KR101902776B1 - 암모니아 흡착 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 암모니아 흡착 장치로, 보다 상세하게는 고체 흡착제에 암모니아 가스를 흡착시켜 암모니아 저장 물질을 형성하여 암모니아 가스를 흡착하는, 암모니아 흡착 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 암모니아 흡착 장치로, 보다 상세하게는 고체 흡착제에 암모니아 가스를 흡착시켜 암모니아 저장 물질을 제조하는, 암모니아 흡착 장치에 관한 것이다.
국민의 소득수준이 향상되면서 쾌적한 환경을 원하는 욕구가 증대되어 악취공해가 새로운 환경문제로 부상하고 있다. 이에 따라 국내외적으로 대기오염 물질 배출을 저감하기 위한 노력의 일환으로 관련법령의 개정과 대기환경보전법의 시행규칙 개정이 보완되어 오염규제가 강화되고 있다.
한편, 암모니아는 악취를 유발하는 질소계 악취물질이며, 환경기초시설 및 산업시설 등의 다양한 경로를 통하여 대기 중으로 배출된다. 환경기초시설 중 하수처리장에서는 수 ppm 범위에서 발생하며 생활폐기물 자동집하시설에서는 1.8~10.8 ppm범위로 발생하는 것으로 보고되었다. 또한 생활폐기물 매립지에서는 0.063~7.17 ppm의 암모니아가 발생하는 것으로 조사되었다. 산업시설 중 도금시설과 주물시설 등에서는 약 1 ppm범위에서 발생된 것으로 보고되고 있다.
반면, 암모니아는 수소와 마찬가지로 온실 가스를 배출하지 않는 친환경적인 특징을 가짐과 동시에 저압에서도 액화가 용이하여 저장과 운반이 수소에 비해서 쉽다. 이러한 암모니아의 특징을 활용하여 대기 중으로 방출되는 암모니아를 회수하여 질소산화물 제거 공정에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행중이다.
또한, 암모니아는 연료로서도 메탄올과 대등한 정도의 높은 에너지 밀도를 갖고 많은 양의 수소를 포함하고 있다. 따라서, 암모니아는 신재생에너지로부터 생산된 수소를 대용량으로 저장할 수 있는 전도유망한 고용량 수소저장물질이며, 무게대비 약 17.7 wt%의 수소저장이 가능하다.
그러나, 암모니아는 독성 및 안전성 문제를 가지고 있어 이를 해결하기 위하여 고체 암모니아 저장체(Solid ammine complex)를 제조하여 적용 시, 액상 암모니아 대비 취급, 저장, 이동이 보다 용이하며 암모니아의 독성 및 휘발성 문제의 제어가 가능한다. 이러한 고체 암모니아 저장체는 약 60~100℃의 온화한 조건에서 고순도 암모니아 기체를 방출하고, 이 기체를 개질하여 수소로 사용할 수 있다.
여기서, 암모니아는 비교적 온화한(mild) 조건에서 높은 전환율로 수소방출이 가능하며, 탈수소화반응을 통해 수소연료전지차 공급용 수소스테이션 연료 및 에너지 저장에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 더 나아가 생산된 수소를 연료전지와 연계시켜 전기를 생산할 수 있으므로 발전용, 휴대용 등의 다양한 응용에 활용할 수 있다.
더불어, 암모니아는 청정 수소 연료전지에 적용될 수 있는데, 이때 고순도의 암모니아 생산이 필수적이다.
한편, 수소 연료전지를 구동하기 위해서는 수소의 생산, 저장, 및 이용 기술에 대한 혁신적 기술 개발이 병행될 수 있는데, 수소 저장 및 생산 기술 중 물리적 수소 저장 기술로는 고압 수소탱크를 이용한 압축 수소저장, 액화수소저장, 및 금속수소 화합물을 이용한 저장 등으로 나눠질 수 있다.
이 중, 고압압축 수소저장 방식과 액화수소저장 방식은 폭발 위험성과 더불어 탱크 중량 및 가격, 수소의 낮은 비점으로 인한 에너지 소요 등의 문제를 가지고 있으며, 한편, 마그네슘과 같은 금속수소 화합물을 이용한 저장 방식은 높은 안정성뿐 아니라 높은 에너지 밀도를 갖는 장점이 있으나 고가이며 무게대비 수소저장용량이 매우 낮은 한계점을 가지고 있다.
반면에, 화학적 수소 저장 방식의 경우는 암모니아, 개미산, 및 메탄올 등과 같은 다양한 화합물을 이용하여 수소를 저장하고, 필요시, 탈수소화반응을 통해 효과적으로 수소를 방출하는 기술로서, 타 수소 저장 방식에 비해 월등히 높은 무게 혹은 부피 수소저장용량으로 인해 우수한 기술로 알려져 있다.
한편, 앞서 상술한 바와 같이 암모니아는 질소산화물을 제거하는 공정에 이용될 수 있는데, 이 중 가장 대표적으로는 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템에 적용되고 있으며, 여기서 SCR시스템은 초기 설비비용과 환전제 투입에 의한 운전비용이 많이 든다는 단점이 있으나, 배기가스에 대해 안정적이면서 높은 저감효율로 시스템을 운영할 수 있는 장점이 있어 널리 적용되고 있다.
여기서, SCR시스템은 질소산화물을 촉매 위에서 선택적으로 암모니아와 반응시켜 질소와 물로 환원시키는 방법이다. 따라서, SCR시스템은 환원제인 암모니아의 공급이 배기가스에 포함된 질소산화물의 80-95%를 제거하게 되므로, 암모니아의 공급이 SCR시스템에 있어 가장 중요한 요소이다.
암모니아 공급을 위해 일반적으로는 암모니아를 흡착제에 흡착시키는 암모니아 흡착공정은 흡착제에 암모니아가 흡착할 수 있도록 흡착제를 준비하는 단계 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계 및 암모니아가 흡착된 흡착제를 배출하는 단계를 포함하는데, 상기 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계에서 암모니아와 흡착제가 혼합됨으로써 암모니아가 흡착제에 흡착된다. 이와 같이, 암모니아를 고체화 시킴으로써 다른 공정에 사용함이 용이하고, 다루기 용이하여 안전하게 암모니아를 공급할 수 있는 장점을 가진다.
그러나, 암모니아가 흡착제에 흡착시 발열반응이 일어나 장치 또는 용기가 가열되고 압력이 높아짐으로 이를 일정하게 유지 보수하기 위한 수단이 필요하게 된다. 따라서, 암모니아 흡착공정을 포함한 장치는 가열을 제한하지 못하면 장치의 안전성이 떨어지고, 노후가 쉽게 이루어져 장치의 유지 및 보수 비용이 발생하고, 장치의 교체기간이 짧아지는 문제점이 있다.
한편, 암모니아는 악취를 유발하는 질소계 악취물질이며, 환경기초시설 및 산업시설 등의 다양한 경로를 통하여 대기 중으로 배출된다. 환경기초시설 중 하수처리장에서는 수 ppm 범위에서 발생하며 생활폐기물 자동집하시설에서는 1.8~10.8 ppm범위로 발생하는 것으로 보고되었다. 또한 생활폐기물 매립지에서는 0.063~7.17 ppm의 암모니아가 발생하는 것으로 조사되었다. 산업시설 중 도금시설과 주물시설 등에서는 약 1 ppm범위에서 발생된 것으로 보고되고 있다.
반면, 암모니아는 수소와 마찬가지로 온실 가스를 배출하지 않는 친환경적인 특징을 가짐과 동시에 저압에서도 액화가 용이하여 저장과 운반이 수소에 비해서 쉽다. 이러한 암모니아의 특징을 활용하여 대기 중으로 방출되는 암모니아를 회수하여 질소산화물 제거 공정에 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행중이다.
또한, 암모니아는 연료로서도 메탄올과 대등한 정도의 높은 에너지 밀도를 갖고 많은 양의 수소를 포함하고 있다. 따라서, 암모니아는 신재생에너지로부터 생산된 수소를 대용량으로 저장할 수 있는 전도유망한 고용량 수소저장물질이며, 무게대비 약 17.7 wt%의 수소저장이 가능하다.
그러나, 암모니아는 독성 및 안전성 문제를 가지고 있어 이를 해결하기 위하여 고체 암모니아 저장체(Solid ammine complex)를 제조하여 적용 시, 액상 암모니아 대비 취급, 저장, 이동이 보다 용이하며 암모니아의 독성 및 휘발성 문제의 제어가 가능한다. 이러한 고체 암모니아 저장체는 약 60~100℃의 온화한 조건에서 고순도 암모니아 기체를 방출하고, 이 기체를 개질하여 수소로 사용할 수 있다.
여기서, 암모니아는 비교적 온화한(mild) 조건에서 높은 전환율로 수소방출이 가능하며, 탈수소화반응을 통해 수소연료전지차 공급용 수소스테이션 연료 및 에너지 저장에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 더 나아가 생산된 수소를 연료전지와 연계시켜 전기를 생산할 수 있으므로 발전용, 휴대용 등의 다양한 응용에 활용할 수 있다.
더불어, 암모니아는 청정 수소 연료전지에 적용될 수 있는데, 이때 고순도의 암모니아 생산이 필수적이다.
한편, 수소 연료전지를 구동하기 위해서는 수소의 생산, 저장, 및 이용 기술에 대한 혁신적 기술 개발이 병행될 수 있는데, 수소 저장 및 생산 기술 중 물리적 수소 저장 기술로는 고압 수소탱크를 이용한 압축 수소저장, 액화수소저장, 및 금속수소 화합물을 이용한 저장 등으로 나눠질 수 있다.
이 중, 고압압축 수소저장 방식과 액화수소저장 방식은 폭발 위험성과 더불어 탱크 중량 및 가격, 수소의 낮은 비점으로 인한 에너지 소요 등의 문제를 가지고 있으며, 한편, 마그네슘과 같은 금속수소 화합물을 이용한 저장 방식은 높은 안정성뿐 아니라 높은 에너지 밀도를 갖는 장점이 있으나 고가이며 무게대비 수소저장용량이 매우 낮은 한계점을 가지고 있다.
반면에, 화학적 수소 저장 방식의 경우는 암모니아, 개미산, 및 메탄올 등과 같은 다양한 화합물을 이용하여 수소를 저장하고, 필요시, 탈수소화반응을 통해 효과적으로 수소를 방출하는 기술로서, 타 수소 저장 방식에 비해 월등히 높은 무게 혹은 부피 수소저장용량으로 인해 우수한 기술로 알려져 있다.
한편, 앞서 상술한 바와 같이 암모니아는 질소산화물을 제거하는 공정에 이용될 수 있는데, 이 중 가장 대표적으로는 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템에 적용되고 있으며, 여기서 SCR시스템은 초기 설비비용과 환전제 투입에 의한 운전비용이 많이 든다는 단점이 있으나, 배기가스에 대해 안정적이면서 높은 저감효율로 시스템을 운영할 수 있는 장점이 있어 널리 적용되고 있다.
여기서, SCR시스템은 질소산화물을 촉매 위에서 선택적으로 암모니아와 반응시켜 질소와 물로 환원시키는 방법이다. 따라서, SCR시스템은 환원제인 암모니아의 공급이 배기가스에 포함된 질소산화물의 80-95%를 제거하게 되므로, 암모니아의 공급이 SCR시스템에 있어 가장 중요한 요소이다.
암모니아 공급을 위해 일반적으로는 암모니아를 흡착제에 흡착시키는 암모니아 흡착공정은 흡착제에 암모니아가 흡착할 수 있도록 흡착제를 준비하는 단계 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계 및 암모니아가 흡착된 흡착제를 배출하는 단계를 포함하는데, 상기 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계에서 암모니아와 흡착제가 혼합됨으로써 암모니아가 흡착제에 흡착된다. 이와 같이, 암모니아를 고체화 시킴으로써 다른 공정에 사용함이 용이하고, 다루기 용이하여 안전하게 암모니아를 공급할 수 있는 장점을 가진다.
그러나, 암모니아가 흡착제에 흡착시 발열반응이 일어나 장치 또는 용기가 가열되고 압력이 높아짐으로 이를 일정하게 유지 보수하기 위한 수단이 필요하게 된다. 따라서, 암모니아 흡착공정을 포함한 장치는 가열을 제한하지 못하면 장치의 안전성이 떨어지고, 노후가 쉽게 이루어져 장치의 유지 및 보수 비용이 발생하고, 장치의 교체기간이 짧아지는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 암모니아를 저장하기 위한 물질인 암모니아 저장 물질을 제조하는 방법에 관한 것으로, 종래 사용되는 방법에 비해 우수한 암모니아 흡착율 및 흡착량을 가진 암모니아 저장 물질을 제조하는 방법 및 제조 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 목적은 상기 제조방법 및 제조 장치에 의해 제조된 암모니아 저장물질을 제공한다.
본 발명의 일 목적은 상기 제조방법 및 제조 장치에 의해 제조된 암모니아 저장물질을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 암모니아가 유입되는 주입부(100); 및 상기 암모니아와 흡착제의 흡착 반응이 일어나는 반응 챔버(200); 및 상기 반응 챔버(200) 외주 연부를 따라 냉매가 흐르는 냉각부(300)를 포함하고, 상기 반응 챔버(200)가 회전하는 것을 특징으로 하는 암모니아 흡착 장치를 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 스테인리스 또는 알루미늄일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 알루미늄일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 냉매 유입부(311) 및 냉매 배출부(312)를 포함하며, 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 내부 표면 쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결되며, 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외각 표면쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 유입된 냉매가 상기 반응 챔버(200) 내부 표면을 따라 순환한 뒤, 상기 반응 챔버(200) 외각 표면을 따라 배출되도록 하는 냉매순환라인(310)을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아 주입 압력은 3 내지 10 bar일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 온도는 0 내지 20℃ 일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 회전을 멈추거나 고정되도록 상기 반응 챔버(200) 양말단에 각각 베어링 및 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
MaXz
상기 화학식 1에서, M은 Li, Na, K 또는 Cs과 같은 알칼리 금속, Mg, Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 알루미늄 및 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn와 같은 전이 금속 또는 NaAl, KAl, K2Zn, CsCu 또는 K2Fe와 같은 이들의 조합물로부터 선택된 하나 이상의 양이온이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 니트레이트, 티오시아네이트, 설페이트, 몰리브데이트 및 포스페이트 이온으로부터 선택된 하나 이상의 음이온이고; a는 염 분자당 양이온의 수이고; z는 염 분자당 음이온의 수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 MgCl2 또는 CaCl2인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 암모니아를 흡착제에 흡착시켜 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 SrCl2ㆍa(NH3), CaCl2ㆍb(NH3), CaBr2ㆍp(NH3), CoCl2ㆍp(NH3), FeCl2ㆍp(NH3), FeBr2ㆍp(NH3), BaCl2ㆍq(NH3), CaI2ㆍp(NH3), MgBr2ㆍp(NH3), MnCl2ㆍp(NH3) 및 MgCl2ㆍp(NH3)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 상기 식에서 a는 1-8의 정수이며, b는 1-2의 정수이며, n은 2-4의 정수이며, m은 4-8의 정수이며, p는 2-6의 정수이며, q는 0-8의 정수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 CaCl2ㆍ(NH3), CaCl2ㆍ2(NH3), CaCl2ㆍ4(NH3), CaCl2ㆍ8(NH3) 또는 이들의 혼합 배위 단계에서 CaCl2를 포함하는 아민 복합체인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 질소산화물을 정화시키는 용도로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 i) 질소산화물(NOx)의 촉매적 제거장치, ii) 수소 연료전지 시스템; 및 iii) 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 장치에 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 스테인리스 또는 알루미늄일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 알루미늄일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 냉매 유입부(311) 및 냉매 배출부(312)를 포함하며, 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 내부 표면 쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결되며, 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외각 표면쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 유입된 냉매가 상기 반응 챔버(200) 내부 표면을 따라 순환한 뒤, 상기 반응 챔버(200) 외각 표면을 따라 배출되도록 하는 냉매순환라인(310)을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아 주입 압력은 3 내지 10 bar일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 온도는 0 내지 20℃ 일 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 회전을 멈추거나 고정되도록 상기 반응 챔버(200) 양말단에 각각 베어링 및 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
MaXz
상기 화학식 1에서, M은 Li, Na, K 또는 Cs과 같은 알칼리 금속, Mg, Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 알루미늄 및 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn와 같은 전이 금속 또는 NaAl, KAl, K2Zn, CsCu 또는 K2Fe와 같은 이들의 조합물로부터 선택된 하나 이상의 양이온이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 니트레이트, 티오시아네이트, 설페이트, 몰리브데이트 및 포스페이트 이온으로부터 선택된 하나 이상의 음이온이고; a는 염 분자당 양이온의 수이고; z는 염 분자당 음이온의 수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 MgCl2 또는 CaCl2인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 암모니아를 흡착제에 흡착시켜 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 SrCl2ㆍa(NH3), CaCl2ㆍb(NH3), CaBr2ㆍp(NH3), CoCl2ㆍp(NH3), FeCl2ㆍp(NH3), FeBr2ㆍp(NH3), BaCl2ㆍq(NH3), CaI2ㆍp(NH3), MgBr2ㆍp(NH3), MnCl2ㆍp(NH3) 및 MgCl2ㆍp(NH3)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나일 수 있으며, 상기 식에서 a는 1-8의 정수이며, b는 1-2의 정수이며, n은 2-4의 정수이며, m은 4-8의 정수이며, p는 2-6의 정수이며, q는 0-8의 정수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 CaCl2ㆍ(NH3), CaCl2ㆍ2(NH3), CaCl2ㆍ4(NH3), CaCl2ㆍ8(NH3) 또는 이들의 혼합 배위 단계에서 CaCl2를 포함하는 아민 복합체인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 저장 물질은 질소산화물을 정화시키는 용도로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 i) 질소산화물(NOx)의 촉매적 제거장치, ii) 수소 연료전지 시스템; 및 iii) 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 장치에 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래 방법에서 흔히 발생되는 흡착제의 뭉친 현상을 억제하고 암모니아와 흡착제의 반응 중에 발생하는 열을 제어함으로써 우수한 암모니아 흡착율 및 흡착량을 가지는 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
또한 본 발명은 우수한 암모니아 흡착율 및 흡착량을 가지는 암모니아 저장 물질을 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면, 암모니아가 흡착제에 흡착시 발생하는 과열을 방지할 수 있으며, 장치 내의 온도조절이 용이하여 암모니아 흡착 시간을 단축시킬 수 있다.
또한 본 발명은 우수한 암모니아 흡착율 및 흡착량을 가지는 암모니아 저장 물질을 제공한다.
또한, 본 발명에 의하면, 암모니아가 흡착제에 흡착시 발생하는 과열을 방지할 수 있으며, 장치 내의 온도조절이 용이하여 암모니아 흡착 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현 예로, 암모니아 흡착 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예로, 상기 도1의 A를 확대하여 도시한 확대도 이다.
도 2는 본 발명의 일 구현 예로, 상기 도1의 A를 확대하여 도시한 확대도 이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 암모니아 흡착 장치로, 보다 상세하게는 고체 흡착제에 암모니아 가스를 흡착시켜 금속 아민 복합체를 형성하는, 암모니아 흡착 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 암모니아가 유입되는 주입부(100); 및 상기 암모니아와 흡착제의 흡착 반응이 일어나는 반응 챔버(200); 및 상기 반응 챔버(200) 외주 연부를 따라 냉매가 흐르는 냉각부(300)를 포함하고, 상기 반응 챔버(200)가 회전하는 것을 특징으로 하는 암모니아 흡착 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 암모니아가 흡착제에 흡착되는 반응이 일어나는 반응 챔버(200)가 회전함으로써 암모니아가 흡착제에 충돌되는 횟수가 늘어나 암모니아 흡착율을 높일 수 있으며, 반응 챔버(200) 내의 반응시 발생하는 열은 반응 챔버(200) 전체 표면을 따라 흐르는 냉매에 의해서 쉽게 냉각된다.
따라서, 본 발명은 종래 방법에서 흔히 발생되는 흡착제의 뭉침 현상을 억제하고, 암모니아와 흡착제의 반응 중에 발생하는 열을 억제함으로써, 우수한 암모니아 흡착율 또는 흡착량을 가진 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)는 암모니아가 주입되는 공간부를 가진 원통 형상인 것이 유체의 흐름을 원활하게 하므로 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)는 암모니아의 주입량 및 주입 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아 주입 압력이 3 내지 10 bar 일 수 있다. 암모니아 주입 압력이 3 bar 미만이면 암모니아가 흡착제에 흡착되는 시간이 매우 오래 걸리고, 암모니아 주입 압력이 10 bar를 초과하면 상기 반응 챔버(200) 내의 압력이 높아 암모니아가 액화되어 안전성을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아는 차량, 트럭, 기차 또는 선박 중 선택된 어느 하나의 배기가스로부터 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)는 흡착제를 포함하고, 상기 주입부(100)를 통해 유입된 암모니아가 흡착제에 흡착되어 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
이때, 상기 반응 챔버(200)는 스테인리스, 알루미늄 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄이나, 열전도율이 높은 재질이라면 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 알루미늄으로써, 반응 챔버(200) 내부의 온도 조절이 용이하고, 열방출이 쉽게 일어나 반응열에 의해 상승된 반응 챔버(200) 내부의 온도를 빠른 시간 내에 저하시킬 수 있다. 또한, 암모니아 흡착율을 향상시키고 공정 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 온도는 0 내지 20℃ 인 것이 바람직하며, 상기 반응 챔버(200)의 온도가 0℃ 미만이면 암모니아가 흡착제에 흡착되는 양이 적어 흡착율이 낮고, 20℃ 초과하면 흡착제끼리 뭉칠 수 있으며, 암모니아가 흡착제에 흡착되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)는 원통, 원뿔, 원추, 원뿔대, 이중 원추, 이중 원뿔대 또는 다면체로부터 선택된 어느 하나의 형상일 수 있으며, 바람직하게는 이중 원뿔대이나, 암모니아의 흐름을 원활하게 하고, 암모니아와 흡착제의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있는 형상이라면, 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100) 일부가 상기 반응 챔버(200)의 일부 내측으로 결합되고, 상기 반응 챔버(200)가 상기 주입부(100) 외륜을 따라 회전하는 형상을 가지며, 상기 주입부(100) 일단에 베어링이 장착되고, 상기 반응 챔버(200)의 회전을 멈추거나 고정되도록 상기 주입부(100) 일단에 밸브를 포함한다. 이때, 상기 베어링 및 밸브를 통하여, 상기 반응 챔버(200)의 회전구동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)가 회전함으로써, 상기 챔버 내의 암모니아와 흡착제 혼합을 균일하게 하여 상기 암모니아 저장 물질이 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡착제에 암모니아가 충돌하는 횟수가 늘어남으로써 흡착 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 냉각부(300)는 암모니아와 암모니아 흡착제의 반응에 의해서 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 암모니아 흡착율 및/또는 흡착량이 높은 암모니아 저장 물질을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 상기 반응 챔버(200)의 외주 연부를 감싸는 형상을 가짐으로써, 상기 반응 챔버(200) 내의 흡착제 및 암모니아 저장 물질의 온도를 일정하고 신속하게 낮출 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 냉매 유입부(311) 및 냉매 배출부(312)를 포함하며, 여기서 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 내부 표면 쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있고, 상기 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외각 표면쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있다.
이를 구체적으로 설명하자면, 상기 냉각부(300)는 상기 냉매 유입부(311)를 통해 유입된 냉매가 상기 반응 챔버(200) 내부 표면을 따라 순환한 뒤, 상기 반응 챔버(200) 외각 표면을 따라 배출되도록 하는 냉매순환라인(310)을 가진다. 여기서, 상기 냉매 배출부(312)를 통해 냉매가 배출된다.
이에 따라, 상기 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 외주연부와 바로 맞닿아 있어 상기 반응 챔버(200)의 온도를 즉각 낮출 수 있고, 상기 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외주연부와 떨어져 있어 상기 반응 챔버(200)의 온도에 영향을 덜 끼칠 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 냉각부(300)를 포함함으로써, 암모니아가 흡착제에 흡착 시 발생하는 열을 바로 냉각시켜 흡착제의 서로 뭉침 현상을 방지하고, 이에 흡착제의 흡착력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉매는 물, 알코올 또는 아민 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)로 주입되는 냉매의 주입 속도는 상기 반응챔버(200)의 크기 및 부피에 따라 달라질 수 있으며, 상기 냉매의 주입 속도가 너무 낮은 경우 상기 반응 챔버(200) 외주연부를 따라 순환한 냉매의 온도가 빨리 상승되어 상기 냉매를 통해 상기 반응 챔버(200)의 온도를 저하시키기 어렵고, 상기 냉매의 주입 속도가 과도하게 초과하면 냉매의 낮은 온도가 상기 반응 챔버(200)의 외주연부 표면으로 냉매가 빠르게 지나감으로써, 상기 반응 챔버(200) 내의 온도를 과도하게 저하 시켜 암모니아를 액화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 흡착제를 주입하는 유입구 및 암모니아 저장 물질을 외부로 배출하는 배출구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
[화학식 1]
MaXz
상기 화학식 1에서,
M은 Li, Na, K 또는 Cs과 같은 알칼리 금속, Mg, Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 알루미늄 및 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn와 같은 전이 금속 또는 NaAl, KAl, K2Zn, CsCu 또는 K2Fe와 같은 이들의 조합물로부터 선택된 하나 이상의 양이온이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 니트레이트, 티오시아네이트, 설페이트, 몰리브데이트 및 포스페이트 이온으로부터 선택된 하나 이상의 음이온이고; a는 염 분자당 양이온의 수이고; z는 염 분자당 음이온의 수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 MgCl2 또는 CaCl2인 것이 독성이 없고, 암모니아 흡착율이 높아 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 다른 구현 예로서, 상기 암모니아 흡착 장치를 이용하여 제조된 암모니아 저장 물질은 적어도 하나 이상의 암모니아를 리간드로 포함한 금속 복합체일 수 있으며, 바람직한 예로는 SrCl2ㆍa(NH3), CaCl2ㆍb(NH3), CaBr2ㆍp(NH3), CoCl2ㆍp(NH3), FeCl2ㆍp(NH3), FeBr2ㆍp(NH3), BaCl2ㆍq(NH3), CaI2ㆍp(NH3), MgBr2ㆍp(NH3), MnCl2ㆍp(NH3) 및 MgCl2ㆍp(NH3)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 화합물이나(상기 식에서 a는 1-8의 정수이며, b는 1-2의 정수이며, n은 2-4의 정수이며, m은 4-8의 정수이며, p는 2-6의 정수이며, q는 0-8의 정수이다), 가장 바람직한 예는 CaCl2ㆍ(NH3), CaCl2ㆍ2(NH3), CaCl2ㆍ4(NH3), CaCl2ㆍ8(NH3) 또는 이들의 혼합 배위 단계에서 CaCl2를 포함하는 아민 화합물이다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 암모니아 흡착 장치를 이용한 암모니아 저장 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 흡착제를 가열하는 단계; 상기 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계; 및 암모니아가 흡착된 암모니아 저장 물질을 냉각하는 단계를 포함하는, 암모니아 저장 물질의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 암모니아와 흡착제의 혼합 단계에서 반응 챔버(200)를 회전시켜 암모니아와 흡착제의 충돌 횟수를 늘릴 수 있으며, 이에 따라 암모니아 흡착율을 높일 수 있고, 암모니아 흡착량이 우수한 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 i) 질소산화물(NOx)의 촉매적 제거장치, ii) 수소 연료전지 시스템; 및 iii) 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 장치에 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 질소산화물(NOx)의 촉매적 장치에 연결되어 사용될 수 있으며, 이러한 질소산화물 촉매적 장치는 질소산물화물을 질소와 수증기로 정화시키 위해 환원제로 암모니아를 사용하고, 더불어 대기 혹은 공업단지로부터 배출되는 질소산화물을 처리하기 위한 용도로 상기 암모니아 흡착 장치를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 차량 또는 선박 중 선택된 어느 하나의 배기가스에 포함된 암모니아를 흡착하기 위한 용도로 사용함에 있어, 차량 또는 선박에서 배출되는 배기가스를 처리하여 인체에 무해한 가스 및 물질로 변환시키기 위한 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진과 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 수소 연료전지 시스템과 연결되어 사용될 수 있으며, 상기 암모니아 흡착 장치를 통해 제조된 암모니아 저장 물질을 이용하여 수소를 분리할 수 있다. 이에 따라 분리된 수소는 연료로 사용되어 다양한 수송 수단 및 발전소에 사용될 수 있다.
본 발명은 청정 수소 연료전지에 적용될 수 있으며, 수소 저장 물질인 암모니아를 흡착시키고, 추후 탈착시킬 수 있다.
여기서, 수소 연료전지를 구동하기 위해서는 수소의 생산, 저장, 및 이용 기술에 대한 혁신적 기술 개발이 병행될 수 있으며, 이에 따라 본 발명은 수소 저장 및 생산 기술에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 암모니아 저장 기술을 포함하고 있으며, 이는 화학적 수소 저장기술의 일환으로 암모니아를 흡착할 수 있는 화합물을 이용하여 암모니아를 저장하고, 필요시, 암모니아 탈착 반응을 통해 고순도 암모니아를 방출할 수 있다. 또한, 방출된 암모니아는 암모니아 개질 촉매 반응과 정제 공정을 통해 고순도의 수소를 생산할 수 있으며 기존 수소 연료전지의 원료로써 사용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 구현 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
본 발명은 암모니아 흡착 장치로, 보다 상세하게는 고체 흡착제에 암모니아 가스를 흡착시켜 금속 아민 복합체를 형성하는, 암모니아 흡착 장치에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 일 구현 예에 따르면, 암모니아가 유입되는 주입부(100); 및 상기 암모니아와 흡착제의 흡착 반응이 일어나는 반응 챔버(200); 및 상기 반응 챔버(200) 외주 연부를 따라 냉매가 흐르는 냉각부(300)를 포함하고, 상기 반응 챔버(200)가 회전하는 것을 특징으로 하는 암모니아 흡착 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 암모니아가 흡착제에 흡착되는 반응이 일어나는 반응 챔버(200)가 회전함으로써 암모니아가 흡착제에 충돌되는 횟수가 늘어나 암모니아 흡착율을 높일 수 있으며, 반응 챔버(200) 내의 반응시 발생하는 열은 반응 챔버(200) 전체 표면을 따라 흐르는 냉매에 의해서 쉽게 냉각된다.
따라서, 본 발명은 종래 방법에서 흔히 발생되는 흡착제의 뭉침 현상을 억제하고, 암모니아와 흡착제의 반응 중에 발생하는 열을 억제함으로써, 우수한 암모니아 흡착율 또는 흡착량을 가진 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)는 암모니아가 주입되는 공간부를 가진 원통 형상인 것이 유체의 흐름을 원활하게 하므로 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)는 암모니아의 주입량 및 주입 속도를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아 주입 압력이 3 내지 10 bar 일 수 있다. 암모니아 주입 압력이 3 bar 미만이면 암모니아가 흡착제에 흡착되는 시간이 매우 오래 걸리고, 암모니아 주입 압력이 10 bar를 초과하면 상기 반응 챔버(200) 내의 압력이 높아 암모니아가 액화되어 안전성을 떨어뜨릴 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100)로 주입되는 암모니아는 차량, 트럭, 기차 또는 선박 중 선택된 어느 하나의 배기가스로부터 얻어질 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)는 흡착제를 포함하고, 상기 주입부(100)를 통해 유입된 암모니아가 흡착제에 흡착되어 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
이때, 상기 반응 챔버(200)는 스테인리스, 알루미늄 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄이나, 열전도율이 높은 재질이라면 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 알루미늄으로써, 반응 챔버(200) 내부의 온도 조절이 용이하고, 열방출이 쉽게 일어나 반응열에 의해 상승된 반응 챔버(200) 내부의 온도를 빠른 시간 내에 저하시킬 수 있다. 또한, 암모니아 흡착율을 향상시키고 공정 비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)의 온도는 0 내지 20℃ 인 것이 바람직하며, 상기 반응 챔버(200)의 온도가 0℃ 미만이면 암모니아가 흡착제에 흡착되는 양이 적어 흡착율이 낮고, 20℃ 초과하면 흡착제끼리 뭉칠 수 있으며, 암모니아가 흡착제에 흡착되지 않는 문제점이 있을 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)는 원통, 원뿔, 원추, 원뿔대, 이중 원추, 이중 원뿔대 또는 다면체로부터 선택된 어느 하나의 형상일 수 있으며, 바람직하게는 이중 원뿔대이나, 암모니아의 흐름을 원활하게 하고, 암모니아와 흡착제의 혼합이 균일하게 이루어질 수 있는 형상이라면, 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 주입부(100) 일부가 상기 반응 챔버(200)의 일부 내측으로 결합되고, 상기 반응 챔버(200)가 상기 주입부(100) 외륜을 따라 회전하는 형상을 가지며, 상기 주입부(100) 일단에 베어링이 장착되고, 상기 반응 챔버(200)의 회전을 멈추거나 고정되도록 상기 주입부(100) 일단에 밸브를 포함한다. 이때, 상기 베어링 및 밸브를 통하여, 상기 반응 챔버(200)의 회전구동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 반응 챔버(200)가 회전함으로써, 상기 챔버 내의 암모니아와 흡착제 혼합을 균일하게 하여 상기 암모니아 저장 물질이 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 흡착제에 암모니아가 충돌하는 횟수가 늘어남으로써 흡착 시간을 단축할 수 있다.
또한, 상기 냉각부(300)는 암모니아와 암모니아 흡착제의 반응에 의해서 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 암모니아 흡착율 및/또는 흡착량이 높은 암모니아 저장 물질을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 상기 반응 챔버(200)의 외주 연부를 감싸는 형상을 가짐으로써, 상기 반응 챔버(200) 내의 흡착제 및 암모니아 저장 물질의 온도를 일정하고 신속하게 낮출 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)는 냉매 유입부(311) 및 냉매 배출부(312)를 포함하며, 여기서 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 내부 표면 쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있고, 상기 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외각 표면쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결될 수 있다.
이를 구체적으로 설명하자면, 상기 냉각부(300)는 상기 냉매 유입부(311)를 통해 유입된 냉매가 상기 반응 챔버(200) 내부 표면을 따라 순환한 뒤, 상기 반응 챔버(200) 외각 표면을 따라 배출되도록 하는 냉매순환라인(310)을 가진다. 여기서, 상기 냉매 배출부(312)를 통해 냉매가 배출된다.
이에 따라, 상기 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 외주연부와 바로 맞닿아 있어 상기 반응 챔버(200)의 온도를 즉각 낮출 수 있고, 상기 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외주연부와 떨어져 있어 상기 반응 챔버(200)의 온도에 영향을 덜 끼칠 수 있다.
더불어, 본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 냉각부(300)를 포함함으로써, 암모니아가 흡착제에 흡착 시 발생하는 열을 바로 냉각시켜 흡착제의 서로 뭉침 현상을 방지하고, 이에 흡착제의 흡착력 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉매는 물, 알코올 또는 아민 중 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 냉각부(300)로 주입되는 냉매의 주입 속도는 상기 반응챔버(200)의 크기 및 부피에 따라 달라질 수 있으며, 상기 냉매의 주입 속도가 너무 낮은 경우 상기 반응 챔버(200) 외주연부를 따라 순환한 냉매의 온도가 빨리 상승되어 상기 냉매를 통해 상기 반응 챔버(200)의 온도를 저하시키기 어렵고, 상기 냉매의 주입 속도가 과도하게 초과하면 냉매의 낮은 온도가 상기 반응 챔버(200)의 외주연부 표면으로 냉매가 빠르게 지나감으로써, 상기 반응 챔버(200) 내의 온도를 과도하게 저하 시켜 암모니아를 액화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 흡착제를 주입하는 유입구 및 암모니아 저장 물질을 외부로 배출하는 배출구를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물이다.
[화학식 1]
MaXz
상기 화학식 1에서,
M은 Li, Na, K 또는 Cs과 같은 알칼리 금속, Mg, Ca 또는 Sr과 같은 알칼리 토금속, 알루미늄 및 V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn와 같은 전이 금속 또는 NaAl, KAl, K2Zn, CsCu 또는 K2Fe와 같은 이들의 조합물로부터 선택된 하나 이상의 양이온이고; X는 플루오라이드, 클로라이드, 브로마이드, 아이오다이드, 니트레이트, 티오시아네이트, 설페이트, 몰리브데이트 및 포스페이트 이온으로부터 선택된 하나 이상의 음이온이고; a는 염 분자당 양이온의 수이고; z는 염 분자당 음이온의 수이다.
본 발명의 일 구현 예에서, 상기 흡착제는 MgCl2 또는 CaCl2인 것이 독성이 없고, 암모니아 흡착율이 높아 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 다른 구현 예로서, 상기 암모니아 흡착 장치를 이용하여 제조된 암모니아 저장 물질은 적어도 하나 이상의 암모니아를 리간드로 포함한 금속 복합체일 수 있으며, 바람직한 예로는 SrCl2ㆍa(NH3), CaCl2ㆍb(NH3), CaBr2ㆍp(NH3), CoCl2ㆍp(NH3), FeCl2ㆍp(NH3), FeBr2ㆍp(NH3), BaCl2ㆍq(NH3), CaI2ㆍp(NH3), MgBr2ㆍp(NH3), MnCl2ㆍp(NH3) 및 MgCl2ㆍp(NH3)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상인 화합물이나(상기 식에서 a는 1-8의 정수이며, b는 1-2의 정수이며, n은 2-4의 정수이며, m은 4-8의 정수이며, p는 2-6의 정수이며, q는 0-8의 정수이다), 가장 바람직한 예는 CaCl2ㆍ(NH3), CaCl2ㆍ2(NH3), CaCl2ㆍ4(NH3), CaCl2ㆍ8(NH3) 또는 이들의 혼합 배위 단계에서 CaCl2를 포함하는 아민 화합물이다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 상기 암모니아 흡착 장치를 이용한 암모니아 저장 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 흡착제를 가열하는 단계; 상기 암모니아와 흡착제를 혼합하는 단계; 및 암모니아가 흡착된 암모니아 저장 물질을 냉각하는 단계를 포함하는, 암모니아 저장 물질의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 암모니아와 흡착제의 혼합 단계에서 반응 챔버(200)를 회전시켜 암모니아와 흡착제의 충돌 횟수를 늘릴 수 있으며, 이에 따라 암모니아 흡착율을 높일 수 있고, 암모니아 흡착량이 우수한 암모니아 저장 물질을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에서, 본 발명의 일 구현 예에서, 상기 암모니아 흡착 장치는 i) 질소산화물(NOx)의 촉매적 제거장치, ii) 수소 연료전지 시스템; 및 iii) 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 장치에 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 질소산화물(NOx)의 촉매적 장치에 연결되어 사용될 수 있으며, 이러한 질소산화물 촉매적 장치는 질소산물화물을 질소와 수증기로 정화시키 위해 환원제로 암모니아를 사용하고, 더불어 대기 혹은 공업단지로부터 배출되는 질소산화물을 처리하기 위한 용도로 상기 암모니아 흡착 장치를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 차량 또는 선박 중 선택된 어느 하나의 배기가스에 포함된 암모니아를 흡착하기 위한 용도로 사용함에 있어, 차량 또는 선박에서 배출되는 배기가스를 처리하여 인체에 무해한 가스 및 물질로 변환시키기 위한 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진과 연결되어 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 수소 연료전지 시스템과 연결되어 사용될 수 있으며, 상기 암모니아 흡착 장치를 통해 제조된 암모니아 저장 물질을 이용하여 수소를 분리할 수 있다. 이에 따라 분리된 수소는 연료로 사용되어 다양한 수송 수단 및 발전소에 사용될 수 있다.
본 발명은 청정 수소 연료전지에 적용될 수 있으며, 수소 저장 물질인 암모니아를 흡착시키고, 추후 탈착시킬 수 있다.
여기서, 수소 연료전지를 구동하기 위해서는 수소의 생산, 저장, 및 이용 기술에 대한 혁신적 기술 개발이 병행될 수 있으며, 이에 따라 본 발명은 수소 저장 및 생산 기술에 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 암모니아 흡착 장치는 암모니아 저장 기술을 포함하고 있으며, 이는 화학적 수소 저장기술의 일환으로 암모니아를 흡착할 수 있는 화합물을 이용하여 암모니아를 저장하고, 필요시, 암모니아 탈착 반응을 통해 고순도 암모니아를 방출할 수 있다. 또한, 방출된 암모니아는 암모니아 개질 촉매 반응과 정제 공정을 통해 고순도의 수소를 생산할 수 있으며 기존 수소 연료전지의 원료로써 사용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 구현 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 주입부
200 : 반응 챔버
300 : 냉각부
310 : 냉매순환라인
311 : 냉매 유입부
312 : 냉매 배출부
200 : 반응 챔버
300 : 냉각부
310 : 냉매순환라인
311 : 냉매 유입부
312 : 냉매 배출부
Claims (12)
- 3 내지 10 bar인 암모니아가 유입되는 주입부(100);
상기 암모니아와 흡착제의 흡착 반응이 일어나는 반응 챔버(200);
상기 반응 챔버(200) 외주 연부를 따라 냉매가 흐르는 냉각부(300)를 포함하고,
상기 반응 챔버(200)가 회전하며,
상기 반응 챔버(200) 및 냉각부(300)의 재질이 스테인리스 또는 알루미늄이며,
상기 냉각부(300)는 냉매 유입부(311) 및 냉매 배출부(312)을 포함하며;
유입된 냉매가 상기 반응 챔버(200) 내부 표면을 따라 순환한 뒤, 상기 반응 챔버(200) 외각 표면을 따라 배출되도록 냉매순환라인(310)을 포함하며;
상기 냉매 유입부(311)는 상기 반응 챔버(200) 내부 표면 쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결되며;
상기 냉매 배출부(312)는 상기 반응 챔버(200) 외각 표면쪽으로 배치된 냉매순환라인(310)에 연결되고,
상기 반응 챔버(200)의 온도는 0 내지 20℃ 이며,
상기 반응 챔버(200)의 회전을 멈추거나 고정되도록 상기 반응 챔버(200) 양말단에 각각 베어링 및 밸브를 포함하며,
흡착제는 MgCl2 또는 CaCl2이며
냉매는 물, 알코올 또는 아민 중 어느 하나이며,
암모니아를 흡착제에 흡착시켜 암모니아 저장 물질을 제조하는 것을 특징으로 하는, 암모니아 흡착 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 저장 물질은 CaCl2ㆍb(NH3) 또는 MgCl2ㆍp(NH3)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나이며, 상기 식에서 b는 1-8의 정수이며, p는 2-6의 정수인 것을 특징으로 하는, 암모니아 흡착 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 저장 물질은 CaCl2ㆍ(NH3), CaCl2ㆍ2(NH3), CaCl2ㆍ4(NH3), CaCl2ㆍ8(NH3) 또는 이들의 혼합 배위 단계에서 CaCl2를 포함하는 아민 복합체인 것을 특징으로 하는, 암모니아 흡착 장치. - 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 흡착 장치는
i) 질소산화물(NOx)의 촉매적 제거장치,
ii) 수소 연료전지 시스템; 및
iii) 암모니아를 원료로 사용하는 내부 연소 엔진으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 장치에 연결되어 이용될 수 있는 것을 특징으로 하는, 암모니아 흡착 장치.
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| KR20200110565A (ko) | 2019-03-15 | 2020-09-24 | 주식회사 퓨어스피어 | 암모니아 가스 제거용 촉매식 로터 시스템 및 이를 이용한 암모니아 가스의 제거방법 |
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