KR100920116B1 - 산성가스 분리용 고효율 흡수제 - Google Patents

산성가스 분리용 고효율 흡수제 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 이산화탄소와의 빠른 반응속도 및 높은 흡수능을 가지면서 흡수제의 재생에 많은 에너지를 필요로 하지 않고 산화가 잘 일어나지 않는 고효율 저에너지형 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제에 관한 것으로서,
분자 내에 알코올성 수산기와 1차아민을 각각 1개씩 가지고, 아민에 인접한 α-위치의 탄소에는 치환기가 없고, 아민의 β-위치의 탄소에는 알킬 치환기와 알코올성 수산기를 동시에 가지는 하기의 화학식 1의 화합물 100 중량부와,
고리내에 적어도 1개 이상의 아민을 가지는 하기의 화학식 2의 헤테로 환형 화합물 1 ~ 60 중량부를 포함하는 혼합수용액으로 이루어진다.
화학식 1 화학식 2
Figure 112007069720218-pat00001
Figure 112007069720218-pat00002
이산화탄소, 흡수제, 알코올성 수산기, 알킬 치환기, 아민, 탄소원자

Description

산성가스 분리용 고효율 흡수제{Highly efficient absorbents for acidic gas separation}
본 발명은 산성가스 분리용 혼합 흡수제 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 이산화탄소와의 빠른 반응속도 및 높은 흡수능을 가지면서 재생에 많은 에너지를 필요로 하지 않는 이산화탄소 분리용 혼합 흡수제에 관한 것이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등의 화석연료의 사용 증가로 인하여 대기중에 CO2, CH4, H2S, COS 등의 산성 가스 농도가 증가하면서, 산업이 발달됨에 따라 20세기 중반이후에는 급속하게 산성 가스 농도가 증가되었다. 산업의 발달과 함께 이러한 산성 가스의 증가로 인한, 특히 이산화탄소의 대기중 농도 증가로 인한 지구온난화현상이 가속화되면서, 각국마다 산성 가스의 배출 및 처리에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 1992년 6월 브라질 리우에서 열린 환경과 개발에 관한 UN 회의를 통하여 지구온난화에 대한 국제적 관심이 점차로 높아지고 있으며, 미국과 일본을 포함한 선진국들은 2010년 지구온 실가스 배출량을 1990년 대비 5.2% 감축하기로 합의하는 등 산성가스 저감방안에 대한 국제적 합의가 이루어지고 있다. 특히 지구온난화현상을 야기하는 산성가스 중 대부분을 차지하는 이산화탄소의 분리는 더욱 중요한 문제로 대두되고 있다. 그러므로 이에 대한 기술개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
이산화탄소 증가를 억제하기 위한 기술로서는, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지절약기술, 배출 가스로부터 이산화탄소의 분리회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화시키는 기술, 이산화탄소를 배출하지 않는 대체에너지기술 등이 있다.
지금까지 연구된 이산화탄소의 분리기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 현실성 있는 대안으로 제시되고 있다.
특히, 흡수법은 대용량의 가스를 처리하는데 용이하며, 저농도의 가스분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에의 적용이 용이하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사에서 제조한 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)을 흡수제로서 사용하는 공정이 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되고 있다.
그러나, 상기한 모노에탄올아민(이하, MEA)을 흡수제로서 사용한 흡수공정은 빠른 반응속도를 가진 반면, 이산화탄소 분리에 다량의 에너지가 소모되고 흡수액의 사용량이 많으며, 흡수액에 의한 설비의 부식문제가 있어서 이를 해결해 줄 수 있는 새로운 첨가제 또는 흡수제의 개발이 절실히 요구되고 있다.
흡수법의 다른 일예로서, 알칸올아민 수용액과의 화학적 반응을 이용하여 제 철소 및 화력발전소 등에서 배출되는 혼합가스 중의 CO2, H2S, COS 등의 산성 기체를 분리, 회수하는 방법이 많은 연구자들에 의해 연구되어 왔다. 기존에 널리 사용되던 알칸올아민은, 1차 계열의 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 2차 계열의 디에탄올아민(diethanolamine, 이하 DEA), 3차 계열의 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA), N-메틸디에탄올아민(N-methyl diethanolamine, 이하 MDEA), 트리이소프로판올아민(TIPA) 등이 있다.
그러나, 상기한 MEA 및 DEA은 높은 반응속도를 갖는 장점 때문에 많이 사용되어 왔으나, 이들 화합물이 갖는 높은 부식성, 높은 재생에너지 및 열화 등의 문제 때문에 많은 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, 상기한 MDEA는 부식성과 재생열은 낮은 반면, 흡수속도가 늦다는 단점을 갖고 있다.
근래에 새로운 알칸올아민 계열 흡수제로서 입체장애 아민에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이들 입체장애 아민의 특징은 흡수용량 및 산성 가스의 선택도가 매우 높고, 재생에 필요한 에너지가 적다는 장점을 갖고 있는 반면, 상대적으로 흡수속도가 늦은 문제점이 있다.
또한, 최근 기존의 알칸올 아민류와는 화합물 조성이 다른 아미노산 염을 흡수제로 사용하는 방법이 대한민국 공개특허 제2005-0007477호(공개일자 2005.01.18)의 "산 기체의 흡수방법"에서 제시된 바 있다.
그러나, 상기 공개특허 제2005-0007477호에서 흡수제로 사용된 칼륨 타우레이트는 이산화탄소와의 반응 후 침전물을 발생시켜 침전물을 처리하여야 하는 부수 적인 환경 및 경제적인 문제점을 발생시킨다. 또한, 상기 칼륨 타우레이트는 기존 흡수제와 비교하여 이산화탄소 흡수반응속도가 늦고, 입체장애를 가지지 않는 1급 아미노산 염 형태의 흡수제이기 때문에 이산화탄소를 분리할 때 많은 에너지를 필요로 하는 단점이 있다.
또한, 미국특허 3,622,267호에는 MDEA 또는 모노에틸모노에탄올아민 수용액을 사용하여 합성가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 고압(40기압) 조건하에서 정제하는 기술이 알려져 있다. 그러나, 상기 미국특허 3,622,267호는 이산화탄소와의 흡수반응속도가 늦을 뿐만 아니라 고압의 조건을 필요로 한다는 단점이 있다.
또한, 일본특허 2,871,335호에는 아민이 3차탄소 원자에 결합되어 입체장애가 큰 2-아미노-2-메틸프로판올(이하 AMP) 또는 (2-아미노에틸)에탄올 등과 같은 2차아민에 피페라진 유도체를 반응촉진제로 사용한 기술이 알려져 있다. 하지만, 상기 일본특허 2,871,335호는 주 흡수제로 사용된 AMP 또는 (2-아미노에틸)에탄올 등과 같은 2차아민의 입체장애로 인하여 이산화탄소와의 반응속도가 빠르지 못하다는 단점이 있다.
또한, 상기 특허를 포함하여 이산화탄소 흡수제로 알려져 있는 대부분의 화합물은 흡수제의 산화를 통한 열화에 큰 단점을 가지고 있다. 즉, 이미 등록된 특허의 대부분을 차지하는 알칸올아민 흡수제는 알코올성 수산기가 치환된 탄소에 알킬기와 같은 또 다른 치환기가 존재하지 않아 시간이 지날수록 알코올기의 산화과정을 통해 알데히드, 카르복실산, 암모늄염 형태의 양쪽성이온(zwitterion)으로 열화(degradation)가 되어 흡수제로서의 기능을 상실하게 될 뿐만 아니라, 열화물의 존재로 인하여 장치의 부식을 촉진시키게 된다.
Figure 112007069720218-pat00003
(식 1)
대표적인 이산화탄소 흡수제인 MEA와 본 발명에서 개발된 주 흡수제의 일례가 되는 1-아미노-2-프로판올의 산화를 통한 열화과정은 다음과 같다.
MEA는 알코올성 수산기에 직접 결합한 탄소에 어떠한 치환기도 존재하지 않아 MEA가 이산화탄소를 흡수하는 과정에서 시간이 경과함에 따라 배가스에 포함된 산소에 의하여 쉽게 알데히드로 산화된다. 알데히드는 다시 카르복실산으로 산화가 일어나 글리신산이 되고, 글리신산은 분자내 수소이동반응(deprotonation)에 의하여 암모늄염 형태의 양쪽성이온(zwitterion)이 된다. 최종적인 열화생성물인 양쪽성이온은 아민이 + 전하를 띠게 되어 더 이상 흡수제로서의 기능을 발휘하지 못해 이산화탄소를 흡수하지 못하게 된다 (반응식 1). 따라서, 실제 공정에서는 알칸올아민 흡수제 즉, MEA의 손실이 발생하게 되어 주기적으로 흡수제를 보충해 주어야 할 뿐만 아니라 이렇게 생성된 열화물로 인해 설비의 부식이 촉진되고 효율이 감소하게 되는 큰 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점 및 단점을 해결하기 위한 것으로서, 이산화탄소와의 빠른 반응속도 및 높은 흡수능을 가지면서 재생에 많은 에너지를 필요로 하지 않고 흡수제의 산화가 잘 일어나지 않는 이산화탄소 분리용 고효율 흡수제를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은,
분자 내에 알코올성 수산기와 1차 아민을 각각 1개씩 가지고, 아민에 인접한 α-위치의 탄소에는 치환기가 없고, 아민의 β-위치의 탄소에는 알킬 치환기와 알코올성 수산기를 동시에 가지는 하기의 화학식 1의 화합물 100 중량부와,
고리내에 적어도 1개 이상의 아민을 가지는 하기의 화학식 2의 헤테로 환형 화합물 1 ~ 60 중량부를 포함하는 혼합수용액으로 이루어진다.
화학식 1
Figure 112007069720218-pat00004
화학식 2
Figure 112007069720218-pat00005
여기에서, R1 = -(CH2)a-H (a = 1~3) 또는 -CH-(CH3)2 이고, R2, R3, R4, R5 = 동일 또는 상이한 H, 탄소수 1~4의 알킬기, 아민에 치환된 탄소수 1~4의 알킬기 또는 알코올성 수산기에 치환된 탄소수 1~4의 알킬기이고, X = -CH2, O, NH 또는 SH 이다.
상기 화학식 1의 화합물에서, 아민과 직접 결합한 α-위치의 탄소원자에는 치환기가 없고, β-위치의 탄소원자에는 알코올성 수산기와 알킬기가 치환되어 있는 구조로 이루어진다. 이는 아민에 결합한 α-위치의 탄소원자에 어떠한 치환기도 없으므로 이산화탄소와의 반응에서 입체장애가 적어 흡수반응이 신속히 진행되고, β-위치의 탄소원자에는 알킬 치환기가 존재하므로 알코올성 수산기의 산화에 의한 열화를 방지하여 흡수제의 수명을 증가시킬 뿐만 아니라 아민과 반응한 이산화탄소의 탈거시 입체장애도를 증가시켜 이산화탄소의 탈거를 촉진시키는 장점이 있다. 또한, 상기 화학식 1의 R1에 포함된 탄소원자의 수는 1~3 정도가 적당하다. 또한, 상기 화학식 2의 화합물은 분자내에 1개 이상의 2차 또는 3차아민을 가지는 헤테로 환형 화합물들 중 하나 이상을 화학식 1의 화합물과 혼합하여 사용한다.
이렇게 본 발명에 따라 제조된 흡수제는, 예를 들어 1-아미노-2-프로판올의 경우에는 산화를 통한 열화에 매우 강한 구조적 특성을 가지고 있다. 즉, 1-아미노-2-프로판올의 경우 알코올성 수산기에 직접 결합한 탄소에 존재하는 알킬 치환기의 입체장애로 인하여 알코올이 케톤으로 산화되는 것은 매우 어렵다. 또한, 아주 오랜 시간을 통하여 케톤 구조가 생성된다고 하더라도 더 이상 산화가 진행되지 않아, 상기 예로든 알칸올아민 흡수제들과는 달리 1-아미노-2-프로판올은 흡수제로서의 기능을 계속 유지할 수 있다 (반응식 2).
Figure 112007069720218-pat00006
(식 2)
상기 화학식 1에 해당하는 화합물은 예를 들면, 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-2-부탄올, 1-아미노-2-펜탄올, 1-아미노-3-메틸-2-부탄올 등으로 이루어진 군으로부터 1 종 또는 2종 이상의 화합물을 혼합하여 사용될 수 있다.
상기 화학식 2에 해당하는 화합물의 예로는 피페라진, 몰포린, 2-메틸피페라진, 2,5-디메틸피페라진, 2,3-디메틸피페라진, 2,4-디메틸피페라진, 2-에탄올피페라진, 2,5-디에탄올피페라진, 2-아미노에틸피페라진, 치오몰포린, 피페리딘을 포함하는 피페라진, 몰포린, 치오몰포린, 피페리딘 유도체들이 사용될 수 있다.
상기 화학식 1의 화합물과 혼합되어 사용되는 화학식 2의 화합물의 종류는 1 가지 이상이다.
본 발명의 흡수제는 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물 군으로부터 선택되는 1개 이상의 화합물을 섞은 혼합흡수제의 농도가 5 ~ 50%(w/v) 범위인 수용액으로 사용되는 것이 바람직하다. 상기 혼합 흡수제의 농도가 5% 이하인 경우 이산화탄소 흡수능은 유지되지만 반응속도가 늦어 흡수되는 이산화탄소의 절대량이 적게 되며, 50% 이상인 경우 이산화탄소 흡수능과 흡수속도는 우수하지만 많은 양의 흡수제가 사용되어 경제성 측면에서 효율적이지 못하기 때문이다.
또한, 상기 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물은 100 : 1 ~ 60의 중량비로 사용되는 것이 바람직하다. 화학식 2의 화합물이 1 중량비 이하로 첨가되는 경우에는 반응속도 증가효과가 미미하고, 60 중량비 이상으로 첨가되는 경우에는 사용량 대비 반응속도의 증가효과가 크지 않기 때문이다.
본 발명의 흡수제는 화학식 1의 화합물과 화학식 2의 화합물에서 선택되는 1종 이상의 화합물을 섞은 혼합 흡수제를 의미하는데, 이는 이산화탄소 흡수반응 속도 및 흡수능을 증가시킬 뿐만 아니라, 고온에서 탈거반응도 쉽게 일어나게 하는 효과가 있다.
이산화탄소 흡수분리 공정은 기본적으로 저온에서 이산화탄소를 흡수하고, 고온에서 열에너지를 가하여 흡수된 이산화탄소를 흡수제로부터 분리하여 흡수제를 다시 공정으로 투입하는 것으로 구성되어 있다. 즉, 상기 혼합 흡수제의 산성가스 흡수온도는 0 ~ 60℃, 탈거온도는 70 ~ 200℃ 이면 바람직하다. 따라서, 이산화탄소 흡수분리 공정에서 가장 많은 에너지가 소비되는 부분은 흡수된 이산화탄소를 고온에서 흡수제와 분리하여 흡수제를 재생(탈거)하는 부분으로, 전체 공정의 약 50 ~ 80% 정도의 에너지가 이 과정에서 소비된다. 따라서, 흡수제 재생(탈거)공정에서 어느 정도의 에너지를 저감하느냐에 따라 흡수제 및 전체 이산화탄소 분리공정의 경제성이 확보되는 것이다. 그러므로, 흡수된 이산화탄소가 낮은 온도에서 흡수제로부터 분리되는 것이 바람직하다.
본 발명의 흡수제는 저온에서는 흡수반응이 크고 고온에서는 이산화탄소와 흡수반응이 상대적으로 미약하여 그 온도 차이로 인한 이산화탄소 단위 흡수량의 차이가 기존 흡수제에 비하여 매우 크다. 이는 본 발명에 따라 개발된 흡수제가 기존 흡수제, 예를 들어 MEA에 비하여 이산화탄소의 분리시, 즉 흡수제의 재생시 필요한 에너지를 절감할 수 있다는 것을 의미한다. 즉, 고온에서 흡수제와 이산화탄소의 반응이 일어나지 않는다는 것은 그만큼 흡수제가 재생되기 쉽다는 것을 의미하므로, 흡수제를 이용한 전체 이산화탄소 제거공정에서의 경제성이 확보될 수 있다.
본 발명의 흡수제는 위에서 예로 든 이산화탄소 뿐 만 아니라 H2S, SO2, NO2, COS 등의 산성가스에도 적용될 수 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명은, 이산화탄소와의 빠른 반응속도 및 높은 흡수능을 가지면서 이산화탄소 탈거속도가 매우 빨라 흡수제의 재생에 필요한 에너지를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 흡수제는 MEA 보다 비점이 높아 증 발의 우려가 없고, 흡수제의 산화 및 열화에 안정하여 장치의 부식을 저감시키는 효과도 있어 실용화에 매우 유리하다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러 가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예 1
교반기(Stirrer)를 내장한 용량 700 ml 스테인레스 내압반응용기에 흡수제로서 1-아미노-2-프로판올: 피페라진 (9:1) 2.00 M 혼합수용액 100 ml를 충진하였다. 이 반응용기에 이산화탄소 저장조로부터 이산화탄소 가스를 이송시켜, 이산화 탄소 분압이 0.0 kPa부터 약 150 ~ 200 kPa 사이의 포화흡수량을 측정하였다. 반응용기와 이산화탄소 저장용기는 오븐에 의해 원하는 온도까지 미리 가열되어, 35 ℃에서의 기-액평형곡선과 120 ℃에서의 기-액평형곡선을 측정하였다. 얻어진 결과는 도 1에 나타내었다.
실시예 2
온도가 40 ℃가 되도록 설정한 항온수조내에 유리로 만든 반응용기를 담근 후, 여기에 1-아미노-2-프로판올: 피페라진 (9:1) 2.00 M 혼합수용액 400 ml를 충진하였다. 이 흡수제의 가운데에 유리관을 통해 대기압하에서 이산화탄소 15%, 질소 85% 조성을 가지는 가스를 3.4 ℓ/min 분산시켜 흡수시켰다. 흡수액 출구의 가스 중 이산화탄소 농도를 적외선식 이산화탄소 측정기에서 연속적으로 측정하여 이산화탄소 흡수속도, 흡수량 및 흡수부하를 측정하였다. 흡수제가 이산화탄소에 의해 포화가 된 일정시점 (약 180분)에 반응기를 미리 80 ℃로 준비된 항온수조로 옮겨 흡수제로부터 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 180분간 측정하였다. 얻어진 결과는 표 1에 나타내었다.
실시예 3
흡수탑, 탈거탑, 열교환기 및 냉각장치가 갖추어진 하루 2 톤의 CO2를 처리할 수 있는 파일럿 규모 연속장치에서 1-아미노-2-프로판올 : 피페라진 (9:1) 2.00 M 혼합수용액을 흡수제로 사용하여 배가스 중 이산화탄소 제거율 및 흡수제의 이산화탄소 부하량을 측정하였다. 이산화탄소 흡수는 40 ℃, 탈거는 120 ℃에서 수행하였 다. 얻어진 결과는 표 2에 나타내었다.
실시예 4
실시예 3과 동일한 장치에서 1-아미노-2-프로판올: 피페라진 (9:1) 2.45 M 혼합수용액을 흡수제로 사용하여 배가스 중 이산화탄소 제거율 및 흡수제의 이산화탄소 부하량을 측정하였다. 얻어진 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 동일한 조건에서 흡수제로서 MEA 2.45 M 수용액을 이용하여 35 ℃에서의 기-액평형곡선과 120 ℃에서의 기-액평형곡선을 측정하였다. 얻어진 결과는 도 1에 나타내었다.
비교예 2
실시예 2와 동일한 장치를 이용하여 동일한 조건에서 흡수제로서 MEA 2.45 M 수용액 400 ml를 충진하여 사용하였다. 얻어진 결과는 표 1에 나타내었다.
비교예 3
실시예 3과 동일한 장치에서 MEA 2.45 M 수용액을 흡수제로 사용하여 배가스 중 이산화탄소 제거율 및 흡수제의 이산화탄소 부하량을 측정하였다. 얻어진 결과는 표 2에 나타내었다.
흡수제 CO2 부하량 (CO2 mole/흡수제 mole) 흡수속도 (MEA = 1) 탈거속도 (MEA = 1)
40 ℃ 흡수조건 80 ℃ 흡수조건 △ loading 초기 1분 5분 10분 초기 1분 5분 10분
실시예 2 0.5660 0.2050 0.3610 1.02 1.04 1.03 1.06 1.22 1.23
비교예 2 0.5434 0.3131 0.2303 1 1 1 1 1 1
흡수제 흡수제 순환유량 (m3/hr) 탈거탑 내부온도 (℃) CO2 제거율 (%) CO2 부하량 (CO2 mole/흡수제 mole)
흡수조건 (Rich) loading 탈거조건 (Lean) loading △ loading
실시예 3 3.0 111 73.3 0.5784 0.2605 0.3179
실시예 3 2.0 113 85.0 0.6121 0.1052 0.5069
실시예 4 2.0 113 100 0.5778 0.1502 0.4276
비교예 3 3.0 111 73.1 0.5717 0.3318 0.2399
비교예 3 2.0 113 81.0 0.6011 0.1718 0.4293
도 1은 35℃ 및 120℃에서 실시예 1의 흡수제와 비교예 1의 흡수제의 기-액평형 특성을 나타낸 그래프이다. 지금까지 잘 알려져 있는 바와 같이, MEA를 사용하는 비교예 1을 포함한 일반적인 이산화탄소의 분리재생(탈거) 공정은 100~120℃에서 이루어지는데, 도 1에 나타난 것처럼 실시예 1의 흡수제가 비교예 1의 흡수제 보다 120℃에서 이산화탄소를 잘 흡수하지 않을 뿐만 아니라 35℃에서 이산화탄소를 잘 흡수하는 것으로 나타났다. 이는 120℃는 흡수된 이산화탄소를 배출하는 탈거조건이므로 실시예 1의 흡수제가 비교예 1의 MEA 보다 경제적으로 이산화탄소를 분리하고 흡수제의 재생이 용이하다는 것을 의미하고, 흡수조건인 35℃에서는 실시예 1의 흡수제가 비교예 1의 MEA 보다 많은 양의 이산화탄소를 흡수한다는 것을 알 수 있다.
표 1은 흡수온도 40 ℃, 탈거온도 80 ℃에서 실시예 2의 흡수제와 비교예 2의 흡수제의 이산화탄소 흡수 및 탈거온도, 흡수량 그리고 탈거량을 나타낸 결과이다. 표 1에 나타난 것처럼 실시예 2가 비교예 2 보다 흡수 및 탈거조건에서 이산화탄소 부하량의 차이 (△ loading)가 커서 이산화탄소 흡수량 및 탈거량이 많은 것을 알 수 있다. 또한, 초기 흡수속도 및 탈거속도도 실시예 2가 비교예 2 보다 빠른 것을 알 수 있다. 따라서, 표 1의 결과를 통헤 실시예 2가 비교예 2보다 이산화탄소와의 반응에서 흡수량 및 탈거량이 클 뿐만 아니라, 흡수속도 및 탈거속도도 빨라 맹 효율적인 흡수제임을 알 수 있다.
표 2는 도 1과 표 1에서 얻어진 결과를 바탕으로 연속식 파일럿플랜트에서 실험한 결과이다.
따라서, 본 발명의 흡수제는 이산화탄소 흡수반응 속도가 빨라 신속하게 이산화탄소를 흡수한 후 비교적 낮은 온도조건에서 흡수된 이산화탄소를 탈거시킬 수 있으므로, 이산화탄소 탈거에 소비되는 에너지(전체공정의 약 50 ~ 80%)를 많이 절감할 수 있어 경제성 확보 및 실용화(공업화)에 매우 유리하다.
도 1은 35℃ 및 120℃에서 실시예 1의 흡수제와 비교예 1의 흡수제의 기-액평형 특성을 나타낸 그래프이다.

Claims (7)

  1. 분자 내에 알코올성 수산기와 1차아민을 각각 1개씩 가지고, 아민에 인접한 α-위치의 탄소에는 치환기가 없고, 아민의 β-위치의 탄소에는 알킬 치환기와 알코올성 수산기를 동시에 가지는 하기의 화학식 1의 화합물 100 중량부와,
    고리내에 적어도 1개 이상의 아민을 가지는 하기의 화학식 2의 헤테로 환형 화합물 1 ~ 60 중량부를 포함하는 혼합수용액으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
    화학식 1
    Figure 112007069720218-pat00007
    화학식 2
    Figure 112007069720218-pat00008
    여기에서, R1 = -(CH2)a-H (a = 1~3) 또는 -CH-(CH3)2 이고, R2, R3, R4, R5 = 동일 또는 상이한 H, 탄소수 1~4의 알킬기, 아민에 치환된 탄소수 1~4의 알킬기 또는 알코올성 수산기에 치환된 탄소수 1~4의 알킬기이고, X = -CH2, O, NH 또는 SH 이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1 의 화합물은 1-아미노-2-프로판올, 1-아미노-2-부탄올, 1-아미노-2-펜탄올 또는 1-아미노-3-메틸-2-부탄올이며,
    상기 화학식 1 의 화합물을 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2 의 화합물은 피페라진, 몰포린, 2-메틸피페라진, 2,5-디메틸피페라진, 2,3-디메틸피페라진, 2,4-디메틸피페라진, 2-에탄올피페라진, 2,5-디에탄올피페라진, 2-아미노에틸피페라진, 치오몰포린 또는 피페리딘이며,
    상기 화학식 2 의 화합물을 단독 또는 2 종 이상 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 흡수제는 5 ~ 50%(w/v) 농도 범위의 수용액으로 사용되는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합 흡수제의 산성가스 흡수온도는 0 ~ 60℃, 탈거온도는 70 ~ 200℃ 인 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  7. 제1항에 있어서,
    상기한 산성가스는 CO2, H2S, SO2, NO2, COS 중에서 선택되는 하나 이상의 가스인 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
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