KR20230113030A - 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 - Google Patents
석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230113030A KR20230113030A KR1020220009434A KR20220009434A KR20230113030A KR 20230113030 A KR20230113030 A KR 20230113030A KR 1020220009434 A KR1020220009434 A KR 1020220009434A KR 20220009434 A KR20220009434 A KR 20220009434A KR 20230113030 A KR20230113030 A KR 20230113030A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- basic alkali
- coal
- exhaust gas
- sulfur oxides
- Prior art date
Links
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 492
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 246
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 246
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical compound S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 84
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title description 6
- TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N disulfur monoxide Inorganic materials O=S=S TXKMVPPZCYKFAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 142
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 126
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 85
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 66
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 61
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 claims abstract description 61
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 44
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 35
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims abstract description 33
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000006477 desulfuration reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000023556 desulfurization Effects 0.000 claims abstract description 32
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 5
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 5
- 238000004064 recycling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 94
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 74
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 71
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 65
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 56
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 36
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 35
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 32
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 27
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 23
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims description 21
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 claims description 20
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 10
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910021538 borax Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N disodium;3,7-dioxido-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3,5,7-tetraborabicyclo[3.3.1]nonane Chemical compound [Na+].[Na+].O1B([O-])OB2OB([O-])OB1O2 UQGFMSUEHSUPRD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004328 sodium tetraborate Substances 0.000 claims description 6
- 235000010339 sodium tetraborate Nutrition 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 5
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000011112 process operation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 5
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 3
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000005587 bubbling Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002089 NOx Inorganic materials 0.000 description 1
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1462—Removing mixtures of hydrogen sulfide and carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
- B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
- B01D47/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
- B01D47/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
- B01D47/021—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath by bubbling the gas through a liquid bath
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/79—Injecting reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
- B01D63/16—Rotary, reciprocated or vibrated modules
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES
- F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
- F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
- F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/30—Sulfur compounds
- B01D2257/302—Sulfur oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
본 발명은 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점을 해소하면서 이산화탄소를 저감시킴과 동시에, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 간단한 시스템으로 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집하므로 추가적인 배연탈황 설비를 설치할 필요가 없다. 이에 따라, 이산화탄소 포집설비에 유입되는 가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 탈황설비의 설치 공간을 최소화하며 공정비용도 절감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 간단한 시스템으로 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집하므로 추가적인 배연탈황 설비를 설치할 필요가 없다. 이에 따라, 이산화탄소 포집설비에 유입되는 가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 탈황설비의 설치 공간을 최소화하며 공정비용도 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 포집하여 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있으며, 동시에 자원화된 물질을 활용하여 석탄화력발전에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집할 수 있는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 방지를 위한 기후변화협약과 지구온난화를 유발시키는 온실가스 중 대부분을 차지하고 있는 이산화탄소(CO2)의 배출을 줄이기 위한 대안 중 하나로 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture and Storage) 기술이 활발히 연구되고 있다.
이러한 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술의 개발이 본격화 되면서 이산화탄소 포집기술(Carbon Capture) 수준은 상용화 단계에 이르고 있으며 특히, 온실가스 물질의 주 배출원이라고 인식되는 석탄화력발전소 설비에 적용되어 우선적으로 적용되고 있는 실정이다.
이는 석탄이 화석연료 중 탄소(C)/수소(H)비가 높아서 다른 에너지원 대비 이산화탄소를 많이 배출되는 것으로 나타나기 때문이다. 따라서 석탄을 연료로 사용하는 석탄화력발전소는 온실가스 배출 저감이 주요 목표가 되고 있다.
도 1은 종래의 석탄화력 발전소의 연소배가스 처리시스템을 나타내는 도면으로, 도 1에 따른 종래의 석탄화력 발전소의 연소배가스 처리시스템은 보일러(110)에서 배출된 연소배가스에 대해 배연탈질설비(120), 집진설비(130) 및 배연탈황설비(140)을 통해 오염물질을 제거한 후 이산화탄소 포집설비(160)를 통해 이산화탄소를 포집하여 압축 저장하고 연소배가스는 연돌(160)을 통해 대기 중으로 배출한다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 석탄화력 발전소의 연소배가스 처리시스템의 경우 대부분 배연탈질설비(120) 및 배연탈황설비(140)를 갖추고 있으며 연소배가스 중에 포함된 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx)의 90% 정도를 제거하여 배출하고 있다.
그러나 배연탈질설비 및 배연탈황설비를 통과한 후에도 연소배가스 중에는 50ppm 내지 100 ppm 정도의 황산화물(SOx)이 포함되어 있고, 이 중에 황산화물 중 5% 정도 존재하는 이산화질소(NO2)가 포함된 연소배가스가 이산화탄소 포집공정으로 유입되는 경우 종래 이산화탄소 포집설비에서 사용되는 아민계 흡수제의 열화에 의해 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 기존의 배연탈황설비를 사용하여 배출되는 황산화물(SOx)의 농도를 최근 강화된 대기환경보전법에 따른 배출 허용 기준인 15ppm 이하로 유지하려면 흡수탑의 기하학적인 크기를 대폭적으로 늘리고 충진물 및 내부구조 등을 전면적으로 개조해야하는 문제점이 있다.
한편, 이미 설치되어 운전 중인 석탄화력발전소의 연소배가스 처리시스템에 이산화탄소 포집설비를 추가하여야 하는 경우에는 기존의 배연탈황설비를 개조하여 사용하는 것이 불가능하고 추가적인 제2 배연탈황 설비(150)를 도입해야 하는 문제점이 있다.
이처럼, 종래의 석탄화력발전소에서 발생된 배기가스 중의 이산화탄소 및 황산화물을 처리하기 위해서는 막대한 비용이 많이 들고 전체적인 시스템 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
따라서, 종래 기술 대비 간단한 시스템 구성으로 석탄화력발전소에서 배출된 이산화탄소를 효율적으로 저감하면서 동시에 저렴한 비용으로 황산화물도 저감시키기 위한 방안이 절실하다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명은 석탄화력발전소에서 발생하는 배기가스 중 이산화탄소 및 황산화물을 줄이기 위한 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 배가스 중 이산화탄소를 포집 및 탄소자원으로 변환함으로써, 이산화탄소를 제거하는 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 염기성 알칼리 혼합액을 이용한 배가스 중 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 배가스 중 황산화물을 포집하는데 이용할 수 있는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은, 석유 또는 석탄을 연소시키는 연소설비에서 배출되는 배가스를 배연탈질설비, 집진설비 및 배연탈황설비에 순차적으로 통과시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거한 후 이산화탄소 포집설비에 배가스를 공급하는 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에 있어서, 상기 이산화탄소 포집설비는, 염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서; 상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수탑은, 상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐; 상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및 상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분리기는, 상기 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및 상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 포집설비는, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은, 석유 또는 석탄을 연소시키는 연소설비에서 배출되는 배가스를 배연탈질설비, 집진설비 및 배연탈황설비에 순차적으로 통과시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거한 후 이산화탄소 포집설비에 배가스를 공급하는 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에 있어서, 상기 이산화탄소 포집설비는, 염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서; 상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑; 상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및 상기 분리기에서 이산화탄소 반응물을 상기 흡수탑으로 보내 상기 배가스 중 황산화물을 포집하고, 포집된 황산화물, 이산화탄소 반응물, 및 잔여 배가스를 배출하는 배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡수탑은, 상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐; 상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및 상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분리기는, 상기 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및 상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이산화탄소 포집설비는, 상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및 상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 유용한 자원인 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따르면, 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 간단한 시스템 구성으로 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집할 수 있다. 이에 따라, 추가적인 제2 배연탈황 설비를 설치할 필요가 없어 이산화탄소 포집설비에 유입되는 가스에 포함된 오염물질을 제거하기 위한 탈황설비의 설치 공간을 최소화하며 공정비용도 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 석탄화력발전소의 연소배가스 처리시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(250)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(340)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(250)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(340)를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명은 석탄화력발전소에서 발생하는 배기가스 중 이산화탄소 및 황산화물을 줄이기 위한 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면 종래 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에서와 다른 방식으로 이산화탄소를 저감시키고 동시에 다른 유용한 물질로 자원화할 수 있는 것이 특징이고, 본 발명의 제2 실시예에 따르면 종래 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에서 배연탈황설비를 포함하지 않고도 이산화탄소 및 이산화탄소 및 황산화물을 저감시킬 수 있는 것이 특징이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
한편, 이하 도면에서의 보일러(210, 310), 배연탈질설비(220. 320), 집진설비(230, 330), 배연탈황설비(340)는 종래의 것과 동일한 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
실시예 1
실시예 1에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소만을 포집하는 것에 특징이 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(250)를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 보일러(210), 배연탈질설비(210), 집진설비(230), 배연탈황설비(240) 및 이산화탄소 포집설비(250)를 포함한다.
여기서, 상기 이산화탄소 포집설비(250)는 염기성 알칼리 용액을 이용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스가 보일러(210), 배연탈질설비(210), 집진설비(230), 배연탈황설비(240)를 통과하여 배연탈황설비(240)로부터 유입된 배기가스 중에서 이산화탄소를 포집하는 설비로서, 흡수탑(410), 이산화탄소 포집부(411), 배가스 배출원(420), 믹서(430), 분리기(440), 탄소자원 저장조(441) 및 배출부(450)를 포함한다.
상기 흡수탑(410)은 배연탈황설비(240)로부터 황산화물이 제거된 배가스 중에서 이산화탄소를 포집하는 시설, 건물, 설비 등을 의미하는 것일 수 있다. 또한, 상기 흡수탑(410)의 하단에 위치하는 이산화탄소 포집부(411)는 흡수탑(410)의 일부분이며, 배가스를 버블링하여 이산화탄소를 포집하는 부분을 의미하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(410)은 배연탈황설비(240)로부터 황산화물이 제거된 배가스 중에서 이산화탄소가 포집되는 이산화탄소 포집부(411)를 하단에 포함하여, 염기성 알칼리 혼합액과 배가스(배가스 마이크로버블)를 반응시켜 배가스 중 이산화탄소만을 포집한다. 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집한 후, 상기 흡수탑(410)에는 이산화탄소가 제거된 배가스가 기체 상태로 남아있는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(410)은 상부에 노즐이 설치되어 믹서(130)로부터 상기 노즐을 통해 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(410) 내에 분사되고, 하단의 이산화탄소 포집부(411)에 모인다. 상기 염기성 알칼리 혼합액이 분사되는 동시에 배가스 배출원(420)으로부터 공급된 배가스가 흡수탑(410) 하부의 이산화탄소 포집부(411) 내의 버블러(413)를 통과하여 마이크로버블(microbubble)이 생성된 배가스가 공급되며, 상기 이산화탄소 포집부(411) 내에서 염기성 알칼리 혼합액과 배가스 마이크로버블이 반응하여 이산화탄소를 포집한다. 상기 마이크로버블은 염기성 알칼리 혼합액에 배기가스를 반응시킬 때 배가스 배출원(420)의 출구에 미세한 구멍이 형성된 버블러(413)를 통과하면서 버블이 형성된다.
상기 버블러(413)는 배가스 배출원(120)으로부터 공급된 배가스를 통과시킴으로써 배가스에 마이크로버블을 형성할 수 있고, 상기 마이크로버블은 버블의 크기가 작을수록 배가스와 알칼리 용액의 반응면적이 넓어져 이산화탄소의 포집 능력이 증가하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로버블은 약 50 ㎛ 이하의 크기를 가지는 수용액 상에 존재하는 기포를 의미하는 것일 수 있다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 포집 성능을 더욱 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성을 갖출 수 있다. 이에 대해서는 후술하는 도 6에서 상세히 설명하고자 한다.
또한, 상기 흡수탑(410)은 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)(412)를 포함하여 흡수탑(410) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 노즐은 다수의 노즐을 포함할 수 있고, 1단 이상의 단으로 형성될 수 있다. 상기 노즐은 믹서(430)와 연결되어 믹서(430)로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급할 수 있다.
상기 흡수탑(410)은 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬 복합 배열로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 흡수탑(410)은 배기가스의 유속이 빠른 경우 직렬로 배열하는 것일 수 있다. 유속이 빨라 반응이 안된 이산화탄소가 흡수탑에서 배출되는 경우 흡수탑을 직렬로 설치하여 미반응 이산화탄소를 포집할 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 흡수탑(410)은 배기가스의 유량이 많은 경우 병렬로 배열하는 것일 수 있다. 배기가스의 유량이 흡수탑이 포집할 수 있는 양을 초과하는 경우 흡수탑을 병렬로 하여 포집 가능한 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다.
상기 배가스 배출원(420)은 이산화탄소를 배출하는 모든 가스를 활용할 수 있고, 예를 들어, 발전소 배기가스 후단 또는 엔진 배기가스 후단일 수 있으며, 본 발명의 제1 실시예에서는 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스가 보일러(210), 배연탈질설비(220), 집진설비(230), 배연탈황설비(240)를 통과하여 배연탈황설비(240)로부터 유입된 배기가스일 수 있다.
상기 믹서(430)은 염기성 알칼리 용액 저장조(431)에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원(432)에서 공급된 물을 혼합하여, 상기 흡수탑(410)의 노즐로 공급한다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물이 혼합된 염기성 알칼리 혼합액은 공급량 또는 필요량이 많아질 경우 별도로 연결된 바이패스(by-pass)(436) 라인을 이용하여 공급할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 혼합비가 증가할수록 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 혼합비를 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원(432)은 시스템 설치 장소에서 용이하게 구할 수 있는 모든 용수를 포함할 수 있고, 예를 들어, 해수일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH13, pH12, pH12,1, pH12,2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 흡수탑(410) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 흡수탑(110) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집을 하지 못하기 때문에, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH를 맞추기 위해, 상기 염기성 알칼리 용액과 물의 양은 각각의 밸브(433, 434)에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서(130)로 공급될 수 있다.
상기 흡수탑(410) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만(level indicator로 측정)으로 낮아지면 상기 믹서(430)에서 밸브(435)를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단될 수 있다. 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(410)으로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리기(440)에서 나가는 용액의 양이 동일해서 지속적으로 이산화탄소 포집설비를 유지할 수 있기 때문에, 상기 흡수탑(410)에서 분리기(440)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(410)에 공급되도록 밸브(435)(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(410)의 이산화탄소 포집부(411)에서 염기성 알칼리 혼합액과 배연탈황설비(240)로부터 유입된 배가스가 반응하여 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액은 밸브(414)를 통해 분리기(440)로 이동하여, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다.
상기 분리기(440)는 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 원심분리기와, 상기 원심분리기로부터 분리된 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막을 포함할 수 있다. 이를 통해 고순도의 탄산수소나트륨을 획득하여 바로 판매할 수 있어 수익을 얻을 수 있다.
상기 진동분리막에 형성된 미세 구멍의 크기는 10~20㎛일 수 있으며, 진동분리막의 진동을 유발시키기 위해서 진동발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 진동발생부는 탄산수소나트륨에 의해 상기 미세 구멍이 막히는 것을 방지하기 위해 배치될 수 있다.
상기 분리된 이산화탄소 반응물은 탄소자원 저장소(441)로 이동하여 다른 용도로 자원화하여 재활용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 <반응식 1>에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 1>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(402)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액에 함유되어 있던 일라이트 광물 및 물 등을 포함할 수 있다.
상기 탄소자원 저장소(441)는 지상, 지중, 및 해상 각각의 환경이 고려된 이산화탄소 반응물 저장소로서, 종래의 이산화탄소 저장장치보다 더 넓은 공간에 안정적이고 효율적으로 이산화탄소 포집 반응물인 탄소 자원를 저장하는 동시에 제작비용을 저감할 수 있음은 물론, 상기 저장된 탄소자원의 필요시 추후에 활용될 수 있도록 구현될 수 있다.
일 예로 지상 환경에 고려된 탄소자원 저장소는 상기 이산화탄소 반응물을 수용하며 내부벽 및 외부벽에 의해 이중벽 구조를 갖는 저장탱크, 상기 이산화탄소 반응물을 상기 저장탱크로 로딩(loading)하는 인입 유닛, 상기 저장탱크와 연결되어 상기 저장탱크 내의 상기 이산화탄소 반응물을 언로딩(unloading)하는 배출 유닛, 및 상기 저장탱크의 내부에 수용된 상기 이산화탄소 반응물의 진공상태를 일정하게 유지시키거나, 또는 상기 이산화탄소 반응물을 로딩/언로딩시에 상기 인입 유닛 및 상기 배출 유닛을 제어하는 제어 유닛을 포함할 수 있다.
한편, 지중 환경에 고려된 탄소자원 저장소는 상기 지상 환경에 고려된 탄소자원 저장소의 저장탱크 대신에 지중 저장지를 활용할 수 있으며, 석탄화력발전소에서 생성된 이산화탄소 포집 반응물을 해상에 저장하는 위해서는 운반 장치를 이용하여 LNG FPSO, LNG FSRU, LNG 수송선 및 LNG RV과 같은 해상 구조물에 이동시켜 상기 이산화탄소 포집 반응물을 저장시킬 수 있다.
상기 이산화탄소 포집부(411)에서 이산화탄소 포집 후 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스는 배출부(450)를 통해 배출된다. 예를 들어, 상기 배출부(450)를 통해 배출되는 잔여 배가스는 배가스에서 이산화탄소가 제거된 배가스와 일부 소량의 포집되지 못한 CO2가 포함될 수 있다.
이때, 상기 잔여 배가스는 배출 시 이산화탄소의 농도가 규제 기준치를 초과할 수 없으므로, 상기 잔여 배가스가 배출될 대기 속 이산화탄소의 농도를 기준으로 하여(관리자가 미리 대기의 이산화탄소 농도의 측정 후 설정한 기준) 기준을 초과하지 않는 잔여 배가스를 배출할 수 있다.
상기 이산화탄소 포집설비(250)는, 상기 흡수탑(410) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(460); 및 상기 모니터링부(460)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부(461);를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 포집설비(250)의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(460)에서 관리하며, 모니터링부(460)에서 나타내는 값을 기반으로 제어부(461)를 조절한다. 상기 제어부(461)에서 입력되는 값에 대하여 밸브들(414, 433, 434, 435)이 퍼센테이지로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 제1 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템(200)은 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소만을 포집함으로써 종래 기술 대비 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점을 해소하면서 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨으로 변환시킴으로써 다른 유용한 물질로의 자원화가 가능하다.
실시예 2
실시예 2에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 포집하여 이산화탄소를 저감시키고, 상기 포집된 이산화탄소의 반응물을 배가스 중 황산화물을 포집하는데 이용함으로써 황산화물을 포집하여 저감시키는 것에 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템의 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비(340)를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템은 보일러(310), 배연탈질설비(310), 집진설비(330) 및 이산화탄소 포집설비(340)를 포함한다.
여기서, 상기 이산화탄소 포집설비(340)는 염기성 알칼리 용액을 이용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스가 보일러(310), 배연탈질설비(320), 집진설비(330)를 통과하여 집진설비(330)로부터 유입된 배기가스 중에서 이산화탄소 및 황산화물을 포집하는 설비로서, 흡수탑(510), 버블러(bubbler)(513)를 포함하는 이산화탄소 포집부(511), 배가스 배출원(520), 믹서(530), 분리기(540) 및 배출부(550)를 포함한다.
상기 흡수탑(510)은 배연탈질설비(310), 집진설비(330)로부터 질소산화물 및 미세먼지가 제거된 배가스 중에서 이산화탄소 및 황산화물을 포집하는 시설, 건물, 설비 등을 의미하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(510)의 하단에 위치하는 이산화탄소 포집부(511)는 흡수탑(410)의 일부분이며, 배가스를 버블링하여 이산화탄소를 포집하는 부분을 포함하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(510)은 상부에 노즐이 설치되어 믹서(530)로부터 상기 노즐을 통해 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(510) 내에 분사되고, 하단의 이산화탄소 포집부(511)에 모인다. 상기 염기성 알칼리 혼합액이 분사되는 동시에 배가스 배출원(520)으로부터 공급된 보일러(310), 배연탈질설비(320), 집진설비(330)를 통과하여 집진설비(330)로부터 유입된 배가스가 흡수탑(510) 하부의 이산화탄소 포집부(511) 내의 버블러(513)를 통과하여 마이크로버블(microbubble)이 생성된 배가스가 공급되며, 상기 이산화탄소 포집부(511) 내에서 염기성 알칼리 혼합액과 배가스 마이크로버블이 반응하여 이산화탄소를 포집한다. 상기 마이크로버블은 염기성 알칼리 혼합액에 배기가스를 반응시킬 때 배가스 배출원(520)의 출구에 미세한 구멍이 형성된 버블러(513)를 통과하면서 버블이 형성된다.
또한, 상기 흡수탑(510)은 내부에 레벨 인디케이터(level indicator)(512)를 포함하여 흡수탑(510) 내의 용액의 수위를 감지할 수 있다.
상기 노즐은 다수의 노즐을 포함할 수 있고, 1단 이상의 단으로 형성될 수 있다. 상기 노즐은 믹서(530)와 연결되어 믹서(530)로부터 염기성 알칼리 혼합액을 공급할 수 있다.
상기 버블러(513)는 배가스 배출원(520), 즉 보일러(310), 배연탈질설비(320), 집진설비(330)를 통과하여 집진설비(330)로부터 유입된 배가스를 통과시킴으로써 배가스에 마이크로버블을 형성할 수 있고, 상기 마이크로버블은 버블의 크기가 작을수록 배가스와 알칼리 용액의 반응면적이 넓어져 이산화탄소의 포집 능력이 증가하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로버블은 약 50 ㎛ 이하의 크기를 가지는 수용액 상에 존재하는 기포를 의미하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(510)은 직렬, 병렬, 또는 직렬과 병렬 복합 배열로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수탑(510)은 배기가스의 유속이 빠른 경우 직렬로 배열하는 것일 수 있다. 유속이 빨라 반응이 안된 CO2가 흡수탑에서 배출되는 경우 흡수탑을 직렬로 설치하여 미반응 CO2를 포집할 수 있다.
또한, 예를 들어, 상기 흡수탑(510)은 배기가스의 유량이 많은 경우 병렬로 배열하는 것일 수 있다. 배기가스의 유량이 흡수탑이 포집할 수 있는 양을 초과하는 경우 흡수탑을 병렬로 하여 포집 가능한 이산화탄소의 양을 늘릴 수 있다.
상기 배가스 배출원(520)은 보일러(310), 배연탈질설비(320), 집진설비(330)를 통과하여 집진설비(330)로부터 유입된 배가스인 이산화탄소와 황산화물을 활용할 수 있고, 예를 들어, 발전소 배기가스 후단 또는 엔진 배기가스 후단일 수 있다.
상기 믹서(530)는 염기성 알칼리 용액 저장조(531)에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원(532)에서 공급된 물을 혼합하여, 상기 흡수탑(510)의 노즐로 공급한다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물이 혼합된 염기성 알칼리 혼합액은 공급량 또는 필요량이 많아질 경우 별도로 연결된 바이패스(by-pass)(536) 라인을 이용하여 공급할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:4, 1:1 내지 1:3, 1:1 내지 1:2, 1:2 내지 1:5, 1:2 내지 1:3 또는 1:3 내지 1:5의 비율로 혼합하는 것일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 염기성 알칼리 용액의 혼합비가 증가할수록 이산화탄소 포집률이 증가할 수 있으나, 비용적인 측면을 고려하여 물의 혼합비를 조절할 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액은, SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물; Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및, 사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급수원(532)은 시스템 설치 장소에서 용이하게 구할 수 있는 모든 용수를 포함할 수 있고, 예를 들어, 해수일 수 있다.
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 이상인 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 pH는 pH12 내지 pH13.5, pH13, pH12, pH12,1, pH12,2 또는 pH12.3일 수 있다. 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH는 상기 흡수탑(510) 내의 pH meter로 측정될 수 있으며, 상기 흡수탑(510) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 10.5 미만이 되면 더 이상 이산화탄소 포집을 하지 못하기 때문에, 상기 염기성 알칼리 혼합액의 pH를 맞추기 위해, 상기 염기성 알칼리 용액과 물의 양은 각각의 밸브(532, 533)에서 0 내지 100%까지 조절하여 믹서(530)로 공급될 수 있다.
상기 흡수탑(510) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만(level indicator로 측정)으로 낮아지면 상기 믹서(530)에서 밸브(535)를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단될 수 있다. 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(510)으로 공급되는 염기성 알칼리 혼합액의 양과 상기 분리기(540)에서 나가는 용액의 양이 동일해서 지속적으로 이산화탄소 포집설비를 유지할 수 있기 때문에, 상기 흡수탑(510)에서 분리기(540)로 가는 라인에 설치된 flow meter 값과 동일한 양의 염기성 알칼리 혼합액이 흡수탑(510)에 공급되도록 밸브(535)(필요시 by-pass 밸브 포함)를 조절하여 net flow를 0로 만드는 것일 수 있다.
상기 흡수탑(510)에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물은 분리기(540)로 이동하여, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리한다. 상기 이산화탄소 반응물은 액체 상태일 수 있고, 상기 폐용액은 겔(gel) 상태일 수 있다. 예를 들어, 상기 분리기(540)는 원심분리법을 이용하여 액체인 이산화탄소 반응물과 겔인 폐용액을 분리할 수 있다.
여기서, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물을 제외한 폐용액은 폐수 처리조(541)로 이동되어 폐기된다. 예를 들어, 상기 폐용액은 촉매 역할을 끝낸 염기성 알칼리 혼합액(일라이트 광물, 물 등)을 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것일 수 있다.
상기 이산화탄소 반응물은 하기 <반응식 2>에서와 같이, 염기성 알칼리 혼합물과 이산화탄소가 반응하여 생성될 수 있다.
<반응식 2>
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O + CO2 → 2NaHCO3
상기 분리기(540)에서 분리된 이산화탄소 반응물을 상기 흡수탑(510)으로 보내 이산화탄소 포집 후 남은 잔여 배가스 중 황산화물을 포집한다. 이때, 상기 이산화탄소 반응물은 황산화물을 제거하기 위한 탈황촉매로 재활용될 수 있다. 이에 따라, 하나의 이산화탄소 포집설비(340)를 이용하여 이산화탄소 및 황산화물 포집이 가능하다.
상기 이산화탄소 반응물과 잔여 배가스 중 황산화물은 하기 <반응식 3>에 나타낸 바와 같이 반응하여 포집될 수 있다.
<반응식 3>
2NaHCO3 + SO2 + 1/2 O2 → Na2SO4 + 2CO2 + H2O
Na2CO3 + SO2 + 1/2 O2 → Na2SO4 + 2CO2
상기 흡수탑(510)에서 황산화물의 포집이 끝난 후, 흡수탑(510)에 존재하는 포집된 황산화물을 포함하는 용액, 이산화탄소 반응물, 및 이산화탄소와 황산화물이 제거된 잔여 배가스가 배출부(550)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 구체적으로, 상기 배출부(550)로 배출되는 물질은 이산화탄소와 황산화물이 제거된 잔여 배가스(N2, O2 등) 및 이산화탄소 반응물과 황산화물이 반응하여 황산화물이 제거되면서 형성되는 황산나트륨(Na2SO4)를 배출하는 것일 수 있고, 상기 황산나트륨은 입자 크기가 매우 작은 고체 상태로 잔여 배가스 내에 부유하다가 잔여 배가스와 함께 배출될 수 있다.
이때, 상기 잔여 배가스는 배출 시 이산화탄소의 농도가 규제 기준치를 초과할 수 없으므로, 상기 잔여 배가스가 배출될 대기 속 이산화탄소의 농도를 기준으로 하여(관리자가 미리 대기의 이산화탄소 농도의 측정 후 설정한 기준) 기준을 초과하지 않는 잔여 배가스를 배출할 수 있다.
예를 들어, 상기 포집된 황산화물을 포함하는 용액은 황산나트륨(Na2SO4)일 수 있고, 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)일 수 있다.
상기 이산화탄소 포집설비(340)는, 상기 흡수탑(510) 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부(560); 및 상기 모니터링부(560)에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부(561);를 더 포함할 수 있다.
상기 이산화탄소 포집설비(340)의 모든 과정에서 측정되는 gas meter, pH meter, flow meter의 값을 모니터링부(560)에서 관리하며, 모니터링부(460)에서 나타내는 값을 기반으로 제어부(561)를 조절한다. 상기 제어부(561)에서 입력되는 값에 대하여 밸브들(514, 533, 534, 535)이 퍼센테이지로 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 제2 실시예에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템(300)은 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 이산화탄소를 포집함으로써 이산화탄소를 저감시킬 수 있고, 상기 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조할 수 있다. 또한, 상기 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배기가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용함으로써, 하나의 이산화탄소 포집설비(340)를 통해 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집할 수 있다.
따라서, 기존의 배연탈황설비를 개조하거나 추가적인 배연탈황 설비를 도입하지 않고, 종래 기술 대비 간단한 시스템 구성으로 석탄화력발전소에서 배출된 이산화탄소를 효율적으로 저감하면서 동시에 저렴한 비용으로 황산화물도 저감시키킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시키기 위한 흡수탑의 내부 구성를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 흡수탑의 내부 구성은, 흡수탑(600) 내에서 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양(C)의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 배관(602)에 구비된 다수의 노즐(604), 우산 모양(C) 으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극(606)에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재(607), 및 상기 흡수탑 내에 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플(608)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 우산 모양(C)으로 분출하도록 하는 다수의 노즐(604)을 통해 흡수탑(600) 내의 상부에서 하부로 떨어지는 염기성 알칼리 혼합액이 미세액적부재(607)의 공극에 닿아 액적으로 형성되면서 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플(608)을 통과하면서 미세 입자로 형성된 배가스와 접촉함에 따라 이산화탄소 포집설비의 이산화탄소 및 황산화물 포집 성능을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 명세서의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 명세서의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 명세서의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 명세서의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 명세서의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 필요에 따라 이산화탄소 포집·탄소자원화 기능, 이산화탄소 및 황산화물 포집 기능을 종래의 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에 쉽게 적용 가능함으로써, 석탄화력발전소에서 발생하는 배기가스 중 지구 온난화에 영향을 미치는 대표적인 유해 물질인 이산화탄소 및 황산화물을 줄이기 위한 시스템을 제공할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템에서는, 종래의 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템의 공정 운전 효율 및 경제성이 떨어지는 문제점을 해소하면서 이산화탄소 포집 설비를 통해 포집된 이산화탄소를 이용하여 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 제조하거나, 또는 포집된 이산화탄소로부터 제조된 탄산나트륨 또는 탄산수소나트륨을 활용하여 석탄화력발전소에서 배출되는 배가스 중 황산화물을 포집하는 탈황제로 이용하여 이산화탄소 및 황산화물을 동시에 포집할 수 있다.
이는 온실가스 물질의 주 배출원이라고 인식되는 석탄화력발전소들을 상대로 이산화탄소 포집 설비의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있다.
110, 210, 310 : 보일러
120, 220, 320 : 배연탈질설비
130, 230, 330 : 집진설비
140, 240 : 배연탈황설비
250, 340 : 이산화탄소 포집설비
410, 510, 600 : 흡수탑
411, 511: 이산화탄소 포집부
412, 512 : 레벨 인디케이터
413, 513 : 버블러
414, 433, 434, 435, 514, 533, 534, 535 : 밸브
420, 520 : 배가스 배출원
430, 530: 믹서
431: 염기성 알칼리 용액 저장조
432, 532: 급수원
436, 536: 바이패스(by-pass)
440. 540 : 분리기
441 : 탄소자원 저장소
450, 550 : 배출부
460, 560 : 모니터링부
461, 561 : 제어부
602 : 배관
604 : 다수의 노즐
606 : 공극
607: 미세액적부재
120, 220, 320 : 배연탈질설비
130, 230, 330 : 집진설비
140, 240 : 배연탈황설비
250, 340 : 이산화탄소 포집설비
410, 510, 600 : 흡수탑
411, 511: 이산화탄소 포집부
412, 512 : 레벨 인디케이터
413, 513 : 버블러
414, 433, 434, 435, 514, 533, 534, 535 : 밸브
420, 520 : 배가스 배출원
430, 530: 믹서
431: 염기성 알칼리 용액 저장조
432, 532: 급수원
436, 536: 바이패스(by-pass)
440. 540 : 분리기
441 : 탄소자원 저장소
450, 550 : 배출부
460, 560 : 모니터링부
461, 561 : 제어부
602 : 배관
604 : 다수의 노즐
606 : 공극
607: 미세액적부재
Claims (22)
- 석유 또는 석탄을 연소시키는 연소설비에서 배출되는 배가스를 배연탈질설비, 집진설비 및 배연탈황설비에 순차적으로 통과시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거한 후 이산화탄소 포집설비에 배가스를 공급하는 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에 있어서,
상기 이산화탄소 포집설비는,
염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서;
상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑;
상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기;
상기 분리된 이산화탄소 반응물을 자원화하기 위해 저장하는 탄소자원 저장소; 및
상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소가 제거된 잔여 배가스를 배출하는 배출부;를 포함하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 혼합액은,
SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;
Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및,
사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 흡수탑은,
상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐;
상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및
상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 분리기는,
상기 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및
상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집설비는,
상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 석유 또는 석탄을 연소시키는 연소설비에서 배출되는 배가스를 배연탈질설비, 집진설비 및 배연탈황설비에 순차적으로 통과시켜 상기 배기가스에 포함된 오염물질을 제거한 후 이산화탄소 포집설비에 배가스를 공급하는 석탄화력발전용 배기가스 처리 시스템에 있어서,
상기 이산화탄소 포집설비는,
염기성 알칼리 혼합액을 공급하는 믹서;
상기 믹서로부터 공급된 염기성 알칼리 혼합액과 하부에 설치된 버블러를 통과하여 미세 방울이 형성된 배가스를 반응시켜 상기 배가스 중 이산화탄소를 포집하는 흡수탑;
상기 흡수탑에서 포집된 이산화탄소를 포함하는 반응물을 수집하고, 상기 반응물에서 이산화탄소 반응물과 폐용액을 분리하는 분리기; 및
상기 분리기에서 이산화탄소 반응물을 상기 흡수탑으로 보내 상기 배가스 중 황산화물을 포집하고, 포집된 황산화물, 이산화탄소 반응물, 및 잔여 배가스를 배출하는 배출부;를 포함하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 믹서는 염기성 알칼리 용액 저장조에서 공급된 염기성 알칼리 용액과 급수원에서 공급된 물을 혼합시켜 염기성 알칼리 혼합액을 생성하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제13항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 용액과 물은 1:1 내지 1:5의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 혼합액의 평균 pH는 pH12 내지 pH13.5인 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 염기성 알칼리 혼합액은,
SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O 및 P2O3로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 산화물;
Li, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Sr, Cd 및 Pb로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속; 및,
사붕산나트륨(Na2B4O7·10H2O), 수산화나트륨(NaOH), 규산나트륨(Na2SiO3), 수산화칼륨(KOH) 및 과산화수소(H2O2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상의 액상 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 90% 미만으로 낮아지면 상기 믹서에서 밸브를 통해 조절되어 염기성 알칼리 혼합액이 투입되고 상기 염기성 알칼리 혼합액의 수위가 100%가 될 경우 투입이 중단되고, 그와 동시에 염기성 알칼리 혼합액의 pH가 12 내지 13.5가 될 때까지 염기성 알칼리 용액과 물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 버블러는 상기 배가스를 이용하여 배가스 마이크로버블을 형성하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 흡수탑은,
상기 흡수탑 내에서 상기 믹서로부터 하부에서 상부로 우산 모양의 염기성 알칼리 혼합액을 분출하는 다수의 노즐;
상기 우산 모양으로 분출된 염기성 알칼리 혼합액이 하부로 향해 낙하할 때 공극에 닿아 미세하게 액적을 형성하는 미세액적부재; 및
상기 흡수탑 내에 상기 배가스가 균일한 속도분포로 유입되도록 슬릿(Slit) 또는 구멍(Hole)이 다수 형성된 배플;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 이산화탄소 반응물은 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 분리기는,
상기 반응물에서 탄산나트륨(Na2CO3) 또는 탄산수소나트륨(NaHCO3)을 포함하는 이산화탄소 반응물과, 폐용액을 분리하는 원심분리기; 및
상기 이산화탄소 반응물 중에서 탄산수소나트륨만을 외부로 배출시키기 위한 배출관의 내측 둘레에 대응되게 형성되고, 표면에 상기 탄산수소나트륨의 투과를 허용하는 크기로 미세 구멍이 형성된 진동분리막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 이산화탄소 포집설비는,
상기 흡수탑 내의 염기성 알칼리 혼합액의 수위 및 pH를 모니터링하는 모니터링부; 및
상기 모니터링부에 의해 염기성 알칼리 혼합액의 공급량을 조절하는 제어부;를 더 포함하는 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220009434A KR20230113030A (ko) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 |
| PCT/KR2022/008641 WO2023140441A1 (ko) | 2022-01-21 | 2022-06-17 | 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220009434A KR20230113030A (ko) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230113030A true KR20230113030A (ko) | 2023-07-28 |
Family
ID=87348850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220009434A KR20230113030A (ko) | 2022-01-21 | 2022-01-21 | 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230113030A (ko) |
| WO (1) | WO2023140441A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101110661B1 (ko) | 2009-06-30 | 2012-03-13 | 한국전력공사 | 발전설비용 산성가스 분리 시스템 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07318036A (ja) * | 1994-05-26 | 1995-12-08 | Hitachi Ltd | 廃ガス浄化方法 |
| KR100935997B1 (ko) * | 2009-05-18 | 2010-01-08 | 이정무 | 균일한 기포발생을 위한 산기장치 |
| KR101266258B1 (ko) * | 2011-01-28 | 2013-05-22 | 한국에너지기술연구원 | 이산화탄소 포집공정용 연소배가스 처리장치 및 처리방법 |
| KR101219789B1 (ko) * | 2012-10-05 | 2013-01-09 | (주)대우건설 | 다단 수직형 연속 이산화탄소 제거 장치 및 방법 |
| KR101773813B1 (ko) * | 2017-03-29 | 2017-09-01 | 한국지질자원연구원 | 이산화탄소를 이용한 탄산염의 선택적 제조방법 |
-
2022
- 2022-01-21 KR KR1020220009434A patent/KR20230113030A/ko not_active Application Discontinuation
- 2022-06-17 WO PCT/KR2022/008641 patent/WO2023140441A1/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101110661B1 (ko) | 2009-06-30 | 2012-03-13 | 한국전력공사 | 발전설비용 산성가스 분리 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023140441A1 (ko) | 2023-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2014334786B2 (en) | Method and apparatus for removing contaminants from exhaust gases | |
| US7964170B2 (en) | Method and apparatus for the removal of carbon dioxide from a gas stream | |
| US8137444B2 (en) | Systems and methods for processing CO2 | |
| CN102217152B (zh) | 气液接触器和排放物清洁***及方法 | |
| KR101489657B1 (ko) | 선박용 탈황 탈질 시스템 | |
| WO2018036417A1 (en) | Flue gas clean up method using a multiple system approach | |
| US9429274B2 (en) | Slurry control system | |
| CN102438732A (zh) | 从烟气中去除污染物和温室气体的方法和*** | |
| US7846406B2 (en) | Scrubber for removing pollutants from flue gas | |
| KR102470189B1 (ko) | 육상용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 | |
| KR101551806B1 (ko) | 선박용 탈황 탈질 시스템 | |
| EP3302759B1 (en) | Multi-level gas scrubber with multiple flooded scrubber heads | |
| CN105056746A (zh) | 锅炉烟气一体化分布式脱硫脱硝工艺的实现方法 | |
| Larki et al. | Mitigation approaches and techniques for combustion power plants flue gas emissions: A comprehensive review | |
| CN105032145A (zh) | 锅炉烟气一体化分布式脱硫脱硝装置 | |
| EP3858468A1 (en) | Process and absorption unit for removal of co2 from vehicle exhaust gas | |
| KR20230113030A (ko) | 석탄화력발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 | |
| JP2015134340A (ja) | ナノ微細水粒子を利用した、火力発電所等から排出する燃焼排ガス中の二酸化炭素ガス・煤塵・ｎｏｘ・ｓｏｘ等の直接吸着除去方法及びその装置。除去された新鮮空気を燃焼用空気に供給し燃焼効率を大幅に増加させてなる装置。 | |
| KR102470193B1 (ko) | 선박용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 | |
| CN101306321B (zh) | 煤烟脱硫除尘器及其使用方法 | |
| Plashykhin et al. | Flue gas purification from sulfur oxides and ash during solid fuel combustion in low-power boilers | |
| KR20230152870A (ko) | 석탄가스화 복합발전용 이산화탄소 및 황산화물 포집, 및 탄소자원화 시스템 | |
| KR20230114028A (ko) | 선박용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화 시스템 및 그 방법 | |
| KR20230152872A (ko) | 해수 및 배가스를 이용한 선박용 이산화탄소 포집 및 탄소자원화 시스템 | |
| CN204170603U (zh) | 一种船舶尾气电催化处理*** |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |