KR101524458B1 - Carbon dioxide absorbent comprising amino acid and tertiary alkanolamine, method for capturing carbon dioxide using the same, and apparatus for capturing carbon dioxide using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아미노산 및 3급 알카놀아민을 포함하는 신규 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법 및 포집장치에 관한 것이다.에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 손실율이 극히 낮고, 생분해성(biodegradable) 및 무독성(non-toxic)을 가지며, 산소와 반응하여 열화물을 생성시키지 않으며, 재생에너지가 알카놀아민계 흡수제에 비해 낮을 뿐만 아니라, 이산화탄소 흡수시 염 침전물을 형성하지 않기 때문에 스프레이 타워(spray tower)는 물론 충진식 타워(packing tower) 형태의 흡수탑에도 제한없이 적용가능하여 이산화탄소 흡수 효율 향상에도 매우 효과적이다.The present invention relates to a novel carbon dioxide absorbent comprising an amino acid and a tertiary alkanolamine, and a carbon dioxide absorbing method and a collecting apparatus using the carbon dioxide absorbing agent. And non-toxic, does not react with oxygen to generate heat, and has a low recovery energy compared to alkanolamine-based absorbents, and does not form salt precipitates upon absorption of carbon dioxide, The present invention can be applied to an absorption tower in the form of a packing tower as well as an absorption tower, which is very effective for improving the absorption efficiency of carbon dioxide.
Description
본 발명은 아미노산 및 3급 알카놀아민을 포함하는 신규 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법 및 포집장치에 관한 것이다.The present invention relates to a novel carbon dioxide absorbent comprising an amino acid and a tertiary alkanolamine, and a method and apparatus for collecting carbon dioxide using the same.
이산화탄소 포집 및 저장(CCS; Carbon Dioxide Capture & Storage) 기술은 화석연료 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 대량배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 대기 중으로부터 격리시키는 기술이다. 2007년 IEA에서 발표된 전 세계 에너지 소비구조 예측에 따르면 화석연료에 대한 수요가 여전히 증가할 것으로 전망되고 있는 가운데 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지 개발이 지구온난화로 인한 기후변화 문제를 풀 수 있는 열쇠인 것은 사실이나, 경제성 있는 신재생에너지가 개발될 때까지 인류의 지속가능발전을 감안한 안정적 화석연료 사용을 위해서는 CCS 기술 개발이 절실한 상황이다. Carbon dioxide capture and storage (CCS) technology is a technology that separates carbon dioxide emitted from mass emission sources such as power plants, steel and cement plants from the atmosphere due to the use of fossil fuels. According to the IEA 2007 global energy consumption structure forecast, the demand for fossil fuels is still expected to increase, and the development of renewable energy as a substitute for fossil fuels can solve the climate change problem caused by global warming. However, until the development of economically viable renewable energy, CCS technology development is urgent for stable fossil fuel use considering sustainable development of mankind.
이러한 CCS 기술 중 이산화탄소 포집기술은 전체 비용의 70% 이상을 차지하는 핵심 기술로서 크게 ‘연소 후 포집기술(Postcombustion technology)’, ‘연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)’ 및 ‘산소 연소기술(Oxy-fuel combustion technology)’로 구분된다.Among these CCS technologies, carbon dioxide capture technology is a key technology that accounts for more than 70% of the total cost. It is classified into 'postcombustion technology', 'pre-combustion technology' and 'oxygen combustion technology' -fuel combustion technology ".
그 중에서, 연소 후 포집기술은 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법이 있으며, 현재 실용화에 가장 근접한 기술은 알칼리액 흡수법이고, 이와 관련해 알카놀 아민계열 흡수제가 대표적인 흡수제로 알려져 있다. 알카놀아민은 분자구조 내에 하이드록실기(-OH)와 아미노기(-NH2)를 동시에 가지고 있는 물질로서 수소가 치환된 수에 따라 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 디글리콜아민(diglycolamine, DGA)을 포함하는 1차 아민, 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 디-이소프로필아민(di-isopropylamine, DIPA)을 포함하는 2차 아민, 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA), 메틸-디에탄올아민(methyl-diethanolamine, MDEA)을 포함하는 3차 아민으로 구분된다. 그 중, 1차 아민인 모노에탄올아민(MEA)은 강한 알칼리성을 유지함으로써 이산화탄소 분자와 빠르게 반응하며, 가격이 상대적으로 저렴한 장점이 있다. 그러나, MEA는 이산화탄소와의 결합력이 높기 때문에 흡수제 재활용을 위한 재생에너지가 많이 요구되고, 부식성이 높으며, 흡수제의 열화도 심한 편이다. 특히 열화현상은 흡수반응 공정이 진행되는 가운데 흡수제를 점진적으로 손상시킴으로써 단위 양에 따른 흡수능을 감소시킨다. 또한 흡수액이 거품을 발생하거나 장치의 부식을 일으켜 공정 운전에 치명적인 문제점을 유발할 수 있다.Among them, the post-combustion trapping technique includes the absorption method, the adsorption method, the membrane separation method, and the deep-cooling method, and the technique most closely related to the commercialization at present is the alkali solution absorption method, and in this connection, an alkanolamine-based absorbent is known as a typical absorbent. Alkanolamine is a substance having both a hydroxyl group (-OH) and an amino group (-NH2) in the molecular structure, and monoethanolamine (MEA), diglycolamine (DGA) Secondary amines including diethanolamine (DEA), di-isopropylamine (DIPA), triethanolamine (TEA), methyl-diethanolamine (methyl -diethanolamine, MDEA). Among them, monoethanolamine (MEA), which is a primary amine, has a strong alkaline property, so it reacts rapidly with carbon dioxide molecules and has a relatively low price. However, since the MEA has high bonding strength with carbon dioxide, it requires a large amount of renewable energy for recycling the absorbent, has high corrosiveness, and has a high deterioration of the absorbent. Particularly, the deterioration phenomenon decreases the absorption ability according to the unit amount by progressively damaging the absorbent while the absorption reaction process is proceeding. In addition, the absorption liquid may cause bubbles or corrosion of the apparatus, which may cause fatal problems in the operation of the apparatus.
이에, 상기와 같은 알카놀아민의 단점을 보완하여 이산화탄소 포집공정의 경제성을 향상시킬 수 있는 새로운 흡수제로 아미노산 염에 대한 연구가 최근 활발히 진행되고 있으며, 이와 관련해 네덜란드 TNO 사에서는 타우린 아미노산과 수산화칼륨(KOH)을 혼합하여 아미노산 염으로 제조된 흡수제를 이용한 기술을 선보인바 있다[특허문헌 0001]. 아미노산 염 수용액은 알카놀아민과 물리화학적 성질이 비슷하여 이산화탄소를 선택적으로 제거하는 능력이 뛰어나며, 내열화성과 낮은 휘발도, 높은 표면장력 등의 장점을 가지고 있다.Recently, studies on amino acid salts as a new absorbent capable of improving the economical efficiency of the carbon dioxide capture process have been actively carried out by supplementing the disadvantages of alkanolamines as described above. In this regard, TNO of the Netherlands has been studying taurine amino acid and potassium hydroxide ) Was mixed to prepare an absorbent made of an amino acid salt. [Patent Document 0001] Amino acid salt aqueous solution has the same physico-chemical properties as alkanolamine, and has an excellent ability to selectively remove carbon dioxide, and has advantages of heat resistance, low volatility, and high surface tension.
하지만, 아미노산 염 흡수제는 이산화탄소를 흡수할 경우 염(흡수제-이산화탄소) 도 1에 도시한 바와 같이 침전물이 생성되기 때문에 충진식 타워(packing tower)를 이용한 흡수 공정에는 적용할 수 없기 때문에 스프레이 타워(spray tower)를 이용한 흡수 공정에 적용되어야 하는데, 스프레이 타워의 경우에는 충진식 타워에 비해 기·액간 접촉면적이 크게 감소함에 따라 흡수 효율이 현저히 떨어진다는 문제점을 가진다.However, since the salt of the amino acid salt absorbent absorbs carbon dioxide (absorbent-carbon dioxide) as shown in Figure 1, it can not be applied to the absorption process using a packing tower, tower. In case of the spray tower, the absorption efficiency is significantly lowered as the contact area between the gas and the liquid is greatly reduced as compared with the filling tower.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 종래 이산화탄소에 대한 화학적 흡수제로서 사용되던 알카노아민계 흡수제 및 아미노산 염 포함 흡수제의 단점을 모두 해소할 수 있는, 아미노산 포함 신규 이산화탄소 흡수제, 이를 이용한 이산화탄소 포집방법 및 포집장치를 제공하는 것이다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a novel carbon dioxide absorbent including an amino acid, which can solve all the disadvantages of alkanoamine-based absorbents and absorbents containing amino acid salts conventionally used as chemical absorbents for carbon dioxide, And to provide a collecting device.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 아미노산 및 3급 알카놀아민(alkanolamine)을 포함하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.In order to achieve the above-mentioned technical object, the present invention proposes a carbon dioxide absorbent comprising an amino acid and a tertiary alkanolamine.
또한, 상기 아미노산은 글리신, 타우린, 알라닌, 세린 및 시스테인으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.Further, the amino acid is at least one selected from the group consisting of glycine, taurine, alanine, serine, and cysteine.
또한, 상기 아미노산은 알라닌인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.The present invention also provides a carbon dioxide absorbent characterized in that the amino acid is alanine.
또한, 상기 3급 알카놀아민은 MDEA(N-methyl diethanolamine), TEA(triethanolamine) 또는 TIPA(Triisopropanolamine) 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.Also, the present invention provides a carbon dioxide absorbent characterized in that the tertiary alkanolamine is MDEA (N-methyl diethanolamine), TEA (triethanolamine) or TIPA (Triisopropanolamine).
또한, 상기 3급 알카놀아민은 MDEA(N-methyl diethanolamine)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.Also, the present invention provides a carbon dioxide absorbent characterized in that the tertiary alkanolamine is MDEA (N-methyl diethanolamine).
또한, 상기 아미노산 및 3급 알카놀아민(alkanolamine)의 농도 합계가 0.01 내지 3 M인 수용액인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.The present invention also provides a carbon dioxide absorbent characterized in that the total concentration of the amino acid and the tertiary alkanolamine is 0.01 to 3 M in water.
또한, 상기 아미노산 및 3급 알카놀아민은 0.01 : 3 내지 3 : 0.01의 몰비로 포함된 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제를 제안한다.Further, the carbon dioxide absorbent is characterized in that the amino acid and the tertiary alkanolamine are contained in a molar ratio of 0.01: 3 to 3: 0.01.
또한, 흡수탑에서 상기 이산화탄소 흡수제를 이용하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수하는 단계; 및 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 리보일러의 열원을 이용하여 탈거탑에서 재생하는 단계를 포함하는 이산화탄소 포집방법을 제안한다.Absorbing the carbon dioxide contained in the exhaust gas using the carbon dioxide absorbent in the absorption tower; And recovering the absorbent absorbing the carbon dioxide in the deodorizer using the heat source of the reboiler.
또한, 상기 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수가 이루어지는 흡수탑; 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생 전에 가열하거나 이산화탄소가 탈거되어 재생된 흡수제를 냉각하는 열교환기; 흡수탑과 연결되며 흡수제의 재생이 이루어지는 탈거탑; 및 탈거탑과 연결되며 흡수제의 재생에 필요한 열 에너지를 공급하는 리보일러를 포함하는 이산화탄소 포집장치를 제안한다.An absorption tower for absorbing carbon dioxide using the carbon dioxide absorbent; A heat exchanger for heating the absorbent absorbing the carbon dioxide before regeneration or for removing carbon dioxide to cool the regenerated absorbent; A stripping tower connected to the absorption tower and regenerating the absorbent; And a reboiler connected to the stripping tower and supplying heat energy necessary for regeneration of the absorbent.
본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 손실율이 극히 낮고, 생분해성(biodegradable) 및 무독성(non-toxic)을 가지며, 산소와 반응하여 열화물을 생성시키지 않으며, 재생에너지가 알카놀아민계 흡수제에 비해 낮을 뿐만 아니라, 이산화탄소 흡수시 염 침전물을 형성하지 않기 때문에 스프레이 타워(spray tower)는 물론 충진식 타워(packing tower) 형태의 흡수탑에도 제한없이 적용가능하여 이산화탄소 흡수 효율 향상에도 매우 효과적이다.The carbon dioxide absorbent according to the present invention has an extremely low loss rate, is biodegradable and non-toxic, does not react with oxygen to generate heat, is low in renewed energy as compared with an alkanolamine-based absorbent, , Since it does not form a salt precipitate upon the absorption of carbon dioxide, it can be applied to an absorption tower in the form of a spray tower as well as a spray tower without limitation, and is very effective for improving carbon dioxide absorption efficiency.
도 1은 본원 실시예 1-2 및 비교예 1-4에서 제조된 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 흡수 실험시 반응기 내에서의 시간 경과에 따른 이산화탄소 평형분압을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본원 실시예 3에서 제조된 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소 흡수를 수행할 경우 염(salt) 침전물이 생성되지 않았음을 보여주는 사진이다.
도 3은 비교예 1에서 제조된 아미노산 염 흡수제를 사용하여 이산화탄소 흡수를 수행할 경우 염(salt) 침전물이 생성되었음을 보여주는 사진이다.FIG. 1 is a graph showing carbon dioxide equilibrium partial pressures over time in a reactor for carbon dioxide absorption experiments using the carbon dioxide absorbent prepared in Examples 1-2 and 1-4 of the present application.
FIG. 2 is a photograph showing that no salt precipitate was formed when carbon dioxide absorption was performed using the carbon dioxide absorbent prepared in Example 3 of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a photograph showing that a salt precipitate is formed when carbon dioxide absorption is performed using the amino acid salt absorbent prepared in Comparative Example 1. FIG.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 아미노산(amino acid) 및 3급 알카놀아민(tertiary alkanolamine)을 포함할 수 있다.
The carbon dioxide absorbent according to the present invention may include an amino acid and a tertiary alkanolamine.
상기 아미노산은 아민기(-NH2) 및 카르복실기(-COOH)를 포함한 모든 분자를 지칭하는데, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제에 포함되는 아미노산은 그 종류가 특별히 제한되지 않으므로, 알라닌, 알파-아미노부틸산, 세린 및 시스테인 등과 같은 입체장애 아미노산(sterically hindered amino acid)은 물론 글리신, 타우린 등의 비입체장애 아미노산도 사용 가능하나, 입체장애 아미노산의 경우 아래 반응식 (1)에서와 같이 이산화탄소와 반응하여 생성된 카바메이트(carbamate)가 바이카보네이트(bicarbonate)로 쉽게 가수분해되어 흡수제 단위량당 보다 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있을 뿐만 아니라, 흡수제와 이산화탄소 간의 약한 결합력으로 인해 보다 낮은 재생에너지가 필요하다는 장점을 가지기 때문에 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 입체장애 아미노산을 포함하는 것이 보다 바람직하다.The amino acid refers to all molecules including an amine group (-NH 2 ) and a carboxyl group (-COOH). Since the type of the amino acid contained in the carbon dioxide absorbent according to the present invention is not particularly limited, , Sterically hindered amino acids such as serine and cysteine, as well as non-sterically hindered amino acids such as glycine and taurine. However, in the case of a sterically hindered amino acid, Because carbamate is easily hydrolyzed with bicarbonate to absorb more carbon dioxide per unit of absorbent and because it has the advantage of lower regenerative energy due to the weak bond between absorbent and carbon dioxide, The carbon dioxide absorbing agent according to the invention contains a sterically hindered amino acid It is more preferred to also.
RNHCOO- + H2O ↔ RNH2 + HCO3 - (1)
RNHCOO - + H 2 O ↔ RNH 2 + HCO 3 - (1)
상기 알카놀아민은 적어도 1개 또는 그 이상의 수산기(-OH) 및 아민(-NH2)기를 가지고 있는 화합물을 지칭하는데, 일반적으로 상기 수산기는 증기압을 감소시켜 수용성을 증가시키는 반면, 상기 아민기는 흡수제의 염기도를 높임으로써 산성 가스를 흡수할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 알카놀아민을 이용한 이산화탄소 흡수공정은 수용액이 이산화탄소와 직접 반응하거나 산-염기 중화반응에 의하여 비휘발성 이온성분을 생성하는 화학반응에 의하여 수용액에서 산성인 이산화탄소와 결합하게 된다.The alkanolamine refers to a compound having at least one or more hydroxyl groups (-OH) and amine (-NH 2 ) groups. Generally, the hydroxyl groups increase the water solubility by decreasing the vapor pressure, It is known that acidic gas can be absorbed by increasing the basicity of the acidic gas. The carbon dioxide absorbing process using alkanolamine binds to the acidic carbon dioxide in the aqueous solution by a chemical reaction in which the aqueous solution reacts directly with carbon dioxide or generates a non-volatile ion component by an acid-base neutralization reaction.
한편, 알카놀아민은 아민기와 결합된 수산기를 포함한 탄소의 수에 따라 1급, 2급 또는 3급 알카놀아민으로 분류되는데, 그 중에서 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 MDEA(N-methyl diethanolamine), TEA(triethanolamine) 및 TIPA(Triisopropanolamine) 등의 3급 알카놀아민을 포함할 수 있다.
On the other hand, the alkanolamine is classified as primary, secondary or tertiary alkanolamine depending on the number of carbon atoms including hydroxyl groups bonded to amine groups. Among them, the carbon dioxide absorbent according to the present invention includes MDEA (N-methyl diethanolamine) Tertiary alkanolamines such as triethanolamine (TEA) and triisopropanolamine (TIPA).
본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 상기 아미노산 및 3급 알카놀아민의 수용액 형태로 이산화탄소 액상 흡수공정에 사용될 수 있으며, 이때, 상기 이산화탄소 흡수제 수용액은 아미노산 및 3급 알카놀아민(alkanolamine)의 농도 합계가 0.01 내지 3 M인 수용액인 것이 바람직하며, 나아가, 상기 이산화탄소 흡수제 수용액에서 아미노산 및 3급 알카놀아민의 함량비는 0.01 : 3 내지 3 : 0.01의 몰비로 포함된 것이 바람직하다.
The carbon dioxide absorbent according to the present invention can be used in the form of an aqueous solution of the amino acid and the tertiary alkanolamine in the liquid-phase absorption process of carbon dioxide, wherein the aqueous solution of the carbon dioxide absorbent has a total concentration of amino acid and tertiary alkanolamine of 0.01 - 3 M, and the content ratio of the amino acid and the tertiary alkanolamine in the carbon dioxide absorbent aqueous solution is preferably in a molar ratio of 0.01: 3 to 3: 0.01.
본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제 중 3급 알카놀아민으로서 MDEA를 포함하는 이산화탄소 흡수제를 예로 들어 이산화탄소를 흡수할 때 수용액 내에서 일어나는 가능한 반응식을 나타내면 아래와 같다.
As a carbon dioxide absorbent containing MDEA as a tertiary alkanolamine in the carbon dioxide absorbent according to the present invention, possible reaction schemes occurring in the aqueous solution when absorbing carbon dioxide are shown below.
MDEA + H+COO--RCH-NH2 + H2O ↔ MDEAH+ + H+COO--RCH-NH + H2O (2) MDEA + H + COO - -RCH- NH 2 + H 2 O ↔ MDEAH + + H + COO - -RCH-NH + H 2 O (2)
MDEAH+ + H+COO--RCH-NH + H2O + CO2 ↔ MDEAH+ + H+COO--RCH-NH-COO- + H2O (3) MDEAH + + H + COO - -RCH -NH + H 2 O + CO 2 ↔ MDEAH + + H + COO - -RCH-NH-COO - + H 2 O (3)
MDEAH+ + H+COO--RCH-NH-COO- + OH- + H+ + CO2 ↔ MDEAH+ + H+COO--RCH-NH-COO- + HCO3 - +H+ (4) MDEAH + + H + COO - -RCH -NH-COO - + OH - + H + + CO 2 ↔ MDEAH + + H + COO - -RCH-NH-COO - + HCO 3 - + H + (4)
CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3 - (5)
CO 2 + H 2 O ↔ H + + HCO 3 - (5)
즉, 상기 반응식 (2) 내지 (4)에 나타낸 바와 같이, 쌍극성이온(zwitterion)의 형태로 존재하는 아미노산이 MDEA에 의해 양성자를 잃게 되어 아미노기 형태로 활성화되고(반응식 (2)), 상기 활성화된 아미노기가 이산화탄소와 반응하여 카바메이트를 형성하고(반응식 (3)), 가수분해에 의한 바이카보네이트의 형성을 통해 추가적인 이산화탄소 흡수가 이루어지는데(반응식 (4)), 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제는 종래의 아미노산 염 포함 이산화탄소 흡수제와는 달리 자유 아미노산(free amino acid)이나 바이카보네이트 염(bicarbonate salt) 등의 침전물을 형성하지 않고 이산화탄소 흡수가 가능하여 스프레이 타워 형태는 물론 충진식 타워 형태의 흡수탑에도 적용가능하다는 장점을 가진다. That is, as shown in the above reaction formulas (2) to (4), the amino acid present in the form of zwitterion is activated in amino group form by the loss of proton by MDEA (Reaction formula (2) The carbon dioxide absorbing agent according to the present invention can be used as a carbon dioxide absorbent in the prior art by reacting carbon dioxide with carbon dioxide to form a carbamate (reaction formula (3)), and further carbon dioxide absorption is carried out through formation of bicarbonate by hydrolysis (reaction formula (4) Unlike carbon dioxide absorbent, it can absorb carbon dioxide without forming sediment such as free amino acid or bicarbonate salt, and it is applicable to absorption tower type as well as spray tower type. .
한편, 상기 이산화탄소 흡수 반응 외에 반응식 (5)에서와 같이 물과 이산화탄소의 반응에 의한 이산화탄소 흡수도 수용액 내에서 함께 일어난다.
Besides, in addition to the above-mentioned carbon dioxide absorption reaction, the absorption of carbon dioxide by the reaction between water and carbon dioxide occurs together in the aqueous solution as in the reaction formula (5).
상기에서 상세히 설명한 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집방법은 특별히 제한되지 않으며, 화학흡수제를 이용하는 공지의 어떠한 이산화탄소 포집방법에도 적용 가능하다.The method of collecting carbon dioxide using the carbon dioxide absorbent according to the present invention described above in detail is not particularly limited and can be applied to any known carbon dioxide collecting method using a chemical absorbent.
예를 들어, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집공정은, 흡수탑에서 흡수제를 이용하여 배기가스에 포함된 이산화탄소를 흡수하는 단계; 및 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 리보일러의 열원을 이용하여 탈거탑에서 재생하는 단계를 포함할 수 있다.For example, a carbon dioxide capture process using a carbon dioxide sorbent according to the present invention includes the steps of: absorbing carbon dioxide contained in an exhaust gas using an absorbent in an absorption tower; And regenerating the carbon dioxide-absorbing absorbent in the demolition tower using the heat source of the reboiler.
보다 구체적으로, 상기 이산화탄소 흡수 단계는, 흡수탑에 유입된 배기가스가 이산화탄소 흡수제와 접촉되며, 배기가스에 포함된 이산화탄소는 흡수제에 흡수되어 흡수탑의 하단으로 배출되고, 이산화탄소가 제거된 배기가스는 흡수탑 상단으로 배출된다. 이산화탄소를 흡수한 흡수제는 열교환기를 통과하면서 가열된 후, 탈거탑의 상부로 주입되어 리보일러에 의해 공급되는 열원에 의해 재생 조건을 유지하면서 이산화탄소를 흡수제로부터 탈거시켜 흡수제의 재생이 이루어진다. 분리된 이산화탄소는 외부로 배출되고, 재생된 흡수제는 열교환기를 통과해 냉각된 후 흡수탑으로 이송된다.More specifically, in the carbon dioxide absorbing step, the exhaust gas flowing into the absorption tower is brought into contact with the carbon dioxide absorbent, the carbon dioxide contained in the exhaust gas is absorbed by the absorbent and discharged to the lower end of the absorption tower, And is discharged to the top of the absorption tower. The absorbent absorbing the carbon dioxide is heated while passing through the heat exchanger, and then injected into the top of the stripper, and the carbon dioxide is removed from the absorbent while the regeneration condition is maintained by the heat source supplied by the reboiler. The separated carbon dioxide is discharged to the outside, and the regenerated absorbent is cooled through the heat exchanger and then transferred to the absorption tower.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집방법은, 예를 들어, 본 발명에 따른 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수가 이루어지는 흡수탑; 이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생 전에 가열하거나 이산화탄소가 탈거되어 재생된 흡수제를 냉각하는 열교환기; 흡수탑과 연결되며 흡수제의 재생이 이루어지는 탈거탑; 및 탈거탑과 연결되며 흡수제의 재생에 필요한 열 에너지를 공급하는 리보일러를 포함하는 이산화탄소 포집장치에 의해 수행될 수 있다.
The above-described carbon dioxide capture method using the carbon dioxide sorbent according to the present invention may include, for example, an absorption tower in which carbon dioxide is absorbed using the carbon dioxide sorbent according to the present invention; A heat exchanger for heating the absorbent absorbing the carbon dioxide before regeneration or for removing carbon dioxide to cool the regenerated absorbent; A stripping tower connected to the absorption tower and regenerating the absorbent; And a reboiler connected to the stripping tower and supplying heat energy necessary for regeneration of the absorbent.
아래에서 본 발명에 대해 실시예를 기초로 하여 상세하게 설명한다. 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail on the basis of embodiments. The presented embodiments are illustrative and are not intended to limit the scope of the invention.
<< 실시예Example 1> 1>
1:1의 몰비로 MDEA 및 L-알라닌(L-alanine)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
MDEA and L-alanine were added at a molar ratio of 1: 1, and the total amount was adjusted to 100 ml with deionized water and stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 실시예Example 2> 2>
1:1의 몰비로 MDEA 및 L-알라닌(L-alanine)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고, 반응 촉진제로서 BCA(bovine carbonic anhydrase)를 14~15㎍/mL 첨가하여 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
MDEA and L-alanine were added at a molar ratio of 1: 1, deionized water was added to make a total volume of 100 ml, bovine carbonic anhydrase (BCA) as a reaction promoter was added at 14 to 15 / / mL, and the mixture was stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 실시예Example 3> 3>
1:1의 몰비로 MDEA 및 라이신(lysine)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
MDEA and lysine were added at a molar ratio of 1: 1, and the total amount was adjusted to 100 ml with deionized water and stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 비교예Comparative Example 1> 1>
1:1의 몰비로 수산화칼륨(KOH) 및 L-알라닌(L-alanine)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
Potassium hydroxide (KOH) and L-alanine were added at a molar ratio of 1: 1, the total amount was adjusted to 100 ml with deionized water and stirred for 60 minutes to obtain a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent .
<< 비교예Comparative Example 2> 2>
수산화칼륨(KOH)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
Potassium hydroxide (KOH) was added thereto, and the total amount was adjusted to 100 ml with deionized water and stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 비교예Comparative Example 3> 3>
MDEA를 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
After MDEA was added, the total amount of deionized water was adjusted to 100 ml and stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 비교예Comparative Example 4> 4>
L-알라닌(L-alanine)을 투입한 후, 탈이온수(deionized water)로 총량을 100 ml로 하고 60분 동안 교반하여 1 M의 이산화탄소 흡수제 수용액을 제조하였다.
After adding L-alanine, the total volume was adjusted to 100 ml with deionized water and stirred for 60 minutes to prepare a 1 M aqueous solution of carbon dioxide absorbent.
<< 실험예Experimental Example > > 실시예Example 1-3 및 1-3 and 비교예Comparative Example 1-4에서 제조된 이산화탄소 흡수제에 대한 이산화탄소 흡수에 따른 침전물 발생 여부 및 흡수속도 관찰 Observation of sediment formation and absorption rate due to carbon dioxide absorption for carbon dioxide absorbent prepared in 1-4
실시예 1-3 및 비교예 1-4에서 제조된 흡수제를 대상으로, 연속교반 액상 반응기(CSTR) 방식의 기액흡수평형(vapor-liquid equilibrium) 장치(가스 공급기 내부 부피 및 반응기 내부 부피는 각각 295.62cm3 및 308.09cm3)를 사용하여 40℃에서의 이산화탄소 반응속도를 측정하였다. 상기 장치에 99.99 vol.%의 이산화탄소를 공급하고, 가스 저장조의 부피 보정 시에는 99.99 vol.%의 질소 가스를 사용하였다.The absorbents prepared in Examples 1-3 and Comparative Examples 1-4 were subjected to vapor-liquid equilibrium (CSTR) system (inner volume of the gas supplier and inner volume of the reactor were 295.62 use cm 3 and 308.09cm 3) to measure the carbon dioxide reaction rate at 40 ℃. 99.99 vol.% Of carbon dioxide was supplied to the apparatus, and 99.99 vol.% Of nitrogen gas was used to adjust the volume of the gas reservoir.
상기 반응 장치에 실시예 1-3 및 비교예 1-4의 각각에서 제조된 흡수제를 100 mL씩 동일하게 투입하고 2~3 시간 간격으로 반응기 내의 이산화탄소 평형 분압(P)을 측정하여 시간에 따른 압력변화를 측정한 결과, 도 1과 같은 결과가 얻어졌다.The equilibrium partial pressure of carbon dioxide (P) in the reactor was measured at intervals of 2 to 3 hours by adding 100 mL of the absorbent prepared in each of Example 1-3 and Comparative Example 1-4, As a result of measurement of the change, the result as shown in Fig. 1 was obtained.
도 1로부터 본원 발명에 따른 이산화탄소 흡수제(실시예 1 및 2)가 MDEA만을 포함하는 이산화탄소 흡수제(비교예 3)에 비해서 빠른 이산화탄소 흡수 속도를 나타내는 것을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 1 that the carbon dioxide absorbent according to the present invention (Examples 1 and 2) exhibits a faster carbon dioxide absorption rate than the carbon dioxide absorbent containing only MDEA (Comparative Example 3).
한편, 본원 발명에 따른 이산화탄소 흡수제(실시예 1 및 2)는 아미노산 및 알칼리 금속염(KOH)을 포함하는 흡수제(비교예 1) 및 알칼리 금속염(KOH)만을 포함하는 흡수제(비교예 2)에 비해 이산화탄소 흡수속도가 다소 뒤떨어지는 것으로 나타났으나, 실시예 1 및 2에서 제조된 이산화탄소 흡수제의 경우에는 이산화탄소 흡수 반응 완료 후에도 실시예 3에서 제조된 이산화탄소 흡수제(도 2 참조)와 마찬가지로 염 침전물이 생성되지 않은 반면, 비교예 1 및 2에서 제조된 이산화탄소 흡수제는 도 3에서와 같이 KHCO3 또는 K2HCO3와 같은 결정형 염이 생성되어 침전물이 발생하는 문제점을 수반함을 확인할 수 있었다.On the other hand, the carbon dioxide absorbent according to the present invention (Examples 1 and 2) is superior to the absorbent containing only the amino acid and the alkali metal salt (KOH) (Comparative Example 1) and the alkali metal salt (KOH) The absorption rate of the carbon dioxide absorbent prepared in Examples 1 and 2 was slightly lower than that of the carbon dioxide absorbent prepared in Example 3 (see FIG. 2) even after the completion of the carbon dioxide absorption reaction On the other hand, it was confirmed that the carbon dioxide absorbent prepared in Comparative Examples 1 and 2 had the problem of producing a precipitate such as KHCO 3 or K 2 HCO 3 as shown in FIG. 3.
Claims (9)
이산화탄소를 흡수한 흡수제를 리보일러의 열원을 이용하여 탈거탑에서 재생하는 단계를 포함하는 이산화탄소 포집방법.Absorbing the carbon dioxide contained in the exhaust gas using the absorbent according to any one of claims 1 to 5 and 7 in an absorption tower; And
And recovering the carbon dioxide-absorbing absorbent in the deairing tower using the heat source of the reboiler.
이산화탄소를 흡수한 흡수제를 재생 전에 가열하거나 이산화탄소가 탈거되어 재생된 흡수제를 냉각하는 열교환기;
흡수탑과 연결되며 흡수제의 재생이 이루어지는 탈거탑; 및
탈거탑과 연결되며 흡수제의 재생에 필요한 열 에너지를 공급하는 리보일러를 포함하는 이산화탄소 포집장치.An absorption tower for absorbing carbon dioxide using the absorbent according to any one of claims 1 to 5;
A heat exchanger for heating the absorbent absorbing the carbon dioxide before regeneration or for removing carbon dioxide to cool the regenerated absorbent;
A stripping tower connected to the absorption tower and regenerating the absorbent; And
And a reboiler connected to the stripping tower and supplying heat energy necessary for regeneration of the absorbent.
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|---|---|---|---|---|
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090030266A (en) * | 2006-05-18 | 2009-03-24 | 바스프 에스이 | Removal of acid gases from a fluid flow by means of reduced coabsorption of hydrocarbons and oxygen |
| KR20100035335A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-05 | 한국전력공사 | Appraratus and method for solvent scrubbing co2 capture system |
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-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20090030266A (en) * | 2006-05-18 | 2009-03-24 | 바스프 에스이 | Removal of acid gases from a fluid flow by means of reduced coabsorption of hydrocarbons and oxygen |
| KR20100035335A (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-05 | 한국전력공사 | Appraratus and method for solvent scrubbing co2 capture system |
| KR20120007417A (en) * | 2010-07-14 | 2012-01-20 | 한국전력공사 | Apparatus for separating acid gas from mixed gas |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Mayuri Gupta외 2인, Energy Procedia 37권, 1720-1727쪽 * |
| Mayuri Gupta외 2인, Energy Procedia 37권, 1720-1727쪽* |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102470175B1 (en) | 2021-09-14 | 2022-11-23 | (주)로우카본 | Method for producing carbon dioxide capture conversion catalyst |
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