KR101402898B1 - 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화탄소 포집에 사용되는 이산화탄소 분리용 흡수제에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol), 암모니아(NH₃) 및 히드록시기와 아민기를 갖는 3차 아민을 포함하는 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제에 관한 것이다.
본 발명에 따른 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제는 암모니아(NH₃)를 블렌딩함으로써 이산화탄소의 흡수성능을 현저하게 향상시키면서, 3차 아민을 더 블렌딩함으로써 암모니아 수용액의 증기압으로 인한 휘발성을 감소시켜 흡수제의 손실을 저감시킨 효과가 있다.

Description

이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제{Blending absorbent for the improvement in the ＣＯ₂absorption performance improvement}

본 발명은 종래의 단일 흡수제에 비하여 흡수성능을 향상시키면서도 증기압으로 인한 흡수제의 손실을 저감시킨, 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제에 관한 것이다.

산업 구조상 화석연료를 주 에너지원으로 사용하고 있는 우리나라의 경우 저유가 정책과 빠른 경제성장에 편승한 비효율적 에너지 소비와 철강, 석유화학, 시멘트 등 에너지 다소비 산업과 중화학공업의 비중이 높고 국내 제조업의 총 설비 투자에서 에너지 절약 시설투자의 비중이 낮아 온실가스 배출량이 지속적으로 증가하고 있다. 우리나라 이산화탄소의 주 발생원인 에너지 분야 즉, 화력발전소와 소각시설 외의 산업분야인 철강, 석유화학산업, 시멘트 산업 등에서도 이산화탄소가 다량 배출되고 있으며 이를 분리 제거하는 기술 개발이 절실하게 요구되는 실정이다.

이러한 이산화탄소 분리기술은 크게 흡수법, 흡착법, 막분리법 및 심냉법으로 구분되는데, 흡착법과 막분리법은 흡수법에 비하여 에너지 소비가 크고 대용량의 기체처리에 미흡하다는 단점이 있어, 대용량의 이산화탄소 발생원으로부터 이산화탄소를 분리하는 기술로서 흡수법이 가장 현실성 있는 방법으로 평가되고 있다.

흡수법의 적용에 있어서 이산화탄소를 포집하는데 사용되는 이산화탄소 흡수제의 물리·화학적 특성은 전체 공정의 성능과 경제성을 크게 좌우하게 된다. 따라서 이산화탄소 흡수제 기술은 이산화탄소 포집분야의 가장 핵심적인 기술로서 최근 기술개발이 매우 활발하나 에너지 절감 및 장치 부식 문제 등 해결해야 할 부분이 많이 남아있다.

현재 개발된 이산화탄소 흡수제로서, Dow Chemical사는 1급 아민인 MEA(monoethanolamnie)를 이용한 흡수제를 상용화 하였으나, 장치 부식 문제 및 흡수제 재생을 위해서는 과다한 에너지를 요구하는 단점이 있다. 또한 BASF사는 부식이 적은 3급 아민인 MDEA(methyldiethanolamine)를 이용한 흡수제를 개발하였으나 반응속도가 느리고 대규모 장치를 요구하는 단점이 있다. 또한 일본 간사이 전력회사와 미쯔비시중공업에서 개발한 입체장애아민(sterically-hindered amine)인 AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol)를 이용한 흡수제는 MEA에 비해 재생에너지가 적게 든다는 장점이 있으나 여전히 재생 비용이 경제적이지 않으며 황화수소를 미리 제거해야 하는 번거로움이 있다. 또한 한국에너지기술연구소는 3급 아민 MDEA의 반응속도 향상을 위하여 1급 아민기가 양 끝단에 두 개인HMDA(hexamethylediamine)을 첨가제로 사용하여 이산화탄소의 흡수속도 및 흡수능을 향상시켰으나, 반응속도를 향상시키는 데는 한계가 있다.

이와 같이 단일흡수제는 흡수제의 특성상 부식과 열화반응, 높은 재생에너지 등과 같은 문제점을 가지고 있어 최근에는 기존의 단일흡수제에 대한 흡수능을 증진시키고 재생시의 에너지 요구량을 절감하기 위해 두 가지 이상의 흡수제를 혼합한 흡수제의 개발이 요구되고 있다.

이에, 본 발명에서는 종래 단일 흡수제가 갖는 흡수능을 증진시켜 흡수제의 흡수속도 및 흡수능을 향상시키고, 증기압으로 인한 흡수제 손실을 저감시킨 블렌딩 흡수제를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol), 암모니아(NH₃) 및 히드록시기와 아민기를 갖는 3차 아민을 포함하는 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제에 관한 것이다.

바람직하게는 상기 3차 아민은 트리에탄올아민(TEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 트리이소프로판올아민(TIPA), 디메틸에탄올아민(DMEA) 또는 메틸디이소프로판올아민(MDIPA) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 있어서 바람직하게는 상기 블렌딩 흡수제는 AMP 20~30 wt%, 암모니아 5~7wt% 및 TEA 5~7%를 포함하는 수용액인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른, 이산화탄소 흡수공정에서 사용하는 이산화탄소 분리용 흡수제는, AMP 단일흡수제에 NH₃와 TEA를 블렌딩함으로써, NH₃ 수용액의 증기압으로 인한 휘발성과 기상으로 손실되는 문제점을 극복하고, CO₂ 흡수율을 현저하게 향상시키는 효과가 있다. 이러한 본 발명에 따른 블렌딩 흡수제는 최적의 혼합비를 제공함으로써 종래 단일 흡수제와 비교하여 높은 흡수속도와 흡수능을 향상시킴으로써 이산화탄소의 흡수효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 AMP 단일흡수제에 NH₃ 흡수제를 블렌딩한 경우 온도와 농도에 따른 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 AMP 단일흡수제에 NH₃ 흡수제를 블렌딩한 경우, 313K와 373K에서의 CO₂ 흡수평형을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 AMP 단일흡수제와 NH₃ 흡수제 및 TEA 흡수제를 블렌딩한 경우, 온도와 농도에 따른 분석결과를 나타낸 것이다.
도 4는 AMP 단일흡수제와 NH₃ 흡수제 및 TEA 흡수제를 블렌딩한 경우, 온도와 농도 변화에 따른 흡수속도를 측정 및 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 AMP 단일흡수제와 NH₃ 흡수제 및 TEA 흡수제를 블렌딩한 경우, 수용액의 흡수능에 대한 영향을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 블렌딩흡수제와 동일한 중량비를 갖는 기존의 상용흡수제(AMP, MEA)와 CO₂ 흡수특성을 비교한 결과를 나타내 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 혼합흡수제에서 주 흡수제인 AMP의 농도의 차이에 따른 흡수속도를 비교한 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

본 발명은 AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol), 암모니아(NH₃) 및 히드록시기와 아민기를 갖는 3차 아민을 포함하는 이산화탄소 분리용 블렌딩 흡수제에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 블렌딩 흡수제는 AMP보다 흡수 부하능이 약 2배나 높고, CO₂ 제거 효율이 우수한 NH₃ 흡수제를 블렌딩함으로써, AMP 단일흡수제에 비하여 흡수속도와 흡수능을 향상시키도록 한 것으로, 증기압이 낮고 용매의 손실이 작은 3차 아민을 더 블렌딩함으로써, 흡수온도가 증가할수록 반응성이 높아져 상기 암모니아의 높은 증기압으로 인한 휘발성을 감소시켜 흡수제의 증발 억제 성능을 개선한 것을 특징으로 한다.

이 때, 바람직하게는 상기 3차 아민은 트리에탄올아민(TEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 트리이소프로판올아민(TIPA), 디메틸에탄올아민(DMEA) 또는 메틸디이소프로판올아민(MDIPA) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다. 상기 3차 아민은 이산화탄소와 직접 반응하여 carbamate를 생성하지 않고, 이산화탄소의 가수분해를 통해 bicarbonate를 생성하며, 이러한 중간생성물은 3차 아민 중의 질소 원자와 이산화탄소의 약한 결합을 갖는 불안정한 쌍극성 이온으로서 촉매작용을 하여 CO₂의 흡수를 촉진하게 되고, 수산화기(-OH)를 가지고 있어 NH₃가 빠르게 기화되는 것을 막아 증기압을 낮추게 된다. 특히, 상기 트리에탄올아민의 경우 증기압이 낮아 용매의 손실이 작으며 가장 많은 수산화기(-OH)를 가지고 있기 때문에 NH₃가 빠르게 기화되는 것을 막아주어 증기압 손실을 현저하게 저감시킬 수 있다. 따라서 가장 바람직하게는 하기 화학식을 가지는 트리에탄올아민(TEA)인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 본 발명에 있어서, 상기 블렌딩 흡수제는 AMP 20~30 wt%, 암모니아 5~7wt% 및 TEA 5~7%를 포함하는 수용액인 것이 더욱 바람직하다. 암모니아의 농도가 높을수록 흡수효율이 증가하나 증기압으로 인한 높은 휘발성과 기상으로 손실되는 문제점과 생성되는 염에 의하여 흡수성능에 영향을 미치게 되므로 상기 범위 내에서 포함되도록 함이 바람직하다. 또한 상기 TEA는 5wt% 미만으로 포함될 경우 흡수제 손실율 감소에 미치는 영향이 미미하고, 7wt% 초과하여 포함되는 경우에는 반응성이 낮아 흡수효율을 감소시키게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 흡수속도 측정

본 실시예에서는 기체흡수속도를 측정하기 위하여 기-액 접촉교반조를 사용하여 실험을 수행하였으며, 흡수장치는 주입부로써 가스 실린더 및 기체의 유량을 조절하는 질량유량조절기(MFC; 5850E, Brooks Instru- ments, USA), 반응부로써 주입가스의 온도를 유지시켜 주기 위한 공급조와 기체가 흡수되는 반응조, 그리고 측정부로써 흡수속도를 측정하기 위한 GC(7890)과 CO₂ analyzer를 이용하여 분석하였다.

교반조의 크기는 부피 1,134 cm³(내경 9.5 cm, 높이 16 cm)의 원통형으로 316 SUS으로 제작하였으며, 교반조 중앙에는 내부를 확인할 수 있도록 파이렉스로 제작하였다. 본 교반조는 electric band heater를 이용하여 온도를 조절하고, K-type thermocouple(오차 : ±0.1K)에 의해 측정하였으며, 직류모터를 통하여 교반할 수 있도록 하였다. 한편, 모든 조절은 제어판에서 조절할 수 있도록 일체형으로 제작하였다(RM-8400, Hanwoul Eng. Inc., KOR). 기-액 접촉교반조 내벽에는 폭이 5 mm인 유리판 2개를 일정간격으로 부착시켜 방해판(baffle) 역할을 할 수 있도록 하였고, 316 SUS로 제작한 임펠라(70 mm×20 mm)는 흡수액을 넣은 후 액수면과 바닥사이의 1/2 위치에 설치하였다.

흡수기에 유입되는 대상가스는 실험하고자 하는 가스분압으로 질량유량조절기를 이용하여 교반조에 일정하게 공급하였으며, 교반조는 electric band heater를 이용하여 희망하는 온도로 조정하고, 흡수용액은 항온조(BB-205WM, Hanbaek Scien- tific Co., KOR) 내부에서 일정한 온도가 되도록 준비하였다. 기체 흡수장치의 온도가 주어진 온도로 일정해진 후, 깔때기를 사용하여 흡수용액을 교반조 내부로 주입함과 동시에 교반기를 회전시켰다. 이때 교반속도는 기-액 접촉계면이 깨지지 않는 50 rpm에서 기체상과 액상을 접촉시켰다.

한편, 흡수되는 가스의 양을 계산하기 위해 교반기 배출구에 설치된 GC 및 CO₂ analyzer를 통해 가스의 유량을 시간변화에 따라 연속적으로 측정하여 이로부터 액상에 흡수된 가스의 양을 구하였으며, 흡수속도 (N_A)는 초기의 반응기로 들어가는 가스의 유량에서 반응기 안에서 흡수되고 나오는 유량의 차이로부터 흡수된 가스의 양을 구하여 반응기의 기액계면의 단위 면적당 흡수된 mol수로 환산하여 구하였다.

<실시예 2> 흡수능 측정

흡수평형 측정을 위하여 반응부로써 주입가스의 온도를 유지시켜 주기위한 공급조와 기체가 흡수되는 반응조, 그리고 압력을 확인하는 압력반응계로 구성되어 있는 실험장치를 제작하여 사용하였다. 이 때, 교반조의 크기는 부피 1,134 cm³(내경 9.5 cm, 높이 16 cm)의 원통형으로 316 SUS으로 제작하였으며, 교반조 중앙에는 내부를 확인할 수 있도록 파이렉스로 제작하였다. 본 교반조는 electric band heater를 이용하여 온도를 조절하고, K-type thermocouple(오차 :±0.1 K)에 의해 측정하였으며, 직류모터를 통하여 교반할 수 있도록 하였다. 한편, 모든 조절은 제어판에서 조절할 수 있도록 일체형으로 제작하였다(RM-8400, Hanwoul Eng. Inc., KOR). 기-액 접촉교반조 내벽에는 폭이 5 mm인 유리판 2개를 일정간격으로 부착시켜 방해판(baffle) 역할을 할 수 있도록 하였고, 316 SUS로 제작한 임펠라 (70 mm× 20 mm)는 흡수액을 넣은 후 액수면과 바닥사이의 1/2위치에 설치하였다.

흡수능 실험은 먼저 질소가스로 불순기체를 제거한 후, 흡수제를 주입하고 실험온도를 승온시킨 다음 대상가스의 평형압력을 측정하였다. 시스템이 측정온도 및 평형압력에 도달한 후 밸브를 닫아 가스 저장조와 흡수 반응기의 가스흐름을 차단하고 가스 저장조에 대상가스를 주입하여 저장조의 압력변화로부터 주입된 대상가스의 양을 계산하였으며 이후, 밸브를 열고 펌프를 작동시켜 기-액 접촉을 통한 대상가스의 흡수반응을 개시하였다. 반응이 진행되는 동안 흡수 반응기 및 저장조 내부의 압력은 흡수액에 의한 대상가스의 흡수에 따라 감소하게 되며 더 이상의 압력변화가 없으면 정상상태에 도달하여 평형에 이른 것으로 판단하고 이때 전체압력을 측정하여 대상가스의 평형부하 및 분압을 계산하였다.

상기 실시에에 따른 결과는 이하에서 도면을 참고하여 설명하기로 한다.

도 1은 AMP 단일흡수제와 비교하여 흡수속도 및 흡수능의 향상여부를 확인하기 위하여, AMP 단일흡수제는 20 wt%로 고정시켰고 NH₃의 흡수제는 1, 3, 5, 7 wt%를 블렌딩하여 온도와 농도에 따른 흡수속도를 분석한 결과를 나타낸 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 AMP 단일흡수제의 흡수속도는 온도가 증가할수록 1.72∼4.77ㅧ10-6 kmol m-2 s-1로 나타났다. 또한 NH₃를 7 wt%로 블렌딩한 경우 흡수속도가 가장 높게 나타났으나, 5 wt%로 블렌딩한 경우 AMP 단일흡수제의 흡수속도 향상 폭이 가장 크게 나타났고, 7 wt% 블렌딩한 경우의 흡수속도 변화와 크게 차이나지 않았다.

따라서 NH₃ 농도가 높을수록 높은 CO₂ 제거율을 가지지만 생성되는 염에 의해 공정상의 문제가 발생할 수 있으므로 AMP 흡수제의 흡수속도 향상을 위한 NH₃ 흡수제는 5 wt%로 블렌딩하는 것을 최적의 비율로 결정하였다.

도 2는 AMP 20 wt% 단일흡수제에 NH₃ 1, 3, 5, 7 wt% 블렌딩한 경우, 흡수능에 대한 영향을 살펴보기 위해 흡수영역과 탈거영역인 313 K(좌)과 373 K(우)에서의 CO₂ 흡수평형을 분석하여 나타낸 것이다.

도 2(좌)를 참고하면, 흡수제 단위 mol당 흡수되는 이산화탄소의 mol수로 정의되는 흡수평형부하를 파악하기 위해 100kPa의 CO₂ 분압에서 비교한 결과(좌) AMP는 mol당 약 0.6 mol, NH₃ 1, 3, 5, 7 wt% 블렌딩한 경우 흡수제 1 mol당 약 0.7∼1.05 mol의 흡수능을 나타내어, AMP 단일흡수제에 비해 NH₃를 블렌딩한 경우 흡수능이 증가하는 것으로 나타났다.

또한 아민 재생공정은 373K 이상의 온도이므로 373K에서의 흡수능은 도 2(우)에서 보는 바와 같이 이산화탄소의 분압이 100 kPa에서 CO₂의 흡수양은 AMP는 mol당 0.4, NH₃ 1, 3, 5, 7 wt% 혼합시 mol당 약 0.3 mol 정도의 CO₂를 흡수한 것으로 나타났다. 313K의 저온 흡수영역에서의 흡수평형 부하와 373K에서의 흡수평형 부하의 차이가 클수록 우수한 흡수제로 제시될 수 있으며 AMP에 NH₃를 블렌딩한 흡수제의 경우 AMP 단일흡수제보다 흡수평형부하 차이가 크게 나타났으므로 흡수/재생 능력이 AMP 단일흡수제보다 NH₃를 블렌딩한 흡수제가 큰 것으로 나타났다.

도 3은, AMP와 NH₃ 혼합 흡수제와 비교하여 흡수속도 및 흡수능의 향상여부를 확인하기 위하여, 상기 도 1 및 도 2의 결과를 토대로 AMP 20 wt%에 NH₃ 5 wt%로 고정시키고, TEA 흡수제는 1, 3, 5, 7 wt%를 블렌딩하여 온도와 농도에 따른 증기압의 영향을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 온도가 증가할수록 NH₃의 손실량이 많은 것으로 나타났다. 온도가 증가할수록 TEA 7 wt%로 블렌딩한 경우 증기압 손실율이 가장 높게 나타났으나, TEA 5 wt%로 블렌딩한 경우 NH₃ 흡수제의 증기압 손실율 향상 폭이 가장 크게 나타났고, 7 wt% 블렌딩한 경우의 증기압 손실율과의 변화가 거의 없었다. 또한, TEA 흡수제 1, 3, 5, 7 wt% 블렌딩한 경우 농도가 증가할수록 흡수제 손실율이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 TEA 흡수제의 경우 증기압이 낮아 용매의 손실이 작으며 수산화기(-OH)를 가지고 있기 때문에 NH₃가 빠르게 기화되는 것을 막아주기 때문인 것으로 NH₃ 흡수제의 증기압 손실 향상을 위한 TEA 흡수제는 5 wt% 블렌딩하는 것을 최적의 비율로 결정하였다.

도 4는 상기 도 3의 결과를 토대로, TEA 흡수제를 블렌딩할 경우 흡수속도의 영향을 고려하여, AMP 단일 흡수제 20 wt%에 NH₃ 5 wt%로 고정시켰고 TEA 흡수제는 1, 3, 5, 7 wt%를 블렌딩하여 온도와 농도 변화에 따른 흡수속도를 측정 및 비교하여 나타낸 것이다.

도 4(좌)를 참고하면, TEA 흡수제를 블렌딩한 경우 온도 증가에 따라 NH₃의 흡수속도가 약 61∼79% 증가하는 것으로 나타났는 바, 도 4에 나타낸 바와 같이 온도 증가에 따라 흡수속도도 선형적으로 증가하는 것은, 온도가 증가함에 따라 기-액계면에서의 확산 및 충돌이 증가하기 때문이다. 또한 도 4(우)를 참고하면, TEA 흡수제를 1, 3, 5, 7 wt%로 블렌딩한 경우, AMP 20 wt%에 NH₃ 5 wt%를 블렌딩하였을때와 흡수율의 차이는 거의 나지 않았으며, TEA 5 wt%로 블렌딩한 경우 반응시간에 따라 흡수효율은 증가하는 것으로 나타났고, TEA 7 wt%로 블렌딩한 경우 초기 10분까지는 흡수효율이 5 wt%로 블렌딩한 경우와 유사하였지만 시간이 지날수록 흡수효율이 감소하는 것으로 나타났다.

이는 3차 아민 TEA의 경우 반응성이 낮기 때문에 농도가 증가할수록 흡수효율의 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 NH₃ 흡수제의 증기압을 낮춰줌과 동시에 TEA 흡수제를 블렌딩한 경우, 흡수속도의 영향을 고려하여 TEA 흡수제는 5 wt%로 블렌딩하는 것을 최적의 비율로 결정하였다.

도 5는 AMP에 NH₃와 TEA를 혼합한 경우, 수용액의 흡수능에 대한 영향을 나타낸 것이다.

도 5(좌)를 참고하면, 흡수제 단위 mol당 흡수되는 이산화탄소의 mol수로 정의되는 흡수평형부하를 파악하기 위해 100 kPa의 CO₂ 분압에서 비교한 결과 AMP 20 wt%와 NH₃ 5 wt% 혼합시 흡수제 1 mol당 약 0.9 mol의 CO2를 흡수한 것으로 나타났다. 또한 AMP에 NH₃와 TEA를 블렌딩하였을 때 약 1.1 mol의 흡수능을 나타내 AMP 단일흡수제에 NH₃만 블렌딩하였을 때 비해 증가하는 것으로 나타났다. 이는 입체장애아민과 CO₂의 주반응이 카보네이트(carbamate) 생성반응으로써 화학양론적으로 mol당 0.5 mol의 CO₂를 흡수하나 3차 아민의 경우 일반적으로 아민 1 mol당 1 mol의 흡수능을 나타내기 때문에 TEA 혼합시 흡수능을 향상시키는 것으로 판단된다. 또한 3차 아민과 입체장애아민은 CO₂와의 반응에서 가수분해가 쉽게 발생하여 이산화탄소의 흡수율이 다른 흡수제에 비하여 큰 것으로 판단된다.

또한 아민 재생공정은 373 K 이상의 온도이므로 373 K에서의 흡수능은 도 5(우)에 나타낸 바와 같이 이산화탄소의 분압이 100 kPa에서 CO₂의 흡수양은 AMP에 NH₃ 5 wt%로 블렌딩한 경우, mol당 약 0.4 mol 정도의 CO₂를 흡수한 것으로 나타났다. 또한 AMP에 NH₃와 TEA를 농도별로 블렌딩하였을 때 약 0.2∼0.35 mol로 나타났다.

따라서 상기 도 5의 결과로부터, AMP에 NH₃와 TEA를 혼합한 흡수제의 경우 AMP 단일이나 NH₃를 혼합한 흡수제보다 흡수평형부하 차이가 크게 나타났음을 확인할 수 있는 바, 흡수/재생 능력이 AMP 단일흡수제 또는 AMP와 NH₃를 혼합한 흡수제보다 상당히 뛰어난 것으로 판단된다.

도 6은 AMP 흡수제 20 wt%와, NH₃ 흡수제 5wt% 및 TEA 흡수제 5 wt%를 블렌딩한 경우와 동일한 중량비인 30 wt%에서 기존의 상용흡수제인 AMP와 MEA의 CO2 흡수특성을 비교한 결과를 나타내 것이다.

도 6(좌)를 참고하면, 흡수속도의 경우 온도가 증가할수록 CO₂ 흡수속도는 증가하였으며 AM/NH₃/TEA (7.90∼13.90) > MEA (6.92∼8.81) > AMP (5.98∼7.66)의 순으로 높은 흡수속도를 나타내었다. 흡수제의 동일한 총 중량비에서 살펴보면 본 발명의 블렌딩한 흡수제가 다른 단일흡수제에 비해 CO₂와의 반응성이 현저하게 향상되어 전체적인 흡수속도가 상당히 증가한 것으로 판단된다.

또한 도 6(우)를 참고하면, 흡수능의 경우 313 K에서 CO₂ 흡수평형 특성을 측정하여 나타낸 것이다. 이산화탄소의 분압이 100 kPa 부근에서 비교해보면 AMP/NH₃/TEA > AMP > MEA의 흡수능이 나타났다. AMP의 경우 약 0.7 mol, MEA는 0.6 mol, 블렌딩 흡수제의 경우 약 1.1 mol의 흡수능이 나타났으며, 이는 동일한 중량비에서도 단일흡수제보다 블렌딩한 흡수제가 흡수속도에 이어 흡수능 또한 높게 나타남을 알 수 있다. 이는 입체장애아민과 CO₂의 주 반응이 카보네이트 생성반응으로써 화학 양론적으로 mol당 0.5 mol의 CO₂를 흡수하나 3차 아민의 경우 일반적으로 아민 1 mol당 1 mol의 흡수능을 나타내기 때문에 TEA 혼합시 흡수능을 향상시키는 것으로 판단된다. 또한 3차 아민과 입체장애아민은 CO₂와의 반응에서 가수분해가 쉽게 발생하여 이산화탄소의 흡수율이 다른 흡수제에 비하여 큰 것으로 판단된다.

도 7은 본 발명의 블렌딩 흡수제와 AMP 흡수제의 농도를 20 wt%와 30 wt%일 때를 비교하여 나타낸 것으로, 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 본 발명에서 블렌딩 흡수제가 흡수속도가 가장 높게 나타났으며, AMP 흡수제의 농도 변화에 따라는 크게 차이가 나지 않은 것으로 나타났다. 이는 본 특허에서 AMP 흡수제의 흡수특성을 증진시키기 위해 NH₃ 흡수제를 블렌딩하였고, NH₃ 흡수제의 증기압으로 인한 손실을 감소하기 위해 TEA를 블렌딩한 최적의 혼합비에서 단일흡수제의 흡수성능을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났다. 흡수제의 농도를 증가시킬수록 CO₂ 흡수율이 우수하겠지만 본 발명에서의 블렌딩흡수제는 최적 혼합비일 때의 단일흡수제를 개선함과 동시에 흡수성능을 낮춰줄 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 이산화탄소 분리용 혼합흡수제는 산화질소 및 산소에 대한 저항력이 있고 긴 수명을 가지는 특징이 있어, 석탄 가스화 공정, 수증기 개질 공정, 코크스로가스 생산 공정, 정유공장 가스 처리 공정 또는 천연가스 생산 공정 등의 산업가스 생산공정에서 이산화탄소를 분리해내는데 특히 유용하게 사용될 수 있고, 이외에도 황화수소나, 시안화수소산, 메르캅탄, 황화카보닐, 황산화물 등의 산성가스를 분리해내는 데도 이용가능하여 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (3)

1. AMP(2-amino-2-methyl-1-propanol) 20~30 wt%, 암모니아(NH₃) 5~7 wt% 및 히드록시기와 아민기를 갖는 3차 아민 5~7 wt%을 포함하는 이산화탄소 분리용 블렌딩흡수제.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 3차 아민은 트리에탄올아민(TEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 트리이소프로판올아민(TIPA), 디메틸에탄올아민(DMEA) 또는 메틸디이소프로판올아민(MDIPA) 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리용 블렌딩흡수제.
3. 삭제

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