KR102321691B1 - 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치, 및 본 발명에 따른 방법에서의 상기 장치의 용도에 관한 것이다.

Description

습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법 {PROCESS FOR DEHUMIDIFYING MOIST GAS MIXTURES}
본 발명은 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치, 및 본 발명에 따른 방법에서의 상기 장치의 용도에 관한 것이다.
습윤 기체 혼합물의 제습은 다수의 기술 분야에서 필요하다.
예를 들면, 빌딩 또는 차량의 환기 및 공기 조화는 일반적으로, 냉각되는 공기가 종종 너무 습하여 목적하는 온도로 냉각되는 동안 온도가 이슬점 온도 미만으로 떨어지기 때문에 냉각뿐만 아니라 공기의 제습이 필요하다. 따라서, 통상의 공기 조화 시스템에서 공기의 제습은 전기 소비의 대부분을 차지한다.
빌딩용 공기 조화 시스템의 전기 소비는, 건조 매체를 사용한 물의 흡착 또는 흡수에 의해 공기를 제습한 후 물-함유 건조 매체를 물이 다시 탈착되는 온도로 가열하여 재생시킴으로써 감소된다. 고체 흡착제 상의 흡착과 비교해서, 액체 흡수 매체 내 흡수의 이점은, 공기 제습이 감소된 장비 복잡도 및 보다 적은 건조 매체로 수행될 수 있고, 태양열을 사용한 물-함유 건조 매체의 재생이 수행하기가 보다 용이하다는 것이다.
습윤 기체 혼합물의 제습이 사용되는 추가의 기술 분야는 흡수식 냉각기 ("흡수식 열 펌프"로도 공지됨, 원리는 WO 2014/079675 A1에 기재되어 있음) 분야이다. 여기서, 습윤 기체 혼합물은 저압 하 물의 증발 동안 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 수증기는, 습윤 기체 혼합물이 차후 물 증발로 복귀하여 새로운 사이클을 통과할 수 있도록, 상기 혼합물로부터 제거될 필요가 있다. 여기서 또한, 액체 흡수 매체 내 흡수는 고체 흡착 매체 상의 흡착에 비해 유리하다.
최종적으로, 습윤 기체 혼합물의 제습은 또한 예를 들어 DE 10 2010 004 779 A1에 기재된 바와 같이 천연 가스 추출 분야에서 중요하다.
공기 또는 천연 가스 제습 설비 및 냉각기에 전형적으로 혼입되는 재료의 예는 티타늄, 구리 및 귀금속을 포함한다.
시판 공기 조화 시스템에서 액체 흡수 매체로서 지금까지 사용된 리튬 브로마이드, 리튬 클로라이드 또는 칼슘 클로라이드 수용액은, 공기 조화 시스템에서 전형적으로 사용되는 금속성 구성 재료에 대해 부식성이어서, 고가의 특수 구성 재료를 사용하는 것이 필요하다는 단점을 갖는다. 스틸 및 스테인레스 스틸의 경우에도 상기와 같은 문제에 직면한다. 이들 해결책은 흡수 매체에서 결정화되는 염으로 인한 문제를 추가로 야기한다.
문헌 [Y. Luo et al., Appl. Thermal Eng. 31 (2011) 2772-2777]에는, 공기 제습을 위해 리튬 브로마이드 수용액 대신에 이온성 액체 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트를 사용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이와 같은 이온성 액체는 단지 불충분한 흡수 능력이라는 단점을 갖는다.
문헌 [Y. Luo et al., Solar Energy 86 (2012) 2718-2724]에는, 공기 제습을 위해 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트의 대안으로서 이온성 액체 1,3-디메틸이미다졸륨 아세테이트가 제안되어 있다. 그러나, 1,3-디메틸이미다졸륨 아세테이트는 적합하지 않고, 탈착 동안 상당한 정도로 분해된다.
US 2011/0247494 A1, 단락 [0145]에 제안된 이온성 액체의 경우에도 상기와 같은 문제에 직면한다. 이 문헌에는, 리튬 클로라이드 수용액 대신에 액체 건조제로서 트리메틸암모늄 아세테이트 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트를 사용하는 것이 제안되어 있다. 실시예 3에는 일련의 추가의 이온성 액체에 대한 습한 공기로부터의 물 흡수율이 비교되어 있다.
CN 102335545 A에는, 공기 제습을 위한 흡수 매체로서 상기한 문제의 결점을 갖지 않는 이온성 액체의 수용액이 기재되어 있다. CN 102335545 A에는 주로 스틸-기반 공기 제습기가 기재되어 있다. 기재된 이온성 액체는 특히 1,3-디메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트이다. 흡수 매체는 스틸에 대해 비부식성인 것으로 보고되어 있다. 그러나, 스틸-기반 장치에서 CN 102335545 A에 언급된 이온성 액체에 의해서는 효율적인 공기 제습을 위해 중요한 열 전달이 비교적 낮았다.
또한, 열 전달은 흡수 매체를 선택할 때 고려되어야 하는 중요한 파라미터이다. 따라서, 공기 제습 분야에서, 흡수 매체 자체와 공기 제습기의 추가의 요소 간의 특히 우수한 열 전달을 보장하는 흡수 매체가 특히 용이하게 사용가능하다. 금속성 구성요소 (예를 들어, 스틸)가 사용되는 공기 제습기에서, 이와 같은 열 전달은 흡수 매체와 금속성 표면 간에 적어도 부분적으로 이행된다.
따라서, 본 발명은 그 목적이 스틸-기반 공기 조화 시스템, 공기 제습기, 흡수식 냉각기 등에 사용될 때 종래 기술의 흡수 매체보다 더 우수한 열 전달을 보장하는 흡수 매체를 제공하는 것이다.
이하, 놀랍게도 상기 목적을 달성하는 흡수 매체가 발견되었다.
따라서, 본 발명은 제1 측면에서,
(a) 습윤 기체 혼합물 G를, 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키는 단계이며,
Figure 112017055984317-pat00001
여기서, AVE가 습윤 기체 혼합물 G로부터 물을 적어도 부분적으로 흡수하여, AVE와 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1이 얻어지는 단계, 및
(b) AVE1로부터 물을 부분적으로 제거하여, AVE1과 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 단계
를 포함하는, 습윤 기체 혼합물 G, 특히 습윤 공기를 장치 V1에서 제습하기 위한 방법이며,
여기서, 장치 V1은 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하고, 장치 V1에서, AVE, AVE1 및 AVE2 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉하며,
Q+는, 특히 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고,
A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 특히 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 더욱 더 바람직하게는 K+ 또는 Na+인 것
을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법에서 사용된 습윤 기체 혼합물 G는 특별히 제한되지 않는다. "습윤"은 본 발명에서 "물, 특히 수증기를 포함함"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
"수성"은 특정 용액 (즉, 수성 액체 흡수 매체의 경우 상기 흡수 매체)이 물을 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
"제습"은 물을 적어도 부분적으로 제거하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 부분적으로"는 본 발명에서 "부분적으로 또는 완전히"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, "습윤 기체 혼합물 G"는 본 발명에서, 기체 혼합물 G가 물, 바람직하게는 수증기 ("수증기"는 기상 물리적 상태의 물을 의미하는 것으로 이해되어야 함)를 포함하고, 그의 조성은 달리 특별히 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 습윤 기체 혼합물의 물 함량은 특별히 제한되지 않으며, 특히 0.01 vol% 내지 99.99 vol% ("vol%"는 습윤 기체 혼합물 G의 전체 부피를 기준으로 하는 수증기의 부피를 나타냄)이다. 습윤 기체 G의 조성은 달리 본 발명에 따른 방법의 적용예에 따라 다양할 수 있다. 습윤 기체 혼합물 G는 특히 습윤 천연 가스, 습윤 공기 (흡수식 냉각기에서 물의 증발로부터 초래되는 습윤 공기 또는 습윤 실내 공기일 수 있음), 바람직하게는 습윤 공기로부터 선택된다. 습윤 천연 가스의 경우 물 함량은 특히 0.01 vol% 내지 15.00 vol%, 습윤 공기의 경우 상기 함량은 특히 0.01 vol% 내지 15.00 vol%, 습윤 실내 공기의 경우 또는 특히 95.00 vol% 내지 99.99 vol% (이는 흡수식 냉각기에서 물의 증발로부터 초래된 습윤 공기에 관한 것일 때 바람직한 범위임)이다.
본 발명에 따른 방법은, 구성 Ost (본 발명에서 Ost는 "스틸 구성 재료로 제조된 표면"의 준말임)의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하고, AVE, AVE1 및 AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 수성 액체 흡수 매체 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉하는 것인 장치 V1에서 수행된다.
특히, 하기 구성요소를 갖는 장치 V1이 사용될 수 있다:
(i) 습윤 기체 혼합물을 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키기 위해 셋업(set up)된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs1,
(ii) 열 교환기 Wx1을 포함하고, 수성 액체 흡수 매체 AVE로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes1, 및
(iii) 물 흡수 유닛 Wabs1을 물 탈착 유닛 Wdes1과 연결하고, 수성 액체 흡수 매체 AVE를 순환시킬 수 있는 회로 U1.
물 흡수 유닛 Wabs1은 특히 본 발명에 따른 방법의 단계 a)가 수행되는 구성요소이다. 사용가능한 물 흡수 유닛 Wabs1은 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기를 포함한다. 상기 흡수기는, 수성 액체 흡수 매체 AVE의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 수성 액체 흡수 매체 AVE의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다. 여기서 특히, 충전층(packed bed), 분무 칼럼, 낙하-필름, 버블(bubble) 칼럼, 트레이(tray) 칼럼, 습식 스크러버 (예를 들어 벤츄리(Venturi) 스크러버), 교반 탱크 및 이들 흡수기의 조합의 군으로부터 선택된 물 흡수기를 사용하는 것이 가능하다. 낙하-필름, 특히 쉘(shell) 및 튜브 낙하-필름을 물 흡수기로서 사용하는 것이 특별히 바람직하다. 물 흡수 유닛 Wabs1은 특히, 수성 액체 흡수 매체 AVE가 냉각가능하도록 셋업된 추가의 열 교환기 Wz1을 또한 포함할 수 있다.
열 교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1은, 특히 본 발명에 따른 방법의 단계 b)가 수행되는 유닛이다. 물 탈착 유닛 Wdes1은 물-함유 액체 흡수 매체 AVE (특히 AVE1)에 열을 공급하고, 물-함유 액체 흡수 매체 AVE (특히 AVE1)의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 탈착 유닛 내 물-함유 액체 흡수 매체 AVE (특히 AVE1)의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다.
열 교환기 Wx1을 포함하는 사용가능한 물 탈착 유닛 Wdes1은, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 열 교환기 및 물 탈착기의 조합, 특히, 상류 열 교환기, 특히 쉘 및 튜브 열 교환기, 플레이트(plate) 및 프레임(frame) 열 교환기를 갖는 수평 튜브 증발기를 포함한다. 또한, 열 교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1은 통합 열 교환기를 갖는 물 탈착기일 수도 있다. 통합 열 교환기를 갖는 상기와 같은 물 탈착기는 특히 클라이밍(climbing) 필름 증발기, 장(long) 튜브 수직 증발기, 단(short) 튜브 수직 증발기, 강제 순환 증발기, 교반 박막 증발기이다. 낙하-필름, 특히 쉘 및 튜브 낙하-필름을 물 탈착 유닛 Wdes1로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
회로 U1은 특히, 본 발명에 따른 방법의 단계 a)로부터의 AVE1을 물 흡수 유닛 Wabs1에서부터 물 탈착 유닛 Wdes1로 보내고, 보다 바람직하게는 (특히, 본 발명에 따른 방법이 연속식으로 수행되는 경우) 추가적으로, 본 발명에 따른 방법의 단계 b)로부터의 AVE2를 물 흡수 유닛 Wdes1에서부터 물 탈착 유닛 Wabs1로 보낸다.
특히 회로 U1은 도관, 특히 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U1은 또한 펌프를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 제1 단계는, 습윤 기체 혼합물 G를, 하기 구조 (I)
Figure 112017055984317-pat00002
의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키는 것을 포함한다. 접촉은 특히 물 흡수 유닛 Wabs1에서 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방식으로 시행될 수 있다. 접촉은, 흡수 매체 AVE가 습윤 기체 스트림 G로부터 수분, 즉, 물을 적어도 부분적으로 흡수하여, 수성 액체 흡수 매체 AVE와 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1이 얻어지게 한다.
습윤 기체 혼합물 G로부터 가능한 많은 수분이 흡수되도록, 습윤 기체 혼합물 G와 접촉하는 동안 흡수 매체 AVE를 냉각시키는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어, 물 흡수 유닛 Wabs1 내 추가의 열 교환기 Wz1을 통해 달성될 수 있다. 따라서, 습윤 기체 혼합물 G와 접촉하는 동안 흡수 매체 AVE의 온도는 바람직하게는 2℃ 내지 100℃, 바람직하게는 3℃ 내지 80℃, 보다 바람직하게는 4℃ 내지 50℃, 더욱 더 바람직하게는 5℃ 내지 30℃의 범위이다.
흡수 매체 AVE는 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물, 및 물을 포함하고,
Figure 112017055984317-pat00003
여기서, Q+는, 특히 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 1,3-디알킬이미다졸륨 양이온이고,
A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 특히 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 더욱 더 바람직하게는 K+ 또는 Na+이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에서, 염 S는 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -로 이루어진 군으로부터 선택되고, Q+는, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-는 R*COO-, R'SO3 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R1, R', R", RA, RB 및 RC는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다.
본 발명에 따른 방법의 보다 바람직한 실시양태에서, 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 메틸 또는 에틸인 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R1, RA, RB 및 RC는 각각 서로 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 방법의 보다 더 바람직한 실시양태에서, 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택되고, RA, RB, RC 및 R1은 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 방법의 모든 상기한 실시양태에서, RA, RB 및 RC는 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것이 보다 특히 바람직하고, 보다 더 바람직하게는 RA = RB = RC = 메틸 또는 RA = RB = RC = 에틸이고, 특히 바람직하게는 RA = RB = RC = 에틸이다.
이는 놀랍게도, 적어도 1개의 에틸 기를 갖는 이미다졸륨 염이 특히 작은 접촉각을 가져 특히 우수한 표면 습윤화를 보장한다는 것이 발견되었기 때문이다. 이로써 비교적 큰 접촉 면적, 또한 그에 따른 보다 적은 비습윤화 공간 및 그에 따른 장치 V1 내부의 개선된 열 전달, 및 또한 그에 따른 특히 효율적인 방법이 초래된다.
액체 흡수 매체 AVE는 수성이다 (즉, 물을 포함하여 수용액임).
특히, 수성 액체 흡수 매체 AVE에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 95 wt%의 범위이다. 더욱 더 바람직하게는, AVE 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 70 wt% 내지 90 wt%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 75 wt% 내지 87 wt%의 범위이다.
본 발명에 따른 방법에서, 흡수 매체 AVE 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 대 염 S의 비는 추가로 제한되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 방법에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9, 보다 바람직하게는 1:9999 내지 1:99, 보다 더 바람직하게는 1:9999 내지 1:999의 범위인 흡수 매체 AVE를 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서 수득되고 습윤 기체 혼합물 G와 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1은, 적용예에 따라, 제습된 공기의 형태로 거실 또는 작업 공간으로 복귀될 수 있거나 또는 천연 가스의 경우 발전(power generation)으로 공급될 수 있는 제습된 기체 스트림을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서 수득된 수성 액체 흡수 매체 AVE1은 수성 액체 흡수 매체 AVE와 비교해서 상승된 물 함량을 갖는다. 그에 포함된 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 그에 포함된 염 S의 견지에서, AVE1은 AVE와 동일하고, 바람직하게는 단지 그의 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
이어서, 본 발명에 따른 방법의 제2 단계는, 수성 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 일부 제거하여, 수성 액체 흡수 매체 AVE1과 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 것을 포함한다.
이는 특히, 수성 액체 흡수 매체 AVE1에 열을 공급하는 것을 추가로 포함한다. 열의 공급 및 적어도 부분적 제거는, 특히 열 교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1에서 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방식으로 시행될 수 있다. 수성 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 일부 제거하면 수성 액체 흡수 매체 AVE1과 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE2가 얻어진다.
그에 포함된 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 그에 포함된 염 S의 견지에서, 수성 액체 흡수 매체 AVE2는 AVE1과 동일하고, 바람직하게는 단지 그의 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
장치 V1이 구성 Ost (본 발명에서 Ost는 스틸 구성 재료"로 제조된 표면의 준말임)의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함한다는 것이 본 발명에 따른 방법의 필수적인 특징이다.
본 발명에서 "스틸 구성 재료"는, 특히 철의 질량 분율이 존재하는 다른 모든 원소의 질량 분율보다 더 큰 임의의 철 합금을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 스틸 구성 재료 중의 철의 비율은 바람직하게는 > 50 wt%, 보다 바람직하게는 ≥ 60 wt%, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 70 wt%, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 80 wt%, 더욱 더 바람직하게는 ≥ 99 wt%이다.
본 발명에 따라 철에 추가로, 스틸 구성 재료는 특히, 니켈, 크로뮴, 바나듐, 몰리브데넘, 니오븀, 텅스텐, 코발트, 마그네슘, 망가니즈, 규소, 아연, 납, 구리 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된, 보다 바람직하게는 니켈, 크로뮴, 바나듐, 몰리브데넘, 니오븀, 텅스텐, 코발트, 마그네슘, 망가니즈 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 합금 금속, 특별히 크로뮴을 포함하며, 여기서 이것은 더욱 더 바람직하게는 10.5 wt% 초과이나 50 wt% 미만의 스틸 구성 재료의 질량 분율을 갖는다.
이어서 동시에 스틸 구성 재료 중의 탄소 함량이 항상 < 2.06 wt%, 더욱 더 바람직하게는 ≤ 1.2 wt%인 것이 더욱 더 바람직하다.
스틸 구성 재료 중의 철, 합금 금속 (예를 들어 크로뮴) 및 탄소의 합이 100 wt%를 초과하지 않아야 함을 이해할 것이다.
스틸 구성 재료는 특히 단련(wrought) 합금 또는 캐스트(cast) 합금의 형태일 수 있다.
장치 V1에서, AVE, AVE1 및 AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 수성 액체 흡수 매체 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉한다는 것이 본 발명에 따른 방법의 추가의 필수적인 특징이다. 이는 특정 수성 액체 흡수 매체 AVE, AVE1 또는 AVE2가, 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 상기 접촉 표면에서 직접 접촉함을 의미한다. 본 발명에서, "직접 접촉함"은 특히 "습윤화"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 접촉 표면에 포함된 스틸 구성 재료와 AVE, AVE1 및 AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 수성 액체 흡수 매체는 직접 접촉함을 이해할 것이다. 이는 놀랍게도, 본 발명에 따른 흡수 매체의 접촉각이 특히 작아, 상기 매체가 수성인 경우 특히 우수한 열 전달을 보장한다는 것이 발견되었기 때문이다.
장치 V1이 사용되며 장치 V1은, 하기 구성요소:
(i) 습윤 기체 혼합물을 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs1,
(ii) 열 교환기 Wx1을 포함하고, 수성 액체 흡수 매체 AVE로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes1, 및
(iii) 물 흡수 유닛 Wabs1을 물 탈착 유닛 Wdes1과 연결하고, 수성 액체 흡수 매체 AVE를 순환시킬 수 있는 회로 U1
을 포함하는 것인 본 발명에 따른 실시양태에서, AVE, AVE1 및 AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 수성 액체 흡수 매체가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 접촉 표면은, 특히, 물 흡수 유닛 Wabs1, 물 탈착 유닛 Wdes1, 및 회로 U1의 군으로부터 선택된 구성요소 중 적어도 하나, 바람직하게는 물 흡수 유닛 Wabs1 및 물 탈착 유닛 Wdes1의 군으로부터 선택된 구성요소 중 적어도 하나에 배치된다.
이는 놀랍게도, 본 발명에 따른 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 적어도 하나의 염 S와의 혼합물은 스틸 구성 재료의 특히 우수한 습윤화를 나타내어 특히 우수한 열 전달을 보장하므로, 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 갖는 장치 V1에서 흡수 매체로서 특히 적합하다는 것이 발견되었기 때문이고, 여기서 AVE, AVE1 및 AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 수성 액체 흡수 매체 중 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 직접 접촉한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은 연속식으로 수행된다. 이는 특히, 단계 b)에 이어서 단계 a) 및 b)가 적어도 1회 더 수행되고, 각 경우에 추가로 수행된 단계 a)에서 사용된 수성 액체 흡수 매체 AVE는 바로 직전에 수행된 단계 b)로부터 수득된 수성 액체 흡수 매체 AVE2의 적어도 일부임 (즉, 특히, 각 경우에 추가로 수행된 단계 a)에서 사용된 수성 액체 흡수 매체 AVE 및 바로 이전 단계 b)로부터의 수성 액체 흡수 매체 AVE2의 물 함량이 동일함)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이 실시양태는 수성 액체 흡수 매체 AVE2로부터의 열로 수성 액체 흡수 매체 AVE1을 가열하는 것을 포함하는 것이 더욱 더 바람직하다. 이는 추가의 열 교환기 Wy1, 특히 쉘 및 튜브 열 교환기 및 플레이트 및 프레임 열 교환기로 이루어진 군으로부터 선택된 것에서 수행될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법을 특히 에너지 효율적인 방식으로 수행할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 추가의 측면에서, 하기 구성요소:
(i) 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVO,
Figure 112017055984317-pat00004
(ii) 습윤 기체 혼합물을 수성 액체 흡수 매체 AVO와 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
(iii) 열 교환기 Wx2를 포함하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
(iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2
를 포함하는, 습윤 기체 혼합물, 특히 습윤 공기를 제습하기 위한 장치 V2이며,
여기서, 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하고,
장치 V2에, 수성 액체 흡수 매체 AVO가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치되어 있으며,
Q+는, 특히 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고,
A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 더욱 더 바람직하게는 K+ 또는 Na+인 것
을 특징으로 하는 장치 V2에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치 V2는 습윤 기체 혼합물, 특히 습윤 공기를 제습하는데 적합하다. 상기 장치는 하기 구성요소를 포함한다:
제1 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVO를 포함하고, 여기서 Q+는, 특히 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고,
Figure 112017055984317-pat00005
여기서 A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 특히 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 더욱 더 바람직하게는 K+ 또는 Na+이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 바람직한 실시양태에서, 흡수 매체 AVO에서 염 S는 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -로 이루어진 군으로부터 선택되고, Q+는, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-는 R*COO-, R'SO3 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R1, R', R", RA, RB 및 RC는 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 보다 바람직한 실시양태에서, 흡수 매체 AVO에서 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 메틸 또는 에틸인 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R1, RA, RB 및 RC는 각각 서로 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 보다 더 바람직한 실시양태에서, 흡수 매체 AVO에서 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 및 1-에틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택되고, RA, RB, RC 및 R1은 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 모든 상기한 실시양태에서, 흡수 매체 AVO에서 RA, RB 및 RC가 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것이 보다 특히 바람직하고, 보다 더 바람직하게는 RA = RB = RC = 메틸 또는 RA = RB = RC = 에틸이고, 특히 바람직하게는 RA = RB = RC = 에틸이다.
이는 놀랍게도, R = 에틸 기인 이미다졸륨 염이 특히 작은 접촉각을 가져 특히 우수한 표면 습윤화를 보장한다는 것이 발견되었기 때문이다. 이로써 비교적 큰 접촉 면적, 또한 그에 따른 보다 적은 비습윤화 공간 및 그에 따른 장치 V2 내부의 개선된 열 전달이 초래된다.
액체 흡수 매체 AVO는 수성이다 (즉, 물을 포함하여 수용액임).
특히, 본 발명에 따른 장치 V2에서, 수성 액체 흡수 매체 AVO 중, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 95 wt%의 범위이다. 더욱 더 바람직하게는, AVO 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 70 wt% 내지 90 wt%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 75 wt% 내지 87 wt%의 범위이다.
본 발명에 따른 장치 V2에서, 흡수 매체 AVO 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 대 염 S의 비는 추가로 제한되지 않는다. 그러나, 본 발명에 따른 장치 V2에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9, 보다 바람직하게는 1:9999 내지 1:99, 보다 더 바람직하게는 1:9999 내지 1:999의 범위인 흡수 매체 AVO를 사용하는 것이 바람직하다.
제2 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 습윤 기체 혼합물을 수성 액체 흡수 매체 AVO와 접촉시키기 위해 셋업된 물 흡수 유닛 Wabs2를 포함한다. 물 흡수 유닛 Wabs2는 특히, 수성 액체 흡수 매체 AVO가 냉각가능하도록 셋업된 추가의 열 교환기 Wz2를 포함할 수 있다. 상기와 같은 종류의 사용가능한 물 흡수 유닛 Wabs2는, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기를 포함한다. 상기 흡수기는, 수성 액체 흡수 매체 AVO의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 수성 액체 흡수 매체 AVO의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다. 여기서, 충전층, 분무 칼럼, 낙하-필름, 버블 칼럼, 트레이 칼럼, 습식 스크러버 (예를 들어, 벤츄리 스크러버), 교반 탱크 및 이들 흡수기의 조합의 군으로부터 선택된 물 흡수기를 사용하는 것이 특히 가능하다. 낙하-필름, 특히 쉘 및 튜브 낙하-필름을 물 흡수기로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
제3 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 열 교환기 Wx2를 포함하며 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 물 탈착 유닛 Wdes2를 포함한다. 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 탈착기 및 열 교환기의 조합이 그를 위해 사용될 수 있다. 물 탈착 유닛 Wdes2는 수성 액체 흡수 매체 AVO에 열을 공급하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO의 표면적을 증가시키며, 동시에 물 탈착 유닛 내 수성 액체 흡수 매체 AVO의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다.
열 교환기 Wx2를 포함하는 사용가능한 물 탈착 유닛 Wdes2는, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 탈착기 및 열 교환기의 조합, 특히, 상류 열 교환기, 특히 쉘 및 튜브 열 교환기, 플레이트 및 프레임 열 교환기를 갖는 수평 튜브 증발기를 포함한다. 또한, 열 교환기 Wx2를 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes2는 통합 열 교환기를 갖는 물 탈착기일 수도 있다. 통합 열 교환기를 갖는 상기와 같은 물 탈착기는 특히 클라이밍 필름 증발기, 장 튜브 수직 증발기, 단 튜브 수직 증발기, 강제 순환 증발기, 교반 박막 증발기이다. 물 탈착 유닛 Wdes2로서 낙하-필름, 특히 쉘 및 튜브 낙하-필름을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
제4 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2를 포함한다. 회로 U2는 바람직하게는 도관, 더욱 더 바람직하게는 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U2는 또한 펌프를 포함한다.
상기 장치가 구성 Ost (본 발명에서 Ost는 "스틸 구성 재료로 제조된 표면"의 준말임)의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함한다는 것이 본 발명에 따른 장치 V2의 필수적인 특징이다.
상기 장치에, 수성 액체 흡수 매체 AVO가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 접촉 표면이 배치된다는 것이 본 발명에 따른 장치 V2의 추가의 필수적인 특징이다. 이는 상기 접촉 표면에서 수성 액체 흡수 매체 AVO가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 직접 접촉함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명에서, "직접 접촉함"은 특히 "습윤화"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 접촉 표면에 포함된 스틸 구성 재료와 수성 액체 흡수 매체 AVO는 직접 접촉한다는 것을 이해할 것이다.
바람직한 실시양태에서, 장치 V2는 추가의 열 교환기 Wy2 (물 탈착 유닛 Wdes2에 포함된 열 교환기 Wx2에 추가로)를 포함한다. 열 교환기 Wy2는, 물 흡수 유닛 Wabs2에서부터 물 탈착 유닛 Wdes2로 보내진 수성 액체 흡수 매체 AVO에 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터의 열을 공급가능하도록 셋업되며, 상기 매체는 물 탈착 유닛 Wdes2의 반대쪽에서 유도된다. 이는 특히 열 교환기 Wy2, 특히 쉘 및 튜브 열 교환기, 플레이트 및 프레임 열 교환기로부터 선택된 열 교환기로서 사용함으로써 보장될 수 있다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 장치 V2는 흡수식 열 펌프의 일부이다. 이어서, 상기 흡수식 열 펌프는 추가의 구성요소로서 응축기, 증발기 및 냉각제를 포함하며, 여기서 냉각제는 물이다.
응축기는 특히 도관을 통해 물 탈착 유닛 Wdes2에 연결되고, 물 탈착 유닛 Wdes2 내 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터 적어도 부분적으로 제거된 물을 응축시키기 위해 셋업된다. 응축기는 바람직하게는 또한 냉각수 회로를 포함한다.
증발기는 특히 도관 (스로틀링(throttling) 수단을 포함할 수 있음)을 통해 응축기에 연결되고, 추가의 도관을 통해 물 흡수 유닛 Wabs2에 연결되며, 응축기로부터 응축된 물을 증발시키기 위해 셋업된다. 증발기는 바람직하게는 또한 응축된 물을 가능한 최저 온도에서 증발시키기 위해, < 1 bar, 보다 바람직하게는 < 0.1 bar의 압력을 포함한다. 증발기는 추가로 바람직하게는, 열을 인출할 수 있고 응축된 물이 증발될 수 있도록 하는 장치 (예를 들어, 냉각제를 물이 증발되는 공간으로 보내는 냉각제 도관)를 더 포함할 수 있다.
이하에서 설명된 도면 1 및 2는 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태를 나타낸다.
도면 1 ("도 1"로 약칭됨)은 본 발명에 따른 장치 V2/V1의 실시양태를 나타낸다.
도면 1에 나타낸 장치 V2는, 그로 도관 <101>이 이어지고 그의 반대쪽으로 도관 <102>이 이어지는 물 흡수 유닛 Wabs2 <103> (임의로 추가의 열 교환기 Wz2 <104>를 가짐); 그로 도관 <111>이 이어지고 그의 반대쪽으로 도관 <110>, <112> 및 <113>이 이어지며 열 교환기 Wx2 <108> 및 물 탈착기 <109>를 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes2; 및 도관 <106>, <111> 및 <113> 또는 <106>, <111>, <112> 및 <105> (각 경우에 임의로 도관 <114>를 가짐)으로부터 형성된 회로 U2를 포함한다. 도면 1의 장치는 또한 임의로, 그로 도관 <106> 및 <112>이 이어지고 그의 반대쪽으로 도관 <105> 및 <111>이 이어지는 추가의 열 교환기 Wy2 <107>를 포함할 수 있다. 추가로, 장치 V2는 또한 수성 액체 흡수 매체 AVO를 포함한다. 상기 매체는 상기한 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2 중 하나 이상에 배치된다. 물 흡수 유닛 Wabs2 <103>는 임의로 또한 추가의 열 교환기 Wz2 <104>를 포함할 수 있다. 장치 V2, 특히 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2 로 이루어진 군으로부터 선택된 구성요소 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하며, 수성 액체 흡수 매체 AVO가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 존재한다. 임의로 회로 U2는 또한, 수성 액체 흡수 매체를 수송하기 위한 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
장치 V1은 흡수 매체 AVO가 없는 장치 V2에 상응하며, 여기서 도면 1 및 도면 2에 대한 도면 설명에서 용어 U2, Wabs2, Wdes2, Wx2, Wy2 및 Wz2는 각각 U1, Wabs1, Wdes1, Wx1, Wy1 및 Wz1로 교체되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 방법을 도면 1을 사용하여 장치 V1을 들어 예시적으로 기재할 것이다:
습윤 기체 혼합물 G의 스트림 (상기 스트림은 예를 들어, 흡수식 냉각기의 증발기에서 유래한 습윤 공기, 습윤 천연 가스 또는 습윤 기체 혼합물일 수 있음 - 또한 이 옵션과 관련하여 도면 2 참조)은 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>으로 공급되고, 거기에서, 도관 <105>을 통해 또는 도관 <113>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>에 공급된 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉한다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 Wabs1에 대해 상기에서 언급된 물 흡수기 중 어느 하나, 특히 낙하-필름일 수 있다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>에서, 도관 <101>을 통해 공급된 기체 혼합물 G와 도관 <105>을 통해 또는 도관 <113>을 통해 공급된 수성 액체 흡수 매체 AVE와의 접촉으로 인해, 수성 액체 흡수 매체 AVE와 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는, 도관 <102>을 통해 배출된 기체 혼합물 G1의 스트림이 얻어진다. 적용예에 따라, G1은 특히 제습된 공기 또는 제습된 천연 가스이다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 임의로 또한 추가의 열 교환기 Wz1 <104>을 포함할 수 있다. 이어서, 바람직하게는 도관 <106>, <111> 및 열 교환기 Wy1 <107>을 통해 (또는, 열 교환기 Wy1 <107>이 사용되지 않는 경우, 도관 <106>, <111> 및 <114>을 통해) 수성 액체 흡수 매체 AVE1은, 열 교환기 Wx1 <108> 및 물 탈착기 <109>로 구성된 물 탈착 유닛 Wdes1로 보내진다. 물-함유 액체 흡수 매체 AVE1은 추가적으로 임의적 열 교환기 Wy1 <107>에서 열이 공급될 수 있다. 이어서, 물 탈착기 <109>에서 수성 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물이 적어도 부분적으로 제거되어, 수성 액체 흡수 매체 AVE1과 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE2가 얻어진다. 그런 다음, 제거된 물은 도관 <110>을 통해 액체 또는 증기로서, 바람직하게는 증기로서 물 탈착기 <109>로부터 배출된다. 이어서, 수성 액체 흡수 매체 AVE2가 물 탈착기 <109>로부터 배출되고, 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>으로 복귀된다. 이는 또한 직접, 즉, 도면 1에서 파선 형태로 나타낸 도관 <113>을 통해 수행될 수 있다. 대안적으로 및 바람직하게는, 수성 액체 흡수 매체 AVE2는 또한 도관 <112>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급될 수 있고, 이어서 여기서 도관 <106>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급된 수성 액체 흡수 매체 AVE1에, 도관 <112>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급된 수성 액체 흡수 매체 AVE2로부터의 열이 공급된다. 농축된 수성 액체 흡수 매체 AVE2가 도관 <105> 또는 <113>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1로 공급되면, 상기 매체는 새로운 사이클에서 기체 스트림을 적어도 부분적으로 제습하기 위한 AVE로서 재사용된다. 본 방법에서, 도면 1에 따른 장치, 바람직하게는 물 흡수 유닛 Wabs1 <103> (도면 1에서 상기 유닛은 열 교환기 <104>를 포함함), 물 탈착 유닛 Wdes1 (도면 1에서 상기 유닛은 열 교환기 <108>를 포함함), 및 회로 U1 (도면 1에서 도관 <106>, <111>, <113>, 또는 <106>, <111>, <112>, <105>, 및 각 경우에 임의로 또한 도관 <114>으로 구성됨)로 이루어진 군으로부터 선택된 구성요소 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하며, 장치에, 수성 액체 흡수 매체 AVE1, AVE 및 AVE2 중 적어도 하나가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치된다는 것이 본 발명에 필수적이다.
도면 2 ("도 2"로서 약칭됨)는 장치 V2가 통합된 흡수식 냉각기를 개략적 방식으로 나타낸다. 요소 <101> 내지 <114>는 도면 1에 기재된 장치 V2에 대해 나타나 있다. 추가적으로, 도면 2의 흡수식 냉각기는 또한, 도관 <110>을 통해 물 탈착 유닛 Wdes2 <109>에 연결되며, 물 탈착 유닛 Wdes2에서 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터 적어도 부분적으로 제거된 물을 응축시키기 위해 셋업된 응축기 <211>를 포함한다. 응축기 <211>는 바람직하게는 또한 열 교환기 <212>를 포함하며, 여기에 냉각수가 공급될 수 있다.
도면 2에 나타낸 흡수식 냉각기는 또한, 도관 <216> (임의로 스로틀링 수단 <213>을 포함할 수 있음)을 통해 응축기 <211>에 연결되고 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs2와 연결된 증발기 <214>를 포함한다. 증발기 <214>는 응축기로부터 응축된 물을 증발시키도록 셋업된다. 추가적으로, 증발기 <214>는 추가로 바람직하게는 또한, 매체를 공급하며 상기 매체로부터 열을 인출하여 응축된 물을 증발시키는 열 교환기 <215> (예를 들어, 특히 냉각제로서 물을 갖는 냉각제 도관, 이 냉각제는 증발기 <214>로 보내짐)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실시양태 (이하에서 도면 2를 사용하여 장치 V1을 들어 설명됨)에서, 증발기 <214>에서 유래한 습윤 기체 혼합물 G는 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>로 보내진다. 물 탈착 유닛 Wdes1에서 제거된 물은 도관 <110>을 통해 응축기 <211>로 공급되고, 여기서 상기 물이 재응축된다. 응축기에 설치된 열 교환기 <212>로서의 냉각수 회로가 임의로 마찬가지로 그를 위해 사용된다. 이어서, 응축된 물은 도관 <216>을 통해 증발기 <214>로 공급되며, 여기서 특히 저압에서 물의 증발이 시행되어 냉각 효과가 초래된다. 이는 임의로 또한 스로틀링 수단 <213>을 사용하여 시행될 수 있다. 이로써 증발기 <214>에서 냉각 작용이 달성되고, 예를 들어, 냉각제는 열 교환기 <215>를 통해 냉각될 수 있다. 이어서, 생성된 수증기는 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>으로 복귀된다.
이어지는 실시예는 어떠한 식으로든 상기 발명을 제한하지 않고 본 발명을 설명하도록 의도된다.
< 실시예 >
본 발명에 따른 실시예 I1 내지 I3 및 비교 실시예 C1을 수행하였다.
1. 사용된 화학물질
EMIM DEP (= 에틸메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트)는 아이오리텍(Iolitec)으로부터 구입하였다.
TEP (= 트리에틸 포스페이트)는 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 구입하였다.
2. 실험 절차
각 용액의 3 점적을 3 cm × 7 cm의 치수 및 3 mm의 최대 두께를 갖는 스틸 플레이트 (스틸, 순도 > 99.0%) 상에 투하하였다. SOP 1827에 따라 접촉각 결정을 수행하였다. 그 결과는 하기 표에 나타나 있다.
C1은 EMIM DEP와 10 wt%의 물과의 혼합물을 사용한 비교 시험이고, 실시예 I1, I2 및 I3에서는, EMIM DEP와 10 wt%의 물과 각각 10 wt%, 1 wt% 및 0.1 wt%의 TEP와의 혼합물 (wt% 값은 항상 혼합물의 총 중량을 기준으로 함)을 분석하였다.
3. 결과
Figure 112017055984317-pat00006
상기 결과로부터, 트리알킬 포스페이트 (이 경우, 트리에틸 포스페이트)를 포함하는 본 발명에 따른 흡수 매체 (I1 내지 I3)는 종래 기술의 것들 (C1)과 비교해서 스틸-함유 표면에 대해 작은 접촉각을 나타냄을 알 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치에서 개선된 표면 습윤화 및 그에 따른 더 크고 보다 효율적인 열 교환이 초래된다.

Claims (13)

  1. (a) 습윤 기체 혼합물 G를, 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2- 및 Q+M+R3OPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키는 단계이며,
    Figure 112021095367838-pat00007

    여기서, AVE가 습윤 기체 혼합물 G로부터 물을 적어도 부분적으로 흡수하여, AVE와 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1이 얻어지는 단계, 및
    (b) AVE1로부터 물을 부분적으로 제거하여, AVE1과 비교해서 비교적 낮은 물 함량을 갖는 수성 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 단계
    를 포함하는, 습윤 기체 혼합물 G를 장치 V1에서 제습하기 위한 방법이며,
    여기서, 장치 V1은 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하고, 장치 V1에서, AVE, AVE1 및 AVE2 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉하며,
    Q+는 디알킬이미다졸륨 양이온이고,
    A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
    R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 알킬 기이고,
    M+는 알칼리 금속 이온인 것
    을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, Q+가, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3이 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, M+ = Li+, K+ 또는 Na+인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 염 S가 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -의 군으로부터 선택되고, Q+가, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-가 R*COO-, R'SO3 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R1, R', R", RA, RB 및 RC가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기인, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, RA, RB 및 RC가 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수성 액체 흡수 매체 AVE에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 95 wt%의 범위인 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수성 액체 흡수 매체 AVE에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9의 범위인 것인 방법.
  7. 하기 구성요소:
    (i) 하기 구조 (I)의 적어도 하나의 트리알킬 포스페이트와 Q+A-, Q+(R1O)2PO2 -, (Q+)2R2OPO3 2 - 및 Q+M+R3OPO3 2 -로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염 S와의 혼합물을 포함하는 수성 액체 흡수 매체 AVO,
    Figure 112017055984317-pat00008

    (ii) 습윤 기체 혼합물을 수성 액체 흡수 매체 AVO와 접촉시키기 위해 셋업(set up)된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
    (iii) 열 교환기 Wx2를 포함하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
    (iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 수성 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2
    를 포함하는, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치 V2이며,
    여기서, 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2 중 적어도 하나는 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하고,
    장치 V2에, 수성 액체 흡수 매체 AVO가 구성 Ost의 스틸 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치되며,
    Q+는 디알킬이미다졸륨 양이온이고,
    A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고,
    R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3은 각각 서로 독립적으로 알킬 기이고,
    M+는 알칼리 금속 이온인 것
    을 특징으로 하는 장치 V2.
  8. 제7항에 있어서, Q+가, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3이 각각 서로 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, M+ = Li+, K+ 또는 Na+인, 장치 V2.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 염 S가 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -의 군으로부터 선택되고, Q+가, 알킬 기가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-가 R*COO-, R'SO3 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R1, R', R", RA, RB 및 RC가 각각 서로 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기인, 장치 V2.
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, RA, RB 및 RC가 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것인 장치 V2.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 수성 액체 흡수 매체 AVO에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 wt% 내지 95 wt%의 범위인 것인 장치 V2.
  12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 수성 액체 흡수 매체 AVO에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9의 범위인 것인 장치 V2.
  13. 제7항 또는 제8항에 따른 장치 V2, 및 추가의 구성요소로서, 응축기, 증발기 및 냉각제를 포함하는 흡수식 열 펌프이며, 여기서 냉각제는 물인, 흡수식 열 펌프.
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