KR102321694B1 - 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법 및 흡수제 - Google Patents

습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법 및 흡수제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습윤 기체 혼합물을 디알킬이미다졸륨 염 및 트리알킬 포스페이트를 포함하는 흡수제와 접촉시키는, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 흡수제를 포함하는 흡수식 열 펌프, 및 본 발명에 따른 흡수제 자체에 관한 것이다.

Description

습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법 및 흡수제 {PROCESS AND ABSORBENT FOR DEHUMIDIFYING MOIST GAS MIXTURES}
본 발명은 습윤 기체 혼합물을 디알킬이미다졸륨 염 및 트리알킬 포스페이트를 포함하는 흡수제와 접촉시키는, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 흡수제를 포함하는 흡수식 열 펌프, 및 본 발명에 따른 흡수제 자체에 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, 물-함유 건조 매체의 재생이 태양열을 사용하여 수행하기가 보다 용이하다는 것이다.
습윤 기체 혼합물의 제습이 사용되는 추가의 기술 분야는 흡수식 냉각기 (원리는 WO 2014/079675 A1에 기재되어 있음; "흡수식 냉각기"는 본 발명에 따른 "흡수식 열 펌프"와 동일한 의미로 사용됨) 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.
흡수식 냉각기에서의 사용에 추가로, 기체 스트림의 건조가 필요한 추가의 영역이 여전히 존재한다. 이것은 천연 가스 정련이며, 이에는 그를 위해 사용되는 이온성 액체에 대한 다른 요건을 적용한다.
이온성 액체의 도움으로 수분을 흡수하기 위해, 종래 기술에는 일련의 이온성 액체가 제안되어 있다. 따라서, DE 10 2010 004 779 A1에는 예를 들어 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 에틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 메틸술포네이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스트리플루오로메탄술폰이미드, 1-부틸-3-에틸이미다졸륨 클로라이드가 언급되어 있다.
CN 102335545 A에는 알킬 포스페이트에 기반한 일련의 이온성 액체, 즉, 특히 1,3-디메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트가 기재되어 있다.
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. 상기 아세테이트는 또한 문헌 [M. Kanakubo et al., J. Mol. Liq. 217 (2016) 112-119]에 논의되어 있다.
US 2011/0247494 A1에는 상기 목적을 위한 추가의 이온성 액체, 즉, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트가 제안되어 있다.
흡수식 냉각기에서의 이들 이온성 액체의 적용은 또한 WO 2013/050242 A1에 논의되어 있다.
종래 기술에 기재된 이들 이온성 액체는 제습을 위해 매우 적합하지만, 디알킬이미다졸륨 이온을 포함하는 이온성 액체는, 특히 기체 혼합물과 접촉 시, 주위 공기의 후각 오염으로 이어지는 화학물질이 방출된다는 단점을 나타낸다. 이는 특히 실내 공기의 제습 시 그러하며, 냉장고와 같은 흡수식 냉각기의 경우 바람직하지 못하다. 따라서, 상기 오염이 최소화될 수 있는 흡수제가 모색된다.
이와 같은 이유로, 본 발명의 목적은, 그로부터 악취 물질을 방출하는 경향이 특히 낮은 흡수제를 제공하는 것으로 구성되었다.
이하 놀랍게도 상기 목적을 달성하는 흡수 매체가 발견되었다.
따라서, 본 발명은, 습윤 기체 혼합물 G1을, 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 액체 흡수 매체 A1과 접촉시켜, 습윤 기체 혼합물 G1과 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G2, 및 액체 흡수 매체 A1과 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A2를 수득하는, 습윤 기체 혼합물 G1을 제습하기 위한 방법이며,
Figure 112017055978556-pat00001
여기서, Q+는, 특히 알킬 기가 각각 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 및 RC는 각각 독립적으로 특히 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 특히 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 보다 바람직하게는 K+ 또는 Na+인, 방법에 관한 것이다.
"습윤"은 본 발명에서 "물, 특히 수증기를 포함함"을 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 G1"은 본 발명에서, 기체 혼합물 G1이 물, 바람직하게는 수증기 ("수증기"는 기상 물리적 상태의 물을 의미하는 것으로 이해되어야 함)를 포함하고, 그의 조성은 달리 특별히 전혀 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 습윤 기체 혼합물의 물 함량은 특별히 전혀 제한되지 않으며, 특히 0.01 vol% 내지 99.99 vol% ("vol%"는 습윤 기체 혼합물 G1의 전체 부피를 기준으로 하는 수증기의 부피를 나타냄)이다. 습윤 기체 혼합물 G1의 조성은 달리 본 발명에 따른 방법의 적용예에 따라 다양할 수 있다. 습윤 기체 혼합물 G1은 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.
방법에서 사용된 습윤 기체 혼합물 G1은 특히 2℃ 내지 100℃, 바람직하게는 3℃ 내지 60℃, 보다 바람직하게는 4℃ 내지 50℃, 더욱 더 바람직하게는 5℃ 내지 40℃의 온도를 갖고, 달리 특별히 전혀 제한되지 않는다. 그러나, 이 온도 범위에서 흡수 용량이 매우 우수하기 때문에, 본 발명에 따른 방법은, 상기 기체의 가공이 종종 이 온도 범위에서 발생하는 천연 가스의 제습을 위해 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법에서, 흡수 매체 A1은 바람직하게는 또한 10℃ 내지 100℃, 바람직하게는 15℃ 내지 80℃, 보다 바람직하게는 20℃ 내지 50℃, 더욱 더 바람직하게는 20℃ 내지 30℃의 온도를 갖는다.
접촉은 특히 물 흡수 유닛 Wabs1 (하기 설명됨)에서 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방식으로 시행될 수 있다. 접촉은 흡수 매체 A1이 습윤 기체 스트림 기체 혼합물 G1로부터 수분, 즉, 물을 적어도 부분적으로 흡수하게 한다.
본 발명에 따른 방법은 특히 장치 V1에서 수행된다. 장치 V1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합할 정도로만 제한된다. 특히, 하기 구성요소를 포함하는 장치 V1이 사용될 수 있다:
(i) 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체, 특히 A1과 접촉시키기 위해 셋업(set up)된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs1.
장치 V1은 또한 임의로 하기 구성요소를 포함한다:
(ii) 열 교환기 Wx1을 포함하고, 액체 흡수 매체, 특히 A2로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes1, 및
(iii) 물 흡수 유닛 Wabs1을 물 탈착 유닛 Wdes1과 연결하고, 액체 흡수 매체, 특히 A1 및 A2를 순환시킬 수 있는 회로 U1.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 친숙한 물 흡수 유닛 Wabs1에서 수행될 수 있다. 사용가능한 물 흡수 유닛 Wabs1은 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기를 포함한다. 상기 흡수기는, 액체 흡수 매체 A1의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 액체 흡수 매체 A1의 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 또한, 액체 흡수 매체 A1이 목적하는 온도로 조절가능하도록 셋업된 추가의 열 교환기 Wz1을 포함할 수 있다.
열 교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1에서, 이는 다시 물-함유 액체 흡수 매체, 특히 A2로 취출될 수 있다. 물 탈착 유닛 Wdes1은 물-함유 액체 흡수 매체, 특히 A2에 열을 공급하고, 물-함유 액체 흡수 매체 A1의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 탈착 유닛 Wdes1 내 물-함유 액체 흡수 매체, 특히 A2의 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 U1에서, 특히 물 흡수 유닛 Wabs1로부터의 물-함유 액체 흡수 매체 A2는 물 탈착 유닛 Wdes1로 안내되고, 더욱 더 바람직하게는 (특히, 본 발명에 따른 방법이 연속적으로 수행되는 경우), 물 탈착 유닛 Wdes1로부터의 액체 흡수제는 물 흡수 유닛 Wabs1로 안내된다.
특히 회로 U1은 도관, 특히 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U1은 또한 펌프를 포함한다.
습윤 기체 혼합물 G1로부터 가능한 많은 수분이 흡수되도록, 습윤 기체 혼합물 G1과 접촉하는 동안 흡수 매체 A1을 냉각시키는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어, 물 흡수 유닛 Wabs1 내 추가의 열 교환기 Wz1을 통해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 습윤 기체 혼합물 G1을, 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 액체 흡수 매체 A1과 접촉시켜, 습윤 기체 혼합물 G1과 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G2, 및 액체 흡수 매체 A1과 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A2를 수득하며,
Figure 112017055978556-pat00002
여기서, Q+는, 특히 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 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 독립적으로 특히 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 보다 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 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 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 독립적으로 메틸 또는 에틸인 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R1, RA, RB 및 RC는 각각 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 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다. 이어서, 더욱 더 바람직하게는, Q+는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이고, RA, RB, RC 및 R1은 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
추가로, 본 발명에 따른 방법의 모든 상기한 실시양태에서, RA, RB 및 RC는 각각 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것이 특히 바람직하고, 보다 바람직하게는 RA = RB = RC = 메틸 또는 RA = RB = RC = 에틸이고, 특히 바람직하게는 RA = RB = RC = 에틸이다.
액체 흡수 매체 A1은, 본 발명에 따른 방법에서 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트와 염 S와의 순수한 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 대안적으로 및 보다 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에서, 액체 흡수 매체 A1은, 특히 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량%% 내지 95 중량%의 범위인 수용액이다. 보다 더 바람직하게는, A1 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 70 중량% 내지 90 중량%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 75 중량% 내지 87 중량%의 범위이다.
본 발명에 따른 방법에서, 흡수 매체 A1 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 대 염 S의 비는 추가로 전혀 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 A1을 사용하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 방법에서 수득되고 습윤 기체 혼합물 G1과 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G2는 제습된 기체 스트림을 나타내며, 이는 제습된 천연 가스의 경우 발전(power generation)으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서 수득된 액체 흡수 매체 A2는 액체 흡수 매체 A1과 비교해서 상승된 물 함량을 갖는다. 그에 포함된 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 견지에서 그리고 그에 포함된 염 S의 견지에서, A2는 A1과 동일하고, 바람직하게는 단지 그의 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에서, 이어서 추가의 단계 ["임의적 단계 b)", 본 발명에 따른 방법은 이와 관련하여 "단계 a)"로서 이해되어야 함]에서, 액체 흡수 매체 A2로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여, 액체 흡수 매체 A2와 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A3을 수득하는 것이 시행된다. 여기서 액체 흡수 매체 A2에 열이 추가로 공급된다. 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. 액체 흡수 매체 A2로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하면, 액체 흡수 매체 A2와 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A3이 얻어진다.
그에 포함된 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 견지에서 그리고 그에 포함된 염 S의 견지에서, 액체 흡수 매체 A3은 A2와 동일하고, 바람직하게는 단지 그의 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
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 액체 흡수 매체 A1은 바로 직전에 수행된 단계 b)로부터 수득된 액체 흡수 매체 A3의 적어도 일부임 (즉, 특히, 각 경우에 추가로 수행된 단계 a)에서 사용된 액체 흡수 매체 A1 및 바로 이전 단계 b)로부터의 액체 흡수 매체 A3의 물 함량이 동일함)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이 실시양태에서, 액체 흡수 매체 A2는 액체 흡수 매체 A3으로부터 열이 공급되는 것이 보다 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 액체 흡수 매체 A1*,
Figure 112017055978556-pat00003
(ii) 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 A1*와 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
(iii) 열 교환기 Wx2를 포함하고, 액체 흡수 매체 A1*로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
(iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 액체 흡수 매체 A1*를 순환시킬 수 있는 회로 U2
를 포함하는, 습윤 기체 혼합물, 특히 습윤 공기를 제습하기 위한 장치 V2이며,
Q+는, 특히 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 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 독립적으로 특히 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 보다 바람직하게는 K+ 또는 Na+인 것을 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 액체 흡수 매체 A1*를 포함하고,
Figure 112017055978556-pat00004
Q+는, 특히 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 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 독립적으로 특히 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 보다 바람직하게는 K+ 또는 Na+이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 바람직한 실시양태에서, A1*에서 염 S는 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -로 이루어진 군으로부터 선택되고, Q+는, 알킬 기가 각각 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 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, A1*에서 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는, 알킬 기가 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸인 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R1, RA, RB 및 RC는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 장치 V2의 보다 더 바람직한 실시양태에서, A1*에서 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 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다. 이어서, 더욱 더 바람직하게는, Q+는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이고, RA, RB, RC 및 R1은 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
추가로, 본 발명에 따른 장치 V2의 모든 상기한 실시양태에서, A1*에서 RA, RB 및 RC가 각각 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것이 특히 바람직하고, 보다 바람직하게는 RA = RB = RC = 메틸 또는 RA = RB = RC = 에틸이고, 특히 바람직하게는 RA = RB = RC = 에틸이다.
액체 흡수 매체 A1*는 본 발명에 따른 방법에서 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트와 염 S와의 순수한 혼합물의 형태로 사용될 수 있다. 대안적으로 및 보다 바람직하게는, 본 발명에 따른 방법에서 액체 흡수 매체 A1*는, 특히 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량%% 내지 95 중량%의 범위인 수용액이다. 보다 더 바람직하게는, A1* 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 70 중량% 내지 90 중량%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 75 중량% 내지 87 중량%의 범위이다.
액체 흡수 매체 A1* 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 대 염 S의 비는 추가로 전혀 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 A1*를 사용하는 것이 바람직하다.
제2 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 A1*와 접촉시키기 위해 셋업된 물 흡수 유닛 Wabs2를 포함한다. 물 흡수 유닛 Wabs2는 특히, 액체 흡수 매체 A1*가 냉각가능하도록 셋업된 추가의 열 교환기 Wz2를 포함할 수 있다. 이와 같은 종류의 사용가능한 물 흡수 유닛 Wabs2는 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기를 포함한다. 상기 흡수기는, 액체 흡수 매체 A1*의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 액체 흡수 매체 A1*의 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 액체 흡수 매체 A1*로부터 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, 액체 흡수 매체 A1*에 열을 공급하고, 액체 흡수 매체 A1*의 표면적을 증가시키며, 동시에 물 탈착 유닛 내 액체 흡수 매체 A1*의 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, 액체 흡수 매체 A1*를 순환시킬 수 있는 회로 U2를 포함한다. 회로 U2는 바람직하게는 도관, 보다 바람직하게는 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U2는 또한 펌프를 포함한다.
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 액체 흡수 매체 A1*에 액체 흡수 매체 A1*로부터 열이 공급될 수 있도록 셋업되며, 상기 매체는 물 탈착 유닛 Wdes2의 반대쪽에서 안내된다. 이는 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 액체 흡수 매체 A1*로부터 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.
최종적으로, 본 발명은 또한, 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 흡수 매체 A1*이고,
Figure 112017055978556-pat00005
여기서, Q+는, 특히 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 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 독립적으로 특히 1 내지 10개, 바람직하게는 1 내지 8개, 보다 바람직하게는 1 내지 6개, 보다 더 바람직하게는 1 내지 4개, 더욱 더 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+ 또는 Na+, 보다 바람직하게는 K+ 또는 Na+인, 흡수 매체 A1* 자체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 흡수 매체 A1*의 바람직한 실시양태에서, 상기 매체에서 염 S는 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -로 이루어진 군으로부터 선택되고, Q+는, 알킬 기가 각각 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 독립적으로 1 내지 6개, 바람직하게는 1 내지 4개, 보다 바람직하게는 1 또는 2개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이다.
본 발명에 따른 흡수 매체 A1*의 보다 바람직한 실시양태에서, 상기 매체에서 염 S는 화학식 Q+(R1O)2PO2 -를 갖고, Q+는, 알킬 기가 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸인 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R1, RA, RB 및 RC는 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
본 발명에 따른 흡수 매체 A1*의 보다 더 바람직한 실시양태에서, 상기 매체에서 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 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다. 이어서, 더욱 더 바람직하게는, Q+는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이고, RA, RB, RC 및 R1은 각각 독립적으로 메틸 또는 에틸이다.
추가로, 본 발명에 따른 흡수 매체 A1*의 모든 상기한 실시양태에서, A1*에서 RA, RB 및 RC가 각각 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것이 특히 바람직하고, 보다 바람직하게는 RA = RB = RC = 메틸 또는 RA = RB = RC = 에틸이고, 특히 바람직하게는 RA = RB = RC = 에틸이다.
액체 흡수 매체 A1*는 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트와 염 S와의 순수한 혼합물의 형태로 존재할 수 있다. 대안적으로 및 보다 바람직하게는, 액체 흡수 매체 A1*는, 특히 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량%% 내지 95 중량%의 범위인 수용액이다. 보다 더 바람직하게는, A1* 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량은 수용액의 총 중량을 기준으로 70 중량% 내지 90 중량%의 범위, 더욱 더 바람직하게는 75 중량% 내지 87 중량%의 범위이다.
액체 흡수 매체 A1* 중의 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 대 염 S의 비는 추가로 전혀 제한되지 않는다. 액체 흡수 매체 A1*에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비는 바람직하게는 1:9999 내지 1:9, 보다 바람직하게는 1:9999 내지 1:99, 보다 더 바람직하게는 1:9999 내지 1:999의 범위이다.
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 V1은, 그로 도관 <101>이 이어지고 그의 반대쪽으로 도관 <102>이 이어지는 물 흡수 유닛 Wabs1 <103> (임의로 추가의 열 교환기 Wz1 <104>를 가짐); 그로 도관 <111>이 이어지고 그의 반대쪽으로 도관 <110>, <112> 및 <113>이 이어지며 열 교환기 Wx1 <108> 및 물 탈착기 <109>를 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1; 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 Wy1 <107>을 포함할 수 있다. 추가로, 장치 V1은 또한 액체 흡수 매체 A1을 포함한다. 상기 매체는 상기한 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs1, 물 탈착 유닛 Wdes1, 및 회로 U1 중 하나 이상에 위치한다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 임의로 또한 추가의 열 교환기 Wz1 <104>을 포함할 수 있고, 이에 의해 액체 흡수 매체 A1은 예를 들어 10℃ 내지 100℃, 바람직하게는 15℃ 내지 80℃, 보다 바람직하게는 20℃ 내지 50℃, 보다 더 바람직하게는 20℃ 내지 30℃의 온도로 될 수 있다. 임의로 회로 U2는 또한, 액체 흡수 매체 A1을 수송하기 위한 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 방법을 도면 1을 사용하여 장치 V1을 들어 예시적으로 기재할 것이다:
예를 들어 2℃ 내지 100℃의 온도를 갖는 습윤 기체 혼합물 G1의 스트림 (상기 스트림은 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 액체 흡수 매체 A1과 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 G1과 도관 <105>을 통해 또는 도관 <113>을 통해 공급된 액체 흡수 매체 A1이 접촉하면, 액체 흡수 매체 A1과 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A2, 및 습윤 기체 혼합물 G1과 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는, 도관 <102>을 통해 배출된 기체 혼합물 G2의 스트림이 얻어진다. 적용예에 따라, G2는 특히 제습된 천연 가스이다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 임의로 또한 추가의 열 교환기 Wz1 <104>을 포함할 수 있고, 이에 의해 액체 흡수 매체 A1은 예를 들어 10℃ 내지 100℃, 바람직하게는 15℃ 내지 80℃, 보다 바람직하게는 20℃ 내지 50℃, 보다 더 바람직하게는 20℃ 내지 30℃ 범위의 온도로 조절될 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) 액체 흡수 매체 A2는, 열 교환기 Wx1 <108> 및 물 탈착기 <109>로 구성된 물 탈착 유닛 Wdes1로 보내진다. 물-함유 액체 흡수 매체 A2는 추가적으로 임의적 열 교환기 Wy1 <107>에서 열이 공급될 수 있다. 이어서, 물 탈착기 <109>에서 액체 흡수 매체 A2로부터 물이 적어도 부분적으로 제거되어, 액체 흡수 매체 A2와 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A3이 얻어진다. 그런 다음, 제거된 물은 도관 <110>을 통해 액체 또는 증기로서, 바람직하게는 증기로서 물 탈착기 <109>로부터 배출된다. 이어서, 액체 흡수 매체 A3이 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, 액체 흡수 매체 A3은 또한 도관 <112>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급될 수 있고, 여기서 도관 <106>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급된 액체 흡수 매체 A2에는 이어서, 도관 <112>을 통해 임의적 열 교환기 Wy1 <107>로 공급된 액체 흡수 매체 A3으로부터 열이 공급된다. 농축된 액체 흡수 매체 A3이 도관 <105> 또는 <113>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1로 공급되면, 상기 매체는 새로운 사이클에서 기체 스트림을 적어도 부분적으로 제습하기 위한 A1로서 재사용된다.
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 액체 흡수 매체 A1*로부터 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 >
분해를 시뮬레이션하기 위해, 하기의 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디에틸 포스페이트 ("EMIM DEP", WO 2004/016631 A1에 따라 제조됨) 및 트리에틸 포스페이트 ("TEP"; 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)로부터 구입함; CAS 번호: 78-40-0)의 혼합물 0.1 g을 150℃에서 20분 동안 인큐베이션하였다.
C1: EMIM DEP 85 중량% 및 H2O 15 중량%의 혼합물;
I1: EMIM DEP 75 중량%, H2O 15 중량% 및 TEP 10 중량%의 혼합물;
I2: EMIM DEP 80 중량%, H2O 15 중량% 및 TEP 5 중량%의 혼합물;
I3: EMIM DEP 84 중량%, H2O 15 중량% 및 TEP 1 중량%의 혼합물.
인큐베이션 후, 기체 상을 분해 생성물 N-메틸이미다졸에 대한 질량 분광법 및 기체 크로마토그래피에 의해 조사하였다.
불꽃 이온화 검출기를 사용하여 측정된, N-메틸이미다졸 피크의 강도 피크 면적은 기체 상의 비율에 직접 비례한다.
샘플 C1에서는 뚜렷한 N-메틸이미다졸 피크가 관찰된 반면, 이 피크가 샘플 I1, I2 및 I3에서는 존재하지 않는다. 이는 트리에틸 포스페이트의 놀라운 안정화 효과를 나타낸다.
다른 트리알킬 포스페이트에 있어서도 상응하는 결과가 관찰된다.

Claims (24)

  1. 습윤 기체 혼합물 G1을, 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 액체 흡수 매체 A1과 접촉시켜, 습윤 기체 혼합물 G1과 비교해서 더 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G2, 및 액체 흡수 매체 A1과 비교해서 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 A2를 수득하는, 습윤 기체 혼합물 G1을 제습하기 위한 방법이며,
    Figure 112017055978556-pat00006

    여기서, Q+는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R', R", RA, RB 및 RC는 각각 독립적으로 알킬 기이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 알킬 기이고, M+는 알칼리 금속 이온인, 방법.
  2. 제1항에 있어서, Q+가, 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3이 각각 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 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 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기인, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, RA, RB 및 RC가 각각 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 흡수 매체 A1이 수용액인, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 액체 흡수 매체 A1에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량% 내지 95 중량%의 범위인 것인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 액체 흡수 매체 A1에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9의 범위인 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연속적으로 수행되는 방법.
  9. 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 액체 흡수 매체 A1*,
    Figure 112017055978556-pat00007

    (ii) 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 A1*와 접촉시키기 위해 셋업(set up)된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
    (iii) 열 교환기 Wx2를 포함하고, 액체 흡수 매체 A1*로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
    (iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 액체 흡수 매체 A1*를 순환시킬 수 있는 회로 U2
    를 포함하는, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치 V2이며,
    Q+는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, A-는 R*COO-, R'SO3 -, HSO4 - 및 R"SO4 -로 이루어진 군으로부터 선택된 음이온이고, R*, R', R", RA, RB 및 RC는 각각 독립적으로 알킬 기이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 알킬 기이고, M+는 알칼리 금속 이온인 것을 특징으로 하는 장치 V2.
  10. 제9항에 있어서, A1*에서, Q+가, 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3이 각각 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, M+ = Li+, K+ 또는 Na+인, 장치 V2.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, A1*에서, 염 S가 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -의 군으로부터 선택되고, Q+가, 알킬 기가 각각 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 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기인, 장치 V2.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서, RA, RB 및 RC가 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것인 장치 V2.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서, 액체 흡수 매체 A1*가 수용액인, 장치 V2.
  14. 제13항에 있어서, A1*에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량% 내지 95 중량%의 범위인 것인 장치 V2.
  15. 제9항 또는 제10항에 있어서, A1*에서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9의 범위인 것인 장치 V2.
  16. 제9항 또는 제10항에 따른 장치 V2, 및 추가의 구성요소로서, 응축기, 증발기 및 냉각제를 포함하는 흡수식 열 펌프이며, 여기서 냉각제는 물인, 흡수식 열 펌프.
  17. 제9항 또는 제10항에 있어서, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치 V2.
  18. 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 흡수 매체 A1*이며,
    Figure 112017055978556-pat00008

    여기서, 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 독립적으로 알킬 기이고, M+는 알칼리 금속 이온인, 흡수 매체 A1*.
  19. 제18항에 있어서, Q+가, 알킬 기가 각각 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 디알킬이미다졸륨 양이온이고, R*, R', R", RA, RB, RC, R1, R2 및 R3이 각각 독립적으로 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기이고, M+ = Li+, K+ 또는 Na+인, 흡수 매체 A1*.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 염 S가 Q+A- 및 Q+(R1O)2PO2 -의 군으로부터 선택되고, Q+가, 알킬 기가 각각 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 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 알킬 기인, 흡수 매체 A1*.
  21. 제18항 또는 제19항에 있어서, RA, RB 및 RC가 서로 독립적으로 메틸 및 에틸로부터 선택되는 것인, 흡수 매체 A1*.
  22. 제18항 또는 제19항에 있어서, 수용액인 흡수 매체 A1*.
  23. 제18항 또는 제19항에 있어서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트 및 모든 염 S의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 65 중량% 내지 95 중량%의 범위인 것인, 흡수 매체 A1*.
  24. 제18항 또는 제19항에 있어서, 모든 구조 (I)의 트리알킬 포스페이트의 총 중량 대 모든 염 S의 총 중량의 비가 1:9999 내지 1:9의 범위인 것인, 흡수 매체 A1*.
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