KR102562971B1 - Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof - Google Patents

Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102562971B1
KR102562971B1 KR1020220052318A KR20220052318A KR102562971B1 KR 102562971 B1 KR102562971 B1 KR 102562971B1 KR 1020220052318 A KR1020220052318 A KR 1020220052318A KR 20220052318 A KR20220052318 A KR 20220052318A KR 102562971 B1 KR102562971 B1 KR 102562971B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ammonia
carbon dioxide
water
dioxide absorbent
absorbent
Prior art date
Application number
KR1020220052318A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
양준화
이민재
조진수
Original Assignee
그린케미칼 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 그린케미칼 주식회사 filed Critical 그린케미칼 주식회사
Priority to KR1020220052318A priority Critical patent/KR102562971B1/en
Priority to PCT/KR2022/006138 priority patent/WO2023210841A1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102562971B1 publication Critical patent/KR102562971B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/14Separation 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
    • B01D53/1493Selection of liquid materials for use as absorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/14Separation 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/14Separation 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
    • B01D53/1425Regeneration of liquid absorbents
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation 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
    • B01D53/14Separation 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
    • B01D53/1456Removing acid components
    • B01D53/1475Removing carbon dioxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10Inorganic absorbents
    • B01D2252/102Ammonia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/20405Monoamines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/2041Diamines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2252/00Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/20Organic absorbents
    • B01D2252/204Amines
    • B01D2252/20415Tri- or polyamines

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소 포집과정에서 재생에너지를 크게 저감할 수 있으며, 암모니아수를 재사용할 수 있어 에너지가 적게 소모되는 이산화탄소 흡수제 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 암모니아수와 에틸렌옥사이드를 반응기(11)에 투입하여 반응시키는 반응단계(S10); 상기 반응단계(S10)에서 미반응된 암모니아를 암모니아 분리탑(13)을 이용하여 제거하는 암모니아 제거단계(S20); 증발기(14a)를 이용하여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 물을 제거하는 물 제거단계(S30); 상기 증발기(14a)의 탑저액을 활용하는 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40); 및 배가스의 조성에 따라 상기 제1 이산화탄소 흡수제에 타성분을 추가하는 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50);를 포함하는 이산화탄소 흡수제 제조 공정을 제공할 수 있다.
The present invention relates to a carbon dioxide absorbent and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a carbon dioxide absorbent capable of greatly reducing renewable energy in the process of capturing carbon dioxide and consuming less energy because ammonia water can be reused, and a manufacturing method thereof. .
The present invention is a reaction step (S10) of reacting by introducing ammonia water and ethylene oxide into the reactor (11); An ammonia removal step (S20) of removing unreacted ammonia in the reaction step (S10) using an ammonia separation tower (13); A water removal step (S30) of concentrating using an evaporator (14a) and removing water using an evaporation tower (14b); a first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) utilizing the bottom liquid of the evaporator (14a); and a second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) of adding other components to the first carbon dioxide absorbent according to the composition of the exhaust gas.

Description

이산화탄소 흡수제 및 이의 제조공정{Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof}Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof {Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof}

본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 이의 제조공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이산화탄소 포집과정에서 재생에너지를 크게 저감할 수 있으며, 암모니아수를 재사용할 수 있어 흡수제 제조에 에너지가 적게 소요되는 이산화탄소 흡수제 및 이의 제조공정에 관한 것이다The present invention relates to a carbon dioxide absorbent and a manufacturing process thereof, and more particularly, to a carbon dioxide absorbent capable of greatly reducing renewable energy in the process of capturing carbon dioxide and reusing ammonia water, which requires less energy to manufacture the absorbent, and a manufacturing process thereof is about

지구온난화로 인하여 폭염, 폭설, 태풍, 산불, 가뭄 등 이상기후 현상의 발생빈도가 증가하고 있어 전 세계적으로 기후 문제가 심각해지고 있다. 국제사회는 기후변화 문제를 해결하기 위해 1997년 '교토의정서'를 채택하였으며, 2015년 '파리협정'을 채택하는 등 적극적으로 노력하고 있으며, 2016년부터 자발적으로 온실가스 감축 목표를 제출하였으며, 더 나아가 '탄소중립'을 법제화하고 있는 실정이다. Due to global warming, the frequency of occurrence of abnormal weather phenomena such as heat waves, heavy snowfalls, typhoons, forest fires, and droughts is increasing, and thus climate problems are becoming serious all over the world. The international community adopted the 'Kyoto Protocol' in 1997 to solve the problem of climate change, and is making active efforts such as adopting the 'Paris Agreement' in 2015. Furthermore, 'carbon neutrality' is being legislated.

또한, 지구온난화의 원인 물질인 온실가스를 저감시키기 위해 온실가스 포집 및 저장 관련 기술들이 개발되고 있으며, 특히, 대표적인 온실가스인 이산화탄소 배출을 감소시키기 위한 다양한 기술들이 연구 개발되고 있으며, 대표적으로, 이산화탄소의 배출을 감소시키기 위한 에너지 절약기술, 배출가스로부터 이산화탄소를 분리 회수하는 기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체에너지 기술 등이 있다.In addition, technologies related to greenhouse gas collection and storage are being developed to reduce greenhouse gases, which are the cause of global warming. In particular, various technologies are being researched and developed to reduce carbon dioxide emissions, a representative greenhouse gas. There are energy saving technology to reduce the emission of carbon dioxide, technology to separate and recover carbon dioxide from exhaust gas, technology to use or fix carbon dioxide, and alternative energy technology that does not emit carbon dioxide.

이때, 이산화탄소를 분리 회수하는 기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법 및 심냉법 등이 연구 개발되고 있다. 특히, 흡수법에서는 에탄올아민을 사용하는 공정이 이용되고 있는데, 에탄올아민은 천연가스나 정유공장 가스에서의 CO₂ 및 H2S 가스의 제거나 비료공장 등의 암모니아로부터 CO₂를 제거하는 공정에서 사용된다. 에탄올아민은 산성가스를 흡수하고 가열시 이를 다시 배출하는 성질을 가지고 있다.At this time, as a technology for separating and recovering carbon dioxide, an absorption method, an adsorption method, a membrane separation method, and a deep cooling method are being researched and developed. In particular, in the absorption method, a process using ethanolamine is used, and ethanolamine is used in a process of removing CO2 and H2S gas from natural gas or gas from an oil refinery or removing CO2 from ammonia such as a fertilizer plant. Ethanolamine has the property of absorbing acidic gas and releasing it again when heated.

여기서, 에탄올아민은 일반적으로, 1차 아민인 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)이 염기성이 높고 당량이 작기 때문에 많이 사용되고 있으며, 2차 아민인 디에탄올아민(diethaolamine, DEA), 3차 아민인 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA), N-메틸디에탄올아민(N-methyl diethanolamine, MDEA) 및 트리이소프로판올아민(trisiopropanolamine, TIPA) 등도 사용된다. 이때, 모노에탄올아민 또는 디에탄올아민을 흡수제로 사용하는 경우 반응속도는 빠르지만, 이산화탄소 분리에 다량의 에너지가 소모되고, 흡수액의 사용량이 많고, 흡수액에 의한 설비의 부식이 발생하는 문제가 있으며, MDEA를 흡수제를 사용하는 경우에는 부식성과 재생열은 낮지만, 흡수속도가 낮은 문제점이 있다고 알려져있다.(한국등록특허 제10-1350902호)Here, ethanolamine is generally used because monoethanolamine (MEA), a primary amine, has high basicity and low equivalent weight, and diethanolamine (DEA), a secondary amine, and triethanolamine, a tertiary amine Amine (triethanolamine, TEA), N-methyl diethanolamine (MDEA), and triisopropanolamine (TIPA) are also used. At this time, when monoethanolamine or diethanolamine is used as an absorbent, the reaction rate is fast, but a large amount of energy is consumed for carbon dioxide separation, a large amount of absorbent is used, and there is a problem in that the absorbent causes corrosion of the equipment, In the case of using MDEA as an absorbent, it is known that there is a problem in that the absorption rate is low, although the corrosiveness and regeneration heat are low. (Korean Patent Registration No. 10-1350902)

이를 해결하기 위하여, 한국등록특허 제10-1335603호는 암모니아 수용액과 에틸렌옥사이드를 사용하여 흡수능력이 우수하고 반응속도가 빠른 혼합흡수제를 제조하는 방법에 관한 기술을 공지한 바 있으나, 폭발의 위험성이 있는 에틸렌옥사이드가 잔류하지 않도록 과량의 암모니아 수용액을 첨가함에 따라 반응에 관여하지 않는 물을 제거 및 회수하는데 많은 에너지가 소모되는 문제점이 있다.In order to solve this problem, Korean Patent Registration No. 10-1335603 discloses a method for producing a mixed absorbent with excellent absorption ability and fast reaction rate using aqueous ammonia and ethylene oxide, but the risk of explosion There is a problem in that a lot of energy is consumed to remove and recover water not involved in the reaction as an excessive amount of ammonia aqueous solution is added so that ethylene oxide in the reaction does not remain.

대한민국 등록특허공보 제10-1335603호(2013.11.26.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1335603 (2013.11.26.) 대한민국 등록특허공보 제10-1350902호(2014.01.07.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1350902 (2014.01.07.)

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 이산화탄소 흡수제 제조에 소모되는 에너지를 저감시킴으로써 에너지 효율성이 향상되어 생산성을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡수제의 제조공정을 제공하는 데 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a manufacturing process of a carbon dioxide absorbent capable of improving productivity by improving energy efficiency by reducing the energy consumed in manufacturing the carbon dioxide absorbent. .

또한, 본 발명의 다른 목적은 배가스의 조성에 따라 이산화탄소 흡수제의 조성을 조절할 수 있음에 따라, 다양한 공정에 적용할 수 있는 이산화탄소 흡수제를 제공하는 데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a carbon dioxide absorbent that can be applied to various processes as the composition of the carbon dioxide absorbent can be adjusted according to the composition of exhaust gas.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 암모니아수와 에틸렌옥사이드를 반응기(11)에 투입하여 반응시키는 반응단계(S10); 상기 반응단계(S10)에서 미반응된 암모니아를 암모니아 분리탑(13)을 이용하여 제거하는 암모니아 제거단계(S20); 증발기(14a)를 이용하여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 물을 제거하는 물 제거단계(S30); 상기 증발기(14a)의 탑저액을 활용하는 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40); 및 배가스의 조성에 따라 상기 제1 이산화탄소 흡수제에 타성분을 추가하는 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50);를 포함하는 이산화탄소 흡수제 제조 공정을 제공할 수 있다.In order to achieve the above object, the present invention, according to a preferred embodiment of the present invention, the reaction step of reacting by introducing ammonia water and ethylene oxide into the reactor (11) (S10); An ammonia removal step (S20) of removing unreacted ammonia in the reaction step (S10) using an ammonia separation tower (13); A water removal step (S30) of concentrating using an evaporator (14a) and removing water using an evaporation tower (14b); a first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) utilizing the bottom liquid of the evaporator (14a); and a second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) of adding other components to the first carbon dioxide absorbent according to the composition of the exhaust gas.

여기서, 상기 반응단계(S10)는, 상기 반응기(11)에 암모니아 가스를 투입하여, 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드는 1~5 : 1의 몰비로 반응시켜, 미반응된 상기 암모니아수의 회수 공정에 소모되는 에너지를 저감시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.Here, in the reaction step (S10), ammonia gas is introduced into the reactor 11, the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide are reacted at a molar ratio of 1 to 5: 1, so that the unreacted ammonia water It is characterized in that the energy consumed in the recovery process can be reduced.

또한, 상기 반응단계(S10)는, 상기 반응기(11)에서 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 반응하며, 상기 반응기(11) 후단에 플러그 흐름 반응기(12)를 추가로 구비하여 반응에 필요한 체류시간을 확보하여 상기 에틸렌옥사이드를 완전반응시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the reaction step (S10), ammonia water and ethylene oxide react in the reactor 11, and a plug flow reactor 12 is additionally provided at the rear of the reactor 11 to secure the residence time required for the reaction It is characterized in that the ethylene oxide is completely reacted.

여기서, 상기 암모니아 제거단계(S20)부터 상기 물 제거단계(S30)와 상기 증발기(14a)에서 제거된 암모니아와 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 재공급되어 암모니아수로 제조되는 것을 특징으로 한다.Here, the ammonia and water removed from the ammonia removal step (S20) to the water removal step (S30) and the evaporator (14a) are supplied back to the absorber (21a) and the third mixer (21b) to produce ammonia water. to be characterized

또한, 상기 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40)에서 제조되는 상기 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide absorbent prepared in the first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) is characterized in that it includes MEA, DEA, TEA, MEG, DEG and TEG.

이때, 상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는, 상기 증발기(14a)의 탑저액을 제2 혼합기(20)의 제1 노즐로 투입하고, 상기 증발기(14a)의 탑저액에서 물이 제거된 탈수탑(15)의 탑저액이 MEA 증류탑(16)을 거쳐 생성된 MEA와, 상기 MEA 증류탑(16)의 탑저액이 DEA 증류탑(17)을 거쳐 생성된 DEA와, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑저액이 EG 제거탑(18)을 거친 후 TEA 증류탑(19)을 거쳐 생성된 TEA 및 새로 공급된 물을 배가스의 조성에 따라 성분비를 조절하여 제2 노즐에 투입하며, 상기 제1 노즐에서 투입된 액과 상기 제2 노즐에서 투입된 액을 혼합하여 제2 이산화탄소 흡수제를 연속적으로 제조하는 것을 특징으로 한다. At this time, in the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50), the bottom liquid of the evaporator 14a is injected into the first nozzle of the second mixer 20, and water is removed from the bottom liquid of the evaporator 14a. MEA produced through the bottom liquid of the dehydration tower 15 through the MEA distillation tower 16, DEA produced through the bottom liquid of the MEA distillation tower 16 through the DEA distillation tower 17, and the DEA distillation tower 17 After the bottom liquid has passed through the EG removal tower 18, the TEA distillation tower 19, and the generated TEA and newly supplied water are injected into the second nozzle by adjusting the component ratio according to the composition of the flue gas, and the input from the first nozzle It is characterized in that the second carbon dioxide absorbent is continuously produced by mixing the liquid and the liquid injected from the second nozzle.

이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 가스 형태의 암모니아를 첨가하여 에틸렌옥사이드의 폭발 위험성을 제거함으로써, 과량의 암모니아 수용액을 첨가하는 방식과 비교하여 소모되는 에너지를 절약할 수 있는 것을 이점으로 한다.As described above, the carbon dioxide absorbent according to the present invention eliminates the risk of explosion of ethylene oxide by adding gaseous ammonia, thereby saving energy consumption compared to the method of adding an excessive amount of aqueous ammonia. make it an advantage

또한, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정은 배가스의 조성에 따른이산화탄소 흡수제를 제공할 수 있는 이점이 있다.In addition, the carbon dioxide absorbent manufacturing process according to the present invention has an advantage of providing a carbon dioxide absorbent according to the composition of exhaust gas.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정에 대한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정을 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수성능을 측정한 공정의 모사도이다.
1 is a flowchart of a process for manufacturing a carbon dioxide absorbent according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram schematically showing a process for manufacturing a carbon dioxide absorbent according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a schematic view of a process for measuring carbon dioxide absorbing performance of a carbon dioxide absorbent according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.With reference to the accompanying drawings below, specific details for the practice of the present invention will be described in detail. Like reference numbers refer to like elements, regardless of drawing, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명은 기본적으로 알카놀아민(Alkanolamine)계 이산화탄소 흡수제로서 연소 후 발생한 배가스에 포함된 이산화탄소를 분리하여 포집한다. The present invention is basically an alkanolamine-based carbon dioxide absorbent that separates and captures carbon dioxide contained in exhaust gas generated after combustion.

구체적으로, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 에탄올아민으로 제조되며, 에탄올아민은 아민기(amine group)와 하이드록실기(hydroxyl group)를 모두 포함하여 이산화탄소 포집 기술에 사용된다. 이때, 에탄올아민은 암모니아와 에틸렌옥사이드를 이용하여 제조할 수 있다.Specifically, the carbon dioxide absorbent according to the present invention is made of ethanolamine, and ethanolamine contains both an amine group and a hydroxyl group and is used in carbon dioxide capture technology. At this time, ethanolamine can be prepared using ammonia and ethylene oxide.

본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 에탄올아민 공정으로 제조되며, 물에 용해된 암모니아(Ammonia, 'NH3')와 에틸렌옥사이드(Ethylene Oxide, C2H4O,'EO')를 반응시켜 MEA(Mono-Ethanol-Amine), DEA(Di-Ethanol-Amine), TEA(Tri-Ethanol-Amine)를 생산한다.The carbon dioxide absorbent according to the present invention is manufactured by the ethanolamine process, and MEA (Mono-Ethanol-Amine) is formed by reacting ammonia ('NH3') dissolved in water with ethylene oxide (Ethylene Oxide, C2H4O, 'EO'). , DEA (Di-Ethanol-Amine), and TEA (Tri-Ethanol-Amine) are produced.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제의 제조방법에 대한 순서도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정의 개략도이다.1 is a flowchart of a manufacturing method of a carbon dioxide absorbent according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic diagram of a manufacturing process of a carbon dioxide absorbent according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 이산화탄소 흡수제의 제조방법은 반응단계(S10), 암모니아 제거단계(S20), 물 제거단계(S30), 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40) 및 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the manufacturing method of the carbon dioxide absorbent includes a reaction step (S10), ammonia removal step (S20), water removal step (S30), a first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40), and a second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50). ).

먼저, 상기 반응단계(S10)는 암모니아와 에틸렌옥사이드를 반응시키는 단계로서, 암모니아수와 에틸렌옥사이드를 반응기(11)에 투입하여 반응시킨다.First, the reaction step (S10) is a step of reacting ammonia and ethylene oxide, and reacts by introducing ammonia water and ethylene oxide into the reactor 11.

여기서, 에틸렌옥사이드는 반응성이 풍부하여 낮은 온도에서도 반응이 잘 일어나며, 폭발성이 있는 물질로 암모니아와 반응하고 남은 물질이 잔류하는 경우 취급시 폭발의 위험성이 있다.Here, ethylene oxide is highly reactive and reacts well even at low temperatures, and as an explosive material, there is a risk of explosion when handling it when the remaining material remains after reacting with ammonia.

종래에는 이를 해결하기 위해, 과량의 암모니아수를 첨가하여 에틸렌옥사이드가 잔류하지 않도록 완전반응시킴으로써 폭발의 위험성을 제거하였다. 그러나, 과량의 암모니아수를 첨가하여 에틸렌옥사이드를 반응시키는 경우, 암모니아수를 제조하는데 사용되는 물이 반응하지 않고 공정에서 순환됨에 따라 불필요한 과잉 열에너지를 사용하도록 하는 문제점이 있다.Conventionally, in order to solve this problem, the risk of explosion was removed by adding an excess amount of ammonia water to completely react so that ethylene oxide does not remain. However, when adding an excessive amount of ammonia water to react with ethylene oxide, there is a problem in that unnecessary excess heat energy is used as the water used to produce the ammonia water does not react and is circulated in the process.

본 발명의 상기 반응단계(S10)는 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 반응기(11)에 투입하여 반응시키며, 이때, 가스 형태의 암모니아를 추가로 제1 혼합기(10)에 투입하여 에틸렌옥사이드를 완전 반응시킨다.In the reaction step (S10) of the present invention, ammonia water and ethylene oxide are introduced into the reactor 11 to react, and at this time, gaseous ammonia is additionally introduced into the first mixer 10 to completely react the ethylene oxide.

구체적으로, 상기 반응단계(S10)는 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 투입되어있는 상기 제1 혼합기(10)에 암모니아 가스를 투입하여, 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드는 1~5 : 1의 몰비로 반응시킨다.Specifically, in the reaction step (S10), ammonia gas is injected into the first mixer 10 into which ammonia water and ethylene oxide are introduced, so that the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide have a molar ratio of 1 to 5: 1 react with

이때, 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드는 1~5 : 1의 몰비보다 많은 양으로 첨가되는 경우, 암모니아수 제조에 사용되는 물이 공정에서 순환됨에 따라 에너지가 과잉으로 소모되며, 1~5 : 1의 몰비보다 적은 양으로 첨가되는 경우, 미반응 에틸렌옥사이드로 인한 폭발의 위험성이 있는 문제가 있다.At this time, when the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide are added in an amount greater than the molar ratio of 1 to 5: 1, energy is excessively consumed as the water used for producing ammonia water is circulated in the process, and 1 to 5 : When added in an amount less than the molar ratio of 1, there is a problem in that there is a risk of explosion due to unreacted ethylene oxide.

보다 구체적으로, 상기 반응단계(S10)는 상기 반응기(11)에 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 투입되며 에틸렌옥사이드를 완전반응시키기 위해 암모니아를 과량으로 투입하되, 부족한 암모니아 함량을 가스 형태의 암모니아를 직접 투입함으로써 암모니아수 투입량을 최소화한다. 이에 따라, 암모니아수 제조에 사용되나 반응을 하지 않고 순환되어 과잉 열에너지를 사용하는 물의 양을 최소화하여 후속 공정인 증발기(14a), 증발탑(14b) 및 탈수탑(15)에서 소모되는 에너지를 저감시킬 수 있다.More specifically, in the reaction step (S10), ammonia water and ethylene oxide are added to the reactor 11, and an excessive amount of ammonia is added to completely react ethylene oxide, but the insufficient ammonia content is directly injected into gaseous ammonia. Minimize the amount of ammonia water input. Accordingly, the amount of water that is used to produce ammonia water but is circulated without reaction and uses excess thermal energy is minimized to reduce energy consumed in the subsequent process of the evaporator (14a), evaporation tower (14b) and dehydration tower (15). can

바람직한 실시예에 따르면, 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드는 3 : 1의 몰비로 반응시키는 것이 적절하며, 이때, 과량의 암모니아수를 투입하여 반응시키는 것과 대비하여 에너지를 50~60%까지 저감시킬 수 있어 원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.According to a preferred embodiment, it is appropriate to react the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide at a molar ratio of 3: 1, and at this time, energy is reduced by 50 to 60% compared to reacting by introducing an excess of ammonia water This can have the effect of reducing cost.

한편, 상기 반응단계(S10)에서 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드가 투입되는 반응기(11)는 연속 교반 탱크 반응기(CSTR: Continuous Stirred Tank Reactor)이다.On the other hand, in the reaction step (S10), the reactor 11 into which the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide are introduced is a continuous stirred tank reactor (CSTR).

또한, 상기 반응단계(S10)는, 미반응되어 잔존하는 에틸렌옥사이드의 폭발 위험성을 제거하기 위해 에틸렌옥사이드를 완전반응시키기 위해 상기 반응기(11) 후단에 플러그 흐름 반응기(12)를 구비하는 것이 바람직하다.In addition, in the reaction step (S10), it is preferable to provide a plug flow reactor 12 at the rear end of the reactor 11 to completely react ethylene oxide in order to eliminate the risk of explosion of unreacted ethylene oxide remaining .

상기 플러그 흐름 반응기(12)는 배관을 꼬아서 길게 형성시킨 구조로 체류시간을 늘려 상기 플러그 흐름 반응기에 흐름 상에서 암모니아와 에틸렌옥사이드의 반응이 일어나 완전반응시킬 수 있다.The plug flow reactor 12 has a structure in which pipes are twisted to form a long structure, so that a reaction between ammonia and ethylene oxide occurs in the flow phase in the plug flow reactor and can be completely reacted by increasing the residence time.

즉, 상기 반응단계(S10)는, 상기 반응기(11)에서 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 1차적으로 반응하며, 상기 반응기(11) 후단에 구비된 플러그 흐름 반응기(12)에서 반응에 필요한 체류시간을 확보하여 2차적으로 반응하여 상기 에틸렌옥사이드를 완전반응을 유도시켜 증류시 잔류 에틸렌옥사이드에 의한 위험성을 최소화할 수 있다.That is, in the reaction step (S10), ammonia water and ethylene oxide are primarily reacted in the reactor 11, and the residence time required for the reaction is secured in the plug flow reactor 12 provided at the rear of the reactor 11 It reacts secondarily to induce a complete reaction of the ethylene oxide, thereby minimizing the risk due to residual ethylene oxide during distillation.

즉, 반응단계(S10)는 에틸렌옥사이드 대비 암모니아가 과량으로 투입하되, 가스 형태의 암모니아를 추가로 투입함으로써 반응하지 않고 순환되는 물의 양을 최소화하여 에너지를 저감시키며, 연속 교반 탱크 반응기 후단에 플러그 흐름 반응기를 추가로 구비하여 반응에 필요한 체류시간을 확보하여 반응성이 강한 에틸렌옥사이드가 완전반응하도록 하여 후속 공정에서 에틸렌옥사이드가 잔류되지 않도록 하였다.That is, in the reaction step (S10), an excessive amount of ammonia compared to ethylene oxide is added, but by additionally introducing ammonia in the form of gas, the amount of water circulated without reacting is minimized to reduce energy, and a plug flow at the rear end of the continuous stirred tank reactor A reactor was additionally provided to secure the residence time necessary for the reaction so that highly reactive ethylene oxide completely reacted so that ethylene oxide did not remain in the subsequent process.

상기 반응단계(S10)에서 반응기(11)를 통해 에틸렌옥사이드와 암모니아수가 반응하고 플러그 흐름 반응기(12)의 흐름상에서 미반응되어 잔존하는 에틸렌옥사이드가 완전반응하여 암모니아 분리탑(13)으로 이송된다.In the reaction step (S10), ethylene oxide and ammonia water react through the reactor 11, and ethylene oxide remaining unreacted on the flow of the plug flow reactor 12 is completely reacted and transferred to the ammonia separation tower 13.

다음으로, 상기 암모니아 제거단계(S20)는 암모니아 분리탑(13)을 이용하여 상기 반응단계(S10)에서 미반응된 암모니아를 제거한다.Next, in the ammonia removal step (S20), unreacted ammonia in the reaction step (S10) is removed using the ammonia separation tower (13).

이때, 상기 암모니아 분리탑(13)은 3.2 ~ 3.5kg/cm2g의 압력하에 탑저 140 ~ 150℃, 탑상 70 ~ 90℃ 조건으로 운전하여 미반응된 암모니아를 분리시키는 것이 바람직하며, 상기 암모니아 분리탑(13)에서 암모니아와 소량의 물이 제거된 탑저액은 증발기(14a)로 이송된다.At this time, the ammonia separation tower 13 is preferably operated under a pressure of 3.2 to 3.5 kg / cmg at a bottom of 140 to 150 ° C and a top of 70 to 90 ° C to separate unreacted ammonia, and the ammonia separation tower ( The bottom liquid from which ammonia and a small amount of water are removed in 13) is transferred to the evaporator 14a.

다음으로, 상기 물 제거단계(S30)는 상기 암모니아 제거단계(S20)에서 암모니아가 제거된 탑저액을 증발기(14a)를 이용하여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 물을 제거한다.Next, in the water removal step (S30), the bottom liquid from which ammonia is removed in the ammonia removal step (S20) is concentrated using an evaporator (14a), and water is removed using an evaporation tower (14b).

여기서, 상기 증발기(14a)는 기체-액체 분리기이며, 리보일러(Reboiler)를 이용하여 소량의 암모니아와 다량의 물을 증발시킨다.Here, the evaporator 14a is a gas-liquid separator, and evaporates a small amount of ammonia and a large amount of water using a reboiler.

상기 증발기(14a)는 플래쉬 드럼(Flash drum) 구조로 형성되며, 압력을 받고 있는 액체가 가열되어 용기 내에 급격한 체적팽창을 일으켜서 압력이 감압되어 휘발성 성분이 용이하게 기화하여 상부로 모이고 휘발성 성분을 방출한 액은 용기 하부로 모여 휘발성 성분을 용이하게 증발 분리할 수 있다.The evaporator 14a is formed in a flash drum structure, and the liquid under pressure is heated to cause a rapid volume expansion in the container, so that the pressure is reduced and the volatile components are easily vaporized and collected at the top to release the volatile components One liquid is collected at the bottom of the container, and volatile components can be easily separated by evaporation.

본 발명에 따른 상기 물 제거단계(S30)는 상기 증발기(14a)가 플래쉬 드럼(Flash drum) 구조로 형성되어 MEA, DEA 및 TEA의 비말이 많이 발생함에 따라 증발탑(14b)을 추가로 구비하는 것이 바람직하다.In the water removal step (S30) according to the present invention, as the evaporator 14a is formed in a flash drum structure and a lot of droplets of MEA, DEA and TEA are generated, an evaporation tower 14b is additionally provided it is desirable

즉, 상기 증발탑(14b)은 물을 제거하기 위한 증류탑으로 상기 증발기(14a) 이후에 배치되어 물을 제거함으로써 MEA, DEA 및 TEA의 회수율을 보완할 수 있다.That is, the evaporation tower 14b is a distillation tower for removing water and is disposed after the evaporator 14a to remove water, thereby supplementing the recovery rate of MEA, DEA and TEA.

이때, 상기 증발탑(14b)은 탑상을 0 ~ 0.1kg/cm2g의 압력하에 105 ~ 110℃ 조건으로 운전하고, 탑저를 0.1 ~ 0.4kg/cm2g의 압력하에 130 ~ 140℃ 조건으로 운전하여 물을 제거하는 것이 바람직하다.At this time, the evaporation tower (14b) is operated under the condition of 105 ~ 110 ℃ under the pressure of 0 ~ 0.1kg / cm2g in the tower, and operated under the condition of 130 ~ 140 ℃ under the pressure of 0.1 ~ 0.4kg / cmg in the bottom of the tower to remove water. It is desirable to remove

또한, 상기 물 제거단계(S30)는 암모니아가 제거된 탑저액을 증발기(14a)를 이용하여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 물을 제거한 후, 탈수탑(15)을 이용하여 진공에서 물을 ppm 단위로 제거한다.In addition, in the water removal step (S30), the bottom liquid from which ammonia is removed is concentrated using an evaporator (14a), water is removed using an evaporation tower (14b), and then dehydration tower (15) is used in vacuum. Water is removed in parts per million.

즉, 본 발명에 따른, 상기 물 제거단계(S30)는 상기 암모니아 제거단계(S20)에서 암모니아를 제거시킨 탑저액인 상기 암모니아 분리탑(13)의 탑저액에서 물을 제거하며, 증발기(14a)를 이용하여 물을 제거하여 MEA, DEA 및 TEA의 농도를 높여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 MEA, DEA 및 TEA의 회수율을 보완할 수 있으며, 상기 탈수탑(15)을 통해 물을 ppm 단위로 물을 제거하는 것이 바람직하다.That is, in the water removal step (S30) according to the present invention, water is removed from the bottom liquid of the ammonia separation tower 13, which is the bottom liquid from which ammonia is removed in the ammonia removal step (S20), and the evaporator (14a) The concentration of MEA, DEA, and TEA is increased and concentrated by removing water using the evaporation tower (14b), and the recovery rate of MEA, DEA, and TEA can be supplemented using the evaporation tower (14b). It is preferred to remove water in parts per million.

한편, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정은 상기 물 제거단계(S30)를 통해 제거된 물은 암모니아수 제조에 재사용한다. On the other hand, in the carbon dioxide absorbent manufacturing process according to the present invention, the water removed through the water removal step (S30) is reused for preparing ammonia water.

여기서, 상기 물 제거단계(S30)에서 제거된 물은 유독성 물질인 암모니아가 포함되어 외부로 배출시키지 않고 암모니아수 제조에 재사용함으로써 암모니아수를 효과적으로 제조할 수 있음은 물론, 환경적 측면에서 장점이 있다. Here, the water removed in the water removal step (S30) contains ammonia, which is a toxic substance, and is reused for producing ammonia water without discharging it to the outside, so that ammonia water can be effectively produced and has advantages in terms of environment.

도 1을 참조하면, 상기 물 제거단계(S30)는 상기 증발기(14a)에 의해 암모니아와 물이 제거되어 MEA, DEA 및 TEA를 농축시키며, 이때, 제거된 암모니아와 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 재공급되어 암모니아수로 제조되어 재사용되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 1, in the water removal step (S30), ammonia and water are removed by the evaporator 14a to concentrate MEA, DEA, and TEA. 3 It is preferable to re-supply to the mixer 21b to make ammonia water and reuse it.

또한, 제거된 암모니아와 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 재공급되어 암모니아수로 제조되며, 제조된 상기 암모니아수는 제1 혼합기(10)에 투입된다.In addition, the removed ammonia and water are re-supplied to the absorber 21a and the third mixer 21b to produce ammonia water, and the prepared ammonia water is introduced into the first mixer 10.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 물 제거단계(S30)는 증발기(14a), 증발탑(14b) 및 탈수탑(15)에서 물이 제거되며, 제거된 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 이송되어 추가적으로 투입되는 암모니아와 혼합되어 암모니아수로 제조되어 재사용된다. 또한, 상기 암모니아 분리탑(13)의 탑상에 정제된 암모니아가 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 이송되어 암모니아수 제조에 사용될 수 있다.As shown in FIG. 1, in the water removal step (S30), water is removed from the evaporator 14a, the evaporation tower 14b, and the dehydration tower 15, and the removed water is passed through the absorber 21a and the third mixer. It is transported to (21b) and mixed with additionally added ammonia to produce ammonia water and reused. In addition, the ammonia purified on the top of the ammonia separation tower 13 is transferred to the absorber 21a and the third mixer 21b and can be used for preparing ammonia water.

여기서, 상기 흡수기(21a)는 암모니아수를 제조하기 위한 관형상의 열교환형 흡수기가 바람직하며, 상기 제3 혼합기(21b)는 암모니아 증류탑에서 제거된 암모니아 및 물과, 증발기(14a)에서 제거된 물을 혼합하여 암모니아수를 제조한다.Here, the absorber 21a is preferably a tubular heat exchange type absorber for producing ammonia water, and the third mixer 21b is ammonia and water removed from the ammonia distillation column and water removed from the evaporator 14a. Ammonia water is prepared by mixing.

또한, 본 발명은, 암모니아 및 물을 회수하여 재사용할 수 있는 순환구조로 형성되어 상기 제3 혼합기(21b)를 거쳐 제조된 암모니아수를 순환탱크(22)로 공급하며, 상기 순환탱크(22)에 공급된 암모니아수는 다시 이산화탄소 흡수제 제조에 사용된다. 구체적으로, 상기 순환탱크(22)에 공급된 암모니아수는 상기 제1 혼합기(10)로 이송되어 혼합된 후, 상기 반응기(11)로 이송되어 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정은 순환구조를 이루고 있다.In addition, the present invention is formed in a circulation structure capable of recovering and reusing ammonia and water, and supplies the ammonia water produced through the third mixer 21b to the circulation tank 22, and to the circulation tank 22 The supplied ammonia water is used again to manufacture the carbon dioxide absorbent. Specifically, the ammonia water supplied to the circulation tank 22 is transferred to the first mixer 10, mixed, and then transferred to the reactor 11 to form a circulation structure in the carbon dioxide absorbent manufacturing process according to the present invention. .

즉, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정은, 도 1을 참조하면, 상기 암모니아 제거단계(S20)부터 상기 물 제거단계(S30)까지 제거된 암모니아 및 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 이송되어 30 ~ 35wt%의 암모니아수를 제조하기 위하여 재공급되는 대순환 구조를 이루고 있다.That is, in the carbon dioxide absorbent manufacturing process according to the present invention, referring to FIG. 1, the ammonia and water removed from the ammonia removal step (S20) to the water removal step (S30) are absorbed by an absorber 21a and a third mixer 21b. ) and forms a general circulation structure in which it is re-supplied to produce 30 ~ 35 wt% ammonia water.

즉, 상기 암모니아 제거단계(S20)부터 상기 물 제거단계(S30)와 상기 증발기(14a)에서 제거된 암모니아와 물은 제1 혼합기(10)로 재공급되어 암모니아수로 제조된다.That is, the ammonia and water removed from the ammonia removal step (S20) to the water removal step (S30) and the evaporator 14a are supplied back to the first mixer 10 to produce ammonia water.

다음으로, 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40)는 상기 증발기(14a)의 탑저액을 활용하며, 본 발명의 제조공정에 따라 제조된 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG가 혼합된 흡수제이다.Next, in the first carbon dioxide absorbent preparation step (S40), the bottom liquid of the evaporator 14a is utilized, and the carbon dioxide absorbent prepared according to the manufacturing process of the present invention is a mixture of MEA, DEA, TEA, MEG, DEG, and TEG. is an absorbent.

상기 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40)는, 도 1을 참조하면, 상기 증발기(14a)의 상기 탑저액을 제2 혼합기(20)의 제1 노즐에 투입하고, 상기 제2 혼합기(20)의 제2 노즐에서 MEA, DEA, TEA 및 물을 혼합하여 상기 이산화탄소 흡수제를 일정한 농도로 연속적으로 제조할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40), the bottom liquid of the evaporator 14a is injected into the first nozzle of the second mixer 20, and the second mixer 20 The carbon dioxide absorbent may be continuously prepared at a constant concentration by mixing MEA, DEA, TEA, and water in a nozzle.

먼저, 상기 물 제거단계(S30)에서 물이 제거된 상기 탈수탑(15)의 탑저액은 MEA 증류탑(16) 및 DEA 증류탑(17)으로 이송되어 상기 MEA 증류탑(16)의 탑상에 고순도 MEA 가 생산되며, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑상에 고순도 DEA가 생산된다.First, the bottom liquid of the dehydration column 15 from which water is removed in the water removal step (S30) is transferred to the MEA distillation column 16 and the DEA distillation column 17, and high-purity MEA is formed on the top of the MEA distillation column 16 produced, and high-purity DEA is produced on the top of the DEA distillation tower (17).

구체적으로, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑상에는 DEA가 생산되며, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑저에는 상기 DEA가 생성되고 남은 탑저액이 있으며, MEA 및 DEA와 비교하여 상대적으로 끓는점이 높은 TEA가 75% 이상 포함되어 있으며, 부반응물인 MEG(Mono-Ethylene-Glycol, DEG(Di-Ethylene-Glycol) 및 TEG(Tri-Ethylene-Glycol)류가 1%로 구성된다. Specifically, DEA is produced on the top of the DEA distillation column 17, and at the bottom of the DEA distillation column 17, there is a bottom liquid remaining after the DEA is produced, and TEA having a relatively high boiling point compared to MEA and DEA. It contains more than 75%, and the by-reactants MEG (Mono-Ethylene-Glycol, DEG (Di-Ethylene-Glycol) and TEG (Tri-Ethylene-Glycol) constitute 1%.

또한, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑저액은 EG 제거탑(18)으로 이송되어 미량의 글리콜류(MEG, DEG 및 TEG) 및 DEA가 제거되어 상기 DEA 증류탑(17)으로 순환되어 재사용된다. 이때, 글리콜류가 제거된 상기 EG 제거탑(18)의 탑저액은 DEA와 TEA로 구성되어있다.In addition, the bottom liquid of the DEA distillation column 17 is transferred to the EG removal column 18 to remove trace amounts of glycols (MEG, DEG, and TEG) and DEA, and is circulated to the DEA distillation column 17 and reused. At this time, the bottom liquid of the EG removal column 18 from which glycols are removed is composed of DEA and TEA.

상기 EG 제거탑(18)의 탑저액은 후속 공정인 TEA 증류탑(19)이 단증류 배치 칼럼(batch cloumn)으로 연속생산이 불가능하여 버퍼 탱크(buffer tank)로 이송되어 보관되면서 TEA를 공급받아 고순도 TEA를 생산한다. 이와 더불어, 상기 TEA 증류탑(19)은 DEA와 TEA로 구성된 초류액을 상기 DEA 증류탑(17)으로 분리 및 이송하여 회수함으로써 고순도 TEA를 생산한다.The bottom liquid of the EG removal tower (18) is transported to a buffer tank and stored in a buffer tank since the TEA distillation tower (19), which is a subsequent process, is a short distillation batch column, and is stored. produce TEA. In addition, the TEA distillation column 19 produces high-purity TEA by separating, transporting, and recovering the distillate composed of DEA and TEA to the DEA distillation column 17.

다음으로, 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 배가스의 조성에 따라 상기 제1 이산화탄소 흡수제에 타성분을 추가한다.Next, in the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50), other components are added to the first carbon dioxide absorbent according to the composition of the exhaust gas.

상기 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40)에서 제조된 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG가 혼합된 흡수제이며, 상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 배가스의 조성에 적합하게 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG가 혼합된 제1 이산화탄소 흡수제에 타성분을 추가하여 제2 이산화탄소 흡수제를 제조한다.The carbon dioxide absorbent prepared in the first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) is a mixed absorbent of MEA, DEA, TEA, MEG, DEG and TEG, and the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) is suitable for the composition of the exhaust gas. A second carbon dioxide absorbent is prepared by adding other components to the first carbon dioxide absorbent in which MEA, DEA, TEA, MEG, DEG, and TEG are mixed.

여기서, 상기 타성분은 MEA, DEA, TEA, 물 및 이의 혼합으로 이루어진 군에서 선택된 하나이며, 제1 이산화탄소 흡수제에 상기 타성분을 추가하여 MEA, DEA, TEA의 농도를 조절하여 배가스 조성에 최적화된 제2 이산화탄소 흡수제를 제조한다. Here, the other component is one selected from the group consisting of MEA, DEA, TEA, water, and a mixture thereof, and the concentration of MEA, DEA, and TEA is adjusted to optimize the exhaust gas composition by adding the other component to the first carbon dioxide absorbent. A second carbon dioxide absorbent is prepared.

도 1을 참조하면, 상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 제2 혼합기(20)에서 제조되며, 제2 혼합기(20)는 제1 노즐과 제2 노즐이 구비되어 상기 제2 혼합기로 유입되는 양을 조절할 수 있다.Referring to FIG. 1, the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) is manufactured in a second mixer 20, and the second mixer 20 is provided with a first nozzle and a second nozzle and flows into the second mixer. You can control the amount of

상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 제2 혼합기(20)의 상기 제1 노즐 및 상기 제2 노즐을 조절하여 배가스의 조성에 특화된 이산화탄소 흡수제를 제조할 수 있다.In the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50), the carbon dioxide absorbent specialized for the composition of the exhaust gas may be manufactured by adjusting the first nozzle and the second nozzle of the second mixer 20.

또한, 상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 일정 농도로 제조된 이산화탄소 흡수제를 배가스의 조성에 따라, MEA, DEA, TEA 및 물을 새로 공급하여 원하는 농도로 희석하여 제조하는 공정을 연속적으로 제조할 수 있다.In addition, the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) continuously manufactures a process of diluting the carbon dioxide absorbent prepared at a certain concentration to a desired concentration by newly supplying MEA, DEA, TEA, and water according to the composition of the exhaust gas. can do.

이때, 상기 제1 노즐은 모티브 노즐(Motive Nozzle)로 형성되고, 상기 제2 노즐은 흡입 노즐(Suction Nozzle)로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the first nozzle is formed as a motive nozzle and the second nozzle is formed as a suction nozzle.

구체적으로, 상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는 상기 제2 혼합기(20)의 상기 제1 노즐로 상기 증발기(14a)의 탑저액을 투입하며, 배가스의 조성에 따라 성분비를 조절하여 상기 제2 혼합기(20)의 상기 제2 노즐로는 상기 증발기(14a)의 탑저액에서 물이 제거된 증발탑(15)의 탑저액이 MEA 증류탑(16)을 거쳐 생성된 MEA와, 상기 MEA 증류탑(16)의 탑저액이 DEA 증류탑(17)을 거쳐 생성된 DEA와, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑저액이 EG 제거탑(18)을 거친 후 TEA 증류탑(19)을 거쳐 생성된 TEA 및 새로 공급된 물을 투입한다. 상기 제1 노즐에서 투입된 증발기의 탑저액과 상기 제2 노즐에서 투입되는 탑저액을 배가스의 조성에 따라 혼합성분비를 조절함으로써, 배가스 조성에 따른 이산화탄소 흡수제를 하나의 공정으로 연속적으로 제조할 수 있다. Specifically, in the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50), the bottom liquid of the evaporator 14a is injected into the first nozzle of the second mixer 20, and the component ratio is adjusted according to the composition of the exhaust gas to obtain the carbon dioxide absorbent. 2 The second nozzle of the mixer 20 includes MEA generated by passing the bottom liquid of the evaporation column 15 from which water is removed from the bottom liquid of the evaporator 14a through the MEA distillation column 16, and the MEA distillation column ( DEA produced from the bottom liquid of 16) passed through the DEA distillation column 17, and TEA produced through the TEA distillation column 19 after the bottom liquid of the DEA distillation column 17 passed through the EG removal column 18 and newly supplied put in the water A carbon dioxide absorbent according to the composition of the exhaust gas can be continuously produced in one process by adjusting the mixed component ratio of the bottom liquid of the evaporator introduced from the first nozzle and the bottom liquid introduced from the second nozzle according to the composition of the exhaust gas.

종래의 이산화탄소 흡수제는 아민합성과정에서 생성된 아민을 증류탑에서 분리하고, 다시 원하는 성분을 혼합하여 사용하기 때문에 추가적인 시간과 비용이 소모되는 반면, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG, TEG 및 물이 혼합된 수용액 형태의 이산화탄소 흡수제로서, 수용액 형태의 이산화탄소 흡수제가 이산화탄소 포집에 바로 적용할 수 있음은 물론, 이산화탄소 흡수제 제조 시 연속공정으로 배가스의 조성에 적합하게 제조할 수 있어 시간과 비용을 저감시킬 수 있다.Conventional carbon dioxide absorbents require additional time and cost because the amine produced in the amine synthesis process is separated in a distillation tower and the desired components are mixed and used, whereas the carbon dioxide absorbent according to the present invention is MEA, DEA, TEA, MEG , DEG, TEG, and water are mixed as a carbon dioxide absorbent in the form of an aqueous solution. The carbon dioxide absorbent in the form of an aqueous solution can be directly applied to capture carbon dioxide, and can be manufactured appropriately for the composition of exhaust gas in a continuous process during the manufacture of the carbon dioxide absorbent. Can save time and cost.

이하, 본 발명의 구체적인 제조예, 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되지는 않는다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail through specific preparation examples, examples, comparative examples, and experimental examples of the present invention. However, the following examples are provided to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples. Contents not described herein can be technically inferred by those skilled in the art, so descriptions thereof will be omitted.

제조예 1Preparation Example 1

제1 혼합기(10)에 암모니아수, 암모니아 가스 및 에틸렌옥사이드를 3 : 1의 몰비로 투입하여 에틸렌옥사이드를 반응시키며, 연속 교반 탱크 반응기(11) 및 플러그 흐름 반응기(12)를 통해 암모니아와 에틸렌옥사이드를 완전반응시킨다. 이후, 암모니아 분리탑(13)에서 반응후 잔존하는 암모니아를 제거하고, 증발기(14a) 및 증발탑(14b)에서 물을 제거하여 MEA, DEA 및 TEA가 혼합되어있는 제1 이산화탄소 흡수제를 제조하였다. 최종 생성된 흡수제의 혼합비는 하기 표 1에 나타내었다.Ammonia water, ammonia gas, and ethylene oxide are introduced into the first mixer 10 at a molar ratio of 3:1 to react ethylene oxide, and ammonia and ethylene oxide are reacted through a continuous stirred tank reactor 11 and a plug flow reactor 12 react completely. Thereafter, ammonia remaining after the reaction was removed in the ammonia separation tower 13, and water was removed in the evaporator 14a and the evaporation tower 14b to prepare a first carbon dioxide absorbent in which MEA, DEA, and TEA were mixed. The mixing ratio of the finally produced absorbent is shown in Table 1 below.

제조예 2Preparation Example 2

제조예 1과 동일하게 제조하되, 제1 혼합기(10)에 암모니아수, 암모니아 가스 및 에틸렌옥사이드를 7 : 1의 몰비로 투입하여 에틸렌옥사이드를 반응시켜 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but ammonia water, ammonia gas, and ethylene oxide were added to the first mixer 10 at a molar ratio of 7:1 to react ethylene oxide.

제조예 3Preparation Example 3

제조예 1과 동일하게 제조하되, 제1 혼합기(10)에 암모니아수, 암모니아 가스 및 에틸렌옥사이드를 9 : 1의 몰비로 투입하여 에틸렌옥사이드를 반응시켜 제조하였다.It was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but ammonia water, ammonia gas, and ethylene oxide were added to the first mixer 10 at a molar ratio of 9:1 to react ethylene oxide.

구분division MEA(wt%)MEA (wt%) DEA(wt%)DEA (wt%) TEA(wt%)TEA (wt%) H2O(wt%)HO (wt%) MEG(wt%)MEG (wt%) DEG(wt%)DEGs (wt%) TEG(wt%)TEG (wt%) 제조예 1Preparation Example 1 30.5530.55 30.3730.37 17.5817.58 21.3221.32 0.10.1 0.030.03 0.050.05 제조예 2Preparation Example 2 33.9633.96 29.4529.45 15.2415.24 21.2021.20 0.090.09 0.040.04 0.020.02 제조예 3Preparation Example 3 35.1935.19 29.5329.53 13.6513.65 21.5321.53 0.040.04 0.020.02 0.040.04

상기 표 1에 도시된 바와 같이, 제조예 1에 따라, 암모니아수, 암모니아 가스 및 에틸렌옥사이드를 3 : 1의 몰비로 투입하여 제조한 이산화탄소 흡수제가 DEA 및 TEA 성분이 증가한 것이 확인되었다.As shown in Table 1, it was confirmed that the carbon dioxide absorbent prepared by adding ammonia water, ammonia gas, and ethylene oxide at a molar ratio of 3:1 according to Preparation Example 1 had increased DEA and TEA components.

실시예Example

상기 제조예 1에 따라 제조된 이산화탄소 흡수제를 30wt% 포함하는 흡수제 수용액을 제조하였다.An aqueous absorbent solution containing 30 wt% of the carbon dioxide absorbent prepared according to Preparation Example 1 was prepared.

비교예comparative example

MEA를 30wt% 포함하는 흡수제 수용액을 제조하였다.An aqueous absorbent solution containing 30 wt% of MEA was prepared.

실험예Experimental example

이산화탄소 흡수-탈거 성능을 확인하기 위해 실시예 및 비교예에 따른 흡수제 공급 흐름(5)의 유량과 물 공급흐름(4)의 이산화탄소 농도 및 유량을 조절함으로써 흡수탑(2) 공급 흡수제 흐름(8)의

Figure 112022045395330-pat00001
및 흡수제 농도를 조절하였고, 탈거탑(12)에서 이산화탄소가 탈거되어 재생된 흡수제 흐름의
Figure 112022045395330-pat00002
및 흡수제 농도는 흡수제 보충 흐름(17)을 조절함으로써 2개의 흡수제 흐름(8, 19)이 동일한 값을 가지게 하여 이산화탄소 흡수-탈거 공정의 연속을 운전을 모사하였다. Absorption tower (2) feed absorbent stream (8) by adjusting the flow rate of the absorbent feed stream (5) and the carbon dioxide concentration and flow rate of the water feed stream (4) according to Examples and Comparative Examples to confirm the carbon dioxide absorption-separation performance of
Figure 112022045395330-pat00001
And the absorbent concentration was adjusted, and the carbon dioxide was stripped in the stripping column 12 and the regenerated absorbent flow
Figure 112022045395330-pat00002
and the absorbent concentration by adjusting the absorbent make-up stream 17 so that the two absorbent streams 8 and 19 have the same value to simulate the continuous operation of the carbon dioxide absorption-removal process.

상기 이산화탄소 흡수-탈거 공정은 도 3과 같은 공정 구성에 대하여 AspenPlus V11을 Process Simulator로 이용하여 수행하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연소배가스(1)는 흡수탑(2)의 하부에 공급되어 상부로 흐르고, 흡수제(8)는 흡수탑(2)의 상부에 공급되어 흡수탑(2) 내부의 충전물 표면을 적시면서 하부로 흐르게 된다. 흡수탑(2) 내부에서 충전물을 적시면서 하부로 흐르는 흡수제(8)와 상부로 흐르는 연소배가스(1)는 향류 흐름(counter-current flow) 환경에서 기-액 접촉, 물질 전달, 이온화 및 산-염기 반응에 의해 이산화탄소가 흡수-분리된 후 처리가스(3)는 대기로 배출된다. The carbon dioxide absorption-removal process was performed using AspenPlus V11 as a process simulator with respect to the process configuration shown in FIG. 3 . As shown in FIG. 3, the flue gas 1 is supplied to the lower part of the absorption tower 2 and flows upward, and the absorbent 8 is supplied to the upper part of the absorption tower 2 and the inside of the absorption tower 2 It flows downward, wetting the surface of the filling. Inside the absorption tower (2), while wetting the packing, the absorbent (8) flowing downward and the flue gas (1) flowing upward are gas-liquid contact, mass transfer, ionization and acid-flow in a counter-current flow environment. After carbon dioxide is absorbed and separated by a base reaction, the treated gas 3 is discharged to the atmosphere.

이산화탄소 제거율(CO₂removal efficiency)은 연소배가스(1)에 함유된 CO₂ mole에 대한 흡수제(8)에 흡수-분리된 CO₂mole의 비율로서 연소배가스(1)와 처리가스(3)에 대한 공정 모사 결과를 이용하여 하기 수학식 1과 같이 계산하였다.The CO2 removal efficiency is the ratio of the CO2 mole absorbed and separated by the absorbent (8) to the CO2 mole contained in the combustion exhaust gas (1), using the process simulation results for the combustion exhaust gas (1) and the processed gas (3). It was calculated as in Equation 1 below.

Figure 112022045395330-pat00003
Figure 112022045395330-pat00003

또한, 흡수제 액체 흐름(8, 9, 11, 13, 14, 16, 19)이 이산화탄소를 흡수한 정도를 나타내기 위해 각각의 흡수제 액체 흐름에 대한 공정 모사 결과를 이용하여 하기 수학식 2와 같이 계산한 CO₂loading(α)을 사용하였다. In addition, in order to indicate the extent to which the absorbent liquid streams 8, 9, 11, 13, 14, 16, and 19 absorbed carbon dioxide, calculation is performed as shown in Equation 2 using the process simulation results for each absorbent liquid stream. One CO2 loading (α) was used.

Figure 112022045395330-pat00004
Figure 112022045395330-pat00004

이산화탄소 흡수-탈거 연속 공정은 흡수탑(2)에서 이산화탄소와 반응한 흡수제는 탈거탑(12)으로 공급되어 증류에 의해 이산화탄소를 탈거(Stripping)하여 흡수제로부터 제거한 다음 흡수탑(2)으로 공급되어 이산화탄소 흡수에 재사용됨으로써 이산화탄소의 흡수-탈거 연속 공정을 구성하게 된다. In the continuous carbon dioxide absorption-separation process, the absorbent reacted with carbon dioxide in the absorption tower 2 is supplied to the stripping tower 12, carbon dioxide is stripped by distillation to remove it from the absorbent, and then supplied to the absorption tower 2 to carbon dioxide By being reused for absorption, it constitutes a continuous process of absorption and removal of carbon dioxide.

흡수탑(2) 하부에서 탈거탑(12)으로 공급되는 흡수제 액체 흐름(9, 11)은 탈거탑(12)에서 이산화탄소 탈거 후 흡수탑(2)으로 공급되는 흡수제 액체 흐름(13, 14, 16, 19)에 비해 CO₂loading(α)이 상대적으로 높기 때문에 CO₂rich absorbent가 되며 이때의 CO₂loading은

Figure 112022045395330-pat00005
로 나타내고 탈거탑(12)에서 흡수탑(2)으로 공급되는 흡수제 액체 흐름(13, 14, 16, 19)의 CO₂loading은
Figure 112022045395330-pat00006
로 나타내었다.The absorbent liquid streams 9 and 11 supplied to the stripping tower 12 from the bottom of the absorption tower 2 are the absorbent liquid streams 13, 14 and 16 supplied to the absorption tower 2 after carbon dioxide is removed in the stripping tower 12 , 19), CO₂loading (α) is relatively high, so it becomes a CO₂rich absorbent, and the CO₂loading at this time is
Figure 112022045395330-pat00005
The CO2 loading of the absorbent liquid streams 13, 14, 16, and 19 supplied from the stripping tower 12 to the absorption tower 2 is
Figure 112022045395330-pat00006
indicated by

이산화탄소 흡수-탈거 연속 공정의 운전 초기에 이산화탄소와 반응하기 이전의 흡수제 CO₂loading은

Figure 112022045395330-pat00007
= 0이며 흡수제에 의한 이산화탄소의 흡수-분리가 진행될수록 흡수탑(2)에서 탈거탑(12)로 공급되는 흡수제 액체 흐름의 CO₂loading,
Figure 112022045395330-pat00008
는 증가하게 된다. At the beginning of the operation of the continuous carbon dioxide absorption-removal process, CO2loading of the absorbent prior to reacting with carbon dioxide is
Figure 112022045395330-pat00007
= 0, and as the absorption-separation of carbon dioxide by the absorbent progresses, the CO₂loading of the absorbent liquid flow supplied from the absorption tower (2) to the stripping tower (12),
Figure 112022045395330-pat00008
will increase

탈거탑(12)에 공급된 CO₂rich absorbent는 탈거탑 하부의 리보일러(Reboiler)(23)에 공급된 열에너지에 의해 물과 이산화탄소가 증발하여 탈거탑(12) 상부로 이동하게 되는데 이 과정에서 내부의 충전물 표면과 빈 공간은 흡수제와 이산화탄소의 기-액 상평형을 형성하고 이에 따른 농도 구배에 의해 탈거탑(12) 상부로 물과 이산화탄소가 이동할 수 있는 구동력을 얻게 된다. 탈거탑(12) 상부로 이동된 증기 상태의 물과 이산화탄소는 컨덴서(Condenser)(22)로 공급된 후 냉각수에 의해 응축된 물은 대부분 탈거탑(12)에 환류되고 일부는 흡수제 농도 유지 수준에서 폐수로 배출(21)되며 응축되지 않는 고농도 이산화탄소는 별도의 흐름(20)으로 분리되어 이산화탄소 탈거가 완료된다.The CO₂rich absorbent supplied to the stripping tower 12 evaporates water and carbon dioxide by the thermal energy supplied to the reboiler 23 at the bottom of the stripping tower and moves to the upper part of the stripping tower 12. In this process, the internal The surface of the packing and the empty space form a gas-liquid phase equilibrium of the absorbent and carbon dioxide, and the resulting concentration gradient provides a driving force for moving water and carbon dioxide to the upper part of the stripping tower 12. Vapor water and carbon dioxide moved to the top of the stripping column 12 are supplied to the condenser 22, and most of the water condensed by the cooling water is returned to the stripping column 12, and some of it is at the level of maintaining the absorbent concentration. High-concentration carbon dioxide that is discharged as wastewater (21) and is not condensed is separated into a separate stream (20), and carbon dioxide stripping is completed.

탈거탑(12) 리보일러(23)에서 물과 이산화탄소의 증발은 공급되는 에너지가 증가함에 따라 흡수제의 CO₂loading,

Figure 112022045395330-pat00009
은 감소하게 되지만 흡수제-물-이산화탄소의 상평형에 조건에 의해
Figure 112022045395330-pat00010
Figure 112022045395330-pat00011
보다는 작아질 수 있으나 0이 될 수는 없다.The evaporation of water and carbon dioxide in the stripping tower (12) reboiler (23) increases CO2 loading of the absorbent,
Figure 112022045395330-pat00009
is reduced, but by the condition of the phase equilibrium of absorbent-water-carbon dioxide
Figure 112022045395330-pat00010
silver
Figure 112022045395330-pat00011
can be less than, but cannot be zero.

CO₂loading이 높아

Figure 112022045395330-pat00012
인 흡수제 액체 흐름(9)은 Lean-rich absorbent heat exchanger(10)에서 이산화탄소가 탈거되어 온도가 높고 CO₂loading이 낮아 인 흡수제 액체 흐름(13)의 고온으로부터 열교환에 의해
Figure 112022045395330-pat00014
인 흡수제 액체 흐름(11)으로 가열된 다음 탈거탑(12)에 공급됨으로써 리보일러(23) 가열에 필요한 에너지 공급량을 최소화할 수 있다.
Figure 112022045395330-pat00015
흡수제 액체 흐름(13)은 Lean-rich absorbent heat exchanger(10)에서
Figure 112022045395330-pat00016
흡수제 액체 흐름(14)으로 열교환된 다음
Figure 112022045395330-pat00017
흡수제 Cooer(15)에서 냉각된 후 흡수탑(2)으로 공급된다. 도 3에서는 공정 모사 기법상 2개의
Figure 112022045395330-pat00018
흡수제 흐름(8, 19)으로 나타내었으나, 실제 운전에서는 2개의
Figure 112022045395330-pat00019
흡수제 흐름(8, 19)은 동일한 유체 흐름에 해당하며 공정 모사에 사용된 2개의
Figure 112022045395330-pat00020
흡수제 흐름(8, 19) 냉각기(7, 15)의 설정에 의해 이 조건을 충족하였다. High CO₂loading
Figure 112022045395330-pat00012
The phosphorus absorbent liquid stream (9) has high temperature and low CO2 loading as carbon dioxide is removed from the lean-rich absorbent heat exchanger (10). by heat exchange from the high temperature of the phosphorus absorbent liquid stream 13.
Figure 112022045395330-pat00014
By being heated by the phosphorus absorbent liquid stream 11 and then supplied to the stripping column 12, the amount of energy supplied for heating the reboiler 23 can be minimized.
Figure 112022045395330-pat00015
The absorbent liquid flow (13) is in the lean-rich absorbent heat exchanger (10).
Figure 112022045395330-pat00016
After heat exchange with the absorbent liquid stream (14)
Figure 112022045395330-pat00017
After cooling in the absorbent cooer (15), it is supplied to the absorption tower (2). In Figure 3, two process simulation techniques
Figure 112022045395330-pat00018
It is shown as an absorbent flow (8, 19), but in actual operation, two
Figure 112022045395330-pat00019
Sorbent streams (8, 19) correspond to the same fluid streams and are two
Figure 112022045395330-pat00020
The setting of the absorbent streams (8, 19) coolers (7, 15) met this condition.

흡수제 공급 흐름(5)의 유량과 물 공급흐름(4)의 이산화탄소 농도 및 유량을 조절함으로써 흡수탑(2) 공급 흡수제 흐름(8)의

Figure 112022045395330-pat00021
및 흡수제 농도를 조절하였고, 탈거탑(22)에서 이산화탄소가 탈거되어 재생된 흡수제 흐름의
Figure 112022045395330-pat00022
및 흡수제 농도는 흡수제 보충 흐름(17)을 조절함으로써 2개의 흡수제 흐름(8, 19)이 동일한 값을 가지게 하여 이산화탄소 흡수-탈거 공정의 연속을 운전을 모사하였다. By adjusting the flow rate of the absorbent feed stream (5) and the carbon dioxide concentration and flow rate of the water feed stream (4), the absorption tower (2) feed absorbent stream (8)
Figure 112022045395330-pat00021
And the absorbent concentration was adjusted, and the carbon dioxide was stripped in the stripping column 22 and the regenerated absorbent flow
Figure 112022045395330-pat00022
and the absorbent concentration by adjusting the absorbent make-up stream 17 so that the two absorbent streams 8 and 19 have the same value to simulate the continuous operation of the carbon dioxide absorption-removal process.

Property methodProperty method - Electrolyte NRTL- Electrolyte NRTL 연소배가스(1)Combustion flue gas (1) - 40 oC, 0.02 barG, 20,000 Nm3/hr 일정하게 유지- Keep constant at 40 o C, 0.02 barG, 20,000 Nm 3 /hr 흡수탑(2)Absorption tower (2) - Calculation Type : Rate based
- Number of Stages : 10
- Diameter : 2.5 m
- Packed Height : 10 m 
- Packing Type : Pall Ring 1/2“, Generic Metal
- Calculation Type : Rate based
-Number of Stages : 10
-Diameter : 2.5m
-Packed Height : 10m
- Packing Type : Pall Ring 1/2“, Generic Metal
이산화탄소 흡수율carbon dioxide absorption rate - CO2 removal efficiency : 90% 이상- CO 2 removal efficiency: over 90% Lean-rich Absorbent Heat Exchange(10)Lean-rich Absorbent Heat Exchange(10) - Hot Stream Outlet(14) Temperature : 80 oC- Hot Stream Outlet(14) Temperature : 80 o C Absorbent Cooler(7, 15)Absorbent Cooler(7, 15) - Hot Stream Outlet(8, 16) Temperature : 30 oC- Hot Stream Outlet(8, 16) Temperature : 30 o C 탈거탑(12)Removal tower (12) - Calculation Type : Rate based
- Number of Stages : 10
- Feed Stram(11) : Above 5 Stage
- Diameter : 2 m
- Packed Height : 10 m 
- Packing Type : Pall Ring 1/2“, Generic Metal
- Reflux Ratio(mole) : 0.5, 탈거 CO2 흐름(20)의 CO2 농도 95% 유지
- Bottom to Feed Ratio : 흡수제 흐름(13, 14, 16, 16)의

Figure 112022045395330-pat00023
조절을 위해 변화- Calculation Type : Rate based
-Number of Stages: 10
- Feed Stram(11) : Above 5 Stage
-Diameter : 2m
-Packed Height : 10m
- Packing Type : Pall Ring 1/2“, Generic Metal
- Reflux Ratio (mole): 0.5, maintaining 95% of the CO 2 concentration of the stripping CO 2 flow (20)
- Bottom to Feed Ratio: of absorbent flow (13, 14, 16, 16)
Figure 112022045395330-pat00023
change to control 탈거 이산화탄소(20)stripping carbon dioxide (20) - 탈거 이산화탄소 농도 : 95vol%- Stripping carbon dioxide concentration: 95vol%

실시예 및 비교예의 공급 흐름(5)의 유량과 물 공급 흐름(4)의 유량 및 이산화탄소 농도를 조절하여 흡수탑(2)으로 공급되는 흡수제 공급 흐름(8)의 CO2 loading(

Figure 112022045395330-pat00024
)을 0.2로 설정하여 상기 표 2에 기재된 조건으로 공정 모사를 수행하였으며, 그 결과는 표 3에 나타내었다.CO 2 loading (
Figure 112022045395330-pat00024
) was set to 0.2 to perform process simulation under the conditions described in Table 2 above, and the results are shown in Table 3.

실시예Example 비교예comparative example 흡수탑(2) 흡수제 공급 흐름(8) 유량Absorption tower (2) absorbent feed stream (8) flow rate 100 ton/hr = 98.28 m3/hr100 ton/hr = 98.28 m 3 /hr 77 ton/hr = 78 m3/hr77 ton/hr = 78 m 3 /hr 흡수제 공급 흐름(8) 함유 흡수제 유량Absorbent flow rate with absorbent feed stream (8) 448.52 kmoles-실시예/hr448.52 kmoles-example/hr 428.169 kmoles-MEA/hr428.169 kmoles-MEA/hr 탈거탑(12) 컨덴서(22) heat dutyStripping column (12) Condenser (22) heat duty -2.67GJ/hr-2.67GJ/hr -26.27GJ/hr-26.27GJ/hr 탈거탑(12) 리보일러(23) heat dutyStripping tower(12) Reboiler(23) heat duty 19.61GJ/hr19.61GJ/hr 38.46GJ/hr38.46GJ/hr

상기 표 3에 따르면, 실시예는 이산화탄소 탈거시 컨덴서(22) 운전에너지가 -2.67GJ/hr이며, 리보일러(23) 운전에너지 19.61GJ/hr로서, 이산화탄소 흡수제를 30wt%로 동일하게 포함한 비교예와 비교하여 탈거탑 리보일러에 필요한 에너지의 50.98%를 저감시키는 것을 확인할 수 있다.According to Table 3, in Example, the operating energy of the condenser 22 when removing carbon dioxide is -2.67 GJ/hr, and the operating energy of the reboiler 23 is 19.61 GJ/hr, and the comparative example includes the same 30 wt% carbon dioxide absorbent. Compared to, it can be seen that 50.98% of the energy required for the stripping tower reboiler is reduced.

즉, 본 발명의 제조공정에 따라 제조된 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG가 혼합된 흡수제로, MEA 단일 흡수제인 비교예와 비교하여 운전시 에너지가 적게 소모되는 것을 알 수 있다. That is, the carbon dioxide absorbent prepared according to the manufacturing process of the present invention is a mixed absorbent of MEA, DEA, TEA, MEG, DEG and TEG, and it can be seen that less energy is consumed during operation compared to the comparative example, which is a single MEA absorbent. there is.

아울러, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 제조공정은 이산화탄소 탈거시 에너지를 저감시켜 에너지 효율성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인하여, 생산공정에 공급되는 에너지를 생산할 때 발생하는 환경영향을 감소시키며, 생산성을 향상시킬 수 있다.In addition, the carbon dioxide absorbent manufacturing process according to the present invention can improve energy efficiency by reducing energy during carbon dioxide removal, thereby reducing the environmental impact generated when producing energy supplied to the production process and improving productivity. can

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the above and the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.

S10: 반응단계
S20: 암모니아 제거단계
S30: 물 제거단계
S40: 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계
S50: 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계
10 : 제1 혼합기
11 : 반응기
12 : 플러그 흐름 반응기
13 : 암모니아 분리탑
14a : 증발기, 14b : 증발탑
15 : 탈수탑
16 : MEA 증류탑
17 : DEA 증류탑
18 : EG 제거탑
19 : TEA 증류탑
20 : 제2 혼합기
21a : 흡수기, 21b : 제3 혼합기
22 : 순환탱크
S10: reaction step
S20: ammonia removal step
S30: water removal step
S40: first carbon dioxide absorbent manufacturing step
S50: Second carbon dioxide absorbent manufacturing step
10: first mixer
11: Reactor
12: plug flow reactor
13: ammonia separation tower
14a: evaporator, 14b: evaporation tower
15: dehydration tower
16: MEA distillation column
17: DEA distillation column
18: EG removal tower
19: TEA distillation column
20: second mixer
21a: absorber, 21b: third mixer
22: circulation tank

Claims (6)

암모니아수와 에틸렌옥사이드를 반응기(11)에 투입하여 반응시키는 반응단계(S10);
상기 반응단계(S10)에서 미반응된 암모니아를 암모니아 분리탑(13)을 이용하여 제거하는 암모니아 제거단계(S20);
증발기(14a)를 이용하여 농축시키며, 증발탑(14b)을 이용하여 물을 제거하는 물 제거단계(S30);
상기 증발기(14a)의 탑저액을 활용하는 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40); 및
배가스의 조성에 따라 상기 제1 이산화탄소 흡수제에 타성분을 추가하는 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50);를 포함하되,
상기 반응단계(S10)는, 상기 반응기(11)에 암모니아수의 10~20중량% 비율로 암모니아 가스(gas)를 별도로 투입하여, 상기 암모니아수 및 상기 암모니아 가스와 상기 에틸렌옥사이드는 1~5 : 1의 몰비로 반응시키며, 암모니아를 가스 형태로 투입함으로써 수용액 형태의 암모니아 투입량을 최소화여 상기 암모니아수에서 미반응되어 과잉 열에너지를 사용하며 순환되는 물의 회수 공정에 소모되는 에너지를 저감시킬 수 있으며,
상기 타성분은 MEA, DEA, TEA, 물 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이며,
상기 제2 이산화탄소 흡수제 제조단계(S50)는,
상기 증발기(14a)의 탑저액을 제2 혼합기(20)의 제1 노즐로 투입하고,
상기 증발기(14a)의 탑저액에서 물이 제거된 탈수탑(15)의 탑저액이 MEA 증류탑(16)을 거쳐 생성된 MEA와, 상기 MEA 증류탑(16)의 탑저액이 DEA 증류탑(17)을 거쳐 생성된 DEA와, 상기 DEA 증류탑(17)의 탑저액이 EG 제거탑(18)을 거친 후 TEA 증류탑(19)을 거쳐 생성된 TEA 및 새로 공급된 물을 배가스의 조성에 따라 성분비를 조절하여 제2 노즐에 투입하여,
배가스의 조성에 따라, 상기 제1 노즐에 투입된 증발기의 탑저액과 상기 제2 노즐에 투입되는 탑저액의 혼합성분비를 조절함으로써, 배가스 조성에 따라 변화된 농도의 이산화탄소 흡수제를 하나의 공정으로 연속적으로 제조하며,
상기 반응단계(S10)는 암모니아수와 에틸렌옥사이드가 투입되어있는 제1 혼합기에 암모니아 가스를 별도로 투입하여 상기 반응기에서 암모니아수 및 암모니아 가스와 에틸렌옥사이드가 반응하며,
상기 반응기 후단에 플러그 흐름 반응기를 추가로 구비하여 반응에 필요한 체류시간을 확보하여 상기 에틸렌옥사이드를 완전반응시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 제조 공정.
A reaction step of reacting ammonia water and ethylene oxide by introducing them into the reactor 11 (S10);
An ammonia removal step (S20) of removing unreacted ammonia in the reaction step (S10) using an ammonia separation tower (13);
A water removal step (S30) of concentrating using an evaporator (14a) and removing water using an evaporation tower (14b);
a first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) utilizing the bottom liquid of the evaporator (14a); and
A second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50) of adding other components to the first carbon dioxide absorbent according to the composition of the exhaust gas; including,
In the reaction step (S10), ammonia gas is separately injected in an amount of 10 to 20% by weight of ammonia water into the reactor 11, and the ammonia water, the ammonia gas, and the ethylene oxide are 1 to 5: 1 It reacts in a molar ratio, and by introducing ammonia in gas form, the amount of ammonia input in the form of an aqueous solution is minimized to use excess heat energy unreacted in the ammonia water and reduce the energy consumed in the recovery process of circulating water,
The other component is one selected from the group consisting of MEA, DEA, TEA, water and mixtures thereof,
In the second carbon dioxide absorbent manufacturing step (S50),
The bottom liquid of the evaporator (14a) is injected into the first nozzle of the second mixer (20),
The bottom liquid of the dehydration tower 15, from which water is removed from the bottom liquid of the evaporator 14a, passes through the MEA distillation tower 16 to produce MEA, and the bottom liquid of the MEA distillation tower 16 passes through the DEA distillation tower 17. The DEA produced through the distillation column 17, the bottom liquid of the DEA distillation column 17 passes through the EG removal column 18, and then the TEA produced through the TEA distillation column 19 and newly supplied water, by adjusting the component ratio according to the composition of the Into the second nozzle,
According to the composition of the exhaust gas, by adjusting the mixed component ratio of the bottom liquid of the evaporator injected into the first nozzle and the bottom liquid introduced into the second nozzle, a carbon dioxide absorbent having a concentration changed according to the composition of the exhaust gas is continuously produced in one process. and
In the reaction step (S10), ammonia gas is separately injected into the first mixer into which ammonia water and ethylene oxide are added, and ammonia water, ammonia gas, and ethylene oxide react in the reactor,
A process for producing a carbon dioxide absorbent, characterized in that a plug flow reactor is additionally provided at the rear end of the reactor to ensure a residence time required for the reaction to completely react the ethylene oxide.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 암모니아 제거단계(S20)부터 상기 물 제거단계(S30)와 상기 증발기(14a)에서 제거된 암모니아와 물은 흡수기(21a) 및 제3 혼합기(21b)로 재공급되어 암모니아수로 제조되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 제조 공정.
According to claim 1,
The ammonia and water removed from the ammonia removal step (S20) to the water removal step (S30) and the evaporator (14a) are supplied back to the absorber (21a) and the third mixer (21b) to produce ammonia water. Carbon dioxide absorbent manufacturing process.
제 1항에 있어서,
상기 제1 이산화탄소 흡수제 제조단계(S40)에서 제조되는 상기 이산화탄소 흡수제는 MEA, DEA, TEA, MEG, DEG 및 TEG를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 제조 공정.
According to claim 1,
The carbon dioxide absorbent produced in the first carbon dioxide absorbent manufacturing step (S40) comprises MEA, DEA, TEA, MEG, DEG and TEG.
삭제delete
KR1020220052318A 2022-04-27 2022-04-27 Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof KR102562971B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220052318A KR102562971B1 (en) 2022-04-27 2022-04-27 Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof
PCT/KR2022/006138 WO2023210841A1 (en) 2022-04-27 2022-04-29 Carbon dioxide absorbent and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220052318A KR102562971B1 (en) 2022-04-27 2022-04-27 Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102562971B1 true KR102562971B1 (en) 2023-08-03

Family

ID=87567908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220052318A KR102562971B1 (en) 2022-04-27 2022-04-27 Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102562971B1 (en)
WO (1) WO2023210841A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130023561A (en) * 2011-08-29 2013-03-08 한국에너지기술연구원 Absorbent with high carbon dioxide loading ratio
KR20130039987A (en) * 2011-10-13 2013-04-23 한국에너지기술연구원 Carbon dioxide absorbent comprising the promoters

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5633408A (en) * 1994-06-28 1997-05-27 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Process for preparing alkanolamines
US6165433A (en) * 1999-06-10 2000-12-26 Praxair Technology, Inc. Carbon dioxide recovery with composite amine blends

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130023561A (en) * 2011-08-29 2013-03-08 한국에너지기술연구원 Absorbent with high carbon dioxide loading ratio
KR101335603B1 (en) 2011-08-29 2013-12-02 한국에너지기술연구원 Absorbent with high Carbon dioxide Loading Ratio
KR20130039987A (en) * 2011-10-13 2013-04-23 한국에너지기술연구원 Carbon dioxide absorbent comprising the promoters
KR101350902B1 (en) 2011-10-13 2014-01-16 한국에너지기술연구원 Carbon Dioxide Absorbent Comprising The Promoters

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences, 6(5), 1287-1296(2015.10.22.)* *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023210841A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8652236B2 (en) Method for recovery of high purity carbon dioxide
CA2615550C (en) A method for recovery of high purity carbon dioxide from a gaseous source comprising nitrogen compounds
KR101474929B1 (en) Method and absorbent composition for recovering a gaseous component from a gas stream
US20050169825A1 (en) Method of collecting carbon dioxide contained in fumes
AU2010261784B2 (en) Process for the removal of carbon dioxide and/or hydrogen sulphide from a gas
JP2009521314A (en) Reuse of amines for carbon dioxide recovery
JP2006205165A (en) Decarboxylation method of combustion exhaust gas containing extraction of solvent contained in purified fume
NO331768B1 (en) Process for the Recovery of Amino Compounds for Use in Carbon Dioxide Removal
JP2013535316A (en) Pressurized gas separation column and high pressure product gas generation process
JP2007533431A (en) Method for obtaining an acid gas stream under high pressure by removing acid gas from a fluid stream
US20140374105A1 (en) Process for the removal of carbon dioxide from a gas
KR101726162B1 (en) Method of resource reuse of stripping system for acid gas capture
US7964168B2 (en) CO2 capture method with thermal integration of regenerator
KR102562971B1 (en) Carbon dioxide absorbent and manufacturing process thereof
WO2013081460A1 (en) Method for depleting an exhaust gas stream in gaseous acid
JP2022060720A (en) Gas treatment apparatus
EP2767325A1 (en) Process for the removal of carbon dioxide from a gas

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant