KR101754487B1 - Apparatus using wwc for calculating physical property of carbon dioxide absorbent and method for calculating physical property of carbon dioxide absorbent using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적은 양의 이산화탄소 흡수제를 이용하여 이산화탄소 흡수에 적합하게 이용할 수 있는 이산화탄소 흡수제를 찾을 수 있는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법에 관한 것이다. 이를 위해 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치는 이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 상기 이산화탄소를 흡수하도록 상기 이산화탄소 흡수제 용액과 상기 이산화탄소 함유 기체를 접촉시키는 누벽탑(wetted wall column); 및 상기 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출부;를 포함하되, 상기 산출부는, 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출부; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출부; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출부; 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출부; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a carbon dioxide sorbent material property calculating apparatus and a carbon dioxide sorbent material property calculating method. More particularly, the present invention relates to a carbon dioxide sorbent material calculating apparatus capable of finding a carbon dioxide sorbent suitable for absorbing carbon dioxide using a small amount of carbon dioxide sorbent And a method for calculating properties of a carbon dioxide absorbent. To this end, the carbon dioxide sorbent material property calculation apparatus includes a wetted wall column for contacting the carbon dioxide sorbent solution and the carbon dioxide-containing gas so that the carbon dioxide sorbent solution absorbs the carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas; And a calculator for calculating physical properties of the carbon dioxide absorbent, wherein the calculating unit comprises: an absorption and removal rate calculating unit for calculating carbon dioxide absorption and removal rates of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; A viscosity calculating unit for calculating the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of carbon dioxide loading by continuously changing loading; An absorption heat calculation unit for calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; And a pH calculating unit for calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution from continuously changing loading; And the like.

Figure R1020150146941
Figure R1020150146941

Description

누벽탑을 이용하는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이를 이용한 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법{APPARATUS USING WWC FOR CALCULATING PHYSICAL PROPERTY OF CARBON DIOXIDE ABSORBENT AND METHOD FOR CALCULATING PHYSICAL PROPERTY OF CARBON DIOXIDE ABSORBENT USING THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a carbon dioxide absorber property calculating apparatus using a cane tower and a carbon dioxide absorber property calculating method using the same. [0001] The present invention relates to a carbon dioxide absorber property calculating apparatus using a cane tower,

본 발명은 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적은 양의 이산화탄소 흡수제를 이용하여 이산화탄소 흡수에 적합하게 이용할 수 있는 이산화탄소 흡수제를 찾을 수 있는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide sorbent material property calculating apparatus and a carbon dioxide sorbent material property calculating method. More particularly, the present invention relates to a carbon dioxide sorbent material calculating apparatus capable of finding a carbon dioxide sorbent suitable for absorbing carbon dioxide using a small amount of carbon dioxide sorbent And a method for calculating properties of a carbon dioxide absorbent.

습식 포집 공정은 많은 양의 CO2를 배출하는 주요 배출원 중 하나인 발전소의 배가스에 포함되어 있는 CO2를 처리하는 가장 유망한 기술이다. 현재 습식 포집 기술의 연구는 포집시 비용이 적게 드는 흡수제 개발 연구와 흡수탑의 중간냉각(intercooling), 탈거탑의 탈거 기체 재압축(lean vapor recompression)과 같은 공정 개선 연구에 집중되고 있다. The wet capture process is the most promising technology for treating CO 2 contained in the flue gas of power plants, one of the major sources of high CO 2 emissions. Research on wet capture techniques is currently focused on process improvement studies such as low cost sorbent development studies, intercooling of absorbers, and lean vapor recompression of demoulding towers.

이 중 흡수제 개발 연구는 공정의 운전비용을 낮추기 위해 포집시 낮은 에너지 요구량과 장치비를 줄이기 위해 높은 흡수속도를 갖는 흡수제를 찾는 것이다. 이를 위해 흡수탑과 탈거탑 상황에서의 흡수제의 물성연구가 필요하다. 즉, CO2가 로딩된 상태의 흡수제에 대한 기액평형(VLE)이나 반응열 같은 열역학적 물성과 흡수속도나 점도와 같은 전달 물성을 실험을 통해 도출하는 과정이 필요하다. Among them, research on the development of sorbents is to find sorbents with a high absorption rate to reduce the energy requirement and equipment cost in the collection in order to lower the operating cost of the process. To do this, it is necessary to study the properties of the absorber in the absorber and stripping tower. That is, it is necessary to derive thermodynamic properties such as vapor-liquid equilibrium (VLE) and reaction heat for CO 2 loaded adsorbent, and transfer properties such as absorption rate and viscosity through experiments.

위의 흡수제 물성 중 흡수속도를 측정하는 방법 중 하나로 누벽탑(Wetted wall column, WWC)이 널리 사용되고 있다. 이것은 관 외벽으로 액체를 흐르게 하여 일정한 표면적을 만들고, 그것의 바깥쪽으로 CO2가 포함된 기체를 흐르게 하여 일정한 표면적에서 기체와 액체가 접촉을 하여 물질전달이 일어나게 하여 흡수속도를 측정하는 장치이다.Wetted wall column (WWC) is widely used as one of the methods for measuring the absorption rate of the above absorbent properties. This is a device for measuring the absorption rate by making a certain surface area by flowing a liquid to the outer wall of the tube, allowing the gas containing CO 2 to flow out of the tube, and causing gas and liquid to contact with each other at a certain surface area.

현재 많은 연구그룹에서 로딩된 흡수제의 흡수속도를 측정하기 위해 사용하는 물성 산출 장치는 도 1과 같다. 액체는 용액 저장소(Solution reservoir)에 과량의 흡수제를 넣고 펌프(pump)를 통해 WWC 안으로 도입하여 전체적으로 순환시킨다. 기체는 CO2와 N2 혼합 기체의 CO2 농도를 바꾸어가며(0~20%, CO2 분압으로 0~20kPa) 질량유량계(Mass flow controller, MFC)로 유량을 조절하여 WWC 안으로 도입하고, WWC 통과 후 물 제거 과정을 거친 다음 CO2 센서(sensor)를 통해 농도를 측정한다. WWC 안에서 기체의 CO2가 흡수나 탈거되는 것은 WWC로 공급되는 가스(Gas in)와 WWC에서 방출되는 가스(Gas out)의 농도차이로 계산할 수 있다. 이 때, 과량의 흡수제를 사용하기 때문에 WWC 안에서 흡수, 탈거됨에 따라 생기는 흡수제의 로딩변화는 무시한다. 데이터 분석은 도 2(그림 2)와 같이 WWC로 도입되는 기체의 CO2 농도를 다르게 하여 여러 점의 실험결과를 모아 데이터 분석을 하여 흡수속도라 할 수 있는 물질전달계수를 구한다. A physical property calculating device used to measure the absorption rate of the absorbent loaded in many research groups is shown in Fig. The liquid is introduced into the WWC through a pump by putting excess absorbent into the solution reservoir and circulating it as a whole. The gas is introduced into the WWC by changing the CO 2 concentration of the mixed gas of CO 2 and N 2 (0 to 20%, 0 to 20 kPa with a partial pressure of CO 2 ) by controlling the flow rate with a mass flow controller (MFC) After passing through the water removal process, the concentration is measured through a CO 2 sensor. The CO 2 absorption or removal of gas in the WWC can be calculated by the difference between the gas in the WWC and the gas out in WWC. At this time, because the excess absorbent is used, the loading change of the absorbent due to absorption and removal in WWC is ignored. As shown in Fig. 2 (Fig. 2), data analysis is performed by collecting experimental results of various points by changing CO 2 concentration of gas introduced into WWC, and mass transfer coefficient, which is called absorption rate, is obtained.

흡수제의 흡수속도는 흡수제의 로딩과 온도의 함수이다. 따라서 여러 로딩과 온도에서 실험이 필요하다. 보통 하나의 온도에서 서로 다른 5개의 로딩 상태의 흡수속도가 필요하다. 1번의 실험을 위해 흡수제의 필요량은 0.6~3L 정도이고, 2개의 온도조건에서 한다면 10번의 실험이 필요하므로 6~30L의 용액을 사용하게 되어 매우 많은 양의 흡수제를 필요로 한다. 또한, 하나의 실험 조건에 대해 대략 6 포인트(point)의 WWC로 공급되는 가스(Gas in)의 CO2 농도를 바꾸어가며 실험을 하기 때문에, 많은 시간과 인력이 필요할 뿐만 아니라 특정 로딩값에서의 흡수속도만을 구할 수 있었다.The absorption rate of the absorbent is a function of the loading and temperature of the absorbent. Experiments are therefore required at various loading and temperature. It is usually necessary to have an absorption rate of five different loading states at one temperature. For one experiment, the required amount of absorbent is about 0.6 ~ 3L. If two temperature conditions are used, 10 ~ experiments are required. Therefore, 6 ~ 30L of solution is used, so a very large amount of absorbent is required. In addition, since the experiment is carried out by changing the CO 2 concentration of the gas (gas in) supplied at about 6 points of WWC for one experimental condition, not only a lot of time and man power are required but also the absorption at a specific loading value Only speed was available.

이에 종래의 방법과 다르게 이산화탄소 흡수제 용액의 양을 줄이고, WWC로 공급되는 가스(Gas in)의 농도를 하나로 고정시켜 계속 흘려주면서 연속적으로 WWC에서 방출되는 가스(Gas out)의 농도를 측정하였다. 이러한 방법으로 흡수제가 흡수 혹은 탈거됨에 따라 변화하는 CO2의 농도를 통해 용액의 로딩을 실시간으로 파악할 수 있다. 하지만 이러한 방법은 각각 이산화탄소가 로딩이 되지 않은 흡수제 용액의 흡수속도와 이산화탄소가 로딩된 흡수제 용액의 탈거속도만을 분석하여, 실제 흡수탑 거동에 필요한 이산화탄소가 로딩된 상태의 흡수속도는 알 수 없었다.Unlike the conventional method, the amount of carbon dioxide absorbent solution was reduced, and the concentration of gas in the WWC was continuously measured while the concentration of gas in the WWC was fixed. In this way, the loading of the solution can be grasped in real time through the changing CO 2 concentration as the absorbent is absorbed or removed. However, in this method, only the absorption rate of the absorbent solution not loaded with carbon dioxide and the removal rate of the absorbent solution loaded with carbon dioxide were analyzed, and the absorption rate in the state where the carbon dioxide required for the actual absorption tower behavior was loaded was unknown.

위의 내용과 같이 기존의 WWC를 이용한 물성 산출 장치 및 방법은 로딩된 흡수제의 흡수속도를 측정하기 위해서는 많은 양의 흡수제와 시간, 인력이 필요하고, 흡수제의 양을 줄이면 로딩된 상태의 흡수속도는 알 수 없어 실제 흡수탑 상태인 로딩상황의 흡수제 물성을 파악하는 데에는 한계가 있다.As described above, the existing apparatus and method for calculating physical properties using WWC requires a large amount of absorbent, time and attraction to measure the absorption rate of the loaded absorbent, and when the amount of the absorbent is reduced, It is impossible to understand the properties of the absorbent in the actual absorption tower loading state.

Graeme Puxty, Robert Rowland, Moetaz Attalla, 2009, Comparison of the rate of CO2 absorption into aqueous ammonia and monoethanolamine. Graeme Puxty, Robert Rowland, Moetaz Attalla, 2009, Comparison of the rates of CO2 absorption into aqueous ammonia and monoethanolamine. Trine G. Anundsen, Lars E.Oi, and Dag A.Eimer, 2009, Density and viscosity of Monoethanolamine + Water + Carbon dioxide form (25 to 80) ℃. (25 to 80) ℃, and the concentration of monoethanolamine + Water + Carbon dioxide form (25 to 80 ℃). Inna Kim and Hallvard F.Svendsen, 2007, Heat of absorption of carbon dioxide(CO2) in monoethanolamine(MEA) and 2-(Aminoethyl)ethanolamine(AEEA) solutions. Inna Kim and Hallvard F.Svendsen, 2007, Heat of absorption of carbon dioxide (CO 2) in monoethanolamine (MEA) and 2- (Aminoethyl) ethanolamine (AEEA) solutions. Young Eun Kim, Jin Ah Lim, Soon Kwan Jeong, Yeo Il Yoon, Shin Tae Bae, and Sung Chan Nam, 2013, Comparision of Carbon dioxide absorption in aqueous MEA, DEA, TEA, and AMP solutions. DEA, TEA, and AMP solutions. In this study, we investigated the effect of MEA, DEA, TEA, and AMP solutions on carbon dioxide absorption in aqueous solutions. Fang-Yuan Jou, Fredrick D.Otto, and Alan E.Mather, 1994, Vapor-Liquid Equilibrium of carbon dioxide in aqueous mixtures of monoethanolamine and methyldiethanolamine. Fang-Yuan Jou, Fredrick D. Otto, and Alan E. Mather, 1994, Vapor-Liquid Equilibrium of Carbon Dioxide in an Aqueous Mixture of Monoethanolamine and Methyldiethanolamine.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 적은 양의 흡수제를 사용하면서도, 연속적으로 변화하는 이산화탄소 로딩에서의 흡수제의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도, 점도, 흡수열 및 pH와 같은 물성을 정확하게 산출할 수 있는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치 및 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법을 제공하는데 있다.DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for absorbing and removing carbon dioxide of an absorbent in continuously changing carbon dioxide loading, And a method of calculating the properties of the carbon dioxide absorbent.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.These and other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment.

상기 목적은, 이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 이산화탄소를 흡수하도록 이산화탄소 흡수제 용액과 이산화탄소 함유 기체를 접촉시키는 누벽탑(wetted wall column); 및 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출부;를 포함하되, 산출부는, 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출부; 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출부; 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출부; 및 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출부; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 달성할 수 있다. This object is achieved by a method for producing a carbon dioxide absorbing material comprising: a wetted wall column for contacting a carbon dioxide absorbing solution with a carbon dioxide-containing gas so as to absorb carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas; And a calculator for calculating a physical property of the carbon dioxide absorbent, wherein the calculating unit comprises: an absorption and removal rate calculation unit for calculating the carbon dioxide absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; A viscosity calculating unit that calculates the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of loading of carbon dioxide in continuously changing loading; An absorption heat calculation unit for calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in continuously changing loading; And a pH calculator for calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution from continuously changing loading; The carbon dioxide absorbent properties can be obtained by using the carbon dioxide absorbent properties calculating device.

바람직하게, 누벽탑은, 이산화탄소 흡수제 용액이 공급되는 튜브 1; 튜브 1보다 직경이 크고, 상기 튜브 1의 외부에 위치하는 튜브 2; 및 튜브 1과 튜브 2 사이에 설치되는 단열재;를 구비할 수 있다.Preferably, the tufted tower comprises a tube 1 supplied with a carbon dioxide absorbent solution; A tube 2 having a diameter larger than that of the tube 1 and positioned outside the tube 1; And a heat insulating material disposed between the tubes 1 and 2.

바람직하게, 흡수 및 탈거속도 산출부는, 누벽탑 통과 전후의 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산부; 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 상기 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산부; 최초 공급된 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산부; 계산된 이산화탄소 로딩 값과 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산부; 및 이산화탄소 전달 플럭스 계산부, 이산화탄소 양 계산부, 이산화탄소 로딩 계산부 및 이산화탄소 분압 계산부의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산부;를 포함할 수 있다.Preferably, the absorption and removal rate calculation unit includes: a carbon dioxide transport flux calculation unit for calculating a carbon dioxide transport flux through which the carbon dioxide is absorbed through the carbon dioxide concentration difference between before and after passing through the wall piercing tower; A carbon dioxide amount calculation unit for integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of the carbon dioxide absorbed from the gas to the liquid; A carbon dioxide loading calculation unit for calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the carbon dioxide absorbent solution initially supplied; A carbon dioxide partial pressure calculation unit for calculating the carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and the VLE data of the carbon dioxide absorbent; And an overall mass transfer coefficient calculation unit for calculating a global mass transfer coefficient through calculation values of the carbon dioxide transfer flux calculation unit, the carbon dioxide amount calculation unit, the carbon dioxide loading calculation unit, and the carbon dioxide partial pressure calculation unit.

바람직하게, 점도 산출부는, 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산부; 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산부; 및 압력차 계산부 및 유량 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산부;를 포함할 수 있다.Preferably, the viscosity calculator includes: a pressure difference calculator that calculates a pressure difference that occurs when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the wall tower; A flow rate calculator for calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And a viscosity calculator for calculating the viscosity at the time of loading the carbon dioxide through the calculated values of the pressure difference calculator and the flow calculator.

바람직하게, 흡수열 산출부는, 누벽탑으로 공급되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산부; 누벽탑에서 방출되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산부; 및 공급에너지 계산부 및 방출에너지 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산부;를 포함할 수 있다.Preferably, the absorption heat calculation unit comprises: a supply energy calculation unit for calculating enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas supplied to the hearth tower; An emission energy calculation unit for calculating the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas emitted from the sill tower; And an absorption column calculation unit for calculating an absorption column of the carbon dioxide absorbent solution through the calculated values of the supply energy calculation unit and the emission energy calculation unit.

바람직하게, pH 산출부는 pH 미터에서 측정된 값으로부터 이산화탄소 로딩시 pH를 산출할 수 있다.Preferably, the pH calculator can calculate the pH upon carbon dioxide loading from the measured value at the pH meter.

또한, 상기 목적은, 이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 이산화탄소를 흡수하도록 이산화탄소 흡수제 용액과 이산화탄소 함유 기체를 누벽탑(wetted wall column)에서 접촉시키는 단계; 및 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 단계;를 포함하되, 산출하는 단계는, 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출단계; 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출단계; 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출단계; 및 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출단계; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법에 의해 달성될 수 있다.The above object can also be achieved by a method for producing a carbon dioxide absorbing agent, comprising the steps of: contacting a carbon dioxide absorbent solution and a carbon dioxide-containing gas in a wetted wall column so that the carbon dioxide absorbent solution absorbs carbon dioxide in the carbon dioxide- And calculating a physical property of the carbon dioxide absorbent, wherein the calculating step includes: an absorption and removal rate calculation step of calculating the carbon dioxide absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution in a continuously changing loading; A viscosity calculating step of calculating a viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of carbon dioxide loading by continuously changing loading; An absorption heat calculation step of calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in a continuously changing loading; And a pH calculating step of calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution from continuously changing loading; And the carbon dioxide absorbent may be at least one of the following:

바람직하게, 흡수 및 탈거속도 산출단계는, 누벽탑 통과 전후의 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산단계; 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산단계; 최초 공급된 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산단계; 계산된 이산화탄소 로딩 값과 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산단계; 및 이산화탄소 전달 플럭스 계산단계, 이산화탄소 양 계산단계, 이산화탄소 로딩 계산단계 및 이산화탄소 분압 계산단계의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the step of calculating the absorption and removal rates comprises calculating a carbon dioxide transfer flux at which the carbon dioxide is absorbed through the carbon dioxide concentration difference between before and after passing through the wall pile; Calculating a carbon dioxide amount to integrate the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of carbon dioxide absorbed from the gas to the liquid; A carbon dioxide loading calculation step of calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the initially supplied carbon dioxide absorbent solution; A carbon dioxide partial pressure calculation step of calculating a carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and VLE data of the carbon dioxide absorbent; And an overall mass transfer coefficient calculation step of calculating a global mass transfer coefficient through calculation values of the carbon dioxide transfer flux calculation step, the carbon dioxide amount calculation step, the carbon dioxide loading calculation step, and the carbon dioxide partial pressure calculation step.

바람직하게, 점도 산출단계는 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산단계; 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산단계; 및 압력차 계산단계 및 유량 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the viscosity calculating step includes: a pressure difference calculating step of calculating a pressure difference occurring when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the wall tower; A flow rate calculating step of calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And a viscosity calculation step of calculating the viscosity at the time of carbon dioxide loading through the calculated values of the pressure difference calculation step and the flow calculation step.

바람직하게, 흡수열 산출단계는, 누벽탑으로 공급되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산단계; 누벽탑에서 방출되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산단계; 및 공급에너지 계산단계 및 방출에너지 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산단계;를 포함할 수 있다.Preferably, the absorption heat calculation step includes: a supply energy calculation step of calculating enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas supplied to the hearth tower; An emission energy calculation step of calculating the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas emitted from the sill tower; And an absorption column calculation step of calculating an absorption column of the carbon dioxide absorbent solution through the calculation values of the supply energy calculation step and the emission energy calculation step.

바람직하게, pH 산출단계는 pH 미터에서 측정된 값으로부터 이산화탄소 로딩시 pH를 산출할 수 있다.Preferably, the pH calculating step is capable of calculating the pH upon carbon dioxide loading from the measured value at the pH meter.

본 발명에 따르면, 적은 양의 흡수제를 이용하면서도 짧은 시간과 노력만으로 연속적으로 변화하는 로딩에서 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도, 점도, 흡수열 및 pH와 같은 물성을 산출함으로써 이산화탄소 흡수에 적합한 흡수제를 찾을 수 있는 효과를 가진다.According to the present invention, an absorbent suitable for carbon dioxide absorption can be obtained by calculating physical properties such as carbon dioxide absorption and removal rate, viscosity, absorption heat and pH of a carbon dioxide absorbent in continuously changing loading with a small amount of absorbent, It has an effect that can be found.

다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 종래의 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 실제 데이터 및 누벽탑 상부 및 하부에서 log mean 함수에 의해 기체 및 액체 사이에 산출된 플럭스를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 누벽탑을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 A부분을 확대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 흡수 및 탈거속도 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 점도 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 흡수열 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 흡수 및 탈거속도 산출부의 기초 데이터(raw data)를 나타낸 그래프(MEA 30wt%)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 이산화탄소 분압 계산부에 사용하는 VLE 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 40℃)이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 산출한 흡수속도 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 40℃)이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 산출한 흡수속도 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 60℃)이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 산출한 점도 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 40℃)이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 산출한 흡수열 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 40℃)이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 통해 산출한 pH 데이터를 나타낸 그래프(MEA 30wt%, 40℃)이다.
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a conventional carbon dioxide absorbent properties calculating apparatus. FIG.
2 is a graph showing actual data of a conventional carbon dioxide sorbent material property calculating apparatus and flux calculated between a gas and a liquid by a log mean function at the upper and lower portions of a pile tower.
3 is a schematic view of a carbon dioxide sorbent property calculating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a burr wall of a carbon dioxide absorbent property calculating apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is an enlarged view of a portion A in Fig.
6 is a block diagram schematically showing an absorption and removal rate calculation unit of the carbon dioxide sorbent property calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a block diagram schematically showing a viscosity calculating unit of the carbon dioxide absorbent properties calculating apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram schematically showing an absorption column calculation unit of the carbon dioxide sorbent property calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph (MEA 30 wt%) showing raw data of the absorption and removal rate calculation unit of the carbon dioxide absorbent properties calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph (MEA 30 wt%, 40 DEG C) showing VLE data used in the carbon dioxide partial pressure calculation unit of the carbon dioxide sorbent property calculation apparatus according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph (MEA 30 wt%, 40 DEG C) showing absorption rate data calculated through the apparatus for calculating the properties of a carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph (MEA 30 wt%, 60 DEG C) showing the absorption rate data calculated through the carbon dioxide absorbent properties calculating apparatus according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph (MEA 30 wt%, 40 DEG C) showing viscosity data calculated through the carbon dioxide absorber property calculating apparatus according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph (MEA 30 wt%, 40 DEG C) showing absorption column data calculated through the apparatus for calculating the properties of a carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph (MEA 30 wt%, 40 DEG C) showing pH data calculated through the apparatus for calculating the properties of a carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 나아가 제안된 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. The foregoing and further aspects are embodied through the embodiments described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood that the components of each embodiment are capable of various combinations within an embodiment as long as no other mention or mutual contradiction exists. Furthermore, the proposed invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도면에서 제안된 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 그리고, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 명세서에서 기술한 "부"란, "하드웨어 또는 소프트웨어의 시스템을 변경이나 플러그인 가능하도록 구성한 블록"을 의미하는 것으로서, 즉 하드웨어나 소프트웨어에 있어 특정 기능을 수행하는 하나의 단위 또는 블록을 의미한다.In order to clearly illustrate the claimed invention, parts not related to the description are omitted, and like reference numerals are used for like parts throughout the specification. And, when a section is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated to the contrary. As used herein, the term "part " means a block in which a system of hardware or software is configured to be changed or pluggable, that is, a unit or a block that performs a specific function in hardware or software.

본 명세서에서 흡수제로 모노에탄올아민(MEA)을 사용했고, 이를 중심으로 본 발명에 대해서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present specification, monoethanolamine (MEA) is used as an absorbent, and the present invention will be mainly described, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치를 개략적으로 도시한 도 3으로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 일 양상에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치(1)는 이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 이산화탄소를 흡수하도록 이산화탄소 흡수제 용액과 이산화탄소 함유 기체를 접촉시키는 누벽탑(wetted wall column, WWC)(100); 및 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출부(200);를 포함하되, 산출부(200)는 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출부(210); 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출부(220); 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출부(230); 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출부(240); 중 적어도 어느 하나를 포함한다.As shown in FIG. 3, which schematically shows the apparatus for calculating the properties of a carbon dioxide absorbent according to an embodiment of the present invention, the carbon dioxide absorbent properties calculation apparatus 1 according to an aspect of the present invention is characterized in that the carbon dioxide absorbent solution contains carbon dioxide A wetted wall column (WWC) 100 for bringing the carbon dioxide absorbent solution and the carbon dioxide-containing gas into contact with each other; And a calculation unit 200 for calculating the physical properties of the carbon dioxide absorbent. The calculation unit 200 includes an absorption and removal rate calculation unit 210 for calculating the carbon dioxide absorption and removal rates of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading ); A viscosity calculating unit 220 that calculates the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of loading of carbon dioxide in a continuously changing loading; An absorption heat calculation unit (230) for calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in a continuously changing loading; And a pH calculating unit 240 for calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; And the like.

바람직하게는, 이산화탄소 함유 기체를 수분 포화기(water saturator)로 공급하는 기체공급장치(300), 물과 이산화탄소 함유 기체를 혼합하는 수분 포화기(water saturator)(400), 이산화탄소 흡수제를 포함하는 흡수제 용액을 저장하는 액체 저장소(liquid reservoir)(500), 액체 저장소(500)에 저장된 흡수제 용액을 일정한 유량으로 방출하는 펌프(600), 펌프(600)에서 공급되는 흡수제 용액의 유량을 측정하는 액체 유량계(liquid flowmeter)(700), 펌프(600)에서 공급되는 흡수제 용액이 이동하는 관으로서, 소정의 구간에서 직경이 작은 이송관, 이송관의 직경이 작은 소정의 구간 전후에서 유량의 강하된 압력을 측정하는 차압계(800), 수분 포화기(400), 액체 저장소(500), 누벽탑 등 전체 장치의 온도를 일정하게 유지하는 오븐(oven)(900) 및 누벽탑에서 배출되는 이산화탄소의 농도를 측정하는 이산화탄소 센서(950)를 더 포함할 수 있다.Preferably, a gas supply device 300 for supplying a carbon dioxide-containing gas to a water saturator, a water saturator 400 for mixing water and a carbon dioxide-containing gas, an absorbent A liquid reservoir 500 for storing the solution, a pump 600 for discharging the absorbent solution stored in the liquid reservoir 500 at a constant flow rate, a liquid flow meter for measuring the flow rate of the absorbent solution supplied from the pump 600, (liquid flowmeter) 700, a pipe through which the absorbent solution supplied from the pump 600 is moved. In the predetermined section, a transfer pipe having a small diameter, a pressure lowered before and after a predetermined section having a small diameter of the transfer pipe, An oven 900 that keeps the temperature of the entire apparatus constant such as a differential pressure gauge 800 for measuring a water content, a water saturator 400, a liquid reservoir 500, And may further include a carbon dioxide sensor 950 that determines the concentration of the carbon dioxide.

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 누벽탑(100)을 개략적으로 도시한 도 4로부터 알 수 있듯이, 누벽탑(100)은 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑(100) 안으로 공급되는 튜브 1(110), 튜브 1(110)보다 직경이 크고, 튜브 1(110)의 외부에 위치하는 튜브 2(120) 및 튜브 1(110)과 튜브 2(120) 사이에 설치되는 단열재(130)를 구비할 수 있다.As shown in FIG. 4, which schematically shows the buried wall tower 100 of the carbon dioxide absorbent properties calculation apparatus according to one embodiment of the present invention, the buried wall tower 100 includes a carbon dioxide absorbent solution, A tube 2 120 having a diameter larger than that of the first tube 110 and a first tube 110 and a heat insulating material 130 disposed between the first tube 110 and the second tube 120, .

튜브 1(110)은 SUS(steel use stainless) 재질로 이루어질 수 있고, 펌프(600)에 의해 수송된 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑(100) 안으로 공급되는 통로이다. 튜브 2(120)는 SUS(steel use stainless) 재질로 이루어질 수 있고, 튜브 1(110)을 통하여 공급된 이산화탄소 흡수제 용액이 튜브 2(120)를 통과한 후, 튜브 외벽을 따라 누벽탑(100) 하부로 흘러내리게 된다. 이 때, 이산화탄소 함유 기체는 누벽탑(100) 하부에 구비되어 있는 기공(gas hole)(160)을 통해 누벽탑(100) 내부로 공급되고, 누벽탑(100) 상부로 올라가면서 튜브 2(120)의 외벽을 따라 흘러내리는 이산화탄소 흡수제 용액과 접촉하게 된다. 이산화탄소 흡수제 용액은 이산화탄소 함유 기체와 접촉하여 기체 상태의 이산화탄소를 흡수한다. 바람직하게, 튜브 1(110)의 직경은 1/4 inch, 튜브 2(120)의 직경은 1/2 inch일 수 있다. The tube 1 110 may be made of stainless steel (SUS), and the carbon dioxide absorbent solution transported by the pump 600 may be supplied into the wall tower 100. The carbon dioxide absorbent solution supplied through the tube 1 110 passes through the tube 2 120 and then passes through the tube wall 120 along the tube outer wall. And flows downward. At this time, the carbon dioxide-containing gas is supplied to the inside of the wick tower 100 through a gas hole 160 provided in the lower part of the wick tower 100, ) Of the carbon dioxide absorbent solution flowing down along the outer wall of the carbon dioxide absorbent. The carbon dioxide absorbent solution contacts the carbon dioxide-containing gas to absorb gaseous carbon dioxide. Preferably, the diameter of tube 1 (110) is 1/4 inch and the diameter of tube 2 (120) is 1/2 inch.

단열재(130)는 튜브 1(110)과 튜브 2(120) 사이에 설치되어 튜브 2(120) 외부와 내부를 단열하는 역할을 한다. 이는 이산화탄소 흡수제의 흡수열을 산출하기 위함이다. 즉, 이산화탄소 흡수제의 흡수열을 산출하기 위해서는 누벽탑(100) 내의 컨트롤 볼륨(140)에서 열손실이 없어야 하는데, 열전달은 주로 흡수제 용액이 접촉하는 튜브 2(120)에서 발생하므로, 튜브 2(120) 외부와 내부를 단열시키기 위해 열전달계수가 작고, 흡수제와의 반응성이 없는 테프론을 사용한다. 본 발명은 단열재로 테프론을 사용한 것을 예로 들어 설명하지만, 테프론과 같이 열전달계수가 작고, 흡수제와의 반응성이 없다면 다른 단열재를 사용하는 것도 가능하다. 후술하겠지만, 열손실이 없도록 설정한 후, 에너지 방정식을 통해 이산화탄소 흡수제의 흡수열을 산출할 수 있다. The heat insulating material 130 is installed between the tube 110 and the tube 120 and serves to insulate the inside and outside of the tube 120. This is to calculate the absorption heat of the carbon dioxide absorbent. That is, in order to calculate the absorption heat of the carbon dioxide absorbent, there should be no heat loss in the control volume 140 in the pierced tower 100. Heat transfer occurs mainly in the tube 2 (120) ) Teflon, which has low heat transfer coefficient and is not reactive with absorbent, is used to insulate the inside and outside. The present invention will be described by taking Teflon as an example of the heat insulating material. However, it is also possible to use another heat insulating material as long as the heat transfer coefficient is small and it is not reactive with the absorbent, like Teflon. As described later, it is possible to calculate the absorption heat of the carbon dioxide absorbent through the energy equation after setting the heat loss free.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 장치의 작동 흐름에 대해서 간략하게 설명하면, 우선, 오븐(900)을 이용하여 전체 시스템의 온도를 항온으로 유지시킨다. 액체 저장소(Liquid reservoir)에 120ml의 흡수제(모노에탄올아민, MEA)를 넣어 제조한 이산화탄소 흡수제 용액은 맥동이 없는 정량 펌프(600)를 사용하여 누벽탑(100)을 통과시키며 순환시킨다. 누벽탑(100) 안의 액체는 1/2 inch SUS 튜브(튜브 2) 안을 통과하여 튜브 밖으로 젖은 벽을 이루며 위에서 아래로 떨어진다. 기체는 N2, CO2 혼합기체를 사용하는 데, CO2의 농도를 15%(%CO2 in)로 고정시키고 질량유량계(MFC)(960)로 유량을 제어하며 흘려준다. 누벽탑(100) 공급 전 수분 포화기(Water saturator)에서 물을 포화시키고 누벽탑(100) 하단으로 도입된다. 누벽탑(100) 안에서 위에서 아래로 떨어지는 액체와 아래에서 위로 흐르는 기체는 일정한 표면적을 이루며 접촉하여 CO2의 흡수가 일어난다. 누벽탑(100) 후단에는 기체 안의 물을 제거하기 위해 냉각기(Condenser)와 염화칼슘 컬럼을 지나게 하고, 이산화탄소 센서(950)에서 농도를 측정하는데, 이 때, 이산화탄소 센서의 적정유량을 맞추기 위해(1SLM), 가스를 이산화탄소로 도입하기 전에 방출시킨다(%CO2 out).Referring to FIG. 3, the operational flow of the carbon dioxide absorber apparatus according to one embodiment of the present invention will be briefly described. First, an oven 900 is used to maintain the temperature of the entire system at a constant temperature. The carbon dioxide absorbent solution prepared by adding 120 ml of an absorbent (monoethanolamine, MEA) to a liquid reservoir is circulated through the pillared tower 100 using a pulsation-free metering pump 600. The liquid in the suture tower (100) passes through the 1/2 inch SUS tube (tube 2) and forms a wet wall out of the tube and falls from top to bottom. Gas is N 2, CO 2 allows to use a gas mixture, the concentration of CO 2 fixed in 15% (% CO 2 in) and control the flow rate by a mass flow meter (MFC) (960) and flowing. The water saturates in the water saturator before being fed to the wall tower 100 and is introduced into the bottom of the wall tower 100. The liquid falling from the top to the bottom and the gas flowing from the bottom to the bottom in the sidewall 100 are in contact with each other at a constant surface area, resulting in CO 2 absorption. In order to adjust the flow rate of the carbon dioxide sensor (1 SLM), the concentration of the carbon dioxide sensor 950 is measured by passing a condenser and a calcium chloride column through a column of the wall tower 100 to remove water in the gas. , The gas is released before introduction into carbon dioxide (% CO 2 out).

상술한 작동 흐름에 따라 적은 양의 이산화탄소 흡수제로 필요한 데이터를 수집하고, 이러한 데이터로부터 이산화탄소 흡수제의 물성인 이산화탄소 흡수 및 탈거속도, 점도, 흡수열 및 pH와 같은 물성을 빠르게 산출할 수 있다. 즉, 종래에는 많은 양의 이산화탄소 흡수제를 사용하더라도 특정 로딩값에서의 흡수제 물성만을 구할 수 있었으나, 본 발명에 의하면 적은 양을 가지고도 전체 로딩 범위에서 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출할 수 있다. 이하 각각의 물성을 산출하는 산출부에 대해 구체적으로 설명한다.According to the above-mentioned operation flow, necessary data can be collected with a small amount of carbon dioxide absorbent, and from these data, physical properties such as carbon dioxide absorption and removal rate, viscosity, absorption heat and pH, which are physical properties of carbon dioxide absorbent, can be calculated quickly. In other words, conventionally, even if a large amount of carbon dioxide absorbent is used, only the physical properties of the absorbent at a specific loading value can be obtained. However, according to the present invention, the physical properties of the carbon dioxide absorbent can be calculated with a small amount. Hereinafter, the calculation unit for calculating the respective properties will be described in detail.

일 실시예에 있어서, 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출부(200)는 산출하고자 하는 물성에 따라 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출부(210); 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출부(220); 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출부(230); 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출부(240); 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the calculation unit 200 for calculating the physical properties of the carbon dioxide absorbent includes an absorption and removal rate calculation unit (hereinafter, referred to as " absorption and removal rate calculation unit ") for calculating the carbon dioxide absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading 210); A viscosity calculating unit 220 that calculates the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of loading of carbon dioxide in a continuously changing loading; An absorption heat calculation unit (230) for calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in a continuously changing loading; And a pH calculating unit 240 for calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; Or the like.

도 6은 흡수 및 탈거속도 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 이를 참조하여 흡수 및 탈거속도 산출부를 설명한다. 일 실시예에 있어서, 흡수 및 탈거속도 산출부(210)는 적은 양의 이산화탄소 흡수제를 사용하면서도 연속적으로 변화하는 이산화탄소 로딩에서의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출하는 것으로서, 누벽탑(100) 통과 전후의 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산부(211); 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 상기 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산부(212); 최초 공급된 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산부(213); 계산된 이산화탄소 로딩 값과 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산부(214); 및 이산화탄소 전달 플럭스 계산부, 이산화탄소 양 계산부, 이산화탄소 로딩 계산부 및 이산화탄소 분압 계산부의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산부(215);를 포함할 수 있다. 총괄물질 전달계수(KG)는 흡수 및 탈거속도를 판단하는 척도로서, 총괄물질 전달계수가 크다는 것은 흡수 및 탈거속도가 빠르다는 것을 의미하고, 반대로 총괄물질 전달계수가 작다는 것은 흡수 및 탈거속도가 느리다는 것을 의미한다. 즉, 본 발명은 이산화탄소 흡수제의 총괄물질 전달계수를 측정함으로써 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출할 수 있다.6 is a block diagram schematically showing the absorption and removal speed calculation unit, and the absorption and removal speed calculation unit will be described with reference to FIG. In one embodiment, the absorption and removal rate calculation unit 210 calculates carbon dioxide absorption and removal rates in continuously changing carbon dioxide loading while using a small amount of carbon dioxide absorbent, A carbon dioxide transfer flux calculation unit 211 for calculating a carbon dioxide transfer flux through which the carbon dioxide is absorbed through the carbon dioxide concentration difference; A carbon dioxide amount calculation unit 212 for integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of the carbon dioxide absorbed from the gas into the liquid; A carbon dioxide loading calculation unit 213 for calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the initially supplied carbon dioxide absorbent solution; A carbon dioxide partial pressure calculation unit 214 for calculating the carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and the VLE data of the carbon dioxide absorbent; And an overall mass transfer coefficient calculation unit 215 for calculating the overall mass transfer coefficient through the calculation values of the carbon dioxide transfer flux calculation unit, the carbon dioxide amount calculation unit, the carbon dioxide loading calculation unit, and the carbon dioxide partial pressure calculation unit. The overall mass transfer coefficient (K G ) is a measure to determine the absorption and removal rates. A large overall mass transfer coefficient means that the absorption and removal rates are fast. On the other hand, the low overall mass transfer coefficients means that the absorption and removal rates Is slow. That is, the present invention can calculate the carbon dioxide absorption and removal rate by measuring the overall mass transfer coefficient of the carbon dioxide absorbent.

기초 데이터(raw data)는 방출되는 가스(Gas out)의 이산화탄소 농도이다(도 9 참조). 시간이 지남에 따라 흡수제가 점점 로딩이 되어가기 때문에 흡수 및 탈거속도가 줄어들어 방출되는 가스(Gas out)의 이산화탄소 농도는 점점 증가한다.The raw data is the carbon dioxide concentration of the gas out (see FIG. 9). Over time, as the absorbent becomes more and more loaded, the rate of absorption and removal decreases and the concentration of carbon dioxide in the gas out increases.

이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산부(211)는 누벽탑(100) 전 후 기체의 이산화탄소 농도 차이를 측정하고, 이상기체 상태방정식을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 계산할 수 있다.The carbon dioxide transfer flux calculation unit 211 may calculate the carbon dioxide concentration difference between the gas before and after the sludge tower 100 and calculate the carbon dioxide concentration using the ideal gas state equation.

(수학식 1)(1)

Figure 112015102389553-pat00001
Figure 112015102389553-pat00001

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00002
는 이산화탄소 전달 플럭스(flux), P는 압력, Qgas는 가스 유량, A는 기-액 접촉면적, R은 기체상수, T는 온도, %CO2 in은 누벽탑에 공급되는 CO2 농도, %CO2 out은 누벽탑에서 방출되는 CO2 농도를 의미한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00002
Carbon dioxide transfer flux (flux), P is the pressure, Q gas is the gas flow rate, A is the gas-liquid contact area, R is the gas constant, T is the temperature,% CO 2 in the CO 2 concentration to be supplied to the press byeoktap,% CO 2 out means the CO 2 concentration emitted from the pylon.

이산화탄소 양 계산부(212)는 계산된 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 하기 수학식 2에 따라 시간에 대해 적분하여 특정 시간까지의 기체에서 액체로 흡수된 이산화탄소의 양을 계산할 수 있다. 즉, 기초 데이터의 샘플링 타임(sampling time)은 1초이기 때문에, 하기 수학식 2의 시간에 대한 연속함수의 적분꼴을 매 샘플링 타임마다 기록되는 데이터를 이용하여 수치적으로 계산할 수 있다.The carbon dioxide amount calculation unit 212 may calculate the amount of carbon dioxide absorbed into the liquid in the gas up to a specific time by integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time according to Equation (2). That is, since the sampling time of the basic data is 1 second, the integral form of the continuous function with respect to the time of the following equation (2) can be numerically calculated using data recorded every sampling time.

(수학식 2)(2)

Figure 112015102389553-pat00003
Figure 112015102389553-pat00003

Figure 112015102389553-pat00004
Figure 112015102389553-pat00004

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00005
는 이산화탄소 흡수량, k는 k번째 데이터, h는 샘플링 타임(sampling time), m은 t시간까지 데이터(data) 개수이고, t=m*h를 의미한다. 그 외 수학식 1과 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00005
K is the kth data, h is the sampling time, m is the number of data up to t time, and t = m * h. The contents overlapping with the formula (1) are omitted.

이산화탄소 로딩 계산부는 최초 공급된 흡수제 용액의 무게를 이용하여 하기 수학식 3에 따라 특정 시간까지의 이산화탄소 로딩 값을 계산할 수 있다.The carbon dioxide loading calculation unit may calculate the carbon dioxide loading value up to a specific time according to Equation (3) using the weight of the initially supplied absorbent solution.

(수학식 3)(3)

Figure 112015102389553-pat00006
Figure 112015102389553-pat00006

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00007
는 이산화탄소 로딩 값,
Figure 112015102389553-pat00008
은 흡수제의 아민 몰 수를 의미하고, 그 외 수학식 1 및 2와 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00007
The carbon dioxide loading value,
Figure 112015102389553-pat00008
Quot; means the number of moles of amine in the absorbent, and the contents overlapping with the equations (1) and (2) are omitted.

이산화탄소 분압 계산부(214)는 이산화탄소가 흡수되고 있는 흡수제에 대하여 매 순간 유사 평형 상태로 가정하고, 수학식 3에 의해 계산된 이산화탄소 로딩 값과 해당 실험 온도에서 흡수제의 VLE 데이터(도 10 참조)를 통해서 하기 수학식 4를 수립하여 이산화탄소 분압을 계산할 수 있다.The carbon dioxide partial pressure calculation unit 214 assumes a pseudo equilibrium state at every moment with respect to the absorbent absorbing carbon dioxide, calculates the carbon dioxide loading value calculated by the equation (3) and the VLE data of the absorbent at the experiment temperature The following equation (4) can be established to calculate the carbon dioxide partial pressure.

(수학식 4)(4)

Figure 112015102389553-pat00009
Figure 112015102389553-pat00009

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00010
는 이산화탄소를 흡수한 흡수제의 평형 이산화탄소 분압을 의미하고, 그 외 수학식 1 내지 3과 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00010
Means the equilibrium carbon dioxide partial pressure of the absorbent absorbing carbon dioxide, and the contents overlapping with the other equations (1) to (3) will be omitted.

총괄물질 전달계수 계산부(215)는 상술한 수학식 1 내지 4에 의해 계산된 값들 및 주어진 데이터를 통해서 하기 수학식 5에 따라 총괄물질 전달계수를 계산하고, 이를 통해 흡수제의 흡수 및 탈거속도를 알 수 있다.The overall mass transfer coefficient calculation unit 215 calculates the overall mass transfer coefficient according to the following equation (5) through the values and the data calculated by the above-described equations (1) to (4) Able to know.

(수학식 5)(5)

Figure 112015102389553-pat00011
Figure 112015102389553-pat00011

Figure 112015102389553-pat00012
Figure 112015102389553-pat00012

여기에서, KG는 총괄물질 전달계수,

Figure 112015102389553-pat00013
은 WWC로 공급되는 이산화탄소 분압, LM은 log mean을 의미하고, 그 외 수학식 1 내지 4와 중복되는 내용은 생략한다.Where K G is the overall mass transfer coefficient,
Figure 112015102389553-pat00013
The carbon dioxide partial pressure supplied to the WWC, and LM mean the log mean, and the contents overlapping with the other equations (1) to (4) will be omitted.

도 11(MEA 40℃) 및 도 12(MEA 60℃)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 흡수 및 탈거속도 산출부로부터 산출된 흡수속도와, 종래에 다량의 흡수제를 사용하여 흡수속도를 계산한 값(puxty, 2009)을 비교한 그래프이다. 도 11 및 도 12를 통해 알 수 있듯이, 본 발명은 적은 양의 흡수제만을 사용하고도 종래의 값과 5% 내의 오차를 갖는 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 연속적인 로딩에서의 흡수속도를 산출할 수 있었고, 이를 통해 많은 시간, 인력, 비용을 줄일 수 있음을 알 수 있다.Fig. 11 (MEA 40 ° C) and Fig. 12 (MEA 60 ° C) show the relationship between the absorption rate calculated from the absorption and removal rate calculation unit of the carbon dioxide sorbent property calculation apparatus according to an embodiment of the present invention, (Puxty, 2009), which is the calculated value of absorption rate. As can be seen from Figs. 11 and 12, the present invention not only obtains results with a conventional value and an error within 5% even if only a small amount of absorbent is used, And it can be seen that it can save a lot of time, manpower and cost.

도 7은 점도 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 이를 참조하여 점도 산출부를 설명한다. 일 실시예에 있어서, 점도 산출부(220)는 연속적으로 변화하는 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 것으로서, 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산부(221); 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산부(222); 및 압력차 계산부와 유량 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산부(223);를 포함할 수 있다.7 is a block diagram schematically showing the viscosity calculating section, and the viscosity calculating section will be described with reference to FIG. In one embodiment, the viscosity calculating unit 220 calculates the viscosity at the time of continuously changing carbon dioxide, and calculates the pressure difference that occurs when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the wall tower. A pressure difference calculator 221; A flow rate calculation unit 222 for calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And a viscosity calculator 223 for calculating the viscosity at the time of carbon dioxide loading through the calculated values of the pressure difference calculator and the flow calculator.

도 3의 A 부분을 확대하여 도시한 도 5를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 이송관(810)은 WWC로 공급되는 흡수제 용액이 통과하는 관으로서, 관의 다른 부분에 비해 직경이 절반정도로 작은 관일 수 있다. A portion of FIG. 3 is enlarged and described in more detail with reference to FIG. The transfer pipe 810 is a pipe through which the absorbent solution supplied to the WWC passes, and may be a pipe whose diameter is about half as small as other parts of the pipe.

압력차 계산부(221)는 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 것으로서, 구체적으로, 맥동이 없는 정량 펌프(600)를 사용하여 일정한 유량으로 순환하는 흡수제 용액을 이송관(812)에 통과시키고, 이 때, 발생하는 압력강하를 이송관(812) 전후에 설치된 차압계(800)로 측정한 후, 이를 통해 압력차를 계산한다.The pressure difference calculator 221 calculates a pressure difference generated when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the wall tower. Specifically, the pressure difference calculator 221 calculates a pressure difference using a constant flow rate pump 600, And the pressure drop occurring at this time is measured by a differential pressure meter 800 provided before and after the transfer pipe 812, and the pressure difference is calculated through the measurement.

유량 계산부(222)는 이송관(810) 전에 설치된 액체 유량계(700)로 측정한 후, 이를 통해 흡수제 용액의 유량을 계산한다.The flow rate calculation unit 222 calculates the flow rate of the absorbent solution through the liquid flow meter 700 installed before the transfer pipe 810.

압력차 및 유량은 이송관에서 유체가 층류로 속도 분포를 갖게 하기 위해 흡수제 용액을 차압계(800) 전단에서 층류로 완전 발달된 흐름(fully developed)이 되도록 소정의 길이(예를 들어, 10cm)를 갖는 이송관(811)을 먼저 지나게 하고, 그 후 상대적으로 긴 길이(예를 들어, 15cm)의 이송관(812)을 지날 때 발생하는 압력과 유량을 측정한다.The pressure difference and the flow rate are adjusted to a predetermined length (for example, 10 cm) so that the absorbent solution is fully developed in laminar flow at the front end of the differential pressure meter 800, And then measuring the pressure and the flow rate generated when passing through the conveying pipe 812 having a relatively long length (for example, 15 cm).

이산화탄소 로딩시 점도 계산부(223)는 압력차 계산부 및 유량 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산한다. 층류 유동에서 유체의 점도, 압력강하, 유량의 관계는 Hagen-poisuille 식에 의해 하기 수학식 6과 같다.The viscosity calculator 223 during carbon dioxide loading calculates the viscosity at the time of loading of carbon dioxide through the calculated values of the pressure difference calculator and the flow calculator. The relationship between the viscosity of the fluid, the pressure drop, and the flow rate in the laminar flow is represented by the following equation (6) by the Hagen-poisuille equation.

(수학식 6)(6)

Figure 112015102389553-pat00014
Figure 112015102389553-pat00014

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00015
는 이송관에서의 압력강하 값,
Figure 112015102389553-pat00016
는 흡수제 용액의 유량,
Figure 112015102389553-pat00017
는 점도를 의미한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00015
Is the pressure drop value in the transfer pipe,
Figure 112015102389553-pat00016
The flow rate of the absorbent solution,
Figure 112015102389553-pat00017
Means viscosity.

압력강하에 대해 유량과 점도는 모두 선형관계를 갖고 있기 때문에, 이를 이용하여 알고 있는 점도의 용액에 대해 이송관(810)을 통과시켜 그 때의 유량과 압력차이를 측정하여 하기 수학식 7과 같은 점도, 압력강하, 유량의 1차 선형관계식(calibration)을 구한다.Since both the flow rate and the viscosity have a linear relationship with respect to the pressure drop, the solution having a known viscosity is passed through the transfer pipe 810 to measure the flow rate and pressure difference at that time, Obtain a linear linear relationship of viscosity, pressure drop, and flow rate.

(수학식 7)(7)

Figure 112015102389553-pat00018
Figure 112015102389553-pat00018

수학식 7의 선형관계식을 이용하여 샘플링 시간마다 측정되는 흡수제 유량과 압력강하를 이용하여 해당시간에서 점도를 구하여 동일시간대의 이산화탄소 로딩시 점도를 산출할 수 있다.Using the linear relationship of Equation (7), the viscosity can be calculated at the corresponding time using the absorbent flow rate and the pressure drop measured at each sampling time, and the viscosity can be calculated when the carbon dioxide is loaded at the same time.

도 13은 이산화탄소를 흡수시킨 용액을 0.01cP의 오차를 갖는 점도계로 측정한 종래의 결과(Anundsen)와 본 발명에 의해 산출된 점도를 비교한 그래프로서, 그 값의 오차가 10% 내외에 불과하여 비교적 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.13 is a graph comparing the viscosity of the solution obtained by the present invention with the conventional result (Anundsen) in which the solution absorbing carbon dioxide was measured with a viscometer having an error of 0.01 cP, and the error of the value was only about 10% It can be seen that it can be measured relatively accurately.

도 8은 흡수열 산출부를 개략적으로 나타낸 블럭도이고, 이를 참조하여 흡수열 산출부를 설명한다. 일 실시예에 있어서, 흡수열 산출부(230)는 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 것으로서 누벽탑으로 공급되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산부(231); 누벽탑에서 방출되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산부(232); 및 공급에너지 계산부와 방출에너지 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산부(233);를 포함할 수 있다.8 is a block diagram schematically showing the absorption column calculating section, and the absorption column calculating section will be described with reference to this. In one embodiment, the absorption heat calculation unit 230 calculates the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in the continuously changing loading, and calculates the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas supplied to the sludge tower. (231); An emission energy calculation unit 232 for calculating the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas released from the sill tower; And an absorption column calculator 233 for calculating the absorption column of the carbon dioxide absorbent solution through the calculated values of the supply energy calculation unit and the emission energy calculation unit.

흡수열 산출부(230)에 의해 흡수열을 산출할 때에는 누벽탑 내부의 컨트롤 볼륨(140)에서 바깥으로 열손실이 없어야 한다. 열전달은 주로 흡수제 용액과 장치 사이에서 발생하므로 흡수제 용액과 접촉하는 장치의 면을 단열시킬 필요가 있다. 도면 3을 참조하면, 흡수제 용액이 접촉하는 부분은 튜브 2(120)의 바깥쪽과 안쪽이다. 따라서, 튜브 2(120)의 안과 밖을 단열시키기 위해 열전달계수가 작고 흡수제와의 반응성이 없는 테프론(PTFE)을 설치한다.When calculating the absorption heat by the absorption heat calculation unit 230, there should be no heat loss from the control volume 140 inside the wall tower to the outside. Since heat transfer occurs primarily between the absorbent solution and the device, it is necessary to insulate the face of the device in contact with the absorbent solution. Referring to FIG. 3, the portion where the absorbent solution contacts is outside and inside of the tube 2 (120). Accordingly, in order to insulate the inside and the outside of the tube 2 (120), Teflon (PTFE) having a low heat transfer coefficient and no reactivity with the absorbent is installed.

상기와 같이 단열 시스템을 구축한 후 누벽탑(100) 내부의 컨트롤 볼륨(140)을 기준으로 하기 수학식 8과 같은 에너지 균형 방정식을 수립할 수 있다.After building the adiabatic system as described above, an energy balance equation as shown in Equation (8) can be established based on the control volume 140 inside the tuft top 100.

(수학식 8)(8)

Figure 112015102389553-pat00019
Figure 112015102389553-pat00019

Figure 112015102389553-pat00020
Figure 112015102389553-pat00020

Figure 112015102389553-pat00021
Figure 112015102389553-pat00021

Figure 112015102389553-pat00022
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00023
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00024
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00025
는 WWC로 공급되는 기체의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00026
는 WWC로 공급되는 기체의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00027
는 WWC로 공급되는 기체의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00028
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00029
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00030
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00031
는 WWC에서 방출되는 기체의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00032
는 WWC에서 방출되는 기체의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00033
는 WWC에서 방출되는 기체의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00034
은 기존 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00035
는 단위 몰당 CO2 흡수열을 의미한다.
Figure 112015102389553-pat00022
(G / sec) of the absorbent solution supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00023
(J / g) of the absorbent solution supplied to WWC,
Figure 112015102389553-pat00024
(K) of the absorbent solution supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00025
(G / sec) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00026
(J / g) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00027
(K) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00028
(G / sec) of the absorbent solution discharged from WWC,
Figure 112015102389553-pat00029
(J / g) of the absorbent solution released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00030
(K) of the absorbent solution released in WWC,
Figure 112015102389553-pat00031
(G / sec) of gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00032
(J / g) of gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00033
(K) of the gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00034
(K), < / RTI >
Figure 112015102389553-pat00035
Means the CO 2 absorption heat per unit mole.

상기 수학식 8과 주어진 데이터 또는 측정값으로부터, 공급에너지 계산부는 공급되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하고, 방출에너지 계산부는 방출되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하며, 이를 통해 흡수열 계산부는

Figure 112015102389553-pat00036
를 계산할 수 있다.From the data or measurement values given in Equation (8), the supply energy calculation unit calculates the enthalpy of the supplied carbon dioxide absorbent solution and the gas, and the emission energy calculation unit calculates the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas to be emitted, The calculation unit
Figure 112015102389553-pat00036
Can be calculated.

도 14는 MEA 40℃의 조건에서 DRC(Differential reactor calorimetry)(KIER, Inna Kim) 또는 열역학적 식(Jou)을 통해 구한 종래의 결과와 본 발명에 의해 산출된 흡수열을 비교한 그래프로서, 그 값의 오차가 10% 내외에 불과하여 비교적 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.14 is a graph comparing a conventional result obtained by a differential reactor calorimetry (DRC) (KIER, Inna Kim) or a thermodynamic formula (Jou) under the condition of MEA 40 ° C and an absorption column calculated by the present invention, Is about 10%, and it can be understood that the measurement is relatively accurate.

일 실시예에 있어서, pH 산출부(240)는 pH 미터(241)를 통해 측정한 값으로부터 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, pH 미터(241)를 액체 저장소(500)에 설치하고, 샘플링 시간마다 pH를 측정하고, 이를 통해 이산화탄소 로딩시 pH를 산출할 수 있다. 도 15는 본 발명을 이용하여 측정한 pH를 나타낸 것이다.In one embodiment, the pH calculator 240 may calculate the pH of the carbon dioxide sorbent solution from the measured value via the pH meter 241 in a continuously varying loading. More specifically, the pH meter 241 may be installed in the liquid reservoir 500, and the pH may be measured at each sampling time, thereby calculating the pH upon loading of carbon dioxide. 15 shows the pH measured using the present invention.

본 발명의 다른 양상에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법(S1)은 이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 이산화탄소를 흡수하도록 이산화탄소 흡수제 용액과 이산화탄소 함유 기체를 누벽탑(wetted wall column)에서 접촉시키는 단계(S100); 및 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 단계(S200);를 포함하되, 산출하는 단계(S200)는, 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출단계(S210); 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 점도 산출단계(S220); 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 산출하는 흡수열 산출단계(S230); 및 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 산출하는 pH 산출단계(S240); 중 적어도 어느 하나를 포함한다.A method (S1) for calculating a carbon dioxide sorbent property according to another aspect of the present invention includes a step (S100) of contacting a carbon dioxide sorbent solution and a carbon dioxide-containing gas in a wetted wall column so that the carbon dioxide sorbent solution absorbs carbon dioxide in the carbon dioxide- ; And calculating (S200) the physical properties of the carbon dioxide absorbent, wherein the calculating step (S200) comprises: an absorption and removal rate calculation step (S210) of calculating a carbon dioxide absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution; A viscosity calculating step (S220) of calculating a viscosity at the time of carbon dioxide loading of the carbon dioxide absorbent solution; An absorption heat calculation step (S230) of calculating an absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution; And a pH calculating step (S240) of calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution; And the like.

이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명하되, 본 명세서에서 이미 기술하여 중복되는 부분에 있어서는 생략하도록 한다.Hereinafter, each step will be described in detail, but overlapping portions already described in the present specification will be omitted.

일 실시예에 있어서, 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출단계(S200)는 산출하고자 하는 물성에 따라 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출단계(S210); 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 점도 산출단계(S220); 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 산출하는 흡수열 산출단계(S230); 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 산출하는 pH 산출단계(S240); 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment, the calculation step S200 for calculating the physical properties of the carbon dioxide absorbent may include an absorption and removal rate calculation step S210 for calculating the carbon dioxide absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution according to the properties to be calculated; A viscosity calculating step (S220) of calculating a viscosity at the time of carbon dioxide loading of the carbon dioxide absorbent solution; An absorption heat calculation step (S230) of calculating an absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution; And a pH calculating step (S240) of calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution; Or the like.

일 실시예에 있어서, 흡수 및 탈거속도 산출단계(S210)는 적은 양의 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출하는 것으로서, 누벽탑 통과 전후의 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산단계(S211); 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 상기 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산단계(S212); 최초 공급된 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산단계(S213); 계산된 이산화탄소 로딩 값과 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산단계(S214); 및 이산화탄소 전달 플럭스 계산단계, 이산화탄소 양 계산단계, 이산화탄소 로딩 계산단계 및 이산화탄소 분압 계산단계의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산단계(S215);를 포함할 수 있다. 총괄물질 전달계수(KG)는 흡수 및 탈거속도를 판단하는 척도로서, 총괄물질 전달계수가 크다는 것은 흡수 및 탈거속도가 빠르다는 것을 의미하고, 반대로 총괄물질 전달계수가 작다는 것은 흡수 및 탈거속도가 느리다는 것을 의미한다. 즉, 본 발명은 이산화탄소 흡수제의 총괄물질 전달계수를 측정함으로써 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 산출할 수 있다.In one embodiment, the absorption and removal rate calculation step (S210) calculates the carbon dioxide absorption and removal rate using a small amount of carbon dioxide absorbent. The carbon dioxide absorption and removal rate is calculated by subtracting the carbon dioxide concentration A carbon dioxide transfer flux calculation step S211 for calculating a flux; Calculating a carbon dioxide amount (S212) for integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of the carbon dioxide absorbed from the gas to the liquid; A carbon dioxide loading calculation step (S213) for calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the carbon dioxide absorbent solution initially supplied; A carbon dioxide partial pressure calculation step (S214) for calculating the carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and the VLE data of the carbon dioxide absorbent; And an overall mass transfer coefficient calculation step (S215) for calculating the overall mass transfer coefficient through calculation values of the carbon dioxide transfer flux calculation step, the carbon dioxide amount calculation step, the carbon dioxide loading calculation step, and the carbon dioxide partial pressure calculation step. The overall mass transfer coefficient (K G ) is a measure to determine the absorption and removal rates. A large overall mass transfer coefficient means that the absorption and removal rates are fast. On the other hand, the low overall mass transfer coefficients means that the absorption and removal rates Is slow. That is, the present invention can calculate the carbon dioxide absorption and removal rate by measuring the overall mass transfer coefficient of the carbon dioxide absorbent.

기초 데이터(raw data)는 방출되는 가스(Gas out)의 이산화탄소 농도이다(도 9 참조). 시간이 지남에 따라 흡수제가 점점 로딩이 되어가기 때문에 흡수속도가 줄어들어 방출되는 가스(Gas out)의 이산화탄소 농도는 점점 증가한다.The raw data is the carbon dioxide concentration of the gas out (see FIG. 9). Over time, as the absorbent becomes increasingly loaded, the rate of absorption decreases and the concentration of carbon dioxide in the gas out increases.

이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산단계(S211)는 누벽탑 전 후 기체의 이산화탄소 농도 차이를 측정하고, 이상기체 상태방정식을 이용하여 하기 수학식 1에 따라 계산할 수 있다.The carbon dioxide transfer flux calculation step S211 can be performed according to Equation 1 using the difference gas concentration before and after the pylon, and using the ideal gas state equation.

(수학식 1)(1)

Figure 112015102389553-pat00037
Figure 112015102389553-pat00037

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00038
는 이산화탄소 전달 플럭스(flux), P는 압력, Qgas는 가스 유량, A는 기-액 접촉면적, R은 기체상수, T는 온도, %CO2 in은 누벽탑에 공급되는 CO2 농도, %CO2 out은 누벽탑에서 방출되는 CO2 농도를 의미한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00038
Carbon dioxide transfer flux (flux), P is the pressure, Q gas is the gas flow rate, A is the gas-liquid contact area, R is the gas constant, T is the temperature,% CO 2 in the CO 2 concentration to be supplied to the press byeoktap,% CO 2 out means the CO 2 concentration emitted from the pylon.

이산화탄소 양 계산단계(S212)는 계산된 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 하기 수학식 2에 따라 시간에 대해 적분하여 특정 시간까지의 기체에서 액체로 흡수된 이산화탄소의 양을 계산할 수 있다. 즉, 기초 데이터의 샘플링 타임(sampling time)은 1초이기 때문에, 하기 수학식 2의 시간에 대한 연속함수의 적분꼴을 매 샘플링 타임마다 기록되는 데이터를 이용하여 수치적으로 계산할 수 있다.The carbon dioxide amount calculating step S212 may calculate the amount of carbon dioxide absorbed into the liquid in the gas up to a specific time by integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time according to Equation (2). That is, since the sampling time of the basic data is 1 second, the integral form of the continuous function with respect to the time of the following equation (2) can be numerically calculated using data recorded every sampling time.

(수학식 2)(2)

Figure 112015102389553-pat00039
Figure 112015102389553-pat00039

Figure 112015102389553-pat00040
Figure 112015102389553-pat00040

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00041
는 이산화탄소 흡수량, k는 k번째 데이터, h는 샘플링 타임(sampling time), m은 t시간까지 데이터(data) 개수이고, t=m*h를 의미한다. 그 외 수학식 1과 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00041
K is the kth data, h is the sampling time, m is the number of data up to t time, and t = m * h. The contents overlapping with the formula (1) are omitted.

이산화탄소 로딩 계산단계(S213)는 최초 공급된 흡수제 용액의 무게를 이용하여 하기 수학식 3에 따라 특정 시간까지의 이산화탄소 로딩 값을 계산할 수 있다.The carbon dioxide loading calculation step S213 may calculate the carbon dioxide loading value up to a specific time according to Equation (3) using the weight of the initially supplied absorbent solution.

(수학식 3)(3)

Figure 112015102389553-pat00042
Figure 112015102389553-pat00042

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00043
는 이산화탄소 로딩 값,
Figure 112015102389553-pat00044
은 흡수제의 아민 몰 수를 의미하고, 그 외 수학식 1 및 2와 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00043
The carbon dioxide loading value,
Figure 112015102389553-pat00044
Quot; means the number of moles of amine in the absorbent, and the contents overlapping with the equations (1) and (2) are omitted.

이산화탄소 분압 계산단계(S214)는 이산화탄소가 흡수되고 있는 흡수제에 대하여 매 순간 유사 평형 상태로 가정하고, 수학식 3에 의해 계산된 이산화탄소 로딩 값과 해당 실험 온도에서 흡수제의 VLE 데이터(도 10 참조)를 통해서 하기 수학식 4를 수립하여 이산화탄소 분압을 계산할 수 있다.The carbon dioxide partial pressure calculation step S214 assumes a pseudo equilibrium state at every moment for the absorbent absorbing carbon dioxide, and the carbon dioxide loading value calculated by the equation (3) and the VLE data of the absorbent at the experiment temperature The following equation (4) can be established to calculate the carbon dioxide partial pressure.

(수학식 4)(4)

Figure 112015102389553-pat00045
Figure 112015102389553-pat00045

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00046
는 이산화탄소를 흡수한 흡수제의 평형 이산화탄소 분압을 의미하고, 그 외 수학식 1 내지 3과 중복되는 내용은 생략한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00046
Means the equilibrium carbon dioxide partial pressure of the absorbent absorbing carbon dioxide, and the contents overlapping with the other equations (1) to (3) will be omitted.

총괄물질 전달계수 계산단계(S215)는 상술한 수학식 1 내지 4에 의해 계산된 값들 및 주어진 데이터를 통해서 하기 수학식 5에 따라 총괄물질 전달계수를 계산하고, 이를 통해 흡수제의 흡수 및 탈거속도를 알 수 있다.The overall mass transfer coefficient calculation step S215 calculates the overall mass transfer coefficient according to the following equation (5) through the values and the data calculated by the above-described equations (1) to (4) Able to know.

(수학식 5)(5)

Figure 112015102389553-pat00047
Figure 112015102389553-pat00047

Figure 112015102389553-pat00048
Figure 112015102389553-pat00048

여기에서, KG는 총괄물질 전달계수,

Figure 112015102389553-pat00049
은 WWC로 공급되는 이산화탄소 분압, LM은 log mean을 의미하고, 그 외 수학식 1 내지 4와 중복되는 내용은 생략한다.Where K G is the overall mass transfer coefficient,
Figure 112015102389553-pat00049
The carbon dioxide partial pressure supplied to the WWC, and LM mean the log mean, and the contents overlapping with the other equations (1) to (4) will be omitted.

도 11(MEA 40℃) 및 도 12(MEA 60℃)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치의 흡수 및 탈거속도 산출단계로부터 산출된 흡수속도와, 종래에 다량의 흡수제를 사용하여 흡수속도를 계산한 값(puxty, 2009)을 비교한 그래프이다. 도 11 및 도 12를 통해 알 수 있듯이, 본 발명은 적은 양의 흡수제만을 사용하고도 종래의 값과 5% 내의 오차를 갖는 결과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 연속적인 로딩에서의 흡수속도를 산출할 수 있었고, 이를 통해 많은 시간, 인력, 비용을 줄일 수 있음을 알 수 있다.Fig. 11 (MEA 40 ° C) and Fig. 12 (MEA 60 ° C) show the relationship between the absorption rate calculated from the absorption and removal rate calculation steps of the carbon dioxide sorbent property calculation apparatus according to one embodiment of the present invention, (Puxty, 2009), which is the calculated value of absorption rate. As can be seen from Figs. 11 and 12, the present invention not only obtains results with a conventional value and an error within 5% even if only a small amount of absorbent is used, And it can be seen that it can save a lot of time, manpower and cost.

일 실시예에 있어서, 점도 산출단계(S220)는 연속적으로 변화하는 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 단계로서, 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산단계(S221); 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산단계(S222); 및 압력차 계산단계와 유량 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산단계(S223);를 포함할 수 있다.In one embodiment, the viscosity calculation step (S220) is a step of calculating the viscosity at the time of continuously changing carbon dioxide, and it is a step of calculating the viscosity difference between the carbon dioxide absorbent solution and the carbon tower Calculating a pressure difference (step S221); A flow rate calculating step (S222) of calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And a carbon dioxide loading viscosity calculation step (S223) for calculating the viscosity at the time of carbon dioxide loading through the calculation values of the pressure difference calculation step and the flow amount calculation step.

압력차 계산단계(S221)는 이산화탄소 흡수제 용액이 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 것으로서, 구체적으로, 맥동이 없는 정량 펌프(600)를 사용하여 일정한 유량으로 순환하는 흡수제 용액을 이송관(812)에 통과시키고, 이 때, 발생하는 압력강하를 이송관(812) 전후에 설치된 차압계(800)로 측정한 후, 이를 통해 압력차를 계산한다.The pressure difference calculation step S221 calculates the pressure difference generated when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the wall tower. Specifically, the pressure difference calculation step S221 uses a constant flow pump 600, And the pressure drop occurring at this time is measured by a differential pressure meter 800 provided before and after the transfer pipe 812, and the pressure difference is calculated through the measurement.

유량 계산단계(S222)는 이송관(810) 전에 설치된 액체 유량계(700)로 측정한 후, 이를 통해 흡수제 용액의 유량을 계산한다.The flow rate calculation step S222 is performed by measuring the liquid flow meter 700 installed before the transfer pipe 810, and then calculating the flow rate of the absorbent solution.

압력차 및 유량은 이송관에서 유체가 층류로 속도 분포를 갖게 하기 위해 흡수제 용액을 차압계(800) 전단에서 층류로 완전 발달된 흐름(fully developed)이 되도록 소정의 길이(예를 들어, 10cm)를 갖는 이송관(811)을 먼저 지나게 하고, 그 후 상대적으로 긴 길이(예를 들어, 15cm)의 이송관(812)을 지날 때 발생하는 압력과 유량을 측정한다.The pressure difference and the flow rate are adjusted to a predetermined length (for example, 10 cm) so that the absorbent solution is fully developed in laminar flow at the front end of the differential pressure meter 800, And then measuring the pressure and the flow rate generated when passing through the conveying pipe 812 having a relatively long length (for example, 15 cm).

이산화탄소 로딩시 점도 계산단계(S223)는 압력차 계산단계 및 유량 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산한다. 층류 유동에서 유체의 점도, 압력강하, 유량의 관계는 Hagen-poisuille 식에 의해 하기 수학식 6과 같다.The viscosity calculation step (S223) during carbon dioxide loading calculates the viscosity at the time of carbon dioxide loading through the calculation values of the pressure difference calculation step and the flow calculation step. The relationship between the viscosity of the fluid, the pressure drop, and the flow rate in the laminar flow is represented by the following equation (6) by the Hagen-poisuille equation.

(수학식 6)(6)

Figure 112015102389553-pat00050
Figure 112015102389553-pat00050

여기에서,

Figure 112015102389553-pat00051
는 이송관에서의 압력강하 값,
Figure 112015102389553-pat00052
는 흡수제 용액의 유량,
Figure 112015102389553-pat00053
는 점도를 의미한다.From here,
Figure 112015102389553-pat00051
Is the pressure drop value in the transfer pipe,
Figure 112015102389553-pat00052
The flow rate of the absorbent solution,
Figure 112015102389553-pat00053
Means viscosity.

압력강하에 대해 유량과 점도는 모두 선형관계를 갖고 있기 때문에, 이를 이용하여 알고 있는 점도의 용액에 대해 이송관(810)을 통과시켜 그 때의 유량과 압력차이를 측정하여 하기 수학식 7과 같은 점도, 압력강하, 유량의 1차 선형관계식(calibration)을 구한다.Since both the flow rate and the viscosity have a linear relationship with respect to the pressure drop, the solution having a known viscosity is passed through the transfer pipe 810 to measure the flow rate and pressure difference at that time, Obtain a linear linear relationship of viscosity, pressure drop, and flow rate.

(수학식 7)(7)

Figure 112015102389553-pat00054
Figure 112015102389553-pat00054

수학식 7의 선형관계식을 이용하여 샘플링 시간마다 측정되는 흡수제 유량과 압력강하를 이용하여 해당시간에서 점도를 구하여 동일시간대의 이산화탄소 로딩시 점도를 산출할 수 있다.Using the linear relationship of Equation (7), the viscosity can be calculated at the corresponding time using the absorbent flow rate and the pressure drop measured at each sampling time, and the viscosity can be calculated when the carbon dioxide is loaded at the same time.

도 13은 이산화탄소를 흡수시킨 용액을 0.01cP의 오차를 갖는 점도계로 측정한 종래의 결과(Anundsen)와 본 발명에 의해 산출된 점도를 비교한 그래프로서, 그 값의 오차가 10% 내외에 불과하여 비교적 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.13 is a graph comparing the viscosity of the solution obtained by the present invention with the conventional result (Anundsen) in which the solution absorbing carbon dioxide was measured with a viscometer having an error of 0.01 cP, and the error of the value was only about 10% It can be seen that it can be measured relatively accurately.

일 실시예에 있어서, 흡수열 산출단계(S230)는 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 단계로서, 누벽탑으로 공급되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산단계(S231); 누벽탑에서 방출되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산단계(S232); 및 공급에너지 계산단계와 방출에너지 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산단계(S233);를 포함할 수 있다.In one embodiment, the absorption heat calculation step S230 is a step of calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution in continuously changing loading, wherein the absorption energy calculation step S230 is a step of calculating the absorption energy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas Calculation step S231; An emission energy calculation step (S232) of calculating the enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas emitted from the sill tower; And an absorption column calculation step (S233) of calculating the absorption column of the carbon dioxide absorbent solution through the calculated values of the supply energy calculation step and the emission energy calculation step.

흡수열 산출단계에 의해 흡수열을 산출할 때에는 누벽탑 내부의 컨트롤 볼륨(140)에서 바깥으로 열손실이 없어야 한다. 열전달은 주로 흡수제 용액과 장치 사이에서 발생하므로 흡수제 용액과 접촉하는 장치의 면을 단열시킬 필요가 있다. 도면 3을 참조하면, 흡수제 용액이 접촉하는 부분은 튜브 2(120)의 바깥쪽과 안쪽이다. 따라서, 튜브 2(120)의 안과 밖을 단열시키기 위해 열전달계수가 작고 흡수제와의 반응성이 없는 테프론(PTFE)을 설치한다.When calculating the absorption heat by the absorption heat calculation step, there should be no heat loss from the control volume 140 inside the pylon to the outside. Since heat transfer occurs primarily between the absorbent solution and the device, it is necessary to insulate the face of the device in contact with the absorbent solution. Referring to FIG. 3, the portion where the absorbent solution contacts is outside and inside of the tube 2 (120). Accordingly, in order to insulate the inside and the outside of the tube 2 (120), Teflon (PTFE) having a low heat transfer coefficient and no reactivity with the absorbent is installed.

상기와 같이 단열 시스템을 구축한 후 누벽탑 내부의 컨트롤 볼륨(140)을 기준으로 하기 수학식 8과 같은 에너지 균형 방정식을 수립할 수 있다.After building the adiabatic system as described above, an energy balance equation as shown in Equation (8) can be established on the basis of the control volume 140 inside the pylon.

(수학식 8)(8)

Figure 112015102389553-pat00055
Figure 112015102389553-pat00055

Figure 112015102389553-pat00056
Figure 112015102389553-pat00056

Figure 112015102389553-pat00057
Figure 112015102389553-pat00057

Figure 112015102389553-pat00058
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00059
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00060
는 WWC로 공급되는 흡수제 용액의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00061
는 WWC로 공급되는 기체의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00062
는 WWC로 공급되는 기체의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00063
는 WWC로 공급되는 기체의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00064
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00065
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00066
는 WWC에서 방출되는 흡수제 용액의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00067
는 WWC에서 방출되는 기체의 유량(g/sec),
Figure 112015102389553-pat00068
는 WWC에서 방출되는 기체의 열용량(J/g),
Figure 112015102389553-pat00069
는 WWC에서 방출되는 기체의 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00070
은 기존 온도(K),
Figure 112015102389553-pat00071
는 단위 몰당 CO2 흡수열을 의미한다.
Figure 112015102389553-pat00058
(G / sec) of the absorbent solution supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00059
(J / g) of the absorbent solution supplied to WWC,
Figure 112015102389553-pat00060
(K) of the absorbent solution supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00061
(G / sec) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00062
(J / g) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00063
(K) of the gas supplied to the WWC,
Figure 112015102389553-pat00064
(G / sec) of the absorbent solution discharged from WWC,
Figure 112015102389553-pat00065
(J / g) of the absorbent solution released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00066
(K) of the absorbent solution released in WWC,
Figure 112015102389553-pat00067
(G / sec) of gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00068
(J / g) of gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00069
(K) of the gas released from WWC,
Figure 112015102389553-pat00070
(K), < / RTI >
Figure 112015102389553-pat00071
Means the CO 2 absorption heat per unit mole.

상기 수학식 8과 주어진 데이터 또는 측정값으로부터, 공급에너지 계산단계에서 공급되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하고, 방출에너지 계산단계에서 방출되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하며, 이를 통해 흡수열 계산단계에서

Figure 112015102389553-pat00072
를 계산할 수 있다.From the data or measurement values given in Equation (8), the enthalpy of the carbon dioxide sorbent solution and the gas supplied in the supply energy calculation step is calculated, and the enthalpy of the carbon dioxide sorbent solution and gas released in the emission energy calculation step is calculated In the absorption column calculation step
Figure 112015102389553-pat00072
Can be calculated.

도 14는 MEA 40℃의 조건에서 DRC(Differential reactor calorimetry)(KIER, Inna Kim) 또는 열역학적 식(Jou)을 통해 구한 종래의 결과와 본 발명에 의해 산출된 흡수열을 비교한 그래프로서, 그 값의 오차가 10% 내외에 불과하여 비교적 정확하게 측정할 수 있다는 것을 알 수 있다.14 is a graph comparing a conventional result obtained by a differential reactor calorimetry (DRC) (KIER, Inna Kim) or a thermodynamic formula (Jou) under the condition of MEA 40 ° C and an absorption column calculated by the present invention, Is about 10%, and it can be understood that the measurement is relatively accurate.

일 실시예에 있어서, pH 산출단계(S240)는 pH 미터(241)에서 측정된 값으로부터 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, pH 미터(241)를 액체 저장소(500)에 설치하고, 샘플링 시간마다 pH를 측정하고, 이를 통해 이산화탄소 로딩시 pH를 산출할 수 있다. 도 15는 본 발명을 이용하여 측정한 pH를 나타낸 것이다.In one embodiment, the pH calculating step S240 may be calculated from a continuously varying loading of the pH of the carbon dioxide sorbent solution from the measured value at the pH meter 241. More specifically, the pH meter 241 may be installed in the liquid reservoir 500, and the pH may be measured at each sampling time, thereby calculating the pH upon loading of carbon dioxide. 15 shows the pH measured using the present invention.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.It is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention.

1 : 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치
100 : 누벽탑, 110 : 튜브 1, 120 : 튜브 2, 130: 단열재, 140 : 컨트롤 볼륨, 150 : 열전쌍(thermocouple), 160 : 기공
200 : 산출부
210 : 흡수 및 탈거속도 산출부, 211 : 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산부, 212 : 이산화탄소 양 계산부, 213 : 이산화탄소 로딩 계산부, 214 : 이산화탄소 분압 계산부, 215 : 총괄물질 전달계수 계산부
220 : 점도 산출부, 221 : 압력차 계산부, 222 : 유량 계산부, 223 : 점도 계산부
230 : 흡수열 산출부, 231 : 공급에너지 계산부, 232 : 방출에너지 계산부, 233 : 흡수열 계산부
240 : pH 산출부, 241 : pH 미터
300 : 기체공급장치
400 : 수분 포화기
500 : 액체 저장소
501 : 마그네틱 스틸러
600 : 펌프
700 : 액체 유량계
800 : 차압계, 810~812 : 이송관
900 : 오븐
950 : 이산화탄소 센서
960 : 질량유량계(MFC)
970 : 물 제거 용기(water knock out)
980 : 저온 항온수조(cooling bath)
990 : 건조탑(desiccant column)
991 : 유량계(flowmeter)
1: Carbon dioxide absorbent property calculating device
The present invention relates to a thermocouple, and more particularly, to a thermocouple,
200:
210: absorption and removal rate calculation unit 211: carbon dioxide transfer flux calculation unit 212: carbon dioxide calculation unit 213: carbon dioxide loading calculation unit 214: carbon dioxide partial pressure calculation unit 215:
220: viscosity calculating section, 221: pressure difference calculating section, 222: flow rate calculating section, 223: viscosity calculating section
230: absorption heat calculation unit, 231: supply energy calculation unit, 232: emission energy calculation unit, 233: absorption column calculation unit
240: pH calculating section, 241: pH meter
300: gas supply device
400: water saturator
500: liquid storage
501: Magnetic Stiller
600: pump
700: liquid flow meter
800: Differential pressure gauge, 810 to 812: Transfer pipe
900: Oven
950: Carbon dioxide sensor
960: mass flow meter (MFC)
970: water knock out
980: Cooling bath at low temperature
990: desiccant column
991: Flowmeter

Claims (11)

이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 상기 이산화탄소를 흡수하도록 상기 이산화탄소 흡수제 용액과 상기 이산화탄소 함유 기체를 접촉시키는 누벽탑(wetted wall column); 및
상기 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 산출부;를 포함하되,
상기 누벽탑은 상기 이산화탄소 흡수제 용액이 공급되는 튜브 1, 상기 튜브 1보다 직경이 크고 상기 튜브 1의 외부에 위치하는 튜브 2 및 상기 튜브 1과 상기 튜브 2 사이에 설치되며 테프론을 포함하는 단열재를 포함하며,
상기 산출부는 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출부; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출부; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출부; 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출부; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치.
A wetted wall column for contacting the carbon dioxide absorbent solution with the carbon dioxide-containing gas such that the carbon dioxide absorbent solution absorbs the carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas; And
And a calculator for calculating physical properties of the carbon dioxide absorbent,
The tufted tower comprises a tube 1 to which the carbon dioxide absorbent solution is supplied, a tube 2 having a larger diameter than the tube 1 and located outside the tube 1, and a heat insulating material disposed between the tube 1 and the tube 2 and including Teflon In addition,
Wherein the calculation unit calculates the absorption and removal rate of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing the carbon dioxide absorption and removal rate; A viscosity calculating unit for calculating the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of carbon dioxide loading by continuously changing loading; An absorption heat calculation unit for calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; And a pH calculating unit for calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution from continuously changing loading; Wherein the carbon dioxide absorbent comprises at least one of the following components.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 흡수 및 탈거속도 산출부는,
상기 누벽탑 통과 전후의 상기 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산부;
상기 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 상기 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산부;
최초 공급된 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산부;
상기 계산된 이산화탄소 로딩 값과 상기 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산부; 및
상기 이산화탄소 전달 플럭스 계산부, 상기 이산화탄소 양 계산부, 상기 이산화탄소 로딩 계산부 및 상기 이산화탄소 분압 계산부의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the absorbing and removing speed calculating unit comprises:
A carbon dioxide transfer flux calculating unit for calculating a carbon dioxide transfer flux through which the carbon dioxide is absorbed through the carbon dioxide concentration difference before and after passing through the silo wall;
A carbon dioxide amount calculation unit for integrating the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of the carbon dioxide absorbed from the gas into the liquid;
A carbon dioxide loading calculation unit for calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the carbon dioxide absorbent solution initially supplied;
A carbon dioxide partial pressure calculation unit for calculating a carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and the VLE data of the carbon dioxide absorbent; And
And a global mass transfer coefficient calculation unit for calculating an overall mass transfer coefficient through the calculated values of the carbon dioxide transfer flux calculation unit, the carbon dioxide amount calculation unit, the carbon dioxide loading calculation unit, and the carbon dioxide partial pressure calculation unit. Apparatus for calculating the properties of carbon dioxide absorbent.
제1항에 있어서, 상기 점도 산출부는,
상기 이산화탄소 흡수제 용액이 상기 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산부;
상기 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산부; 및
상기 압력차 계산부 및 상기 유량 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 계산하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치.
The apparatus according to claim 1,
A pressure difference calculator for calculating a pressure difference that occurs when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the sewer wall tower;
A flow rate calculator for calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And
And a viscosity calculation unit for calculating a viscosity at the time of carbon dioxide loading through the pressure difference calculation unit and the calculation value of the flow rate calculation unit.
제1항에 있어서, 상기 흡수열 산출부는,
상기 누벽탑으로 공급되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산부;
상기 누벽탑에서 방출되는 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산부; 및
상기 공급에너지 계산부 및 상기 방출에너지 계산부의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치.
The absorbent article as claimed in claim 1,
A supply energy calculation unit for calculating an enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas supplied to the sludge tower;
An emission energy calculation unit for calculating an enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas emitted from the sill tower; And
And an absorption column calculation unit for calculating an absorption column of the carbon dioxide absorbent solution through the calculated values of the supply energy calculation unit and the emission energy calculation unit.
제1항에 있어서,
상기 pH 산출부는 pH 미터에서 측정된 값으로부터 이산화탄소 로딩시 pH를 산출하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the pH calculator calculates the pH upon carbon dioxide loading from the value measured at the pH meter.
이산화탄소 흡수제 용액이 이산화탄소 함유 기체 내의 상기 이산화탄소를 흡수하도록 상기 이산화탄소 흡수제 용액과 상기 이산화탄소 함유 기체를 누벽탑(wetted wall column)에서 접촉시키는 단계; 및
상기 이산화탄소 흡수제의 물성을 산출하는 단계;를 포함하되,
상기 누벽탑은 상기 이산화탄소 흡수제 용액이 공급되는 튜브 1, 상기 튜브 1보다 직경이 크고 상기 튜브 1의 외부에 위치하는 튜브 2 및 상기 튜브 1과 상기 튜브 2 사이에 설치되며 테프론을 포함하는 단열재를 포함하며,
상기 산출하는 단계는 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 흡수 및 탈거속도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수 및 탈거속도 산출단계; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 이산화탄소 로딩시의 점도를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 점도 산출단계; 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 흡수열 산출단계; 및 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 pH를 연속적으로 변화하는 로딩에서 산출하는 pH 산출단계; 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법.
Contacting the carbon dioxide absorbent solution and the carbon dioxide-containing gas in a wetted wall column so that the carbon dioxide absorbent solution absorbs the carbon dioxide in the carbon dioxide-containing gas; And
And calculating a physical property of the carbon dioxide absorbent,
The tufted tower comprises a tube 1 to which the carbon dioxide absorbent solution is supplied, a tube 2 having a larger diameter than the tube 1 and located outside the tube 1, and a heat insulating material disposed between the tube 1 and the tube 2 and including Teflon In addition,
Wherein the calculating step includes an absorption and removal rate calculation step of calculating carbon dioxide absorption and removal rates of the carbon dioxide sorbent solution by continuously changing loading; A viscosity calculating step of calculating the viscosity of the carbon dioxide absorbent solution at the time of carbon dioxide loading by continuously changing loading; An absorption heat calculation step of calculating the absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; And a pH calculating step of calculating the pH of the carbon dioxide absorbent solution by continuously changing loading; Wherein the carbon dioxide absorbent comprises at least one of the following components.
제7항에 있어서, 상기 흡수 및 탈거속도 산출단계는,
상기 누벽탑 통과 전후의 상기 이산화탄소 농도 차를 통해 이산화탄소가 흡수되는 이산화탄소 전달 플럭스(flux)를 계산하는 이산화탄소 전달 플럭스(flux) 계산단계;
상기 계산된 이산화탄소 전달 플럭스를 시간에 대해 적분하여 기체에서 액체로 흡수된 상기 이산화탄소의 양을 계산하는 이산화탄소 양 계산단계;
최초 공급된 상기 이산화탄소 흡수제 용액의 무게를 이용하여 이산화탄소 로딩(loading) 값을 계산하는 이산화탄소 로딩 계산단계;
상기 계산된 이산화탄소 로딩 값과 상기 이산화탄소 흡수제의 VLE 데이터를 이용하여 이산화탄소 분압을 계산하는 이산화탄소 분압 계산단계; 및
상기 이산화탄소 전달 플럭스 계산단계, 상기 이산화탄소 양 계산단계, 상기 이산화탄소 로딩 계산단계 및 상기 이산화탄소 분압 계산단계의 계산값을 통해 총괄물질 전달계수를 계산하는 총괄물질 전달계수 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법.
8. The method of claim 7,
A carbon dioxide transfer flux calculation step of calculating a carbon dioxide transfer flux through which the carbon dioxide is absorbed through the carbon dioxide concentration difference before and after passing through the silo wall;
Calculating a carbon dioxide amount to integrate the calculated carbon dioxide transfer flux with respect to time to calculate an amount of the carbon dioxide absorbed from the gas to the liquid;
A carbon dioxide loading calculation step of calculating a carbon dioxide loading value using the weight of the carbon dioxide absorbent solution initially supplied;
A carbon dioxide partial pressure calculation step of calculating a carbon dioxide partial pressure using the calculated carbon dioxide loading value and the VLE data of the carbon dioxide absorbent; And
And calculating a global mass transfer coefficient through calculation values of the carbon dioxide transfer flux calculation step, the carbon dioxide amount calculation step, the carbon dioxide loading calculation step, and the carbon dioxide partial pressure calculation step , Carbon dioxide absorbent properties.
제7항에 있어서, 상기 점도 산출단계는,
상기 이산화탄소 흡수제 용액이 상기 누벽탑에 공급되기 전 소정의 구간을 통과할 때 발생하는 압력차를 계산하는 압력차 계산단계;
상기 이산화탄소 흡수제 용액의 유량을 계산하는 유량 계산단계; 및
상기 압력차 계산단계 및 상기 유량 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 로딩시의 점도를 산출하는 이산화탄소 로딩시 점도 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법.
8. The method according to claim 7,
A pressure difference calculation step of calculating a pressure difference occurring when the carbon dioxide absorbent solution passes through a predetermined section before being supplied to the sewer wall tower;
A flow rate calculating step of calculating a flow rate of the carbon dioxide absorbent solution; And
And calculating a viscosity at the time of carbon dioxide loading through the pressure difference calculation step and the calculation value of the flow rate calculation step.
제7항에 있어서, 상기 흡수열 산출단계는,
상기 누벽탑으로 공급되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 공급에너지 계산단계;
상기 누벽탑에서 방출되는 상기 이산화탄소 흡수제 용액 및 기체의 엔탈피를 계산하는 방출에너지 계산단계; 및
상기 공급에너지 계산단계 및 상기 방출에너지 계산단계의 계산값을 통해 이산화탄소 흡수제 용액의 흡수열을 계산하는 흡수열 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법.
8. The method of claim 7,
A supply energy calculating step of calculating an enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas supplied to the burlap tower;
An emission energy calculating step of calculating an enthalpy of the carbon dioxide absorbent solution and the gas emitted from the sludge tower; And
And calculating an absorption heat of the carbon dioxide absorbent solution through the calculated values of the supply energy calculation step and the emission energy calculation step.
제7항에 있어서,
상기 pH 산출단계는 pH 미터에서 측정된 값으로부터 이산화탄소 로딩시 pH를 산출하는 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제 물성 산출 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the pH calculating step calculates the pH upon carbon dioxide loading from the value measured in the pH meter.
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