KR101094328B1 - 산성가스 분리용 흡수제 - Google Patents

산성가스 분리용 흡수제 Download PDF

Info

Publication number
KR101094328B1
KR101094328B1 KR1020090059410A KR20090059410A KR101094328B1 KR 101094328 B1 KR101094328 B1 KR 101094328B1 KR 1020090059410 A KR1020090059410 A KR 1020090059410A KR 20090059410 A KR20090059410 A KR 20090059410A KR 101094328 B1 KR101094328 B1 KR 101094328B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
formula
absorbent
acid gas
parts
carbon dioxide
Prior art date
Application number
KR1020090059410A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20110001741A (ko
Inventor
이지현
심재구
김준한
장경룡
Original Assignee
한국전력공사
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 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020090059410A priority Critical patent/KR101094328B1/ko
Priority to PCT/KR2010/002294 priority patent/WO2011002145A2/ko
Publication of KR20110001741A publication Critical patent/KR20110001741A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101094328B1 publication Critical patent/KR101094328B1/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/22—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation 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
    • B01D53/14—Separation 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C215/00—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C215/02—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C215/04—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated
    • C07C215/06—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated and acyclic
    • C07C215/10—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated and acyclic with one amino group and at least two hydroxy groups bound to the carbon skeleton
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C215/00—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C215/02—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton
    • C07C215/04—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated
    • C07C215/06—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated and acyclic
    • C07C215/12—Compounds containing amino and hydroxy groups bound to the same carbon skeleton having hydroxy groups and amino groups bound to acyclic carbon atoms of the same carbon skeleton the carbon skeleton being saturated and acyclic the nitrogen atom of the amino group being further bound to hydrocarbon groups substituted by hydroxy groups

Landscapes

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

Abstract

본 발명은 혼합가스로부터 산성가스를 분리하기 위하여 하기 화학식 1의 2-(이소프로필아미노)에탄올, 하기 화학식 2의 N-이소프로필디에탄올아민을 혼합하거나, 하기 화학식 3의 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 하기 화학식 4로 중 선택된 1종 이상의물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 산성가스 분리용 흡수제는 기존의 모노에탄올아민 흡수제와 비교하여 산성가스의 흡수 속도 및 흡수량은 유사 또는 동등 이상이며, 흡수 후 산성가스의 탈거 속도 및 탈거량이 월등히 높아 동일 운전조건에서 산성가스 제거율 향상이 가능하고 탈거에 필요한 에너지를 줄일 수 있으므로 기존 흡수제 대비 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
Figure 112009040053791-pat00001
Figure 112009040053791-pat00002
화학식 1 화학식 2
Figure 112009040053791-pat00003
Figure 112009040053791-pat00004
화학식 3 화학식 4
(상기 화학식 4에서 R1과 R2는 동일 또는 상이한 탄소수 2 또는 4의 알킬기, -(CH2)2-OH, CH2-CH(OH)CH3 또는 H, R3는 CH3 또는 H)

Description

산성가스 분리용 흡수제 {ABSORBENT FOR ACIDIC GAS SEPARATION}
본 발명은 혼합가스로부터 산성가스를 분리하기 위한 것으로 더욱 상세하게는 이소프로필 아민을 이용한 산성가스 분리용 흡수제에 관한 것이다.
산업화가 시작된 19세기 초반부터 에너지 산업에서 사용되는 석탄, 석유, LNG 등의 화석연료의 사용 증가로 인하여 대기 중에 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 황화수소(H2S), COS 등의 산성 가스 농도가 증가하면서, 산업이 발달함에 따라 20세기 중반 이후에는 급속하게 산성 가스 농도가 증가하였다. 산업의 발달과 함께 이러한 산성 가스의 증가로 인한, 특히 이산화탄소의 대기 중 농도 증가로 인한 지구온난화현상이 가속화되면서, 각국마다 산성 가스의 배출 및 처리에 대한 규제가 엄 격해지고 있다. 이 중 대부분을 차지하는 이산화탄소의 분리는 더욱 중요한 문제로 대두되고 있다. 그러므로 이에 대한 기술 개발이 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 등의 방법이 제시되고 있으며, 특히 흡수법은 대용량의 가스를 처리하는데 용이하고 저 농도의 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, MEA이라한다.)을 흡수제로서 사용한 흡수공정은 빠른 반응속도를 가졌지만, 이산화탄소 분리에 다량의 에너지가 소모되고 흡수액의 사용량이 많으며, 흡수액에 의한 설비의 부식문제가 있어 이를 해결해 줄 수 있는 새로운 첨가제 또는 흡수제의 개발이 절실히 요구되고 있다.
흡수법의 다른 일례로서, 알칸올아민 수용액과의 화학적 반응을 이용하여 제철소 및 화력발전소 등에서 배출되는 혼합가스 중의 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), COS 등의 산성가스를 분리, 회수하는 방법이 많은 연구자에 의해 연구되어 왔다. 기존에 널리 사용되던 알칸올아민은, 1차 계열의 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 2차 계열의 디에탄올아민(diethanolamine, 이하 DEA이라 한다.), 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 단점이 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 장점이 있는 반면, 상대적으로 흡수속도가 늦은 문제점이 있다.
또한, 최근 기존의 알칸올아민류와는 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 부수적인 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 3차 탄소 원자에 결합되어 입체장애가 큰 2-아미노-2-메틸프로판올(이하 'AMP'라 한다.) 또는 2-(에틸아미노)에탄올 등과 같은 2차 아민에 피페라진 유도체를 반응촉진제로 사용한 기술이 알려져 있다. 하지만, 상기 일본특허 2,871,335호에서 주 흡수제로 사용된 AMP 또는 2-(에틸아미노)에탄올 등과 같은 2차 아민의 입체장애로 인하여 이산화탄소와의 반응속도가 빠르지 못하다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 산성가스의 흡수 후 탈거 속도 및 탈거량이 월등히 높은 산성가스 분리용 흡수제를 제공하기 위한 목적이 있다.
본 발명의 산성가스 분리용 흡수제는 하기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올과 하기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112009040053791-pat00005
화학식 1
Figure 112009040053791-pat00006
화학식 2
상기 산성가스분리용 흡수제에 하기 화학식 3으로 표현되는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 또는 하기 화학식 4로 표현되는 화합물 중에서 1종 또는 그 이상을 선택하여 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112009040053791-pat00007
화학식 3
Figure 112009040053791-pat00008
화학식 4
(상기 화학식 4에서 R1과 R2는 동일 또는 상이한 탄소수 2 또는 4의 알킬기, -(CH2)2-OH, CH2-CH(OH)CH3 또는 H, R3는 CH3 또는 H)
상기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올과 상기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민의 혼합흡수제에서 상기 화학식 2의 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100중량부에 대하여 40 내지 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 2의 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 40 내지 60 중량부, 상기 화학식 3으로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부, 상기 화학식 4로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부로 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 화학식 4의 화합물이 디에탄올아민, 2-(에틸아미노)에탄올, 2-(부틸아미노)에탄올, 2-(t-부틸아미노)에탄올, 디이소프로판올아민, 1-아미노-2-프로판올, 2-아미노-1-부탄올 인 것을 특징으로 한다.
상기 산성가스는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 이산화항(SO2), 이산화질소(NO2 )및 COS인 것을 특징으로 한다.
상기 혼합 흡수제는 10 ~ 50%(w/v) 농도 범위의 수용액으로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 혼합흡수제의 산성가스 흡수온도는 0 ~ 60℃, 탈거온도는 70 ~ 200℃ 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 산성가스 분리용 흡수제는 기존의 모노에탄올아민 흡수제와 비교하여 볼 때 탈거량은 탈거 시점 30분 기준으로 최대 90%가 향상되었고 탈거량을 흡수량으로 나눈 탈거율 측면에서도 80% 이상 향상된다. 이처럼 탈거 속도 및 탈거량이 월등히 높아 동일 운전조건에서 산성가스 제거율 향상되고 탈거에 필요한 에너지를 줄일 수 있으므로 기존 흡수제 대비 경제성이 뛰어난 장점이 있다.
본 발명의 산성가스 분리용 혼합 흡수제는 하기 화학식 1의 2-(이소프로필아미노)에탄올, 하기 화학식 2의 N-이소프로필디에탄올아민을 혼합하거나, 여기에다 하기 화학식 3의 2-아미노-2메틸-1프로판올 또는 하기 화학식 4중 선택된 1종 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제에 관한 것이다.
Figure 112009040053791-pat00009
Figure 112009040053791-pat00010
화학식 1 화학식 2
Figure 112009040053791-pat00011
Figure 112009040053791-pat00012
화학식 3 화학식 4
(상기 화학식 4에서 R1과 R2는 동일 또는 상이한 탄소수 2 또는 4의 알킬기, -(CH2)2-OH, CH2-CH(OH)CH3 또는 H, R3는 CH3 또는 H)
상기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올은 분자 내에 알코올성 수산기와 2차 아민을 각각 하나씩 가지고 있는데, 아민에 치환된 이소프로필기의 전자공여 효과로 인해 산성가스와의 흡수반응 특성이 우수할 뿐만 아니라, 고온의 탈거조건에서는 흡수된 산성가스와 이소프로필기의 입체반발이 발생하게 되어 결과적으로 산성가스의 탈거 특성이 우수하게 되어 탈거 에너지가 감소하고 경제성이 향상된다. 또한 화학식 3으로 표현되는 대표적인 입체장애 아민인 2-아미노-2-메틸-1-프로판올과 비교하여 구조적으로 입체 장애 효과가 작기 때문에 산성가스와의 반응 속도가 빨라 2-아미노-2-메틸-1-프로판올을 단독 사용하는 경우보다 산성가스 흡수 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민은 분자 내에 알코올성 수산기 2개, 3차 아민을 하나 가진 구조이다. 이러한 3차 아민은 이산화탄소와의 반응메커니즘이 카바메이트 생성반응이 아니라 수분이 촉매로서 작용하는 반응에서 중탄산염 이온을 형성하는 메커니즘으로, 화학 양론상 3차 아민 1분자는 이산화탄소 1분자와 반응하므로 아민 2분자와 이산화탄소 1분자가 반응하는 1차 및 2차 아민 보다 이산화탄소 흡수 능력이 뛰어나다.
따라서 화학식 2의 N-이소프로필디에탄올아민이 혼합됨으로써, 입체 장애 아 민을 사용할 경우 일어날 수 있는 이산화탄소의 흡수반응 속도 저하를 보상할 수 있다. 상기 화학식 2로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 40 내지 60 중량부로 포함될 수 있다. 40 중량부 미만으로 포함되면 3차 아민의 절대량이 부족하여 이산화탄소와의 흡수성능이 저하되며, 60 중량부를 초과할 경우 이산화탄소와의 반응 속도가 느린 3차 아민의 특징으로 인해 전체적인 흡수성능이 저하되게 된다.
상기 화학식 3으로 표현되는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올은 대표적인 입체장애 아민으로 분자 내에 알코올성 수산기와 아민을 각각 하나씩 가지고 있으며, 이는 3차 탄소에 1차 아민이 결합된 형태이다. 입체적으로 부피가 큰 알킬 치환기에 의한 입체장애 효과 증가에 따라 아민기와 이산화탄소와의 결합력이 낮아 기존의 아민 흡수제에 비해 이산화탄소의 탈거 특성이 우수하고 탈거 에너지가 낮다.
상기 화학식 3으로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부로 포함된다. 50 중량부 미만으로 포함되면 이산화탄소와의 흡수성능이 저하되며, 500 중량부를 초과할 경우 화학식 1의 2-(이소프로필아미노)에탄올 혼합 효과가 최소화되어 이산화탄소의 흡수성능 향상이 미미하다.
상기 화학식 4로 표현되는 화학물은 분자 내에 알코올성 수산기 1개 이상과 2차 아민을 1개 가지고 있는데, 상기 화학식 1 내지 3으로 표현되는 화합물보다 입체장애 효과가 작으므로 이산화탄소와의 반응속도가 빨라 이산화탄소 흡수속도를 증가시킬 수 있다.
상기 화학식 4로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부로 포함된다. 50 중량부 미만으로 포함되면 이산화탄소와의 흡수성능이 저하되며, 500 중량부를 초과할 경우 화학식 1의 2-(이소프로필아미노)에탄올 혼합 효과가 최소화되어, 이산화탄소의 흡수 성능 향상이 미미하다.
상기 화학식 4로 표현되는 화합물의 구체적인 예로는, 디에탄올아민, 2-(에틸아미노)에탄올, 2-(부틸아미노)에탄올, 2-(t-부틸아미노)에탄올, 디이소프로판올아민, 1-아미노-2-프로판올, 2-아미노-1-부탄올 등을 들 수 있다.
본 발명의 산성가스 분리용 흡수제는 상기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올과 상기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민의 혼합물을 포함한다. 상기 흡수제는 2종의 성분을 혼합한 것으로 각 성분의 상승 작용으로 인해 기존의 모노에탄올아민 흡수제 대비 흡수능력의 저하 없이 이산화탄소의 탈거속도가 증가하여 탈거에너지 소모가 작다. 상기 화학식 2로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 40 내지 60 중량부로 포함된다.
상기 흡수제는 3종 이상의 성분을 혼합한 것으로 각 성분의 상승 작용으로 인해 기존의 모노에탄올아민 흡수제 대비 흡수능력의 저하 없이 이산화탄소의 탈거속도가 증가하여 탈거에너지의 소모를 줄일 수 있다. 상기 화학식 2로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 40 내지 60 중량부, 상기 화학식 3으로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량 부에 대하여 50 내지 500 중량부, 상기 화학식 4로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부로 포함된다.
본 발명의 산성가스 분리용 혼합 흡수제는 농도가 10 내지 50%(w/v) 범위인 수용액으로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 흡수제의 농도가 10% 이하인 경우 흡수되는 이산화탄소의 절대량이 적게 되며, 50% 이상인 경우 이산화탄소 흡수능과 흡수속도는 우수하지만 많은 양의 흡수제가 사용되어 경제성 측면에서 효율적이지 못하다.
본 발명의 산성가스 분리용 흡수제는 이산화탄소뿐만 아니라 다양한 종류의 산성가스 분리에 적용될 수 있으며, 산성 가스의 예로는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 이산화항(SO2), 이산화질소(NO2 )및 COS 등이 있다.
이하 실시예와 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이는 본 발명의 실시예일 뿐, 이로 인해 발명의 범위가 제한되지 않는다.
<실시예 1>
마그네틱 교반기를 내장한 용량 700 ml 스테인레스 내압반응용기에 흡수제로서 2-(이소프로필아미노)에탄올(IPAE)과 N-이소프로필디에탄올아민(IPDEA)을 100대 43의 중량비로 혼합한 몰농도 1.96 M의 혼합수용액 100 ml를 충진 하였다. 해당 반응용기에 이산화탄소 저장조로부터 이산화탄소 가스를 이송시켜, 이산화탄소 분압이 0.0 kPa부터 약 150 ~ 200 kPa 사이의 포화 흡수량을 측정하였다. 반응용기와 이산화탄소 저장용기는 오븐에 의해 원하는 온도까지 미리 가열되어, 35 ℃에서의 기-액 평형 곡선과 120 ℃에서의 기-액 평형 곡선을 측정하였다. 얻어진 결과는 표 1에 나타내었다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일한 장치를 이용하여 동일한 조건에서 흡수제로서 모노에탄올아민(MEA) 2.45 M 수용액을 이용하여 35 ℃에서의 기-액 평형 곡선과 120 ℃에서의 기-액 평형 곡선을 측정하였다. 얻어진 결과는 표 1에 나타내었다.
[표 1]
흡수제


 아민농도
 CO2 Loading
 CO2 Loading 차
mol CO2/mol 흡수제
 mol CO2/mol 흡수제
M 흡수조건 탈거조건
실시예 1 IPAE-IPDEA 1.96 0.83 0.09 0.74
비교예 1 MEA 2.45 0.65 0.13 0.52
삭제
* 흡수 조건 : 온도 35℃, 이산화탄소(CO2) 분압 10kPa
** 탈거 조건 : 온도 120℃, 이산화탄소(CO2) 분압 100kPa
상기 표 1에 정리된 이산화탄소 기-액평형 실험의 결과, 탈거조건인 120 ℃에서는 실시예 1의 흡수제가 비교예 1 (MEA) 보다 이산화탄소를 잘 흡수하지 않으며, 흡수조건인 35℃에서는 실시예 1의 흡수제가 비교예 1보다 많은 양의 이산화탄소를 흡수하였다. 이는 실시예 1의 흡수제가 탈거조건에서는 비교예 1의 모노에탄올아민 보다 탈거성능이 뛰어나고, 흡수조건에서도 비교예 1과 비교하여 흡수성능이 우수함을 나타낸다.
<실시예 2>
온도가 40℃가 되도록 설정한 항온수조 내에 유리로 만든 반응 용기를 담근 후, 반응 용기 내에 2-(이소프로필아미노)에탄올과 N-이소프로필디에탄올아민을 100대 43의 중량비로 혼합한 몰 농도 1.96 M인 혼합 수용액을 충진하였다. 반응 용기 내부로 유리관을 통해 대기압 하에서 이산화탄소 15%, 질소 85% 조성을 가지는 기체를 3 liter/min의 속도로 주입 분산시켰다. 흡수액 출구 기체 중 이산화탄소의 농도를 적외선식 이산화탄소 농도 측정기를 이용하여 연속적으로 측정하여 이산화탄소 흡수 속도 및 부하량을 측정하였다. 흡수제가 이산화탄소에 의해 포화가 된 일정 시점(약 90분)에 반응기를 미리 80℃로 준비된 항온 수조로 옮겨 흡수제로부터 탈거된 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 30 분간 측정하였다. 해당 결과는 비교예 2의 결과를 기준으로 한 상대 값으로 환산하여 표 2에 나타내었다.
<실시예 3>
상기 실시예 2에서 혼합 흡수제가 2-(이소프로필아미노)에탄올과 N-이소프로필디에탄올아민과 2-아미노-2-메틸-1-프로판올을 각각 100 대 43 대 114 중량비로 혼합한 몰 농도가 1.73 M의 혼합 수용액인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 비교예 2의 결과를 기준으로 한 상대 값으로 환산하여 하기 표 2에 나타내었다.
<실시예 4>
상기 실시예 2에서 혼합 흡수제가 2-(이소프로필아미노)에탄올과 N-이소프로필디에탄올아민과 2-아미노-2-메틸-1-프로판올을 각각 100 대 43대 500 중량비로 혼합한 몰 농도가 1.89 M의 혼합 수용액인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 비교예 2의 결과를 기준으로 한 상대 값으로 환산하여 하기 표 2에 나타내었다.
<실시예 5>
상기 실시예 2에서 혼합 흡수제가 2-(이소프로필아미노)에탄올과 N-이소프로필디에탄올아민과 2-(에틸아미노)에탄올을 각각 100 대 43 대 207 중량비로 혼합한 몰 농도가 2.45 M의 혼합 수용액인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 비교예 2의 결과를 기준으로 한 상대 값으로 환산하여 하기 표 2에 나타내었다.
<실시예 6>
상기 실시예 2에서 혼합 흡수제가 2-(이소프로필아미노)에탄올과 N-이소프로필디에탄올아민을 100 대 43의 중량비로 혼합한 몰 농도 2.45 M인 혼합 수용액인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 하기 비교예 2의 결과를 기준으로 한 상대 값으로 환산하여 표 2에 나타내었다.
<비교예 2>
상기 실시예 2에서 흡수제가 모노에탄올아민(MEA)이고 몰 농도 2.45 M 인 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하여 얻은 이산화탄소의 탈거량과 탈거속도를 하기 [표 2]에 나타내었다. 실시예와의 상대비교를 용이하게 하기 위하여 해당 항목의 결과치를 1.0으로 표시하였다.
[표 2]
흡수제 농도(M) 흡수량
(gCO2/L흡수제)		 탈거량
(gCO2/L흡수제)		 탈거율*
5분 10분 90분 10분 20분 30분 10분 20분
실시예 2 1.96 1.0 1.0 1.0 1.0 1.3 1.5 1.1 1.5
실시예 3 1.73 1.0 0.9 0.9 1.0 1.3 1.4 1.1 1.5
실시예 4 1.89 0.9 0.9 0.9 1.1 1.5 1.6 1.3 1.9
실시예 5 2.45 1.1 1.1 1.4 1.5 1.8 1.9 1.3 1.6
실시예 6 2.45 1.0 0.9 1.2 1.2 1.6 1.9 1.3 1.8
비교예 2 2.45 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
* 탈거율 = 누적탈거량 /누적흡수량 at 시간
보다 정확한 흡수성능 및 탈거성능을 확인하기 위하여, 흡수제별 흡수량 및 탈거량과 탈거율을 시간대별로 나누어 분석하였으며 그 결과를 상기 [표 2]에 정리하였다. 분석 결과 실시예 2 내지 6의 경우 이산화탄소의 흡수량은 전체 테스트 시간 범위에서 비교예 2의 모노에탄올아민 흡수제와 비교하여 동등 수준이나 탈거량은 탈거 시점 30분 기준으로 최대 90%가 향상되었고(실시예 6) 탈거량을 흡수량으로 나눈 탈거율 측면에서도 80% 이상 향상됨을 확인할 수 있다. 또한 비교예 2의 모노에탄올 아민 대비 흡수제 몰 농도가 낮은 실시예 2 내지 4의 경우에도, 흡수량은 유사하나 탈거량 및 탈거율이 우수하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 본 발명의 산성가스 분리용 흡수제는 기존의 모노에탄올아민 흡수제와 비교하여 산성가 스의 흡수 속도 및 흡수량은 유사하나 흡수 후 산성가스의 탈거 속도 및 탈거량이 월등히 높아 동일 운전조건에서 산성가스 제거율 향상이 가능하고 탈거에 필요한 에너지를 줄일 수 있으므로 기존 흡수제 대비 경제성이 뛰어난 장점이 있음을 확인할 수 있다.
상기 본 발명의 흡수제는 2종 이상의 성분을 혼합한 혼합 흡수제로서 기존의 모노에탄올아민 흡수제와 비교하여 산성가스의 흡수 속도 및 흡수량은 유사하나 탈거 속도 및 탈거량이 월등히 높아 동일 운전조건에서 산성가스 제거율 향상이 가능하고 탈거에 필요한 에너지를 줄일 수 있어 기존 흡수제 대비 경제성이 뛰어나다.

Claims (8)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올과 하기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민을 필수적으로 포함하고,
    하기 화학식 3으로 표현되는 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 및 하기 화학식 4로 표현되는 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 산성가스 분리용 흡수제.
    [화학식 1]
    Figure 112011034031917-pat00017
    [화학식 2]
    Figure 112011034031917-pat00018
    [화학식 3]
    Figure 112011034031917-pat00019
    [화학식 4]
    Figure 112011034031917-pat00020
    (상기 화학식 4에서 R1과 R2는 동일 또는 상이한 탄소수 2 또는 4의 알킬기, -(CH2)2-OH, CH2-CH(OH)CH3 또는 H, R3는 CH3 또는 H)
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표현되는 2-(이소프로필아미노)에탄올과 상기 화학식 2로 표현되는 N-이소프로필디에탄올아민의 혼합흡수제에서 상기 화학식 2의 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100중량부에 대하여 40 내지 60 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 2의 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 40 내지 60 중량부, 상기 화학식 3으로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부, 상기 화학식 4로 표현되는 화합물은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 100 중량부에 대하여 50 내지 500 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 흡수제.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 4의 화합물이 디에탄올아민, 2-(에틸아미노)에탄올, 2-(부틸아미노)에탄올, 2-(t-부틸아미노)에탄올, 디이소프로판올아민, 1-아미노-2-프로판올, 2-아미노-1-부탄올 인 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 혼합 흡수제.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산성가스는 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 이산화항(SO2), 이산화질소(NO2 )및 COS인 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 혼합 흡수제.
  7. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 흡수제가 10 ~ 50%(w/v) 농도 범위의 수용액으로 사용되는 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 혼합 흡수제.
  8. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합흡수제의 산성가스 흡수온도는 0 ~ 60℃, 탈거온도는 70 ~ 200℃ 인 것을 특징으로 하는 산성가스 분리용 혼합흡수제.
KR1020090059410A 2009-06-30 2009-06-30 산성가스 분리용 흡수제 KR101094328B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090059410A KR101094328B1 (ko) 2009-06-30 2009-06-30 산성가스 분리용 흡수제
PCT/KR2010/002294 WO2011002145A2 (ko) 2009-06-30 2010-04-14 산성가스 분리용 흡수제

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090059410A KR101094328B1 (ko) 2009-06-30 2009-06-30 산성가스 분리용 흡수제

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110001741A KR20110001741A (ko) 2011-01-06
KR101094328B1 true KR101094328B1 (ko) 2011-12-19

Family

ID=43610271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090059410A KR101094328B1 (ko) 2009-06-30 2009-06-30 산성가스 분리용 흡수제

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101094328B1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5449059B2 (ja) * 2010-06-30 2014-03-19 公益財団法人地球環境産業技術研究機構 排ガス中の二酸化炭素を効率的に吸収及び回収する水溶液
FR2982170B1 (fr) * 2011-11-09 2013-11-22 IFP Energies Nouvelles Procede d'elimination de composes acides d'un effluent gazeux avec une solution absorbante a base de dihydroxyalkylamines possedant un encombrement sterique severe de l'atome d'azote
KR101398620B1 (ko) * 2012-12-31 2014-05-23 경희대학교 산학협력단 삼성분계 이산화탄소 흡수제와 이를 이용한 이산화탄소 흡수방법 및 분리방법
JP7185421B2 (ja) 2018-05-25 2022-12-07 株式会社東芝 酸性ガス吸収剤、酸性ガスの除去方法および酸性ガス除去装置
KR102638462B1 (ko) * 2021-01-27 2024-02-21 한국과학기술연구원 이산화탄소 포집용 고성능 흡수제 조성물 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110001741A (ko) 2011-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4865530B2 (ja) 二酸化炭素分離用の混合吸収剤
AU2008268116B2 (en) Method for efficiently recovering carbon dioxide in gas
KR101035148B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제
EP2589424B1 (en) Aqueous solution capable of absorbing and collecting carbon dioxide in exhaust gas with high efficiency
KR100920116B1 (ko) 산성가스 분리용 고효율 흡수제
JP5557426B2 (ja) ガス中の二酸化炭素を効率的に吸収及び回収する水溶液及び方法
KR101094328B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제
JP2011194388A (ja) ガス中に含まれる二酸化炭素を効果的に吸収及び回収する水溶液
KR102102379B1 (ko) 산성가스 분리용 혼합 흡수제
JP2009213974A (ja) ガス中の二酸化炭素を効率的に吸収、脱離回収する水溶液及び方法
KR20130039987A (ko) 반응증진제를 포함하는 이산화탄소 흡수제
KR101094327B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제
KR20080109154A (ko) 산성가스 분리용 혼합 흡수제
US9272242B2 (en) High cyclic capacity amines for high efficiency CO2 scrubbing processes
KR20190057586A (ko) 이온성 액체 기반 산가스 흡수제 및 산가스 분리방법
KR102487384B1 (ko) 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제
KR20130035640A (ko) 고효율 산성가스 분리용 흡수제
KR102035926B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제
KR100418627B1 (ko) 혼합가스로부터의 이산화탄소 분리용 흡수제
KR101523791B1 (ko) 연소 배가스에 포함된 이산화탄소 포집용 고효율 흡수제
KR101798976B1 (ko) 이산화탄소 흡수제
KR20230132105A (ko) 산성가스 분리용 혼합 흡수제 및 이를 포함하는 산성가스 분리용 조성물, 산성가스 제거장치 및 산성가스 제거방법
KR102155236B1 (ko) 에테르기를 갖는 디아민계 이산화탄소 흡수제 및 그의 제조방법
KR20240039342A (ko) 산성가스 분리용 흡수제, 흡수용액 및 산성가스 분리장치
CN117180927A (zh) 一种用于捕集酸性气体的高容量复合吸收剂及应用

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141202

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151202

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181130

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191128

Year of fee payment: 9