); 및 상기 모니터링부(460)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부(461);를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 포집설비(250)의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(660)에서 관리하며, 모니터링부(660)에서 나타내는 값을 기반으로 제어부(661)를 조절한다. 상기 제어부(661)에서 입력되는 값에 대하여 밸브들(625, 633, 634, 635)이 퍼센테이지로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소만을 포집함으로써 종래 기술 대비 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점을 해소하면서 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨으로 변환시킴으로써 다른 유용한 물질로의 자원화가 가능하다.
상술한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 탄소자원화 시스템은 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 및 황산화물 포집설비를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 앞서 살펴본 도 3의 이산화탄소 포집설비에 더하여 황산화물 포집을 위해 분리기(640)와 탄소자원 저장소(641) 사이에는 밸브(642) 및 재공급 유로(부호없음)가 더 구비될 수 있다.
이에 따라 상기 밸브(642)에 의해 포집된 이산화탄소의 반응물을 탄소자원 저장소(641)로 보내 저장하거나 흡수탑(610)에 재공급함으로써 수성가스 중에 포함된 황산화물을 포집하여 저감(2차 제거)시키는 데 이산화탄소 반응물을 이용할 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물과 수성가스 중 황산화물은 하기 <반응식 3>에 나타낸 바와 같이 반응하여 포집될 수 있다.
<반응식 3>
2NaHCO3 + SO2 + 1/2 O2 → Na2SO4 + 2CO2 + H2O
Na2CO3 + SO2 + 1/2 O2 → Na2SO4 + 2CO2
상기 흡수탑(610)에서 황산화물의 포집이 끝난 후, 흡수탑(610)에 존재하는 포집된 황산화물을 포함하는 용액, 이산화탄소 반응물, 및 이산화탄소와 황산화물이 제거된 수성가스 또는 잔여 배가스가 배출부(650)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
구체적으로, 상기 배출부(650)로 배출되는 물질은 이산화탄소와 황산화물이 제거된 잔여 배가스(N2, O2 등) 및 이산화탄소 반응물과 황산화물이 반응하여 황산화물이 제거되면서 형성되는 황산나트륨(Na2SO4)를 배출하는 것일 수 있고, 상기 황산나트륨은 입자 크기가 매우 작은 고체 상태로 잔여 배가스 내에 부유하다가 잔여 배가스와 함께 배출될 수 있다.
이때, 상기 잔여 배가스는 대기 중으로 배출 시 이산화탄소 또는 황산화물의 농도가 규제 기준치를 초과할 수 없으므로, 상기 잔여 배가스가 배출될 대기 속 이산화탄소 또는 황산화물의 농도를 기준으로 하여(관리자가 미리 대기의 이산화탄소 농도의 측정 후 설정한 기준) 기준을 초과하지 않는 잔여 배가스를 배출할 수 있다.
예를 들어, 상기 포집된 황산화물을 포함하는 용액은 황산나트륨(Na2SO4)일 수 있고, 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다.
또한, 상기 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 배기가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 하나의 이산화탄소 포집설비(600)를 통해 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집할 수 있다.
따라서, 기존의 배연탈황설비를 개조하거나 추가적인 배연탈황 설비를 도입하지 않고, 종래 기술 대비 간단한 시스템 구성으로 석탄가스화 복합발전소에서 배출되는 이산화탄소를 효율적으로 저감하면서 동시에 저렴한 비용으로 황산화물도 저감시킬 수 있다.
이상 살펴본 실시예는 이산화탄소 및 황산화물을 모두 포집하는 본 발명의 탄소자원화 시스템에 대해 설명하였다. 황산화물의 포집을 위하여 추가된 밸브(642) 및 밸브(642)로부터 흡수탑까지 연장되는 재공급 유로(부호없음)를 제외하고, 나머지 구성은 도 3과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수탑(610)의 내부 구성은, 흡수탑(610) 내에서 믹서(630)로부터 하부에서 상부로 우산 모양(C)의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 배관(614)에 구비된 다수의 노즐(615), 우산 모양(C)으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극(616a)에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재(616), 및 상기 흡수탑(610) 내에 이산화탄소를 포함한 수성가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플(617)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 우산 모양(C)으로 분출하도록 하는 다수의 노즐(615)을 통해 흡수탑(610) 내의 상부에서 하부로 떨어지는 염기성 알칼리 혼합액이 미세액적부재(616)의 공극(616a)에 닿아 액적으로 형성되면서 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플(617)을 통과하면서 미세 입자로 형성된 배가스와 접촉함에 따라 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수탑(610)의 내부 구성은, 도 4의 일 실시예 구성에 더해 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 반응을 촉진하기 위한 구성이 더 추가될 수 있다.
상기 다른 실시예에 따른 흡수탑(610)은, 상기 변성 반응기(500)로부터 전달된 이산화탄소가 흡수탑(610) 하부에 설치된 메쉬망(618)을 통과하면서 마이크로버블로 미립화된다.
또한, 상기 흡수탑(610) 상부를 가로지르도록 설치된 배관(614)을 통해 믹서(630, 도 3 또는 도 4 참조)로부터 흡수탑(610) 내부로 공급된 염기성 알칼리 혼합액은 상기 배관(614)의 일측에 일정 간격마다 설치된 다수의 노즐(615)을 통해 상방을 향해 분수 형상으로 분출되면서 미세 액적으로 미립화된다.
또한, 상기 메쉬망(618)과 배관(614) 사이에는 미립화된 염기성 알칼리 혼합액 중 일정 크기 이하의 미세 액적만 선택적으로 통과시키기 위한 미세액적부재(616)가 더 구비될 수 있다.
앞서 도 5의 일 실시예에서 살펴본 바와 같이 상기 메쉬망(618)과 미세액적부재(616)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(618)에 의해 미립화된 이산화탄소와 접촉에 의해 반응이 촉진되면서 이산화탄소를 활발히 포집한다.
또한, 상기 메쉬망(618)과 배관(614) 사이에는 미립화된 이산화탄소와 염기성 알칼리 혼합액의 유동성을 증가시켜 반응을 촉진하기 위한 교반기(619)가 더 구비될 수 있다.
상기 교반기(619)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.
본 발명은 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템분야에 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 유입된 공기가 공기 분리기를 통해 산소와 질소로 분리된 후 상기 산소는 산화제로서 가스화기에 공급됨과 동시에 일부는 가스 터빈의 연소용으로 공급되고, 이산화탄소와 함께 상기 공기 분리기에서 제공된 산소를 가스화기가 제공받아 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스를 생성하고, 상기 가스화기에서 생성된 가스는 가스 냉각기에서 냉각된 후 가스 정제기 및 변성 반응기를 거쳐 정제된 배가스에서 수소를 분리하여 가스 터빈으로 공급하여 전력을 생산하는 석탄가스화 복합발전소에서 이산화탄소를 분리 및 이를 자원화하는 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비는,
    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;
    상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및
    상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부;를 포함하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  5. 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;
    알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성제올라이트; 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  6. 제 1 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑은,
    상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐;
    상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및
    상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리기는,
    상기 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비는,
    상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수탑은 상기 변성 반응기로부터 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  13. 유입된 공기가 공기 분리기를 통해 산소와 질소로 분리된 후 상기 산소는 산화제로서 가스화기에 공급됨과 동시에 일부는 가스 터빈의 연소용으로 공급되고, 이산화탄소와 함께 상기 공기 분리기에서 제공된 산소를 가스화기가 제공받아 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스를 생성하고, 상기 가스화기에서 생성된 가스는 가스 냉각기에서 냉각된 후 가스 정제기 및 변성 반응기를 거쳐 정제된 배가스에서 수소를 분리하여 가스 터빈으로 공급하여 전력을 생산하는 석탄가스화 복합발전소에서 이산화탄소를 분리 및 이를 자원화하는 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비는,
    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;
    상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소;
    상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부; 및
    상기 분리기와 탄소자원 저장소 사이에 구비된 밸브;를 포함하고,
    상기 밸브에 의해 포집된 이산화탄소의 반응물을 탄소자원 저장소로 보내 저장하거나 흡수탑에 재공급함으로써 배가스 중에 포함된 황산화물을 포집하여 저감시키는 탈황제로 이용되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  17. 제 13 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;
    알루미나계 원료, 실리카계 원료 및 수산화나트륨으로 제조된 결정화된 합성제올라이트; 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  18. 제 13 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡수탑은,
    상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐;
    상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및
    상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 분리기는,
    상기 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  23. 제 13 항에 있어서,
    상기 이산화탄소 포집설비는,
    상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및
    상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함하는 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 흡수탑은 상기 변성 반응기로부터 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 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
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