KR20090047288A - Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent - Google Patents
Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090047288A KR20090047288A KR1020070113376A KR20070113376A KR20090047288A KR 20090047288 A KR20090047288 A KR 20090047288A KR 1020070113376 A KR1020070113376 A KR 1020070113376A KR 20070113376 A KR20070113376 A KR 20070113376A KR 20090047288 A KR20090047288 A KR 20090047288A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- calcium
- high temperature
- absorption
- absorbent
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/04—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
- B01J20/041—Oxides or hydroxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/02—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
- B01J20/06—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
- B01J20/08—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3021—Milling, crushing or grinding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/305—Addition of material, later completely removed, e.g. as result of heat treatment, leaching or washing, e.g. for forming pores
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J20/00—Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
- B01J20/30—Processes for preparing, regenerating, or reactivating
- B01J20/3078—Thermal treatment, e.g. calcining or pyrolizing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Gas Separation By Absorption (AREA)
Abstract
본 발명은 이산화탄소가 포함된 450~800oC 범위의 고온의 혼합가스에서 이산화탄소를 선택적으로 흡수한 다음에 이산화탄소를 탈거하여 다시 흡수할 수 있는 상태로 재생되는 고온 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 세부적으로는 이산화탄소 흡수활성물질로서 산화칼슘 (CaO)을 사용하고, 반복적인 이산화탄소 흡수와 흡수제의 재생과정에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성과 이산화탄소의 확산경로를 확보하는 첨가제로서 칼슘알루미네이트 (Ca12Al14O33)를 사용하는 고온 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 전구체를 물에 용해시켜 두 물질을 균일한 조성을 가지도록 혼합, 건조, 열처리, 그리고 다시 수화, 건조, 열처리의 과정을 거쳐 제조되는 고온 이산화탄소 흡수제는 이산화탄소의 흡수용량이 매우 높을 뿐 아니라 반복적인 이산화탄소의 흡수와 흡수제의 재생에서 매우 뛰어난 안정성을 가지게 된다. 따라서 본 발명은 상기 나열된 바와 같이 반복적인 흡수/재생에서 뛰어난 안정성과 높은 이산화탄소 흡수용량을 가지는 고온 이산화탄소 흡수제 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a high temperature carbon dioxide absorbent and a method for producing the same which are regenerated to absorb carbon dioxide selectively after absorbing carbon dioxide from a high temperature mixed gas in the range of 450 to 800 o C including carbon dioxide. . Specifically, calcium oxide (CaO) is used as a carbon dioxide absorbing active material, and calcium aluminate (Ca 12 Al 14) is used as an additive to secure the carbon dioxide absorption capacity and the carbon dioxide diffusion path during repeated carbon dioxide absorption and regeneration of the absorbent. It relates to a high temperature carbon dioxide absorbent using O 33 ) and a method for producing the same. The high temperature carbon dioxide absorbent produced by mixing, drying, heat treatment, and then hydrating, drying, and heat treatment to dissolve the precursors of calcium oxide and calcium aluminate in water to have a uniform composition has a very high absorption capacity of carbon dioxide. It is not only high, but also has excellent stability in repetitive absorption of carbon dioxide and regeneration of the absorbent. Accordingly, the present invention relates to a high temperature carbon dioxide absorbent having a high stability and high carbon dioxide absorption capacity in repeated absorption / regeneration as listed above and a method for producing the same.
이산화탄소, 흡수, 고온 흡수제, 산화칼슘, 칼슘 알루미네이트 Carbon dioxide, absorption, high temperature absorber, calcium oxide, calcium aluminate
Description
본 발명은 450~800oC 범위의 고온의 혼합가스에서 이산화탄소를 선택적으로 흡수한 다음에 온도를 상승시키거나 이산화탄소 이외의 가스로 세정하여 흡수된 이산화탄소를 탈거시켜 다시 이산화탄소를 흡수할 수 있는 상태로 재생되는 고온 이산화탄소 흡수제와 그 제조방법에 관한 것이다. 세부적으로는 이산화탄소 흡수활성물질로서 산화칼슘 (CaO)을 사용하고, 반복적인 이산화탄소 흡수와 흡수제의 재생과정에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성과 이산화탄소의 확산경로를 확보하는 첨가제로서 칼슘알루미네이트 (Ca12Al14O33)를 사용하는 고온 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention selectively absorbs carbon dioxide in a high temperature mixed gas in the range of 450 ~ 800 ° C and then increase the temperature or wash with a gas other than carbon dioxide to remove the absorbed carbon dioxide in a state that can absorb the carbon dioxide again. It relates to a high temperature carbon dioxide absorbent to be regenerated and a method of manufacturing the same. Specifically, calcium oxide (CaO) is used as a carbon dioxide absorbing active material, and calcium aluminate (Ca 12 Al 14) is used as an additive to secure the carbon dioxide absorption capacity and the carbon dioxide diffusion path during repeated carbon dioxide absorption and regeneration of the absorbent. It relates to a high temperature carbon dioxide absorbent using O 33 ) and a method for producing the same.
고온 이산화탄소 흡수제는 메탄 수증기 개질 반응 (CH4 + 2H2O ↔ CO2 + 4H2, 반응온도 800~900oC)이나 수성가스반응 (CO + H2O ↔ CO2 + H2, 반응온도 300~500oC)을 하는 반응기에 촉매와 함께 사용되어 고온에서 발생되는 이산화탄소를 반응과 동시에 제거함으로써 르샤트레에 원리(Le Chatelier's principle)에 따라 반응평형을 생산물의 수율을 높일 수 있는 쪽으로 유도하여 본래의 공정보다 적은 에너지로 고순도의 수소를 생산하는데 활용될 수 있다. 메탄으로부터 수소를 생산하는 개질반응에 개질 촉매와 이산화탄소 선택성 흡착제를 함께 사용하는 공정을 흡수 부화 수증기 개질공정(Sorption Enhanced Steam Methane Reforming Process)이라 한다. 천연가스로부터 수소를 생산하는 일반적인 개질반응은 니켈촉매 하에서 일어나며 반응메카니즘은 다음과 같다. The high temperature carbon dioxide absorbent is methane steam reforming reaction (CH 4 + 2H 2 O ↔ CO 2 + 4H 2 , reaction temperature 800 ~ 900 o C) or water gas reaction (CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2 , reaction temperature 300 It is used together with the catalyst in the reactor at ~ 500 o C) to remove the carbon dioxide generated at high temperature simultaneously with the reaction, leading to the reaction equilibrium according to Le Chatelier's principle to increase the yield of the product. It can be used to produce high purity hydrogen with less energy than The process of using a reforming catalyst and a carbon dioxide selective adsorbent together in a reforming reaction to produce hydrogen from methane is called a sorption enhanced steam methane reforming process. The general reforming reaction to produce hydrogen from natural gas takes place under a nickel catalyst and the reaction mechanism is as follows.
* 수증기 메탄 개질반응* Steam methane reforming
CH4(g) + 2H2O(g) ↔ CO2(g) + 4H2(g) △H298 = 164.8 kJ/mol (1)CH 4 (g) + 2H 2 O (g) ↔ CO 2 (g) + 4H 2 (g) ΔH 298 = 164.8 kJ / mol (1)
르샤틀리에의 원리에 따르면 반응식 (1)에서 수소의 수율을 높이는 방법으로는 목표 생산물인 수소를 백금 박막을 사용하여 선택적으로 투과시켜 반응에서 제외시키거나 CO2 선택성 흡수제를 이용하여 이산화탄소의 분압을 낮추는 방법이 있다. 흡수제를 이용하여 이산화탄소의 분압을 낮추어 수소의 수율을 높이는 방법에는 칼슘계 고형 이산화탄소 흡수제를 사용하는 것이 일반적이다. 산화칼슘의 이산화탄소 흡수반응은 다음과 같다. According to the principle of LeChatlier, in order to increase the yield of hydrogen in Reaction (1), the target product hydrogen is selectively permeated using a thin film of platinum to remove it from the reaction, or the partial pressure of carbon dioxide is reduced by using a CO 2 selective absorbent. There is a way to lower it. In order to increase the yield of hydrogen by lowering the partial pressure of carbon dioxide using an absorbent, a calcium-based solid carbon dioxide absorbent is generally used. The carbon dioxide absorption reaction of calcium oxide is as follows.
* 이산화탄소 흡수반응* Carbon dioxide absorption reaction
CO2(g) + CaO(s) ↔ CaCO3(s) △H298 = -178.2 kJ/mol (2)CO 2 (g) + CaO (s) ↔ CaCO 3 (s) ΔH 298 = -178.2 kJ / mol (2)
산화칼슘의 이산화탄소 흡수반응은 강한 발열반응이며, 450 ~ 800oC의 온도영역에서 빠르게 일어난다. 반응 (1)과 반응 (2)를 같은 공간에서 동시에 진행시키면 반응 (1)의 생산물 중 이산화탄소는 반응 (2)에 의하여 탄산칼슘의 형태로 고형화 된다. 이에 따라 반응 (1)의 평형은 수소와 이산화탄소를 생성하는 방향으로 이동하게 되고 반응 (2)가 진행되는 동안 수소의 생산수율은 일반적인 개질반응에 비하여 월등히 증가하게 된다. 반응 (1)과 반응 (2)의 동시 진행반응은 다음과 같다.The carbon dioxide absorption of calcium oxide is a strong exothermic reaction and occurs rapidly in the temperature range of 450 to 800 o C. When reaction (1) and reaction (2) proceed simultaneously in the same space, carbon dioxide in the product of reaction (1) is solidified in the form of calcium carbonate by reaction (2). Accordingly, the equilibrium of reaction (1) is shifted in the direction of producing hydrogen and carbon dioxide, and the production yield of hydrogen during reaction (2) is significantly increased compared to the general reforming reaction. The simultaneous reaction of reaction (1) and reaction (2) is as follows.
* 흡수 향상 수증기 개질반응* Water absorption reforming
CH4(g) + 2H2O(g) + CaO(s) ↔ 4H2(g) + CaCO3(s) △H298 = -13.4 kJ/mol (3)CH 4 (g) + 2H 2 O (g) + CaO (s) ↔ 4H 2 (g) + CaCO 3 (s) ΔH 298 = -13.4 kJ / mol (3)
반응 (1)은 강한 흡열반응이 때문에 에너지 소비가 크지만 강한 발열반응인 반응 (2)와 결합된 반응 (3)은 약한 발열반응이며 이러한 흡수 향상 수증기 개질반응은 반응기 내 온도조절이 용이하고 추가적인 에너지가 필요하지 않다. 또한 일반적인 수증기 메탄 개질반응보다 낮은 온도(약 450 ~ 800oC)에서 높은 수소 생산율을 얻을 수 있고 단일반응기로 수증기 메탄 개질반응과 수성가스 전환반응을 동시에 진행시킬 수 있는 장점이 있다. 산화칼슘과 같은 고온 이산화탄소 흡수제는 이산화 탄소를 흡수한 뒤에 이산화탄소를 방출하는 재생과정을 거쳐 재사용 된다. 이산화탄소 흡수와 재생을 연속적으로 반복하는 작업이 필요하기 때문에 연속적으로 제품을 생산하기 위하여 최소 두개 이상의 고정층 반응기가 필요하다. 그리고 이산화탄소 흡수반응과 재생은 고온(700 ~ 900oC)에서 이루어지기 때문에 반복적인 흡수/재생반응에 의한 흡수제 물성 악화로 CO2 흡수/탈거 반복횟수가 증가 할수록 흡수제의 성능이 저하되는 것이 일반적이다. 따라서 흡수 부화 수증기 개질공정을 상업화하기 위해서는 반복적인 흡수/재생 반응에서 이산화탄소 흡수 성능이 유지되는 흡수제를 개발하여야 한다. Reaction (1) has high energy consumption due to strong endothermic reaction, but reaction (3) combined with reaction (2), which is a strong exothermic reaction, is a weak exothermic reaction. No energy is needed. In addition, it is possible to obtain a high hydrogen production rate at a lower temperature (about 450 ~ 800 ° C) than the general steam methane reforming reaction, and has the advantage that the steam methane reforming and water gas conversion reaction can be carried out simultaneously in a single reactor. High-temperature carbon dioxide absorbers, such as calcium oxide, are reused after the carbon dioxide is absorbed and then regenerated to release carbon dioxide. At least two fixed-bed reactors are needed to continuously produce the product because of the need to continuously repeat the absorption and regeneration of carbon dioxide. And since carbon dioxide absorption reaction and regeneration is performed at high temperature (700 ~ 900 o C), the absorbent performance is generally lowered as the number of times of CO 2 absorption / removal increases due to deterioration of absorbent properties due to repeated absorption / regeneration reactions. . Therefore, in order to commercialize the absorption-enriched steam reforming process, it is necessary to develop an absorbent that maintains carbon dioxide absorption performance in repeated absorption / regeneration reactions.
일반적으로 고온 건식 이산화탄소 흡수제는 금속산화물의 형태를 가지고 있다. 이산화탄소가 산성가스이기 때문에, 알칼리토금속 산화물이 다른 금속산화물에 비하여 고온에서 이산화탄소를 흡수하는 능력이 뛰어나다고 알려져 있다. 이러한 금속산화물들은 금속의 종류에 따라 이산화탄소를 흡수하고 배출하는 온도범위가 다르다. 450oC 이상에서 이산화탄소를 흡수하는 알칼리토금속산화물은 산화칼슘(CaO)이 대표적이어서 고온 이산화탄소 흡수제의 연구에 칼슘을 포함하는 천연광물이 많이 사용되었다. 천연광물을 고온 이산화탄소 흡수제로 사용한 기술로는 석회석을 이용한 흡수 향상 수성가스 전환반응 (Han, C. and Harrison, D.P., Chem. Eng. Sci., 1994, 49, 5875), 수소생산을 위한 흡수 향상 개질반응 (Yi, K.B. and Harrison, D.P., Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 44, 6, 1665) 등 다수가 존재한다. In general, high temperature dry carbon dioxide absorbents are in the form of metal oxides. Since carbon dioxide is an acidic gas, alkaline earth metal oxides are known to have an excellent ability to absorb carbon dioxide at high temperatures compared to other metal oxides. These metal oxides have different temperature ranges for absorbing and emitting carbon dioxide depending on the type of metal. Alkaline earth metal oxides, which absorb carbon dioxide above 450 o C, are typical of calcium oxide (CaO), and natural minerals containing calcium have been used for the study of high temperature carbon dioxide absorbers. Natural minerals used as high-temperature carbon dioxide absorbents include absorption enhancement using limestone (Han, C. and Harrison, DP, Chem. Eng. Sci., 1994, 49, 5875), and absorption enhancement for hydrogen production. There are many reforming reactions (Yi, KB and Harrison, DP, Ind. Eng. Chem. Res., 2004, 44, 6, 1665).
그러나 천연광물의 경우, 반응의 반복횟수가 증가함에 따라 이산화탄소 흡수 용량이 급격하게 줄어들어 실제의 공정에는 적용하기 어려울 뿐 아니라, 소량의 황화합물이 광물 내에 존재하여 반응 시 개질촉매의 활성을 저하시키기 때문에 황화합물 제거를 위한 값비싼 전처리공정을 반드시 거쳐야한다. 이에 따라, 값싸고 성능이 우수한 합성 고온 이산화탄소 흡수제 개발 연구가 많이 진행되어 왔다. 합성 고온 이산화탄소 흡수제로는 리튬 지르코네이트(lithium zirconate), 리튬 오르토실리케이트(lithium orthosilicate), 인공 돌로마이트 등이 연구되었다. 팬(Fan) 등은 칼슘계 고온 이산화탄소 흡수제를 개발하여 2006년에 미국 내 특허를 출원하였다(US 2006/0093540 A1). 팬(Fan) 등은 산화칼슘을 제조하기 위하여 고체 수산화칼슘을 물에 용해시킨 다음에 이산화탄소를 주입시켜 탄산칼슘의 형태로 침전시키고 이를 다시 건조 소성하여 산화칼슘의 무게 대비 이산화탄소 흡수량을 70%까지 증가시켰다. 이 흡수제는 천연 산화칼슘에 비하여 월등히 뛰어난 성능을 보여주었지만 고온에서 반복되는 이산화탄소 흡수/재생반응에서 이산화탄소 흡수용량이 지속적으로 줄어들고 이를 막기 위하여 흡수시간을 증가시켜야 하는 단점이 있다. 현재까지 개발된 고온 이산화탄소 흡수제 중에서 흡수/재생반응의 반복횟수의 증가에 따른 흡수용량의 안정성이 확보된 고온 흡수제로는 칼슘알루미네이트를 첨가제로 사용하는 칼슘계 고온 이산화탄소 흡수제(Li, Z., et al., Energy & Fuel, 2005, 19, 1447)가 있다. 리(Li) 등이 제조한 고온 이산화탄소 흡수제는 최소 13회의 흡수와 재생의 반복횟수까지 안정한 흡수용량을 가지고 있었으며, 재생온도를 850oC까지 상승시켜도 흡수용량이 유지되는 성능을 보여주었다. 그러나 제조방법이 고상의 산화칼슘을 일부를 수화시키는 과정에서 입자의 팽창을 유도하여 분쇄시키고 이로 인해 형성된 입자내 틈 사이에 칼슘알루미네이트를 형성시키는 비교적 간단한 방법이기 때문에 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 불균일한 조성을 가지며, 산화칼슘의 활용도를 극대화시키는데에는 한계가 있다. However, in the case of natural minerals, the carbon dioxide absorption capacity decreases rapidly as the number of reactions increases, which makes it difficult to apply to the actual process. In addition, sulfur compounds exist because a small amount of sulfur compounds are present in the minerals, which lowers the activity of the reforming catalyst. Expensive pretreatment for removal must be followed. Accordingly, many studies have been conducted to develop synthetic high temperature carbon dioxide absorbent which is inexpensive and has excellent performance. Lithium zirconate, lithium orthosilicate and artificial dolomite have been studied as synthetic high temperature carbon dioxide absorbents. Fan et al. Developed a calcium-based high temperature carbon dioxide absorbent and applied for a US patent in 2006 (US 2006/0093540 A1). In order to manufacture calcium oxide, Fan and the like dissolved solid calcium hydroxide in water, and then injected carbon dioxide to precipitate it in the form of calcium carbonate, which was dried and calcined again to increase the amount of carbon dioxide absorbed to the weight of calcium oxide by 70%. . This absorbent showed superior performance compared to natural calcium oxide, but it has a disadvantage in that the absorption time of carbon dioxide is continuously decreased in the carbon dioxide absorption / regeneration reaction repeated at high temperature and the absorption time must be increased to prevent this. Among the high temperature carbon dioxide absorbents developed to date, the high temperature absorbent which has the stability of absorption capacity according to the increase in the number of repetition of the absorption / regeneration reaction is a calcium-based high temperature carbon dioxide absorber using calcium aluminate as an additive (Li, Z., et al., Energy & Fuel, 2005, 19, 1447). The high-temperature carbon dioxide absorber manufactured by Li et al. Had a stable absorption capacity of at least 13 times of absorption and regeneration, and showed that the absorption capacity was maintained even when the regeneration temperature was increased to 850 o C. However, because the manufacturing method is a relatively simple method of inducing the swelling of the particles in the process of hydrating a part of the solid calcium oxide and forming calcium aluminate between the resulting gaps in the calcium oxide and calcium aluminate Having a composition, there is a limit to maximizing the utilization of calcium oxide.
본 발명은 고온에서 이산화탄소 흡수와 흡수제의 재생반응을 반복함에 있어 높은 이산화탄소 흡수량을 보이면서도 여러 번 흡수와 재생을 반복하여도 CO2 흡수량 저하가 없는 고온 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides a high temperature carbon dioxide absorbent and a method for producing the same, which show a high carbon dioxide absorption in repeating the carbon dioxide absorption and the regeneration of the absorbent at a high temperature but do not reduce the CO 2 absorption even after repeated absorption and regeneration.
이산화탄소 흡수활성물질로서 산화칼슘 (CaO)을 사용하고, 반복적인 이산화탄소 흡수와 흡수제의 재생과정에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성과 이산화탄소의 확산경로를 확보하는 첨가제로서 칼슘알루미네이트 (Ca12Al14O33)를 사용하였다. 산화칼슘을 인공적으로 제조하는 과정에서 물에 용해될 수 있는 알루미나 전구체를 첨가하여 칼슘과 알루미나의 조성이 완벽하게 균일한 이산화탄소 고온 흡수제를 제조하였다.Calcium oxide (CaO) is used as a carbon dioxide absorbing active material, and calcium aluminate (Ca 12 Al 14 O 33 ) is used as an additive to secure the carbon dioxide absorption capacity and the carbon dioxide diffusion path during repeated carbon dioxide absorption and regeneration of the absorbent. Was used. In the process of artificially preparing calcium oxide, an alumina precursor that can be dissolved in water was added to prepare a carbon dioxide high temperature absorber having a perfectly uniform composition of calcium and alumina.
본 발명은 메탄, 에탄올, 그리고 나프타를 원료로 사용하는 수증기 개질반응, 또는 일산화탄소의 수성반응에서 반응과 동시에 이산화탄소를 흡수하여 수소의 생산을 높이는 공정에서 사용되는 고온 이산화탄소 흡수제의 제조 방법에 관한 것이다. 세부적으로는 이산화탄소의 흡수와 흡수제의 재생이 반복되는 공정에서 이산 화탄소 흡수 활성물질로서 산화칼슘을 사용하고, 흡수제의 소결을 방지하고 이산화탄소의 확산경로를 확보하는 첨가제로서 칼슘알루미네이트를 사용하는 흡수제의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 고온 이산화탄소 흡수제의 제조방법은 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 전구체를 물에 용해될 수 있는 물질로 선정함으로써 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 균일한 조성을 구현하고 이로 인해 반복적인 흡수/재생과정에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성을 확보할 뿐 아니라 활성물질인 산화칼슘의 활용도를 극대화시킬 수 있는 제조방법이다. The present invention relates to a method for producing a high temperature carbon dioxide absorbent used in a process for improving the production of hydrogen by absorbing carbon dioxide at the same time in a steam reforming reaction using methane, ethanol, and naphtha or an aqueous reaction of carbon monoxide. Specifically, in the process of repeating carbon dioxide absorption and regeneration of the absorbent, calcium oxide is used as the carbon dioxide absorbing active material, and calcium aluminate is used as an additive to prevent the sintering of the absorbent and to secure the diffusion path of carbon dioxide. It relates to a manufacturing method. The method for preparing a high temperature carbon dioxide absorbent of the present invention selects precursors of calcium oxide and calcium aluminate as a material that can be dissolved in water, thereby realizing a uniform composition of calcium oxide and calcium aluminate, and thus, in a repeated absorption / regeneration process. It is a manufacturing method that can secure the stability of carbon dioxide absorption capacity and maximize the utilization of calcium oxide as an active substance.
본 발명은 산화칼슘(CaO)과 칼슘알루미네이트(Ca12Al14O33)가 혼합된 형태의 고온 이산화탄소 흡수제의 제조방법에 관한 것이다. 세부적으로는 산화칼슘의 전구체로는 칼슘나이트레이트(Ca(NO3)2·H2O), 칼슘아세테이트 (CH3COO)2Ca), 칼슘클로라이드(CaCl2)와 같이 물에 용해될 수 있는 칼슘을 함유하는 화합물 또는 그것들의 수화물들을 사용하고, 칼슘알루미네이트의 전구체로는 산화칼슘의 전구체의 일부와 알루미늄나이트레이트(Al(NO3)3)와 같이 물에 용해될 수 있는 알루미늄을 함유하는 화합물 또는 그것들의 수화물이 사용하여 고온 이산화탄소 흡수제를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for preparing a high temperature carbon dioxide absorbent in the form of a mixture of calcium oxide (CaO) and calcium aluminate (Ca 12 Al 14 O 33 ). Specifically, the precursor of calcium oxide can be dissolved in water such as calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 H 2 O), calcium acetate (CH 3 COO) 2 Ca), calcium chloride (CaCl 2 ) Calcium-containing compounds or their hydrates are used, and as a precursor of calcium aluminate, containing a portion of the precursor of calcium oxide and aluminum which can be dissolved in water such as aluminum nitrate (Al (NO 3 ) 3 ). The compounds or their hydrates relate to methods of making hot carbon dioxide absorbents.
바람직하게는, 본 발명은 450oC에서 800oC의 온도범위에서 이산화탄소를 함유 하고 있는 혼합가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 고온 이산화탄소 흡수제를 제조하는 방법으로서, 산화칼슘의 전구체와 칼슘알루미네이트의 전구체를 증류수에 완전히 용해시키고, 분산제를 첨가한 뒤, 60 - 80oC의 온도범위에서 가열하면서 교반시키는 단계, 이렇게 얻어진 용액을 건조시켜 칼슘나이트레트와 알루미늄 나이트레이트의 혼합 분말을 얻은 후, 불활성 가스 혹은 공기 분위기에서 그리고 400 - 600oC에서 2 - 8시간 동안 1차 소성시켜 산화칼슘과 수산화칼슘, 그리고 산화알루미늄과 수산화알루미늄의 혼합물을 형성시키는 단계, 산화칼슘과 수산화칼슘, 그리고 산화알루미늄과 수산화알루미늄의 혼합물을 다시 분쇄되어 불활성 가스 혹은 공기분위기에서 그리고 600에서 1000oC의 온도범위에서 2시간 동안 2차 소성시켜 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 혼합물을 생성시키는 단계, 2차 소성단계에서 얻은 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 혼합물을 증류수에 분산시켜 수화시키고 수화된 시료를 건조시켜 400 - 600oC의 온도범위의 공기 혹은 불활성가스의 분위기에서 3차 소성시키는 단계, 및 3차 소성단계에서 얻은 생성물을 분쇄하여 600에서 1000oC의 온도범위의 공기 혹은 불활성가스의 분위기에서 4차 소성시키는 단계를 포함하여 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 혼합물인 고온이산화탄소 흡수제를 제조하는 방법을 제공하고 있다. Preferably, the present invention is a method for preparing a high temperature carbon dioxide absorbent that absorbs carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide in the temperature range of 450 ° C to 800 ° C, a precursor of calcium oxide and a precursor of calcium aluminate After completely dissolving in distilled water, adding a dispersing agent and stirring while heating at a temperature range of 60-80 o C, the solution thus obtained is dried to obtain a mixed powder of calcium nitrate and aluminum nitrate, and then inert gas or Primary firing in an air atmosphere and at 400-600 ° C. for 2-8 hours to form calcium oxide and calcium hydroxide, and a mixture of aluminum oxide and aluminum hydroxide, a mixture of calcium oxide and calcium hydroxide, and aluminum oxide and aluminum hydroxide Is crushed again to draw in an inert gas or air atmosphere. Comprising to 600 firing the second for 2 hours at a temperature of 1000 o C produce a mixture of calcium and calcium aluminate oxide, and hydrated and dispersed in distilled water, calcium and mixtures of calcium aluminate-oxide obtained in the second firing step Drying the hydrated sample in the third firing in an atmosphere of air or inert gas in the temperature range of 400-600 o C, and pulverizing the product obtained in the third firing step to air or in the temperature range of 600 to 1000 o C It provides a method for producing a high temperature carbon dioxide absorbent which is a mixture of calcium oxide and calcium aluminate, including the step of fourth firing in an atmosphere of inert gas.
본 발명은 또한 상기된 본 발명의 방법에 따라서 제조되어 450oC에서 800oC의 온도범위에서 이산화탄소를 함유하고 있는 혼합가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 고온 이산화탄소 흡수제로서, 70-95중량%의 산화칼슘 (CaO)과 5-30중량%의 칼슘알루미네이트 (Ca12Al14O33)의 균일 혼합물로 이루어진 고온 이산화탄소 흡수제를 제공한다. The present invention is also a high temperature carbon dioxide absorbent prepared according to the method of the present invention described above, which absorbs carbon dioxide from a mixed gas containing carbon dioxide in the temperature range of 450 ° C. to 800 ° C., with 70-95% by weight of calcium oxide. It provides a high temperature carbon dioxide absorbent consisting of a homogeneous mixture of (CaO) and 5-30% by weight of calcium aluminate (Ca 12 Al 14 O 33 ).
본 발명에서 사용되는 산화칼슘의 전구체는 물에 용해될 수 있는 칼슘아세테이트, 칼슘나이트레이트, 칼슘클로라이드 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 칼슘화합물 또는 그들의 수화물이다. The precursor of calcium oxide used in the present invention is a calcium compound or a hydrate thereof selected from the group consisting of calcium acetate, calcium nitrate, calcium chloride and mixtures thereof that can be dissolved in water.
본 발명에서 사용되는 칼슘알루미네이트의 전구체는 칼슘아세테이트, 칼슘나이트레이트, 칼슘클로라이드 및 그들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 칼슘화합물과, 물에 용해될 수 있는 알루미늄나이트레이트, 알루미늄하이드록시클로라이드, 알루미늄아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택된 알루미늄 화합물 또는 그들의 수화물의 혼합물이다. The precursor of calcium aluminate used in the present invention is a calcium compound selected from the group consisting of calcium acetate, calcium nitrate, calcium chloride and mixtures thereof, and aluminum nitrate, aluminum hydroxy chloride, aluminum acetate which can be dissolved in water. Aluminum compounds selected from the group consisting of or mixtures of hydrates thereof.
본 발명의 고온 이산화탄소 흡수제의 구체적인 제조 과정은 다음과 같다. Specific manufacturing process of the high temperature carbon dioxide absorbent of the present invention is as follows.
먼저 산화칼슘의 전구체와 칼슘알루미네이트의 전구체를 증류수에 완전히 용해시키고, 이소프로필알콜(iso-propyl alcohol; IPA)과 같은 분산제를 첨가한 뒤, 60 - 80oC의 온도범위에서 바람직하게는 75oC에서 가열하면서 1 - 5시간, 바람직하게는 2시간동안 교반시킨다. 이렇게 얻어진 용액을 스프레이 드라이어나 건조오븐을 사용하여 건조시켜 분말을 얻어낸다. 건조된 시료는 칼슘나이트레트와 알루미늄 나이트레이트가 매우 균일하게 혼합된 형태로 얻어진다. 얻어진 분말은 분쇄된 후 나이트레이트를 분해 제거하기 위하여 불활성 가스 혹은 공기 분위기에서 그리고 400 - 600oC에서, 바람직하게는 500oC에서 2 - 8시간 동안 소성된 후 냉각된다. 이런 소성과정을 거쳐 칼슘나이트레이트와 알루미늄나이트레이트는 산화칼슘과 수산화칼슘, 그리고 산화알루미늄과 수산화알루미늄의 혼합물로 존재하게 된다. 소성된 시료는 다시 분쇄되어 불활성 가스 혹은 공기분위기에서 그리고 600에서 1000oC의 온도범위, 바람직하게는 900oC에서 2시간 동안 소성된 후 냉각된다. 고온의 소성과정을 거치면서 시료는 양론비에 따라 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 혼합물로 얻어진다. 이렇게 얻어진 시료들은 완전한 액상에서 건조과정을 거쳐 소성되었기 때문에 입자들이 압착되어 있는 상태이다. 기상의 원활한 물질전달을 위해서 시료의 밀도를 낮추는 작업이 필요하기 때문에 얻어진 시료를 다시 증류수에 분산시키고 75oC에서 1-5시간, 바람직하게는 2시간 동안 교반시킨다. 이러한 수화과정에서 산화칼슘은 다시 수산화칼슘으로 변환되면서 압착된 입자들의 간격을 증가시키게 된다. 수화된 시료는 스프레이드라이어나 건조오븐을 사용하여 건조된 분말을 얻고 400 - 600oC의 온도범위, 바람직하게는 500oC의 공기 혹은 불활성가스의 분위기에서 소성되고 냉각되어 분쇄한다. 분쇄된 분말은 다시 600에서 1000oC의 온도범위, 바람직하게는 900oC의 공기 혹은 불활성가스의 분위기에서 소성되고 냉각된다. 이렇게 얻어진 고온이산화탄소 흡수제는 분쇄와 성형과정을 거쳐 고온의 이산화탄소 흡수에 사 용된다. First, the precursor of calcium oxide and the precursor of calcium aluminate are completely dissolved in distilled water, and a dispersing agent such as isopropyl alcohol (IPA) is added, and then preferably in a temperature range of 60 to 80 ° C. o Stir for 1-5 hours, preferably 2 hours while heating at C. The solution thus obtained is dried using a spray dryer or a drying oven to obtain a powder. The dried sample is obtained in a very uniform mixture of calcium nitrate and aluminum nitrate. The powder obtained is calcined and then calcined in an inert gas or air atmosphere and at 400-600 ° C., preferably at 500 ° C. for 2-8 hours to decompose and remove the nitrate and then cooled. Through this firing process, calcium nitrate and aluminum nitrate are present as a mixture of calcium oxide and calcium hydroxide, and aluminum oxide and aluminum hydroxide. The calcined sample is again milled and calcined in an inert gas or air atmosphere and for 2 hours at a temperature range of 600 to 1000 o C, preferably 900 o C and then cooled. During the firing process at high temperature, the sample is obtained as a mixture of calcium oxide and calcium aluminate according to the stoichiometric ratio. The samples thus obtained were sintered in a complete liquid phase and then calcined. In order to smoothly transfer the gas phase, it is necessary to lower the density of the sample, so that the obtained sample is dispersed again in distilled water and stirred at 75 ° C. for 1-5 hours, preferably 2 hours. During this hydration, the calcium oxide is converted back to calcium hydroxide, increasing the spacing of the compressed particles. The hydrated sample is obtained by using a spray dryer or a drying oven to obtain dried powder, which is calcined, cooled and pulverized in an air or inert gas atmosphere at a temperature in the range of 400-600 o C, preferably 500 o C. The pulverized powder is again calcined and cooled in an atmosphere of air or inert gas at a temperature range of 600 to 1000 ° C., preferably 900 ° C. The high temperature carbon dioxide absorbent thus obtained is used to absorb high temperature carbon dioxide through grinding and molding.
이하 본 발명을 실시예로 예를 들어 설명하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것이 아니다. Hereinafter, the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example
비교 compare 실시예Example 1 One
시료명: HTA1Sample Name: HTA1
1. 산화칼슘(Aldrich) 20g을 이소프로필알콜 100ml와 600ml의 증류수에 넣고 1리터 부피 비이커에서 교반하였다.1. 20 g of calcium oxide (Aldrich) was added to 100 ml of isopropyl alcohol and 600 ml of distilled water and stirred in a 1 liter volume beaker.
2. 혼합물을 75oC로 가열하고 1시간동안 교반시켰다. 2. The mixture was heated to 75 ° C. and stirred for 1 hour.
3. 상기 과정 2에서 교반된 용액을 건조오븐에 넣고 120oC에서 20시간 동안 방치하였다. 3. The solution stirred in
4. 상기 과정 3에서 얻은 건조된 분말을 수거하여 이를 다시 가열로에 넣고 1시간 30분 동안 500oC로 승온시키고 공기분위기에서 3시간 동안 소성시켰다. 4. The dried powder obtained in step 3 was collected, put back into a heating furnace, heated to 500 ° C. for 1
5. 소성된 시료를 서냉시키고 이를 분쇄하여 다시 가열로에 넣고 2시간 동안 900oC로 승온시키고 공기분위기에서 2시간 동안 소성시켜 시료 HTA1을 생성시켰다. 5. The calcined sample was slowly cooled, pulverized and put back into a heating furnace, heated to 900 ° C. for 2 hours, and calcined for 2 hours in an air atmosphere to generate sample HTA1.
· 열중량분석기를 이용한 이산화탄소 흡수/재생에 따른 이산화탄소 흡수비 측정 Measurement of carbon dioxide absorption ratio by carbon dioxide absorption / regeneration using thermogravimetric analyzer
열중량분석기(TA Instruments, Q50)에 제조된 고온 이산화탄소 흡수제 50mg을 넣고 헬륨을 100 ml/min로 흘리면서 상온에서 700oC까지 1시간 10분 동안 승온시킨 후, 등온으로 유지하였다. 등온에서 헬륨과 이산화탄소를 각각 30 ml/min와 70 ml/min으로 흘리면서 60분 동안 이산화탄소를 흡수시키고, 30분 동안 헬륨을 100ml/min으로 흘리면서 흡수제를 재생시켰다. 가스의 조성이 바뀔 때 마다 시간에 따른 시료의 무게변화를 기록한다. 무게변화는 도 1에 나타낸 바와 같이 시료의 이산화탄소 흡수비(Absorption ratio, 1g의 흡수제에 흡수된 이산화탄소의 몰수/1g의 흡수제에 포함된 산화칼슘의 몰수 × 100)로 변환되어 기록되었다. 본 시료는 순수한 산화칼슘을 단순히 수화 처리하여 기공을 확장한 것으로서, 초기 흡수/재생 사이클에서는 70%의 이산화탄소 흡수비를 나타내며 높은 산화칼슘의 활용도를 보이지만 사이클 수가 증가하면서 흡수비가 급격히 감소하는 것을 보여주었다. 이는 흡수/재생 사이클 수가 증가하면서 작은 입자들이 소결되어 큰 입자를 구성하면서 이산화탄소의 확산경로가 줄어들기 때문에 생기는 현상이다. 50 mg of a high temperature carbon dioxide absorbent prepared in a thermogravimetric analyzer (TA Instruments, Q50) was added and heated to 100 ° C. for 1 hour and 10 minutes while flowing helium at 100 ml / min, and then maintained at isothermal. At isothermal, helium and carbon dioxide were absorbed for 60 minutes while flowing 30 ml / min and 70 ml / min, respectively, and the absorbent was regenerated while flowing helium at 100 ml / min for 30 minutes. Whenever the composition of the gas changes, record the weight change of the sample over time. The weight change was recorded by converting the sample into an Absorption ratio of the sample (moles of calcium oxide contained in the number of moles of carbon dioxide absorbed in 1 g of the absorbent / 1 g of the absorbent × 100). This sample shows the expansion of pores by simply hydrating pure calcium oxide, which shows 70% carbon dioxide absorption in the initial absorption / regeneration cycle and shows high utilization of calcium oxide, but shows a rapid decrease in the absorption ratio as the number of cycles increases. . This is caused by the decrease in the diffusion path of carbon dioxide as small particles are sintered to form larger particles as the number of absorption / regeneration cycles increases.
비교 compare 실시예Example 2 2
시료명: HTA2 Sample Name: HTA2
1. 고상 분말형태의 산화칼슘 (CaO) 4.4g과 알루미늄 하이드록시 클로라이드 (Al2(OH)5Cl·2H2O) 1.5g을 이소프로필알콜 100ml와 600ml의 증류수에 넣고 1리터 부피 비이커에서 교반하였다.1.4.4 g of solid oxide powder (CaO) and 1.5 g of aluminum hydroxy chloride (Al 2 (OH) 5 Cl.2H 2 O) are added to 100 ml of isopropyl alcohol and 600 ml of distilled water and stirred in a 1 liter volume beaker. It was.
2. 혼합물을 75oC로 가열하고 1시간 동안 교반시켰다. 2. The mixture was heated to 75 ° C. and stirred for 1 hour.
3. 상기 과정 2에서 교반된 용액을 건조오븐에 넣고 120oC에서 20시간 동안 방치하였다. 3. The solution stirred in
4. 상기 과정 3에서 얻은 건조된 분말을 수거하여 이를 다시 가열로에 넣고 1시간 30분 동안 500oC로 승온시키고 공기분위기에서 3시간 동안 소성시켰다. 4. The dried powder obtained in step 3 was collected, put back into a heating furnace, heated to 500 ° C. for 1
5. 소성된 시료를 서냉시키고 이를 분쇄하여 다시 가열로에 넣고 2시간 동안 900oC로 승온시키고 공기분위기에서 2시간 동안 소성시켜 시료 HTA2를 생성시켰다.5. The calcined sample was slowly cooled, pulverized, put back into a heating furnace, heated to 900 ° C. for 2 hours, and calcined for 2 hours in an air atmosphere to generate sample HTA2.
· 열중량분석기를 이용한 이산화탄소 흡수/재생에 따른 이산화탄소 흡수비 측정Measurement of carbon dioxide absorption ratio by carbon dioxide absorption / regeneration using thermogravimetric analyzer
비교 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. 본 시료는 비교 실시예 1에 나타낸 HTA 1의 결과와는 달리 50회 이상의 흡수와 재생이 반복되는 동안 흡수비의 감소가 전혀 나타나지 않았다. 흡수/재생의 사이클 초기에는 60%정도의 흡수비에서 출발하여 5번째 사이클에는 65%의 흡수비를 보여주고 있다. 또한 흡수/재생의 사이클수가 더 증가하면서 흡수비는 62%에서 안정화되었다. 62%의 흡수비는 흡수제 1g당 흡수될 수 있는 이산화탄소의 무게로 환산하면 0.37g에 해당한다. The experiment was conducted under the same conditions as in Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 2. Unlike the results of HTA 1 shown in Comparative Example 1, the sample showed no decrease in absorption ratio during 50 or more absorption and regeneration cycles. At the beginning of the absorption / regeneration cycle, the absorption ratio starts at about 60% and the 65th cycle is shown at the fifth cycle. In addition, the absorption ratio stabilized at 62% as the cycle number of absorption / regeneration was further increased. The absorption ratio of 62% corresponds to 0.37 g in terms of the weight of carbon dioxide that can be absorbed per gram of absorbent.
실시예Example 1 One
시료명: HTA3Sample name: HTA3
1. 칼슘나이트레이트 하이드레이트 (Ca(NO3)2·4H2O) 20g과 알루미늄 하이드록시 클로라이드 (Al2(OH)5Cl·2H2O) 1.5g을 이소프로필알콜 100 ml와 600 ml의 증류수에 넣고 1리터 부피 비이커에서 교반하여 혼합물을 생성시켰다.1. Calcium nitrate hydrate (Ca (NO 3) 2 · 4H 2 O) 20g and the aluminum hydroxy chloride (Al 2 (OH) 5 Cl · 2H 2 O) 1.5g of distilled water and isopropyl alcohol, 100 ml and 600 ml Into and stirred in a 1 liter volume beaker to produce a mixture.
2. 혼합물을 75oC로 가열하고 1시간 동안 교반시켰다. 2. The mixture was heated to 75 ° C. and stirred for 1 hour.
3. 상기 과정 2에서 교반된 용액을 건조오븐에 넣고 120oC에서 20시간 동안 방치하였다. 3. The solution stirred in
4. 상기 과정 3에서 얻은 건조된 분말을 수거하여 이를 다시 가열로에 넣고 1시간 30분 동안 500oC로 승온시키고 공기분위기에서 3시간 동안 소성시켰다. 4. The dried powder obtained in step 3 was collected, put back into a heating furnace, heated to 500 ° C. for 1
5. 소성된 시료를 서냉시키고 이를 분쇄하여 다시 가열로에 넣고 2시간 동안 900oC로 승온시키고 공기분위기에서 2시간 동안 소성시켰다.5. The calcined sample was slowly cooled, pulverized and put back into a heating furnace, heated to 900 ° C. for 2 hours, and calcined for 2 hours in an air atmosphere.
6. 상기 과정 5에서 소성된 시료를 이소프로필알콜 100ml와 600ml의 증류수에 넣고 1L 부피 비이커에서 교반하여 혼합물을 생성시켰다. 6. The sample calcined in step 5 was added to 100 ml of isopropyl alcohol and 600 ml of distilled water and stirred in a 1 L volume beaker to form a mixture.
7. 상기 과정 2에서 과정 5까지의 과정을 반복하여 시료 HTA3을 생성시켰다. 7.
· 열중량분석기를 이용한 이산화탄소 흡수/재생에 따른 이산화탄소 흡수비 측정Measurement of carbon dioxide absorption ratio by carbon dioxide absorption / regeneration using thermogravimetric analyzer
비교 실시예 1과 동일한 조건으로 실험을 실시하였으며 그 결과를 도 3에 나타내었다. 본 시료는 비교 실시예 2에 나타낸 HTA 2의 결과와 매우 유사한 결과를 보여주었다. 그러나 최대 이산화탄소 흡수비가 HTA 2의 경우에는 65%인 반면 HTA3의 경우에는 82.6%까지 증가하였으며, 사이클 수 증가에 따라 이산화탄소 흡수비가 안정화 된 이후에도 79.1%로서 비교 실시예 2의 HTA2를 사용하여 얻은 결과에 비하여 월등히 향상된 성능을 보여주었다. The experiment was conducted under the same conditions as in Comparative Example 1, and the results are shown in FIG. 3. This sample showed very similar results to that of
산화칼슘이 흡수/재생을 반복하는 동안 칼슘알루미네이트는 산화칼슘의 소결을 방지하고 이산화탄소의 확산경로를 확보하는데 기여한다. 비교 실시예 2에서 보여진 바와 같이 산화칼슘을 수화하여 수산화칼슘으로 변환시키는 과정에서 생긴 매우 작은 입자들의 틈 사이에 칼슘알루미네이트를 형성시키면 반복적인 흡수/재생에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성을 확보할 수 있다. Calcium aluminate prevents the sintering of calcium oxide and contributes to securing the diffusion path of carbon dioxide while calcium oxide repeats absorption / regeneration. As shown in Comparative Example 2, the formation of calcium aluminate between the gaps of very small particles generated in the process of hydrating calcium oxide to calcium hydroxide ensures the stability of the carbon dioxide absorption capacity in repeated absorption / regeneration.
제조방법에 따른 생성물의 구조를 비교하기 위하여 HTA2와 HTA3의 X-선 회절 분석 결과를 도 4에 나타내었다. HTA2와 HTA3의 회절도 모두에서 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 피크들이 나타났다. 그러나 HTA2에서 나타난 칼슘알루미네이트의 피크들은 HTA3에서 나타난 피크들에 비하여 회절강도가 크게 나타나 HTA3에 포함된 칼슘알루미네이트가 매우 작고 균일하게 분산되어 있는 것이 확인되었다. 또한 HTA2와 HTA3에 포함된 산화칼슘의 피크들은 서로 강도의 순서가 다르다. 즉 HTA2에 나타난 산화칼슘 피크에서는 37.4o에서 가장 큰 피크가 나타나 순수한 산화칼슘과 같은 구조를 가지지만 HTA3는 29.8o에서 가장 큰 피크가 나타나 산화칼슘의 결정 구조가 변형되었음을 알 수 있다. 이러한 구조적인 변화는 액상에서 전구체들이 매우 균일한 상태에서 혼합된 뒤 형성되는 칼슘알루미네이트와 산화칼슘이 동시에 형성되는 과정에서 산화칼슘 결정형성에 칼슘알루미네이트가 영향을 준 것으로 판단된다. X-ray diffraction analysis results of HTA2 and HTA3 are shown in FIG. 4 to compare the structure of the products according to the preparation method. Peaks of calcium oxide and calcium aluminate were observed in both diffractograms of HTA2 and HTA3. However, the peaks of calcium aluminate exhibited in HTA2 were significantly higher than those in HTA3, indicating that the calcium aluminate contained in HTA3 was very small and uniformly dispersed. In addition, the peaks of calcium oxide contained in HTA2 and HTA3 are in different order of intensity. In other words, the peak of the calcium oxide shown in HTA2 was the largest peak at 37.4 o and had the same structure as the pure calcium oxide, but HTA3 showed the largest peak at 29.8 o , indicating that the crystal structure of calcium oxide was modified. This structural change is believed to have influenced calcium alumina crystal formation in the process of simultaneously forming calcium aluminate and calcium oxide formed after mixing in a very uniform state in the liquid phase.
실시예 1과 같이 액상에서 제조를 시작하여 산화칼슘과 칼슘알루미네이트의 균일한 혼합을 유도한 뒤, 수화시키는 과정을 반복하여 이산화탄소의 확산경로를 확보하면 흡수/재생의 반복적인 사이클에서 이산화탄소 흡수용량의 안정성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 이산화탄소 흡수비도 25% 이상 증가시킬 수 있다.Starting in the liquid phase as in Example 1 to induce uniform mixing of calcium oxide and calcium aluminate, and then repeat the hydration process to secure the diffusion path of carbon dioxide absorbed carbon dioxide in the repeated cycle of absorption / regeneration In addition to ensuring the stability of the carbon dioxide absorption ratio can be increased by more than 25%.
도 1은 산화칼슘을 수화시키고 열처리하여 얻은 시료(HTA1)를 사용하여 반복적인 이산화탄소 흡수/재생을 열중량분석기에서 수행하여 얻은 결과를 나타내고 있다. Figure 1 shows the results obtained by performing repeated carbon dioxide absorption / regeneration in a thermogravimetric analyzer using a sample (HTA1) obtained by hydrating and heat treatment of calcium oxide.
도 2는 산화칼슘을 수화시키면서 알루미나 전구체를 첨가하고 건조, 열처리하여 얻은 시료(HTA2)를 사용하여 반복적인 이산화탄소 흡수/재생을 열중량분석기에서 수행하여 얻은 결과를 나타내고 있다. Figure 2 shows the results obtained by performing a repeated carbon dioxide absorption / regeneration in a thermogravimetric analyzer using a sample (HTA2) obtained by adding an alumina precursor while hydrating calcium oxide, dried, heat treatment.
도 3은 칼슘전구체와 알루미나 전구체를 동시에 용해, 건조, 그리고 열처리하여 얻은 시료를 다시 수화, 건조, 그리고 열처리하여 얻은 시료(HTA3)를 사용하여 반복적인 이산화탄소 흡수/재생을 열중량분석기에서 수행하여 얻은 결과를 나타내고 있다. Figure 3 is obtained by repeatedly performing carbon dioxide absorption / regeneration in a thermogravimetric analyzer using a sample obtained by dissolving, drying, and heat-treating the calcium precursor and the alumina precursor simultaneously (HTA3). The results are shown.
도 4는 HTA2 및 HTA3의 X-선 회절도를 나타낸 것이다. 4 shows the X-ray diffraction diagrams of HTA2 and HTA3.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070113376A KR100899306B1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070113376A KR100899306B1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090047288A true KR20090047288A (en) | 2009-05-12 |
KR100899306B1 KR100899306B1 (en) | 2009-05-26 |
Family
ID=40856799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020070113376A KR100899306B1 (en) | 2007-11-07 | 2007-11-07 | Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100899306B1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150028963A (en) * | 2012-07-11 | 2015-03-17 | 사에스 게터스 에스.페.아. | Carbon dioxide composite getter |
CN114558543A (en) * | 2021-10-13 | 2022-05-31 | 四川益能康生环保科技有限公司 | Absorbent for capturing carbon dioxide in flue gas, preparation method and application method thereof |
CN114768755A (en) * | 2022-03-01 | 2022-07-22 | 青岛科技大学 | Regenerated flue gas dechlorinating agent and preparation method thereof |
CN114797752A (en) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | Carbon dioxide adsorbent and preparation method thereof |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100342696B1 (en) * | 1999-08-14 | 2002-07-04 | 정종현 | Ca-based absorbent for acid gas treatment and method for preparing the same |
KR100348859B1 (en) * | 2000-04-14 | 2002-08-17 | 김정섭 | Carbon dioxide and moisture absorbable polymer powder, manufacturing method thereof and high absorbing good make use of them |
KR20060079588A (en) * | 2005-01-03 | 2006-07-06 | 한국전력공사 | Dry regenerable sorbent for carbon oxide capture and method for manufacturing thereof |
JP5144016B2 (en) | 2006-02-24 | 2013-02-13 | 三菱重工メカトロシステムズ株式会社 | Method for producing acid gas absorbent |
-
2007
- 2007-11-07 KR KR1020070113376A patent/KR100899306B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20150028963A (en) * | 2012-07-11 | 2015-03-17 | 사에스 게터스 에스.페.아. | Carbon dioxide composite getter |
CN114558543A (en) * | 2021-10-13 | 2022-05-31 | 四川益能康生环保科技有限公司 | Absorbent for capturing carbon dioxide in flue gas, preparation method and application method thereof |
CN114768755A (en) * | 2022-03-01 | 2022-07-22 | 青岛科技大学 | Regenerated flue gas dechlorinating agent and preparation method thereof |
CN114797752A (en) * | 2022-03-30 | 2022-07-29 | 电子科技大学长三角研究院(湖州) | Carbon dioxide adsorbent and preparation method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR100899306B1 (en) | 2009-05-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hu et al. | CO2 capture by Li4SiO4 sorbents and their applications: Current developments and new trends | |
Wang et al. | A review of CO2 sorbents for promoting hydrogen production in the sorption-enhanced steam reforming process | |
Dou et al. | Solid sorbents for in-situ CO2 removal during sorption-enhanced steam reforming process: A review | |
Bhosale et al. | Nanostructured co-precipitated Ce0. 9Ln0. 1O2 (Ln= La, Pr, Sm, Nd, Gd, Tb, Dy, or Er) for thermochemical conversion of CO2 | |
Akbari-Emadabadi et al. | Production of hydrogen-rich syngas using Zr modified Ca-Co bifunctional catalyst-sorbent in chemical looping steam methane reforming | |
Ji et al. | Recent advances on kinetics of carbon dioxide capture using solid sorbents at elevated temperatures | |
Shkatulov et al. | Adapting the MgO-CO2 working pair for thermochemical energy storage by doping with salts | |
Park et al. | Effects of preparation method on cyclic stability and CO2 absorption capacity of synthetic CaO–MgO absorbent for sorption-enhanced hydrogen production | |
JP5421770B2 (en) | Catalyst precursor material and catalyst using the same | |
Yan et al. | CO 2 capture by a novel CaO/MgO sorbent fabricated from industrial waste and dolomite under calcium looping conditions | |
KR20180127145A (en) | A Reduced Carbon Poisoning Perovskite Catalyst Impregnated with Metal Ion, Preparation Method Thereof and Methane Reforming Method Threrewith | |
Long et al. | One-step fabricated Zr-supported, CaO-based pellets via graphite-moulding method for regenerable CO2 capture | |
NO20092579A1 (en) | Particles, heterogeneous, solid CO2 absorbent mixture, process for its preparation and process for separating CO2 from process gases using the mixture | |
Iliuta | CO2 sorbents for sorption-enhanced steam reforming | |
Yin et al. | Enhanced CO2 chemisorption properties of Li4SO4, using a water hydration–calcination technique | |
KR20140087264A (en) | Mesoporous Ni-X-Al2O3 xerogel catalyst, preparation method thereof, and method for preparing methane using said catalyst | |
Liu et al. | Modification of CaO-based sorbents prepared from calcium acetate for CO2 capture at high temperature | |
CN102836718A (en) | Mesoporous hexaaluminate nickel supported methanation catalyst and preparation method thereof | |
Wang et al. | Study on CO2 sorption performance and sorption kinetics of Ce-and Zr-doped CaO-based sorbents | |
Li et al. | Facile, time-saving cigarette butt-assisted combustion synthesis of modified CaO-based sorbents for high-temperature CO2 capture | |
KR100899306B1 (en) | Calcium based high temperature carbon dioxide absorbent | |
Jing et al. | Self-activation of CaO/Ca3Al2O6 sorbents by thermally pretreated in CO2 atmosphere | |
CN103785347A (en) | Composite oxide adsorbent for adsorption of medium/high temperature CO2 | |
Molina-Ramírez et al. | CO2-SR Cyclic Technology: CO2 Storage and in situ Regeneration with CH4 over a new dual function NiBa unsupported catalyst | |
Tian et al. | Designing calcium-looping composites based on lattice energy and phase combination/separation for thermochemical energy storage |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130521 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140516 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150518 Year of fee payment: 7 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |