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KR20130078836A - Method for isolation of carbon dioxide contained in the exhaust gas on the bottom of the deep sea - Google Patents

Method for isolation of carbon dioxide contained in the exhaust gas on the bottom of the deep sea Download PDF

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KR20130078836A
KR20130078836A KR1020110147972A KR20110147972A KR20130078836A KR 20130078836 A KR20130078836 A KR 20130078836A KR 1020110147972 A KR1020110147972 A KR 1020110147972A KR 20110147972 A KR20110147972 A KR 20110147972A KR 20130078836 A KR20130078836 A KR 20130078836A
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Abstract

PURPOSE: A method for isolating carbon dioxide included in exhaust gas into deep seabed is provided to increase the dissolution rate of exhaust gas containing carbon dioxide by dissolving the exhaust gas in deep seawater of a low temperature. CONSTITUTION: A method for isolating carbon dioxide included in exhaust gas into deep seabed comprises the steps of: cooling exhaust gas containing carbon dioxide; supplying the exhaust gas to an absorbing tower (2) filled with an absorbent (3) represented by AMO2; discharging exhaust gas without carbon dioxide through a chimney (6); heating carbon dioxide absorbed on the absorbent; collecting emitted carbon dioxide in a carbon dioxide collecting tank (8); and dissolving the emitted carbon dioxide in seawater in order to isolate the carbon dioxide into deep seabed. In AMO2, A is an alkaline metal such as Li, Na, K, Rb, and Cs; and M is a metal such as Mn, Fe, Co, Ni, and Cu. [Reference numerals] (AA) Exhaust gas; (BB) Denitrification process; (CC) Dust collection process; (DD) Desulfurization process; (EE) Gas containing CO2; (FF) Cooling process; (GG) Atmosphere; (HH) Sea surface

Description

배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법{Method for isolation of carbon dioxide contained in the exhaust gas on the bottom of the deep sea}Method for isolation of carbon dioxide contained in the exhaust gas on the bottom of the deep sea}

본 발명은 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 화력발전소 굴뚝에서 배출되는 배기가스, 제철공장 굴뚝에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장의 굴뚝에서 배출되는 배기가스, 산업공장보일러 굴뚝에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소가 함유된 배기가스 중에 이산화탄소를 TSA(Temperature swing adsorption) 법에 의해서 포집(捕集)된 이산화탄소를 해수에 용해하여 해저심층에 격리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for isolating carbon dioxide contained in the exhaust gas in the deep seabed, and more particularly, exhaust gas from the chimney of the thermal power plant, exhaust gas from the chimney of the steel mill, exhaust from the chimney of the cement plant In the method of dissolving carbon dioxide trapped in the seawater by the TSA (Temperature swing adsorption) method in the exhaust gas containing carbon dioxide, such as the exhaust gas emitted from the gas and industrial factory boiler chimney, it is isolated in the seabed It is about.

산업의 발전에 따라서 이산화탄소의 배출량이 증가하고 있으며, 대기 중에 이산화탄소 농도는 산업혁명 이전에는 대략 280ppm 정도이던 것이 산업의 발전에 따라서 이산화탄소의 배출량이 증가하면서 현재에는 380ppm을 웃돌고 있다.Carbon dioxide emissions are increasing with the development of industry, and the concentration of carbon dioxide in the atmosphere was about 280ppm before the Industrial Revolution, and now it is over 380ppm with the increase of carbon dioxide with the development of industry.

이산화탄소는 적외선의 2.5∼3μm, 4∼5μm의 파장대역(波長帶域)에 강한 흡수대(吸收帶)를 가지기 때문에, 지상으로부터의 열이 우주로 확산하는 것을 막는, 이른바 온실효과(溫室效果) 가스로서 작용하며, 또한, 해수 중에의 용존량(溶存量)이 증가하는 것에 의해서 해수가 산성화하여 생태계에 악영향을 주는 등의 문제를 야기하고 있다.Carbon dioxide has a strong absorption band in the wavelength range of 2.5 to 3 μm and 4 to 5 μm of infrared rays, so it is a so-called greenhouse effect gas that prevents heat from the earth to diffuse into space. In addition, as the amount of dissolved dissolved in the seawater increases, the seawater acidifies and adversely affects the ecosystem.

그래서 교토의정서(京都議定書)에 의해서 이산화탄소를 함유한 온실가스 배출량의 삭감 목표가 각국에 제시되어, 각국은 배출되는 이산화탄소를 삭감할 것을 합의하였기 때문에 이산화탄소처리에 대한 구체적인 방법이 강구되어야 하는 실정에 이르렀다.Therefore, the Kyoto Protocol has proposed targets to reduce greenhouse gas emissions containing carbon dioxide, and each country has agreed to reduce carbon dioxide emissions. Therefore, specific methods for carbon dioxide treatment have to be devised.

특허문헌 1 일본특허공개번호 제2011-31154호에서는, 이산화탄소를 가압장치에서 가압한 것을 지하수(地下水), 해수(海水) 또는 함수(鹹水)가 존재하는 지중 수압 5∼50기압의 대수층(帶水層)에 공급하여 이산화탄소를 저류(貯留, 저장)하는 방법이 제시되어 있으나, 이산화탄소를 가압장치에서 가압하여야 하기 때문에 막대한 전력비가 소모되는 문제가 있다.Patent Literature 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2011-31154 discloses an aquifer of 5 to 50 atmospheric pressures in which underground water, sea water, or brine is present when carbon dioxide is pressurized by a pressurization device. Iv) to store the carbon dioxide (이산화탄소, storage) by supplying, but there is a problem that consumes enormous power ratio because carbon dioxide must be pressurized in the pressurizing device.

특허문헌 2 일본특허공개번호 제2009-119463호에서는, 이산화탄소 하이드레이트(CO2 hydrate)를 생성할 수 있는 바다 속에 마련한 CO2 하이드레이트 생성장치에 이산화탄소를 함유한 배기가스를 압축기(Compressor)로 공급하여 이산화탄소와 해수를 접촉시켜, 해수압(海水壓)을 이용하여 CO2 하이드레이트를 생성시킨 후, 생성한 CO2 하이드레이트를 해저에 침강시켜 해저에 저장하는 방법이 제시되어 있으나, 이산화탄소를 함유한 배기가스를 CO2 하이드레이트 생성장치에 압축하여 공급해야하므로 동력비가 높은 문제가 있다.Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2009-119463 discloses that a carbon dioxide-containing exhaust gas is supplied to a compressor to a CO 2 hydrate generating apparatus provided in a sea capable of producing carbon dioxide hydrate (CO 2 hydrate). After contacting with seawater to produce CO 2 hydrate by using sea water pressure, the method of depositing the generated CO 2 hydrate on the seabed and storing it on the seabed has been proposed. There is a problem in that the power cost is high because it must be compressed and supplied to the CO 2 hydrate generator.

특허문헌 3 일본특허공개번호 제2005-262001호와 특허문헌 5 일본특허공개번호 평(平) 09-103631호에서는 PSA(Pressure swing adsorption) 방법에 의한 이산화탄소 분리회수시스템이 제시되어 있으나, 이산화탄소의 농도가 20Vol% 이하로 낮은 배기가스 전체를 압축해야함으로 동력비가 높게 들어가는 문제가 있다.Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-262001 and Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 09-103631 disclose a carbon dioxide separation recovery system using a pressure swing adsorption (PSA) method. Has a problem that the power ratio is high because the entire exhaust gas must be compressed to less than 20 Vol%.

특허문헌 4 일본특허공개번호 제2000-70702호에서는, 해수 중에 가스리프트(Gas lift) 장치로서 설치한 역J자 관의 단각관내(短脚管內)에 이 하단부에 저 순도 이산화탄소가스를 공급하여 해수 중에 용해시킨 것을 심해로 보내는 방법이 제시되어 있으나, 역J자 관의 하단부에 저 순도 이산화탄소 가스를 공급하는데 동력비가 높게 소요되는 문제가 있다.Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-70702 supplies low-purity carbon dioxide gas to the lower end of a short-circuit pipe of an inverted J-shaped pipe installed in a seawater as a gas lift device. There is a method of sending the dissolved in the seawater to the deep sea, but there is a problem that the high power cost is required to supply a low-purity carbon dioxide gas to the bottom of the reverse J pipe.

그리고 비특허문헌 1에서 비특허문헌 4에서 상기 특허문헌에서 공지된 내용이거나, 이산화탄소를 CO2 해양격리기술개발의 현상, 이산화탄소의 심해 저류, 이산화탄소의 해양고정, 심해에서 CO2의 현상, 심해에 CO2 주입의 영향 등의 특성 및 현상만 제시된 기술들로 종래기술에 지나지 않는다.And non-Patent Document 1 to Non-Patent Document 4 in the above-mentioned patent document or CO 2 The technology presented only the characteristics and phenomena such as the phenomenon of ocean isolation technology development, the deep sea storage of carbon dioxide, the oceanic fixation of carbon dioxide, the phenomenon of CO 2 in the deep sea, the effect of CO 2 injection into the deep sea, and are nothing more than the prior art.

비특허문헌 5에 제시된 기술은 특허문헌 3의 기술의 내용과 특성을 제시한 기술로 이 역시 종래의 기술에 지나지 않는다.The technique proposed in the non-patent document 5 is the technique which presented the content and characteristic of the technique of the patent document 3, This also is only a conventional technique.

[특허문헌 1] 일본특허공개번호 제2011-31154호, 이산화탄소의 천대수층저류(二酸化炭素の淺帶水層貯留), (2011년 02월 17일)[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 2011-31154, Carbon Dioxide Storage of Carbon Dioxide, February 17, 2011 [특허문헌 2] 일본특허공개번호 제2009-119463호, 가스하이드레이트의 해 중 생성방법 및 가스하이드레이트 생성장치(ガスハイドレ―トの海中生成方法及びガスハイドレ―ト生成裝置), (2009년 06월 04일)[Patent Document 2] Japanese Patent Laid-Open No. 2009-119463, Method for Generating Gas Hydrate in Sea and Gas Hydrate Generating Apparatus, June 04, 2009 ) [특허문헌 3] 일본특허공개번호 제2005-262001호, 이산화탄소 분리회수시스템(二酸化炭素分離回收システム), (2005년 09월 29일)[Patent Document 3] Japanese Patent Publication No. 2005-262001, Carbon Dioxide Separation Recovery System (September 29, 2005) [특허문헌 4] 일본특허공개번호 제2000-70702호, 저 순도 이산화탄소가스를 해수 중에 용해하여, 심해에 보내는 방법 및 장치(低純度二酸化炭素ガスを海水中に溶解し、深海へ送りこむ方法及び裝置), (2000년 03월 07일)[Patent Document 4] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-70702, Method and apparatus for dissolving low-purity carbon dioxide gas in seawater and sending it to the deep sea. ), (March 07, 2000) [특허문헌 5] 일본특허공개번호 평(平) 09-103631호, 압력스윙흡착법(壓力スイング吸着法), (1997년 04월 22일)[Patent Document 5] Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-103631, Pressure Swing Adsorption Method (April 22, 1997)

[비특허문헌 1] 료우 이유우(綾 威雄), 야마네 켄지(山根 健次), 나가지마 야스하루(中島 康晴), CO2 해양격리기술개발의 현상(CO2海洋隔離技術開發の現狀), 일본마린엔지니어링학회지(日本マリンエンジニアリング學會誌), 제40권2호(2005년 07월)[Non-Patent Document 1] Ryouyu Yuu, Yamane Kenji, Nagajima Yasuharu, CO2 Marine Isolation Technology Development (CO2 海洋 隔離 技術 開發 の 現狀), Japan Marine Engineering Journal of the Korean Society for International Medicine, Vol. 40, No. 2 (July 2005) [비특허문헌 2] 야마네 켄지(山根 健次), 료우 이유우(綾 威雄), 이산화탄소 심해 저류에 관한 연구(二酸化炭素深海貯留に關する硏究), 일본선박해양공학회지(日本船舶海洋工學會誌) 제58호(2003년 01월)[Non-Patent Document 2] Yamane Kenji, Ryou-Yu Yu, Research on Deep-Storage Carbon Dioxide, Journal of the Korean Society of Ship and Ocean Engineers No. 58 (January 2003) [비특허문헌 3] 사이토 타카유키(齋藤 隆之), 이산화탄소의 고효율해양고정술(二酸化炭素の高效率海洋固定技術), 자원환경기술총합연구소지(資源環境技術總合硏究所誌), 1997년 09월호[Non-Patent Document 3] Saiyuki Takayuki, High Efficiency Ocean Fixation of Carbon Dioxide, Korea Institute of Resources and Environment Technology, 1997 Sep 09 Monthly issue [비특허문헌 4] Steinberg, M., in Discussions at Deep Sea and CO2 2000, Ship Res. Inst., Tokyo, (2000)[Non-Patent Document 4] Steinberg, M., in Discussions at Deep Sea and CO2 2000, Ship Res. Inst., Tokyo, (2000) [비특허문헌 5] 가와이 토시나가(川井利長), 압력스윙기술집성(壓力スイング吸着技術集成), 工業技術會, (1986년) [Non-Patent Document 5] Toshinaga Kawai, Combining Pressure Swing Technology, Industrial Engineering, 1986

본 발명은 종래의 선행기술에서 문제점을 해결하기 위해서, 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소를 TSA(Temperature swing adsorption) 법에 의해서 포집(捕集)된 이산화탄소를 해수에 용해하여 해저심층에 격리처리하는 방법을 제시하는데 목적이 있다.The present invention, in order to solve the problems in the prior art, the exhaust gas discharged from the boiler combustion process and production process of the fertilizer plant, power plant or industrial plant, the exhaust gas discharged from the steel mill, discharge from industrial plants such as cement plants The purpose of the present invention is to provide a method of dissolving carbon dioxide contained in exhaust gas discharged from various fermentation processes and carbon dioxide trapped by TSA (Temperature swing adsorption) method in seawater and sequestering it in deep seabed. have.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스 또는 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides an exhaust gas discharged from a boiler combustion process and a production process of a fertilizer plant, a power plant or an industrial plant, an exhaust gas discharged from a steel mill, an exhaust gas discharged from an industrial plant such as a cement plant, or In the method for sequestering the carbon dioxide contained in the exhaust gas discharged from the various fermentation process in the seabed depth,

상기 이산화탄소를 함유한 배기가스를 냉각하여 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스로 처리하는 냉각단계와, A cooling step of cooling the exhaust gas containing carbon dioxide and treating the exhaust gas containing carbon dioxide having a reduced temperature;

상기 냉각하여 온도를 떨어뜨린 이산화탄소를 함유한 배기가스는 흡착제가 충전된 흡착탑으로 보내어 흡착제에 이산화탄소가 흡착제거된 배기가스는 굴뚝으로 배출하고, 흡착탑 내에 충전제에 흡착된 이산화탄소는 가열하여 방출되는 이산화탄소는 이산화탄소포집탱크에 이산화탄소를 포집(捕集)하는 흡착·포집하는 단계와,The cooled exhaust gas containing carbon dioxide is sent to the adsorption tower filled with the adsorbent, the exhaust gas from which the carbon dioxide is adsorbed and removed from the adsorbent is discharged to the chimney, and the carbon dioxide adsorbed by the filler in the adsorption tower is released by heating. Adsorption and collection step of collecting carbon dioxide into the carbon dioxide collection tank,

상기 이산화탄소포집탱크에 이산화탄소는 해수에 용해하여 해저심층으로 배출하여 이산화탄소를 격리하는 단계로 이루어진 것에 특징이 있다.The carbon dioxide in the carbon dioxide capture tank is characterized in that the step consisting of dissolving the carbon dioxide by dissolving in sea water to discharge to the seabed deep.

본 발명은 이산화탄소를 함유한 배기가스를 특히 저온의 해양 심층수에 용해하였을 때는 용해율이 높은 효과가 있으면서, 이산화탄소 함량이 12∼20%로 농도가 낮은 배기가스의 경우는, 종전의 압축기로 압축한 고압가스를 저온에서 흡수한 것을 저압·고온에서 고농도의 이산화탄소를 방출하여 포집하는 PSA법에 비해서는 TSA법이 운전비용이 저렴한 효과도 있기 때문에 저온의 해양 심층수를 취수 가능한 지역에서는 이산화탄소의 처리에 널리 이용될 것으로 사료된다.The present invention has a high dissolution rate effect when the exhaust gas containing carbon dioxide is dissolved in deep sea water at low temperature, and in the case of exhaust gas having a low carbon dioxide content of 12 to 20%, the high pressure compressed by a conventional compressor. Compared to the PSA method, which absorbs gas at low temperatures and collects high concentrations of carbon dioxide at low pressure and high temperature, the TSA method has a lower operating cost, so it is widely used to treat carbon dioxide in areas where low temperature deep sea water can be collected. It is believed to be.

도 1은 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 공정도
도 2는 흡인장치(吸引裝置)의 단면도
도 3은 일반적인 배기가스처리공정도
도 4는 압력과 온도 변화에 따른 이산화탄소의 물에 용해도
도 5는 이산화탄소(CO2)-해수(H2O)-이산화탄소 하이드레이트의 상평형도
도 6은 압력-온도에 따른 CO2의 상평형도(Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide)
1 is a process diagram for sequestering carbon dioxide contained in exhaust gas in a seabed depth
2 is a cross-sectional view of the suction device (吸引 裝置)
3 is a general exhaust gas treatment process diagram
4 is the solubility of carbon dioxide in water with pressure and temperature changes
5 is a phase diagram of carbon dioxide (CO 2 ) -sea water (H 2 O) -carbon dioxide hydrate.
Figure 6 is a pressure-phase diagram (Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide) of CO 2 with temperature

본 발명은 비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스를 저온에서 흡착제(Adsorbent)에 흡착한 이산화탄소를 고온에서 방출하는 TSA(Temperature swing adsorption) 법에 의해서 포집(捕執)된 이산화탄소를 해수에 용해하여 해저심층에 격리처리하는 방법을 제시한다.The present invention is the exhaust gas emitted from the boiler combustion process and production process of the fertilizer plant, power plant or industrial plant, the exhaust gas from the steel mill, the exhaust gas from industrial plants such as cement plants, exhaust from various fermentation processes Carbon dioxide trapped in the sea water by the TSA (Temperature swing adsorption) method, which emits carbon dioxide adsorbed on the adsorbent at low temperature, such as the exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) at low temperature A method of sequestration at the bottom of the ocean is presented.

현재 연소공정에서 배출되는 배기가스를 처리하는 일반적인 공정은, 도 3에서 보는 바와 같이 탈질처리, 집진처리, 탈황처리를 순차적으로 처리하여 굴뚝으로 배기하고 있으며, 본 발명에서는 탈질처리, 집진처리, 탈황처리가 된 배기가스에 함유된 이산화탄소를 탈CO2 처리를 한 다음 굴뚝으로 배출하는 방법을 제시한다.Currently, the general process of treating the exhaust gas discharged from the combustion process, the denitrification treatment, dust collection treatment, desulfurization treatment is sequentially exhausted to the chimney as shown in Figure 3, in the present invention, the denitrification treatment, dust collection treatment, desulfurization de-CO 2 to the carbon dioxide contained in the exhaust gas is processed It suggests how to treat and then discharge into the chimney.

저온에서 이산화탄소의 흡착률이 높으면서 고온에서 방출이 용이한 흡착제를 본 발명의 발명자는 예의 검토한 결과, 금속(Mn, Fe, Co, Ni, Cu)산화물 100몰(mole)에 리튬(Lithium, Li), 나트륨(Natrium, Na), 칼륨(Kalium, K), 루비듐(Rubidium, Rb), 세슘(Cesium, Cs)과 같은 알칼리 금속(Alkali metals)의 탄산염 100∼120 몰(mole)을 혼합한 것을 900∼1000℃에서 10∼20시간 소성(燒成)하면, AMO2(여기서 A = Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리 금속이며, M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu와 같은 금속이다.)와 같은 고용체(固溶體) 화합물이 생성된다. 이 고용체 화합물이 이산화탄소의 흡착능력이 매우 우수하였으며, 특히 M는 Fe가, A는 K와 Na인 경우가 CO2의 흡착능력이 우수한 것으로 밝혀졌다. The inventors of the present invention intensively examined an adsorbent that has a high adsorption rate of carbon dioxide at a low temperature and is easily released at a high temperature. ), A mixture of 100 to 120 moles of carbonates of alkali metals such as sodium (Natrium, Na), potassium (Kalium, K), rubidium (Rubidium, Rb), and cesium (Cesium, Cs) When calcined at 900 to 1000 ° C. for 10 to 20 hours, AMO 2 (wherein A = Li, Na, K, Rb, Cs is an alkali metal such as M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc.). Solid solution compound). The solid solution was the compound is extremely excellent in the adsorption capacity of the carbon dioxide, in particular M is Fe is, A was found to be the case of K and Na is excellent in absorption capacity of the CO 2.

① 이산화탄소 흡착제인 AMO2의 제조① Preparation of AMO 2 , a carbon dioxide adsorbent

A2CO3 + M2O3 ―가열(900℃)→ 2AMO2 + CO2 ……………………(1)A 2 CO 3 + M 2 O 3 ―Heating (900 ℃) → 2AMO 2 + CO 2 ... ... ... ... ... ... ... ... (One)

② 이산화탄소 흡착반응② CO2 adsorption reaction

2AMO2 + CO2 ―냉각→ A2CO3 + M2O3 ……………………………(2)2AMO 2 + CO 2 Cooling → A 2 CO 3 + M 2 O 3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (2)

A2CO3 + CO2 + H2O ―냉각→ 2AHCO3 ……………………………(3)A 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O—cooling → 2AHCO 3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (3)

흡착총괄반응Adsorption reaction

2AMO2 + 2CO2 + H2O ―냉각→ 2AHCO3 + M2O3 ……………………(4)2AMO 2 + 2CO 2 + H 2 O ―Cooling → 2AHCO 3 + M 2 O 3 ... ... ... ... ... ... ... ... (4)

③ 이산화탄소 방출반응③ carbon dioxide emission reaction

2AHCO3 ―가열→ A2CO3 + CO2 + H2O …………………………………(5)2AHCO 3 -heated → A 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (5)

A2CO3 + M2O3 ―가열→ 2AMO2 + CO2 ………………………………(5)A 2 CO 3 + M 2 O 3 ― Heating → 2AMO 2 + CO 2 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... (5)

방출총괄반응Release reaction

2AHCO3 + M2O3 ―가열→ 2AMO2 + 2CO2 + H2O ………………………(7)2AHCO 3 + M 2 O 3 Heating → 2 AMO 2 + 2CO 2 + H 2 O... ... ... ... ... ... ... ... ... (7)

상기 반응에서 보는 바와 같이 AMO2는 온도 스윙(Swing)에 의해서 이산화탄소를 흡착 및 방출을 하게 되면서 고농도의 이산화탄소를 포집하게 된다.As seen in the reaction, AMO 2 captures high concentrations of carbon dioxide while adsorbing and releasing carbon dioxide by a temperature swing.

그리고 고농도의 이산화탄소는 저온의 해양 심층수에 용해하여 해저심층에 안전하게 격리처리할 수 있는 조건을 검토하면 다음과 같다.
In addition, the high concentration of carbon dioxide is dissolved in low-temperature deep sea water, and the conditions under which it can be safely sequestered in deep seabed are as follows.

1. 물에 CO2의 용해는 고압, 저온에서 효율이 좋다.1. The dissolution of CO 2 in water is efficient at high pressure and low temperature.

이산화탄소의 물에 용해도는, 도 4 '압력과 온도 변화에 따른 이산화탄소의 물에 용해도'에서 보는 바와 같이 저온, 고압 상태에서 용해효율이 상승 된다.Solubility in water of carbon dioxide, as shown in Figure 4 'solubility in water of carbon dioxide according to pressure and temperature changes', the melting efficiency is increased at low temperature and high pressure.

그래서 이산화탄소를 온도가 낮은 해양 심층수를 사용하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to use deep ocean water with low carbon dioxide temperature.

해양 심층수는 북극과 남극의 빙하가 녹은 물이 밀도 차이로 해저로 침강하여 -2∼10℃의 저온으로 존재하는 특징이 있다. 통상적으로 해양 심층수는 해수면에서 200m보다 깊은 곳에 존재하며, 연중 일정한 수온을 유지하고 있다.The deep ocean water is characterized by the melting of glaciers in the Arctic and Antarctic sediments at sea level due to the difference in density. Normally, deep ocean water is deeper than 200m above sea level and maintains a constant water temperature throughout the year.

특히 한국 동해안의 해양 심층수는 일본열도가 가로 막혀 있어 해저심층에서 조류의 흐름이 느려 다른 지역(일본 동쪽의 태평양 연안, 미국 하와이, 유럽의 대서양 지역 등)에 비해서 수온이 낮은 특징이 있다. 일본 토야마현(富山縣) 해안의 앞바다, 미국 하와이 코나(Kona) 해안의 앞바다의 경우는 해수면에서 200m 깊이에 존재하는 해양 심층수의 경우 8∼10℃로 존재하는데, 한국 동해안의 고성이나 울릉도 앞바다의 경우는 해수면에서 200m 깊이에 있는 해양 심층수의 경우 2℃ 전후로 연간 일정하게 저온으로 존재하는 특징이 있다. 따라서 한국 동해안 있는 발전소, 시멘트공장, 제철소, 석유화학공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 함유한 배기가스의 처리는 해양 심층수를 흡수제로 사용하여 CO2를 용해한 해양 심층수를 해저심층에 CO2하이드레이트(CO2 hydrate) 상태로 격리처리하는 것이 다른 처리방법에 비해서 가장 경제적이면서 안전하게 처리할 수 있다.
In particular, the deep ocean waters on the east coast of Korea are blocked by the Japanese archipelago, and the water temperature is lower than that of other regions (Pacific coast in east Japan, Hawaii, USA, and Atlantic Ocean in Europe) due to the slow flow of algae. On the coast of Toyama Prefecture, Japan, and on the coast of Kona, Hawaii, USA, the deep ocean water, which is 200m deep, exists at 8 to 10 ° C. In the case of deep sea water 200 m deep from the sea level, it is characterized by a constant low temperature around 2 ℃ annually. Therefore, Korea CO 2 hydrate on the East Coast power plants, cement plants, steel mills, petrochemical plants seabed depth deep ocean water dissolved CO 2 processing of the exhaust gas containing carbon dioxide by using the deep ocean water as the absorbent is discharged from that (CO 2 Isolation in the hydrate state is the most economical and safe process compared to other treatment methods.

2. 이산화탄소가 해수에 용해하여 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성되는 조건을 검토하면 다음과 같다.2. Carbon dioxide is dissolved in sea water and CO 2 hydrate (CO 2 The conditions under which hydrates are generated are as follows.

도 5 '이산화탄소(CO2)-해수(H2O)-이산화탄소 하이드레이트의 상평형도'에서 보는 바와 같이 고체상태의 클라스레이트화합물(Clathrate compound, 包接水和物)인 CO2 하이드레이트(CO2-hydrate)의 생성은, 압력이 4.468MPa 이상일 때, 온도는 10.5℃ 이하에서 생성된다. 이와 같이 물·액체CO2·기체CO2·CO2하이드레이트의 4상(相)이 공존할 수 있는 점을 4중점(四重點, Quadruple Point)이라 한다, CO2 하이드레이트의 생성 반응은 다음과 같다.As shown in FIG. 5 'Phase diagram of carbon dioxide (CO 2 ) -sea water (H 2 O) -carbon dioxide hydrate', CO 2 which is a clathrate compound (包 接 水 和 物) in a solid state The production of hydrate (CO 2 -hydrate) is produced at a temperature of 10.5 ° C. or less when the pressure is 4.468 MPa or more. In this manner is referred to as water, liquid CO 2, gaseous CO 2, it points to the four-phase coexisting (相) of CO 2 hydrate emphasis 4 (四重點, Quadruple Point), CO 2 The formation reaction of the hydrate is as follows.

CO2 + nH2O ⇔ CO2·nH2O (CO2-hydrate)……………………(8)CO 2 + nH 2 O—CO 2 · nH 2 O (CO 2 -hydrate)... ... ... ... ... ... ... ... (8)

상기 반응식 (8)에서 수화수(水和數) n는 5∼8로 밝혀져 있으며, CO2 하이드레이트의 비중은, 해수의 비중 1.023(24℃)보다 큰 1.1 전후로, 해수 중에서 해저바닥에 침전하게 된다. 수온이 10.5℃ 이상인 수중에서는 CO2 하이드레이트의 생성이 어렵다.In the reaction scheme (8), the hydrated water n is found to be 5-8, and CO 2 The specific gravity of the hydrate is about 1.1, which is larger than the specific gravity 1.023 (24 ° C) of the seawater, and is precipitated in the sea bottom in the seawater. In water with a water temperature of 10.5 ° C or higher, CO 2 The production of hydrates is difficult.

그래서 저온의 해양 심층수를 취수 가능한 지역에서는 CO2를 흡수한 해양 심층수를 CO2 하이드레이트가 생성될 수 해저심층에 주입하여 격리처리하는 것이 경제적이면서 가장 안정적으로 처리할 수 있다.So, the possible intake of cold deep ocean water, CO area of deep ocean water absorbs the CO 2 2 It is economical and most stable to inject hydrates into the subsea depth where they can be produced.

다시 말해서 흡수공정에서 CO2를 흡수한 해양 심층수는 수온이 10.5℃ 이하이면서 수압(水壓)이 45mH2O(수심 45m)이상이 되는 해저심층에 격리처리하는 것이 좋다.In other words, the deep ocean water absorbing CO 2 in the absorption process should be sequestered in the deep seabed where the water temperature is 10.5 ° C or less and the water pressure is 45mH 2 O (45m depth) or more.

실제 한국의 동해 해저심층에는 수온이 2℃ 전후로 메테인 하이드레이트(Methane hydrate)와 CO2 하이드레이트(CO2 hydrate)가 상당량 존재하는 것으로 확인되었다.
Indeed, in the deep sea bed of Korea, methane hydrate and CO 2 Hydrate (CO 2 hydrate) was found to be present in significant amounts.

3. 수온이 10.5℃ 이상이 되어 CO2 하이드레이트 생성이 되지 않는 해저지점에 격리하는 경우3. The water temperature is over 10.5 ℃ and CO 2 Isolate to the seabed where no hydrate is formed

수온이 10.5℃ 이상이 되면 CO2 하이드레이트 생성은 되지 않기 때문에 물에 용해된 상태나, 액체 탄산(Liquid carbon dioxide) 상태로 격리해야 한다.CO 2 when the water temperature is above 10.5 ℃ Because it does not form hydrates, it must be sequestered in water or liquid carbon dioxide.

심층해저에서 10.5℃ 이하 저온의 해양 심층수가 존재하지 않는 해저심층에서는 CO2 하이드레이트가 존재하지 않고, 이산화탄소가 수중에 용해된 상태나, 액체 탄산 상태로 존재한다. In deep seabeds, where there is no deep sea water at temperatures below 10.5 ° C, CO 2 No hydrate is present, and carbon dioxide is dissolved in water or in a liquid carbonate state.

오키나와현(沖繩縣) 요나구니섬(與那國島) 수심 1380m 해저에서는 액체 탄산 풀(Liquid carbon dioxide pool)이 존재하는 것이 확인되었다.It was confirmed that a liquid carbon dioxide pool existed at the seabed of 1380m depth in Yonaguni Island, Okinawa Prefecture.

수온이 10.5℃ 이상인 경우는 CO2 하이드레이트 상태로는 격리할 수 없는 경우는 이산화탄소의 임계온도(Critical temperature) 31.1℃ 이하, 임계압력(Critical pressure) 7.382MPa보다 높은 수두압이 되는 지점에 격리처리하여야 한다.If the water temperature is 10.5 ℃ or higher, CO 2 If it cannot be sequestered in the hydrated state, it should be sequestered at the point where the head pressure becomes below the critical temperature of carbon dioxide of 31.1 ° C and higher than the critical pressure of 7.382 MPa.

이산화탄소의 임계점(Critical point)은, 도 6 '압력-온도에 따른 CO2의 상평형도(Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide)'에서 보는 바와 같이 31.1℃, 7.382MPa이다. 수온이 이산화탄소의 임계온도 31.1℃ 이상 되는 지점에서는 격리하여서는 안 된다.
The critical point of carbon dioxide (Critical point) is, Figure 6 - is 31.1 ℃, 7.382MPa, as shown in "Phase Equilibrium pressure of CO 2 with temperature also (Pessure-temperature phase diagram of carbon dioxide) '. It should not be sequestered at the point where the water temperature is above the critical temperature of carbon dioxide 31.1 ℃.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 안전하게 격리(隔離)할 수 있는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, a method for safely sequestering carbon dioxide contained in exhaust gas in a seabed depth with reference to the accompanying drawings will be described in detail.

Ⅰ. 냉각단계Ⅰ. Cooling stage

비료공장, 발전소나 산업공장의 보일러연소공정과 생산공정에서 배출되는 배기가스, 제철공장에서 배출되는 배기가스, 시멘트공장과 같은 산업공장에서 배출되는 배기가스, 각종 발효공정에서 배출되는 배기가스와 같이 이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스는 대체로 온도가 높기 때문에 배기가스이송송풍기(1)로 냉각공정에 보내어 온도를 30℃ 이하로 이산화탄소를 함유한 배기가스로 냉각한다. 이때 냉각된 온도는 낮을수록 좋기 때문에 특별히 하안의 온도는 특별히 제한하지 않는다.Exhaust gas from fertilizer plant, power plant or industrial plant boiler combustion process and production process, exhaust gas from steel mill, cement plant, exhaust gas from industrial plant such as cement plant, exhaust gas from various fermentation process Since the exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ) is generally high in temperature, the exhaust gas is sent to the cooling process by the exhaust gas transport fan (1) to cool the exhaust gas containing carbon dioxide below 30 ° C. At this time, since the cooled temperature is so good that there is no restriction | limiting in particular in the temperature of a riverbank.

냉각공정의 냉각기는 투관식 열교환기(Tube and shell heat exchanger type) 또는 기·액 접촉식 열교환기를 사용한다.
The chiller of the cooling process uses a tube and shell heat exchanger type or a gas-liquid contact heat exchanger.

Ⅱ. 흡착·포집하는 단계Ⅱ. Adsorption and collection step

냉각된 이산화탄소를 함유한 배기가스가 흡착탑(2)에 공급되어 흡착제(3)에 흡착·방출되는 반응 메커니즘(Mechanism)을, 상기 흡착제 AMO2에서 A는 K, M는 Fe인, KFeO2 흡착제가 이산화탄소를 흡착·방출하는 반응메커니즘을 다시 한번 설명하면 다음과 같다.
For containing the cooled carbon dioxide, exhaust gas is supplied to the adsorption tower (2) reaction of adsorption and release the adsorbent (3) mechanism (Mechanism), in the adsorbent AMO 2 A is K, M is Fe is, KFeO second adsorbent The reaction mechanism for adsorbing and releasing carbon dioxide is described as follows.

① 흡착과정① Adsorption process

상기 이산화탄소를 함유한 배기가스로 냉각한 배기가스를 흡착제(3)가 충전된 흡착탑(2)으로 보내면 이산화탄소가 흡착제(3)에 흡착되고, 이산화탄소가 흡착제(3)에 흡착되어 제거된 배기가스는 굴뚝으로 보내어 배기한다. 이때 일어나는 흡착반응은 다음 반응식 (9)와 같다.When the exhaust gas cooled by the exhaust gas containing the carbon dioxide is sent to the adsorption tower 2 filled with the adsorbent 3, the carbon dioxide is adsorbed to the adsorbent 3, and the carbon dioxide adsorbed to the adsorbent 3 to remove the exhaust gas. Send it to the chimney and exhaust it. The adsorption reaction occurring at this time is shown in the following reaction formula (9).

2KFeO2 + 2CO2 + H2O ―냉각→ 2KHCO3 + Fe2O3 ……………………(9)
2KFeO 2 + 2CO 2 + H 2 O ―Cooling → 2KHCO 3 + Fe 2 O 3 ... ... ... ... ... ... ... ... (9)

② 방출과정② Release process

이산화탄소가 흡착제(3)에 흡착된 것은 흡착탑(2) 외부에 설치된 히팅 튜브(Heating tube, 4)로 190∼210℃로 가열하면 이산화탄소는 탈착되어 방출된다. 방출되는 이산화탄소는 이산화탄소포집탱크(8)로 보낸다. 이때 일어나는 탈착 반응은 다음 반응식 (10)과 같다.The carbon dioxide adsorbed to the adsorbent 3 is heated to 190 to 210 ° C. by a heating tube 4 installed outside the adsorption tower 2, and the carbon dioxide is desorbed and released. The carbon dioxide released is sent to the carbon dioxide capture tank (8). The desorption reaction occurring at this time is shown in the following reaction formula (10).

2KHCO3 + Fe2O3 ―가열→ 2KFeO2 + 2CO2 + H2O ………………………(10)
2KHCO 3 + Fe 2 O 3 Heating → 2 KFeO 2 + 2CO 2 + H 2 O... ... ... ... ... ... ... ... ... (10)

상기한 반응식 (9) 및 (10)에서 보는 바와 같이 냉각된 저온상태에서는 흡착제 KFeO2(AMO2) 1 몰(mole)이 CO2 1 몰(mole)을 흡착하며, 가열하여 고온이 되면 CO2 1몰(mole)이 방출하게 된다. As shown in the reaction schemes (9) and (10), 1 mole of the adsorbent KFeO 2 (AMO 2 ) is CO 2 in the cooled low temperature state. Adsorbs 1 mole, and when heated to a high temperature, CO 2 One mole is released.

흡착탑(2)의 구조는, 도 1에서와 같이 흡착탑(2) 외부에 히팅 튜브(4)와 보온재(5)를 설치하고, 히팅 튜브(4)에 열매체(熱媒體) 오일(Oil)을 사용하여 가열하거나, 히팅 튜브(4) 대신에 히팅 재킷(Heating jacket)을 설치하는 구조, 또는 전기 히팅(Electrical heating) 시스템인 오토클레이브(Autoclave)로 하여도 된다.As for the structure of the adsorption tower 2, the heating tube 4 and the heat insulating material 5 are installed in the exterior of the adsorption tower 2, as shown in FIG. By heating, or instead of the heating tube 4, a heating jacket may be provided, or an autoclave which is an electric heating system.

흡착탑(2)에 흡착제(3)의 충전하는 양은, 배기가스에 함유된 이산화탄소의 농도, 유량, 흡착시간을 감안하여 결정하지만, 흡착시간은 4∼8시간으로 하여 한쪽 흡착탑(2)에서는 냉각된 이산화탄소를 함유한 배기가스를 통과시켜 이산화탄소를 흡착하는 운전을 하고, 나머지 한쪽 흡착탑(2)에서는 가열하여 흡착제(3)에 흡착된 이산화탄소를 방출하여 재생하는 운전을 상호 교호적(交互的)으로 한다.The amount of the adsorbent 3 charged to the adsorption tower 2 is determined in consideration of the concentration of carbon dioxide contained in the exhaust gas, the flow rate, and the adsorption time. However, the adsorption time is 4 to 8 hours, and the adsorption tower 2 is cooled. The operation of adsorbing carbon dioxide through an exhaust gas containing carbon dioxide is carried out, and the operation of heating and releasing and regenerating carbon dioxide adsorbed to the adsorbent 3 in the other adsorption column 2 is alternately performed. .

이산화탄소포집탱크 실피트(7)와 이산화탄소포집탱크(8)의 구조는, 구형으로하고, 구형인 이산화탄소포집탱크 실피트(7)의 수중에 설치하는 이산화탄소포집탱크(8) 수중 부상식(浮上式)으로 하여 포집된 이산화탄소를 저장하며, 저장용량은 8∼12시간으로 한다.
The structures of the carbon dioxide capture tank silpit (7) and the carbon dioxide capture tank (8) are spherical and are mounted in the water of the spherical carbon dioxide capture tank silpit (7). ) To store the collected carbon dioxide, and the storage capacity is 8 to 12 hours.

Ⅲ. 해저심층에 이산화탄소를 격리하는 단계Ⅲ. Sequestering Carbon Dioxide in Deep Seabeds

상기 이산화탄소포집탱크(8)에 포집된 이산화탄소는, 해수취수펌프(9)로 취수된 해수를 이산화탄소 흡인장치(10)의 액체 유로(10a)로 보내어 노즐 부(10b)를 통과하면 베르누이 이론(Bernoulli's theory)에 의해서 이산화탄소포집탱크(8)에 포집된 이산화탄소가 기체 유로(10c)를 통해서 흡인되어 기·액 혼합유로(10d)를 지나 해저심층 배출배관(12)을 통과하면서 이산화탄소를 해수에 용해하여 해저심층으로 보내어 격리처리한다. The carbon dioxide collected in the carbon dioxide collection tank 8 sends the seawater collected by the seawater intake pump 9 to the liquid flow path 10a of the carbon dioxide suction device 10 and passes through the nozzle part 10b to Bernoulli's theory (Bernoulli's). The carbon dioxide trapped in the carbon dioxide capture tank 8 is sucked through the gas flow path 10c through the gas-liquid mixing flow path 10d, and then dissolved in the seawater while passing through the deep sea bottom discharge pipe 12. Send it to deep seabed for quarantine.

이산화탄소 흡인장치(10)는, 도 2 '흡인장치(吸引裝置)의 단면도'에서 보는 바와 같이 실험실의 아스피레이터(Aspirator)와 같은 구조로, 해수취수펌프(9)로 해수를 흡인장치(10)의 액체 유로(10a)에 공급하여 노즐부(10b)를 통과하면 베르누이 이론(Bernoulli's theory)에 의해서 이산화탄소포집탱크(8)에 포집된 이산화탄소가 기체 유로(10c)로 흡인(吸引)되어 해수와 함께 기·액 혼합유로(10d)를 통과하여 해저심층 배출배관(12)을 통해서 해저심층으로 보내어 지게 된다.The carbon dioxide suction device 10 has a structure similar to that of an aspirator in a laboratory, as shown in FIG. 2, a cross-sectional view of the suction device, and sucks seawater with a seawater intake pump 9. When it is supplied to the liquid flow path 10a of the c) and passes through the nozzle part 10b, the carbon dioxide collected in the carbon dioxide collection tank 8 is sucked into the gas flow path 10c by Bernoulli's theory, Together with the gas-liquid mixing passage (10d) is sent to the deep seabed through the deep sea bottom discharge pipe (12).

해수취수배관(11)은 내염성이 우수한 PE(Polyethylene) 또는 PP(Polypropylene) 배관을 계류삭(Mooring rope)과 연결한 것을 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤)나 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상에 의해서 파손되지 않게 닻(Anchor)을 설치하여 해저바닥에 고정하여 취수지점까지 설치한다. 해수취수배관(11)의 말단 (末端)에는 수가대(受架臺: 13)를 배관과 플랜지(Flange)로 연결하여 설치하고, 배관의 끝 부분에는 비중이 가벼운 부대(浮袋: 14)를 설치하여 해저지표면에 퇴적된 개흙(泥質)이 유입되지 않도록 해저지표면에서 10∼20m 떠있게 설치한다.The seawater intake pipe 11 connects PE (Polyethylene) or PP (Polypropylene) pipes with excellent flame resistance to mooring ropes, and has a tsunami caused by waves or earthquakes caused by typhoons. An anchor is installed so that it is not damaged by the ripple effect, and it is fixed to the bottom of the sea and installed to the intake point. At the end of the seawater intake pipe (11), a water basin (13) is connected by a pipe and a flange, and a light weight bag (14) is installed at the end of the pipe. In order to prevent the inflow of deposited soil on the seabed surface, it should be installed 10 ~ 20m away from the seabed surface.

그리고 해수취수배관(11)이 해산(海山) 또는 해구(海丘) 지역에서 피그 테일(Pig-tail) 형태로 설치되는 경우 배관의 철부(凸部)의 마루부분에 기체가 차게 되면서 취수량이 서서히 감소하게 되며, 나아가서는 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기되어 취수가 되지 않게 되므로, 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 야기될 수 있는 지점에는 가스배출구(Vapor vent hole)를 설치하여 배관 내에 기체가 차지 않게 하여 베이퍼로크(Vapor-lock) 현상이 일어 나지 않도록 하여야 한다. And when the seawater intake pipe (11) is installed in the form of a pigtail (pig-tail) in the Haisan or Haikou area as the gas fills the floor of the convex portion of the pipe, the intake amount is gradually In addition, since a vapor-lock phenomenon is caused to prevent water intake, a vapor vent hole is installed at a point where a vapor-lock phenomenon may occur. The gas must not be charged to prevent the vapor-lock phenomenon.

그리고 해저심층배출배관(12)도 상기 해수취수배관(11)과 동일하게 필요한 지점까지 설치한다.And the deep sea bottom discharge pipe 12 is also installed to the required point in the same way as the sea water intake pipe (11).

해수의 취수방법은 도 1에서와 같이 해수취수배관(9) 선단(先端)에 해수취수펌프(9)를 프라이밍(Priming) 용이하도록 해수면 보다 3∼4m 낮게 하여 펌프실 내에 설치하거나, 집수조를 해수면 보다 3∼4m 낮게 설치하여, 사이펀(Siphon) 원리에 의해서 취수하여도 상관없다.The sea water intake method is installed in the pump room by lowering the seawater intake pump 9 at the tip of the seawater intake pipe 9 at 3 to 4m lower than the sea level so as to prime the seawater as shown in FIG. It may be set at a low 3-4m, and water may be taken in accordance with the siphon principle.

상기 이산화탄소가 용해된 해수를 해저심층으로 배출하여 이산화탄소를 격리처리는, 이산화탄소가 용해된 해수를 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성될 수 있거나. 또는 이산화탄소의 임계점(Critical point)인 온도는 31.1℃ 이하, 압력은 7.382MPa 이상의 조건이 유지되는 해저심층에 격리처리한다.The carbon dioxide is dissolved into the seabed by discharging the seawater dissolved in the deep sea, carbon dioxide hydrated CO 2 hydrate (CO 2 hydrate) may be produced. Alternatively, the carbon dioxide is sequestered in the deep seabed where the critical point of temperature is below 31.1 ° C and the pressure is above 7.382MPa.

상기 이산화탄소를 CO2하이드레이트(CO2 hydrate)가 생성될 수 있는 수온이 10.5℃ 이하이면서 수두압이 45mH2O 이상 되는 해저심층에 이산화탄소를 격리처리 한다. 그러나 조류의 흐름, 태풍(颱風)에 의한 파도(波濤), 지진(地震)에 의한 쓰나미(津波) 현상, 용승(湧昇, Upwelling) 현상 등을 감안하여 수온이 10.5℃ 이하가 되어도 해수면에서 500m보다 깊은 해저심층에 이산화탄소를 격리처리하는 것이 바람직하다.The carbon dioxide is CO 2 hydrate (CO 2 Carbon dioxide is sequestered in the deep seabed where water temperature that can produce hydrates is 10.5 ℃ or less and head pressure is 45mH 2 O or more. However, considering the flow of tides, waves caused by typhoons, tsunamis caused by earthquakes, upwelling, etc., the water temperature is 500m below sea level even if the temperature is below 10.5 ℃. It is desirable to sequester carbon dioxide in deeper seabed depths.

수온이 10.5℃ 이하의 해양 심층수를 취수할 수 없는 해안가에서는, 수온이 이산화탄소의 임계온도 31.1℃ 이하의 표층해수를 사용하여 배기가스에 함유된 CO2를 용해한 해수의 경우는, 수두압이 74mH2O 이상 되는 해저심층에 격리처리하여야 한다. 이때도 조류의 흐름, 태풍에 의한 파도, 지진에 의한 쓰나미 현상, 용승 현상 등을 감안하여 수온이 31.1℃ 이하가 되어도 해수면에서 500m보다 깊은 해저심층에 이산화탄소를 격리처리하는 것이 바람직하다.At seasides where water temperature is not able to withdraw deep ocean water below 10.5 ° C, the head pressure is 74 mH 2 for seawater that has dissolved CO 2 contained in exhaust gas using surface seawater with a critical temperature of 31.1 ° C or lower. It should be sequestered above the seabed deeper than O. In this case, it is preferable to sequester carbon dioxide in a deep seabed that is deeper than 500m above sea level even if the water temperature is lower than 31.1 ° C in view of tidal currents, waves caused by typhoons, tsunamis caused by earthquakes, and water rise.

본 발명의 이산화탄소를 함유한 배기가스를 저온의 해양 심층수에 용해하였을 때는 용해효율이 높으면서, 이산화탄소 함량이 20% 이하로 낮은 배기가스의 경우는 TSA법이 시설이 간단하여 시설비도 저렴하면서 우전비용이 저렴한 등 다양한 특징이 있기 때문에, 저온의 해양 심층수를 용이하게 취수할 수 있는 지역에서는 이산화탄소를 처리하는데 널리 이용될 것으로 기대된다.When the exhaust gas containing the carbon dioxide of the present invention is dissolved in deep sea water at low temperature, the exhaust gas having high dissolution efficiency and low carbon dioxide content of 20% or less has a simple facility in which TSA method is simple, so that the facility cost is low and the cost of accident is high. It is expected to be widely used for treating carbon dioxide in an area where low temperature deep sea water can be easily taken in due to various characteristics such as low cost.

1: 배기가스이송송풍기 2: 흡착탑
3: 흡착제 4: 히팅튜브(Heating tube)
5: 보온재(保溫材) 6: 굴뚝
7: 이산화탄소포집탱크 실 피트(Seal pit) 8: 이산화탄소포집탱크
9: 해수취수펌프 10: 흡인장치(吸引裝置)
10a: 액체 유로 10b: 노즐(Nozzle) 부
10c: 기체 유로 10d: 기·액 혼합유로
11: 해수취수배관 12: 해저심층배출배관
13 수가대(受架臺) 14: 부대(浮袋)
G/L: 지면(Ground Level)
1: exhaust gas transfer blower 2: adsorption tower
3: adsorbent 4: heating tube
5: insulation material 6: chimney
7: Carbon dioxide capture tank seal pit 8: Carbon dioxide capture tank
9: seawater intake pump 10: suction device
10a: liquid flow path 10b: nozzle part
10c: gas flow path 10d: gas-liquid mixture flow path
11: seawater intake pipe 12: deep sea discharge pipe
13 Sugadae 14: Units
G / L: Ground Level

Claims (1)

이산화탄소(CO2)를 함유한 배기가스에서 이산화탄소를 해저심층에 격리처리하는 방법에 있어서,
상기 이산화탄소를 함유한 배기가스를 냉각공정에서 냉각한 이산화탄소를 함유한 배기가스로 처리하는 냉각단계와,
상기 냉각한 이산화탄소를 함유한 배기가스를 흡착제 AMO2(A는 Li, Na, K, Rb, Cs와 같은 알칼리 금속이며, M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu와 같은 금속)가 충전된 흡착탑에 공급하여 이산화탄소를 흡착·제거된 배기가스는 굴뚝을 통해서 배출하고, 흡착제에 흡착된 이산화탄소는 가열하여 방출된 이산화탄소를 이산화탄소포집탱크에 포집하는 흡착·포집하는 단계와,
상기 방출된 이산화탄소는 해수에 용해하여 해저심층에 이산화탄소를 격리하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배기가스에 함유된 이산화탄소를 해저심층에 격리하는 방법
In the method for sequestering carbon dioxide in the deep seabed in the exhaust gas containing carbon dioxide (CO 2 ),
A cooling step of treating the exhaust gas containing carbon dioxide with exhaust gas containing carbon dioxide cooled in a cooling process;
The cooled exhaust gas containing carbon dioxide was adsorbed with an adsorbent AMO 2 (A is an alkali metal such as Li, Na, K, Rb, Cs, and M = Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc.). The exhaust gas adsorbed and removed by supplying to the exhaust gas is discharged through the chimney, and the carbon dioxide adsorbed on the adsorbent is adsorbed and collected to collect the released carbon dioxide into the carbon dioxide collection tank,
The released carbon dioxide is dissolved in seawater to sequester carbon dioxide in the deep seawater, wherein the carbon dioxide contained in the exhaust gas is sequestered in the seabed deep seawater.
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