KR101733142B1 - Apparatus for storing carbon dioxide in abandoned mine and method for storing carbon dioxide using thereof - Google Patents

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채수천
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한국지질자원연구원
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Abstract

The present invention provides a carbon dioxide storage device for an abandoned mine and a carbon dioxide storage method using the same. The carbon dioxide storage device comprises: a case formed in accordance with the shape of an abandoned mine; a backflow pipe provided inside the case; a slurry pipe which is provided inside the backflow pipe and into which a reaction material is introduced; and a carbon dioxide storage pipe which is provided inside the slurry pipe and into which carbon dioxide is introduced. Accordingly, a carbon dioxide fixed storage capable of collecting carbon dioxide generated in industrial sites and safely storing the carbon dioxide for a long time is provided. The cost of storing carbon dioxide is drastically reduced since abandoned mines are able to be utilized, and forming a new storage is not necessary since a carbonate mineralization process is able to be carried out in an already formed mine.

Description

폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장장치 및 이를 이용한 이산화탄소 저장방법{Apparatus for storing carbon dioxide in abandoned mine and method for storing carbon dioxide using thereof}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a carbon dioxide storage device for use in an abandoned light tunnel, and a carbon dioxide storage method using the same.

본 발명은 지하공간을 대상으로 이산화탄소를 장기간 저장할 수 있는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 지중 저장방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폐광 갱도 내에 이산화탄소를 저장하는 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 저장방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for storing carbon dioxide in an underground space for a long period of time, and a carbon dioxide underground storage method using the same. More particularly, the present invention relates to an apparatus for storing carbon dioxide in an abandoned light tunnel and a method for storing carbon dioxide using the apparatus.

이산화탄소는 주요 온실가스 중 하나이며, 인간 활동에 의한 이산화탄소 배출량의 증가는 지구 평균기온 상승과 해수면 상승 등의 결과를 가져온다. 따라서 이러한 기후변화에 대처하기 위해 적극적인 이산화탄소 감축의 노력이 필요하나, 인간의 활동에 의한 이산화탄소 배출량은 해마다 크게 증가하고 있다. Carbon dioxide is one of the major greenhouse gases, and the increase in carbon dioxide emissions from human activities results in global average temperature rise and sea level rise. Therefore, in order to cope with such climate change, it is necessary to actively reduce carbon dioxide, but the amount of carbon dioxide emission by human activity is increasing year by year.

대기 중 이산화탄소의 농도를 낮추고, 산업용 시설 등에서 배출되는 이산화탄소를 저감하기 위한 이산화탄소 저장 기술로는 지중 저장 기술을 비롯해서 해양 저장 기술 및 광물 탄산염화 기술 등이 있다. 이 중에서, 해양 저장 기술(ocean storage technology)은, 이산화탄소를 기체, 액체, 고체 또는 수화물 상태로 해양이나 해저 바닥에 저장하는 기술로서, 해양생태계의 파괴 우려 및 장기적인 이산화탄소 저장에 대한 불안정성 등을 문제로 현재까지 본격적으로 시도되지 못하고 있는 기술이다. Carbon dioxide storage technologies for lowering atmospheric carbon dioxide and reducing carbon dioxide emissions from industrial facilities include underground storage technology, ocean storage technology and mineral carbonate technology. Among them, ocean storage technology is a technology to store carbon dioxide in the form of gas, liquid, solid or hydrate in the ocean or on the bottom of the ocean. It concerns the destruction of marine ecosystems and instability in long-term storage of carbon dioxide It is a technology that has not been tried in earnest until now.

또한, 광물 탄산염화 기술(mineral carbonation technology)은 이산화탄소를 주로 칼슘과 마그네슘 등의 금속 산화물과 화학적으로 반응시켜 불용해성의 탄산염 광물 상태로 이산화탄소를 저장하는 기술로서, 많은 양의 반응 에너지가 요구됨과 동시에, 탄산염 광물의 저장 및 처리 자체에 환경 문제를 야기할 우려가 따르는 바, 아직까지는 실현되기 어려운 기술에 속한다. In addition, the mineral carbonation technology is a technology for chemically reacting carbon dioxide with metal oxides such as calcium and magnesium to store carbon dioxide in an insoluble carbonate mineral state, and a large amount of reaction energy is required , And the storage and treatment of carbonate minerals is a concern that causes environmental problems in itself, which is not yet realized.

한편 폐광은 중금속 등 유해물질이 다량으로 유출되고 있으며, 특히 한국의 경우 2012년 기준 936개의 폐광이 있으며, 이중 약 89%가 오염 기준을 초과한 상태이므로, 폐광의 지속적 관리와 폐광의 적극적인 활용방법이 요구된다.On the other hand, abandoned mines are exposed to a large amount of harmful substances such as heavy metals. In Korea, there are 936 abandoned mines in 2012, about 89% of them are polluted. Therefore, .

이에 본 발명자들은 이산화탄소를 효과적으로 저장할 수 있는 방법에 대하여 지속적으로 연구한 결과 발전소, 공장 등의 산업현장에 배출되는 이산화탄소를 포집하여 폐광 갱도 내로 유입하고 탄산염 광물화 기술을 응용하여 저장하는 경우에 는 에너지를 효과적으로 이용하면서도 안정적이고 지속적으로 이산화탄소를 저장할 수 있는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다. Therefore, the present inventors have continued to study a method of effectively storing carbon dioxide, and as a result, it has been found that when carbon dioxide discharged from an industrial site such as a power plant or a plant is captured and introduced into an abandoned coal mine, The present inventors have found that carbon dioxide can be stored stably and continuously, thereby completing the present invention.

1. 대한민국 등록특허 제1178148호 (2012.08.23 등록)1. Korean Registered Patent No. 1178148 (registered on August 23, 2012) 2. 대한민국 공개특허공보 제2012-0118219호 (2012.10.26 공개)2. Korean Patent Publication No. 2012-0118219 (disclosed on October 26, 2012)

따라서, 발전소, 공장 등 산업 현장에서 배출되는 이산화탄소를 포집한 이후에 폐광 갱도로 도입하고 탄산염 광물화 과정을 통하여 폐광 갱도 내에 이산화탄소를 저장할 수 있는 폐광 대상 이산화탄소 저장 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 저장방법을 제공할 수 있다. Accordingly, there is provided a carbon dioxide storage device for abandoned coal, which can capture carbon dioxide emitted from an industrial site such as a power plant or a plant and then store the carbon dioxide in the abandoned coal mine by introducing the carbon dioxide into the abandoned coal mine and performing a carbonate mineralization process, and a method for storing carbon dioxide using the same .

또한 폐광을 대상으로 하여 이산화탄소 저장 공간을 매우 효율적으로 확보할 수 있으며, 이미 형성된 갱도를 이용하기 때문에 저장공간을 새롭게 확보하지 않아도 연속 공정으로 이산화탄소를 저장할 수 있다. In addition, carbon dioxide storage space can be secured efficiently with abandoned mines, and carbon dioxide can be stored in a continuous process without newly securing a storage space because the existing tunnels are used.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 폐광 갱도의 형상에 대응되도록 제작되는 케이스; 상기 케이스 내측에 구비되는 역류관; 상기 역류관 내측에 구비되어 반응재가 투입되는 슬러리관; 및 상기 슬러기관 내측에 구비되어 이산화탄소가 투입되는 이산화탄소투입관을 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, A backflow pipe disposed inside the case; A slurry tube provided inside the back flow tube and into which a reaction material is introduced; And a carbon dioxide inlet pipe provided on the inner side of the sloshing tube for introducing carbon dioxide into the carbon dioxide storage tank.

또한 상기 케이스는 하단이 개방되고 원통형으로 형성될 수 있다. Further, the case may be formed in a cylindrical shape with its lower end opened.

또한 상기 반응재 및 이산화탄소가 반응하여 생성되는 탄산염 광물이 적층될 수 있다. Further, the carbonate mineral generated by the reaction of the reaction material and the carbon dioxide may be laminated.

보다 상세하게는 폐광의 지상에 설치되어 외부에서 포집된 이산화탄소를 저장하고 이산화탄소 흐름을 생성하는 상부저장탱크; 폐광의 갱도의 형상에 대응되도록 제작되고, 하단이 개방되어 상기 갱도의 끝단 부위에 배치되는 원통형 케이스; 상기 원통형 케이스 내측에 구비되며, 수직 통로를 형성하는 수직역류관; 상기 수직역류관 내측에서 수직역류관과 동심을 이루며 배치되어, 금속 실리케이트 슬러리가 투입되어 하강되는 수직슬러리관; 상기 수직슬러리관의 내측에서 중심이 서로 다르게 구비되며, 상기 상부저장탱크에서 생성된 이산화탄소 흐름을 상기 원통형 케이스의 내측 하단에 축적된 상기 금속 실리케이트 슬러리로 전달하는 이산화탄소투입관; 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 서로 접촉되어 탄산염 광물화 반응이 시작되는 상기 원통형 케이스 하단 부분에 일부가 배치되어, 상기 탄산염 광물화 반응에서 발생되는 열을 회수하여 전달할 수 있는 열교환튜브; 및 상기 폐광의 지상에 설치되며, 상기 상부저장탱크 일측에 배치되어 상기 열교환튜브에서 전달되는 열을 회수하는 열교환기를 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 제공한다.To an upper storage tank installed on the ground of abandoned coal to store carbon dioxide collected from outside and generate a carbon dioxide stream; A cylindrical case made to correspond to a shape of a tunnel of abandoned light and having a lower end opened and disposed at an end portion of the tunnel; A vertical backflow tube provided inside the cylindrical case and forming a vertical passage; A vertical slurry pipe arranged concentrically with the vertical countercurrent pipe inside the vertical countercurrent pipe, the metal silicate slurry being introduced and lowered; A carbon dioxide inlet pipe which is different in the center from the inside of the vertical slurry pipe and transfers the carbon dioxide flow generated in the upper storage tank to the metal silicate slurry accumulated in the inner lower end of the cylindrical case; A heat exchange tube partially disposed at a lower portion of the cylindrical case where the metal silicate slurry and the carbon dioxide flow are in contact with each other to initiate a carbonate mineralization reaction to recover and transfer heat generated in the carbonate mineralization reaction; And a heat exchanger installed on the ground of the abandoned light and disposed at one side of the upper storage tank to recover heat transferred from the heat exchange tube.

또한 상기 이산화탄소 흐름은 액상, 기상 또는 초임계유체의 이산화탄소일 수 있다. The carbon dioxide stream may be liquid, vapor or supercritical fluid carbon dioxide.

또한 상기 원통형 케이스는 일단이 갱도 내부면과 밀착되도록 외주 바깥방향으로 굴곡지게 플렌지가 형성되며, 타단은 외주가 축 방향으로 점차 감소될 수 있다. Also, the cylindrical case may have a flange formed at one end thereof so as to be in close contact with the inner surface of the tunnel, and the other end may be gradually reduced in the axial direction.

또한 상기 원통형 케이스는, 축 방향 길이가 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 서로 접촉되어 탄산염 광물이 생성되는 반응 부위까지 연장되어 형성될 수 있다. The cylindrical case may be formed such that the axial length thereof extends to a reaction site where the metal silicate slurry and the carbon dioxide flow are in contact with each other to produce a carbonate mineral.

또한 상기 수직역류관은 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 접촉되어 생성되는 탄산염 및 금속 화합물이 생성되고 수직방향으로 역류되어 점차 축적될 수 있다. In addition, the vertical backflow tube may generate carbonates and metal compounds that are produced by the contact of the metal silicate slurry with the carbon dioxide stream, and may be gradually accumulated backward in the vertical direction.

또한 상기 수직슬러리관은 금속 실리케이트와 물이 혼합된 금속 실리케이트 슬러리가 중력에 의하여 하강할 수 있도록 유도할 수 있다. Further, the vertical slurry pipe may induce the metal silicate slurry mixed with the metal silicate and water to be lowered by gravity.

또한 상기 금속 실리케이트는 사문석, 감람석 및 휘석 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 분쇄하여 형성될 수 있다. The metal silicate may be formed by pulverizing one or two or more selected from the group consisting of serpentine, olivine and pyroxenesilicate.

또한 상기 실리케이트 슬러리는 금속 실리케이트를 20 내지 25 중량%로 함유할 수 있다. The silicate slurry may also contain from 20 to 25% by weight of the metal silicate.

또한 상기 이산화탄소투입관은 상기 상부저장탱크가 하나 이상으로 구비되는 경우에 상부저장탱크 개수에 따라 복수 개로 구비될 수 있다. In addition, when the upper storage tanks are provided in at least one of the upper storage tanks, the carbon dioxide supply pipes may be provided in plural.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 (a) 이산화탄소를 포집하여 상부 저장탱크에 저장하는 단계; (b) 금속 실리케이트를 분쇄하고 물에 분산시켜 금속 실리케이트 슬러리를 제조하여 저장하는 단계; (c) 폐광 갱도에 원통형 케이스를 배치하는 단계; (d) 상기 원통형 케이스 내측에 수직역류관을 배치하는 단계; (e) 상기 수직역류관 내측에 수직슬러리관을 배치하고, 상기 수직슬러리관 내측에 이산화탄소투입관을 배치하고, 상기 수직역류관의 덮개를 사용하여 밀봉하는 단계; (f) 상기 금속 실리케이트 슬러리를 상기 수직슬러리관을 통하여 하강시키고, 상부 저장탱크를 가압하여 이산화탄소를 침투시켜 탄산염 광물화 반응을 수행하는 단계; 및 (g) 상기 탄산염 광물화 반응에 따라 생성된 탄산염이 상기 수직역류관을 통하여 상부 방향으로 적층하는 단계를 포함하는 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing carbon dioxide, comprising: (a) collecting carbon dioxide and storing it in an upper storage tank; (b) milling and dispersing the metal silicate in water to produce and store the metal silicate slurry; (c) disposing a cylindrical case in the abandoned light tunnel; (d) disposing a vertical backflow tube inside the cylindrical case; (e) disposing a vertical slurry tube inside the vertical backflow tube, disposing a carbon dioxide injection tube inside the vertical slurry tube, and sealing using the cover of the vertical backflow tube; (f) lowering the metal silicate slurry through the vertical slurry pipe, pressurizing the upper storage tank to permeate carbon dioxide, and performing a carbonate mineralization reaction; And (g) laminating the carbonates produced according to the carbonate mineralization reaction in the upper direction through the vertical countercurrent line. The present invention also provides a method for storing carbon dioxide using a carbon dioxide storage device.

상기 (f) 단계의 탄산염 광물화 반응의 발생열을 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다. And recovering heat generated in the carbonate mineralization reaction in the step (f).

상기 (c) 단계의 원통형 케이스는 기압이 20 bar을 초과하는 깊이의 갱도에 배치될 수 있다. The cylindrical case of step (c) may be disposed in a tunnel having an air pressure exceeding 20 bar.

상기 (g) 단계에서 생성된 탄산염 광물이 적층되어 수직역류관을 채우는 경우에는 다시 상기 (c) 단계의 원통형 케이스를 배치하는 단계를 연속적으로 수행하여 폐광 갱도를 탄산염 광물로 메워서 갱도를 차폐할 수 있다. If the carbonate minerals generated in step (g) are stacked and the vertical backwash tube is filled, the step of disposing the cylindrical case of step (c) again is continuously performed to cover the tunnel with the carbonate minerals to shield the tunnel .

본 발명에 따르면, 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 안전하게 장시간 저장할 수 있는 이산화탄소 고정 저장소를 제공할 수 있다. 폐광을 활동할 수 있기 때문에 이산화탄소 저장 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 이미 형성된 갱도를 내에서 탄산염 광물화 과정을 수행할 수 있으므로 저장소를 새롭게 형성하지 않아도 되는 장점이 있다. Industrial Applicability According to the present invention, it is possible to provide a carbon dioxide fixed storage capable of capturing carbon dioxide generated in an industrial site and safely storing carbon dioxide for a long time. It is possible to drastically reduce the storage cost of the carbon dioxide because it can operate the abandoned light, and it is possible to carry out the carbonate mineralization process within the already formed tunnel, so that there is no need to newly form the reservoir.

또한 관리되지 못한 폐광에서는 각종 오염물질이 배출될 수 있으나, 탄산염 광물로 갱도가 차폐되는 경우에는 폐광에 의한 환경 오염을 방지할 수 있다. In addition, various pollutants can be discharged from unmanaged abandoned mines, but if the mine is covered with carbonate minerals, environmental pollution caused by abandoned mines can be prevented.

탄산염 광물화 과정은 반응 후 탄산염이나 규산염 광물층이 형성되면서 이산화탄소와 접촉이 어려워지면서 연속적인 반응이 진행되지 못하는 문제점이 있으나, 본 발명은 갱도 내에서 연속적으로 탄산염 광물화 반응을 수행하여 탄산염 광물화 반응이 저해되지 않는 장점을 갖는다. The carbonate mineralization process has a problem in that a continuous reaction can not proceed due to difficulty in contact with carbon dioxide due to the formation of a carbonate or silicate mineral layer after the reaction. However, the present invention provides a continuous carbonate mineralization reaction in a tunnel, It has an advantage that the reaction is not inhibited.

또한 폐광 갱도는 지중 깊은 곳에 탄산염 광물화의 반응 부위가 형성되기 때문에 고압 분위기를 형성하여 반응을 매우 활성화할 수 있으므로 탄산염 광물화 반응의 효율을 증가시킬 수 있다. In addition, the abundance of carbonate minerals in the abundance of abandoned coal mine can increase the efficiency of carbonate mineralization because the reaction can be activated by forming a high pressure atmosphere.

또한 탄산염 광물화 반응에서 생성되는 열을 회수하여 열교환기에 연결하는 경우 다양한 응용을 통하여 에너지의 재사용이 가능하여 에너지 회수 측면에서 장점을 갖는다. In addition, when the heat generated in the carbonate mineralization is recovered and connected to the heat exchanger, energy can be reused through various applications, which is advantageous in terms of energy recovery.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치의 구성을 대략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치의 상세한 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 3은 도 2의 I-I선에 따른 평단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법의 공정 흐름을 나타낸 공정흐름도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration of a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a longitudinal sectional view showing a detailed configuration of a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan sectional view taken along the line II in Fig.
4 is a process flow diagram illustrating a process flow of a carbon dioxide storage method using a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving it will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치의 구성을 대략적으로 나타낸 모식도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치의 상세한 구성을 나타낸 종단면도이며, 도 3은 도 2의 I-I선에 따른 평단면도이다. FIG. 1 is a schematic view schematically showing a configuration of a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing a detailed configuration of a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to an embodiment of the present invention 3 is a plan sectional view taken along line II in Fig. 2. Fig.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 폐광 갱도(60)를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치는 케이스, 역류관, 슬러리관 및 이산화탄소투입관을 포함할 수 있다. Referring to the drawings, a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel 60 according to the present invention may include a case, a backflow pipe, a slurry pipe, and a carbon dioxide feed pipe.

상기 케이스는 하단이 개방되고 원통형으로 형성될 수 있다. The case may be formed in a cylindrical shape with its lower end opened.

상기 케이스 하단이 개방되어 상기 폐광 갱도를 반응재 및 이산화탄소를 이용한 탄산염 광물화 반응 장소로 사용될 수 있다. The lower end of the case is opened so that the abandoned light tunnel can be used as a carbonate mineralization reaction site using a reaction material and carbon dioxide.

상기 역류관은 상기 반응재 및 이산화탄소가 반응하여 생성되는 탄산염 광물이 적층될 수 있다. The countercurrent pipe may be laminated with the carbonate material generated by the reaction of the reaction material and the carbon dioxide.

상기 케이스가 탄산염 광물화 반응의 반응기 역할을 수행하고 반응 후 생성물인 탄산염 광물이 상기 역류관을 통하여 적층되므로써 이산화탄소를 장시간 안정적으로 저장할 수 있다. The case serves as a reactor for the mineralization of carbonate and the carbonate mineral which is a product after the reaction is deposited through the countercurrent pipe, so that the carbon dioxide can be stably stored for a long time.

한편 본 발명의 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치는 상부저장탱크(10), 원통형 케이스(20), 수직역류관(30), 수직슬러리관(40), 이산화탄소투입관(50), 열교환튜브(70) 및 열교환기(80)를 포함한다. The carbon dioxide storage device for the abandoned light tunnel is composed of an upper storage tank 10, a cylindrical case 20, a vertical backflow pipe 30, a vertical slurry pipe 40, A tube 50, a heat exchange tube 70 and a heat exchanger 80.

상기 폐광의 위치 및 광산의 종류는 제한되지는 않으나, 금속 실리케이트가 다량 분포되어 용이하게 수득할 수 있는 위치가 유리하며, 갱도(60)의 깊이가 100 m 이상으로 갱도(60) 끝단의 기압이 20 bar를 초과할 수 있는 갱도(60)를 포함하는 폐광이 유리하다. Although the position of the abandoned light and the kind of the mine are not limited, it is advantageous that the metal silicate is distributed in a large amount and can be easily obtained. When the depth of the tunnel 60 is 100 m or more, Abandoned light including the tunnel 60 which can exceed 20 bar is advantageous.

상기 갱도의 깊이가 해수면 높이보다 낮을수록 고온 및 고압을 용이하게 유지할 수 있으므로, 탄산염 광물화 반응을 효율적으로 수행할 수 있으며, 생성된 탄산염 광물 또한 안정적으로 장시간 보존할 수 있는 장점을 갖는다. As the depth of the tunnel is lower than the sea level, the high temperature and the high pressure can be easily maintained. Therefore, the carbonate mineralization reaction can be efficiently performed and the generated carbonate mineral can be stably stored for a long time.

상기 폐광 갱도를 이용하는 경우 탄산염 광물화 반응에 필요한 온도 및 압력을 유지할 필요성이 없으므로 에너지를 크게 절약할 수 있다. When the abandoned light tunnel is used, there is no need to maintain the temperature and the pressure necessary for the carbonate mineralization reaction, so that the energy can be saved significantly.

또한 이산화탄소를 저장하기 위한 새로운 장소를 형성해야 하는 문제를 해결할 수 있다.It also solves the problem of creating a new place to store carbon dioxide.

상기 상부저장탱크(10)는 폐광의 지상에 설치되어 외부에서 포집된 이산화탄소를 저장하고 이산화탄소 흐름(53)을 생성할 수 있다. The upper storage tank 10 may be installed on the ground of the abandoned light to store the carbon dioxide captured outside and generate the carbon dioxide stream 53.

상기 이산화탄소는 발전소, 공장 등의 산업현장에서 발생하는 배출가스 중에서 포집되는 것일 수 있다. The carbon dioxide may be collected in exhaust gas generated at an industrial site such as a power plant, a factory, or the like.

상기 포집된 이산화탄소는 기체 상태로 저장될 수 있으나 더 많은 용량으로 포집하여 저장하는 경우에는 액체 또는 초임계유체 상태로 저장될 수 있다.The collected carbon dioxide may be stored in a gaseous state, but may be stored in a liquid or supercritical fluid state when it is collected and stored at a higher capacity.

따라서 상기 이산화탄소 흐름은 액상, 기상 또는 초임계유체 상태의 이산화탄소일 수 있다. Thus, the carbon dioxide flow may be carbon dioxide in the liquid, gaseous or supercritical fluid state.

상기 이산화탄소가 기체 상태인 경우 펌프의 압력을 증가시키지 않아도 용이하게 이산화탄소 흐름을 생성할 수 있으므로 매우 유리하나, 액상 또는 초임계유체 상태인 경우에도 탄산염 광물화 반응을 수행할 수 있으므로 이에 제한되지는 않는다. Since the carbon dioxide can be easily generated without increasing the pressure of the pump when the carbon dioxide is in a gaseous state, it is very advantageous, but it is not limited to the carbonate mineralization reaction even in a liquid or supercritical fluid state .

상기 원통형 케이스(20)는 폐광의 갱도(60)의 형상에 대응되도록 제작되고, 하단이 개방되어 상기 갱도(60)의 끝단 부위에 배치된다.The cylindrical case 20 is fabricated to correspond to the shape of the tunnel 60 of the abandoned light, and the lower end thereof is opened and disposed at the end of the tunnel 60.

상기 원통형 케이스(20)는 하단이 개방되어 있으므로 후술하는 탄산염 광물화 반응이 갱도(60) 내에서 직접 수행될 수 있다. Since the lower end of the cylindrical case 20 is opened, a carbonate mineralization reaction described later can be directly performed in the tunnel 60.

상기 원통형 케이스(20)는 탄산염 광물화 반응의 반응기 역할을 수행하고, 지중 깊은 곳의 폐광 갱도(60)에 설치되고 있으므로, 반응 시 압력을 견디는 소재로 제조될 수 있으며, 일정 두께를 가져서 단열효과를 나타내는 것이 바람직하다. Since the cylindrical case 20 serves as a reactor of the carbonate mineralization reaction and is installed in the abandoned light tunnel 60 deep in the earth, it can be made of a material that can withstand the pressure during the reaction, .

상기 원통형 케이스(20)가 단열되는 경우 탄산염 광물화 반응 시 생성되는 열을 그대로 회수할 수 있으므로 상기 열교환기(80)의 효율이 증가될 수 있다. When the cylindrical case 20 is insulated, the heat generated during the carbonate mineralization reaction can be recovered as it is, so that the efficiency of the heat exchanger 80 can be increased.

상기 원통형 케이스(20)는 하단에서 탄산염 광물화 반응의 반응 부위(52)가 형성되며, 이산화탄소 흐름에 의한 탄산염화 반응으로부터 지층을 보호하고, 지층으로부터 상기 탄산염화 반응을 보호하는 상호 장벽으로 사용되는 원통형 관이다.The cylindrical case 20 has a reaction site 52 of a carbonate mineralization reaction at a lower end thereof and is used as a mutual barrier for protecting the stratum from carbonation reaction by the carbon dioxide stream and protecting the carbonation reaction from the stratum It is a cylindrical tube.

상기 원통형 케이스(20)는 상기 수직역류관(30), 수직슬러리관(40), 및 이산화탄소투입관(50)을 수용하고 지지할 수 있다. The cylindrical case 20 can receive and support the vertical backwash pipe 30, the vertical slurry pipe 40, and the carbon dioxide input pipe 50.

상기 원통형 케이스(20)는 일단이 갱도(60) 내부면과 밀착되도록 외주 바깥방향으로 굴곡지게 플렌지(21)가 형성되며, 타단은 외주가 축 방향으로 점차 감소될 수 있다. The cylindrical case 20 has a flange 21 bent in an outward direction so that one end of the flange 21 is in close contact with the inner surface of the tunnel 60 and the outer circumference of the flange 21 may be gradually reduced in the axial direction.

상기 플렌지(21)에 의하여 상기 갱도(60)는 상기 원통형 케이스(20)에 의하여 밀폐상태를 유지할 수 있다. The tunnel (60) can be kept closed by the flange (21) by the cylindrical case (20).

상기 원통형 케이스(20)를 갱도(60) 깊이에 맞추어 단 번에 형성하는 경우 수백 m를 초과하는 경우가 발생할 수 있으며, 갱도(60)의 형태에 따라 원통형 케이스(20)를 변형하는 것이 매우 어렵다. When the cylindrical case 20 is formed at a depth of the tunnel 60 at a time, it may occur to exceed a few hundred meters, and it is very difficult to deform the cylindrical case 20 depending on the shape of the tunnel 60 .

이때 상기 원통형 케이스(20)를 일정 길이를 갖도록 형성하고 일단의 플렌지(21)를 형성하는 경우 갱도(60)와 원통형 케이스(20) 사이의 간격을 메워서 갱도(60)의 끝단 부위의 공간을 밀폐시킬 수 있다.In this case, when the cylindrical case 20 is formed to have a predetermined length and the one end flange 21 is formed, the space between the tunnel 60 and the cylindrical case 20 is filled, It can be sealed.

이후에 탄산염 광물화 반응에 의하여 원통형 케이스(20) 내측으로 탄산염 광물이 축적되는 경우 다른 원통형 케이스(20)를 상기 원통형 케이스(20)의 타단의 감소된 외주에 끼워 삽입하여, 상기 원통형 케이스(20)를 연속적으로 연장하고, 탄산염 광물화 반응을 계속 진행할 수 있다.When the carbonate mineral is accumulated inside the cylindrical case 20 by the carbonate mineralization reaction, the other cylindrical case 20 is inserted into the reduced outer circumference of the other end of the cylindrical case 20 and inserted into the cylindrical case 20 ) Can be continuously extended to continue the carbonate mineralization reaction.

상기 원통형 케이스(20)는 축 방향 길이가 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름(53)이 서로 접촉되어 탄산염 광물이 생성되는 반응 부위까지 연장되어 형성될 수 있다. The axial length of the cylindrical case 20 may be extended to a reaction site where the metal silicate slurry and the carbon dioxide stream 53 are in contact with each other to produce a carbonate mineral.

상기 원통형 케이스(20)는 상기 반응 부위(52)보다 짧게 형성되는 경우에 탄산염 광물화 반응이 충분하게 일어나기 어려우며, 생성되는 탄산염 광물로 인하여 다른 원통형 케이스(20)를 준비해야 하는 문제가 발생된다. When the cylindrical case 20 is formed to be shorter than the reaction site 52, the carbonate mineralization reaction is difficult to occur sufficiently, and the other cylindrical case 20 must be prepared due to the generated carbonate mineral.

상기 수직역류관(30)은 상기 원통형 케이스(20) 내측에 구비되며, 수직 통로를 형성할 수 있다.The vertical backflow pipe (30) is provided inside the cylindrical case (20) and can form a vertical passage.

상기 수직역류관(30)은 가스 토출관(32)을 구비하고 가스 토출관(32) 및 수직슬러리관(40)이 수용되는 부분을 제외하고 차단하여 원통형 케이스(20) 내부를 일정한 압력을 가지도록 조절할 수 있다. The vertical backflow pipe 30 is provided with a gas discharge pipe 32 and is cut off except for the portion where the gas discharge pipe 32 and the vertical slurry pipe 40 are accommodated to make a certain pressure inside the cylindrical case 20 .

상기 덮개(31)는 상기 수직슬러리관(40)을 수용하고 지지할 수 있다. 상기 수직 슬러리관은 상기 덮개(31)를 관통하여 수용될 수 있다. The lid 31 can receive and support the vertical slurry tube 40. The vertical slurry pipe may be received through the lid 31.

상기 수직슬러리관(40)은 상기 수직역류관(30) 내측에서 수직역류관(30)과 동심을 이루며 배치되어, 금속 실리케이트 슬러리가 투입되어 하강될 수 있다. The vertical slurry pipe 40 is arranged concentrically with the vertical backflow pipe 30 inside the vertical backflow pipe 30 so that the metal silicate slurry can be introduced and lowered.

상기 금속 실리케이트 슬러리 흐름(41)은 금속 실리케이트에 물을 혼합하여 형성될 수 있다. The metal silicate slurry flow 41 may be formed by mixing water with the metal silicate.

상기 실리케이트 슬러리는 금속 실리케이트를 20 내지 25 중량%로 함유할 수 있다. The silicate slurry may contain from 20 to 25% by weight of the metal silicate.

상기 금속 실리케이트의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 탄산염 광물화 반응의 효율이 매우 감소되며, 25 중량%를 초과하는 경우 탄산염 광물의 생성 효율에 비하여 공정 비용이 더 크게 증가하여 전체 효율이 감소되는 문제가 발생된다.When the content of the metal silicate is less than 20% by weight, the efficiency of the carbonate mineralization reaction is greatly reduced. When the content of the metal silicate is more than 25% by weight, the productivity of the carbonate mineral is increased, Is generated.

상기 수직슬러리관(40)은 금속 실리케이트와 물이 혼합된 금속 실리케이트 슬러리(41)가 중력에 의하여 하강할 수 있도록 유도할 수 있다. The vertical slurry pipe 40 may induce the metal silicate slurry 41 mixed with the metal silicate and water to be lowered by gravity.

상기 금속 실리케이트는 사문석, 감람석 및 휘석 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 분쇄하여 형성될 수 있다. The metal silicate may be formed by pulverizing one or two or more selected from the group consisting of serpentine, olivine and pyroxenic silicate.

상기 이산화탄소투입관(50)은 상기 수직슬러리관(40)의 내측에서 중심이 서로 다르게 구비되며, 상기 상부저장탱크(10)에서 생성된 이산화탄소 흐름(53)을 상기 원통형 케이스(20)의 내측 하단에 축적된 상기 금속 실리케이트 슬러리로 전달할 수 있다. The carbon dioxide feed pipe 50 is provided at a center of the vertical slurry pipe 40 so that the carbon dioxide flow 53 generated in the upper storage tank 10 is communicated with the inner bottom of the cylindrical case 20. [ To the metal silicate slurry stored in the metal silicate slurry.

상기 이산화탄소투입관(50)은 상기 상부저장탱크(10)가 하나 이상으로 구비되는 경우에 상부저장탱크 개수에 따라 복수 개로 구비될 수 있다.The carbon dioxide inlet pipe 50 may be provided in a plurality of the upper storage tanks 10 according to the number of upper storage tanks when the upper storage tanks 10 are provided in more than one.

이산화탄소투입관(50)이 저장탱크에 따라 복수 개로 구비되는 경우에는 이산화탄소 공급원을 다양하게 할 수 있으므로 더욱 바람직하다.In a case where a plurality of carbon dioxide feed pipes 50 are provided according to the storage tank, the carbon dioxide supply source can be diversified, and thus it is more preferable.

상기 금속 실리케이트는 이산화탄소와 탄산염 광물화 반응이 일어나는 반응재의 일종이고 금속 실리케이트 이외에 이산화탄소와 반응할 수 있는 금속 산화물도 대체하여 사용이 가능하다. The metal silicate is a kind of reaction material in which carbon dioxide and carbonate mineralization reaction occurs, and metal oxides which can react with carbon dioxide other than metal silicate may be used instead.

상기 금속 실리케이트가 사문석[Mg3Si2O5(OH)4]인 경우에는 하기 반응식 1에 의한 탄산염 생성반응이 진행된다. When the metal silicate is serpentine [Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ], the carbonate formation reaction proceeds according to the following Reaction Scheme 1.

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 → 3MgCO3 + 2SiO2 + 2H2O + 64 kJ / molMg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 + 3CO 2 ? 3MgCO 3 + 2SiO 2 + 2H 2 O + 64 kJ / mol

상기 금속 실리케이트가 감람석(Mg2SiO4)인 경우에는 하기 반응식 2에 의한 탄산염 생성반응이 진행된다. When the metal silicate is olivin (Mg 2 SiO 4 ), the carbonate formation reaction proceeds according to the following reaction formula (2).

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Mg2SiO4 + 2CO2 → 2MgCO3 + SiO2 + 89 kJ / molMg 2 SiO 4 + 2CO 2 ? 2MgCO 3 + SiO 2 + 89 kJ / mol

여기서 상기 생성열은 이산화탄소의 단위 몰당 열수치를 나타낸다. Here, the generated heat represents the heat value per unit mole of carbon dioxide.

상기 반응에 따라 금속 실리케이트 슬러리는 이산화탄소와 반응하여 불용성 탄산염 광물을 형성함과 동시에 생성열을 발생시킬 수 있다. According to the reaction, the metal silicate slurry reacts with carbon dioxide to form an insoluble carbonate mineral and generate heat.

도 3을 참조하면, 상기 수직슬러리관(40)과 이산화탄소투입관(50)을 분리하여 구비하는 경우 원통형 케이스(20) 상단부터 탄산염 광물화 반응이 진행되는 것을 방지할 수 있으며 상기 원통형 케이스(20) 하단 부분의 반응 부위(52)에서 탄산염 광물화 생성반응이 시작될 수 있어서, 상기 반응 부위(52)에서 열을 직접 회수할 수 있다. 3, when the vertical slurry pipe 40 and the carbon dioxide inlet pipe 50 are separately provided, the carbonate mineralization reaction can be prevented from proceeding from the upper end of the cylindrical case 20, and the cylindrical case 20 The carbonate mineralization reaction can be started in the reaction zone 52 at the lower part of the reaction zone 52 so that heat can be directly recovered from the reaction zone 52.

상기 이산화탄소투입관(50)에서 이산화탄소 흐름이 확산되면서 가스 버블(51)이 형성되며, 상기 가스 버블(51)은 상기 금속 실리케이트 슬러리를 폭기하며, 탄산염 광물화 반응을 진행시킬 수 있다.  A carbon dioxide flow is diffused in the carbon dioxide feed pipe 50 to form a gas bubble 51. The gas bubble 51 augments the metal silicate slurry and can proceed a carbonate mineralization reaction.

상기 이산화탄소투입관(50)이 중심부 근처에 구비되어 이산화탄소는 중심에서 외주 방향으로 흐르게 되고 상기 이산화탄소 흐름에 따라 금속 실리케이트 슬러리가 함유하는 금속이 탄산화되어 불용성 탄산염 광물이 생성된다.The carbon dioxide feed pipe 50 is provided in the vicinity of the center so that carbon dioxide flows from the center to the outer circumferential direction, and the metal contained in the metal silicate slurry is carbonated according to the carbon dioxide flow to produce an insoluble carbonate mineral.

상기 불용성 탄산염 광물이 생성됨에 따라 탄산염 광물의 축적 방향(43)은 상기 수직역류관(30) 내부에서 상기 원통형 케이스(20)의 상단을 향하여 점차 축적된다.As the insoluble carbonate mineral is generated, the accumulation direction 43 of the carbonate mineral is gradually accumulated in the vertical backflow pipe 30 toward the upper end of the cylindrical case 20.

상기 탄산염 광물은 갱도(60) 끝단에서부터 생성되어 연속적으로 축적될 수 있으며, 상기 수직역류관(30)을 다 채우는 경우 상기 수직역류관(30), 수직슬러리관(40), 이산화탄소투입관(50)을 상측으로 이동시키면서 탄산염 광물화 반응을 연속적으로 수행하여 폐광 갱도(60)를 탄산염 광물로 차폐할 수 있다.When the vertical backwash pipe 30 is filled, the vertical backwash pipe 30, the vertical slurry pipe 40, the carbon dioxide inlet pipe 50, and the carbon dioxide supply pipe 50 are filled with the carbonate minerals, ) Is moved upward while the carbonate mineralization reaction is continuously performed to shield the abandoned light tunnel 60 with carbonate minerals.

이 때 상기 수직역류관(30)의 이동범위가 상기 원통형 케이스(20)의 길이를 벗어나는 경우 새로운 원통형 케이스를 상기 원통형 케이스(20)의 타단에 삽입하여 길이를 연속적으로 증가시킬 수 있으므로 수백m의 파이프가 필요하지 않는 장점을 갖는다. At this time, when the moving range of the vertical backflow pipe (30) is out of the length of the cylindrical case (20), a new cylindrical case can be inserted into the other end of the cylindrical case (20) It has the advantage that no pipe is required.

본 발명의 실시예에서 수직갱에 대한 이산화탄소 저장 장치를 나타내었으나, 사갱의 경우에도 상기 원통형 케이스를 경사지게 배치하는 경우 갱도의 끝단에서 탄산염 광물화 반응을 수행할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the carbon dioxide storage device for the vertical shaft is shown. However, in case of the shaft, the carbonate mineralization reaction can be performed at the end of the tunnel when the cylindrical case is inclined.

상기 열교환튜브(70)의 일부는 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 서로 접촉되어 탄산염 광물화 반응이 시작되는 상기 원통형 케이스(20)의 내측 하단 부분에 배치되어, 상기 탄산염 광물화 반응에서 발생되는 열을 회수하여 전달할 수 있다. A part of the heat exchange tube 70 is disposed at an inner lower end portion of the cylindrical case 20 where the metal silicate slurry and the carbon dioxide flow are in contact with each other to initiate a carbonate mineralization reaction and the heat generated in the carbonate mineralization reaction Can be recovered and delivered.

상기 열교환기(80)는 상기 폐광의 지상에 설치되며, 상기 상부저장탱크 일측에 배치되어 상기 열교환튜브(70)에서 전달되는 열을 회수할 수 있다.The heat exchanger (80) is installed on the ground of the abandoned light, and is disposed at one side of the upper storage tank to recover heat transmitted from the heat exchange tube (70).

상기 탄산염 광물화 반응은 발열반응으로 상기 원통형 케이스(20)의 내측 하단 부분에 열교환튜브(70)의 일부를 배치하는 경우 생성되는 열을 회수할 수 있으며, 지상의 열교환기(80)와 연결하여 에너지를 회수할 수 있는 장점을 갖는다.The carbonate mineralization reaction is an exothermic reaction in which the heat generated when a part of the heat exchange tube 70 is disposed at the lower inner end portion of the cylindrical case 20 can be recovered and is connected to the ground heat exchanger 80 And has the advantage of recovering energy.

도 4는 본 발명의 다른 측면에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법의 공정 순서를 나타낸 것이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a procedure of a carbon dioxide storage method using a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to another aspect of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 측면에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법은 (a) 이산화탄소를 포집하여 상부 저장탱크에 저장하는 단계; (b) 금속 실리케이트를 분쇄하고 물에 분산시켜 금속 실리케이트 슬러리를 제조하여 저장하는 단계; (c) 폐광 갱도에 원통형 케이스를 배치하는 단계; (d) 상기 원통형 케이스 내측에 수직역류관을 배치하는 단계; (e) 상기 수직역류관 내측에 수직슬러리관을 배치하고, 상기 수직슬러리관 내측에 이산화탄소투입관을 배치하며, 상기 수직역류관의 덮개를 사용하여 밀봉하는 단계; (f) 상기 금속 실리케이트 슬러리를 상기 수직슬러리 관을 통하여 하강시키고, 상부 저장탱크를 가압하여 이산화탄소를 침투시켜 탄산염 광물화 반응을 수행하는 단계; 및 (g) 상기 탄산염 광물화 반응에 따라 생성된 탄산염이 상기 수직역류관을 통하여 상부 방향으로 적층하는 단계를 포함한다.Referring to FIG. 4, a method for storing carbon dioxide using a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel according to another aspect of the present invention includes the steps of: (a) collecting carbon dioxide and storing the carbon dioxide in an upper storage tank; (b) milling and dispersing the metal silicate in water to produce and store the metal silicate slurry; (c) disposing a cylindrical case in the abandoned light tunnel; (d) disposing a vertical backflow tube inside the cylindrical case; (e) disposing a vertical slurry tube inside the vertical backflow tube, disposing a carbon dioxide injection tube inside the vertical slurry tube, and sealing using the cover of the vertical backflow tube; (f) lowering the metal silicate slurry through the vertical slurry pipe, pressurizing the upper storage tank to permeate carbon dioxide, and performing a carbonate mineralization reaction; And (g) laminating the carbonate produced according to the carbonate mineralization reaction in the upward direction through the vertical countercurrent.

상기 (a) 단계는 발전소, 공장 등 산업현장에서 발생되는 이산화탄소를 직접 공급하거나, 압력 및 온도를 변화시켜 액상 또는 초임계유체 상태로 저장한 이후에 펌프를 사용하여 이산화탄소 흐름을 생성할 수 있다(S100). In the step (a), the carbon dioxide generated from an industrial site such as a power plant or a factory may be directly supplied, or the pump may be used to generate a carbon dioxide stream after the pressure or temperature is changed to a liquid or supercritical fluid state S100).

금속 실리케이트는 사문석, 감람석 및 휘석 실리케이트로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 분쇄하여 물에 분산시켜 슬러리 형태로 제조할 수 있다(S200). The metal silicate may be prepared in the form of a slurry by pulverizing any one or two or more selected from the group consisting of serpentine, olivine and pyroxenic silicate and dispersing it in water (S200).

상기 금속 실리케이트 슬러리는 중력에 의하여 갱도 끝단으로 하강할 수 있다. The metal silicate slurry can be lowered to the end of the tunnel by gravity.

폐광의 갱도 끝단에 원통형 케이스를 배치할 수 있다(S300).The cylindrical case can be disposed at the end of the tunnel of the abandoned light (S300).

탄산염 광물화에 의한 이산화탄소 저장방법은 생성되는 탄산염 광물을 저장하는 장소를 새롭게 형성해야 하는 문제점이 있으나, 폐광의 갱도를 이용하는 경우에는 갱도 끝단부터 탄산염 광물을 저장할 수 있어서, 이산화탄소 저장 방법의 효율을 매우 증가시킬 수 있다. The carbon dioxide storage method by the carbonate mineralization has a problem of newly forming a place for storing the generated carbonate mineral. However, when using the abandoned mining tunnel, it is possible to store the carbonate mineral from the end of the tunnel, .

따라서 폐광 갱도에 이산화탄소를 저장하는 경우 이산화탄소 저장소를 새롭게 찾아야 하는 문제점이 없으며, 폐광의 갱도를 모두 이용하는 경우에는 다량의 이산화탄소를 저장할 수 있으므로 매우 바람직하다.Therefore, when carbon dioxide is stored in an abandoned light tunnel, there is no problem of finding a new carbon dioxide reservoir. When all of the abandoned mines are used, it is highly desirable to store a large amount of carbon dioxide.

상기 폐광의 끝단은 기압과 온도가 지상의 해수면 높이보다 매우 높으므로, 상기 폐광의 끝단에서 탄산염 광물화 반응을 수행하는 경우에는 탄산염 광물화 반응의 효율을 매우 증가시킬 수 있으며, 생성된 탄산염 광물을 장시간 안정적으로 보존할 수 있는 장점이 있다.Since the atmospheric pressure and temperature at the end of the abandoned light are much higher than the height of the sea surface above the ground, when the carbonate mineralization is performed at the end of the abandoned light, the efficiency of the carbonate mineralization reaction can be greatly increased. There is an advantage that it can be stored stably for a long time.

상기 원통형 케이스는 갱도에 배치되어 탄산염 광물화 반응의 반응기 역할 수행하여, 소정의 두께를 가지며 단열 소재로 구비되는 것이 바람직하다. Preferably, the cylindrical case is disposed in the tunnel and serves as a reactor of the carbonate mineralization reaction, and has a predetermined thickness and is provided as a heat insulating material.

상기 원통형 케이스를 배치하는 경우에는 탄산염 광물화 반응에 필요한 이산화탄소 및 금속 실리케이트를 분리된 파이프를 이용하여 상부에서 직접 공급할 수 있다. In the case of disposing the cylindrical case, carbon dioxide and metal silicate necessary for the carbonate mineralization reaction can be directly supplied from the upper part by using separate pipes.

따라서 상기 원통형 케이스를 배치하고 연속적으로 상기 원통형 케이스 내측으로 동심을 가지는 수직역류관을 배치할 수 있다(S400).Accordingly, a vertical backflow tube having the cylindrical case and concentric with the inside of the cylindrical case can be disposed continuously (S400).

상기 수직역류관은 탄산염 광물화 반응에 의한 탄산염 광물이 상부를 향하여 적층될 수 있는 공간을 제공하며, 반응 후의 수증기가 일측으로 배출될 수 있는 구조로 형성될 수 있다. The vertical countercurrent pipe may provide a space in which the carbonate mineral may be stacked upward by the carbonate mineralization reaction, and the water vapor after the reaction may be discharged to one side.

상기 수직역류관 내측에 수직슬러리관을 배치하고, 상기 수직슬러리관 내측에 이산화탄소투입관을 배치하며, 상기 수직역류관의 덮개를 사용하여 밀봉할 수 있다(S500).A vertical slurry tube may be disposed inside the vertical backflow tube, a carbon dioxide injection tube may be disposed inside the vertical slurry tube, and a cover may be used to cover the vertical backflow tube (S500).

상기 덮개를 사용하는 경우 갱도의 반응 부위를 밀폐하여 고압으로 탄산염 광물화 반응을 진행할 수 있다. In the case of using the cover, the reaction zone of the tunnel is closed and the carbonate mineralization reaction can be performed at a high pressure.

상기 금속 실리케이트 슬러리를 상기 수직슬러리관을 통하여 하강시키고, 상부 저장탱크를 가압하여 이산화탄소를 침투시켜 탄산염 광물화 반응을 수행할 수 있다(S600). The metal silicate slurry may be lowered through the vertical slurry pipe and the upper storage tank may be pressurized to permeate carbon dioxide to perform the carbonate mineralization reaction (S600).

상기 탄산염 광물화 반응에 따라 생성된 탄산염이 상기 수직역류관을 통하여 상부 방향으로 적층할 수 있다(S700).The carbonate generated according to the carbonate mineralization reaction may be stacked in an upward direction through the vertical counter flow pipe (S700).

상기 탄산염 광물이 수직역류관을 따라 적층되어 원통형 케이스의 높이까지 채워지는 경우에는 이미 설치된 원통형 케이스에 다른 원통형 케이스를 끼워 삽입하는 방법으로 연장하고, 상기 수직역류관, 수직슬러리관 및 이산화탄소투입관을 상부로 이동시키면서 연속적으로 탄산염 광물화 반응을 수행할 수 있다. When the carbonate mineral is stacked along the vertical backwash pipe and filled up to the height of the cylindrical case, it is extended by inserting another cylindrical case into the already installed cylindrical case, and the vertical backwash pipe, vertical slurry pipe, So that the carbonate mineralization reaction can be continuously performed.

한편 상기 (f) 단계의 탄산염 광물화 반응의 발생열을 회수하는 단계 더 포함할 수 있다. In addition, the step (f) may further include recovering heat generated in the carbonate mineralization reaction.

상기 탄산염 광물화 반응은 발열반응으로 상기 원통형 케이스 내측 하단 부분에 열교환튜브의 일부를 배치하는 경우 생성되는 열을 회수할 수 있으며, 지상의 열교환기와 연결하여 에너지를 회수할 수 있는 장점을 갖는다.The carbonate mineralization reaction can recover heat generated when a part of the heat exchange tube is disposed at an inner lower portion of the cylindrical case due to an exothermic reaction, and has the advantage of recovering energy by being connected to a heat exchanger on the ground.

상기 (c) 단계의 원통형 케이스는 기압이 20 bar을 초과하는 깊이의 갱도에 배치될 수 있다.The cylindrical case of step (c) may be disposed in a tunnel having an air pressure exceeding 20 bar.

상기 (g) 단계에서 생성된 탄산염 광물이 적층되어 수직역류관을 채우는 경우에는 다시 상기 (c) 단계의 원통형 케이스를 배치하는 단계를 연속적으로 수행하여 폐광 갱도를 탄산염 광물로 메워서 갱도를 차폐할 수 있다. If the carbonate minerals generated in step (g) are stacked and the vertical backwash tube is filled, the step of disposing the cylindrical case of step (c) again is continuously performed to cover the tunnel with the carbonate minerals to shield the tunnel .

이하에서 본 발명의 구체적인 실시예를 나타내었다. Hereinafter, specific examples of the present invention are shown.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

폐광 주의에서 용이하게 습득할 수 있는 감람석을 반응재로 선택하고, 볼밀링하여 평균 크기가 40 ㎛가 되도록 분쇄하여 분쇄물을 제조하였다. 물에 상기 분쇄물을 분산시키고, 혼합물 중 분쇄물이 25중량%가 되도록 하였다. Olivine, which can be easily obtained from abandoned mines, was selected as a reactant and milled by ball milling to obtain an average particle size of 40 탆. The pulverized material was dispersed in water so that the pulverized material in the mixture was 25% by weight.

폐광 갱도에 맞추어 원통형 케이스를 준비하고 갱도 끝단에 원통형 케이스를 배치하였다. A cylindrical case was prepared according to the abandoned light tunnel and a cylindrical case was placed at the end of the tunnel.

원통형 케이스 내측에 순서대로 수직역류관을 배치하고, 수직슬러리관을 배치하며, 이산화탄소투입관을 마지막에 삽설하였다. Vertical backwash tubes were placed in order inside the cylindrical case, a vertical slurry tube was placed, and a carbon dioxide inlet tube was inserted last.

상기 혼합물을 수직슬러리관을 통하여 하강시키고, 공업용 이산화탄소 탄소를 준비를 이산화탄소투입관으로 투입하여 원통형 케이스 하단부에 탄산염 광물화 반응을 수행하였다. The mixture was lowered through a vertical slurry tube, and the carbon dioxide for industrial use was introduced into the carbon dioxide feed pipe to perform the carbonate mineralization reaction at the lower end of the cylindrical case.

반응 후에 원통형 케이스를 제외한 수직역류관, 수직슬러리관 및 이산화탄소투입관을 제거하여 탄산염 광물이 생성되어 갱도가 메워질 수 있는 것을 확인하였다. After the reaction, the vertical backwash pipe, the vertical slurry pipe, and the carbon dioxide input pipe excluding the cylindrical case were removed to confirm that the carbonate mineral could be generated and the tunnel could be filled.

지금까지 본 발명에 따른 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 저장방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.Although the carbon dioxide storage device for the abandoned light tunnel according to the present invention and the carbon dioxide storage method using the same have been described above, .

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be construed as limited to the embodiments described, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the claims.

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.It is to be understood that the foregoing embodiments are illustrative and not restrictive in all respects and that the scope of the present invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, It is intended that all changes and modifications derived from the equivalent concept be included within the scope of the present invention.

10 : 상부저장탱크 20 : 원통형 케이스
21 : 플렌지 30 : 수직역류관
31 : 덮개 32 : 가스 토출관
40 : 수직슬러리관 41 : 금속 실리케이트 슬러리 흐름
42 : 슬러리유입관 43 : 탄산염 축적 방향
50 : 이산화탄소투입관 51 : 가스 버블
52 : 반응 부위 60 : 갱도
70 : 열교환튜브 80 : 열교환기10: upper storage tank 20: cylindrical case
21: Flange 30: Vertical backflow tube
31: lid 32: gas discharge pipe
40: vertical slurry tube 41: metal silicate slurry flow
42: Slurry inlet pipe 43: Carbonate accumulation direction
50: carbon dioxide feed pipe 51: gas bubble
52: reaction site 60: tunnel
70: Heat exchange tube 80: Heat exchanger

Claims (16)

폐광 갱도의 형상에 대응되도록 제작되는 케이스;
상기 케이스 내측에 구비되는 역류관;
상기 역류관 내측에 구비되어 반응재가 투입되는 슬러리관; 및
상기 슬러리관 내측에 구비되어 이산화탄소가 투입되는 이산화탄소투입관을 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
A case made to correspond to the shape of the abandoned light tunnel;
A backflow pipe disposed inside the case;
A slurry tube provided inside the back flow tube and into which a reaction material is introduced; And
And a carbon dioxide inlet pipe provided in the slurry tube for introducing carbon dioxide.
제1항에 있어서,
상기 케이스는,
하단이 개방되고 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
The method according to claim 1,
In this case,
Wherein the lower end of the carbon dioxide storage tank is opened and formed into a cylindrical shape.
제1항에 있어서,
상기 역류관은,
상기 반응재 및 이산화탄소가 반응하여 생성되는 탄산염 광물이 적층되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장장치.
The method according to claim 1,
The countercurrent flow pipe,
And a carbonate mineral generated by the reaction of the reaction material and the carbon dioxide are laminated on the carbon dioxide storage device.
폐광의 지상에 설치되어 외부에서 포집된 이산화탄소를 저장하고 이산화탄소 흐름을 생성하는 상부저장탱크;
폐광의 갱도의 형상에 대응되도록 제작되고, 하단이 개방되어 상기 갱도의 끝단 부위에 배치되는 원통형 케이스;
상기 원통형 케이스 내측에 구비되며, 수직 통로를 형성하는 수직역류관;
상기 수직역류관 내측에서 수직역류관과 동심을 이루며 배치되어, 금속 실리케이트 슬러리가 투입되어 하강되는 수직슬러리관;
상기 수직슬러리관의 내측에서 중심이 서로 다르게 구비되며, 상기 상부저장탱크에서 생성된 이산화탄소 흐름을 상기 원통형 케이스의 내측 하단에 축적된 상기 금속 실리케이트 슬러리로 전달하는 이산화탄소투입관;
상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 서로 접촉되어 탄산염 광물화 반응이 시작되는 상기 원통형 케이스 내측 하단 부분에 일부가 배치되어, 상기 탄산염 광물화 반응에서 발생되는 열을 회수하여 전달할 수 있는 열교환튜브; 및
상기 폐광의 지상에 설치되며, 상기 상부저장탱크 일측에 배치되어 상기 열교환튜브에서 전달되는 열을 회수하는 열교환기를 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
An upper storage tank installed on the ground of the abandoned light to store carbon dioxide collected from the outside and generate a carbon dioxide flow;
A cylindrical case made to correspond to a shape of a tunnel of abandoned light and having a lower end opened and disposed at an end portion of the tunnel;
A vertical backflow tube provided inside the cylindrical case and forming a vertical passage;
A vertical slurry pipe arranged concentrically with the vertical countercurrent pipe inside the vertical countercurrent pipe, the metal silicate slurry being introduced and lowered;
A carbon dioxide inlet pipe which is different in the center from the inside of the vertical slurry pipe and transfers the carbon dioxide flow generated in the upper storage tank to the metal silicate slurry accumulated in the inner lower end of the cylindrical case;
A heat exchange tube that is partially disposed at an inner lower portion of the cylindrical case where the metal silicate slurry and the carbon dioxide flow are in contact with each other to initiate a carbonate mineralization reaction to recover and transfer heat generated in the carbonate mineralization reaction; And
And a heat exchanger installed on the ground of the abandoned light and disposed at one side of the upper storage tank to recover heat transferred from the heat exchange tube.
제4항에 있어서,
상기 이산화탄소 흐름은 액상, 기상 또는 초임계유체 상태의 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the carbon dioxide is carbon dioxide in a liquid, gaseous or supercritical fluid state.
제4항에 있어서,
상기 원통형 케이스는
일단이 갱도 내부면과 밀착되도록 외주 바깥방향으로 굴곡지게 플렌지가 형성되며, 타단은 외주가 축 방향으로 점차 감소되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
The cylindrical case
Wherein a flange is formed so as to bend toward the outer periphery so as to be in close contact with the inner surface of the tunnel, and the outer periphery of the flange is gradually decreased in the axial direction.
제4항에 있어서,
상기 원통형 케이스는,
축 방향 길이가 상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 서로 접촉되어 탄산염 광물이 생성되는 반응 부위까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
The cylindrical case may include:
Wherein the axial length of the metal silicate slurry is formed to extend to a reaction site where the metal silicate slurry and the carbon dioxide flow are in contact with each other to produce carbonate minerals.
제4항에 있어서,
상기 수직역류관은
상기 금속 실리케이트 슬러리와 이산화탄소 흐름이 접촉되어 생성되는 탄산염 및 금속 화합물이 수직방향으로 역류되어 점차 축적되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
The vertical back-
Wherein carbonates and metal compounds formed by contacting the metal silicate slurry with the carbon dioxide stream are vertically flow reversely and accumulate gradually.
제4항에 있어서,
상기 수직슬러리관은
금속 실리케이트와 물이 혼합된 금속 실리케이트 슬러리가 중력에 의하여 하강할 수 있도록 유도하는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
The vertical slurry tube
Wherein the metal silicate slurry mixed with the metal silicate and water is caused to descend by gravity.
제9항에 있어서,
상기 금속 실리케이트는
사문석, 감람석 및 휘석으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 분쇄하여 형성된 실리케이트인 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
10. The method of claim 9,
The metal silicate
Wherein the silicate is a silicate formed by pulverizing one or two or more selected from the group consisting of serpentine, olivine, and pyroxene.
제9항에 있어서,
상기 실리케이트 슬러리는
금속 실리케이트를 20 내지 25 중량%로 함유하는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
10. The method of claim 9,
The silicate slurry
Characterized in that it comprises 20 to 25% by weight of a metal silicate.
제4항에 있어서,
상기 이산화탄소투입관은 상기 상부저장탱크가 하나 이상으로 구비되는 경우에 상부저장탱크 개수에 따라 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein the carbon dioxide input pipe is provided in a plurality of the upper storage tanks according to the number of the upper storage tanks when the upper storage tanks are provided in more than one.
(a) 이산화탄소를 포집하여 상부 저장탱크에 저장하는 단계;
(b) 금속 실리케이트를 분쇄하고 물에 분산시켜 금속 실리케이트 슬러리를 제조하여 저장하는 단계;
(c) 폐광 갱도에 원통형 케이스를 배치하는 단계;
(d) 상기 원통형 케이스 내측에 수직역류관을 배치하는 단계;
(e) 상기 수직역류관 내측에 수직슬러리관을 배치하고, 상기 수직슬러리관 내측에 이산화탄소투입관을 배치하며, 상기 수직역류관의 덮개를 사용하여 밀봉하는 단계;
(f) 상기 금속 실리케이트 슬러리를 상기 수직슬러리관을 통하여 하강시키고, 상부 저장탱크를 가압하여 이산화탄소를 침투시켜 탄산염 광물화 반응을 수행하는 단계; 및
(g) 상기 탄산염 광물화 반응에 따라 생성된 탄산염이 상기 수직역류관을 통하여 상부 방향으로 적층하는 단계를 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법.
(a) collecting carbon dioxide and storing it in an upper storage tank;
(b) milling and dispersing the metal silicate in water to produce and store the metal silicate slurry;
(c) disposing a cylindrical case in the abandoned light tunnel;
(d) disposing a vertical backflow tube inside the cylindrical case;
(e) disposing a vertical slurry tube inside the vertical backflow tube, disposing a carbon dioxide injection tube inside the vertical slurry tube, and sealing using the cover of the vertical backflow tube;
(f) lowering the metal silicate slurry through the vertical slurry pipe, pressurizing the upper storage tank to permeate carbon dioxide, and performing a carbonate mineralization reaction; And
(g) depositing carbonates produced by the carbonate mineralization reaction in an upward direction through the vertical countercurrent pipe, and storing the carbon dioxide in the carbon dioxide storage device.
제13항에 있어서,
상기 (f) 단계의 탄산염 광물화 반응의 발생열을 회수하는 단계를 더 포함하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법.
14. The method of claim 13,
And recovering the heat generated in the carbonate mineralization reaction in the step (f).
제13항에 있어서,
상기 (c) 단계의 원통형 케이스는
기압이 20 bar을 초과하는 깊이의 갱도에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법.
14. The method of claim 13,
The cylindrical case of the step (c)
Wherein the atmospheric pressure is disposed in a tunnel having a depth exceeding 20 bar. A method for storing carbon dioxide using a carbon dioxide storage device for an abandoned light tunnel.
제13항에 있어서,
상기 (g) 단계에서 생성된 탄산염 광물이 적층되어 수직역류관을 채우는 경우에는 다시 상기 (c) 단계의 원통형 케이스를 배치하는 단계를 연속적으로 수행하여 폐광 갱도를 탄산염 광물로 메워서 갱도를 차폐하는 것을 특징으로 하는 폐광 갱도를 대상으로 하는 이산화탄소 저장 장치를 이용한 이산화탄소 저장방법.

14. The method of claim 13,
If the carbonate minerals produced in step (g) are stacked and the vertical backwash tube is filled, the step of disposing the cylindrical case in step (c) is continuously carried out to continuously coat the abandoned light tunnel with carbonate minerals to shield the tunnel Wherein the carbon dioxide storage device is used for an abandoned light tunnel.

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