KR20210065237A - Apparatus and Method for Mineralizing Carbon Dioxide Based on Integrated Process Using Inorganic Waste - Google Patents

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Abstract

A device for mineralizing carbon dioxide according to the present invention includes: an electrolysis unit which discharges chlorine gas from an anode side by a chlor-alkali process, and discharges a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas from a cathode side; a gas-liquid separation unit which receives the mixture discharged from the electrolysis unit to separate and discharge a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas; a fuel cell unit which receives the gas phase discharged from the gas-liquid separation unit and generates power; an extraction unit which receives an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharges an extraction solution containing a divalent metal chloride; and a mineralization unit which receives a first branch liquid of the first branch liquid and a second branch liquid generated by branching the liquid phase discharged from the gas-liquid separation unit, an extraction solution discharged from the extraction unit, and a treatment gas containing carbon dioxide to produce a crystallized divalent metal carbonate, and discharges a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride, wherein the second branch liquid is supplied to the electrode solution of the cathode of the electrolysis unit.

Description

무기 폐기물을 이용한 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법{Apparatus and Method for Mineralizing Carbon Dioxide Based on Integrated Process Using Inorganic Waste}Apparatus and Method for Mineralizing Carbon Dioxide Based on Integrated Process Using Inorganic Waste

본 발명은 무기 폐기물을 이용한 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게, 클로르알칼리 공정, 연료전지에 의한 전력 생산 공정 , 무기 폐기물을 이용한 추출 공정 및 이산화탄소 광물화 공정이 유기적으로 통합된 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for carbon dioxide mineralization based on an integrated process using inorganic waste, and in detail, a chlor-alkali process, a power production process by a fuel cell, an extraction process using inorganic waste, and a carbon dioxide mineralization process are organically integrated It relates to an integrated process-based carbon dioxide mineralization apparatus and method.

화석연료의 사용에 따라 대기 중에 이산화탄소, 메탄, 황산화물, 질산화물 등의 산성가스 농도가 증가하여, 이로 인한 지구 온난화 및 대기 오염이 문제되고 있다. 특히 대기 중 이산화탄소는 1992년 리우 환경회의 이후 그 저감을 위한 여러 방안이 세계적으로 활발히 논의되고 있다.The use of fossil fuels increases the concentration of acid gases such as carbon dioxide, methane, sulfur oxides, and nitric oxides in the atmosphere, thereby causing global warming and air pollution to become problems. In particular, since the 1992 Rio Environment Conference, various measures to reduce atmospheric carbon dioxide have been actively discussed around the world.

이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Dioxide Capture& Storage, CCS) 기술은 화석연료를 사용하여 이산화탄소를 대량 배출하는 발전소, 철강, 시멘트 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 대기로부터 격리시키는 기술이다. 이산화탄소 포집 및 저장 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70% 내지 80%를 차지하는 핵심 기술로 크게 연소 후 포집기술(Post-combustion technology), 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology) 및 순산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)로 구분된다.Carbon Dioxide Capture & Storage (CCS) technology is a technology that isolates carbon dioxide emitted from power plants, steel and cement factories that use fossil fuels to emit large amounts of carbon dioxide from the atmosphere. Among carbon dioxide capture and storage technologies, carbon dioxide capture technology is a core technology that accounts for 70% to 80% of the total cost. Post-combustion technology, pre-combustion technology, and pure oxygen combustion technology (Oxy-fuel combustion technology).

연소 후 포집기술(Post-combustion technology)은 화석연료 연소에서 나온 이산화탄소를 여러 용매에 흡수시키거나 반응시켜 제거하는 기술이며, 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)은 연소 전에 이산화탄소를 분리해 내는 것으로 석탄과 같은 화석연료를 가스화시키는 과정을 통해 사전 처리하여 이산화탄소와 수소로 전환시킨 후에 이산화탄소/수소 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하거나 또는 혼합가스를 연소시켜서 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하는 기술이다. 또한 순 산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)은 화석연료를 연소시킬 때 공기 대신 산소만을 이용하여 연소시켜 이산화탄소 포집을 용이하게 하는 기술이다. 위 기술 중 연소 후 포집기술이 현재 가장 폭넓게 사용되고 있다.Post-combustion technology is a technology that absorbs or reacts carbon dioxide from combustion of fossil fuels with various solvents to remove it. Pre-combustion technology separates carbon dioxide before combustion. It is a technology for capturing carbon dioxide in exhaust gas by pre-treating fossil fuels such as coal to gasify them and converting them into carbon dioxide and hydrogen, then separating carbon dioxide from a carbon dioxide/hydrogen mixed gas or burning the mixed gas. In addition, Oxy-fuel combustion technology is a technology that facilitates the capture of carbon dioxide by burning fossil fuels using only oxygen instead of air. Among the above technologies, the post-combustion capture technology is currently the most widely used.

기존 이산화탄소 발생원에 적용하기 가장 용이한 기술은 연소 후 포집기술이다. 흡수제를 이용하여 이산화탄소를 흡수/재생하여 이산화탄소를 분리하는 방법으로 흡수제 성능향상과 이에 따른 공정 개선 등에 초점이 맞추어져 있다. 이 기술은 요소비료 생산, 자동용접, 탄산음료 등에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위하여 습식 흡수기술과 건식 흡착기술이 상용화되어 가동되고 있으며, 습식 흡수기술의 효율이 높은 편이다.The easiest technology to apply to existing carbon dioxide sources is the post-combustion capture technology. As a method of separating carbon dioxide by absorbing/regenerating carbon dioxide using an absorbent, the focus is on improving absorbent performance and process improvement. In this technology, wet absorption technology and dry absorption technology have been commercialized and operated to supply carbon dioxide required for urea fertilizer production, automatic welding, and carbonated drinks, and the efficiency of wet absorption technology is high.

대한민국등록특허 제10-1800779호에는 산성가스 흡수제를 생산하는 전기분해 시스템에 이산화탄소를 비롯한 산성가스를 직접 주입하고, 기/액 접촉 효율을 높일 수 있는 구조를 제공함으로써 수산화나트륨 등의 생산과 더불어 이산화탄소를 효율적으로 제거하고자 하였다. 그러나 이러한 구조의 기술은 수소와 이산화탄소가 혼합되므로 발생되는 수소를 활용할 수 없는 한계를 가진다.Republic of Korea Patent No. 10-1800779 discloses that acid gas including carbon dioxide is directly injected into an electrolysis system that produces acid gas absorbents and provides a structure that can increase gas/liquid contact efficiency, thereby producing sodium hydroxide, etc. and carbon dioxide was efficiently removed. However, the technology of this structure has a limitation in that hydrogen and carbon dioxide are mixed, so that the generated hydrogen cannot be utilized.

또한 이산화탄소를 고정화하기 위한 수단으로, 이산화탄소를 중탄산나트륨(NaHCO3) 또는 탄산나트륨(Na2CO3) 등으로 전환하는 종래의 솔베이(Solvay) 공정을 이용한 사례가 있었다. 종래의 솔베이 공정을 이용한 기술은 석회암(limestone)을 고온에서 이산화탄소를 내보내는 하소(calcination) 공정을 포함하므로, 이산화탄소를 직접 배출함에 따라 온실가스 배출량이 많고, 1 톤의 탄산나트륨을 생산할 경우 약 10 m3의 폐수가 발생하는 한계가 있어, 비용적인 측면은 물론 환경적인 측면에서도 문제가 된다.In addition, as a means for immobilizing carbon dioxide, there has been a case of using a conventional Solvay process for converting carbon dioxide into sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) or sodium carbonate (Na2CO 3 ), and the like. Since the conventional technology using the Solvay process includes a calcination process that emits carbon dioxide at a high temperature from limestone, greenhouse gas emissions are high as carbon dioxide is directly emitted, and when 1 ton of sodium carbonate is produced, about 10 m 3 There is a limit to the generation of wastewater, which is a problem in terms of cost as well as environmental aspects.

따라서 온실 가스인 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거하는 장치 및 방법에 있어서, 보다 높은 에너지 효율로 산성가스를 제거할 수 있는 것은 물론 폐수 발생을 방지하거나 최소화할 수 있으며, 반응 산물이나 부산물로 고부가가치의 물질을 얻을 수 있는 산성가스의 제거 장치 및 방법에 대한 연구가 필요하다.Therefore, in the apparatus and method for removing acid gas including carbon dioxide, which is a greenhouse gas, it is possible to remove acid gas with higher energy efficiency, as well as prevent or minimize the generation of wastewater, and high added value as a reaction product or by-product. There is a need for research on a device and method for removing acid gas that can obtain a substance of

대한민국등록특허 제10-1800779호Republic of Korea Patent No. 10-1800779

본 발명의 목적은 온실가스/산성가스의 제거에 소요되는 에너지를 최소화할 수 있는 에너지절감형 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an energy-saving type greenhouse gas/acid gas removal device and a greenhouse gas/acid gas removal method that can minimize the energy required to remove the greenhouse gas/acid gas.

본 발명의 다른 목적은 우수한 온실가스/산성 가스 제거 효율을 가지며, 폐액의 발생을 방지하거나 최소화할 수 있는 환경 친화적인 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an environmentally friendly greenhouse gas/acid gas removal device and a greenhouse gas/acid gas removal method that have excellent greenhouse gas/acid gas removal efficiency, and can prevent or minimize the generation of waste liquid.

본 발명의 다른 목적은 우수한 공정 안정성을 갖는 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a greenhouse gas/acid gas removal apparatus and a greenhouse gas/acid gas removal method having excellent process stability.

본 발명의 다른 목적은 온실가스/산성가스의 제거와 함께, 고부가가치의 생성물(부산물)을 얻을 수 있어, 경제성이 우수한 온실가스/산성가스 제거 장치 및 온실가스/산성가스 제거 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a greenhouse gas/acid gas removal device and a greenhouse gas/acid gas removal method with excellent economic feasibility by being able to obtain a high value-added product (by-product) together with the removal of the greenhouse gas/acid gas .

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I)는 클로르알칼리 공정(Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부; 상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급된다.The carbon dioxide mineralization apparatus (I) according to the present invention discharges chlorine gas from the anode side by a chlor-alkali process, and discharges a mixture containing an alkali metal hydroxide aqueous solution and hydrogen gas from the cathode side an electrolysis unit; a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas; a fuel cell unit that receives the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generates electric power; an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride; The first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the liquid phase discharged from the gas-liquid separation unit are supplied with the first branch liquid, the extraction solution discharged from the extraction unit, and 2 crystallized 2 A mineralization unit for generating a metal carbonate and discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride; and, wherein the second branch liquid phase is a cathode electrode of the electrolysis unit is supplied as an electrode solution of

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 장치(II)는 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 상기 기액분리부에서 배출되는 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부; 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부; 및 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액을 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액의 순환 라인이 형성된다.The carbon dioxide mineralization apparatus (II) according to the present invention comprises: an electrolysis unit for discharging chlorine gas from an anode side by a chlor-alkali process, and discharging a mixture containing an alkali metal hydroxide aqueous solution and hydrogen gas from the cathode side; a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas; a fuel cell unit that receives the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generates electric power; a carbon dioxide absorption unit receiving an aqueous solution of alkali metal carbonate by receiving a gas to be treated including a liquid phase and carbon dioxide discharged from the gas-liquid separation unit; an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride; and a divalent metal carbonate crystallized by receiving a first branch liquid and an extraction solution discharged from the extraction unit among the first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the aqueous alkali metal carbonate solution discharged from the carbon dioxide absorption unit. and a mineralization unit for discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride; and, wherein the second branch liquid phase is the electrode solution of the cathode of the electrolysis unit is supplied, and a circulation line of the alkali metal carbonate aqueous solution is formed between the electrolysis unit and the carbon dioxide absorption unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(II)에 있어, 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus II according to an embodiment of the present invention, the pH of the aqueous alkali metal carbonate solution discharged from the carbon dioxide absorber may be 11.0 to 12.5.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 광물화 장치는 상기 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 용액을 배출하는 이온제거부; 및 상기 이온제거부에서 배출되는 2가 금속 이온이 제거된 용액을 공급받고 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축부에서 배출되는 물과 농축된 용액은 각각 전기분해부로 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the mineralization apparatus receives the residual liquid discharged from the mineralization unit and removes the divalent metal ions to remove the divalent metal ions. an ion removal unit for discharging the solution; and a concentrator for receiving a solution from which divalent metal ions discharged from the ion removal unit have been removed and concentrating it, and discharging the concentrated solution and water collected during concentration, respectively; may further include, in the concentrator The discharged water and the concentrated solution may be respectively supplied to the electrolysis unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 광물화 장치는 상기 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받고 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부; 및 상기 농축부에서 배출된 농축 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액을 배출하는 이온제거부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축부에서 배출된 물과 상기 이온제거부에서 배출된 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액은 각각 전기분해부로 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the mineralization apparatus receives the residual liquid discharged from the mineralization unit and concentrates it, and collects the concentrated solution and water collected during concentration. Concentrators that discharge each and an ion removal unit receiving the concentrated solution discharged from the concentrator and removing divalent metal ions to discharge the concentrated solution from which divalent metal ions are removed. Concentrated solutions from which divalent metal ions discharged from the ion removal unit are removed may be respectively supplied to the electrolysis unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부의 연료전지는 수소-염소 연료전지일 수 있으며, 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 염소 가스가 상기 연료전지부의 산화제로 공급되며, 상기 연료전지부에서 배출되는 염산수용액과 잔류 염소 가스의 혼합물과 잔류 수소가스 중 염산수용액은 상기 추출부에 공급되며, 상기 잔류 염소 가스와 상기 잔류 수소 가스는 각각 연료전지부로 재공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the fuel cell of the fuel cell unit may be a hydrogen-chlorine fuel cell, and chlorine gas discharged from the anode side of the electrolysis unit is The oxidizing agent is supplied to the fuel cell unit, and a mixture of an aqueous hydrochloric acid solution and residual chlorine gas discharged from the fuel cell unit and an aqueous hydrochloric acid solution of residual hydrogen gas are supplied to the extraction unit, and the residual chlorine gas and the residual hydrogen gas are Each may be re-supplied to the fuel cell unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부의 연료전지는 수소-산소 연료전지일 수 있으며, 상기 연료전지부에서 배출되는 물과 잔류 산소 가스의 혼합물과 잔류 수소 가스 중 물은 상기 전기분해부로 공급되며, 잔류 산소 가스와 잔류 수소 가스는 각각 연료전지부로 재공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the fuel cell of the fuel cell unit may be a hydrogen-oxygen fuel cell, and the water discharged from the fuel cell unit and the residual oxygen gas Of the mixture and residual hydrogen gas, water may be supplied to the electrolysis unit, and residual oxygen gas and residual hydrogen gas may be re-supplied to the fuel cell unit, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함할 수 있으며, 상기 차아염소산염 제조부는, 상기 전기분해부에서 배출되는 염소 가스와 상기 기액분리부에서 배출된 알칼리금속수산화물 수용액이나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성할 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the mineralization apparatus may further include a hypochlorite production unit, the hypochlorite production unit, chlorine gas discharged from the electrolysis unit and By receiving the alkali metal hydroxide aqueous solution discharged from the gas-liquid separator or the alkali metal hydroxide supplied from outside the device, it is possible to generate hypochlorite of alkali metal.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 무기폐기물은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 시멘트 킬른 더스트, 비산재(플라이애쉬) 및 제철 슬래그에서 하나 이상 선택될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the inorganic waste may be one or more selected from waste cement, waste concrete, coal ash, cement kiln dust, fly ash (fly ash), and steel slag. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 연료전지부에서 생성된 전력이 상기 전기분해부로 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, power generated in the fuel cell unit may be supplied to the electrolysis unit.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 처리대상 가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함할 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the gas to be treated may further include one or more gases selected from sulfur oxide gas and nitrogen oxide gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 장치(I, II)에 있어, 상기 이산화탄소 광물화 장치는 상기 연료전지부의 연료전지 멤브레인에 수분을 공급하는 수분공급부를 더 포함할 수 있고, 상기 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 수분공급부는 상기 수소-염소 연료전지에서 배출되는 염산 수용액의 농도를 제어할 수 있다.In the carbon dioxide mineralization apparatus (I, II) according to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide mineralization apparatus may further include a moisture supply unit for supplying moisture to the fuel cell membrane of the fuel cell unit, and the fuel The cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, and the water supply unit may control the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution discharged from the hydrogen-chlorine fuel cell.

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리 단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 상기 전기분해 단계, 분리 단계 및 전력생산 단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계; 상기 분리단계에서 분리된 액상이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 클로르알칼리 공정의 환원전극측으로 공급될 수 있다.The carbon dioxide mineralization method (I) according to the present invention comprises an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas and a second product that is a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process; a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation; a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel; a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the power generation step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride; A solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting a first branch liquid phase, the extraction solution, and a treatment target gas containing carbon dioxide among the first branch liquid phase and the second branch liquid phase in which the liquid phase separated in the separation step is branched; Including; mineralization step of generating a residual liquid phase containing alkali metal chloride, the second branch liquid phase may be supplied to the cathode side of the chlor-alkali process.

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 방법(II)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계; 상기 전기분해 단계, 분리단계 및 이산화탄소 흡수단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계; 이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 추출 용액을 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며, 상기 제2분기 액상은 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급된다.The carbon dioxide mineralization method (II) according to the present invention comprises an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas and a second product that is a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process; a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation; a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel; a carbon dioxide absorption step of generating an aqueous alkali metal carbonate solution by reacting the liquid phase separated in the separation step with a gas to be treated containing carbon dioxide; a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the carbon dioxide absorption step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride; The alkali metal carbonate aqueous solution generated in the carbon dioxide absorption step is a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting the first branch liquid and the extraction solution among the branched first branch liquid and the second branch liquid and containing alkali metal chloride. Including; mineralization step of generating a residual liquid phase, the second branch liquid phase is supplied as a cathode solution of the electrolysis step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(II)에 있어, 상기 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (II) according to an embodiment of the present invention, the pH of the aqueous alkali metal carbonate solution generated in the carbon dioxide absorption step may be 11.0 to 12.5.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계; 상기 2가 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 용액을 농축하여 농축된 용액을 생성하고 농축시 수집된 물을 생성하는 농축 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축단계의 농축된 용액과 수집된 액상의 물은 각각 상기 전기분해 단계에 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the mineralization method comprises a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the residual liquid phase discharged from the mineralization step; Concentrating the solution from which the divalent metal ions generated in the divalent ion removal step have been removed to produce a concentrated solution and generating water collected during concentration; may further include, the concentrated solution of the concentration step The solution and the collected liquid water may be respectively supplied to the electrolysis step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 농축된 용액을 생성하고 농축시 수집된 물을 생성하는 농축 단계; 및 상기 농축된 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축단계에서 수집된 물과 상기 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 농축된 용액은 각각 상기 전기분해 단계에 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the mineralization method receives the residual liquid discharged from the mineralization step to generate a concentrated solution and generates water collected during concentration a concentration step; and a divalent ion removal step of removing divalent metal ions by receiving the concentrated solution, wherein the water collected in the concentration step and the divalent metal ions generated in the ion removal step are removed. Each of the concentrated solutions may be fed to the electrolysis step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지일 수 있으며, 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 염산 수용액은 상기 2가금속 추출단계로 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the hydrogen fuel cell may be a hydrogen-chlorine fuel cell, and the chlorine gas generated in the electrolysis step is a fuel cell in the power production step is supplied, and residual hydrogen and residual chlorine discharged from the power generation step are re-supplied to the power generation step, respectively, and the aqueous hydrochloric acid solution discharged from the power generation step may be supplied to the divalent metal extraction step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 전력생산 단계 상기 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지일 수 있으며, 상기 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 상기 전기분해에 공급되며, 잔류 산소는 상기 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the hydrogen fuel cell in the power generation step may be a hydrogen-oxygen fuel cell, and among the mixture of residual oxygen and water generated in the power generation step Water may be supplied to the electrolysis, residual oxygen may be re-supplied to the power generation step, and residual hydrogen discharged from the power generation step may be re-supplied to the power generation step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 방법은 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스와 상기 기액분리 단계에서 배출되는 알칼리금속수산화물 수용액의 일부나, 외부의 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속 차아염소산염을 제조하는 차아염소산염 제조단계;를 더 포함할 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the method is a part of the chlorine gas generated in the electrolysis step and the aqueous alkali metal hydroxide solution discharged in the gas-liquid separation step, or It may further include a; hypochlorite production step of preparing an alkali metal hypochlorite by receiving the alkali metal hydroxide.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 무기 폐기물은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 시멘트 킬른 더스트, 비산재(플라이애쉬) 및 제철 슬래그에서 하나 이상 선택될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the inorganic waste may be one or more selected from waste cement, waste concrete, coal ash, cement kiln dust, fly ash (fly ash), and iron slag. have.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 전력생산 단계에서 생성된 전력은 상기 전기분해 단계의 클로르 알칼리 공정에 공급될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the power generated in the power generation step may be supplied to the chlor-alkali process of the electrolysis step.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 처리대상가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함할 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the target gas may further include one or more gases selected from sulfur oxide gas and nitrogen oxide gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I, II)에 있어, 상기 수소연료전지는 수소-염소 연료전지일 수 있고, 상기 수소연료전지의 멤브레인에 공급되는 수분에 의해 상기 수소연료전지에서 생성되는 염산 수용액의 농도가 제어될 수 있다.In the carbon dioxide mineralization method (I, II) according to an embodiment of the present invention, the hydrogen fuel cell may be a hydrogen-chlorine fuel cell, and the hydrogen fuel cell is generated by moisture supplied to the membrane of the hydrogen fuel cell. The concentration of the hydrochloric acid aqueous solution produced in the can be controlled.

본 발명에 따른 광물화 장치 및 방법은 우수한 에너지 효율로 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 2가금속탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있으며, 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 광물화 장치 및 방법은, 이산화탄소 제거와 함께 버려지는 폐자원의 활용이 가능하고, 염소나 차아염소산염등과 같이 고부가가치의 물질을 제조할 수 있는 장점이 있다. 또한, 유리한 일 예에 따른 본 발명에 따른 광물화 장치 및 방법은 장치 내에서 클로르 알칼리 공정의 수행과 연료전지의 구동에 요구되는 원료 물질들이 제공 및 재생됨에 따라 무기 폐기물등과 같은 물질의 공급만으로 다량의 이산화탄소를 신속하게 광물화하여 제거할 수 있으며, 폐액의 발생을 최소화할 수 있다.The mineralization apparatus and method according to the present invention can remove carbon dioxide contained in the gas to be treated with excellent energy efficiency and at the same time produce a crystallized mineral of a divalent metal carbonate, a high value-added material, and external electrical energy and external chemical energy can be minimized. In addition, the mineralization apparatus and method according to the present invention has the advantage that it is possible to utilize waste resources that are discarded together with the removal of carbon dioxide, and it is possible to manufacture high value-added substances such as chlorine or hypochlorite. In addition, the mineralization apparatus and method according to the present invention according to an advantageous embodiment provide and regenerate raw materials required for performing a chlor-alkali process and driving a fuel cell in the apparatus only by supplying materials such as inorganic waste. A large amount of carbon dioxide can be quickly mineralized and removed, and the generation of waste liquid can be minimized.

도 1은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이다.
도 2는 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다.
도 3은 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이다.
도 4는 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다. 1 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the first aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-oxygen fuel cell.
2 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the first aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-chlorine fuel cell.
3 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the second aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-oxygen fuel cell.
4 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the second aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-chlorine fuel cell.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 이산화탄소 광물화 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다. 또한 본 명세서에서, "포함한다"는 표현은 "구비한다", "함유한다", "가진다" 또는 "특징으로 한다" 등의 표현과 등가의 의미를 가지는 개방형 기재이며, 추가로 열거되어 있지 않은 요소, 재료 또는 공정을 배제하지 않는다. 본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미한다.Hereinafter, the carbon dioxide mineralization apparatus and method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The drawings introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in other forms, and the drawings presented below may be exaggerated to clarify the spirit of the present invention. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the technical field to which this invention belongs, and in the following description and accompanying drawings, Descriptions of known functions and configurations that may be unnecessarily obscure will be omitted. Also, the singular forms used in the specification and appended claims may also be intended to include the plural forms unless the context specifically dictates otherwise. In addition, in this specification, the expression "comprising" is an open-ended description having an equivalent meaning to expressions such as "having", "containing", "having" or "characterized by", and is not listed further. It does not exclude elements, materials or processes. In this specification and the appended claims, the units used without special mention are based on weight, and in one example, the unit of % or ratio means weight % or weight ratio.

본 발명에 따른 이산화탄소 광물화 장치 및 방법은, 클로르알칼리 공정을 이용한 전기분해, 클로르알칼리 공정에서 생성되는 수소를 연료로 사용하는 수소 연료전지에 의한 전력 생산, 무기폐기물을 이용한 2가 금속의 추출, 클로르알칼리 공정에서 생성되는 알칼리금속수산화물 수용액을 이용한 이산화탄소의 결정화가 통합되어, 장치 구동을 위해 소모되어야 하는 에너지(전기 에너지 및 화학 에너지)의 절감이 가능한 에너지 절감형 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법이다.The carbon dioxide mineralization apparatus and method according to the present invention include electrolysis using a chlor-alkali process, power generation by a hydrogen fuel cell using hydrogen generated in the chlor-alkali process as a fuel, extraction of divalent metals using inorganic waste, An energy-saving integrated process-based carbon dioxide mineralization apparatus and method capable of reducing the energy (electrical energy and chemical energy) that must be consumed for device operation by integrating the crystallization of carbon dioxide using an aqueous alkali metal hydroxide solution generated in the chlor-alkali process to be.

본 발명에 따른 통합 공정 기반 이산화탄소 광물화 장치 및 방법은, 전기분해시 환원 전극에 공급되는 액(환원전극액)이 순환되며, 순환되는 환원전극액의 종류에 따라, 제1양태와 제2양태로 나뉘어질 수 있다. 이하, 본 발명을 상술함에 있어, 제1양태(제1양태에 따른 장치나 방법)나 제2양태(제2양태에 따른 장치나 방법)로 명시되어 한정되지 않는 구성은, 제1양태와 제2양태 모두에 속할 수 있다. In the integrated process-based carbon dioxide mineralization apparatus and method according to the present invention, the liquid (reducing electrode solution) supplied to the anode during electrolysis is circulated, and according to the type of the circulating cathode solution, the first aspect and the second aspect can be divided into Hereinafter, in the description of the present invention in detail, the first aspect (the apparatus or method according to the first aspect) or the second aspect (the apparatus and the method according to the second aspect) are explicitly and not limited to the configuration of the first aspect and the second aspect. It may belong to both aspects.

본 발명에서, 알칼리금속염화물, 알칼리금속수산화물, 알칼리금속탄산염등의 알칼리금속(M)은 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘 및 프랑슘에서 하나 이상 선택되는 금속일 수 있으며, 실질적으로 수급 용이성, 자원의 풍부함에 의한 공정 비용 절감등을 고려하여, 알칼리금속은 나트륨을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, alkali metals (M) such as alkali metal chlorides, alkali metal hydroxides, and alkali metal carbonates may be one or more metals selected from lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium and francium, and substantially ease of supply and demand, resources In consideration of the reduction of process cost due to the abundance of the alkali metal, the alkali metal may include sodium, but is not necessarily limited thereto.

본 발명에서, 무기 폐기물은 2가 금속을 함유하는 무기 폐기물로, 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 시멘트 킬른 더스트, 비산재(플라이애쉬) 및/또는 제철 슬래그등을 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 2가 금속을 함유하는 광물 또한 사용 가능하다. 즉, 무기 폐기물은 저품위의 2가금속 함유 광물 또한 포함한다. 2가 금속(Mdv)은 칼슘, 마그네슘, 철, 망간, 니켈, 코발트, 크롬, 구리, 아연 및 바륨 등에서 하나 이상 선택되는 금속일 수 있으며, 수급 용이성 측면에서 무기 폐기물에 함유된 2가 금속은 칼슘일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. In the present invention, inorganic waste is inorganic waste containing divalent metal, and may include waste cement, waste concrete, coal ash, cement kiln dust, fly ash (fly ash) and/or iron slag, but is not necessarily limited thereto. No, minerals containing divalent metals can also be used. That is, inorganic waste also includes low-grade divalent metal-containing minerals. The divalent metal (M dv ) may be one or more metals selected from calcium, magnesium, iron, manganese, nickel, cobalt, chromium, copper, zinc and barium. It may be calcium, but the present invention is not limited thereto.

본 발명에서, 처리대상가스는 산성 가스를 포함하며, 산성 가스는 온실 가스인 이산화탄소를 포함한다. 산성 가스는 파이넥스 오프 가스(FOG, FINEX off gas), 파이넥스 테일 가스(FTG, FINEX tail gas), 고로 가스(BFG, Blast furnace gas), 전로 가스, 석탄 발전소 배가스, 가스 발전소 배가스, 소각로 배가스, 유리용해 배가스, 열설비 배가스, 석유화학공정 배가스, 석유화학공정 공정가스, 연소전 배가스, 가스화기 배가스등일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 산성 가스는 온실 가스인 이산화탄소 가스와 함께, 황산화물 가스(SOx), 질소산화물 가스(NOx) 또는 황산화물 가스와 질소산화물 가스등, 이산화탄소 이외의 산성을 띄는 가스를 더 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명이 구체 처리대상가스의 종류에 한정될 수 없음은 물론이며, 이산화탄소를 함유하는 한 어떠한 가스라도 처리대상가스로 사용될 수 있다. In the present invention, the gas to be treated includes an acid gas, and the acid gas includes carbon dioxide which is a greenhouse gas. Acid gas includes FINEX off gas (FOG), FINEX tail gas (FTG), blast furnace gas (BFG), converter gas, coal power plant flue gas, gas power plant flue gas, incinerator flue gas, glass It may be a melting flue gas, thermal facility flue gas, petrochemical process flue gas, petrochemical process process gas, pre-combustion flue gas, gasifier flue gas, etc., but is not necessarily limited thereto. The acid gas may further include an acidic gas other than carbon dioxide, such as sulfur oxide gas (SOx), nitrogen oxide gas (NOx), or sulfur oxide gas and nitrogen oxide gas, along with carbon dioxide gas, which is a greenhouse gas. However, it goes without saying that the present invention is not limited to the specific type of gas to be treated, and any gas may be used as the gas to be treated as long as it contains carbon dioxide.

본 발명에서, 특별히 용매의 종류가 한정되지 않는 한, 용액이나 액은 수용액을 의미한다. 또한, 장치의 일 요소에서 배출되는 물질이 다른 일 요소로 공급되는 경우, 물질 이송 라인 별로, 물질의 이송을 위한 이송관, 펌프, 밸브등과 같은 물질 이송시 통상적으로 사용되는 이송 수단이 구비될 수 있음은 물론이며, 물질 이송 라인에 따라, 필요시, 물질 이송 속도나 유량을 제어하기 위한 통상의 제어 수단이 구비될 수 있음은 물론이다.In the present invention, unless the type of the solvent is particularly limited, a solution or a liquid means an aqueous solution. In addition, when the material discharged from one element of the device is supplied to another element, a transfer means commonly used for transferring material, such as a transfer pipe, a pump, a valve, etc. for transferring the material, may be provided for each material transfer line. Of course, according to the material transfer line, if necessary, a conventional control means for controlling the material transfer speed or flow rate may be provided.

본 발명의 제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정(Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부; 상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급된다.The carbon dioxide mineralization apparatus according to the first aspect of the present invention discharges chlorine gas from the anode side by a chlor-alkali process, and a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas from the cathode side. an electrolysis unit to discharge; a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas; a fuel cell unit that receives the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generates electric power; an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride; The first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the liquid phase discharged from the gas-liquid separation unit are supplied with the first branch liquid, the extraction solution discharged from the extraction unit, and 2 crystallized 2 A mineralization unit for generating a metal carbonate and discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride; and, wherein the second branch liquid phase is a cathode electrode of the electrolysis unit is supplied as an electrode solution of

제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정으로부터 알칼리금속수산화물와 수소 및 염소를 생산하고, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 수소를 이용하여 연료전지를 구동하여 전력(전기에너지)을 생산하며, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 알칼리금속수산화물; 염산 용액을 이용하여 2가금속 함유 무기 폐기물로부터 추출된 추출 용액(2가금속염화물을 함유하는 용액); 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스;를 반응시켜, 이산화탄소를 2가금속탄산염으로 광물화함과 동시에 온실가스인 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거할 수 있다. 이때, 클로르알칼리 공정으로부터 생성된 알칼리금속수산화물 용액은 제1분기 용액과 제2분기 용액으로 분기되어, 일 분기 용액은 광물화부로 공급되고 다른 일 분기 용액은 클로르알칼리 공정으로 유입되어, 전기분해부와 기액분리부 사이에 알칼리금속수산화물 용액 순환 라인이 형성될 수 있다.The carbon dioxide mineralization apparatus according to the first aspect produces alkali metal hydroxide, hydrogen and chlorine from the chlor-alkali process, and drives a fuel cell using the hydrogen produced from the chlor-alkali process to produce electric power (electrical energy), and chlor-alkali alkali metal hydroxides produced from the process; extraction solution (solution containing divalent metal chloride) extracted from inorganic waste containing divalent metal using hydrochloric acid solution; and a gas to be treated containing carbon dioxide; by reacting the carbon dioxide to a divalent metal carbonate, acid gas including carbon dioxide, which is a greenhouse gas, may be removed while at the same time mineralizing carbon dioxide into a divalent metal carbonate. At this time, the alkali metal hydroxide solution generated from the chlor-alkali process is branched into a first branch solution and a second branch solution, one branch solution is supplied to the mineralization unit and the other branch solution is introduced into the chlor-alkali process, the electrolysis unit An alkali metal hydroxide solution circulation line may be formed between and the gas-liquid separation unit.

제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 2가금속탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있으며, 연료전지에 의해 발생하는 전력이 클로르알칼리 공정에 공급되며, 연료전지는 클로르알칼리 공정에 의해 생성되는 수소를 연료로 사용함에 따라, 장치 구동에 소요되는 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있고, 이산화탄소 뿐만 아니라 SOx나 NOx등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있다.The carbon dioxide mineralization apparatus according to the first aspect removes carbon dioxide contained in the gas to be treated and at the same time produces a crystallized mineral of a divalent metal carbonate, a high value-added material, and the power generated by the fuel cell is converted into a chlor-alkali process. As the fuel cell uses hydrogen generated by the chlor-alkali process as a fuel, external electrical energy and external chemical energy required to drive the device can be minimized, and not only carbon dioxide but also other acids such as SOx or NOx Gases can also be removed.

본 발명의 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부; 상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부; 상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부; 상기 기액분리부에서 배출되는 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부; 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부; 및 상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액을 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액의 순환 라인이 형성된다.The carbon dioxide mineralization apparatus according to the second aspect of the present invention comprises: an electrolysis unit for discharging chlorine gas from an anode side by a chlor-alkali process, and discharging a mixture containing an alkali metal hydroxide aqueous solution and hydrogen gas from the cathode side; a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas; a fuel cell unit that receives the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generates electric power; a carbon dioxide absorption unit receiving an aqueous solution of alkali metal carbonate by receiving a gas to be treated including a liquid phase and carbon dioxide discharged from the gas-liquid separation unit; an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride; and a divalent metal carbonate crystallized by receiving a first branch liquid and an extraction solution discharged from the extraction unit among the first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the aqueous alkali metal carbonate solution discharged from the carbon dioxide absorption unit. and a mineralization unit for discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride; and, wherein the second branch liquid phase is the electrode solution of the cathode of the electrolysis unit is supplied, and a circulation line of the alkali metal carbonate aqueous solution is formed between the electrolysis unit and the carbon dioxide absorption unit.

제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정으로부터 알칼리금속수산화물와 수소 및 염소를 생산하고, 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 수소를 이용하여 연료전지를 구동하여 전력(전기에너지)을 생산한다. 또한, 이산화탄소 흡수부에서 클로르알칼리 공정으로부터 생산된 알칼리금속수산화물과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 용액을 생성하고, 생성된 알칼리금속탄산염 용액을 분기하여 일부는 환원전극액으로 공급하여 전기분해부-기액분리부-이산화탄소 흡수부-전기분해부의 루프로 알칼리금속탄산염을 함유하는 환원전극액이 순환되도록 한다. 또한, 생성된 알칼리금속탄산염 용액이 분기된 다른 일부는 염산 용액을 이용하여 2가금속 함유 무기 폐기물로부터 추출된 추출 용액(2가금속염화물을 함유하는 용액) 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스와의 반응에 의해, 이산화탄소가 2가금속탄산염으로 광물화되고 결정화됨과 동시에 이산화탄소를 포함하는 산성가스를 제거할 수 있다.The carbon dioxide mineralization apparatus according to the second aspect produces alkali metal hydroxide, hydrogen and chlorine from the chlor-alkali process, and drives a fuel cell using the hydrogen produced from the chlor-alkali process to generate electric power (electrical energy). In addition, the alkali metal hydroxide produced from the chlor-alkali process is reacted with the gas to be treated including carbon dioxide in the carbon dioxide absorption unit to generate an alkali metal carbonate solution, and the generated alkali metal carbonate solution is branched and a portion is supplied as a cathode solution Thus, the cathode solution containing the alkali metal carbonate is circulated through the loop of the electrolysis section - the gas-liquid separation section - the carbon dioxide absorption section - the electrolysis section. In addition, the other part from which the generated alkali metal carbonate solution is branched is an extraction solution (a solution containing a divalent metal chloride) extracted from an inorganic waste containing a divalent metal using a hydrochloric acid solution and a gas to be treated including carbon dioxide By the reaction, carbon dioxide is mineralized and crystallized into a divalent metal carbonate, and an acid gas containing carbon dioxide can be removed at the same time.

이에 따라, 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 장치는, 환원전극액으로 순환되는 알칼리금속탄산염 용액이 사용됨에 따라, 클로르알칼리 공정에서 순환되는 알칼리금속수산화물 수용액보다 pH가 낮기 때문에, 전기분해부의 이온교환막(멤브레인)의 안정성이 증가해 전기분해부의 기대수명을 늘릴 수 있으며, 전기분해에서 원치 않는 부산물(일 예로, 일산화탄소나 개미산염 등의 이산화탄소 전환생성물)의 생성을 방지할 수 있다. 또한, 제2양태에 따라 알칼리금속탄산염 용액이 순환되는 경우, 알칼리금속중탄산염의 용해도보다 알칼리금속탄산염의 용해도가 훨씬 크기 때문에 더 고농도의 용액이 순환될 수 있으며, 이에 의해 광물화부에서 보다 많은 양의 2가금속탄산염이 수득될 수 있다. 또한, 알칼리금속중탄산염 용액이 순환되는 경우, 전기분해부의 고온 구동시 알칼리금속중탄산염의 분해에 의해 CO2가 생성되어 함께 발생하는 수소의 순도를 낮출 위험이 있으나, 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 수용액의 pH를 11.0 이상, 좋게는 12.0이상이 되도록 함으로써, 알칼리금속중탄산염 대신 알칼리금속탄산염을 순환시켜 알칼리금속중탄산염의 분해에 의한 CO2 생성을 방지할 수 있다. 또한, 환원전극액으로 알칼리금속탄산염 용액이 사용되는 경우 환원전극액의 pH가 낮아져 포베 다이어그램(Pourbaix diagram)상 보다 작은 과전압이 요구됨에 따라, 소비전력을 낮출 수 있어 광물화 장치의 에너지 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 제거함과 동시에 고부가가치의 물질인 2가금속탄산염의 결정화된 광물을 생산할 수 있다. 또한, 환원전극액으로 알칼리금속탄산염 용액이 사용되는 경우에도 이산화탄소 뿐만 아니라 SOx나 NOx등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있다. 또한, 제1양태와 유사하게, 연료전지에 의해 발생하는 전력이 클로르알칼리 공정에 공급되며, 연료전지는 클로르알칼리 공정에 의해 생성되는 수소를 연료로 사용함에 따라, 장치 구동에 소요되는 외부 전기 에너지 및 외부 화학 에너지를 최소화할 수 있다. Accordingly, in the carbon dioxide mineralization apparatus according to the second aspect, since the alkali metal carbonate solution circulated as the cathode solution is used, the pH is lower than the alkali metal hydroxide aqueous solution circulated in the chlor-alkali process, so the ion exchange membrane of the electrolysis part It is possible to increase the stability of the (membrane) and increase the life expectancy of the electrolysis unit, and to prevent the generation of unwanted by-products (eg, carbon dioxide conversion products such as carbon monoxide or formate) in the electrolysis. In addition, when the alkali metal carbonate solution is circulated according to the second aspect, since the solubility of the alkali metal carbonate is much greater than the solubility of the alkali metal bicarbonate, the solution with a higher concentration can be circulated, whereby a larger amount of the solution in the mineralization unit is circulated. A divalent metal carbonate can be obtained. In addition, when the alkali metal bicarbonate solution is circulated, there is a risk of lowering the purity of hydrogen generated by the generation of CO 2 by decomposition of alkali metal bicarbonate when the electrolysis unit is driven at a high temperature, but the pH of the aqueous solution discharged from the carbon dioxide absorption unit is 11.0 or more, preferably 12.0 or more, by circulating the alkali metal carbonate instead of the alkali metal bicarbonate, it is possible to prevent the generation of CO 2 due to the decomposition of the alkali metal bicarbonate. In addition, when an alkali metal carbonate solution is used as the anode solution, the pH of the cathode solution is lowered and a smaller overvoltage is required than in the Pourbaix diagram, so power consumption can be lowered, thereby increasing the energy efficiency of the mineralization device. can do it In addition, while removing carbon dioxide contained in the gas to be treated, it is possible to produce crystallized minerals of divalent metal carbonate, which is a high value-added material. In addition, when an alkali metal carbonate solution is used as the cathode solution, not only carbon dioxide but also other acid gases such as SOx or NOx can be removed. Also, similarly to the first aspect, electric power generated by the fuel cell is supplied to the chlor-alkali process, and the fuel cell uses hydrogen generated by the chlor-alkali process as a fuel, so external electrical energy required to drive the device. and external chemical energy.

유리한 일 예에 따른 광물화 장치에 있어, 광물화 장치는 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 용액을 배출하는 이온제거부; 및 상기 이온제거부에서 배출되는 2가 금속 이온이 제거된 용액을 공급받고 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축부에서 배출되는 물과 농축된 용액은 각각 전기분해부로 공급될 수 있다. 이때, 농축부에서 물의 기화에 의한 농축 또는 멤브레인에 의한 농축이 수행될 수 있으며 수집된 물은 농축된 물이나 기화제거된 물이 액상으로 응축된 물을 포함할 수 있다.In an advantageous mineralization apparatus according to an exemplary embodiment, the mineralization apparatus includes: an ion removal unit receiving a residual liquid discharged from the mineralization unit and removing divalent metal ions to discharge a solution from which divalent metal ions are removed; and a concentrator for receiving a solution from which divalent metal ions discharged from the ion removal unit have been removed and concentrating it, and discharging the concentrated solution and water collected during concentration, respectively; may further include, in the concentrator The discharged water and the concentrated solution may be respectively supplied to the electrolysis unit. In this case, concentration by vaporization of water or concentration by a membrane may be performed in the concentration unit, and the collected water may include concentrated water or water in which vaporized water is condensed into a liquid phase.

이와 달리, 유리한 일 예에 따른 광물화 장치에 있어, 광물화 장치는 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부; 및 농축부에서 배출된 농축 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액을 배출하는 이온제거부;를 더 포함할 수 있으며, 농축부에서 배출되는 물과, 농축부와 이온제거부에 의해 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액은 각각 전기분해부로 공급될 수 있다.On the other hand, in the mineralization apparatus according to an advantageous embodiment, the mineralization apparatus receives the residual liquid discharged from the mineralization unit and concentrates it, comprising: a concentrator for discharging a concentrated solution and water collected during concentration, respectively; and an ion removal unit that receives the concentrated solution discharged from the concentrator and removes divalent metal ions to discharge the concentrated solution from which divalent metal ions are removed. The concentrated solution from which divalent metal ions are removed by the part and the ion removal part may be respectively supplied to the electrolysis part.

즉, 유리한 일 예에 따른 광물화 장치는 광물화부에서 배출되는 잔류 액상의 흐름 방향을 기준으로 순차적으로 이온제거부와 농축부를 더 포함하거나, 농축부와 이온제거부를 더 포함함으로써, 잔류 액상에서 2가 금속 이온이 제거되고 농축된 용액을 생성할 수 있다. 이때, 생성된 용액(2가 금속 이온이 제거되고 농축된 용액)은 알칼리금속염화물을 함유하는 용액임에 따라, 전기분해부의 산화전극 측에 염수로써 공급될 수 있으며, 농축시 수집된 물은 전기분해부의 환원전극 측에 공급될 수 있다. That is, the mineralization apparatus according to an advantageous example further includes an ion removal unit and a concentration unit sequentially based on the flow direction of the residual liquid phase discharged from the mineralization unit, or further includes a concentration unit and an ion removal unit, so that 2 The valent metal ions can be removed to produce a concentrated solution. At this time, since the generated solution (a solution from which divalent metal ions are removed and concentrated) is a solution containing an alkali metal chloride, it may be supplied as brine to the anode side of the electrolysis unit, and the water collected during concentration is It may be supplied to the cathode side of the decomposition part.

제1양태에서 광물화부에는 2가금속염화물을 함유하는 용액인 추출 용액, 이산화탄소를 포함하는 처리대상 가스 및 분기된 알칼리금속수산화물 용액이 투입되어, 결정화된 고상의 2가금속탄산염과 알칼리금속염화물을 포함하는 잔류 액상이 분리 배출될 수 있다. 이와 달리, 제2양태에서 광물화부에는 2가금속염화물을 함유하는 용액인 추출 용액 및 분기된 알칼리금속탄산염 용액이 투입되어, 결정화된 고상의 2가금속탄산염과 알칼리금속염화물을 포함하는 잔류 액상이 분리 배출될 수 있다. In the first aspect, the extraction solution, which is a solution containing a divalent metal chloride, and a branched alkali metal hydroxide solution are added to the mineralization unit to form a crystallized solid divalent metal carbonate and alkali metal chloride. The residual liquid containing may be separated and discharged. In contrast, in the second embodiment, the extraction solution and the branched alkali metal carbonate solution, which are solutions containing divalent metal chlorides, are added to the mineralization unit, and the residual liquid phase containing the crystallized solid divalent metal carbonates and alkali metal chlorides is may be discharged separately.

즉, 제1양태 및 제2양태 모두, 광물화부에서 배출되는 잔류 액상은 알칼리금속염화물을 함유하며, 알칼리금속염화물은 클로르알칼리 공정에 기반한 전기분해부에 원료(염수)로 사용될 수 있다.That is, in both the first aspect and the second aspect, the residual liquid phase discharged from the mineralization unit contains alkali metal chloride, and the alkali metal chloride may be used as a raw material (brine) in the electrolysis unit based on the chlor-alkali process.

상세하게, 광물화부에서 배출되는 잔류 액상에 2가 금속 이온이 함유되는 경우, 환원전극액에 2가 금속 이온이 존재할 수 있어 장치 안정성을 저해할 위험이 있다. 이에, 이온제거부를 통해 광물화부에서 배출되는 잔류 액상에 존재하는 2가 금속 이온을 제거할 수 있다. 또한, 잔류 액상은 농축부에 의해 전기분해에 유리한 농도로 농축될 수 있다. 이에, 광물화부에서 배출되는 잔류 액상은 이온제거부와 농축부에 의해 2가 금속 이온이 제거된 농축된 용액으로 전환될 수 있다. 앞서 상술한 바와 같이, 이온제거 후 농축이 수행될 수도 있으며, 농축이 수행된 후 이온제거가 수행되어도 무방하다. 농축부에서는 비농축된 용액의 매질인 물을 기화제거하거나 멤브레인에 의해 비농축된 용액을 농축시켜, 알칼리금속염화물이 농축된 농축 용액이 생성됨과 기화제거된 물이 응축되거나 멤브레인에 의해 액상의 물이 생성될 수 있다. In detail, when divalent metal ions are contained in the residual liquid phase discharged from the mineralization unit, divalent metal ions may be present in the cathode solution, and thus there is a risk of impairing device stability. Accordingly, the divalent metal ions present in the residual liquid discharged from the mineralization unit may be removed through the ion removal unit. In addition, the residual liquid phase can be concentrated to a concentration favorable for electrolysis by the concentrator. Accordingly, the residual liquid discharged from the mineralization unit may be converted into a concentrated solution from which divalent metal ions are removed by the ion removal unit and the concentration unit. As described above, concentration may be performed after ion removal, or ion removal may be performed after concentration is performed. In the concentration section, water, which is the medium of the non-concentrated solution, is evaporated or the non-concentrated solution is concentrated by a membrane to produce a concentrated solution with an alkali metal chloride concentration, and the evaporated water is condensed or liquid water by the membrane. can be created.

2가 금속이온이 제거되고 농축된 용액(이하, 고농도 용액)과 물은 각각 전기분해부에 공급될 수 있다. 알려진 바와 같이, 클로르알칼리 공정에서 산화전극측에는 알칼리금속 염화물이 공급되며 환원전극측에는 물이 공급되어야 한다. 농축부와 이온제거부에 의해 생성된 고농도 용액은 알칼리금속 염화물이 농축된 용액임에 따라, 고농도 용액은 전극액으로써 전기분해부의 산화전극 측으로 공급될 수 있으며, 농축부에서 배출되는 물은 전극액으로써 전기분해부의 환원전극 측으로 공급될 수 있다. The divalent metal ion is removed and the concentrated solution (hereinafter, high concentration solution) and water may be supplied to the electrolysis unit, respectively. As is known, in the chlor-alkali process, alkali metal chloride is supplied to the anode side and water must be supplied to the cathode side. Since the high-concentration solution generated by the concentrator and the ion removal unit is a solution in which alkali metal chloride is concentrated, the high-concentration solution may be supplied to the anode side of the electrolysis unit as an electrode solution, and the water discharged from the concentrator is the electrode solution. As a result, it can be supplied to the cathode side of the electrolysis unit.

일 구체예에 있어, 분기되어 전기분해부의 환원 전극으로 투입되는 분기된 액상(제1양태의 경우 분기된 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 분기된 알칼리금속탄산염 수용액)은 농축부에서 생성된 물과 혼합되어 전기분해부의 환원전극으로 공급될 수 있다. 이때, 물은 전기분해부의 환원전극에 공급되는 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액의 농도가 일정하게 유지되도록 혼합될 수 있으며, 환원전극에는 일정한 농도의 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액이 유입될 수 있다.In one embodiment, the branched liquid phase (branched alkali metal hydroxide aqueous solution in the first embodiment, branched alkali metal carbonate aqueous solution in the second embodiment) branched and input to the reduction electrode of the electrolysis unit is produced in the concentration unit It may be mixed with water and supplied to the cathode of the electrolysis unit. At this time, the water may be mixed so that the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution or the aqueous alkali metal carbonate solution supplied to the anode of the electrolysis unit is kept constant, and the aqueous solution of alkali metal hydroxide or alkali metal carbonate of a certain concentration is introduced into the cathode. can be

일 구체예에 있어, 전기분해부의 산화 전극에서 배출되는 알칼리금속염화물(미반응 알칼리금속염화물 수용액)은 저농도 용액이며, 이러한 저농도 용액은 이온제거부와 농축부에 의해 2가 금속이온이 제거되고 농축된 용액(고농도 용액)과 혼합되어, 전기분해부의 산화 전극으로 (재)공급될 수 있다. 이때, 농축부에 의해 생성되는 농축된 용액의 농도는, 저농도 용액과의 혼합시 용액의 농도가 일정하게 유지될 수 있는 농도일 수 있으며, 산화전극에는 일정한 농도의 알칼리금속염화물 수용액이 유입될 수 있다.In one embodiment, the alkali metal chloride (unreacted aqueous alkali metal chloride aqueous solution) discharged from the oxidizing electrode of the electrolysis unit is a low-concentration solution, and the low-concentration solution has divalent metal ions removed and concentrated by the ion removal unit and the concentration unit. It can be mixed with the solution (high concentration solution) and (re)supplied to the oxidizing electrode of the electrolysis unit. At this time, the concentration of the concentrated solution generated by the concentrator may be a concentration at which the concentration of the solution can be maintained constant when mixed with the low-concentration solution, and an aqueous alkali metal chloride solution of a certain concentration can be introduced into the anode. have.

유리한 일 예에 따라 이온제거부와 농축부가 더 구비되는 경우, 이산화탄소 광물화 장치는 클로르알칼리 공정에 기반한 전기분해부의 원료 물질(염수, 물)이 장치 내에서 자체 공급될 수 있다. 그러나, 이는 본 발명에 따른 유리한 일 예에 따른 장점에 의한 것으로, 본 발명이 장치 외부에서 알칼리금속 염화물 용액의 공급이나 물의 공급을 완전히 배제하는 것은 아니며, 필요시 적정 수준의 알칼리금속 염화물 용액이나 물이 장치 외부에서 전기분해부로 공급될 수도 있음은 물론이다.According to an advantageous example, when the ion removal unit and the concentrator are further provided, the carbon dioxide mineralization apparatus may supply raw materials (brine, water) of the electrolysis unit based on the chlor-alkali process within the apparatus. However, this is due to an advantage according to an advantageous embodiment according to the present invention, and the present invention does not completely exclude the supply of the alkali metal chloride solution or the supply of water from the outside of the device, and if necessary, an alkali metal chloride solution or water at an appropriate level. Of course, it may be supplied to the electrolysis unit from the outside of the device.

알려진 바와 같이, 클로르알칼리 공정은 물과 알칼리금속의 염화물을 공급받아 알칼리금속염화물을 전기분해하여, 염소;와 알칼리금속수산화물과 수소;를 생성하는 공정으로, 본 발명에서 클로르알칼리 공정을 이용한 전기분해부는 종래 클로르알칼리 공정에 사용되는 알려진 장치나 방법을 사용하면 족하다. As is known, the chlor-alkali process is a process for receiving water and alkali metal chlorides and electrolyzing alkali metal chlorides to produce chlorine; and alkali metal hydroxides and hydrogen; electrolysis using the chlor-alkali process in the present invention It is sufficient to use a known apparatus or method used in the conventional chlor-alkali process.

일 구체예에 있어, 전기분해부는 산화전극이 구비되는 산화극실, 환원전극이 구비되는 환원극실, 산화극실과 환원극실을 구획하고 알칼리금속 이온을 투과하는 이온교환막을 포함하며, 산화전극측에는 염수, 구체적으로 알칼리금속 염화물 용액을 포함하는 산화전극액이 공급되며 환원전극측에는 물을 포함하는 환원전극액(제1양태의 경우 순환되는 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 순환되는 알칼리금속탄산염 수용액)이 공급되어 알칼리금속 염화물을 전기분해함으로써 수행될 수 있다.In one embodiment, the electrolysis unit includes an ion exchange membrane that partitions an anode chamber provided with an anode chamber, a cathode chamber provided with a cathode, an anode chamber and a cathode chamber and permeates alkali metal ions, and brine on the anode side, Specifically, an anode solution containing an alkali metal chloride solution is supplied, and a cathode solution containing water is supplied to the cathode side (a circulating alkali metal hydroxide aqueous solution in the first embodiment, and an alkali metal carbonate aqueous solution circulating in the second embodiment) This can be carried out by electrolyzing the supplied alkali metal chloride.

알칼리금속이 나트륨인 경우의 일 예로, 전기분해부에서는 다음과 같은 전기화학반응이 발생할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As an example of the case where the alkali metal is sodium, the following electrochemical reaction may occur in the electrolysis unit, but is not limited thereto.

Figure pat00001
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일 구체예에 있어, 연료전지부의 연료전지는 수소를 연료로 전력을 생산하는 수소 연료전지일 수 있다. 일 예로, 연료전지는 수소를 연료로 공급받고 산소(공기를 포함함), 염소, 이산화염소등을 산화제로 공급받아 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전력(전기에너지)을 생산하는 전지일 수 있다. 수소 연료전지는 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 또는 인산형 연료전지(PAFC)일 수 있으며, 각 구체 수소 연료전지의 보다 구체적인 스택 구조와, 연료극, 공기극, 멤브레인 등의 구체적인 단위전지의 물질과 구조는 연료전지 분야에서 널리 공지된 것이므로, 제한되지 않고 이들을 참고하면 무방하다. 다만, 저온 동작에 의한 광물화 장치의 전반적인 에너지 효율 증가 측면에서, 수소 연료전지는 알칼리형 연료전지나 고분자전해질형 연료전지일 수 있다. In one embodiment, the fuel cell of the fuel cell unit may be a hydrogen fuel cell that generates electric power using hydrogen as a fuel. For example, a fuel cell may be a cell that receives hydrogen as a fuel and receives oxygen (including air), chlorine, chlorine dioxide, etc. as an oxidizing agent to electrochemically react the fuel with the oxidizing agent to produce electric power (electrical energy). have. The hydrogen fuel cell may be an alkali fuel cell (AFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), or a phosphoric acid fuel cell (PAFC). A more specific stack structure of a hydrogen fuel cell and a specific material and structure of a unit cell such as an anode, an air electrode, and a membrane are well known in the field of fuel cells, and thus are not limited and may be referred to. However, in terms of increasing the overall energy efficiency of the mineralization device by low-temperature operation, the hydrogen fuel cell may be an alkali fuel cell or a polymer electrolyte fuel cell.

일 구체예에 따른 광물화 장치는, 연료전지부의 연료전지 멤브레인에 수분을 공급하는 수분공급부를 더 포함할 수 있다. 이때, 연료전지부의 연료전지가 수소-염소 연료전지인 경우, 수분공급부에서 공급되는 수분의 양에 의해 연료전지에서 배출되는 염산 수용액의 농도가 제어될 수 있다.The mineralization apparatus according to an embodiment may further include a moisture supply unit for supplying moisture to the fuel cell membrane of the fuel cell unit. In this case, when the fuel cell of the fuel cell unit is a hydrogen-chlorine fuel cell, the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution discharged from the fuel cell may be controlled by the amount of water supplied from the water supply unit.

일 구체예에서, 외부에서 공급되는 전기에너지와 화학 에너지를 최소화하며 장치를 이루는 각 요소에서 생성되는 물질을 이용하여 장치의 구동에 요구되는 물질들이 공급될 수 있도록, 연료전지는 수소를 연료로 공급받고 산소(공기를 포함함)를 산화제로 공급받는 수소-산소 연료전지 또는 수소를 연료로 공급받고 염소를 산화제로 공급받는 수소-염소 연료전지일 수 있다. 이하, 구체 수소 연료전지의 종류와 무관하게, 연료인 수소가 공급되는 전극측을 연료극으로, 산화제가 공급되는 전극측을 공기극으로 통칭한다.In one embodiment, the fuel cell supplies hydrogen as a fuel so that materials required for driving the device can be supplied using materials generated from each element constituting the device while minimizing the electrical energy and chemical energy supplied from the outside. It may be a hydrogen-oxygen fuel cell receiving oxygen (including air) as an oxidizing agent or a hydrogen-chlorine fuel cell receiving hydrogen as a fuel and receiving chlorine as an oxidizing agent. Hereinafter, regardless of the type of the spherical hydrogen fuel cell, the electrode side to which hydrogen, which is fuel, is supplied is referred to as a fuel electrode, and the electrode side to which an oxidizing agent is supplied is collectively referred to as an air electrode.

일 구체예에 있어, 장치는 필요시, 2가금속 함유 무기폐기물과 물을 공급받아 2가금속 함유 무기폐기물에 함유된 수용성염(일 예로, KCl등)을 제거하는 수용성염제거부를 더 포함할 수 있으며, 수용성염제거부에 의해 수용성염이 제거된 2가금속함유 무기폐기물이 추출부로 공급될 수 있다. In one embodiment, the device may further include a water-soluble salt removal unit for removing water-soluble salts (eg, KCl, etc.) contained in the divalent metal-containing inorganic waste by receiving the divalent metal-containing inorganic waste and water, if necessary. In addition, inorganic waste containing divalent metals from which water-soluble salts have been removed by the water-soluble salt removal unit may be supplied to the extraction unit.

이하, 제시되는 도면에서 장치 외부에서 장치로 공급되는 물질이나 장치에서 최종 생산되는 물질은 이탤릭체로 도시하였으며, 물질의 분자식에 괄호로 같이 도시된 내용은 해당 물질의 상(phase)을 나타내는 것으로, (l)은 해당 물질이 액상이나 용액상임을 의미하며, (s)는 해당 물질이 고상임을 의미하며, (g)의 기체상을 의미한다. 또한, 이하 제시되는 도면에서 화살표는 병기된 물질이 공급(이송)되는 방향을 나타낸다. 또한, 이하 도면에 도시된 일 예들을 상술함에 있어, 각 부에서 발생하는 반응에 관여하는 물질을 위주로 각 부에 공급되는 물질과 배출되는 물질을 상술하나, 순환되는 알칼리금속수산화물 용액이나 순환되는 알칼리금속탄산염 용액의 순환 경로에 있는 각 부들에 해당 순환 용액이 같이 공급 및/또는 배출됨은 물론이다. 또한, 이하의 도면에서, 광물화 장치가 이온제거부와 농축부를 포함하는 경우, 광물화부에서 배출되는 잔류 액상의 흐름 방향을 기준으로 순차적으로 이온제거부와 농축부가 구비되는 예를 기준하여 도시하나, 농축부가 전단에 구비되고 이온제거부가 후단에 구비될 수 있음은 물론이다. 또한, 이하 제시되는 각 도면에서 서로 동일한 구성요소는 동일 내지 유사한 작용을 함에 따라, 서로 상이한 구성요소에 대해서만 상술한다.Hereinafter, in the drawings presented, materials supplied from the outside of the device to the device or materials finally produced from the device are shown in italics, and the content shown in parentheses in the molecular formula of the substance indicates the phase of the substance, ( l) means that the substance is in a liquid phase or a solution phase, (s) means that the substance is in a solid phase, and means the gas phase of (g). In addition, arrows in the drawings presented below indicate the direction in which the listed material is supplied (transferred). In addition, in detailing the examples shown in the drawings below, the materials supplied to and discharged from each part are mainly described with respect to the substances involved in the reaction occurring in each part, but the circulating alkali metal hydroxide solution or the circulating alkali Of course, the circulating solution is supplied and/or discharged to each of the parts in the circulating path of the metal carbonate solution. In addition, in the following drawings, when the mineralization apparatus includes an ion removal unit and a concentration unit, it is illustrated based on an example in which the ion removal unit and the concentration unit are sequentially provided based on the flow direction of the residual liquid discharged from the mineralization unit. Of course, the concentrator may be provided at the front end and the ion removal unit may be provided at the rear end. In addition, in each of the drawings presented below, as components that are identical to each other perform the same or similar functions, only components that are different from each other will be described in detail.

도 1은 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소 연료전지인 일 예이며, 유리한 일 예에 따라 이온제거부와 농축부가 구비된 경우를 도시한 예이다.1 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the first aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-oxygen fuel cell, and according to an advantageous example, a case in which an ion removal unit and an enrichment unit are provided is an example shown.

도 1에 도시한 바와 같이, 광물화 장치는 전기분해부(10), 수소-산소 연료전지를 포함하는 연료전지부(20), 기액분리부(30), 추출부(40), 광물화부(50), 이온제거부(60) 및 농축부(70)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the mineralization apparatus includes an electrolysis unit 10, a fuel cell unit 20 including a hydrogen-oxygen fuel cell, a gas-liquid separation unit 30, an extraction unit 40, a mineralization unit ( 50), an ion removal unit 60 and a concentrator 70 are included.

전기분해부(10)는 염수, 구체적으로 알칼리금속염화물 수용액을 산화전극의 전극액(산화전극액)으로 공급받고, 환원전극측에는 물을 포함하는 환원전극액을 공급받는다. 제1양태에서, 물을 포함하는 환원전극액은 알칼리금속수산화물 수용액을 의미할 수 있다. 클로르알칼리 공정에 의해 전기분해부의 산화전극에서는 염소가스가 생성되며, 환원전극에서는 알칼리금속수산화물 용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물이 생성된다. The electrolysis unit 10 receives brine, specifically, an aqueous alkali metal chloride solution as an electrode solution (anode solution) of the anode, and a cathode solution containing water is supplied to the cathode side. In the first embodiment, the cathode solution containing water may mean an aqueous alkali metal hydroxide solution. By the chlor-alkali process, chlorine gas is generated at the anode of the electrolysis unit, and a mixture containing an alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas is generated at the cathode.

전기분해부(10)에서 생성된 혼합물은 기액분리부(30)로 공급되어, 수소 가스를 포함하는 가스상과 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상으로 분리 배출되며, 기액분리부에서 분리 배출된 수소 가스는 연료전지부(20)에 연료로 공급될 수 있다. The mixture generated in the electrolysis unit 10 is supplied to the gas-liquid separation unit 30, separated and discharged into a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide solution, and hydrogen gas separated and discharged from the gas-liquid separation unit may be supplied as fuel to the fuel cell unit 20 .

연료전지부(20)는 전기분해부(10)에서 생성된 수소 가스를 연료로 공급받고, 이와 함께 장치 외부에서 산화제로 산소 가스(또는 공기)를 공급받아 전력을 생산함과 동시에 반응 산물로 물을 생성할 수 있다. The fuel cell unit 20 receives the hydrogen gas generated by the electrolysis unit 10 as a fuel, and at the same time receives oxygen gas (or air) as an oxidizer from the outside of the device to generate electricity and water as a reaction product. can create

연료전지부(20)에서 생성된 전력은 전기분해부(10)에 공급되어 전기분해부(10)의 구동에 요구되는 외부 전력의 전력량을 감소시킬 수 있다. 또한, 연료전지부(20)의 수소-산소 연료전지의 공기극측에서 생성된 물은 전기분해부(10)의 환원전극측으로 공급되어, 전기분해부(10)의 구동시 요구되는 물이 장치 내에서 생산 및 공급될 수 있으며, 장치 구동을 위해 장치 외부로부터의 물 공급이 요구되지 않을 수 있다.Power generated by the fuel cell unit 20 may be supplied to the electrolysis unit 10 to reduce the amount of external power required to drive the electrolysis unit 10 . In addition, the water generated at the cathode side of the hydrogen-oxygen fuel cell of the fuel cell unit 20 is supplied to the cathode side of the electrolysis unit 10, so that water required when the electrolysis unit 10 is driven is stored in the device. can be produced and supplied in the , and water supply from outside the device may not be required to operate the device.

기액분리부(30)에서 분리 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상은 분기되어, 분기된 액상(제2분기 액상)은, 수소-산소 연료전지의 공기극측에서 생성되어 전기분해부(10)로 공급되는 물과 혼합되어, 환원전극액으로써 전기분해부(10)의 환원 전극측으로 공급된다. The liquid phase containing the alkali metal hydroxide solution separated and discharged from the gas-liquid separation unit 30 is branched, and the branched liquid phase (the second branched liquid phase) is generated at the cathode side of the hydrogen-oxygen fuel cell and the electrolysis unit 10 . It is mixed with the water supplied to the and supplied to the reduction electrode side of the electrolysis unit 10 as a reduction electrode solution.

추출부(40)에서는 장치 외부로부터 염산 수용액과 2가 금속 함유 무기 폐기물을 공급받아 무기 폐기물에서 2가 금속을 추출하여, 2가금속염화물(MdvCl2)을 함유하는 추출 용액을 생성한다. The extraction unit 40 receives an aqueous hydrochloric acid solution and a divalent metal-containing inorganic waste from the outside of the apparatus, extracts the divalent metal from the inorganic waste, and generates an extraction solution containing a divalent metal chloride (M dv Cl 2 ).

광물화부(50)는 추출부(40)에서 배출되는 추출 용액, 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상이 분기된 제1분기 액상, 및 이산화탄소를 함유하는 처리대상가스(gas)를 공급받아 결정상의 2가금속탄산염(MdvCO3)을 포함하는 고상과, 알칼리금속염화물을 포함하는 액상(잔류 액상)을 생성하고 고액 분리시켜 2가금속탄산염과 잔류 액상을 각각 배출한다. 이때, 광물화부(50)에서는

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(M=알칼리금속, Mdv=2가 금속)의 광물화 반응이 발생할 수 있다. 이때, 이산화탄소가 제거된 처리대상가스는 광물화부(50) 밖으로 벤트(vent)될 수 있음은 물론이다.The mineralization unit 50 receives the extraction solution discharged from the extraction unit 40, the first branched liquid phase containing the alkali metal hydroxide solution, and the processing target gas containing carbon dioxide to receive the crystalline phase 2 A solid phase containing a metal carbonate (M dv CO 3 ) and a liquid phase (residual liquid phase) containing an alkali metal chloride are generated, and the divalent metal carbonate and the residual liquid phase are respectively discharged by solid-liquid separation. At this time, in the mineralization unit 50
Figure pat00002
A mineralization reaction of (M = alkali metal, M dv = divalent metal) may occur. At this time, of course, the gas to be treated from which carbon dioxide is removed may be vented out of the mineralization unit 50 .

광물화부(50)에서 배출된 잔류 액상은 알칼리금속 염화물을 포함하는 수용액임에 따라 염수로 사용 가능하다. 이온제거부(60)는 광물화부(50)에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 잔류 액상 내 함유된 2가 금속 이온을 제거한다. 이때, 이온제거부(60)는 제올라이트, 연수기 등과 같이 2가 금속 이온을 선택적으로 제거하는데 통상적으로 사용되는 물질이나 장치를 포함할 수 있음은 물론이다. Since the residual liquid discharged from the mineralization unit 50 is an aqueous solution containing an alkali metal chloride, it can be used as brine. The ion removal unit 60 receives the residual liquid phase discharged from the mineralization unit 50 and removes divalent metal ions contained in the residual liquid phase. In this case, it goes without saying that the ion removal unit 60 may include a material or device commonly used to selectively remove divalent metal ions, such as zeolite and water softener.

이온제거부(60)에서 배출되는 비농축 용액(2가 금속 이온이 제거된 잔류 액상)은 농축부(70)에 의해 농축될 수 있다. 농축부(70)은 비농축 용액을 가열하여 비농축 용액의 물을 휘발 제거하거나 멤브레인을 통해 비농축 용액을 농축시킬 수 있다. 이때, 농축부(70)가 물의 휘발 제거에 의해 비농축 용액을 농축하는 경우, 연료전지부(20)등과 같이 장치 내에서 발생하는 폐열이나 시멘트 공장이나 제철소등에서 발생하는 폐열과 같이 장치 외부에서 발생하는 폐열을 이용하여 비농축 용액을 가열하거나, 별도의 가열부재(일 예로, 줄열등)를 이용하여 농축 용액(MCl(l)HC)을 생성할 수 있다. 이때, 농축부(70)는 휘발되는 물을 응축 수집하는 수집부(일 예로, 관)을 포함할 수 있으며, 이에, 농축용액과 별도로 수집된 액상의 물을 배출할 수 있다. 이와 달리 농축부(70)는 역삼투멤브레인등과 같이 물은 통과시키나 이온성 물질은 배제시키는 통상의 멤브레인을 이용하여 비농축 용액을 농축시키고, 농축 용액과 물을 각각 배출할 수 있다.The non-concentrated solution (the residual liquid from which divalent metal ions are removed) discharged from the ion removal unit 60 may be concentrated by the concentrator 70 . The concentrator 70 may heat the non-concentrated solution to volatilize and remove water from the non-concentrated solution, or may concentrate the non-concentrated solution through a membrane. At this time, when the concentrator 70 concentrates the non-concentrated solution by removing the volatilization of water, it is generated outside the device, such as waste heat generated in the device such as the fuel cell unit 20 or waste heat generated in a cement factory or steel mill, etc. The non-concentrated solution may be heated using waste heat, or the concentrated solution (MCl(l) HC ) may be generated using a separate heating member (eg, Joule heat, etc.). In this case, the concentrating unit 70 may include a collecting unit (eg, a tube) for condensing and collecting volatilized water, and thus may discharge the liquid water collected separately from the concentrated solution. Contrary to this, the concentrator 70 may concentrate the non-concentrated solution using a conventional membrane that passes water but excludes ionic substances, such as a reverse osmosis membrane, and discharges the concentrated solution and water, respectively.

농축부(70)에서 배출되는 알칼리금속염화물이 고농도로 농축된 농축 용액은 전기분해부(10)의 산화전극 측으로 공급될 수 있으며, 농축부(70)에서 배출되는 물은 상술한 제2분기 액상에 합류되어 환원전극액으로 전기분해부(10)의 환원전극 측으로 공급될 수 있다.The concentrated solution in which the alkali metal chloride discharged from the concentrator 70 is concentrated to a high concentration may be supplied to the anode side of the electrolysis unit 10, and the water discharged from the concentrator 70 is the above-described second branch liquid phase. and may be supplied to the anode side of the electrolysis unit 10 as a cathode solution.

또한, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 연료전지부(20)의 공기극 측에서 배출되는 생성물에는 물과 함께 잔류 산소(미반응 산소)가 존재할 수 있다. 이러한 배출물 또한 기액분리기(31)에 의해 산소와 물로 분리되고, 분리된 물은 제1분기 액상 및 농축부(70)에서 배출되는 물과 합류되어, 환원전극액으로 전기분해부(10)로 공급될 수 있으며, 분리된 잔류 산소는 다시 연료전지부(20)로 공급(외부에서 공급되는 산소와 합류되어 연료전지부(20)의 공기극으로 공급)되어 재사용될 수 있다. In addition, as in the example shown in FIG. 1 , residual oxygen (unreacted oxygen) may exist together with water in the product discharged from the cathode side of the fuel cell unit 20 . This discharge is also separated into oxygen and water by the gas-liquid separator 31, and the separated water is combined with the water discharged from the first branch liquid and concentrator 70, and supplied to the electrolysis unit 10 as a cathode solution. In this case, the separated residual oxygen may be supplied to the fuel cell unit 20 again (mixed with oxygen supplied from the outside and supplied to the cathode of the fuel cell unit 20) and reused.

이와 유사하게, 연료전지부(10)의 연료극측에서도 잔류 수소(미반응 수소)가 배출될 수 있는데, 이러한 잔류 수소 또한 다시 연료전지부(20)로 공급(기액분리부(30)에서 분리 배출되는 수소와 합류되어 연료전지부(20)의 연료극으로 공급)될 수 있다.Similarly, residual hydrogen (unreacted hydrogen) may be discharged from the anode side of the fuel cell unit 10 , and this residual hydrogen is also supplied to the fuel cell unit 20 again (separated and discharged from the gas-liquid separation unit 30 ). It may be combined with hydrogen and supplied to the fuel electrode of the fuel cell unit 20).

또한, 도 1에 도시한 일 예와 같이, 전기분해부(10)의 산화전극측에서는 염소 가스가 생성될 수 있으며, 염소 가스와 함께 미반응 알칼리금속염화물에 의한 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)에 배출될 수 있다. 이러한 배출물은 기액분리기(32)에 의해 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)과 염소 가스로 분리될 수 있으며, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)은 다시 전기분해부(10)로 공급(농축부에서 배출되는 고농도의 알칼리금속염화 용액과 합류되어 전기분해부의 산화전극으로 공급)될 수 있다. 즉, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)은 농축부에서 배출되는 고농도의 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)HC)과 합류되어 일정한 농도의 알칼리금속염화물 용액이 전기분해부의 산화전극측에 지속적으로 공급될 수 있다. In addition, as in the example shown in FIG. 1, chlorine gas may be generated on the anode side of the electrolysis unit 10, and a low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) ) can be discharged to LC ). This discharge can be separated into a low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) LC ) and chlorine gas by the gas-liquid separator 32, and the separated low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) LC ) is again in the electrolysis unit It can be supplied to (10) (joining with a high-concentration alkali metal chloride solution discharged from the concentrator and supplied to the anode of the electrolysis unit). That is, the separated low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) LC ) is merged with the high-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) HC ) discharged from the concentration part, and the alkali metal chloride solution of a certain concentration is oxidized in the electrolysis part. It can be continuously supplied to the electrode side.

기액분리기(32)에서 분리된 염소 가스는 고부가가치의 생성물임에 따라, 기상 상태로 압축 저장되거나, 다른 고부가가치의 물질, 일 예로, 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환될 수 있다.As the chlorine gas separated in the gas-liquid separator 32 is a high value-added product, it may be compressed and stored in a gaseous state or converted into another high-value material, for example, hypochlorite of alkali metal.

상세하게, 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함할 수 있으며, 차아염소산염 제조부는, 전기분해부(10)에서 배출되는 염소 가스와 기액분리부에서 배출된 알칼리금속수산화물 용액의 일부이나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성할 수 있다. 차아염소산염 제조부에 기액분리부에서 배출되는 액상의 일부가 공급되는 경우, 기액분리부(30)에서 배출되는 액상은 제1분기 액상, 제2분기 액상 및 제3분기 액상으로 분기될 수 있으며, 제1분기 액상은 광물화부(50)로 공급되며, 제2분기 액상은 전기분해부(10)쪽으로 순환되고, 제3분기 액상이 차아염소산염 제조부로 공급될 수 있다.In detail, the mineralization apparatus may further include a hypochlorite production unit, and the hypochlorite production unit is part of the chlorine gas discharged from the electrolysis unit 10 and the alkali metal hydroxide solution discharged from the gas-liquid separation unit, but outside the device By receiving the supplied alkali metal hydroxide, hypochlorite of alkali metal can be produced. When a portion of the liquid discharged from the gas-liquid separation unit is supplied to the hypochlorite manufacturing unit, the liquid discharged from the gas-liquid separation unit 30 may be branched into a first-quarter liquid, a second-branched liquid, and a third-branched liquid, The first branch liquid may be supplied to the mineralization unit 50 , the second branch liquid may be circulated toward the electrolysis unit 10 , and the third branch liquid may be supplied to the hypochlorite production unit.

도면에 도시하지 않았으나, 필요시, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물화 장치는 광물화부 후단에 위치하는 가열부를 더 포함할 수 있다. 가열부는, 고액 분리에 의해 광물화부에서 생성된 2가금속탄산염을 공급받아 건조, 구체적으로 탈수 및 건조하여 수분이 제거된 상태인 2가금속탄산염 분말을 제조할 수 있다. Although not shown in the drawings, if necessary, the mineralization apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a heating unit located at the rear end of the mineralization unit. The heating unit may receive the divalent metal carbonate produced in the mineralization unit by solid-liquid separation and dry, specifically, dehydrate and dry to prepare a divalent metal carbonate powder in which moisture is removed.

도 1에서 알 수 있듯이, 일 예에 따른 광물화 장치는 산소(또는 공기), 염산 수용액, 무기 폐기물(만)을 외부에서 공급하여도 장치의 구동이 가능하며, 연료전지부에 의해 발생하는 전력이 전기분해부에 공급되어 구동됨에 따라 외부 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 폐액을 발생을 최소화할 수 있고, 온실 가스인 이산화탄소를 포함하는 산성 가스가 광물화되어 제거됨과 동시에, 결정화된 2가금속탄산염, 염소나 차아염소산염과 같은 고부가가치의 물질이 제조되는 장점이 있다. As can be seen from FIG. 1 , the mineralization device according to an example can operate the device even when oxygen (or air), hydrochloric acid aqueous solution, and inorganic waste (only) are supplied from the outside, and the power generated by the fuel cell unit As it is supplied and driven to the electrolysis unit, external power consumption can be minimized, waste liquid generation can be minimized, and acidic gas including carbon dioxide, which is a greenhouse gas, is mineralized and removed, and a crystallized divalent metal There is an advantage in that high value-added substances such as carbonate, chlorine or hypochlorite are manufactured.

도 2는 제1양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다. 2 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the first aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-chlorine fuel cell.

도 1을 기반으로 상술한 일 예와 달리, 연료전지부(20)가 수소-염소 연료전지를 포함하는 경우, 전기분해부(10)에서 생성되는 염소가 연료전지의 산화제로 공급될 수 있다. Unlike the example described above based on FIG. 1 , when the fuel cell unit 20 includes a hydrogen-chlorine fuel cell, chlorine generated by the electrolysis unit 10 may be supplied as an oxidizing agent of the fuel cell.

상세하게, 전기분해부(10)의 환원전극 측에서 생성 및 배출되는 알칼리금속수산화물 용액과 수소 가스가 기액분리부(30)에서 액상과 기상으로 분리되어, 분리된 수소가 연료전지부(20)의 연료극으로 공급되며, 전기분해부(10)의 산화전극 측에서 배출되는 염소 가스가 연료전지부(10)의 공기극으로 공급될 수 있다. 이때, 도 1을 기반으로 상술한 바와 같이, 염소 가스와 함께 미반응 알칼리금속염화물에 의한 저농도 알칼리금속염화물 용액에 배출될 수 있으며, 이러한 배출물은 기액분리기(34)에 의해 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)과 염소 가스로 분리될 수 있으며, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)은 농축부(70)에서 배출되는 고농도의 알칼리금속염화 용액(MCl(l)HC)과 합류되어 전기분해부의 산화전극으로 공급되고, 분리된 염소 가스는 연료전지부(10)로 공급될 수 있다. 이때, 분리된 저농도 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)LC)은 외부에서 공급되는 고농도의 알칼리금속염화물 용액(MCl(l)HC)과 합류되어 일정한 농도의 알칼리금속염화물 용액이 전기분해부의 산화전극측에 지속적으로 공급될 수 있다.In detail, the alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas generated and discharged from the cathode side of the electrolysis unit 10 are separated into a liquid phase and a gas phase in the gas-liquid separation unit 30 , and the separated hydrogen is separated from the fuel cell unit 20 . The chlorine gas is supplied to the anode of the fuel cell unit 10 , and chlorine gas discharged from the anode side of the electrolysis unit 10 may be supplied to the cathode of the fuel cell unit 10 . At this time, as described above based on FIG. 1, it may be discharged to a low-concentration alkali metal chloride solution by unreacted alkali metal chloride together with chlorine gas, and this discharge is a low-concentration alkali metal chloride solution ( It can be separated into MCl(l) LC ) and chlorine gas, and the separated low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) LC ) is a high-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) HC) discharged from the concentrator 70 . ) and supplied to the anode of the electrolysis unit, the separated chlorine gas may be supplied to the fuel cell unit 10 . At this time, the separated low-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) LC ) is joined with a high-concentration alkali metal chloride solution (MCl(l) HC ) supplied from the outside, so that the alkali metal chloride solution of a certain concentration is the anode electrode of the electrolysis unit. side can be continuously supplied.

이때, 기액분리부(30)에서 분리 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 액상이 분기되어, 일부(제2분기 액상)는 광물화부(50)로, 다른 일부(제1분기 액상)는 전기분해부(10)의 환원전극으로 유입되는데, 환원전극으로 유입되는 제1분기 액상은 농축부(70)에서 배출되는 물과 혼합되어 전기분해부(10)의 환원전극측에 공급될 수 있다. 농축부(70)에서 배출되는 물과 제1분기 액상이 혼합되며, 환원전극측에 공급되는 전극액의 농도가 일정하게 유지될 수 있으며, 전기분해부(10)의 환원전극은 일정 농도의 전극액을 지속적으로 공급받을 수 있다. At this time, the liquid phase containing the alkali metal hydroxide solution separated and discharged from the gas-liquid separation unit 30 is branched, and a part (second branch liquid phase) goes to the mineralization part 50, and the other part (first branch liquid phase) is electrolyzed. It flows into the anode of the part 10, the first branch liquid flowing into the cathode may be mixed with the water discharged from the concentrator 70 and supplied to the cathode side of the electrolysis unit 10. The water discharged from the concentrator 70 and the first branch liquid are mixed, and the concentration of the electrode solution supplied to the anode side can be kept constant, and the cathode of the electrolysis section 10 is an electrode of a certain concentration. liquid can be continuously supplied.

또한, 연료전지부(20)의 연료전지에는 멤브레인 활성화를 위해 수분이 주입될 수 있으며, 수소-염소 연료전지임에 따라, 산화극에서는 염산 수용액(HCl(l))과 잔류(미반응) 염소 가스(Cl2(g))가 배출될 수 있으며, 이러한 배출물은 기액분리기(33)에 의해 잔류 염소 가스와 염산 수용액으로 분리되어, 잔류 염소 가스는 전기분해부(10)에서 공급되는 염소 가스와 합류되어 연료전지부(20)의 공기극으로 재공급될 수 있으며, 분리된 염산수용액은 추출부(40)로 공급되어 무기 폐기물에서 2가 금속을 추출하는데 사용될 수 있다. 이때, 연료전지부(20)의 연료전지 멤브레인에 수분을 공급하는 수분공급부(미도시)에 의해, 배출되는 염산 수용액의 농도가 무기 폐기물로부터 2가 금속을 추출하는데 적절한 농도로 제어될 수 있다. 나아가, 필요시, 무기폐기물에서 2가 금속양이온 추출할 때 염산 수용액의 농도에 따른 추출효율과 연료전지부(20)에서 생산되는 염산 수용액의 농도를 고려하여, 연료전지부(20)로부터 생산된 염산 수용액(HCl(l))에 물을 혼합하거나, 추출부(40)로 물을 공급하여, 추출에 유리하도록 염산 수용액의 농도가 조절될 수 있다. In addition, moisture may be injected into the fuel cell of the fuel cell unit 20 to activate the membrane, and since it is a hydrogen-chlorine fuel cell, an aqueous hydrochloric acid solution (HCl(l)) and residual (unreacted) chlorine at the oxidation electrode Gas (Cl 2 (g)) may be discharged, and this discharge is separated into residual chlorine gas and aqueous hydrochloric acid solution by the gas-liquid separator 33 , and the residual chlorine gas is supplied from the electrolysis unit 10 with chlorine gas and It may be joined and re-supplied to the cathode of the fuel cell unit 20, and the separated aqueous hydrochloric acid solution may be supplied to the extraction unit 40 to be used to extract divalent metals from inorganic waste. At this time, the concentration of the discharged hydrochloric acid aqueous solution may be controlled to a concentration suitable for extracting the divalent metal from the inorganic waste by the water supply unit (not shown) that supplies moisture to the fuel cell membrane of the fuel cell unit 20 . Furthermore, if necessary, when extracting divalent metal cations from inorganic waste, the extraction efficiency according to the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution and the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution produced in the fuel cell unit 20 are taken into consideration. By mixing water with the aqueous hydrochloric acid solution (HCl(l)) or supplying water to the extraction unit 40, the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution may be adjusted to be advantageous for extraction.

도 2와 같은 제1양태의 일 구체예에 따른 광물화 장치는, 연료전지부에서 생산된 전력이 전기분해부의 구동에 사용됨에 따라 매우 높은 에너지 효율을 가질 뿐만 아니라, 연료전지부와 전기분해부에 공급되어야 하는 물질들이 모두 장치 내에서 재생됨에 따라, 무기 폐기물(만)의 공급에 의해 장치가 구동될 수 있으며, 처리대상가스에 함유된 이산화탄소를 결정화된 광물로 전환시키고, 이와 함께 2가금속탄산염과 같은 고부가가치의 물질을 생산할 수 있다. The mineralization apparatus according to an embodiment of the first aspect as shown in FIG. 2 has very high energy efficiency as the electric power produced by the fuel cell unit is used to drive the electrolysis unit, as well as the fuel cell unit and the electrolysis unit As all materials to be supplied to the device are regenerated in the device, the device can be driven by the supply of inorganic waste (only), converting the carbon dioxide contained in the gas to be treated into crystallized minerals, and together with the divalent metal High value-added substances such as carbonates can be produced.

상술한 바와 같이 제1양태는 순환되는 환원전극액(전기분해부 환원전극의 액)이 알칼리금속수산화물 용액을 포함하는 경우이며, 이하, 도면을 기반으로 제2양태에 따른 순환되는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액을 포함하는 경우를 상술한다. 이때, 제1양태와 제2양태에서 공통된 구성은 제1양태에서 상술한 내용과 동일 내지 유사하다.As described above, the first aspect is a case in which the circulating cathode solution (liquid of the cathode electrode of the electrolysis unit) contains an alkali metal hydroxide solution, and below, based on the drawings, the cathode solution circulated according to the second aspect is A case in which an alkali metal carbonate solution is included will be described in detail. At this time, the configuration common to the first aspect and the second aspect is the same as or similar to that described above in the first aspect.

도 3은 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-산소(또는 공기) 연료전지인 일 예이다. 도 3에 도시한 일 예와 같이, 제2양태에 따른 광물화 장치는 기액분리부(30)에서 분리된 알칼리금속수산화물 용액을 함유하는 액상이 광물화부로 공급되지 않고, 이산화탄소 흡수부(80)로 공급된다. 3 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the second aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-oxygen (or air) fuel cell. 3, in the mineralization apparatus according to the second aspect, the liquid phase containing the alkali metal hydroxide solution separated in the gas-liquid separation unit 30 is not supplied to the mineralization unit, and the carbon dioxide absorption unit 80 is supplied with

이산화탄소 흡수부(80)는 기액분리부(30)에서 분리된 액상과, 이산화탄소를 함유하는 산성가스를 포함하는 처리대상가스(gas)를 공급받아, 알칼리금속탄산염 용액을 생성한다. 즉, 이산화탄소 흡수부(80)에서는

Figure pat00003
(M=알칼리금속)의 이산화탄소 흡수 반응에 의해, 이산화탄소가 알칼리금속탄산염의 형태로 제거된다. 이산화탄소 흡수 반응과 도 1 및 도 2를 기반으로 상술한 광물화 반응의 반응식에 의해 알 수 있듯이, 처리대상가스 내 이산화탄소의 농도를 고려하고, 기액분리부(30)에서 배출되는 액상 내 알칼리금속수산화물의 농도를 고려하여 각각의 공급 비율을 조절함으로써 이산화탄소 흡수 반응을 발생시킬 수 있다. 이때, 이산화탄소 흡수부(80)에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5일 수 있으며, 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH가 11.0 내지 12.5으로 유지되도록 처리대상가스와 액상(기액 분리부에 의해 배출되는 알칼리금속수산화물 용액을 함유하는 액상)의 공급 비율, 공급량, 공급속도등이 제어될 수 있다. The carbon dioxide absorption unit 80 receives the liquid phase separated by the gas-liquid separation unit 30 and a gas to be treated including an acid gas containing carbon dioxide, and generates an alkali metal carbonate solution. That is, in the carbon dioxide absorption unit 80
Figure pat00003
By the carbon dioxide absorption reaction of (M = alkali metal), carbon dioxide is removed in the form of alkali metal carbonate. As can be seen from the reaction formula of the carbon dioxide absorption reaction and the above-described mineralization reaction based on FIGS. 1 and 2 , the concentration of carbon dioxide in the gas to be treated is considered, and alkali metal hydroxide in the liquid phase discharged from the gas-liquid separator 30 is A carbon dioxide absorption reaction can occur by adjusting each supply ratio in consideration of the concentration of At this time, the pH of the aqueous alkali metal carbonate solution generated in the carbon dioxide absorption unit 80 may be 11.0 to 12.5, and the target gas and the liquid (gas-liquid separation unit) to be treated so that the pH of the generated alkali metal carbonate aqueous solution is maintained at 11.0 to 12.5 The supply ratio, supply amount, supply rate, etc. of the liquid containing the alkali metal hydroxide solution discharged by the

이산화탄소 흡수부(80)에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액은 분기되어 일부(제2분기 용액)는 전기분해부(10)의 환원전극 측에 공급되며, 다른 일부(제1분기 용액)는 광물화부(55)로 공급된다. 이때, 도면에 도시한 바와 같이, 연료전지부(20)의 공기극에서 생성된 물의 일부 내지 전부는 분기된 알칼리금속탄산염 수용액(제2분기 용액)과 합류되어 환원전극액으로 전기분해부(10)의 환원전극 측에 공급될 수 있다. The alkali metal carbonate aqueous solution generated in the carbon dioxide absorption unit 80 is branched, and a part (second branch solution) is supplied to the cathode side of the electrolysis unit 10, and the other part (first branch solution) is supplied to the mineralization unit ( 55) is supplied. At this time, as shown in the figure, some or all of the water generated at the cathode of the fuel cell unit 20 is combined with the branched alkali metal carbonate aqueous solution (second branch solution) to form the electrolysis unit 10 as a cathode solution. It can be supplied to the cathode side of the.

제1양태에서 광물화부(50)가 알칼리금속수산화물 용액을 공급받은 것과 달리, 제2양태에서 광물화부(55)는 분기된 알칼리금속탄산염 용액(제2분기 용액)과 추출부(40)에서 배출되는 2가금속염화물(MdvCl2)을 함유하는 추출 용액을 공급받아, 결정화된 2가금속탄산염(MdvCO3)의 광물을 생성하고, 알칼리금속 염화물을 포함하는 잔류 용액을 생성한다. 이에, 제2양태에서, 광물화부(55)에서는

Figure pat00004
(M=알칼리 금속, Mdv=2가 금속)의 결정화 반응이 발생한다. Unlike in the first aspect, the mineralization unit 50 is supplied with the alkali metal hydroxide solution, in the second aspect, the mineralization unit 55 is discharged from the branched alkali metal carbonate solution (second branch solution) and the extraction unit 40 The extraction solution containing the divalent metal chloride (M dv Cl 2 ) is supplied to form a crystallized divalent metal carbonate (M dv CO 3 ) mineral, and a residual solution containing alkali metal chloride is generated. Accordingly, in the second aspect, in the mineralization unit 55
Figure pat00004
A crystallization reaction of (M = alkali metal, M dv = divalent metal) occurs.

상술한 바와 같이, 제2양태에 따라, 장치 내를 순환하는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액을 포함하는 경우, 알칼리금속수산화물 용액 대비 낮은 pH를 가져, 전기분해부의 멤브레인의 안정성이 증가되어 기대 수명을 늘일 수 있고, 전기분해 시 보다 낮은 과전압에서 분해 반응이 발생할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 이산화탄소 흡수부에서 pH가 11.0 내지 12.5, 좋게는 12 내지 12.5인 알칼리금속탄산염 수용액을 생성함으로써, 알칼리금속중탄산염의 생성을 방지할 수 있어, 전기분해부의 고온 동작시에도 알칼리금속중탄산염의 원치않는 분해에 의한 CO2의 생성을 방지할 수 있고, 전기분해부에 소요되는 에너지를 줄일 수 있다. 또한, 장치 내를 순환하는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액인 경우, 높은 용해도에 의해 고농도화가 가능하여 다량의 2가금속탄산염 광물을 생산할 수 있다.As described above, according to the second aspect, when the cathode solution circulating in the device contains an alkali metal carbonate solution, it has a lower pH compared to the alkali metal hydroxide solution, and thus the stability of the membrane of the electrolysis unit is increased and life expectancy can increase, and the decomposition reaction may occur at a lower overvoltage than during electrolysis. In addition, as described above, by generating an aqueous alkali metal carbonate solution having a pH of 11.0 to 12.5, preferably 12 to 12.5, in the carbon dioxide absorbing section, the generation of alkali metal bicarbonate can be prevented, so that alkali metal bicarbonate can be prevented even during high-temperature operation of the electrolysis section. It is possible to prevent the generation of CO 2 due to the undesirable decomposition of metal bicarbonate, and it is possible to reduce the energy required for the electrolysis unit. In addition, when the cathode solution circulating in the device is an alkali metal carbonate solution, high concentration is possible due to high solubility, so that a large amount of divalent metal carbonate minerals can be produced.

제2양태 또한, 장치의 고부가가치 생성물로, 염소가 아닌 알칼리금속의 차아염소산염이 제조될 수 있다. 즉, 광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함하되, 장치 외부에서 알칼리금속수산화물 용액을 공급받아 염소를 알칼리금속의 차아염소산염으로 전환, 생산할 수 있다. Second aspect In addition, as a high value-added product of the device, hypochlorite of an alkali metal other than chlorine may be prepared. That is, the mineralization apparatus may further include a hypochlorite production unit, and may be supplied with an alkali metal hydroxide solution from the outside of the apparatus to convert chlorine into hypochlorite of an alkali metal and produce.

도 3의 일 양태에서, 추출부(40)에 공급되는 염산수용액과 무기 폐기물 및 연료전지에 산화제로 공급되는 산소(또는 공기)(만)이 공급되어도 장치의 구동이 가능하며, 장치의 안정성이 증가하여 장기간 구동이 가능하며, 대량의 2가금속탄산염을 생산할 수 있으며, 2가금속탄산염 뿐만 아니라, 염소 가스나 차아염소산염과 같은 고부가가치의 물질 또한 제조될 수 있다.In one aspect of FIG. 3 , the device can be driven even when the aqueous hydrochloric acid solution supplied to the extraction unit 40 and oxygen (or air) (only) supplied as an oxidizing agent to the fuel cell and the inorganic waste are supplied, and the stability of the device is improved. Long-term operation is possible by increasing, and a large amount of divalent metal carbonate can be produced, and not only divalent metal carbonate, but also high value-added substances such as chlorine gas or hypochlorite can be manufactured.

도 4는 제2양태의 일 예에 따른 광물화 장치의 공정도를 도시한 도면으로, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 일 예이다. 도 2를 기반으로 상술한 바와 유사하게, 전기분해부(10)의 산화전극에서 배출되는 염소는 연료전지부(20)의 산화제로 공기극에 공급될 수 있다. 또한, 전기분해부(10)의 환원전극에서 배출되는 수소가스는 고액분리부(30)에 의해 알칼리금속수산화물 용액의 액상과 분리되어, 연료전지부(20)의 연료로 연료극에 공급될 수 있다. 이에 따라, 연료전지부(20)의 연료와 산화제 모두 장치내에서 생성되어, 외부 물질 공급 없이 연료전지부(20)의 구동이 가능하다.4 is a view showing a process diagram of a mineralization apparatus according to an example of the second aspect, wherein the fuel cell is an example of a hydrogen-chlorine fuel cell. Similar to that described above based on FIG. 2 , chlorine discharged from the anode of the electrolysis unit 10 may be supplied to the cathode as an oxidizing agent of the fuel cell unit 20 . In addition, the hydrogen gas discharged from the cathode of the electrolysis unit 10 is separated from the liquid phase of the alkali metal hydroxide solution by the solid-liquid separation unit 30 , and may be supplied to the anode as a fuel of the fuel cell unit 20 . . Accordingly, both the fuel and the oxidizing agent of the fuel cell unit 20 are generated in the device, so that the fuel cell unit 20 can be driven without supplying an external material.

또한, 연료전지부(20)의 공기극에서 배출되는 염산수용액과 염소가스의 혼합물은 기액 분리기(33)에 의해 염소 가스와 염산 수용액으로 분리될 수 있으며, 분리된 염산 수용액은 추출부(40)로 공급될 수 있다. 이에, 추출부는 장치 외부에서 별도의 염산 수용액 공급 없이 무기 폐기물만을 공급받아 2가 금속을 추출하며 추출 용액을 생성할 수 있다. In addition, the mixture of aqueous hydrochloric acid solution and chlorine gas discharged from the cathode of the fuel cell unit 20 may be separated into chlorine gas and aqueous hydrochloric acid solution by the gas-liquid separator 33 , and the separated aqueous hydrochloric acid solution is directed to the extraction unit 40 . can be supplied. Accordingly, the extraction unit may receive only inorganic waste without supplying a separate aqueous hydrochloric acid solution from the outside of the device, extract the divalent metal, and generate an extraction solution.

또한, 전기분해부(10)는 광물화부(55)에서 배출되는 잔류 액상이 이온제거부(60)와 농축부(70)를 거쳐 알칼리금속 염화물이 농축된 수용액인 농축 용액을 공급받고, 농축부(70)에서 배출되는 물(수집된 물)을 공급받아, 장치 외부 물질 공급 없이 전기분해부(10)의 구동이 가능하다. In addition, the electrolysis unit 10 is supplied with a concentrated solution in which the residual liquid discharged from the mineralization unit 55 passes through the ion removal unit 60 and the concentration unit 70 and is an aqueous solution in which the alkali metal chloride is concentrated, and the concentration unit By receiving the water (collected water) discharged from 70, it is possible to drive the electrolysis unit 10 without supplying an external material to the device.

또한, 도 3을 기반으로 상술한 바와 유사하게, 이산화탄소 흡수부(80)에서 이산화탄소를 흡수하여 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어, 전기분해부(10)의 환원전극측-기액분리기(30)-이산화탄소 흡수부(60)-전기분해부(10)의 환원전극측의 경로로 순환된다. 이때, 앞서 상술한 바와 같이, 분기된 알칼리금속탄산염 수용액이 전기분해부(10)의 환원전극측으로 공급되기 전 농축부(70)에서 배출되는 물과 합류된 상태로 환원전극측에 공급될 수 있음은 물론이다.In addition, similar to that described above based on FIG. 3 , the alkali metal carbonate aqueous solution produced by absorbing carbon dioxide in the carbon dioxide absorption unit 80 is branched, and the reduction electrode side of the electrolysis unit 10 - gas-liquid separator 30 . - The carbon dioxide absorption unit 60 - is circulated in the path of the reduction electrode side of the electrolysis unit (10). At this time, as described above, the branched alkali metal carbonate aqueous solution may be supplied to the reduction electrode side in a state in which it is merged with the water discharged from the concentrator 70 before being supplied to the reduction electrode side of the electrolysis unit 10. is of course

도 4의 일 양태에서, 연료전지부(20)에서 생성된 전력이 전기분해부(10)에 공급되며 전기 에너지의 소모를 최소화함과 동시에, 내부 물질 순환과 재생에 의해 추출부(40)에 무기 폐기물(만)을 공급하여도 장치의 구동이 가능하여, 전기에너지와 화학에너지를 포함한 외부 에너지 소모를 최소화할 수 있으며, 2가금속탄산염과 같은 고부가가치의 물질 또한 제조될 수 있다.In one aspect of FIG. 4 , the power generated by the fuel cell unit 20 is supplied to the electrolysis unit 10 , and while minimizing the consumption of electrical energy, the power is supplied to the extraction unit 40 by internal material circulation and regeneration. It is possible to drive the device even by supplying inorganic waste (only), so it is possible to minimize external energy consumption including electrical energy and chemical energy, and high value-added materials such as divalent metal carbonates can also be manufactured.

본 발명은 상술한 장치를 이용한 이산화탄소 광물화 방법을 포함한다. 이에, 이산화탄소 광물화 방법은 광물화 장치를 기반으로 상술한 모든 내용을 포함한다.The present invention includes a method for mineralizing carbon dioxide using the apparatus described above. Accordingly, the carbon dioxide mineralization method includes all of the above based on the mineralization apparatus.

본 발명의 제1양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법(I)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리 단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 상기 전기분해 단계, 분리 단계 및 전력생산 단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계; 상기 분리단계에서 분리된 액상이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며, 상기 제2분기 액상이 클로르알칼리 공정의 환원전극측으로 공급된다. The carbon dioxide mineralization method (I) according to the first aspect of the present invention is an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas and a second product that is a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process ; a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation; a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel; a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the power generation step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride; A solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting a first branch liquid phase, the extraction solution, and a treatment target gas containing carbon dioxide among the first branch liquid phase and the second branch liquid phase in which the liquid phase separated in the separation step is branched; Including; mineralization step of generating a residual liquid phase containing alkali metal chloride, the second branch liquid phase is supplied to the cathode side of the chlor-alkali process.

일 구체예에 있어, 전력생산 단계에서 생성된 전력이 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에 사용될 수 있다.In one embodiment, the power generated in the power generation step may be used in the chlor-alkali process of the electrolysis step.

일 구체예에 있어, 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계; 상기 2가 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 용액을 농축하여 농축된 용액(농축 용액)을 생성하고 농축 시 수집된 물을 생성하는 농축 단계;를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the mineralization method includes a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the residual liquid phase discharged from the mineralization step; The method may further include a concentration step of concentrating the divalent metal ion-removed solution generated in the divalent ion removal step to generate a concentrated solution (concentrated solution) and generating water collected during concentration.

다른 일 구체예에 있어, 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상을 농축하는 농축단계; 및 농축 단계에서 농축된 용액에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계;를 더 포함할 수 있다. 농축단계에의 농축된 용액(농축 용액)과 액상의 물(수집된 물)은 각각 상기 전기분해 단계에 공급될 수 있다. 구체적으로 농축 용액은 클로르 알칼리 공정의 산화전극측에 공급될 수 있으며, 수집된 물은 클로르 알칼리 공정의 환원전극측에 공급될 수 있다.In another embodiment, the mineralization method comprises a concentration step of concentrating the remaining liquid phase discharged from the mineralization step; and a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the solution concentrated in the concentration step. The concentrated solution (concentrated solution) and liquid water (collected water) in the concentration step may be respectively supplied to the electrolysis step. Specifically, the concentrated solution may be supplied to the anode side of the chlor-alkali process, and the collected water may be supplied to the cathode side of the chlor-alkali process.

일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 수소 연료전지는 수소-산소(공기) 연료전지일 수 있으며, 전력생산 단계의 연료전지의 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 연료전지의 연료극으로 재공급될 수 있으며, 재공급 시 분리 단계에서 분리되어 연료전지로 공급되는 기상과 혼합되어 연료극으로 재공급될 수 있다. 또한, 공기극에서 배출되는 물 및 잔류 산소는 기액 분리되어 물은 전기분해 단계에 공급될 수 있고, 잔류 산소는 공기극으로 재공급될 수 있다. 이때, 재공급되는 잔류 산소는 외부에서 공급되는 산소(또는 공기)와 혼합되어 공기극 측으로 공급될 수 있다. 분리된 물은 클로르 알칼리 공정의 환원 전극 측으로 공급되되, 농축 단계에서 응축된 물 및 분기된 알칼리수산화물 용액과 혼합되어 전기 분해 단계에서 클로르 알칼리 공정의 환원 전극액으로 공급될 수 있다. In one embodiment, the hydrogen fuel cell in the power generation stage may be a hydrogen-oxygen (air) fuel cell, and residual hydrogen discharged from the anode of the fuel cell in the power generation stage may be re-supplied to the anode of the fuel cell, , when re-supplied, it may be mixed with the gas phase separated in the separation step and supplied to the fuel cell and re-supplied to the anode. In addition, water and residual oxygen discharged from the cathode may be gas-liquid separated so that water may be supplied to the electrolysis step, and the residual oxygen may be re-supplied to the cathode. In this case, the re-supplied residual oxygen may be mixed with oxygen (or air) supplied from the outside and supplied to the cathode side. The separated water may be supplied to the reducing electrode side of the chlor-alkali process, mixed with the water condensed in the concentration step and the branched alkali hydroxide solution, and supplied as the reducing electrode solution of the chlor-alkali process in the electrolysis step.

일 구체예에 있어, 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에서 배출되는 염소가스와 잔류 알칼리금속염화물 용액은 기액분리되어, 염소 가스는 압축 저장되거나 차아염소산염 제조부로 공급되어 알칼리금속 차아염소산염의 제조에 사용될 수 있으며, 잔류 알칼리금속염화물 용액은 클로르알칼리 공정에 재공급될 수 있다. 재공급되는 잔류 알칼리금속염화물 용액은 농축 단계에서 생성된 농축 용액과 혼합되어, 산화전극액으로써 클로르 알칼리 공정의 산화전극에 공급될 수 있다. 염소 가스가 차아염소산염 제조부로 공급되는 경우, 염소 가스와 반응하는 알칼리금속수산화물은 분리 단계에서 분리된 액상으로부터 유래될 수 있다. In one embodiment, the chlorine gas and the residual alkali metal chloride solution discharged from the chlor-alkali process of the electrolysis step are gas-liquid separated, and the chlorine gas is compressed and stored or supplied to the hypochlorite production unit to be used for the production of alkali metal hypochlorite. and the residual alkali metal chloride solution can be re-supplied to the chlor-alkali process. The re-supplied residual alkali metal chloride solution may be mixed with the concentrated solution generated in the concentration step and supplied to the anode of the chlor-alkali process as an anode solution. When chlorine gas is supplied to the hypochlorite production unit, the alkali metal hydroxide reacting with the chlorine gas may be derived from the liquid phase separated in the separation step.

일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지일 수 있으며, 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급될 수 있다. 상세하게, 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료전지 공기극 측에 산화제로 공급될 수 있다. 전력생산 단계에서 공기극 측에서는 염산수용액과 잔류 염소 가스를 포함하는 혼합물이 생성 및 배출될 수 있는데, 이러한 혼합물은 기액 분리에 의해 염산 수용액과 잔류 염소 가스로 분리될 수 있다. 분리된 잔류 염소 가스는 연료전지의 공기극 측으로 재공급될 수 있으며, 분리된 염산 수용액은 추출 단계에 사용될 수 있다. 또한, 전력생산 단계에서 연료전지의 연료극 측에서 배출되는 잔류 수소는 분리 단계에서 분리되어 연료전지의 연료극 측으로 공급되는 수소 가스와 혼합되어 연료전지로 재공급될 수 있다. In one embodiment, the hydrogen fuel cell in the power generation step may be a hydrogen-chlorine fuel cell, and chlorine gas generated in the electrolysis step may be supplied to the fuel cell in the power generation step. In detail, the chlorine gas generated in the electrolysis step may be supplied as an oxidizing agent to the cathode side of the fuel cell in the power generation step. In the power generation step, a mixture including an aqueous hydrochloric acid solution and residual chlorine gas may be generated and discharged from the cathode side, and this mixture may be separated into an aqueous hydrochloric acid solution and residual chlorine gas by gas-liquid separation. The separated residual chlorine gas may be re-supplied to the cathode side of the fuel cell, and the separated aqueous hydrochloric acid solution may be used in the extraction step. In addition, the residual hydrogen discharged from the anode side of the fuel cell in the power generation step may be mixed with hydrogen gas that is separated in the separation step and supplied to the anode side of the fuel cell to be re-supplied to the fuel cell.

일 구체예에 있어, 전력생산 단계의 연료전지가 수소-염소 연료전지인 경우 장치 외부에서의 물질 공급 없이 클로르 알칼리 공정의 수행과 연료전지의 구동이 이루어질 수 있으며, 무기 폐기물을 제외한 물질 공급(염산 용액을 포함한 외부 물질 공급) 없이 추출 단계가 수행될 수 있다.In one embodiment, when the fuel cell in the power generation stage is a hydrogen-chlorine fuel cell, the chlor-alkali process and driving of the fuel cell can be performed without supplying the material from the outside of the device, and the material is supplied except for inorganic waste (hydrochloric acid) The extraction step can be carried out without supply of external substances, including solutions).

일 구체예에 있어, 광물화 단계에서 생성된 결정화된 2가금속탄산염을 건조하여 2가금속탄산염 분말을 제조하는 단계가 더 수행될 수 있다.In one embodiment, the step of preparing a divalent metal carbonate powder by drying the crystallized divalent metal carbonate produced in the mineralization step may be further performed.

본 발명의 제2양태에 따른 이산화탄소 광물화 방법(II)은 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계; 기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계; 수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계; 분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계; 상기 전기분해 단계, 분리단계 및 이산화탄소 흡수단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계; 이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 추출 용액을 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며, 상기 제2분기 액상은 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급된다. 이때, 전기분해 단계는 상술한 장치의 전기분해부에서, 분리단계는 상술한 장치의 기액분리부에서, 전력생산 단계는 상술한 장치의 연료전지부에서, 이산화탄소 흡수 단계는 상술한 장치의 이산화탄소 흡수부에서, 광물화 단계는 상술한 장치의 광물화부에서, 추출단계는 상술한 장치의 추출부에서 수행될 수 있다.The carbon dioxide mineralization method (II) according to the second aspect of the present invention is an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas and a second product that is a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process ; a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation; a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel; a carbon dioxide absorption step of generating an alkali metal carbonate aqueous solution by receiving a gas to be treated including the liquid phase and carbon dioxide separated in the separation step; a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the carbon dioxide absorption step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride; The alkali metal carbonate aqueous solution generated in the carbon dioxide absorption step is a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting the first branch liquid and the extraction solution among the branched first branch liquid and the second branch liquid and containing alkali metal chloride. Including; mineralization step of generating a residual liquid phase, the second branch liquid phase is supplied as a cathode solution of the electrolysis step. At this time, the electrolysis step is performed in the electrolysis unit of the device described above, the separation step is performed in the gas-liquid separation unit of the device described above, the power generation step is performed in the fuel cell unit of the device described above, and the carbon dioxide absorption step is carbon dioxide absorption of the device described above. In the part, the mineralization step may be performed in the mineralization unit of the above-described apparatus, and the extraction step may be performed in the extraction unit of the apparatus described above.

일 구체예에 있어, 전력생산 단계에서 생성된 전력이 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에 사용될 수 있다.In one embodiment, the power generated in the power generation step may be used in the chlor-alkali process of the electrolysis step.

일 구체예에 있어, 이산화탄소 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계; 상기 2가 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 용액을 농축하여 농축된 용액(농축 용액)을 생성하고 농축 시 수집된 물을 생성하는 농축 단계;를 더 포함할 수 있으며, 상기 농축단계의 농축된 용액(농축 용액)과 액상의 물(수집된 물)은 각각 상기 전기분해 단계에 공급될 수 있다. 구체적으로 농축 용액은 클로르 알칼리 공정의 산화전극측에 공급될 수 있으며, 응축된 물은 클로르 알칼리 공정의 환원전극측에 공급될 수 있다.In one embodiment, the carbon dioxide mineralization method comprises a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the residual liquid phase discharged from the mineralization step; The method may further include; concentrating the solution from which the divalent metal ions generated in the divalent ion removal step have been removed to generate a concentrated solution (concentrated solution), and generating water collected during concentration. The concentrated solution (concentrated solution) and liquid water (collected water) of the step may be respectively supplied to the electrolysis step. Specifically, the concentrated solution may be supplied to the anode side of the chlor-alkali process, and the condensed water may be supplied to the cathode side of the chlor-alkali process.

일 구체예에 있어, 이산화탄소 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계; 및 상기 2가 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 용액을 농축하여 농축된 용액을 생성하고 농축시수집된 물을 생성하는 농축 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the carbon dioxide mineralization method comprises a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the residual liquid phase discharged from the mineralization step; and a concentration step of concentrating the solution from which the divalent metal ions generated in the divalent ion removal step have been removed to form a concentrated solution and generating water collected during concentration.

다른 일 구체예에 있어, 이산화탄소 광물화 방법은 상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 농축된 용액을 생성하고 농축시 수집된 물을 생성하는 농축 단계; 및 상기 농축된 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거 단계;를 더 포함할 수 있다.In another embodiment, the carbon dioxide mineralization method includes a concentration step of receiving the residual liquid discharged from the mineralization step to produce a concentrated solution and generating water collected during concentration; and a divalent ion removal step of removing divalent metal ions by receiving the concentrated solution.

상술한 2가 이온제거단계 및 농축 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 농축된 용액과 농축 단계에서 수집된 물은 각각 상기 전기분해 단계에 공급될 수 있다. 구체적으로, 2가 금속 이온이 제거된 농축된 용액은 클로르 알칼리 공정의 산화전극측에 공급될 수 있으며, 수집된 물은 클로르 알칼리 공정의 환원전극측에 공급될 수 있다. 이때, 농축 단계에서의 농축은 물의 기화에 의한 농축이나 멤브레인에 의한 농축일 수 있다. The concentrated solution from which divalent metal ions generated in the above-described divalent ion removal step and concentration step are removed and the water collected in the concentration step may be respectively supplied to the electrolysis step. Specifically, the concentrated solution from which divalent metal ions are removed may be supplied to the anode side of the chlor-alkali process, and the collected water may be supplied to the cathode side of the chlor-alkali process. In this case, the concentration in the concentration step may be concentration by vaporization of water or concentration by a membrane.

일 구체예에 있어, 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5, 구체적으로 pH12-12.5일 수 있다. In one embodiment, the pH of the aqueous alkali metal carbonate solution produced in the carbon dioxide absorption step may be 11.0 to 12.5, specifically, pH 12-12.5.

일 구체예에 있어, 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 상세하게, 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에서 산화전극은 염소가스와 잔류(미반응) 알칼리금속염화물 용액을 배출하며, 이러한 배출물은 기액 분리를 통해 분리되어, 염소는 연료전지로 공급되고, 잔류 알칼리금속염화물 용액(저농도의 용액)은 농축 단계에서 배출되는 농축된 알칼리금속염화물 용액(농축 용액)과 혼합되어 클로르알칼리 공정의 산화전극액으로 공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계의 연료전지 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 분리단계에서 분리된 기상과 혼합되어 연료극의 연료로 공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계의 연료전지 공기극에서 배출되는 염소와 염산수용액의 혼합물은 기액 분리에 의해 염산 용액으로부터 분리된 염소가 공기극의 산화제로 재공급될 수 있다. 염산 용액은 추출 단계에 공급되어, 무기 폐기물로부터 2가 금속 이온을 추출하는데 사용될 수 있다. In one embodiment, the hydrogen fuel cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, chlorine gas generated in the electrolysis step is supplied to the fuel cell in the power generation step, and residual hydrogen and residual chlorine discharged in the power production step are respectively electric power. It can be resupplied to the production stage. In detail, in the chlor-alkali process of the electrolysis step, the anode discharges chlorine gas and residual (unreacted) alkali metal chloride solution, and these discharges are separated through gas-liquid separation, chlorine is supplied to the fuel cell, and residual alkali The metal chloride solution (solution of low concentration) may be mixed with the concentrated alkali metal chloride solution (concentrated solution) discharged from the concentration step and supplied as an anode solution of the chlor-alkali process. In addition, residual hydrogen discharged from the fuel cell anode in the power generation step may be mixed with the gas phase separated in the separation step and supplied as fuel of the anode. In addition, in the mixture of chlorine and hydrochloric acid solution discharged from the cathode of the fuel cell in the power generation stage, chlorine separated from the hydrochloric acid solution by gas-liquid separation may be re-supplied as an oxidizing agent of the cathode. The hydrochloric acid solution can be fed to the extraction step and used to extract divalent metal ions from the inorganic waste.

일 구체예에 있어, 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물, 구체적으로 연료전지의 공기극에서 배출되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 전기분해에 공급되며, 잔류 산소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 또한, 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소, 구체적으로 연료전지의 연료극에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급될 수 있다. 이때, 잔류 산소와 물의 혼합물은 기액 분리에 의해 분리될 수 있음은 물론이며, 기액 분리에 의해 분리된 물은 이산화탄소 흡수단계에서 배출되고 분기된 알칼리금속탄산염 수용액과 혼합되어 환원전극액으로써 전기 분해 단계의 환원 전극측에 공급될 수 있다. In one embodiment, the hydrogen fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and water in a mixture of residual oxygen and water generated in the power generation step, specifically, a mixture of residual oxygen and water discharged from the cathode of the fuel cell, is supplied to electrolysis. and the residual oxygen can be re-supplied to the power generation stage. In addition, residual hydrogen discharged from the power generation step, specifically, the residual hydrogen discharged from the anode of the fuel cell may be re-supplied to the power generation step. At this time, of course, the mixture of residual oxygen and water can be separated by gas-liquid separation, and the water separated by gas-liquid separation is discharged from the carbon dioxide absorption step and mixed with the branched aqueous alkali metal carbonate solution to form a cathode solution in the electrolysis step may be supplied to the reduction electrode side of

일 구체예에 있어, 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 전기분해 단계의 클로르알칼리 공정에서 배출되는 염소가스와 잔류 알칼리금속염화물 용액은 기액분리되어, 염소 가스는 압축 저장되거나 차아염소산염 제조부로 공급되어 알칼리금속 차아염소산염의 제조에 사용될 수 있으며, 잔류 알칼리금속염화물 용액은 클로르알칼리 공정에 재공급될 수 있다. 재공급되는 잔류 알칼리금속염화물 용액은 농축 단계에서 생성된 농축 용액과 혼합되어, 산화전극액으로써 클로르 알칼리 공정의 산화전극에 공급될 수 있다.In one embodiment, the hydrogen fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and the chlorine gas and residual alkali metal chloride solution discharged from the chlor-alkali process of the electrolysis step are gas-liquid separated, and the chlorine gas is compressed and stored or sent to the hypochlorite production unit. It can be supplied and used for the production of alkali metal hypochlorite, and the residual alkali metal chloride solution can be fed back to the chlor-alkali process. The re-supplied residual alkali metal chloride solution may be mixed with the concentrated solution generated in the concentration step and supplied to the anode of the chlor-alkali process as an anode solution.

일 구체예에 있어, 분기되어 전기분해부의 환원 전극으로 투입되는 분기된 액상(제1양태의 경우 분기된 알칼리금속수산화물 수용액, 제2양태의 경우 분기된 알칼리금속탄산염 수용액)은 농축 단계에서 생성된 물과 혼합되어 전기분해 단계의 환원전극으로 공급될 수 있다. 이때, 물은 전기분해 단계의 환원전극에 공급되는 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액의 농도가 일정하게 유지되도록 혼합될 수 있으며, 환원전극에는 일정한 농도의 알칼리금속수산화물 수용액이나 알칼리금속탄산염 수용액이 지속적으로 유입될 수 있다.In one embodiment, the branched liquid phase (branched alkali metal hydroxide aqueous solution in the first embodiment, branched alkali metal carbonate aqueous solution in the second embodiment) branched and input to the reduction electrode of the electrolysis unit is produced in the concentration step It may be mixed with water and supplied to the cathode of the electrolysis step. At this time, the water may be mixed so that the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution or the aqueous alkali metal carbonate solution supplied to the anode of the electrolysis step is kept constant, and the aqueous solution of alkali metal hydroxide or alkali metal carbonate of a certain concentration is added to the cathode. can be continuously introduced.

일 구체예에 있어, 전기분해 단계의 산화 전극에서 배출되는 알칼리금속염화물(미반응 알칼리금속염화물 수용액은 저농도 용액이며, 이러한 저농도 용액은 이온제거 단계와 농축 단계에 의해 2가 금속이온이 제거되고 농축된 용액(고농도 용액)과 혼합되어, 전기분해 단계의 산화 전극으로 (재)공급될 수 있다. 이때, 농축 단계에 의해 생성되는 농축된 용액의 농도는, 저농도 용액과의 혼합시 용액의 농도가 일정하게 유지될 수 있는 농도일 수 있으며, 산화전극에는 일정한 농도의 알칼리금속염화물 수용액이 지속적으로 유입될 수 있다. In one embodiment, the alkali metal chloride discharged from the oxidizing electrode of the electrolysis step (the unreacted aqueous alkali metal chloride solution is a low-concentration solution, and the low-concentration solution is a divalent metal ion is removed and concentrated by an ion removal step and a concentration step) It may be mixed with the solution (high concentration solution) and (re)supplied to the oxidizing electrode of the electrolysis step, where the concentration of the concentrated solution produced by the concentration step is the same as the concentration of the solution when mixed with the low concentration solution. The concentration may be kept constant, and an aqueous alkali metal chloride solution having a constant concentration may be continuously introduced into the anode.

일 구체예에 있어, 이산화탄소 광물화 방법은 필요시, 2가금속 함유 무기폐기물과 물을 혼합하여 2가금속 함유 무기폐기물에 함유된 수용성염(일 예로, KCl등)을 제거하는 수용성염제거단계;를 더 포함할 수 있으며, 수용성염제거단계에 의해 수용성염이 제거된 2가금속함유 무기폐기물이 추출 단계로 공급될 수 있다. In one embodiment, the carbon dioxide mineralization method is a water-soluble salt removal step of removing the water-soluble salt (eg, KCl, etc.) contained in the divalent metal-containing inorganic waste by mixing the divalent metal-containing inorganic waste and water, if necessary It may further include; and the divalent metal-containing inorganic waste from which the water-soluble salt has been removed by the water-soluble salt removal step may be supplied to the extraction step.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물화 장치 및 방법은, 연료전지부에 의해 자체적으로 전력을 생산하며, 생산된 전력이 전기분해 단계에 인가됨에 따라, 외부 전력 소모를 현저하게 감소시킬 수 있다. 이와 함께, 산소(또는 공기)와 2가 금속을 함유하는 무기 폐기물(만)을 외부 공급하여도 구동 가능하며, 나아가, 연료전지가 수소-염소 연료전지인 경우 2가 금속을 함유하는 무기 폐기물(만)을 외부 공급하여도 구동이 가능하다. 즉, 폐기물이나 공기(만)를 사용하여 이산화탄소를 고부가가치의 2가금속탄산염 광물로 전환시킬 수 있으며, 이와 함께, 염소 가스나 차아염소산염과 같은 고부가가치의 부산물 또한 제조될 수 있다. 그러나, 이러한 자립형 공정은 본 발명의 기술적 우수함에 의한 것으로, 본 발명이 물이나 알칼리금속염화물, 염산등과 같은 각 세부 공정에서 반응물로 사용되는 원료들의 공급을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 전체적인 공정 효율 최적화를 위해, 필요시, 별도의 외부 물질 공급이 이루어질 수도 있다. As described above, the mineralization apparatus and method according to an embodiment of the present invention generates electric power by itself by the fuel cell unit, and as the produced electric power is applied to the electrolysis step, external power consumption is significantly reduced can be reduced At the same time, it can be driven even by externally supplying inorganic waste (only) containing oxygen (or air) and divalent metal, and further, when the fuel cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, inorganic waste containing divalent metal ( However, it can be operated even if externally supplied. That is, waste or air (only) can be used to convert carbon dioxide into high value-added divalent metal carbonate minerals, and along with this, high-value by-products such as chlorine gas or hypochlorite can also be manufactured. However, this stand-alone process is due to the technical excellence of the present invention, and the present invention should not be interpreted as excluding the supply of raw materials used as reactants in each detailed process, such as water, alkali metal chloride, hydrochloric acid, etc. For optimizing process efficiency, a separate external material supply may be made if necessary.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물화 장치 및 방법은, 후 처리를 요하는 폐액의 발생을 최소화할 수 있는 친환경적이며 에너지(전기적, 화학적 에너지) 절감 가능한 공정이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광물화 장치 및 방법은, 특히, 세부 공정들 사이에서 순환되는 환원전극액이 알칼리금속탄산염 용액인 경우, 고농도화가 가능하고 상대적으로 낮은 pH를 가질 수 있어, 보다 대량의 광물(알칼리금속탄산염, 알칼리금속중탄산염)을 수득할 수 있으며 장치의 에너지 효율을 보다 향상시킬 수 있고, 이산화탄소 뿐만 아니라 황산화물이나 질소산화물등과 같은 다른 산성 가스 또한 제거될 수 있으며, 이온교환막의 안정성이 높아져 장기간 장치의 구동이 가능한 장점이 있다. As described above, the mineralization apparatus and method according to an embodiment of the present invention is an eco-friendly and energy (electrical and chemical energy) saving process that can minimize the generation of waste liquid requiring post-treatment. In addition, in the mineralization apparatus and method according to an embodiment of the present invention, in particular, when the cathode solution circulated between detailed processes is an alkali metal carbonate solution, high concentration is possible and it can have a relatively low pH, A larger amount of minerals (alkali metal carbonate, alkali metal bicarbonate) can be obtained, and the energy efficiency of the device can be further improved, and not only carbon dioxide but also other acidic gases such as sulfur oxides and nitrogen oxides can be removed, ions There is an advantage in that the stability of the exchange membrane is increased, so that the device can be operated for a long period of time.

이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with specific details and limited examples and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (22)

클로르알칼리 공정(Chlor-Alkali process)에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부;
상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부;
상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부;
염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부;
상기 기액분리부에서 배출되는 액상이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며,
상기 제2분기 액상이 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되는 이산화탄소 광물화 장치. an electrolysis unit for discharging chlorine gas from the anode side by a chlor-alkali process, and discharging a mixture containing an alkali metal hydroxide aqueous solution and hydrogen gas from the cathode side;
a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas;
a fuel cell unit receiving the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generating power;
an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride;
The first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the liquid phase discharged from the gas-liquid separation unit are supplied with the first branch liquid, the extraction solution discharged from the extraction unit, and 2 crystallized 2 It includes; a mineralization unit for generating a metal carbonate and discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride;
Carbon dioxide mineralization device in which the second branch liquid is supplied to the electrode solution of the cathode of the electrolysis unit. 클로르알칼리 공정에 의해 산화전극 측에서 염소 가스를 배출하며, 환원전극 측에서 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물을 배출하는 전기분해부;
상기 전기분해부에서 배출되는 혼합물을 공급받아 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상과 수소 가스를 포함하는 기상을 분리 배출하는 기액분리부;
상기 기액분리부에서 배출되는 기상을 공급받아 전력을 생산하는 연료전지부;
상기 기액분리부에서 배출되는 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 공급받아 알칼리금속탄산염 수용액을 배출하는 이산화탄소 흡수부;
염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 공급받아 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 배출하는 추출부; 및
상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액이 분기되어 생성된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 상기 추출부에서 배출되는 추출 용액을 공급받아 결정화된 2가금속탄산염을 생성하고 고액 분리에 의해 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속 염화물을 함유하는 잔류 액상을 배출하는 광물화부;를 포함하며,
상기 제2분기 액상이 상기 전기분해부의 환원전극의 전극액으로 공급되며, 상기 전기분해부와 상기 이산화탄소 흡수부 간 알칼리금속탄산염 수용액의 순환 라인이 형성되는 이산화탄소 광물화 장치.an electrolysis unit for discharging chlorine gas from the anode side by a chlor-alkali process, and discharging a mixture containing an alkali metal hydroxide aqueous solution and hydrogen gas from the cathode side;
a gas-liquid separation unit receiving the mixture discharged from the electrolysis unit and separating and discharging a liquid phase containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and a gas phase containing hydrogen gas;
a fuel cell unit receiving the gaseous phase discharged from the gas-liquid separation unit and generating power;
a carbon dioxide absorption unit receiving an aqueous solution of alkali metal carbonate by receiving a gas to be treated including a liquid phase and carbon dioxide discharged from the gas-liquid separation unit;
an extraction unit for receiving an aqueous hydrochloric acid solution and inorganic waste containing a divalent metal and discharging an extraction solution containing a divalent metal chloride; and
The first branch liquid and the extraction solution discharged from the extraction part are supplied among the first branch liquid and the second branch liquid generated by branching the alkali metal carbonate aqueous solution discharged from the carbon dioxide absorber to produce a crystallized divalent metal carbonate and a mineralization unit for discharging a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by solid-liquid separation and a residual liquid phase containing an alkali metal chloride;
Carbon dioxide mineralization apparatus in which the second branch liquid is supplied to the electrode solution of the cathode of the electrolysis unit, and a circulation line of the alkali metal carbonate aqueous solution is formed between the electrolysis unit and the carbon dioxide absorption unit. 제 2항에 있어서,
상기 이산화탄소 흡수부에서 배출되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5인 이산화탄소 광물화 장치.3. The method of claim 2,
The pH of the aqueous alkali metal carbonate solution discharged from the carbon dioxide absorption unit is 11.0 to 12.5 carbon dioxide mineralization apparatus. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광물화 장치는 상기 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 용액을 배출하는 이온제거부; 및
상기 이온제거부에서 배출되는 2가 금속 이온이 제거된 용액을 공급받고 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부;를 더 포함하거나,
상기 광물화부에서 배출되는 잔류 액상을 공급받고 이를 농축하여, 농축된 용액과 농축시 수집된 물을 각각 배출하는 농축부; 및
상기 농축부에서 배출된 농축 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하여 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액을 배출하는 이온제거부;를 더 포함하며,
상기 농축부에서 배출되는 물과, 농축부와 이온제거부에 의한 2가 금속 이온이 제거된 농축 용액은 각각 전기분해부로 공급되는 이산화탄소 광물화 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The mineralization apparatus includes: an ion removal unit receiving the residual liquid discharged from the mineralization unit, removing divalent metal ions, and discharging a solution from which divalent metal ions are removed; and
a concentration unit for receiving a solution from which divalent metal ions discharged from the ion removal unit are removed and concentrating it, and discharging the concentrated solution and water collected during concentration; or
a concentrator for receiving the residual liquid discharged from the mineralization unit and concentrating it, and discharging the concentrated solution and water collected during concentration; and
Further comprising; an ion removal unit receiving the concentrated solution discharged from the concentrator and removing divalent metal ions to discharge the concentrated solution from which divalent metal ions are removed;
The water discharged from the concentrating unit and the concentrated solution from which divalent metal ions are removed by the concentrating unit and the ion removing unit are respectively supplied to the electrolysis unit. 제 4항에 있어서,
상기 연료전지부의 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해부의 산화전극측에서 배출되는 염소 가스가 상기 연료전지부의 산화제로 공급되며, 상기 연료전지부에서 배출되는 염산수용액과 잔류 염소 가스의 혼합물과 잔류 수소가스 중 염산수용액은 상기 추출부에 공급되며, 상기 잔류 염소 가스와 상기 잔류 수소 가스는 각각 연료전지부로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.5. The method of claim 4,
The fuel cell of the fuel cell unit is a hydrogen-chlorine fuel cell, chlorine gas discharged from the anode side of the electrolysis unit is supplied as an oxidizing agent of the fuel cell unit, and the hydrochloric acid aqueous solution and residual chlorine discharged from the fuel cell unit A gas mixture and an aqueous hydrochloric acid solution of the residual hydrogen gas are supplied to the extraction unit, and the residual chlorine gas and the residual hydrogen gas are re-supplied to the fuel cell unit, respectively. 제 4항에 있어서,
상기 연료전지부의 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 상기 연료전지부에서 배출되는 물과 잔류 산소 가스의 혼합물과 잔류 수소 가스 중 물은 상기 전기분해부로 공급되며, 잔류 산소 가스와 잔류 수소 가스는 각각 연료전지부로 재공급되는 이산화탄소 광물화 장치.5. The method of claim 4,
The fuel cell of the fuel cell unit is a hydrogen-oxygen fuel cell, and a mixture of water and residual oxygen gas discharged from the fuel cell unit and water among the residual hydrogen gas are supplied to the electrolysis unit, and residual oxygen gas and residual hydrogen gas Each is a carbon dioxide mineralization device that is re-supplied to the fuel cell unit. 제 6항에 있어서,
광물화 장치는 차아염소산염 제조부를 더 포함하며,
상기 차아염소산염 제조부는, 상기 전기분해부에서 배출되는 염소 가스와 상기 기액분리부에서 배출된 알칼리금속수산화물 수용액이나 장치 외부에서 공급되는 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속의 차아염소산염을 생성하는 이산화탄소 광물화 장치.7. The method of claim 6,
The mineralization device further comprises a hypochlorite production unit,
The hypochlorite production unit receives the chlorine gas discharged from the electrolysis unit and the alkali metal hydroxide aqueous solution discharged from the gas-liquid separation unit or the alkali metal hydroxide supplied from the outside of the device to generate carbon dioxide mineralization of alkali metal hypochlorite Device. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기폐기물은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 시멘트 킬른 더스트, 비산재(플라이애쉬) 및 제철 슬래그에서 하나 이상 선택되는 이산화탄소 광물화 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The inorganic waste is carbon dioxide mineralization device selected from waste cement, waste concrete, coal ash, cement kiln dust, fly ash (fly ash) and iron slag. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료전지부에서 생성된 전력이 상기 전기분해부로 공급되는 이산화탄소 광물화 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
A carbon dioxide mineralization device in which electric power generated by the fuel cell unit is supplied to the electrolysis unit. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리대상 가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함하는 이산화탄소 광물화 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The gas to be treated is a carbon dioxide mineralization apparatus further comprising one or more gases selected from sulfur oxide gas and nitrogen oxide gas. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이산화탄소 광물화 장치는 상기 연료전지부의 연료전지 멤브레인에 수분을 공급하는 수분공급부를 더 포함하며, 상기 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 수분공급부는 상기 수소-염소 연료전지에서 배출되는 염산 수용액의 농도를 제어하는 증기 이산화탄소 광물화 장치.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The carbon dioxide mineralization device further includes a moisture supply unit for supplying moisture to the fuel cell membrane of the fuel cell unit, the fuel cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, and the moisture supply unit is hydrochloric acid discharged from the hydrogen-chlorine fuel cell Steam carbon dioxide mineralization device to control the concentration of aqueous solution. 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계;
기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리 단계;
수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계;
상기 전기분해 단계, 분리 단계 및 전력생산 단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계;
상기 분리단계에서 분리된 액상이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상, 상기 추출 용액 및 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며,
상기 제2분기 액상이 클로르알칼리 공정의 환원전극측으로 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas, a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process;
a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation;
a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel;
a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the power generation step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride;
A solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting a first branch liquid phase, the extraction solution, and a treatment target gas containing carbon dioxide among the first branch liquid phase and the second branch liquid phase in which the liquid phase separated in the separation step is branched; Including; mineralization step of generating a residual liquid phase containing alkali metal chloride;
Carbon dioxide mineralization method in which the second branch liquid phase is supplied to the cathode side of the chlor-alkali process. 클로르알칼리 공정으로 염소 가스를 포함하는 제1생성물과 알칼리금속수산화물 수용액과 수소 가스를 포함하는 혼합물인 제2생성물을 생성하는 전기분해 단계;
기액 분리에 의해 상기 전기분해 단계에서 생성되는 제2생성물 중 수소 가스를 포함하는 기상과 알칼리금속수산화물 수용액을 포함하는 액상이 분리되는 분리단계;
수소연료전지에서 분리단계에서 분리된 기상을 연료로 전력을 생산하는 전력생산 단계;
분리단계에서 분리된 액상과 이산화탄소를 포함하는 처리대상가스를 반응시켜 알칼리금속탄산염 수용액을 생성하는 이산화탄소 흡수단계;
상기 전기분해 단계, 분리단계 및 이산화탄소 흡수단계와 독립적으로 염산 수용액과 2가금속 함유 무기폐기물을 반응시켜 2가금속염화물을 포함하는 추출 용액을 생성하는 2가금속 추출단계;
이산화탄소 흡수단계에서 생성된 알칼리금속탄산염 수용액이 분기된 제1분기 액상과 제2분기 액상 중 제1분기 액상 및 추출 용액을 반응시켜 결정화된 2가금속탄산염을 포함하는 고상과 알칼리금속염화물을 함유하는 잔류 액상을 생성하는 광물화단계;를 포함하며,
상기 제2분기 액상은 전기분해 단계의 환원전극액으로 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.an electrolysis step of producing a first product containing chlorine gas, a mixture containing an aqueous alkali metal hydroxide solution and hydrogen gas in a chlor-alkali process;
a separation step in which a gas phase containing hydrogen gas and a liquid phase containing an alkali metal hydroxide aqueous solution are separated from the second product generated in the electrolysis step by gas-liquid separation;
a power generation step of generating power using the gas phase separated in the separation step in the hydrogen fuel cell as a fuel;
a carbon dioxide absorption step of generating an aqueous alkali metal carbonate solution by reacting the liquid phase separated in the separation step with a gas to be treated containing carbon dioxide;
a divalent metal extraction step of reacting an aqueous hydrochloric acid solution with an inorganic waste containing a divalent metal independently of the electrolysis step, the separation step and the carbon dioxide absorption step to produce an extraction solution containing a divalent metal chloride;
The alkali metal carbonate aqueous solution generated in the carbon dioxide absorption step is a solid phase containing a divalent metal carbonate crystallized by reacting the first branch liquid and the extraction solution among the branched first branch liquid and the second branch liquid and containing alkali metal chloride. Including; mineralization step to generate a residual liquid phase;
The second branch liquid phase is a carbon dioxide mineralization method that is supplied as a cathode solution of the electrolysis step. 제 13항에 있어서,
상기 이산화탄소 흡수단계에서 생성되는 알칼리금속탄산염 수용액의 pH는 11.0 내지 12.5인 이산화탄소 광물화 방법.14. The method of claim 13,
The pH of the aqueous alkali metal carbonate solution produced in the carbon dioxide absorption step is 11.0 to 12.5 carbon dioxide mineralization method. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광물화 방법은
상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상에서 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거단계; 및
상기 2가 이온 제거 단계에서 생성된 2가 금속 이온이 제거된 용액을 농축하여 농축된 용액을 생성하고 농축시 수집된 물을 생성하는 농축 단계;를 더 포함하거나,
상기 광물화 단계에서 배출되는 잔류 액상을 공급받아 농축된 용액을 생성하고 농축시 수집된 물을 생성하는 농축 단계; 및
상기 농축된 용액을 공급받아 2가 금속 이온을 제거하는 2가 이온 제거 단계;를 더 포함하며,
상기 농축 단계에서 수집된 물과, 농축 단계와 이온제거 단계에 의해 2가 금속 이온이 제거된 농축된 용액은 각각 상기 전기분해 단계에 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The mineralization method is
a divalent ion removal step of removing divalent metal ions from the residual liquid phase discharged from the mineralization step; and
Concentrating the solution from which the divalent metal ion generated in the divalent ion removal step has been removed to produce a concentrated solution, and a concentration step of generating collected water upon concentration; or
a concentration step of generating a concentrated solution by receiving the residual liquid discharged from the mineralization step and generating water collected during concentration; and
It further comprises a; divalent ion removal step of removing the divalent metal ion by receiving the concentrated solution,
The water collected in the concentration step and the concentrated solution from which divalent metal ions are removed by the concentration step and the deionization step are respectively supplied to the electrolysis step. 제 15항에 있어서,
상기 수소 연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스는 전력생산 단계의 연료 전지로 공급되며, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소와 잔류 염소는 각각 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 염산 수용액은 상기 2가금속 추출단계로 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.16. The method of claim 15,
The hydrogen fuel cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, the chlorine gas generated in the electrolysis step is supplied to the fuel cell in the power production step, and the residual hydrogen and residual chlorine discharged in the power production step are respectively in the power production step. Resupplied, the aqueous hydrochloric acid solution discharged from the power generation step is a carbon dioxide mineralization method that is supplied to the divalent metal extraction step. 제 15항에 있어서,
상기 수소 연료전지는 수소-산소 연료전지이며, 상기 전력생산 단계에서 생성되는 잔류 산소와 물의 혼합물 중 물은 상기 전기분해에 공급되며, 잔류 산소는 상기 전력생산 단계에 재공급되고, 상기 전력생산 단계에서 배출되는 잔류 수소는 전력생산 단계에 재공급이산화탄소 광물화 방법.16. The method of claim 15,
The hydrogen fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and water in a mixture of residual oxygen and water generated in the power generation step is supplied to the electrolysis, the residual oxygen is re-supplied to the power generation step, and the power generation step Residual hydrogen emitted from the carbon dioxide mineralization method is resupplied to the power generation stage. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전기분해 단계에서 생성된 염소 가스와 상기 기액분리 단계에서 배출되는 알칼리금속수산화물 수용액의 일부나, 외부의 알칼리금속수산화물을 공급받아 알칼리금속 차아염소산염을 제조하는 차아염소산염 제조단계;를 더 포함하는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The method is a hypochlorite production step of producing an alkali metal hypochlorite by receiving a part of the aqueous alkali metal hydroxide solution discharged from the gas-liquid separation step or the chlorine gas generated in the electrolysis step, or an external alkali metal hydroxide; A carbon dioxide mineralization method comprising. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 폐기물은 폐시멘트, 폐콘크리트, 석탄재, 시멘트 킬른 더스트, 비산재(플라이애쉬) 및 제철 슬래그에서 하나 이상 선택되는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The inorganic waste is carbon dioxide mineralization method selected from waste cement, waste concrete, coal ash, cement kiln dust, fly ash (fly ash) and iron slag. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력생산 단계에서 생성된 전력은 상기 전기분해 단계의 클로르 알칼리 공정에 공급되는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The power generated in the power generation step is carbon dioxide mineralization method that is supplied to the chlor-alkali process of the electrolysis step. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 처리대상가스는 황산화물 가스 및 질소산화물 가스에서 선택되는 하나 이상의 가스를 더 포함하는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The process target gas is carbon dioxide mineralization method further comprising one or more gases selected from sulfur oxide gas and nitrogen oxide gas. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수소연료전지는 수소-염소 연료전지이며, 상기 수소연료전지의 멤브레인에 공급되는 수분에 의해 상기 수소연료전지에서 생성되는 염산 수용액의 농도가 제어되는 이산화탄소 광물화 방법.15. The method according to any one of claims 12 to 14,
The hydrogen fuel cell is a hydrogen-chlorine fuel cell, and the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution generated in the hydrogen fuel cell is controlled by moisture supplied to the membrane of the hydrogen fuel cell.
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