KR100554656B1 - Method for the removal of carbon dioxide from gas mixture - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소(CO2), H2S 등의 산가스를 흡수하는데 사용되는 알카놀아민 중 3차 아민 계열의 흡수제를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a tertiary amine-based absorbent among alkanolamines used to absorb acid gases such as carbon dioxide (CO 2 ), H 2 S and the like.

본 발명에서 산가스, 특히 이산화탄소를 흡수하는데 사용하는 아민 수용액은 트리이소프로판올아민(TIPA)이며, 기존의 상용 흡수제인 모노에탄올아민(MEA), 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP) 및 N-메틸디에탄올아민(MDEA)를 대체하여 사용할 수 있다.In the present invention, an aqueous amine solution used to absorb acid gas, especially carbon dioxide, is triisopropanolamine (TIPA), and monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP), which is a conventional commercial absorbent. And N-methyldiethanolamine (MDEA).

본 발명의 흡수제는 상온 근방의 온도에서 기존의 아민 흡수제 보다 높거나 유사한 흡수용량을 나타내며, 혼합가스 중에서도 이산화탄소를 적절한 수준의 흡수속도로 흡수하는 효과가 있다. Absorbent of the present invention exhibits a higher or similar absorption capacity than the existing amine absorbent at a temperature near room temperature, and has the effect of absorbing carbon dioxide at an appropriate level of absorption rate in the mixed gas.

Description

혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법{Method for the removal of carbon dioxide from gas mixture}Method for the removal of carbon dioxide from gas mixture

도 1은 젖은 벽면 관을 이용한 이산화탄소 흡수속도 측정을 위한 장치의 개략도 이다. 1 is a schematic diagram of a device for measuring carbon dioxide absorption rate using a wet wall tube.

도 2는 흡수제의 이산화탄소에 대한 흡수능을 압력 변화에 따라 나타낸 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the absorption capacity of the absorbent with respect to carbon dioxide according to the pressure change.

-도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명-Explanation of symbols on main parts of drawing

1 : 가스 입구 2 : 질량 유랑조절기1 gas inlet 2 mass flow regulator

3 : 수증기 포화장치 4 : 관형 젖은 벽탑3: water vapor saturation device 4: tubular wet wall tower

5 : 기체 유량측정기 6 : 가스 출구5 gas flow meter 6 gas outlet

7 : 흡수제 입구 8 : 펌프7: absorbent inlet 8: pump

9 : 흡수제 출구 10 : 공기 항온조9: absorbent outlet 10: air thermostat

본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 이산화탄소를 흡수하는데 사용하는 아민 수용액은 트리이소프로판올아민(TIPA)로서, 상온 근방의 온도에서 기존의 아민 흡수제보다 높거나 유사한 흡수용량을 나타낼 뿐 아니라 혼합가스 중에서도 이산화탄소를 적절한 수준의 흡수속도로 흡수할 수 있는 알카놀아민 중 3차 아민 계열의 흡수제를 이용하여 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating carbon dioxide from a mixed gas, and in particular, an aqueous amine solution used to absorb carbon dioxide is triisopropanolamine (TIPA), and has an absorption capacity higher or similar to that of a conventional amine absorbent at a temperature near room temperature. In addition, the present invention relates to a method for separating carbon dioxide from a mixed gas by using a tertiary amine-based absorbent of alkanolamine which can absorb carbon dioxide in a mixed gas at an appropriate level of absorption rate.

산업화가 시작된 19세기 초반부터 대기 중에 이산화탄소(CO2), CH4, H2S, COS 등의 산가스 농도가 증가하면서 20세기 중반 이후 급속하게 증가되었다. 이러한 산가스의 증가로 인한 지구 온난화 현상이 가속화되면서 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. Since the early 19th century, when industrialization began, the concentration of acid gases such as carbon dioxide (CO 2 ), CH 4 , H 2 S, and COS increased rapidly in the mid-20th century. As global warming is accelerating due to this increase in acid gas, regulations on emissions and treatments are becoming more stringent.

1992년 6월 브라질의 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN회의를 통해 지구 온난화에 대한 국제적 관심이 점차로 높아지고 있으며, 미국과 일본을 포함한 선진국들은 2010년 지구 온실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산가스 저감방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다.The United Nations Conference on Environment and Development in Rio, Brazil, in June 1992, has led to increasing international interest in global warming, and developed countries, including the United States and Japan, have reduced global greenhouse gas emissions by 5.2% in 2010 compared to 1990. International agreements on reducing acid gas have been made.

특히, 지구 온난화 현상을 야기하는 산가스 중 50% 정도를 차지하는 이산화탄소의 분리는 더욱 중요한 문제로 대두되었다. 그러므로, 이에 대한 사전대비 기술개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.In particular, the separation of carbon dioxide, which accounts for about 50% of the acid gases causing global warming, has become a more important problem. Therefore, there is an urgent need for advance technology development.

산가스의 증가를 억제하기 위한 기술로는 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출하는 산가스의 분리 및 회수기술, 산가스를 이용하거나 고정화시키는 기술, 산가스를 배출하지 않는 대체 에너지 기술 등이 있다. Techniques for suppressing the increase in acid gas include energy-saving technology for reducing emissions, separation and recovery of released acid gas, technology for using or immobilizing acid gas, and alternative energy technologies that do not emit acid gas. .

지금까지 연구된 산가스 분리기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 현실성 있는 대안으로 제시되고 있다. 특히, 흡수법은 대용량의 가스를 처리하는데 용이하며, 저 농도의 가스분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에 적용이 용이하여 ABB Iummus Crest사에서 제작한 모노에탄올아민(MEA)을 흡수제로 사용한 공정이 Trona(CA, USA)와 Shady Point(Oklahoma, USA)에서 운전되고 있다. As the acid gas separation technology studied so far, absorption method, adsorption method, membrane separation method, deep cooling method, etc. have been proposed as a realistic alternative. In particular, the absorption method is easy to process a large amount of gas and is suitable for low concentration gas separation, so it is easy to be applied to most industries and power plants, and the monoethanolamine (MEA) manufactured by ABB Iummus Crest is used as an absorbent. The process is operating in Trona (CA, USA) and Shady Point (Oklahoma, USA).

그러나, MEA를 이용한 위의 흡수공정은 산가스 분리에 다량의 에너지가 소모되고, 흡수액의 사용량이 많으며, 흡수액에 의한 분리시설의 부식문제가 있어서, 이를 해결해 줄 수 있는 새로운 첨가제 및 흡수제의 개발이 절실히 요구되고 있다.However, the above absorption process using MEA consumes a large amount of energy for acid gas separation, a large amount of absorbent is used, and there is a problem of corrosion of the separation facility by the absorbent. Therefore, development of new additives and absorbents to solve this problem is difficult. There is an urgent need.

알카놀아민 수용액과의 화학적 반응을 이용하여 제련 및 화력 발전소에서 배출되는 혼합가스 중 이산화탄소(CO2), H2S, COS 등의 산기체를 분리 및 회수하는 방법이 많은 연구자들에 의해 연구되어 왔다. Many researchers have studied how to separate and recover acid gases such as carbon dioxide (CO 2 ), H 2 S, and COS from mixed gases emitted from smelting and thermal power plants using chemical reactions with aqueous alkanolamine solutions. come.

기존에 널리 사용되던 알카놀아민은 1차, 2차, 3차 계열의 MEA, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA) 및 N-메틸디에탄올아민(MDEA) 등이 있다. 특히, MEA 및 DEA는 높은 반응속도를 갖는 장점 때문에 많이 사용되어 왔으나, 이의 높은 부식성, 높은 재생에너지 및 열화 등의 문제 때문에 많은 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, MDEA는 부식성과 재생열이 낮은 반면 흡수속도가 낮다는 단점을 갖고 있다. 그러므로, 새로운 흡수제의 개발이 절실히 요구되어 왔다. Alkanolamines widely used in the past include primary, secondary and tertiary series of MEA, diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), and N-methyldiethanolamine (MDEA). In particular, although MEA and DEA have been used a lot because of the advantages of having a high reaction rate, it is known that there are many difficulties due to problems such as high corrosiveness, high renewable energy and deterioration. In addition, MDEA has a low absorption rate while low corrosion and regeneration heat. Therefore, the development of new absorbents is urgently required.

흡수제의 반응속도를 향상시키기 위한 첨가제의 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있는데, 크게 두 흡수제를 혼합하여 사용하는 방법과 계면 활성제 및 촉매를 반응속도 향상 첨가제로 사용하는 방법으로 나뉜다. 반응속도가 빠른 반면 흡수용량이 적은 MEA와 반응속도는 낮으나 흡수용량이 큰 MDEA, 2-아민-2-메틸-1-프로판올(AMP) 등의 흡수제를 혼합하여 사용하는 방법은 두 특성의 중간 정도로 상호 보완적인 효과를 보인다. 첨가제를 사용하는 방법은 기존의 흡수용량이 큰 아민 수용액의 특성과 첨가제의 빠른 반응특성을 활용하는 것으로 많은 연구자들의 개발이 지속되고 있다. The development and research of additives to improve the reaction rate of the absorbent is being actively conducted. The method is divided into a method of mixing two absorbents and a method of using a surfactant and a catalyst as a reaction rate improving additive. MEA with high reaction rate but low absorption capacity and absorbent such as MDEA and 2-amine-2-methyl-1-propanol (AMP) with low reaction rate but high absorption capacity are used in the middle of two characteristics. Complementary effect The method of using additives utilizes the properties of the existing aqueous amine solution with a large absorption capacity and the rapid reaction characteristics of the additive.

이러한 연구들은 흡수용량이 큰 3차 아민 및 입체적 장애(sterically hindered) 아민의 기본적인 흡수력에 반응속도를 향상시키는 첨가제를 이용하여 반응특성을 향상시킨다. 곧 흡수용량이 큰 아민의 개발이 반응속도를 향상시키는 첨가제의 개발과 함께 매우 중요한 위치를 차지한다고 할 수 있다. These studies improve the reaction characteristics by using additives that increase the reaction rate to the basic absorption of tertiary amines and stericly hindered amines with high absorption capacity. In other words, the development of amines with high absorption capacity occupies a very important position with the development of additives to improve the reaction rate.

1, 2차 아민은 일반적으로 다음의 메커니즘을 따르며,  Primary and secondary amines generally follow the following mechanism,

CO2 + 2RNH2 → RNHCOO- + RNH3 + CO 2 + 2RNH 2 → RNHCOO - + RNH 3 +

MDEA 등의 3차 아민 및 입체적 장애 아민의 경우 For tertiary amines such as MDEA and steric hindered amines

CO2 + RNH2 + H2O → RNH3 + + HCO3 - CO 2 + RNH 2 + H 2 O → RNH 3 + + HCO 3 -

따라서, 이론적으로는 1, 2차 아민의 경우 하나의 이산화탄소를 흡수하는데 두 개의 아민이 필요한 반면, 3차 및 입체적 장애 아민의 경우 이산화탄소와 아민이 1 : 1로 반응하기 때문에 2배의 흡수용량을 보일 수 있다.Therefore, theoretically, two amines are required to absorb one carbon dioxide for primary and secondary amines, whereas two and three amine absorption capacity is required for tertiary and steric amines because carbon dioxide and amines react 1: 1. Can be seen.

이러한 3차 아민의 기체 선택도는 환경규제가 엄격한 현대사회에서 매우 중요한 요건이며, 재생에 대한 특성은 에너지 절감 및 산가스 처리 공정의 총 운전비용을 감소시켜 준다. 반응속도는, 일반적으로 기존의 MEA, DEA 등의 1, 2차 아민 보다 낮지만 흡수용량은 높은 위치에 있다. The gas selectivity of these tertiary amines is a very important requirement in today's stringent environmental regulations, and the regeneration characteristics reduce the energy savings and the total operating costs of the acid gas treatment process. The reaction rate is generally lower than that of the primary and secondary amines such as MEA and DEA, but the absorption capacity is high.

흡수 수용액을 사용하여 산가스를 흡수시키는 예를 살펴보면 다음과 같다.An example of absorbing acid gas using an aqueous absorbing solution is as follows.

미국특허 제4,405,581호에서는 트리터셔리부틸아미노에탄올, 2-(터셔리부틸아미노)-1-프로판올, 2-(이소프로필아미노)-1-프로판올 등을, 미국특허 제4,961,873호에서는 비스(터셔리부틸아미노에톡시)-에탄(BTEE) 및 에톡시에톡시에탄올-터셔리부틸아민(EEETB)의 거대한 입체적 아민을 이용하여 혼합가스에서의 H2S 및 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 방법을 제시하고 있으며, 미국특허 제4,112,051호에서는 입체적 장애 아민 계열인 2-피페라딘메탄올, 2-피페라딘에탄올 및 2-아미노-2-메틸-1-부탄올 등의 흡수제들을 사용한 산가스 내의 이산화탄소 제거에 대해 언급하고 있다. US Pat. No. 4,405,581 describes tritertarybutylaminoethanol, 2- (tertarybutylamino) -1-propanol, 2- (isopropylamino) -1-propanol, and the like. A method of selectively absorbing H 2 S and carbon dioxide in a mixed gas using large steric amines of butylaminoethoxy) -ethane (BTEE) and ethoxyethoxyethanol-tertiarybutylamine (EEETB) , U.S. Patent No. 4,112,051, mentions the removal of carbon dioxide in acid gas using absorbents such as the steric hindered amine family 2-piperadinmethanol, 2-piperadinethanol and 2-amino-2-methyl-1-butanol Doing.

또한, 미국특허 제6,051,161호에서는 2-아미노프로피온아미드, 2-아미노-2-메틸프로피온아미드, 2-아미노-2-메틸-N-메틸프로피온아미드 등을, 미국특허 제5,904,908호에서는 디에틸아미노아세트아미드, 2-디메틸아미노-N,N-디메틸아세트아미드 및 2-(t-부틸아미노)아세트아미드의 아민 수용액을, 미국특허 제6,280,503호 및 제5,390,667호에서는 산화마그네슘, 수산화마그네슘 또는 수산화탄산 마그네슘 등의 마그네슘 화합물을 이용한 이산화탄소의 흡수 방법을 제시하고 있다.In addition, US Pat. No. 6,051,161 describes 2-aminopropionamide, 2-amino-2-methylpropionamide, 2-amino-2-methyl-N-methylpropionamide, and the like. Amine aqueous solutions of amide, 2-dimethylamino-N, N-dimethylacetamide and 2- (t-butylamino) acetamide are described in US Pat. Nos. 6,280,503 and 5,390,667, such as magnesium oxide, magnesium hydroxide or magnesium hydroxide. A method of absorbing carbon dioxide using a magnesium compound is proposed.

그러나, 종래 기술들은 산가스의 흡수를 위해 입체적 장애가 큰 아민을 사용하는 경우 흡수용량은 높아질 수 있으나 흡수속도가 매우 낮아진다는 단점을 갖고 있고, 마그네슘 화합물을 사용하는 경우 200℃ 이상의 높은 온도에서 조업을 해야 하는 문제점이 있다.However, the prior arts have the disadvantage that the absorption capacity can be increased when the amine with high steric hindrance for absorption of acid gas is high, but the absorption rate is very low. There is a problem that must be done.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상온 근방의 온도에서 기존의 MDEA와 같은 아민 흡수제보다 높거나 유사한 흡수용량과 흡수속도를 보이는 흡수제를 사용하여 혼합가스 중에서 이산화탄소를 적절한 수준으로 흡수할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art, absorbing the carbon dioxide in an appropriate level in the mixed gas by using an absorbent showing an absorption capacity and absorption rate higher or similar to the amine absorbent such as MDEA at a temperature near room temperature The purpose is to provide a way to do it.

본 발명은 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하기 위한 방법에 있어서, 상기 이산화탄소를 흡수탑 내에서 알카놀아민 중 3차 아민 계열의 흡수제를 함유하는 아민 수용액과 접촉시키는 것을 특징으로 한다. In the method for separating carbon dioxide from the mixed gas, the carbon dioxide is contacted with an aqueous amine solution containing a tertiary amine-based absorbent in the alkanolamine in the absorption tower.

본 발명에서, 상기 3차 아민 계열의 흡수제는 트리이소프로판올아민(TIPA)을 선택하여 사용하며, 상기 아민 수용액은 추가로 30중량% 이상의 물을 함유하게 된다.In the present invention, the tertiary amine-based absorbent is selected to use triisopropanolamine (TIPA), the aqueous amine solution further contains 30% by weight or more of water.

상기 3차 아민의 농도는 5 내지 70중량%, 바람직하게는 10 내지 40중량%로 하는 것이 좋고, 상기 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 흡수공정의 흡수탑의 온도는 20 내지 60℃, 바람직하게는 30 내지 50℃, 이산화탄소의 압력을 0.05 내지 30기압, 바람직하게는 0.1 내지 10기압으로 설정하는 것이 좋다.The concentration of the tertiary amine is 5 to 70% by weight, preferably 10 to 40% by weight, the temperature of the absorption tower in the absorption step for separating carbon dioxide from the mixed gas is 20 to 60 ℃, preferably Is 30 to 50 ° C., and the pressure of carbon dioxide is preferably set to 0.05 to 30 atmospheres, preferably 0.1 to 10 atmospheres.

첨부 도면 중 도 1은 본 발명에서 사용하는 젖은 벽면 관을 이용한 이산화탄 소 흡수속도 측정을 위한 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.Figure 1 of the accompanying drawings schematically shows a device for measuring the carbon dioxide absorption rate using a wet wall tube used in the present invention.

도 1의 장치에서, 부호 1은 가스 입구, 2는 질량 유랑조절기, 3은 수증기 포화장치, 4는 관형 젖은 벽탑, 5는 기체 유량측정기, 6은 가스 출구, 7은 흡수제 입구, 8은 펌프, 9는 흡수제 출구, 10은 공기 항온조를 나타낸다.In the device of Figure 1, reference numeral 1 is a gas inlet, 2 is a mass flow regulator, 3 is a water vapor saturator, 4 is a tubular wet wall column, 5 is a gas flow meter, 6 is a gas outlet, 7 is an absorbent inlet, 8 is a pump, 9 represents an absorbent outlet and 10 represents an air thermostat.

먼저 가스 입구(1)를 통해서 유입되는 혼합가스는 질량 유량조절기(2)를 경유한 후, 수증기 포화장치(3)에서 물과 접촉한 후 관형 젖은 벽탑(4)으로 보내진다. 상기 관형 젖은 벽탑(5) 내에서 혼합가스는 상향으로 흐르고, 흡수제 입구(7)의 펌프(8)의 작동에 의해서 유입되는 일정한 농도를 갖는 흡수제는 하향으로 분무되어 이들이 중앙 부위에서 서로 접촉을 하고, 이 과정에서 혼합가스의 이산화탄소는 흡수제에 흡수되면서 제거된다. 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 벽탑(4)의 하부에 모아져서 흡수제 출구(9)를 통해서 외부로 배출된다. 필요에 따라 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 가열에 의해 이산화탄소를 제거한 후 재생하여 다시 사용될 수 있다. 이산화탄소가 제거된 혼합가스는 벽탑(4)의 상부에 위치하는 기체 유량측정기(5)와 가스 출구(6)를 통해서 배출된다. 상기 관형 젖은 벽탑(4)은 도 1에서와 같이 일정한 온도를 갖는 공기 항온조에 의해 둘러싸여져 있으므로 혼합가스에서 이산화탄소를 제거할 때 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 되어 있다. First, the mixed gas flowing through the gas inlet 1 passes through the mass flow regulator 2, and then comes into contact with water in the steam saturation device 3 and is then sent to the tubular wet wall tower 4. In the tubular wet wall tower 5 the mixed gas flows upward, and the absorbents having a constant concentration introduced by the operation of the pump 8 of the absorbent inlet 7 are sprayed downwards so that they come into contact with each other at the central part. In this process, the carbon dioxide of the mixed gas is removed while absorbed by the absorbent. The absorbent absorbing carbon dioxide is collected in the lower part of the wall column 4 and discharged to the outside through the absorbent outlet 9. If necessary, the absorbent absorbing carbon dioxide can be reused after removing carbon dioxide by heating. The mixed gas from which carbon dioxide has been removed is discharged through the gas flow meter 5 and the gas outlet 6 positioned above the wall tower 4. Since the tubular wet wall tower 4 is surrounded by an air thermostat having a constant temperature as shown in FIG. 1, it is possible to maintain a constant temperature when removing carbon dioxide from the mixed gas.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

실시예 1Example 1

98% 이상의 순도를 갖는 시그마(Sigma)사의 TIPA와 3차 증류수를 혼합하여 30중량% TIPA의 아민 수용액을 흡수제로 제조하였다. 이 아민 수용액을 이용하여 60℃의 흡수탑 내에서 혼합가스와 접촉시켜서 이산화탄소에 대한 흡수능을 측정하였다. A amine aqueous solution of 30 wt% TIPA was prepared as an absorbent by mixing TIPA and tertiary distilled water having a purity of 98% or more. This aqueous amine solution was used for contact with a mixed gas in an absorption tower at 60 ° C. to measure the absorption ability for carbon dioxide.

아민 몰당 흡수된 이산화탄소 몰수를 다양한 압력에서 측정 및 비교한 결과를 도 2에 나타내었다. The number of moles of carbon dioxide absorbed per mole of amine was measured and compared at various pressures.

흡수능 측정에 사용된 평형셀은 316 스테인레스 스틸로 약 250㎖의 흡수제를 주입하여 실험할 수 있게 제작하였다. 셀 내부에는 마그네틱바를 넣고 회전시켜 흡수제와 이산화탄소 간에 상평형이 빨리 도달하도록 하였다.The equilibrium cell used for the measurement of absorbency was manufactured by injecting about 250 ml of absorbent into 316 stainless steel. A magnetic bar was placed inside the cell and rotated so that the phase equilibrium reached quickly between the absorbent and carbon dioxide.

셀 내부의 압력을 측정할 압력 게이지는 정확도가 ±0.1%, 압력 측정범위가 0 내지 750psi인 HEISE 압력계를 사용하였다. 셀 내부의 온도는 정확도가 ±0.1℃인 K-타입의 열전대(thermocouple)로 측정하였다. 이산화탄소의 분압이 대기압보다 낮은 경우의 흡수 평형 실험시 질소를 사용하여 압력을 조절할 수 있도록 하였다. 항온조 내의 물의 온도는 제이오텍 RBC-20 냉온 순환조를 사용하여 조절하였다.The pressure gauge to measure the pressure inside the cell used a HEISE pressure gauge having an accuracy of ± 0.1% and a pressure measuring range of 0 to 750 psi. The temperature inside the cell was measured with a K-type thermocouple with an accuracy of ± 0.1 ° C. In the absorption equilibrium experiment where the partial pressure of carbon dioxide was lower than atmospheric pressure, nitrogen was used to control the pressure. The temperature of the water in the thermostat was controlled using a Zeotech RBC-20 cold circulation tank.

기상 성분의 분석을 위해 Hewlett-Packard, 5890 Series 가스크로마토그라피를 사용하였다. 가스크로마토그라피의 감지센서는 열전도도(TCD) 감지기이고, 분리칼럼은 PORAPAKQ 메쉬를 사용하였다.Hewlett-Packard, 5890 Series gas chromatography was used for the analysis of gas phase components. The gas chromatograph sensor is a thermal conductivity (TCD) sensor, and the separation column is PORAPAKQ mesh.

비교예 1Comparative Example 1

상기 실시예 1에서 TIPA 대신에 MEA를 사용하여 아민 수용액의 흡수제를 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하였다. Example 1 was the same as in Example 1 except that the absorbent of the aqueous amine solution was prepared using MEA instead of TIPA.

그 결과를 도 2에 나타내었다.The results are shown in FIG.

비교예 2Comparative Example 2

상기 실시예 1에서 TIPA 대신에 AMP를 사용하여 아민 수용액의 흡수제를 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하였다.Except for using the AMP instead of TIPA in Example 1 to prepare an absorbent of the aqueous amine solution was the same as in Example 1.

그 결과를 도 2에 나타내었다.The results are shown in FIG.

비교예 3Comparative Example 3

상기 실시예 1에서 TIPA 대신에 MDEA를 사용하여 아민 수용액의 흡수제를 제조하는 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 하였다.Example 1 was the same as in Example 1 except for preparing the absorbent of the aqueous amine solution using MDEA instead of TIPA.

그 결과를 도 2에 나타내었다.The results are shown in FIG.

도 2에 의하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 TIPA 수용액을 동일한 온도, 압력 및 조성 조건에서 비교예 1로 나타낸 종래의 상용 흡수제인 MEA와 비교하였을 때, 상압 이상의 조건에서는 약 144% 이상의 이산화탄소 흡수능을 보였고, 비교예 2와 3의 AMP 및 MDEA 보다는 118% 이상의 우수한 흡수능을 보였다. According to Figure 2, when compared to the conventional commercial absorbent MEA shown in Comparative Example 1 of the TIPA aqueous solution according to Example 1 of the present invention at the same temperature, pressure and composition conditions, the carbon dioxide absorption capacity of about 144% or more at atmospheric pressure or more It showed a good absorption capacity of 118% or more than the AMP and MDEA of Comparative Examples 2 and 3.

실시예 2Example 2

30℃의 온도에서 1, 1.5, 2, 2.5kmol/㎥의 TIPA 수용액에 대한 이산화탄소의 흡수속도를 대기압 하에서 측정하였다. 아민 수용액의 농도에 따른 흡수된 이산화탄소의 몰유량을 기-액 접촉시간 및 표면적으로 나눈 흡수속도(kmol/㎥ㆍsec)로 환산한 결과를 다음 표 1에 나타내었다. The absorption rate of carbon dioxide in a TIPA aqueous solution of 1, 1.5, 2, 2.5 kmol / m 3 at a temperature of 30 ° C. was measured under atmospheric pressure. The molar flow rate of carbon dioxide absorbed according to the concentration of the amine aqueous solution was converted to the gas-liquid contact time and the absorption rate (kmol / m 3 · sec) divided by the surface area.

비교예 4Comparative Example 4

상기 실시예 2에서 TIPA 대신에 3차 아민의 상용 흡수제인 MDEA를 사용하여 이산화탄소의 흡수속도를 측정하는 것 이외에는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.Example 2 was carried out in the same manner as in Example 2, except that the absorption rate of carbon dioxide was measured using MDEA, a commercial absorbent of a tertiary amine instead of TIPA. The results are shown in Table 1 below.

흡수제의 농도 (kmol/㎥)Concentration of absorbent (kmol / ㎥) 흡수속도 ×106(kmol/㎥ㆍsec)Absorption rate × 10 6 (kmol / ㎥ ∙ sec) 비교예 4Comparative Example 4 실시예 2Example 2 1One 2.082.08 6.876.87 1.51.5 3.713.71 7.927.92 22 3.823.82 8.198.19 2.52.5 3.973.97 8.528.52

표 1에 의하면, 실시예 1의 TIPA 수용액의 이산화탄소 흡수속도가 비교예 4의 MDEA보다 모든 농도범위에서 3배 이상의 우수한 흡수속도를 보였다.According to Table 1, the absorption rate of carbon dioxide of the aqueous TIPA solution of Example 1 showed more than three times better absorption rate in all concentration ranges than MDEA of Comparative Example 4.

실시예 3Example 3

30℃의 온도에서 1 kmol/㎥의 TIPA 수용액에 대한 혼합기체 내 이산화탄소의 흡수속도를 질소의 양을 조절하여 서로 다른 이산화탄소의 부분압 하에서 측정하였다. 흡수된 이산화탄소의 몰 유량을 기-액 접촉시간 및 표면적으로 나눈 흡수속도(kmol/㎥ㆍsec)로 환산한 결과를 다음 표 2에 나타내었다. The absorption rate of carbon dioxide in the mixed gas for 1 kmol / m 3 of TIPA aqueous solution at a temperature of 30 ° C. was measured under partial pressure of different carbon dioxides by adjusting the amount of nitrogen. Table 2 shows the results of converting the molar flow rate of carbon dioxide absorbed into gas-liquid contact time and surface absorption rate (kmol / m 3 · sec).

비교예 5Comparative Example 5

상기 실시예 3에서 TIPA 대신에 상용 흡수제인 AMP를 사용하여 이산화탄소의 흡수속도(kmol/㎥ㆍsec)를 측정하는 것 이외에는 상기 실시예 3과 동일하게 수행하였다. 그 결과를 다음 표 2에 나타내었다. Except for measuring the absorption rate (kmol / m 3 · sec) of carbon dioxide using a commercial absorbent AMP instead of TIPA in Example 3 was carried out in the same manner as in Example 3. The results are shown in Table 2 below.

이산화탄소 부분압 (kPa)CO2 partial pressure (kPa) 흡수속도 ×106(kmol/㎥ㆍsec)Absorption rate × 10 6 (kmol / ㎥ ∙ sec) 비교예 5Comparative Example 5 실시예 3Example 3 55 1.561.56 0.330.33 77 2.152.15 0.470.47 1010 3.093.09 0.720.72 1515 4.624.62 1.121.12

상기 표 2에 의하면, 본 발명의 실시예 3의 TIPA 수용액의 이산화탄소 흡수속도가 비교예 5의 AMP보다 낮으나, 이 결과로 TIPA 수용액 또한 혼합가스 내 낮은 이산화탄소 부분압에서도 이를 흡수할 수 있음을 알 수 있다. According to Table 2, although the carbon dioxide absorption rate of the TIPA aqueous solution of Example 3 of the present invention is lower than the AMP of Comparative Example 5, as a result it can be seen that the TIPA aqueous solution can also absorb it at a low carbon dioxide partial pressure in the mixed gas. .

본 발명의 흡수제는 상온 근방의 온도에서 기존의 아민 흡수제보다 높거나 유사한 흡수용량을 나타내며, 혼합가스 중에서도 이산화탄소를 적절한 수준의 흡수속도로 흡수하는 효과가 있다. The absorbent of the present invention exhibits a higher or similar absorption capacity than the existing amine absorbent at a temperature near room temperature, and has an effect of absorbing carbon dioxide at an appropriate level of absorption rate even in a mixed gas.

따라서, 본 발명의 흡수제는 기존의 상용 흡수제인 모노에탄올아민(MEA), 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(AMP) 및 N-메틸디에탄올아민(MDEA)를 대체하여 사용할 수 있다.Accordingly, the absorbent of the present invention can be used in place of the conventional commercially available absorbent monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and N-methyldiethanolamine (MDEA).

Claims (7)

혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하기 위한 방법에 있어서,In the method for separating carbon dioxide from the mixed gas, 상기 이산화탄소를 흡수탑 내에서 알카놀아민 중 3차 아민 계열의 흡수제를 함유하는 아민 수용액과 접촉시키는 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법. The method of separating the carbon dioxide in the mixed gas, characterized in that the carbon dioxide is contacted with an aqueous amine solution containing a tertiary amine-based absorbent of alkanolamine in the absorption tower. 제1항에 있어서, 상기 3차 아민 계열의 흡수제는 트리이소프로판올아민 (TIPA)인 것을 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method of claim 1, wherein the tertiary amine-based absorbent is selected from triisopropanolamine (TIPA) and used. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아민 수용액은 30중량% 이상의 물을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the aqueous amine solution further contains 30% by weight or more of water. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 3차 아민의 농도는 5 내지 70중량%인 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the concentration of the tertiary amine is 5 to 70% by weight. 제 4항에 있어서, 상기 3차 아민의 농도는 10 내지 40중량%인 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method of claim 4, wherein the concentration of the tertiary amine is 10 to 40% by weight. 제1항에 있어서, 상기 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 흡수공정의 흡수탑의 온도를 20 내지 60℃, 이산화탄소의 압력을 0.05 내지 30기압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method of claim 1, wherein the temperature of the absorption tower in the absorption step for separating the carbon dioxide from the mixed gas to set the temperature of the carbon dioxide in the mixed gas, characterized in that the pressure of the carbon dioxide is set to 0.05 to 30 atm. Way. 제6항에 있어서, 상기 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하기 위한 흡수공정의 흡수탑의 온도를 30 내지 50℃, 이산화탄소의 압력을 0.1 내지 10기압으로 설정하는 것을 특징으로 하는 혼합가스 중에서 이산화탄소를 분리하는 방법. The method of claim 6, wherein the temperature of the absorption tower in the absorption step for separating the carbon dioxide from the mixed gas is set to 30 to 50 ℃, the pressure of the carbon dioxide is set to 0.1 to 10 atm to separate the carbon dioxide from the mixed gas Way.
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