KR20120089932A - 탄산 세정수를 이용한 암모니아의 슬립 억제방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 암모니아와의 반응성이 우수한 탄산 세정수를 사용하여 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아의 슬립을 억제하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 견지에 의하면, 탄산 세정수를 사용하여 혼합가스중의 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아수에서 암모니아의 슬립을 억제하는 방법; 및 흡수탑에서 암모니아수와 이산화탄소를 포함하는 혼합가스를 접촉시키고 재생탑에서 이산화탄소를 포함하는 암모니아수에서 이산화탄소 가스를 분리하여 회수하고 암모니아수를 재생시키는 암모니아수를 이용한 혼합가스중의 이산화탄소 포집 방법에 있어서, 상기 흡수탑 및 재생탑에서 탄산 세정수를 암모니아 세정수로 사용하는 암모니아의 슬립을 억제하는 방법이 제공된다. 탄산수를 암모니아 세정수로 사용하므로써 세정수에 의한 암모니아의 포집효율이 증대되어 암모니아의 증발에 의한 손실(슬립)이 억제 및/또는 최소화된다. 또한, 동일한 공정 시스템에서, 회수된 이산화탄소를 이용하여 세정수로 사용되는 탄산수를 제조할 수 있다. 나아가, 암모니아가 용해된 탄산수에 적은 에너지를 가하여 암모니아 가스를 회수하여 재사용할 수 있다. 회수된 이산화탄소를 이용하여 세정수로 제조하는 과정에서 회수된 이산화탄소중의 불순물이 물에 용해되므로 보다 고순도의 이산화탄소가 회수된다.

Description

탄산 세정수를 이용한 암모니아의 슬립 억제방법{Method for Preventing Ammonia Slip Using Carbonic Acid Washing Water}

본 발명은 탄산 세정수를 사용하여 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아의 슬립을 억제하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 암모니아와의 반응성이 우수한 탄산 세정수를 사용하여 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아의 슬립을 억제하는 방법에 관한 것이다.

이산화탄소는 지구 온난화의 주된 원인물질로 인식되고 있으며 제철소 및 발전소 등의 다양한 고정원에서 다량 방출되고 있다. 이러한 이산화탄소를 포집하기 위해 다양한 물리화학적 방법이 이용되고 있다. 한편, 암모니아수를 이용한 이산화탄소의 포집은 종래 사용되던 알카놀아민에 의한 이산화탄소 포집에 비하여 이산화탄소 흡수량이 높고, 비용이 저렴하고 재생이 용이하므로 이산화탄소 포집 기술로서 관심의 대상이 되고 있다.

상기 암모니아수 중에는 암모니아가 이온화되어 있거나 물리적으로 용해되어 있다. 상기 암모니아 용액은 자체의 높은 증기압으로 인하여 쉽게 휘발되어 손실('암모니아 슬립(slip)'으로 알려져 있음.)된다.

한편, 암모니아수를 이용한 이산화탄소의 포집 및 회수 공정에서는 이산화탄소를 포함하는 혼합가스가 암모니아수와 접촉하여 이산화탄소가 암모니아수에 포집되며, 이후, 이산화탄소를 포집한 암모니아수의 온도를 높여서 이산화탄소는 가스로 회수하고 암모니아수는 재생된다. 그러나, 암모니아수의 증기압은 온도의 함수로서 온도 증가에 따라 급격히 증가한다. 특히, 온도가 높은 재생 과정의 경우에 암모니아의 휘발이 빠르게 일어난다. 그러므로 암모니아수 중의 암모니아 가스의 휘발 방지 및/또는 억제가 요구된다. 구체적으로, 암모니아의 슬립이 억제되지 않으면 암모니아수내의 암모니아 농도가 낮아져서 암모니아수 본래의 기능을 다하지 못할 뿐만 아니라 생성물이나 정제물 내의 암모니아의 농도가 높아져 생성물이나 정제물로서의 가치가 떨어진다. 특히 암모니아가 대기 중으로 유출되었을 경우에 환경적인 문제를 야기시킬 수 있으므로 암모니아의 휘발이 방지되어야 한다.

종래 암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집 공정에서 암모니아의 슬립을 억제하기 위해서 사용되는 방법으로는 정제되거나 회수되는 가스 내에 포함되어 있는 암모니아를 물에 대한 용해도를 이용하여 물로 세척하는 방법 및 냉각시켜서 암모니아의 분압을 낮추어 암모니아의 휘발을 억제시키는 방법 등이 알려져 있다. 또한, 압력을 높여서 상대적으로 암모니아의 증기압을 낮추는 방법이 알려져 있다.

암모니아 가스를 물로 씻어 내리는 방법은 장치 외부로부터의 지속적인 물 유입이 불가피하고 암모니아가 포함된 세척된 물은 따로 회수하여 가열을 통해 암모니아를 농축시켜 공정에 재사용하는 장치가 필요하다. 이 과정에서 외부로부터 열량이 장치내로 전달되기 때문에 추가 에너지가 소모된다. 또한, 세정수로 사용되는 물은 암모니아와의 반응속도가 늦고 암모니아 흡수 용량이 낮다는 문제가 있다. 냉각에 의해 암모니아 분압을 낮추는 방법에서는 정제물이나 회수물의 유량에 비례하여 냉각시키는 에너지가 소모될 뿐 아니라 수증기가 응축된 뒤의 공정에서는 이산화탄소와 같은 회수물이 암모니아 가스와 염을 형성하여 배관을 막을 위험이 있다. 또한 압력을 높여서 암모니아 가스의 분압을 낮추어 증발을 억제하는 경우에는 압력을 높이기 위한 추가 에너지가 소모된다.

본 발명의 일 구현은 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아수에서 암모니아의 휘발에 의한 손실(슬립(Slip))을 억제하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 구현은 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아의 슬립을 억제하여 정제되는 기체 중의 암모니아 농도를 최소화하고, 회수되는 이산화탄소의 순도를 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구현은 암모니아수를 이용한 이산화탄소 포집 및 회수공정의 공정효율을 개선시키는 방법을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 다른 구현은 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아의 슬립 억제에 사용되는 세정수를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면,

탄산 세정수를 사용하여 혼합가스중의 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아수에서 암모니아의 슬립을 억제하는 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면,

흡수탑에서 암모니아수와 이산화탄소를 포함하는 혼합가스를 접촉시키고 재생탑에서 이산화탄소를 포함하는 암모니아수에서 이산화탄소 가스를 분리하여 회수하고 암모니아수를 재생시키는 암모니아수를 이용한 혼합가스중의 이산화탄소 포집 방법에 있어서,

상기 흡수탑 및 재생탑에서 탄산 세정수를 암모니아 세정수로 사용하는 암모니아의 슬립을 억제하는 방법이 제공된다.

암모니아와의 반응성 및 반응속도가 우수한 탄산 세정수를 사용하므로써 암모니아의 이산화탄소의 포집(회수)에 사용되는 암모니아 가스의 슬립이 효과적으로 억제 및/또는 최소화된다. 뿐만 아니라, 탄산 세정수에 대한 암모니아수의 용해도가 크므로 세정수 사용량 및 이에 따른 반응기의 크기가 또한 감소된다. 또한, 암모니아의 슬립이 억제되므로, 종래 사용되던 암모니아 보충량이 현저하게 감소된다.

나아가, 암모니아에 흡수된 이산화탄소를 회수하여 탄산 세정수 제조에 사용할 수 있으므로 이산화탄소가 재활용된다. 암모니아와 탄산 세정수의 산-알칼리 반응으로 형성되는 암모늄 바이카보네이트는 다른 형태의 암모늄 염/이온인 암모늄 카바메이트, 암모늄 카보네이트에 비해 암모니아 회수 공정에서 비교적 적은 에너지를 주입하므로써 암모니아 가스가 효과적으로 재생 및 회수된다.

본 발명에 의한 방법은 종래의 암모니아 증발 억제 방법, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를들어, 물 세정법, 냉각 응축법 및/또는 압력을 높여 암모니아 증기압을 낮추는 방법과 함께 사용될 수 있다. 암모니아의 휘발을 억제함으로써 암모니아수를 사용한 이산화탄소 회수 장치 및 방법에서의 효율을 높이고 에너지를 절감할 수 있다.

도 1은 탄산 세정수를 암모니아 세정수로 이용한 혼합가스중의 이산화탄소 포집 및 회수 공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 회수된 이산화탄소를 이용한 탄산 세정수의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 탄산세정수를 사용한 암모니아 슬립 억제 시험에 사용되는 장치의 개략도이다.
도 4는 탄산세정수에 의한 암모니아 슬립 억제 효과를 증류수와 비교하여 나타낸 그래프이다.

본 발명은 이산화탄소의 포집 및 회수에 사용되는 암모니아수중 암모니아의 슬립을 억제하기 위해 제안된 것으로 암모니아 가스의 휘발에 의한 손실을 억제하기 위한 세정수로서 암모니아 가스와 반응성이 높고 암모니아 가스가 쉽게 용해될 수 있는 탄산 세정수를 사용하는 것이다.

약산성인 탄산 세정수는 암모니아와의 산-알칼리 중화반응으로 인하여 종래 세정수로 사용되던 물에 비하여 암모니아와 반응성이 좋고, 반응속도가 빠르며 또한 암모니아의 용해도가 크다. 따라서, 종래 물을 이용한 세정수에 비하여 암모니아의 슬립이 보다 효과적으로 억제 및/또는 최소화된다. 상기와 같은 탄산 세정수와 암모니아의 우수한 반응성으로 인하여 세정수의 사용량이 감소되며, 이에 따라 반응기의 크기 또한 감소된다.

일반적으로 암모니아수를 이용한 이산화탄소의 포집 공정에서 암모니아수 및 이산화탄소를 포함하는 혼합가스(이하, '이산화탄소 함유 혼합가스' 혹은 'CO₂-함유 배가스'라 한다.)는 흡수탑에서 서로 반대 방향으로 흐르도록 도입되며 암모니아수와 이산화탄소 함유 혼합가스의 접촉에 의해 이산화탄소가 암모니아수에 용해되어 포집된다. 한편, 이때, 암모니아수중의 암모니아 가스가 처리된 가스와 함께 외부로 나가게 되며 이 과정에서 암모니아의 유출이 방지되도록 이산화탄소가 암모니아에 포집되는 흡수탑 상단부에 암모니아 가스 세정수가 사용된다.

상기 흡수탑에서 이산화탄소를 포집한 암모니아수는 재생탑(스크러버)에서 고온에 의해 암모니아수중의 이산화탄소가 분리 및 회수되고 암모니아수가 재생된다. 재생탑의 상단부에 또한, 암모니아수중의 암모니아 가스의 휘발이 방지되도록 암모니아 가스 세정수가 사용된다.

본 발명에 의한 암모니아 슬립 억제방법에서는 상기 암모니아 가스 세정수로서 탄산수가 사용된다. 구체적으로, 상기 흡수탑 및 재생탑의 상단부에 암모니아 세정수로서 탄산수가 사용된다. 상기 탄산수는 2 mmol/L (25℃, 1기압) 내지 33mmol/L(25℃, 1기압)로 사용하는 것이 바람직하다. 탄산수에 대한 암모니아의 용해도 및 탄산수에 의한 이산화탄소 발생 방지를 고려하여 2 mmol/L (25℃, 1기압) 내지 33 mmol/L(25℃, 1기압)의 탄산수를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 탄산수의 농도가 2 mmol/L 미만이면 탄산수에 의한 암모니아 세정효과가 불충분할 수 있으며, 탄산수의 농도가 33 mmol/L를 초과하면 탄산수 중의 이산화탄소가 흡수탑 및 재생탑의 세정부내에서 탄산수의 농도가 높아질 경우에 이산화탄소로 다시 방출될 수 있기 때문이다.

한편, 최종적으로 유출되는 암모니아의 양이 암모니아 배출허용 기준치를 만족하는 한, 사용하는 세정수의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 또한, 탄산 세정수의 온도가 낮을수록 암모니아 가스의 세정에 효과적이지만, 냉각에 소요되는 비용을 고려하여 대략 30℃이하의 탄산세정수를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 일 구현에 있어서, 상기 탄산 세정수는 재생탑에서 회수되는 이산화탄소를 물에 용해시켜서 제조할 수 있다. 한편, 이산화탄소는 물에 대한 용해속도가 낮다. 따라서, 이산화탄소의 물에 대한 용해속도를 높이기 위해 탄산수 제조시에, 탄산무수화효소(carbonic anhydrase)가 바람직하게 사용된다. 나아가, 탄산무수화 효소의 손실이 최소화되고 이산화탄소의 물에 대한 용해속도가 더욱 향상되도록 탄산무수화효소를 담체에 고정하여 사용하는 것이 바람직하다. 담체로는 효소를 고정할 수 있는 것으로 알려져 있는 어떠한 효소 고정화 시스템이 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만 예를들어 멤브레인 및/또는 알지네이트가 사용될 수 있다. 이산화탄소는 탄산무수화 효소의 촉매 작용으로 하기 반응식 (1)의 반응에 따라 물에 용해된다.

[반응식 1]

상기 과정에서 이산화탄소 가스 스트림 중의 일부 이산화탄소 뿐만 아니라 회수된 이산화탄소 가스 스트림에 포함되어 있는 가용성 불순물, 예컨대 H₂S, HCN 등이 또한 물에 용해되어 이산화탄소 가스 스트림에서 제거 될 수 있다. 따라서, 상기 탄산수 제조 공정에서 물에 용해되지 않고 방출되어 회수되는 이산화탄소는 재생탑에서 회수되는 이산화탄소에 비하여 더 높은 순도로 회수될 수 있다. 상기 회수된 이산화탄소는 필요에 따라 이산화탄소 냉각 또는 처리 반응기에 유입될 수 있다. 즉, 이때 이산화탄소 스트림의 온도를 낮추어서 이후 이산화탄소 저장을 위한 냉각 에너지를 감소하거나 및/또는 생산된 이산화탄소의 부피를 감소시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 재생탑에서 회수되는 이산화탄소를 물에 용해시켜서 본 발명에 사용되는 탄산 세정수를 제조할 수 있다. 한편, 이산화탄소를 물에 용해시켜서 탄산수를 제조하는 방법은 일반적으로 알려져 있는 사항으로, 종래 알려져 있는 어떠한 조건으로 탄산수를 제조할 수 있으며, 탄산수 제조조건, 사용되는 담체, 탄산무수화효소 등의 양을 특히 한정하는 것은 아니다.

상기와 같이, 이산화탄소를 물에 용해시키므로써 비교적 낮은 pH 값, 구체적으로는 pH 5 ~ 6 정도의 약산성인 탄산 세정수가 얻어진다. 상기 탄산 세정수는 본 발명에 의한 암모니아 슬립 억제에 암모니아 가스에 대한 세정수로 사용될 수 있다.

나아가, 상기 탄산 세정수를 암모니아 가스에 대한 세정수로 사용함으로써 암모니아가 용해된 탄산 세정수는 여기에 에너지를 가함으로써 암모니아 가스를 회수하여 재사용할 수 있다. 구체적으로, 암모니아가 탄산 세정수에 용해됨에 따라, 산-알칼리 반응에 의해 탄산 세정수내에 암모늄 바이카보네이트 형태의 이온이 형성된다. 상기 암모늄 바이카보네이트로 부터의 암모니아 가스는 다른 탄산암모늄염에 비하여 적은 에너지(열량)을 부가함으로써 용이하게 회수될 수 있으므로 낮은 에너지를 투입하고도 쉽게 암모니아를 회수 및 농축하여 재사용할 수 있다. 본 발명에 의한 방법에서 암모니아 가스에 대한 세정수로서 탄산수를 사용 것 이외의 기타 반응조건, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 세정수의 유량, 암모니아의 유량, 배가스 유량, 조업과 관련된 이들의 온도 등은 이 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 조업 조건 범위에서 적합하게 선택하여 적용할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 구현에 의한 탄산 세정수가 사용되는 암모니아수를 이용한 이산화탄소의 포집(흡수) 공정을 나타낸다.

탄산 세정수가 사용되는 암모니아수를 이용한 혼합가스 중의 이산화탄소의 포집 및 회수공정은 크게 암모니아수와 이산화탄소 함유 혼합가스(CO₂-함유 배가스)를 접촉시켜 암모니아수의 암모니아와 이산화탄소의 결합으로 이산화탄소가 암모니아수가 포집되는 공정(흡수탑(Absorber)에서 진행됨), 이산화탄소를 포함하는 암모니아수에 열을 가하여 이산화탄소를 분리 및 회수되고 암모니아수가 재생되는 공정(재생탑(스트리퍼(Stripper))에서 진행됨) 및 암모니아를 포함하는 탄산 세정수에서 암모니아 가스를 회수하여 재사용하는 공정(농축탑(Concentrator))에서 진행됨)을 포함한다. 이하, 상기 각각의 공정을 도 1을 참고하여 상세하게 설명한다.

CO₂-함유 배가스가 흡수탑(Absorber) 하부의 공급가스 블로워(Feed Gas Blower)를 통해 흡수탑 하부에서 유입되어 상부로 향한다. 한편, CO₂-희박 용액(CO₂-Lean Solution, 배가스 중의 CO₂를 흡수에 사용되는 암모니아수)이 흡수탑의 상부로 도입되어 하부로 향한다. 상기와 같이 각각 흡수탑내에 유입된 CO₂-함유 배가스는 상방으로 그리고 CO₂-희박 용액은 하방으로 이동하며 컬럼 (2), (3) 및 (4)에서 CO₂-희박 용액에 CO₂가 용해되어 포집(흡수)된다. 한편, 흡수탑의 사이드 쿨러에서는 암모니아수에 의해 CO₂가 더 잘 흡수되도록 암모니아수의 온도를 낮추어 암모니아수가 컬럼 (3)을 다시 한번 순환되도록 한다.

한편, 휘발에 의한 암모니아수중 암모니아의 손실이 억제되도록 흡수탑 상단에서 탄산 세정수가 분사되며, 컬럼 (1)에서 암모니아가 탄산 세정수에 용해되고 암모니아가 용해된 탄산 세정수는 드럼을 경유하여 농축탑으로 유입되고 농축탑에서 열량을 받아 암모니아 가스가 재생되어 재순환된다. 또한, 흡수탑에는 암모니아 보충수가 필요에 따라 유입될 수 있다.

상기 흡수탑에서 저온, 예컨대 약 40℃인 CO₂-풍부 용액(CO₂-Rich Solution, CO₂를 흡수한 암모니아수)은 열교환기에서 고온, 예컨대 약 80℃인 CO₂-희박 용액과 열교환에 의해 고온, 예컨대 약 60℃의 CO₂-풍부 용액으로 스트리퍼에 공급된다. 스트리퍼의 컬럼(7)에서는 고온, 예컨대 약 80℃으로 인하여 CO₂-풍부 용액에서 CO₂가 분리되어 스트리퍼 상단에서 CO₂ 가스로 회수된다. 한편, CO₂가 분리되어 제거된 암모니아수는 CO₂-희박 용액으로 흡수탑으로 재순환된다. 한편, 스트리퍼의 상단에는 또한 암모니아수중 암모니아의 증발이 억제되도록 탄산 세정수가 분사되며 컬럼 (5) 및 (6)에서 암모니아가 탄산 세정수에 흡수된다.

스트리퍼의 사이드 쿨러에서는 탄산 세정수에 의한 암모니아가 더 잘 흡수되도록 탄산 세정수의 온도를 낮추어 탄산 세정수가 컬럼 (6)을 다시 한번 순환되도록 한다. 한편, 암모니아를 흡수한 탄산 세정수는 드럼으로 유입되고 농축탑에서 암모니아 가스가 투입된 열량에 의해 재생되어 재순환된다.

흡수탑 및 스트리퍼에서 방출된 암모니아가 용해된 탄산 세정수 등은 드럼에 유입되고 고온, 구체적으로 약 105℃의 컬럼 (8) 및 (9)에서 탄산 세정수중의 암모니아 가스가 회수되어 스트리퍼로 다시 유입된다. 암모니아 가스의 재생에 있어서, 암모니아가 용해된 탄산 세정수에서 암모니아와 탄산은 암모늄 바이카보네이트로 존재하며 이는 적은 에너지에 의해 용이하게 분해되므로 적은 에너지(열량)을 부가하므로써 암모니아 가스를 용이하게 회수 및 농축하여 재사용할 수 있다. 암모니아가 방출된 일부 탄산 세정수는 폐수로 방출되며, 일부는 암모니아 가스 세정수로서 재사용될 수 있다. 도 1중 스팀 유입은 열량유입을 그리고 스팀 방출은 열량 방출을 의미한다.

한편, 상기 스트리퍼의 상단에서 회수된 이산화탄소 가스를 물에 용해시켜서 탄산수를 제조할 수 있다. 예를들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 물이 채워져 있는 탄산수 제조반응기의 교반조에 회수된 고농도의 이산화탄소 스트림을 유입시키고 교반조 하부의 교반기(도시되지 않음)로 교반하여 탄산수를 제조할 수 있다. 스트리퍼에서 회수된 이산화탄소 가스가 물에 용해될 때, 이산화탄소 가스 중 일부의 이산화탄소뿐만 아니라 회수된 이산화탄소 가스에 포함되어 있는 가용성 불순물, 예컨대 H₂S, HCN 등이 또한 물에 용해되어 제거된다. 따라서, 상기 탄산수 제조 공정에서 물에 용해되지 않고 방출되어 회수되는 이산화탄소는 스트리퍼에서 회수되는 이산화탄소에 비하여 더 높은 순도로 회수된다.

탄산수 제조시, 바람직하게는 이산화탄소의 물에 대한 용해속도를 증가시키기 위해서 탄산무수화효소(carbonic anhydrases)를 사용하는 것이 바람직하다. 나아가, 탄산무수화 효소의 손실이 최소화되고 이산화탄소의 물에 대한 용해도 및 용해속도가 더욱 향상되도록 탄산무수화 효소를 상기한 담체에 고정하여 사용하는 것이 보다 바람직하다. 제조된 탄산수의 성상은 pH 센서 및 온도 센서로 모니터링된다.

본 발명의 일 구현에 의한 방법에 따라 탄산수를 암모니아 세정수로 사용하므로써 세정수에 의한 암모니아의 포집효율이 증대되어 암모니아의 휘발에 의한 손실(슬립)이 억제 및/또는 최소화된다. 또한, 동일한 공정 시스템에서 회수된 이산화탄소를 이용하여 세정수로 사용되는 탄산수를 제조할 수 있다. 나아가, 암모니아가 용해된 탄산수에 적은 에너지를 가하여 암모니아 가스를 회수하여 재사용할 수 있다. 회수된 이산화탄소를 이용하여 세정수로 제조하는 과정에서 회수된 이산화탄소중의 불순물이 물에 용해되므로 보다 고순도의 이산화탄소가 회수될 수 있다.

상기 본 발명의 일 구현에 의한 방법은 암모니아수를 사용하여 이산화탄소를 포집하는 어떠한 공정에 사용될 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 제철소, 발전소, 하소로(calciners), 및 용광로(smelters) 등을 포함하는 다양한 산업 공정에서 발생하는 이산화탄소를 포함하는 혼합가스중의 이산화탄소를 암모니아수로 포집하는 공정에 적용될 수 있다

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

실시예 1

본 실시예에서는 암모니아의 휘발 방지에 대한 탄산 세정수의 효과를 확인하는 것이다. 탄산 세정수의 효과를 확인하기 위해, 세정수를 사용하지 않은 경우, 증류수를 사용한 경우 그리고 탄산 세정수를 사용한 경우에 처리된 가스 중의 암모니아 농도를 비교하였다.

처리된 배가스 중의 암모니아 농도를 비교하기 위해 도 3에 개략적으로 도시한 장치를 사용하였다. 도 3의 장치는 암모니아 용액이 투입되어 있는 반응기(1), 세정수가 투입되어 있는 반응기(2)로 구성된다. 그 후, 상기 반응기 (1) 및 (2)를 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 세팅하여 상온에서 3가지 시험을 행하였다. 한편, 반응기 (1)에는 질소가스가 100 sccm (standard cubic centimeter per minute)로 투입되었다. 반응기 (1)에 투입되는 가스로는 순수한 질소를 사용하였다. 이는 이산화탄소를 질소가스와 함께 주입하면 암모니아수와 이산화탄소의 반응으로 인하여 암모니아의 휘발성이 낮아질 수 있으므로 이러한 오차를 배제하기 위해 순수한 질소가스를 주입하여 시험하였다. 상기 시험에서 질소가스가 캐리어 가스로 사용되어 반응기(1)에서 암모니아 가스와 질소가스가 함께 반응기 (2)에 유입되고 반응기 (2)에서 암모니아 가스 중 일부는 세정수에 용해되고, 반응기 (2)를 통과한 가스는 가스백에 포집하여 암모니아 분석용 검지관 (가스텍)을 이용하여 가스 중의 암모니아 함량을 분석하였으며, 결과를 도 4의 그래프에 나타내었다.

	반응기 (1)	반응기 (2)
발명예 1	농도 5wt%의 암모니아 용액 (100 mL)	농도 30 mmol/L 의 탄산 세정수(1) (100 mL)
비교예 1	농도 wt%의 암모니아 용액 (100 mL)	세정수 미사용
비교예 2	농도 5wt%의 암모니아 용액 (100mL)	증류수 (100 mL)

⁽¹⁾ 탄산세정수는 증류수에 100%의 이산화탄소를 2시간 주입하여 제조한 것으로 농도는 30 mmol/L 임.

도 4에 나타낸 바와 같이, 예를들어, 반응기 (2)에서 13분 동안 세정수와 유입가스가 접촉되는 경우에, 배출가스 중의 암모니아 농도는 세정수를 사용하지 않은 비교예 1은 약 15000ppm 이고, 증류수를 사용한 비교예 2는 약 100ppm 그리고 탄산수를 사용한 발명예 1은 약 18ppm 정도였다. 즉, 탄산수를 세정수로 사용하므로써 증류수를 세정수로 사용한 경우에 비하여 배가스 중의 암모니아 농도가 80% 정도 감소함을 확인하였다. 이와 같이 탄산세정수를 사용한 경우에 배출가스 중에는 미량의 암모니아만이 존재하였으며, 이로부터 탄산세정수에 암모니아가 효과적으로 흡수되어 암모니아의 슬립이 방지됨을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 탄산 세정수를 사용한 혼합가스중의 이산화탄소 포집에 사용되는 암모니아수중의 암모니아 슬립 억제방법.
   
2. 흡수탑에서 암모니아수와 이산화탄소를 포함하는 혼합가스를 접촉시키고 재생탑에서 이산화탄소를 포함하는 암모니아수로부터 이산화탄소 가스를 회수하고 암모니아수를 재생시키는 암모니아수를 이용한 혼합가스중의 이산화탄소 포집 방법에 있어서,
   상기 흡수탑 및 재생탑에서 탄산 세정수를 사용하는 암모니아 슬립 억제방법.
   
3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 탄산 세정수는 농도가 2 mmol/L (25℃, 1기압) 내지 33mmol/L(25℃, 1기압)인 암모니아 슬립 억제방법.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 탄산 세정수는 상기 재생탑에서 회수되는 이산화탄소를 물에 용해시켜서 얻어지는 암모니아 슬립 억제방법.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 이산화탄소를 물에 용해시키는 경우에, 탄산무수화효소가 사용되는 암모니아 슬립 억제방법.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 탄산무수화 효소는 담체에 고정되어 사용되는 암모니아 슬립 억제방법.
   

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