KR101142951B1 - 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법 - Google Patents

환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101142951B1
KR101142951B1 KR1020080033340A KR20080033340A KR101142951B1 KR 101142951 B1 KR101142951 B1 KR 101142951B1 KR 1020080033340 A KR1020080033340 A KR 1020080033340A KR 20080033340 A KR20080033340 A KR 20080033340A KR 101142951 B1 KR101142951 B1 KR 101142951B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
flue gas
carbon
absorbent
amine group
compound
Prior art date
Application number
KR1020080033340A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090107843A (ko
Inventor
조아라
이종섭
민병무
Original Assignee
한국에너지기술연구원
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 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020080033340A priority Critical patent/KR101142951B1/ko
Priority to US12/933,024 priority patent/US8506840B2/en
Priority to PCT/KR2009/001711 priority patent/WO2009125943A1/en
Publication of KR20090107843A publication Critical patent/KR20090107843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101142951B1 publication Critical patent/KR101142951B1/ko

Links

Images

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
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • 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
    • B01D53/02—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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—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 adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • 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
    • B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Abstract

본 발명은 고리구조를 포함하고 양 끝단에 각각 하나의 1차 아민기와 아민기 옆의 치환된 α-탄소를 가진 화합물과 물로 이루어진 연소배가스 흡수제 조성물을 제공한다. 또한 본 발명은 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물 수용액의 연소배가스 흡수제로서의 사용방법을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 흡수제용 조성물은 기존의 연소배가스 흡수제보다 우수한 흡수 성능을 가진 고리 구조의 화합물을 연소배가스 흡수제로 사용하여, 종래에 연소배가스 흡수용 화학흡수제로 사용되고 있는 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)과 2-아미노-2-메틸-프로판올(2-amino-2-methyl- propanol, AMP)과 비교하였을 때, 연소배가스 흡수속도는 50~100%, 연소배가스 흡수능은 200~400% 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
연소배가스 흡수제, 알칸올아민, MEA, AMP, 고리구조와 아민기 함유, 흡수속도, 흡수능

Description

환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을 포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법{COMPOSITION COMPRISING CYCLIC RING AND TERMINAL AMIN GROUPS, AND USE THEREOF AS ABSORBENT FOR REMOVING FLUE GAS}
본 발명은 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물 수용액 조성물 및 그의 연소배가스 흡수제로서의 용도에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 고리 구조를 포함하고 양 끝단에 각각 하나의 1차 아민기와 아민기와 인접한 치환된 α-탄소를 가진 아민을 포함하는 수용액 조성물 및 그의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조성물은 종래에 상용화되어 있는 화학흡수제와 비교하여 볼 때, 탁월한 흡수속도 및 흡수능을 향상시킨다.
지구온난화와 관련되어 연소배가스의 저감에 대한 세계적인 관심이 고조되고 있다. 연소배가스에는 이산화탄소를 비롯하여, 황산화물과 질소산화물 계통이 주를 차지하며, 특히 이산화황과 이산화질소 등의 저감이 시급한 실정이다. 이와같은 연소배가스 저감 필요성에 부응하기 위해, 연소배가스를 흡수, 처리하는 흡수제의 개발이 시급하며, 지금까지의 각 가스를 따로 처리하여 공정비용의 증가와 그다지 높 지 못한 효율을 보인 흡수제들과는 달리, 이산화탄소, 이산화황, 이산화질소를 한번에 제거할 수 있는 연소배가스 복합흡수제의 개발이 무엇보다도 필요하게 되었다.
연소배가스의 가장 큰 부분을 차지하는 이산화탄소는, 온실가스 중의 하나로 화석연료의 사용이 증가함에 따라 이산화탄소의 대기배출로 인하여 지구 온난화에 심각한 영향을 미치고 있다. 지구 온난화 문제에서 대두된 온실가스처리 기술의 개발은 1990년대 초부터 일본, 미국 및 유럽 등지에서 활발히 추진되었다. 2050년까지 지구 대기 중의 이산화탄소 농도 수준을 550ppm이하로 유지하게 하기 위해서는 전력부분에서의 이산화탄소 평균 배출량을 0.2kgC/kWh 이하로 유지해야 할 것으로 세계에너지회의(World Energy Congress, WEC)에서 예상하고 있다. 그러나 현재의 기술로는 석탄의 경우 최고 0.9kgC/kWh, 천연가스의 경우 0.4kgC/kWh까지 가능한 것으로 알려지고 있다.
이와 같은 현실을 배경으로 하여 선진국의 이산화탄소 분리 및 처리기술 개발은 그 분리 및 처리를 위한 비용의 경제성 개선을 최우선 목표로 하여 추진되고 있으며, 기술개발을 위한 기반기술 및 자료의 구축은 충분히 확보되어 있는 상태이다. 지금까지 개발된 흡수법에 의한 이산화탄소 흡수 및 분리를 위한 흡수제로는 모노에탄올아민(monoethanolamine: 이하 MEA라 칭함), 아미노메틸프로판올(2-amino-2-methyl-propanol: 이하 AMP라 칭함) 또는 메틸디에탄올아민(methyldiethanolamine:이하 MDEA라 칭함) 등이 널리 상용화되어 있다. MEA는 제1급 알칸올아민으로서, 이산화탄소와 빠른 반응을 일으키며, 흡수 반응 속도가 빠른 장점이 있으나 이산화탄소 흡수용량은 상대적으로 MEA 1몰당 이산화탄소 0.5몰로 적은 단점이 있다. 이와는 달리 MDEA와 AMP의 경우에는 각각 3차 알칸올아민, 입체장애(sterically hindered)가 있는 알칸올아민이므로, 여러 논문들에 보고된 바와 같이 이산화탄소에 대한 흡수용량이 상대적으로 MEA보다 높고, 가열에 의한 탈거시에도 에너지 요구량이 MEA보다 작으나, 이산화탄소와의 반응속도가 느리다는 단점을 가지고 있다.
이산화황과 질소산화물과 같은 배출 대기오염물질은 이산화탄소에 비하여 대규모 투자비와 장기간의 기술개발에 의하여 일부는 상용화된 경우와 기술의 해외이전도 이루어진 바가 있어, 선진국에 비하여 기술수준의 차이는 이산화탄소에 비하여 좁으며, 총괄적으로 선진국 수준의 약 70%이상일 것으로 추정되나, 질소산화물과 미량 중금속 처리기술은 핵심기술의 미 확보로 선진국과의 기술격차가 이보다 큰 것으로 판단되어지고 있다.
이산화탄소와 마찬가지로, 이산화황과 질소산화물 역시 일차적으로 물에 대한 용해도가 이산화탄소보다는 떨어지기는 하나 물과 반응하여 산성 특히 황산과 질산을 가지는 가스이므로 알카리성을 가지고 있는 아민용액에 효율적으로 반응할 것으로 보여지며, 가열에 의한 탈거도 가능하다.
그러므로 지구 온난화 문제를 해결하기 위하여 상기와 같은 종래의 이산화탄소 흡수제의 장점을 모두 가진, 즉 연소배가스와 빠른 반응으로 흡수 반응 속도가 빠름과 동시에 연소배가스 흡수용량이 높은 새로운 연소배가스 복합 흡수제의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 이산화탄소 흡수제의 문제점을 해결하여 이산화탄소의 흡수속도가 빠른 MEA의 장점과 이산화탄소의 흡수용량이 큰 AMP의 장점을 모두 살리는 연소배가스 흡수제 조성물을 개발하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 하기 설명된 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물 1~75 중량%, 및 물 25 ~ 99 중량% 로 이루어진 연소배가스 흡수제 조성물을 제공한다.
이러한 조성에 있어서, 양 끝단에 아민기를 가진 화합물의 함량이 1중량% 미만이면, 원하는 흡수제로서의 효과가 미비하며, 75%를 넘어가면 사용 배기 장치를 부식시킬 우려가 있으며 경제적인 부분에 있어 비효율적이다.
여기서 상기 화합물 내의 아민기는 1차 아민기인 것이 바람직하며 특히, 상기 화합물은 NH2-(CH2)n-NH2 (여기서 n는 5~20의 정수)의 구조를 가지며, 상기 화학식 중간에 5원 탄소 내지 6원 탄소의 환상 구조를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 환상 구조의 탄소의 한쪽 말단 및 사슬 탄소의 한쪽 말단에 각각 1차 아민기가 결합되고, 아민기가 결합된 탄소는 치환된 탄소인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물의 수용액을 연소배가스 흡수제로서의 사용할 수 있다는 용도를 제공한다.
이러한 화합물을 단지 수용액으로 만들어 사용하는 것만으로 효과적인 연소배가스 흡수제로서 사용시 매우 우수한 효과가 나타난다는 것은 하기 본 발명의 실시예 및 실험예 등을 통하여 입증한다. 이는 본 발명에 따른 화합물이 다른 화합물과의 혼합이 없이 단독으로 연소배가스 흡수제로서 사용이 가능하다는 것을 발견한 것으로, 이는 경제적인 관점에서도 매우 실용성이 높다는 것을 의미한다.
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들이 예의 연구를 거듭한 결과, 본 발명에 따른 조성물에 포함되는 화합물로서 유용하게 사용되기 위해서는 하기와 같은 요건을 갖추어야 한다.
1) 고리구조 흡수제에 있는 아민기의 질소가 공명구조 등의 1.5중 결합에 관여하지 않는 비공유전자쌍을 가질 것.
2) 아민기 및 그 주위에 입체장애(특히 아민기 옆의 α-탄소의 치환에 의한 입체장애)를 가질 것.
3) 안정한 고리구조의 sp3 입체구조와 아민기 및 주변 α-탄소의 입체장애가 엇갈려 분자자체의 회전이 불가능하게 고정된 아민일 것.
이러한 조건을 갖춘 아민인 경우 일반적인 아민보다 흡수 및 탈거 능력이 양론적으로 우수함을 알 수 있다.
본 발명에서 제공하는 연소배가스 흡수제에 사용되는 화합물은 이러한 모든 조건을 충족시키는 것으로 선정되었다. 즉, 지방족 고리 구조를 가지고 양 끝단에 1차 아민기를 가지며, 화학식 내에 NH2-(CH2)n-NH2 (n은 5~20의 정수) 및 5원 탄소 및 6원 탄소의 환상 구조를 가지고 있다. 이러한 환상 구조의 탄소의 한쪽 말단 및 사슬 탄소의 한쪽 말단에 각각 1차 아민기가 결합되고, 아민기가 결합된 탄소는 치환기가 모두 결합되어 있는 3차 탄소(tertiary carbon atom)로서, 이런 입체적 구조는 연소배가스의 흡수 효과에 상당한 영향을 미치는 것으로 추정된다.
본 발명에 따른 연소배가스 흡수제에 사용되는 화합물로서 특히 다이아미노멘탄이 바람직하며, 특히 1,8-다이아미노-p-멘탄(1,8-diamino-p-menthane: 이하 KIER-C3 라고도 칭함)이 바람직하다.
우선 알려져 있는 이산화탄소의 흡수 메커니즘과 이산화황, 이산화질소의 반응을 살펴보면 다음의 반응식과 같다.
Figure 112008025741573-pat00001
Figure 112008025741573-pat00002
Figure 112008025741573-pat00003
제 1단계: 카바메이트(carbamate) 생성
첫 번째 단계인 카바메이트 형성에서는 이산화탄소의 흡수가 일어난다. 알칸올아민계 흡수제에 포함되어 있는 질소의 비공유전자쌍의 전자가 이산화탄소와 결 합하여 일시적인 결합을 형성하며 카바메이트(carbamate)가 생성된다. 이 반응은 비교적 낮은 온도에서 일어나며, 가열되면 이 평형은 아민과 이산화탄소의 해리를 선호하게 된다. 마찬가지로, 이산화황과 이산화질소도 비슷한 반응을 보이게 된다.
제 2단계: 바이카보네이트(bicarbonate) 생성
카바메이트는 다음 단계로 가수분해에 의해 바이카보네이트(bicarbonate)를 생성하고 pH와 같은 조건들이 적절하면 카보네이트를 생성한다. 카바메이트의 가수분해 정도는 아민 농도, 용액의 pH, 그리고 카바메이트의 화학적 안정성 등에 의해 결정된다. 두 번째 단계인 바이카보네이트의 형성은 카바메이트의 가수분해 반응이며, 카바메이트의 가수분해로부터 남은 아민과 바이카보네이트 이온을 형성하는데, 1몰의 이산화탄소가 반응하기 위해서는 1몰의 아민이 필요하게 된다. 이와 마찬가지로, 이산화황과 이산화질소도 연소배가스 흡수제에 흡수되어 이산화탄소의 카바메이트와 같은 형태의 화합물인 니트로 유도체 (N-nitro derivatives)를 만들어내며 이는 상기 반응식 2 와 반응식 3에 나타내었다. 반응식 3의 경우에는 3차아민이 부산물을 생성하여 흡수제 자체를 열화시킬 가능성이 있는 반면, 2차아민은 비교적 안정한 반응을 나타내는것을 알 수 있다.
1차 아민과 2차 아민의 경우에는 카바메이트의 형성이 주반응인 반면 카바메이트 가수분해, 즉 바이카보네이트의 생성은 거의 일어나지 않는다. 이러한 현상은 카바메이트의 안정성에 기인하는데 카바메이트의 안정성은 아미노 카바메이트기를 바탕으로 한 기하학적 sp3 탄소의 회전, 즉 그룹의 입체적 요인의 제한을 받지 않기 때문이다. 입체장애 아민 등의 기하학적으로 sp3 아민의 회전이 열악한 아민류와 이산화탄소의 반응에서는 카바메이트 형성과 가수분해가 동일하게 전체 반응에 영향을 미친다. 이러한 현상은 형성된 카바메이트의 불안정성에 기인하는데, 일반적인 아민과는 달리 아미노 카바메이트기를 바탕으로 한 회전이 입체적으로 부피가 큰 알킬기 또는 회전불가능하게 고정된 알킬기의 구조상 회전에 제약을 받기 때문에 불안정한 카바메이트 구조를 이루어 가수분해가 쉽게 발생한다.
연소배가스의 처리도 이와 같은 원리에 의해 입체장애 아민 및 회전불가능하게 고정된 아민이 일반적인 아민보다 연소배가스의 흡수 및 탈거 능력이 양론적으로 우수함을 알 수 있으며, 이로부터 연소배가스 흡수제의 개발 가능성이 높아짐을 예상할 수 있다. 아민기에 인접한 탄소 원자에 치환이 발생하면, 카바메이트와 니트로 치환체의 안정성이 감소하여 가수분해가 개선된다. 이러한 아민 수용액은 바이카보네이트와 그의 치환체의 농도를 증가시키고 그 결과 연소배가스 부하량이 증가한다. 카바메이트 및 니트로 치환체의 불안정성은 α-치환에 의한 입체적 장해에 의해 발생한다고 발표되었다. α-탄소에서의 이러한 치환은 πME 및 πME * 메틸기의 오비탈과 질소원자의 비공유전자쌍 사이의 상호작용을 유발하여 질소원자의 전하를 감소시킴으로써 질소 원자를 약염기화시키고 질소와 수소의 결합을 약하게 만든다. 이 결과, 아민 수용액내의 강염기인 수산화기에 의한 가수분해가 촉진된다.
아민 수용액과 연소배가스의 흡수반응 초기에는 입체적 장해에 의해 어느 정도 흡수반응 속도가 느려질 것으로 예상되지만, 반대로 카바메이트와 니트로 치환 체의 가수분해가 보다 용이하게 되어 연소배가스와 반응할 수 있는 아민의 생성량이 증가하여 결과적으로 연소배가스 흡수속도가 증가하는 결과를 가져오게 된다. sp3 탄소의 회전이 열악한 아민은 연소배가스흡수공정의 흡수용량과 속도론적으로 큰 장점을 가지는데, 입체장애 아민 수용액은 치환되지 않은 기존의 아민 수용액에 비해 연소배가스의 탈거정도가 훨씬 우수한 특성을 나타내므로 연소배가스의 농도가 보다 낮은 아민 수용액으로 재생되고, 연소배가스 흡수에 재사용될 경우 보다 우수한 연소배가스 흡수를 나타낸다. 예를 들어, AMP는 MEA의 α-메틸기의 유도체로서 이산화탄소와의 흡수반응에 의해 형성된 카바메이트는 거의 전량 바이카보네이트로 가수분해되어 아민 수용액에서는 관찰되지 않는 것으로 보고되었다.
이와 같은 내용을 토대로 하여 본 발명에서 사용한 KIER-C3는 분자의 양 끝단에 1개씩, 총 2개의 1차 아민기를 가지고 있고, α-탄소가 치환되어 입체장애를 이루고 있어, 분자의 회전 등의 자유로운 활동이 억제되어 있다. 그러므로 언급한 바와 같이 카바메이트와 니트로 치환체를 형성하기 보다는 바이카보네이트 및 그의 치환체를 형성하여 기존의 MEA보다 높은 흡수용량을 가질 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 고리 구조를 가진 연소배가스 흡수제 조성물은 이상적인 연소배가스 흡수제의 조건을 만족시키며, 종래에 널리 상용화된 흡수제인 MEA와 AMP에 비하여 향상된 연소배가스 흡수속도 및 흡수능을 가진다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
실시예 1: KIER - C3 수용액(1중량%) 제조
KIER-C3는 70% 다이아미노멘탄(제조사: Aldrich사)과 1차 증류수를 혼합하여 1중량%의 KIER-C3 수용액을 제조하였다.
실시예 2: KIER - C3 수용액(20중량%) 제조
상기 실시예 1에서 20중량%의 KIER-C3 수용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 1: MEA 수용액(2중량%) 제조
모노에탄올아민 98%(monoethanolamine, 제조사: Fluka사)를 1차 증류수와 혼합하여 2중량%의 모노에탄올아민 수용액을 제조하였다.
비교예 2: MEA 수용액(20중량%) 제조
상기 비교예 1에서 20중량%의 모노에탄올아민 수용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하였다.
비교예 3: AMP 수용액(2중량%) 제조
2-아미노-2-메틸-프로판올 95%(2-amino-2-methyl-propanol, 제조사: Aldrich사)와 1차 증류수를 혼합하여 2중량%의 2-아미노-2-메틸-프로판올 수용액을 제조하였다.
비교예 4: AMP 수용액(20중량%) 제조
상기 비교예 3에서 20중량%의 2-아미노-2-메틸-프로판올 수용액을 제조한 것을 제외하고는 상기 비교예 3과 동일하게 실시하였다.
비교예 5: MDEA 수용액(20중량%) 제조
N-메틸-디에탄올아민 98%(N-methyl-diethanolamine, 제조사: Fluka사)와 1차 증류수를 혼합하여 20중량%의 N-메틸-디에탄올아민 수용액을 제조하였다.
[실험예]
40~50℃의 온도에서 상기의 실시예 및 비교예에서 제조된 수용액에 의한 100% 이산화탄소, 100% 이산화황, 100% 이산화질소 기체의 흡수속도, 흡수능 및 이산화탄소 탈거 후 재흡수능을 측정하였다.
실험예 1: 연소배가스의 흡수속도 측정
1중량%의 저농도 흡수제를 위한 실험장치는 40℃의 실험온도를 유지하기 위해 물중탕이 가능한 이중자켓으로 되어 있으며, 연소배가스의 주입량을 측정하기 위한 압력계가 뚜껑으로 부착된 스테인레스 스틸 용기(용기내부피: 497cc)를 사용하였다. 30 채널 하이브리드 레코더(30 Channel hybrid Recorder: Model HR2300, 제조사: 요코가와사)를 사용하여 시간에 따라 주입된 연소배가스의 변화와 온도를 측정하였다. 이 장치는 작은 용량의 흡수제를 측정하기 위한 장치여서, 대략의 측정치를 얻은 후에는 작은 벤치 용량(반응용기 내부피: 860cc)의 흡수장치에서 다시 20중량%의 흡수제를 위한 정확한 측정치를 얻었다. 반응용기 내부에는 교반기(agitator)를 설치하여 흡수제 용액과 연소배가스의 기체-액체 접촉 반응면적을 넓히도록 고안되었고, 50℃로 온도를 유지하기 위해, 반응기와 연소배가스 저장기를 오븐안에 설치하여 온도를 유지하였다. 이 역시 요코가와사의 30채널 하이브리드 레코더를 사용하여 연소배가스의 압력과 온도 변화를 기록하여 컴퓨터에 데이터 파일로 저장하였다.
위와 같은 장치를 구성하여 실험을 수행한 결과, 제 1도 및 제 2도에 도시한 바와 같이, KIER-C3는 연소배가스의 흡수속도를 50~100% 향상시켰다.
실험예 2: 연소배가스의 흡수능 측정
저농도 실험에서는, 반응용기를 미리 연소배가스를 여러 번 치환하여 연소배가스 분위기로 만든 후, 100% 연소배가스 기체로 측정압력 22psi로 맞춰 40℃(이산화질소의 경우는 50℃)로 온도를 유지시킨 후, 100ml의 흡수제를 펌프(천세펌프, 500cc/min)로 반응기에 주입시켰다. 이후 자석막대를 돌려 연소배가스의 흡수반응을 진행시키며 시간에 따른 연소배가스의 흡수를 압력변화로 측정하여 컴퓨터에 기록하였다. 벤치용량의 흡수장치에서는, 반응용기를 미리 질소로 여러번 치환하여 질소분위기로 만든 후, 250ml의 흡수제를 펌프(천세펌프, 500cc/min)로 반응기에 주입시켜 50℃로 온도를 유지시킨다. 이후 온도가 50℃로 안정되면, 100% 연소배가스 기체를 주입하고 교반기를 회전시켜 흡수반응을 진행시키며, 연소배가스의 압 력이 일정수준에 머물러서 더 이상 흡수제가 연소배가스를 흡수하지 않을 때 까지 연소배가스를 충전시켜 충분히 반응하도록 하였다. 이 또한 시간에 따른 연소배가스의 흡수를 압력변화로 측정하여 컴퓨터에 기록하였다.
위와 같이 실험을 실시한 결과, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4에 보여지는 바와 같이, KIER-C3는 연소배가스의 흡수능을 200~400% 향상시켰다.
실험예 3: 이산화탄소 탈거 후 재흡수 효과 측정
이산화탄소의 탈거를 위해서, 실험예 2에서 수행한 이산화탄소가 포화된 흡수제를 진공을 걸지 않은 증류농축장치(선일 EYELA, N-1000)를 이용하여, 110℃로 세팅된 오일베스에 담구어 이산화탄소를 20분간 탈거시킨다. 이산화탄소의 탈거 유무를 측정하기 위해, 실험 전후에 pH를 측정하여, 이산화탄소 재생을 여부를 알 수 있다. 탈거된 흡수제는 다시 실험예 2와 같은 방법으로 이산화탄소를 흡수시켜 한번 탈거된 흡수제의 이산화탄소 흡수 속도와 용량을 측정하여 재생 효과를 관찰하였다.
위와 같이 실험을 실시한 결과, 도 5에 보여지는 바와 같이, KIER-C3가 기존의 이산화탄소 흡수제인 AMP보다 재흡수율과 재흡수량이 2배이상 효율적으로 향상시켰다.
제 1도는 본 발명의 실시예 1(1중량%의 KIER-C3) 및 비교예 1(MEA)의 이산화탄소 흡수반응시간에 따른 계 내의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
제 2도는 본 발명의 실시예 2(20중량%의 KIER-C3), 비교예 2(MEA), 비교예 4(AMP) 및 비교예 5(MDEA)의 이산화탄소 흡수반응시간에 따른 계 내의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
제 3도는 본 발명의 실시예 2(20중량%의 KIER-C3), 비교예 2(MEA), 비교예 4(AMP), 비교예 5(MDEA)의 이산화황 흡수반응시간에 따른 계 내의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
제 4도는 본 발명의 실시예 2(20중량%의 KIER-C3) 및 비교예 2(MEA), 비교예 4(AMP)의 이산화질소 흡수반응시간에 따른 계 내의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
제 5도는 본 발명의 실시예 1(1중량%의 KIER-C3) 및 비교예 3(AMP)의 이산화탄소 흡수반응시간에 따른 계 내의 압력변화 및 이산화탄소 탈거 후 재흡수시켜, 재생(cyclic) 효과를 측정한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물 1～75 중량% 및 물 25～99 중량%로 이루어지며, 상기 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물은 NH2-(CH2)n-NH2(여기서 n은 5～20의 정수)의 구조를 가지며, 상기 화학식 중간에 5원 탄소 내지 6원 탄소의 환상 구조를 가지며, 상기 환상 구조의 탄소의 한쪽 말단 및 사슬 탄소의 한쪽 말단에 각각 1차 아민기가 결합되며, 상기 1차 아민기에서의 질소는 1.5중 결합에 관여하지 않는 비공유전자쌍을 가지고, 상기 1차 아민기가 결합된 탄소는 α-탄소 치환된 탄소인 것을 특징으로 하는 연소배가스 흡수제 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 화합물은 다이아미노멘탄인 것을 특징으로 하는 연소배가스 흡수제 조성물.
  6. 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물의 수용액을 사용하며, 상기 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물은 NH2-(CH2)n-NH2(여기서 n은 5～20의 정수)의 구조를 가지며, 상기 화학식 중간에 5원 탄소 내지 6원 탄소의 환상 구조를 가지며, 상기 환상 구조의 탄소의 한쪽 말단 및 사슬 탄소의 한쪽 말단에 각각 1차 아민기가 결합되며, 상기 1차 아민기에서의 질소는 1.5중 결합에 관여하지 않는 비공유전자쌍을 가지고, 상기 1차 아민기가 결합된 탄소는 α-탄소 치환된 탄소인 것을 특징으로 하는 연소배가스 흡수제로서의 사용방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 화합물은 다이아미노멘탄인 것을 특징으로 하는 연소배가스 흡수제로서의 사용방법.
KR1020080033340A 2008-04-10 2008-04-10 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법 KR101142951B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080033340A KR101142951B1 (ko) 2008-04-10 2008-04-10 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법
US12/933,024 US8506840B2 (en) 2008-04-10 2009-04-02 Composition having ring structure and terminal amine groups, and use thereof as flue gas absorbent
PCT/KR2009/001711 WO2009125943A1 (en) 2008-04-10 2009-04-02 Composition having ring structure and terminal amine groups, and use thereof as flue gas absorbent

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080033340A KR101142951B1 (ko) 2008-04-10 2008-04-10 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090107843A KR20090107843A (ko) 2009-10-14
KR101142951B1 true KR101142951B1 (ko) 2012-05-08

Family

ID=41162047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080033340A KR101142951B1 (ko) 2008-04-10 2008-04-10 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8506840B2 (ko)
KR (1) KR101142951B1 (ko)
WO (1) WO2009125943A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217237A (en) * 1975-06-26 1980-08-12 Exxon Research & Engineering Co. Process for removing carbon dioxide containing acidic gases from gaseous mixtures using a basic salt activated with a hindered amine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4364915A (en) * 1981-05-21 1982-12-21 Procon International Inc. Process for recovery of carbon dioxide from flue gas
DE3714209A1 (de) * 1987-04-29 1987-10-08 Erich Dipl Ing Chem Rosendahl Verfahren zur selektiven entfernung und anschliessender reindarstellung von schwefeldioxid aus rauchgas
US5120517A (en) 1991-01-28 1992-06-09 Pacific Gas Supply Corporation Process for the removal of sulfur oxides and nitrogen oxides from flue gas
JP5030371B2 (ja) 2004-04-15 2012-09-19 三菱重工業株式会社 吸収液、吸収液を用いたｃｏ２又はｈ２ｓ又はその双方の除去装置及び方法
JP2006150298A (ja) 2004-11-30 2006-06-15 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 吸収液、吸収液を用いたｃｏ２又はｈ２ｓ除去装置及び方法
CA2598388C (en) * 2006-08-23 2012-11-27 University Of Regina Method for capturing carbon dioxide from gas streams

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4217237A (en) * 1975-06-26 1980-08-12 Exxon Research & Engineering Co. Process for removing carbon dioxide containing acidic gases from gaseous mixtures using a basic salt activated with a hindered amine

Also Published As

Publication number Publication date
US20110012058A1 (en) 2011-01-20
WO2009125943A1 (en) 2009-10-15
KR20090107843A (ko) 2009-10-14
US8506840B2 (en) 2013-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4865530B2 (ja) 二酸化炭素分離用の混合吸収剤
CN103394277B (zh) 一种脱除燃煤烟气中二氧化碳的有机胺复合吸收剂
JP5452222B2 (ja) ガス中の二酸化炭素を効率的に回収する方法
RU2423170C2 (ru) Абсорбирующая жидкость, устройство и способ удаления со2, или h2s из газа посредством применения абсорбирующей жидкости
KR101157141B1 (ko) 입체장애 시클릭 아민이 첨가된 알칼리탄산염계 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 제거방법
KR101239380B1 (ko) 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제
JP5713997B2 (ja) 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去装置および酸性ガス除去方法
AU2015255195B2 (en) Acidic gas absorbing agent, method for removing acidic gas and apparatus for removing acidic gas
JP5506486B2 (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
KR101035148B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제
CN101612509A (zh) 捕集混合气体中二氧化碳的复合脱碳溶液
CN101537340A (zh) 一种烟气co2吸收剂
CN102284229A (zh) 捕集混合气体中二氧化碳的复合脱碳溶液
CN103381330A (zh) 一种用于捕集或分离二氧化碳的吸收剂及其应用
JP2015107443A (ja) 酸性ガス吸収剤、酸性ガス除去装置および酸性ガス除去方法
KR101142951B1 (ko) 환상 구조를 가지고 양 끝단에 아민기를 가진 화합물을포함하는 조성물 및 연소배가스 흡수제로서의 사용방법
JP2006150298A (ja) 吸収液、吸収液を用いたｃｏ２又はｈ２ｓ除去装置及び方法
CN105289207A (zh) 捕集二氧化碳气体的三乙醇胺复合胺吸收剂
CN118179206A (zh) 一种用于烟道气的高解吸co2吸收剂
KR102329667B1 (ko) 이산화탄소 분리용 흡수제, 그를 사용한 이산화탄소 분리방법 및 분리장치
KR20130035640A (ko) 고효율 산성가스 분리용 흡수제
KR102170273B1 (ko) 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법
KR102082695B1 (ko) 이미다졸륨계 이온성 액체 화합물, 그의 제조방법 및 그를 사용한 이산화탄소 분리방법
JP2006167520A (ja) 吸収液、吸収液を用いたガス中のｃｏ２又はｈ２ｓ除去装置及び方法
KR102035926B1 (ko) 산성가스 분리용 흡수제

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20100630

Effective date: 20120416

S901 Examination by remand of revocation
GRNO Decision to grant (after opposition)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150424

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160414

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170308

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190326

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200309

Year of fee payment: 9