KR100497950B1 - 이미다졸리움계 이온성 액체를 이용한 혼합가스 분리 방법 - Google Patents

이미다졸리움계 이온성 액체를 이용한 혼합가스 분리 방법 Download PDF

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Abstract

이온성 액체를 사용한 혼합가스의 분리 방법이 개시되어 있다. 1-알킬-3-메틸-이미다졸리움 양이온과 무기물 음이온을 포함하는 이미다졸리움계 이온성 액체에 헥사플루오로프로필렌(C3F8;HFP)과 클로로디플루오로메탄(CF2HCL;R22)이 혼합된 혼합 가스를 주입하여 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 상기 클로로디플루오로메탄을 흡수시킨다. 상기 클로로디플루오로메탄을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체와 상기 헥사플루오로프로필렌을 분리시킨다. 상기 클로로디플루오로메탄을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체로부터 상기 클로로디플루오로메탄을 분리시키는 단계를 갖는다. 상기와 같이 공정에 따라 혼합가스 분리하면, 이온성 액체의 용매의 손실을 방지할 수 있고, 상기 혼합 가스를 비용 및 공정시간의 증가 없이 효과적으로 분리할 수 있다.

Description

이미다졸리움계 이온성 액체를 이용한 혼합가스 분리 방법 {Method of Separating the mixed gas Using Imidazolium Ionic Liquid}
본 발명은 혼합 가스를 분리하기 위한 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 상기 헥사플루오로프로필렌과 클로로디플루오로메탄이 혼합된 혼합 가스를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.
헥사플루오로프로필렌(CF3CF=CF2, 이하 'HFP'라 함)는 불소계 수지의 공중합체(copolymer)의 제조에 사용되는 단량체(monomer)로서 테트라플루오로에틸렌(C2F4,이하 'TFE'라 함)와 더불어 중요한 불소계 수지의 기초 원료로 수요가 증가하고 있다.
일반적인 HFP의 제조법은 디플루오로클르오로메탄(CHClF2, 이하 'R22'라 함)의 열분해법[유럽특허 제0,287,219호(1988), 미국특허 제4,849,554호(1989)]에 의해 제조가 가능하다.
그러나 상기 R22의 열분해에 의한 HFP 제조법은 TFE의 선택율이 높기 때문에 HFP의 선택도가 낮은 단점이 있어 생성물의 전환율이 매우 낮아 HFP가 소량 생성되고, R22와 TFE 및 HFP 등의 생성물이 함께 포함되어 있다.
따라서, 중합반응에 적합한 단량체로 각각 분리하기 위해 통상의 증류 방법에 의해 TFE는 분리가 가능하나 R22와 HFP의 혼합 조성비가 약 83% : 17% 일 경우 상기 통상의 증류방법으로는 분리할 수 없는 공비점(Azeotropic point)을 형성하기 때문에 분리가 용이하지 못하다.
그러므로, 상기 R22와 HFP를 분리하기 위해 증류와는 별도로 저비층의 알코올을 사용하여 상기 R22를 선택적으로 흡수시킴으로서 상기 HFP와 분리하는 방법이(일본 특허 출원 공고 47-12330 및 SRI report No.166 : Fluroinated polymer, 1983,pp 28) 제시되었다.
그러나, 상기 저비점 알코올을 사용하여 상기 R22와 HFP를 분리하는 방법에는 상기 저비점 알코올이 쉽게 휘발하기 때문에 취급이 어렵고, 화재의 위험성이 있으며 분리 공정시 휘발성인 유기물(volatile organic compound; VOC)의 손실에 의한 용매의 재 보충 및 대기로의 방출로 인한 환경오염을 피할 수 없는 문제점이 대두되었다.
더욱이 이러한 알코올에 관한 R22와 HFP의 상대 흡수 분리능력은 단지 5 내지 7배정도 밖에 안되고, 상기 HFP일부가 상기 알코올에 용해되어 있기 때문에 이를 다시 분리하기 위해서는 별도의 분리 공정이 필요하여 이에 소요되는 장치의 비용과 공정시간의 증가를 초래하였다.
또한, 이러한 낮은 흡수 분리 능력을 개선하기 위해 물을 과량 첨가하여 R22와 HFP를 분리하는 공정을 수행하는 방법을 적용하였지만 이 경우에도, 물과 알코올의 비점이 유사하기 때문에 이를 다시 분리하기 위해 고가의 증류탑을 별도로 설치로 인하 공정 비용의 증가를 초래하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 우수한 클로로디플루오로메탄의 흡수 능력이 우수한 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용하여 헥사플루오로프로필렌과 클로로디플루오로메탄의 혼합가스를 효과적으로 분리하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 혼합 가스 분리 방법은 (a) 이미다졸리움계 이온성 액체에 헥사플루오로프로필렌(C3F8)과 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)이 혼합된 혼합 가스를 주입하여 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 상기 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)을 흡수시키는 단계;
(b) 상기 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체와 상기 헥사플루오로프로필렌(C3F8)을 분리시키는 단계; 및
(C) 상기 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체로부터 상기 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)을 분리시키는 단계를 제공하는데 있다.
상기 본 발명에 따른 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용함으로 인해 이온성 액체의 용매의 손실을 방지할 수 있고, 헥사플루오로프로필렌(C3F8)과 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)이 혼합된 혼합 가스를 비용 및 공정시간의 증가 없이 효과적으로 분리할 수 있는 장점을 갖고 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
상기 이미다졸리움계 이온성 액체는 종래의 저비점 알코올과 달리 휘발성이 작기 때문에 보다 취급이 용이하여 화재의 위험성 작고, 양이온을 나타내는 유기물과 음이온을 나타내는 무기물이 결합된 유기염의 구조를 갖고 있다.
이러한 이미다졸리움계 이온성 액체는 300 ℃정도의 고온에서도 휘발성 물질의 방출이 전혀 없는 액체상태를 유지하며, 상기 R22 가스의 흡수도는 기존의 알코올과 유사하나 HFP의 흡수도가 알코올에 비해 매우 낮기 때문에 R22/HFP의 상대 분리능이 매우 우수하다. 따라서 이러한 이미다졸리움계 이온성 액체를 용매로 사용하는 경우, R22 가스는 선택적으로 흡수되나, HFP 가스는 거의 흡수시키지 않기 때문에 상기 R22와 HFP가스가 혼합된 혼합가스로부터 상기 HFP가스를 고순도로 쉽게 분리할 수 있다.
상기 이미다졸리움계 이온성 액체는 하기 구조식과 같은 1-알킬-3-메틸-이미다졸리움 양이온과 A- 음이온을 갖는다. 상기 알킬(CnH2n+1)기의 n 값은 1 내지 5를 갖고, A는 무기물 이온인 것을 특징으로 한다.
(이미다졸리움계 이온성 액체의 구조식)
보다 바람직한 이미다졸리움계 이온성 액체의 양이온으로는 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움(EMI+)과 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움(BMI+) 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체의 무기물 음이온들로는 테트라플루오로 브라이트(BF4-) ,헥사플루오로 포스포네이트(PF6-), 헥사플루오로 안티몬네이트(SbF6-) 및 비스-(트리플루오로메탄술포닐)아미드(F6O 4N3S6-)등을 포함하고 있다.
대표적으로 상온에서 액체인 이미다졸리움계 이온성 액체는 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C8H15BF4N2, BMImBF4), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-헥사플루오로 포스포네이트(C8H15F6PN2, BMImPF6), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로 안티몬네이트(C8H15F6NSb, BMImNSb), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-비스-(트리플루오로메탄술포닐)아미드((C8H15F6N3O4S 6, BMImNOS), 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C6H13BF4N2, EMImBF4), 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-헥사플루오로 포스포네이트(C6H13PF6N2, EMImPF6) 및 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로 안티몬네이트(C6H13F6NSb, EMImNSb)등이 해당된다.
도 1은 본 발명의 헥사플루오로프로필렌과 클로로디플루오로메탄 혼합 가스의 분리 공정을 나타내는 공정도이다.
도 1을 참조하면, 먼저 흡수조에 이미다졸리움계 이온성 액체를 투입한 후 흡수조 및 이미다졸리움계 이온성 액체 내에 존재하는 용존산소를 완전히 제거하기 위해 일정한 온도하에서 진공 처리 공정을 반복 수행하였다.(S100)
이어서, 상기 흡수조에 헥사플루오로프로필렌(CF3CF=CF2, 이하 'HFP'라 함)과 디플루오로클르오로메탄(CHClF2, 이하 'R22'라 함)이 혼합된 혼합가스를 일정량을 투입한다.(S200)
상기 흡수조는 250ml용량의 고압에서 사용 가능한 2중의 유리반응기이며, 상기 R22 및 HFP 혼합가스를 교반시키기 위한 교반기가 상부에 장착되어 있다.
이어서, 흡수조에 투입된 R22 와 HFP 혼합가스와 이미다졸리움계 이온성 액체을 상기 교반기를 이용하여 0.5 내지 4 bar 및 0 내지 50℃의 공정 조건하에서 교반시킴으로서 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 상기 혼합가스에 포함된 R22 가스를 흡수시킨다.(S300)
상기 교반기의 교반 속도에 따라 상기 R22 와 HFP 혼합가스가 상기 흡수조에 존재하는 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수되는 속도가 달라지게 된다. 그리고, 상기 교반기의 교반 속도가 400rpm 이상이 되면 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수되는 R22 및 HFP 혼합가스의 속도는 더 이상 증가하지 않고 일정한 흡수 속도를 갖는다.
이어서, R22 가스가 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 완전히 흡수되면, 상기 R22 가스를 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체와 HFP 가스를 분리시켜 상기 HFP 가스를 추출한다.(S400)
이어서, 0.5 내지 4 bar 및 0 내지 50℃의 공정 조건하에서 R22 가스를 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체로부터 상기 R22 가스를 탈기시켜 R22 가스를 추출한다.(S500)
상기 R22 와 HFP 혼합가스를 분리하기 위한 공정은 압력이 0.5 내지 4ba의 조건하에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 압력이 0.5 bar 미만이면 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수되는 R22 가스의 용해도 및 흡수 속도가 작아져서 혼합가스를 효과적으로 분리할 수 없고, 상기 4.0bar를 초과하면 상기 R22 가스를 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체의 점도가 증가되어 흡수된 R22 가스를 탈기시 과량의 거품을 동반하기 때문에 탈기 속도가 느려지는 문제점이 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.
또한, 상기 R22 와 HFP 혼합가스를 분리하기 위한 공정은 0 내지 50℃의 조건하에서 수행하는 것이 바람직하다.
상기 온도가 0℃ 미만이면 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수되는 R22 가스의 용해도는 증가되나 냉각에 필요한 에너지 비용이 증가함으로 인해 효율적이지 않고, 상기 HFP 가스는 R22 가스에 비해 상대적으로 낮은 증기압을 갖기 때문에 어느 정도의 온도 이하가 되면 액화되어 가스의 흡수력이 일어나지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 온도가 50℃를 초과하면 R22 가스가 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 용해도가 감소하여 흡수가 효과적으로 일어나지 않기 때문에 바람직하지 못하다.
이후에, R22 가스가 탈기된 이미다졸리움계 이온성 액체를 정제하여 다시 R22 및 HFP 혼합가스를 분리하는 공정에 다시 투입한다.(S600)
상기 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용하여 R22 및 HFP 가스의 용해도를 각각 측정하는 방법은 먼저 이미다졸리움계 이온성 액체를 흡수조에 투입하고, 흡수조 및 이미다졸리움계 이온성 액체 내에 존재하는 용존산소를 완전히 제거하기 위해 일정한 온도하에서 진공 처리 공정을 반복 수행하였다.
이어서, 일정한 압력으로 상기 R22 가스를 흡수조로 유입하여 더 이상 흡수가 일어나지 않을 때까지 유입된 R2 가스량을 측정하였다. 그리고, 상기 HFP 가스를 상기 흡수조로 유입하여 더이상 흡수가 일어나지 않을 때까지 유입된 HFP 가스량을 측정하였다. 이렇게 각각 측정된 가스량의 차이에 의해 계산할 수 있다.
또한, 사용한 이 두 가스의 동일한 용매인 이미다졸리움계 이온성 액체에 관한 흡수능은 단위 무게의 이미다졸리움계 이온성 액체 무게당 R22의 흡수량(ml)/ 단위 무게의 이미다졸리움계 이온성 액체 무게당 HFP의 흡수량(ml)의 비로 나타낼 수 있다.
상기와 같은 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용함으로 인해 이온성 액체의 용매의 손실을 최소화할 수 있고, 헥사플루오로프로필렌(C3F8)과 클로로디플루오로메탄(CF2HCL)이 혼합된 혼합 가스를 비용 및 공정시간의 증가 없이 효과적으로 분리할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적인 실험예를 통하여 상세히 설명하기로 한다.
실험예 1
250ml의 용량을 갖고, 고압에서 사용 가능한 2중의 유리반응기와 교반기를 포함하는 흡입조에 이미다졸리움계 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C8H15BF4N2, BMImBF4) 50g을 투입하였다. 이어서, 상기 흡수조 및 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트 내에 용해되어 있는 용존산소 등을 완전히 제거하기 위한 진공처리 공정을 반복 수행한 후 공정온도를 10℃로 유지하였다. 이어서, 0.5bar의 압력 하에서 주입되는 가스의 량을 1ml 단위까지 측정할 수 있는 가스 주입장치(Buhi사, BPC controller)를 사용하여 R22 가스를 상기 흡수조 내로 주입시킨 후 주입된 제1 R22 가스량을 측정하고, 이후 교반시키면서 R22 가스의 흡수가 더 이상 일어나지 않는 상태까지 R22 가스를 주입시킨 후 주입된 제2 R22 가스량을 측정하였다. 그리고, 주입된 제1 및 제2 R22 가스량의 차이를 계산함으로서 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 72.25ml 이었다.
그리고, R22 가스 대신 HFP가스를 사용하여 상기와 같은 공정을 수행함으로서 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 2.35ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 30.774 이었다.
실험예 2
1bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 134.85ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 2.35ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 27.752 이었다.
실험예 3
2bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 243.3ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 7.05ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 34.511 이었다.
실험예 4
3bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 370ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 9.7ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 38.144 이었다.
온도조건(10℃) 실험예 1 실험예 2 실험예 3 실험예 4
압력조건( Bar) 0.5 bar 1 bar 2 bar 3 bar
R22 용해도(ml/g) 1.445 2.692 4.866 7.4
HFP용해도(ml/g) 0.047 0.097 0.141 0.194
R22/HFP상대흡수능 30.744 27.752 34.511 38.144
상기 제1 내지 제4 실험예에서 얻어진 R22 가스와 HFP 가스의 각각의 흡수량을 기초로 하여 이미다졸리움계 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(BMImBF4)에 대한 R22 용해도(ml/g), HFP 용해도(ml/g) 및 R22/HFP 상대흡수능 값을 상기 표 1에 나타내었다.
실험예 5
공정온도를 10℃ 에서 20℃로 변화시키고, 0.5bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 59.15ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 2.15ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 27.51 이었다.
실험예 6
공정온도를 10℃ 에서 20℃로 변화시키고, 1bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 88.35ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 4.25ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 20.79 이었다.
실험예 7
공정온도를 10℃ 에서 20℃로 변화시키고, 2bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 152.35ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 6.3ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 24.18 이었다.
실험예 8
공정온도를 10℃ 에서 20℃로 변화시키고, 3bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 259.6ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 8.7ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 27.54 이었다.
실험예 9
공정온도를 10℃ 에서 20℃로 변화시키고, 4bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 329.6ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 11.45ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 28.79 이었다.
온도조건(20℃) 실험예 5 실험예 6 실험예 7 실험예 8 실험예 9
압력조건 0.5 bar 1 bar 2 bar 3 bar 4 bar
R22 용해도(ml/g) 1.183 1.767 3.047 4.792 6.592
HFP용해도(ml/g) 0.043 0.085 0.126 0.174 0.229
R22/HFP상대흡수능 27.51 20.79 24.18 27.54 28.79
상기 5 내지 9 실험예에서 얻어진 R22 가스와 HFP 가스의 각각의 흡수량을 기초로 하여 이미다졸리움계 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C8H15BF4N2, BMImBF4)에 대한 R22 용해도(ml/g), HFP 용해도(ml/g) 및 R22/HFP 상대흡수능 값을 상기 표 2에 나타내었다.
실험예 10
공정온도를 20℃ 에서 30℃로 변화시키고, 0.5bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 49.5ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 1.85ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 24.81 이었다.
실험예 11
공정온도를 20℃ 에서 30℃로 변화시키고, 1bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 65.25ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 3.75ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 17.40 이었다.
실험예 12
공정온도를 20℃ 에서 30℃로 변화시키고, 2bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 106.85ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 6.15ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 17.38 이었다.
실험예 13
공정온도를 20℃ 에서 30℃로 변화시키고, 3bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 158.90ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 8.40ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 18.91 이었다.
실험예 14
공정온도를 20℃ 에서 30℃로 변화시키고, 4bar의 압력조건 하에서 공정을 수행하는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체에 흡수된 R22가스 량은 207.55ml 이었고, 상기 이온성 액체에 흡수된 HFP가스 량은 10.30ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 20.15 이었다.
온도조건(30℃) 실험예 10 실험예 11 실험예 12 실험예 13 실험예 14
압력조건 0.5 bar 1 bar 2 bar 3 bar 4 bar
R22 용해도(ml/g) 0.918 1.305 2.137 3.178 4.151
HFP용해도(ml/g) 0.037 0.075 0.123 0.168 0.206
R22/HFP상대흡수능 24.81 17.40 17.38 18.91 20.15
상기 10 내지 14 실험예에서 얻어진 R22 가스와 HFP 가스의 각각의 흡수량을 기초로 하여 이미다졸리움계 이온성 액체인 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C8H15BF4N2, BMImBF4)에 대한 R22 용해도(ml/g), HFP 용해도(ml/g) 및 R22/HFP 상대흡수능 값을 상기 표 3에 나타내었다.
실험예 15
공정온도를 10℃로 하고, 3bar의 압력조건 하에서 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-헥사플루오로 포스포네이트(C8H15F6PN2, BMImPF6)인 이미다 졸리움계 이온성 액체를 사용한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImPF6)에 흡수된 R22가스 량은 370.60ml 이었고, 상기 이온성 액체(BMImPF6)에 흡수된 HFP가스 량은 9.35ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImPF6)에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 38.81 이었다.
실험예 16
공정온도를 10℃로 하고, 3bar의 압력조건 하에서 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로 안티몬네이트(C8H15F6NSb, BMImNSb)인 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImNSb)에 흡수된 R22가스 량은 380.60ml 이었고, 상기 이온성 액체(BMImNSb)에 흡수된 HFP가스 량은 9.45ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImNSb)에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 40.28 이었다.
실험예 17
공정온도를 10℃로 하고, 3bar의 압력조건 하에서 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-비스(트리플루오로메탄술포닐)아미드((C8H15F6N3O4 S6, BMImNOS)인 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImNOS)에 흡수된 R22가스 량은 376.70ml 이었고, 상기 이온성 액체(BMImNOS)에 흡수된 HFP가스 량은 9.60ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체(BMImNOS)에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 39.24 이었다.
실험예 18
공정온도를 10℃로 하고, 3bar의 압력조건 하에서 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C6H13BF4N2, EMImBF4)인 이미다졸리움계 이온성 액체를 사용한다는 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 이미다졸리움계 이온성 액체(EMImBF4)에 흡수된 R22가스 량은 374.10ml 이었고, 상기 이온성 액체(EMImBF4)에 흡수된 HFP가스 량은 9.70ml 이었다.
따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체(EMImBF4)에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 38.57 이었다.
비교예
공정온도를 10℃로 하고, 3bar의 압력조건 하에서 이미다졸리움계 이온성 액체 대신에 메틸알콜을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 상기 50g의 알코올에 흡수된 R22가스 량은 82.9ml 이었고, 상기 알코올에 흡수된 HFP가스 량은 10.5ml 이었다.
따라서, 상기 알코올에 대한 HFP가스와 R22가스의 상대적인 흡수비는 1: 7.895 이었다.
10℃, 3bar 실험예 15 실험예 16 실험예 17 실험예 18 비교예
용매의 종류 BMImPF6 BMImNSb BMImNOS EMImBF4 알코올(??)
R22 용해도(ml/g) 7.412 7.612 7.534 7.482 1.658
HFP용해도(ml/g) 0.191 0.189 0.192 0.194 0.210
R22/HFP상대흡수능 38.81 40.28 39.24 38.57 7.90
상기 제15 내지 제18실험예 및 비교예에서 얻어진 R22 가스와 HFP 가스의 각각의 흡수량을 기초로 하여 이미다졸리움계 이온성 액체와 메탄올에 대한 R22 용해도(ml/g), HFP 용해도(ml/g) 및 R22/HFP 상대흡수능 값을 상기 표 4에 나타내었다.
상기 표4에서 나타난 바와 같이 이미다졸리움계 이온성 액체는 메탄올 보다 R22가스의 용해도(ml/g)가 매우 높고, HFP가스의 용해도(ml/g)가 매우 낮다. 따라서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 대한 R22/HFP 상대흡수능은 상기 메탄올보다 약 5 내지 6배정도 높을 것을 알 수 있었다.
본 발명은 음이온과 양이온으로 구성되어 상온에서 액체인 유기염의 구조를 갖는 아미다졸리움계 이온성 액체를 사용하여 R22 가스와 HFP 가스가 혼합된 혼합가스를 분리할 경우에는, 상기 아미다졸리움계 이온성 액체는 저비점 알코올과 달리 300 ℃ 정도의 고온에서도 휘발성의 유기물질 방출이 전혀 없어 환경오염을 방지할 수 있다. 그리고, R22 가스의 용해도는 기존의 저비점 알코올의 정도를 나타내나 HFP의 용해도가 거의 없기 때문에 R22 가스에 관한 HFP 가스의 상대 흡수분리능이 저비점 알코올 보다 20 내지 40배 정도로 분리능이 우수하여 공정 시간을 단축시키는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실험예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 헥사플루오로프로필렌과 클로로디플루오로메탄이 혼합된 혼합 가스의 분리 공정을 나타내는 공정도이다.

Claims (8)

  1. (a) 이미다졸리움계 이온성 액체에 헥사플루오로프로필렌(HFP)과 클로로디플루오로메탄(R22)이 혼합된 혼합 가스를 주입하여 상기 이미다졸리움계 이온성 액체에 상기 클로로디플루오로메탄(R22)을 흡수시키는 단계;
    (b) 상기 클로로디플루오로메탄을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체와 상기 헥사플루오로프로필렌을 분리시키는 단계; 및
    (C) 상기 클로로디플루오로메탄을 흡수한 이미다졸리움계 이온성 액체로부터 상기 클로로디플루오로메탄을 분리시키는 단계를 포함하는 혼합가스 분리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이미다졸리움계 이온성 액체는 1-알킬-3-메틸-이미다졸리움 양이온과 무기물 음이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 1-알킬-3-메틸-이미다졸리움 양이온의 알킬(CnH2n+1)기는 메틸(methyl), 에틸(ethyl), 프로필(propyl), 부틸(buthyl) 및 펜틸(penthyl)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 무기물 음이온은 BF4 ,PF6, SbF6 및 F6O4N3S6로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  5. 제1항에 있어서, 이미다졸리움계 이온성 액체는 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C8H15BF4N2 , BMImBF4), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-헥사플루오로 포스포네이트(C8H15F6PN2 , BMImPF6), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로 안티몬네이트(C8H15F6NSb, BMImNSb), 1-부틸-3-메틸-이미다졸리움-비스-(트리플루오로메탄술포닐)아미드((C8H15F6N3 O4S6, BMImNOS), 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-테트라플루오로 브라이트(C6H13BF4N 2, EMImBF4), 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움-헥사플루오로 포스포네이트(C6H13PF6 N2, EMImPF6) 및 1-에틸-3-메틸-이미다졸리움- 헥사플루오로 안티몬네이트(C6H13F6 NSb, EMImNSb)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 혼합가스 분리 공정은 0 내지 40℃의 온도하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 혼합가스의 분리 공정은 0.5 내지 4.0 bar의 압력하에서 수행하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
  8. 제1항에 있어서, (c)공정 이후, 상기 이온성 액체 조성물을 정제하여 혼합가스를 분리 정제시 재사용하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 분리 방법.
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