KR20110063815A - 가스 스트림으로부터의 ｃｏ2 제거를 위한 신규한 고체 재료 및 방법 - Google Patents

가스 스트림으로부터의 ｃｏ2 제거를 위한 신규한 고체 재료 및 방법 Download PDF

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Abstract

연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 시스템(10)은 처리 가스가 통과 전송되는 적어도 하나의 흡착 용기(12, 14)를 포함한다. 흡착 용기(12, 14)는 흡착제 재료(50)를 구비하며, 이 흡착제 재료는 흡착제 재료(50)를 통해 전송되는 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동한다. 흡착제 재료(50)는 적어도 하나의 아민과, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매와, 적어도 하나의 촉매 및 적어도 하나의 아민을 지지하는 적어도 하나의 다공성 재료를 포함한다.

Description

가스 스트림으로부터의 ＣＯ2 제거를 위한 신규한 고체 재료 및 방법 {NOVEL SOLID MATERIALS AND METHOD FOR CO2 REMOVAL FROM GAS STREAM}
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 본 명세서에 그 전문이 참조로 통합되어 있는 2008년 9월 5일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/094,437호의 이득을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 처리 가스가 통과 전송되는 적어도 하나의 흡착 용기를 포함하고, 상기 흡착 용기는 흡착제 재료를 통해 전송되는 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동하는 흡착제 재료를 구비한다.
본 발명은 또한 흡착제 재료의 형성 방법 및 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 관한 것이다.
발전소 같은 연소 플랜트 내의 석탄, 오일, 토탄, 폐기물 등 같은 연료의 연소시, 고온 처리 가스가 생성되며, 이런 처리 가스는 여러 성분들 중에 수증기, 질소 및 이산화탄소(CO2)를 포함한다.
대기로의 이산화탄소의 방출과 연계한 증가하는 환경적 문제들의 견지에서, 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 다수의 시스템들이 제안되어 왔다. 한 가지 이러한 시스템은 US 6,755,892호에 개시되어 있다. US 6,755,892호의 시스템은 두 개의 병렬 흡착제 베드(bed)들을 포함하고, 이들 각각은 흡착제를 구비한다. 이산화탄소는 저온에서 이 베드들 중 하나에서 포획되고, 다른 베드는 고온에서 재생되어 이산화탄소를 방출하게 되며, 후속하여, 이 이산화탄소는 이산화탄소 저장 설비로 전송되게 된다. 그러나, 흡착제 베드들에서의 높은 압력 강하 및 열악한 CO2 제거 효율은 예로서, 처리 가스 내의 높은 CO2 농도와 높은 가스 유량이 존재하는 석탄 연소 발전소들 같은 발전소들에서의 것들 같은 높은 가스 유량들의 용례들에서 US 6,755,892호의 시스템이 덜 효율적이 되게 한다.
본 발명의 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터의 효율적 이산화탄소 제거를 위한 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 시스템에 의해 달성되며, 상기 시스템은 처리 가스가 통과 전송되는 적어도 하나의 흡착 용기를 포함하며, 상기 흡착 용기는 흡착제 재료를 통해 전송되는 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동하는 흡착제 재료를 구비하고, 상기 흡착제 재료는 적어도 하나의 아민, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매 및 적어도 하나의 아민과 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 지지하는 적어도 하나의 다공성 재료를 포함한다.
본 시스템의 장점은 이산화탄소의 제거가 매우 효율적이 된다는 것, 즉, 비교적 작은 체적의 흡착제 재료가 짧은 시간 기간에 다량의 이산화탄소를 흡착할 수 있다는 것이다. 요구되는 작은 체적의 흡착제 재료는 종래 기술의 시스템들의 투자 비용에 비해, 이산화탄소 제거를 위한 시스템의 투자 비용을 감소시킬 뿐만 아니라, 흡착 용기를 통과하는 처리 가스가 받는 압력 강하를 감소시킨다. 감소된 압력 강하는 흡착 용기를 통한 처리 가스의 견인에 필요한 팬 출력의 감소에 기인하여 작동 비용을 감소시킨다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 유기 금속 복합체 촉매들, 무기 금속 복합체 촉매들, 금속 산화물들 및 금속 할로겐 화합물들을 포함하는 촉매 그룹으로부터 선택된 촉매를 포함한다. 이들 촉매 유형들은 아민들 상에서의 이산화탄소들의 흡착 및 탈착을 향상시키는데 효율적인 것으로 판명되어 있다. 일 양호한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 유기 전기 금속 복합체 촉매들 및 무기 전기 금속 복합체 촉매들을 포함하는 촉매들의 그룹으로부터 선택된 촉매를 포함한다. 이런 촉매들은 아민들 상에서의 이산화탄소의 흡착 및 탈착을 촉진하는데 매우 효과적인 것으로 판명되어 있다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민은 2차 아민을 포함한다. 다른 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민은 적어도 하나의 수산 기를 갖는 아민을 포함한다. 일 양호한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민은 적어도 2개의 수산 기들을 갖는 2차 아민을 포함한다. 이들 유형들의 아민들은 이런 흡착 및 탈착이 이산화탄소 활성화 촉매에 의해 촉진되어 이산화탄소가 아민 상에 흡착 또는 아민으로부터 탈착되기 더욱 쉬워지게 될 때 이산화탄소의 흡착 및 탈착에 특히 효율적인 것으로 판명되었다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 지지하는 다공성 재료는 적어도 50 m2/g의 비 BET 면적을 갖는다. 이런 다공성 재료는 이산화탄소를 아민 및 촉매와 접촉시키는데 효율의 측면에서 매우 효과적인 것으로 판명되었다. 일 양호한 실시예에 따라서, 적어도 하나의 다공성 재료는 100 내지 1000 m2/g의 비 BET 면적을 갖는다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 또한 적어도 하나의 아민을 지지하는 다공성 재료로서 작용한다. 이러한 실시예의 장점은 촉매가 그 촉매 활성도에 추가로 그 위에 아민이 지지될 수 있는 높은 BET 면적을 갖는 다공성 재료로서 기능하기 때문에 더 소수의 구성요소들이 필요하다는 것이다. 다공성 재료로서도 기능하는 이런 촉매들의 예들은 MgO 및 알칼리 변형 제올라이트들 및 점토들을 포함한다.
일 실시예에 따라서, 촉매 및 아민을 지지하는 다공성 재료는 기판 상에 흡착제 층으로서 제공된다. 이러한 실시예의 장점은 기판에 적용된 흡착제 층이 압력 강하를 증가시키지 않고 처리 가스와의 효율적 접촉을 제공한다는 것이다. 따라서, 다공성 재료는 미세-척도 레벨(micro-scale level)에서 처리 가스와, 아민과, 촉매 사이에 효율적 접촉을 제공하고, 지지부는 대-척도 레벨(macro-scale level)에서 흡착제 재료를 통한 처리 가스의 효율적 수송을 제공한다.
일 실시예에 따라서, 기판은 처리 가스의 유동의 적어도 한 부분을 수용하도록 작동하는 적어도 하나의 채널의 적어도 일부를 형성한다. 이러한 실시예의 장점은 연도 가스가 촉매 및 아민과 양호한 접촉 하에서 상기 채널을 통해 전송될 수 있으며, 여전히, 낮은 압력 강하를 초래하고, 이는 또한 발전소의 큰 처리 가스 유량들의 경우에 낮은 작동 비용들을 제공한다는 것이다.
일 실시예에 따라서, 기판은 단체형(monolithic) 유닛을 형성한다. 단체형 유닛들은 단체형 유닛들 내측에 형성된 흡착제 층들과 처리 가스 사이의 양호한 접촉 및 낮은 압력 강하를 획득하는 데 효과적이다. 일 양호한 실시예에 따라서, 단체형 유닛은 유동-통과 단체형 유닛이다. 이러한 실시예의 장점은 유동-통과 단체형 유닛들이 특히 낮은 압력 강하를 갖는다는 것이다. 다른 양호한 실시예에 따라서, 단체형 유닛은 벽-유동 단체형 유닛이다. 이러한 실시예의 장점은 처리 가스가 벽들 및 흡착제 층들을 통해 직선으로 유동할 때 단체형 유닛의 벽들 상의 흡착제 층과 처리 가스 사이의 특히 양호한 접촉이 얻어진다는 것이다.
일 양호한 실시예에 따라서, 기판은 적어도 하나의 난류 촉진 장치를 포함하는 구조화된 팩킹이다. 이러한 실시예의 장점은 처리 가스의 현저한 압력 강하를 유발하지 않고 구조화된 팩킹의 벽들 상에 제공된 흡착제 층과 처리 가스 사이의 양호한 접촉이 얻어진다는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소의 가역적 흡착에 효율적인 흡착제 재료를 형성하는 효율적 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스가 통과 전송될 수 있는 흡착 용기 내에 이산화탄소를 가역적으로 흡착하도록 구성된 흡착제 재료를 형성하는 방법에 의해 달성되며, 이 방법은 적어도 하나의 다공성 재료 상에 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매와 적어도 하나의 아민을 부동화시킴으로써 상기 흡착제 재료를 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 방법의 장점은 처리 가스의 낮은 압력 강하들을 산출하는 효율적 흡착제 재료들이 효율적 방식으로 형성될 수 있다는 것이다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 다공성 재료 상에 동시에 부동화된다. 촉매 및 아민을 하나의 단일 단계에서 공동-부동화시키는 장점은 소수의 처리 단계들이 요구된다는 것이다. 다른 장점은 이들이 단일 단계에서 다공성 재료 상에 부동화될 때 촉매 및 아민의 양호한 혼합 및 분포를 얻기가 더 쉽다는 것이다.
일 실시예에 따라서, 그 위에 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매가 부동화되어 있는 다공성 재료는 기판 상에 코팅되어 기판 상에 흡착제 층을 형성한다. 이러한 실시예의 장점은 다공성 재료가 미세-척도 레벨에서 처리 가스, 아민 및 촉매 사이의 효율적 접촉을 제공하고, 지지부가 대-척도 레벨에서 흡착제 재료를 통한 처리 가스의 효율적 수송을 제공한다는 것이다.
일 실시예에 따라서, 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 다공성 재료 상에 부동화시키기 이전에 다공성 재료가 기판 상에 코팅된다.
일 실시예에 따라서, 흡착제 재료를 형성하는 공정은
A) 다공성 재료, 용매 및 바인더의 슬러리를 형성하는 단계와,
B) 상기 슬러리를 기판에 적용하고, 그후 건조하고, 그후, 200 내지 1000℃의 온도에서 하소하는 단계와,
C) 다공성 재료 상에 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 주입하는 단계와,
D) 상기 기판을 건조시켜 상기 흡착제 재료를 획득하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 단계 D)에 이어서 단계 E)가 포함될 수 있으며, 상기 단계 E)는 촉매 및 아민이 다공성 재료에 적용되어 있는 기판을 200 내지 1000℃의 온도에서 하소하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 단계 B)에서의 건조는 20 내지 150℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 선택적으로, 단계 D)에서의 건조는 20 내지 150℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 흡착제 재료를 형성하는 공정은
A) 다공성 재료 상에 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 습식 주입하는 단계와,
B) 다공성 재료를 건조하는 단계와,
C) 상기 다공성 재료, 용매 및 바인더의 슬러리를 형성하는 단계와,
D) 상기 슬러리를 기판에 적용하는 단계와,
E) 상기 기판을 건조시키고, 그후 기판을 200 내지 1000℃의 온도에서 하소하여 기판 상에 다공성 재료를 부동화시키는 단계와,
F) 기판 상에 부동화된 다공성 재료 상에 적어도 하나의 아민을 습식 주입하는 단계와,
G) 기판을 건조하여 상기 흡착제 재료를 획득하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 이 방법의 단계 B)는 다공성 재료를 건조시키는 단계에 후속하여 200 내지 1000℃의 온도에서 다공성 재료를 하소하는 단계를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 단계 B)에서의 다공성 재료의 건조는 20 내지 150℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 선택적으로 단계 E)에서의 상기 기판의 건조는 20 내지 150℃의 온도에서 이루어질 수 있다. 선택적으로, 단계 G)에서의 상기 기판의 건조는 20 내지 200℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
연료의 연소 동안 발생된 처리 가스가 통과 전송되는 흡착 용기 내에서 이산화탄소를 가역적으로 흡착하도록 구성된 흡착제 재료는 다른 양태에 따라서, 이산화탄소 활성화 촉매를 포함하는 적어도 하나의 다공성 재료 상에 적어도 하나의 아민을 부동화시킴으로써 형성될 수 있다.
다공성 재료 및 적절한 촉매 활성도의 특성들 양자 모두를 갖는 재료 상에 아민을 부동화시키는 것은 흡착제 재료를 제조하는 간단한 방식을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 효율적 방법을 획득하는 것이다.
이러한 목적은 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법에 의해 달성되며, 상기 방법은 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동하는 흡착제 재료와 처리 가스를 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은 적어도 하나의 아민, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매 및 적어도 하나의 아민과 적어도 하나의 촉매를 지지하는 적어도 하나의 다공성 재료를 포함하는 흡착제 재료와 상기 처리 가스를 접촉시켜 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매의 영향 하에서 상기 적어도 하나의 아민에 의해 이산화탄소가 흡착되게 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 목적들 및 특징들은 상세한 설명 및 청구범위로부터 명백히 알 수 있을 것이다.
이제 본 발명을 첨부 도면들을 참조로 더 상세히 설명할 것이다.
도 1은 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 시스템을 포함하는 발전소의 개략 측면도이다.
도 2a는 이산화탄소를 흡착 및 탈착하도록 작동하는 단체형 유닛의 개략 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 화살표들 IIb-IIb의 방향에서 본, 단체형 유닛의 개략 단면도이다.
도 2c는 도 2a의 단체형 유닛의 벽의 확대 개략 단면도이다.
도 3a는 대안 실시예에 따른 단체형 유닛의 개략 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 화살표들 IIIb-IIIb의 방향에서 본, 단체형 유닛의 개략 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 단체형 유닛의 벽의 확대 개략 단면도이다.
도 4a는 이산화탄소를 흡착 및 탈착하도록 작동하는 구조화된 팩킹의 3차원도이다.
도 4b는 도 4a의 구조화된 팩킹의 플레이트의 측면도이다.
도 1은 측면도이며 발전소(1)를 예시한다. 발전소(1)는 석탄, 오일, 토탄 또는 폐기물 같은 연료가 열을 생성하면서 연소되는 보일러(2)를 구비한다. 또한, 연소는 고온 처리 가스를 생성하며, 이는 종종 연도 가스라 지칭된다. 연도 가스는 덕트(4)를 통해 보일러(2)를 벗어나며, 가스 정화 시스템(6)으로 전송된다. 가스 정화 시스템(6)은 그 자체가 공지되어 있는 유형으로 이루어지며, 그 일 예가 US 4,502,872호에 예시되어 있는 정전 집진기 같은 비산 회 제거 장치, EP 0 162 536호에 개시된 것 같은 이산화황 및 염산을 제거하기 위한 습식 스크러버 및 US 6,146,605호에 개시된 것 같은 질소 산화물들을 제거하기 위한 선택적 촉매 환원 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 덕트(8)를 통해 가스 정화 시스템(6)을 벗어난 연도 가스는 주로 이산화탄소 가스, 질소 가스 및 수증기를 포함한다.
연도 가스는 그후 이산화탄소 제거 시스템(10)으로 전송된다. 이산화탄소 제거 시스템(10)의 주 구성요소들은 제1 흡착기 용기(12) 및 제2 흡착기 용기(14)이다. 두 개의 흡착기 용기들(12, 14)은 디자인이 동일하며, 병렬 모드로 작동하고, 흡착기 용기들 중 하나는 연도 가스로부터 이산화탄소를 흡착하는 흡착 모드로 존재하고, 나머지 흡착 용기는 이산화탄소 제거 기능이 재생되도록 이산화탄소를 방출하는 탈착 모드로 존재한다. 제1 흡착기 용기(12)는 차단 밸브(18)를 구비한 연도 가스 공급 덕트(16)와, 차단 밸브(22)를 구비한 연도 가스 폐기 덕트(20)와, 차단 밸브(26)를 구비한 이산화탄소 폐기 덕트(24)를 구비한다. 유사하게, 제2 흡착기 용기(14)는 차단 밸브(30)를 구비한 연도 가스 공급 덕트(28)와, 차단 밸브(34)를 구비한 연도 가스 폐기 덕트(32)와, 차단 밸브(38)를 구비한 이산화탄소 폐기 덕트(36)를 구비한다.
도 1에 예시된 예에서, 제1 흡착제 용기(12)는 흡착 모드로 존재하고 연도 가스로부터 이산화탄소를 흡착하도록 작동한다. 따라서, 밸브(18)는 덕트(8)로부터의 연도 가스가 연도 가스 공급 덕트(16)를 통해 흡착기 용기(12)에 진입할 수 있게 하도록 개방된다. 또한, 밸브(22)는 개방되고, 그래서, 이산화탄소가 그로부터 적어도 부분적으로 제거된 연도 가스가 연도 가스 폐기 덕트(20)를 통해 제1 흡착기 용기(12)를 벗어날 수 있으며, 연도 가스 폐기 덕트를 경유하여 연도 가스는 스택(40)을 통해 대기로 방출될 수 있다. 밸브(26)는 폐쇄된다. 제2 흡착기 용기(14)는 탈착 모드로 존재하며, 연도 가스로부터 이전에 제거된 이산화탄소를 탈착하도록 작동한다. 따라서, 밸브(30)는 폐쇄되어 있고, 그래서, 어떠한 연도 가스도 연도 가스 공급 덕트(28)를 통해 흡착기 용기(14)에 진입할 수 없다. 밸브(34)도 폐쇄되어 있으며, 그래서, 어떠한 가스도 연도 가스 폐기 덕트(32)를 통해 흡착기 용기(14)를 벗어날 수 없다. 또한, 밸브(38)가 개방되며, 그래서, 제2 흡착기 용기(14)로부터 방출된 이산화탄소는 이산화탄소 폐기 덕트(36)를 통해 용기(14)를 벗어날 수 있다. 이산화탄소 폐기 덕트(36)는 이산화탄소를 이산화탄소 저장 탱크(42)로 전송하며, 이산화탄소 저장 탱크에서 이산화탄소는 그 최종 폐기시까지 저장된다.
두 개의 흡착 용기들(12, 14)은 교번적 방식으로 작동하며, 그래서, 하나의 흡착 용기는 연도 가스로부터 이산화탄소를 수집하고, 그 동안, 다른 흡착 용기는 재생된다. 따라서, 하나의 흡착 용기가 이산화탄소로 가득차면, 이는 재생을 위해 오프-라인 상태가 되고, 재생 완료된 다른 흡착 용기가 온-라인 상태가 된다.
연도 가스로부터의 이산화탄소의 제거는 감소된 온도 하에서 실시되며, 이를 위해, 각각의 흡착 용기(12, 14) 내로 연도 가스가 진입하기 이전에 연도 가스를 냉각하도록 연도 가스 덕트(8) 내에 냉각기(44)가 설치된다. 통상적으로, 흡착 모드 동안 각각의 용기(12, 14) 내의 온도는 20 내지 50℃이다. 다른 한편, 흡착 용기들의 재생은 상승된 온도 하에서 실행된다. 따라서, 제1 흡착 용기(12)는 가열기(46)를 구비하고, 제2 흡착 용기(14)는 가열기(48)를 구비한다. 도 1에 예시된 예에서, 가열기(46)는 비활성 상태이며, 가열기(48)는 제2 흡착 용기(14)의 재생을 실행하기 위해 활성화되어 있다. 통상적으로, 각각의 용기(12, 14) 내의 온도는 탈착 모드 동안 60 내지 150℃이다.
각 흡착 용기(12, 14)는 이제 더 상세히 설명될 고체 흡착제 재료(50)를 구비한다.
도 2a는 흡착제 재료(50)의 확대 측단면도이다. 흡착제 재료(50)는 도 2a에 F로 예시된 가스가 통과 유동할 수 있는 다수의 채널들(54)을 갖는 단체형 유닛(52)을 포함한다. 따라서, 단체형 유닛(52)은 소위 유동 통과형으로 이루어져 있다. 흡착 모드에서, 가스(F)는 연도 가스이고, 탈착 모드에서 가스(F)는 이산화탄소이다. 도 2b는 도 2a의 선 IIb-IIb을 따라 본 바와 같은 단체형 유닛(52)을 예시하는 단면이다. 유닛(52)은 도 2b에 예시된 바와 같이 정사각형 단면을 가질 수 있거나, 대안적으로, 원형 단면 또는 흡착 용기들(12, 14) 내로의 팩킹에 적합한 다른 형상을 가질 수 있다. 채널들(54)은 도 2a에 예시된, 통상적으로 1 내지 5 mm의 폭(WC)을 갖는 정사각형 단면을 가질 수 있다. 대안적으로, 채널들은 예로서, 직사각형, 삼각형 또는 원형 단면을 가질 수 있다. 통상적으로, 단체형 유닛(52)의 높이(H)는 50 내지 2000 mm이며, 더욱 빈번하게는, 높이(H)는 250 mm 미만이고, 폭(W)은 도 2b에 가장 잘 예시된 바와 같이 통상적으로 40 내지 600 mm이다. 흡착제 재료(50)는 하나의 단일 단체형 유닛(52)을 포함할 수 있지만, 종종 더욱 바람직한 바와 같이, 각각의 흡착 용기(12, 14) 내에 함께 팩킹되어 있는 다수의 단체형 유닛들을 포함할 수도 있다.
도 2c는 단체형 유닛(52)의 벽(56)의 확대 부분을 예시한다. 벽(56)의 중앙 부분은 기판(58)이다. 기판(58)은 유닛(52)의 물리적 길이에 기여하며, 또한, 가스(F)와의 유효 접촉을 산출하는 큰 표면적을 제공한다. 기판(58)의 양 측부들 상에는 흡착제 층(60)이 제공된다. 흡착제 층(60)은 보다 상세히 후술될 바와 같은 방식으로 상기 흡착제 층(60)을 형성하도록 기판(58)에 추후 적용되게 되는 워시코트를 형성하도록 다공성 재료 상에 부동화된 촉매 및 아민을 포함한다.
흡착 모드에서, 단체형 유닛(52)의 채널들(54)을 통해 연도 가스가 통과할 때, 연도 가스의 이산화탄소는 흡착제 층(60)의 다공성 재료의 넓은 표면적과, 이런 흡착을 효율적이 되게 하는 흡착제 층(60) 내에 포함된 촉매의 도움으로 흡착제 층(60)의 아민 상에 효과적으로 흡착된다. 탈착 모드에서 단체형 유닛(52)의 온도가 상승될 때, 이산화탄소는 흡착제 층(60)의 다공성 재료의 넓은 표면적과 이런 탈착을 효율적이 되게 하는 흡착제 층(60)에 포함된 촉매의 도움으로 흡착제 층(60)의 아민으로부터 효과적으로 방출된다. 따라서, 흡착제 층(60)은 종래 기술에 비해 효율적인 흡착제 재료(50) 내의 이산화탄소의 흡착 및 탈착 양자 모두를 수행한다.
도 3a는 대안적 흡착제 재료(150)의 확대 측단면도이다. 흡착제 재료(150)는 단체형 유닛(152)을 포함하고, 이 단체형 유닛은 소위 벽 유동 형으로 이루어져 있으며, 제1 유형의 채널들(154)과, 제2 유형의 채널들(155)로 이루어져 있고, 채널들(154, 155)은 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이 단체형 유닛(152) 내에 교번적 방식으로 배열되어 있다. 제1 유형의 채널들(154)은 그 상부 단부들에서 막혀져 있고, 제2 유형의 채널들(155)은 그 하부 단부들에서 막혀져 있으며, 이는 또한 도 3a의 화살표들 IIIb-IIIb의 방향에서 본 단면인 도 3b에도 예시되어 있다. 도 3a에 F로 예시되어 있는 가스는 도 2a를 참조로 전술된 바와 대조적으로 채널들을 통해 유동할 수 없지만, 도 3a에 예시된 바와 같이 실제 벽들(156)을 통한 두 개의 유동을 갖는다.
도 3c는 단체형 유닛(152)의 벽(156)의 확대 부분을 예시한다. 벽(156)의 중앙 부분은 기판(158)이며, 이 기판은 그를 통해 가스(F)가 유동할 수 있게 하기에 충분히 다공성이고, 그 양 측부들 상에 흡착제 층들(160)을 구비하고, 이 흡착제 층들(160)은 전술된 흡착제 층(60)과 동일한 특성들 및 기능을 갖는다. 가스가 벽(156)을 통해 유동하고, 따라서, 흡착제 층들(160)과 가스(F) 사이의 효율적 접촉을 초래한다는 것을 볼 수 있다. 대안적으로, 기판(158)은 그 단지 일 측부 상에만 흡착제 층(160)을 구비할 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상술한 유형들의 단체형 유닛들은 다양한 공급자들 중에서 미국 뉴욕 소재의 Corning Incorporated Environmental Technologies로부터 입수할 수 있다.
도 4a는 대안적 흡착제 재료(250)의 확대 측단면도이다. 흡착제 재료(250)는 구조화된 팩킹(252)을 포함한다. 구조화된 팩킹은 함께 팩킹되어 있는 다수의 벽들 또는 플레이트들(256)을 포함한다. 플레이트들(256)은 단일 플레이트(256)를 예시하는 도 4b에 가장 잘 예시되어 있는 바와 같이, 패턴화된 표면(255)을 구비한다. 함께 팩킹된 다수의 플레이트들(256)은 도 4b에 F로 예시된 바와 같이 가스가 유동할 수 있는 채널들(254)을 그들 사이에 형성한다. 이런 채널들은 각지거나, 도 4b에 예시된 바와 같이 파형 형상이거나 임의의 다른 적절한 형태를 가질 수 있다. 채널들(254)의 형상은 자체적으로 연도 가스에 난류를 제공하여 플레이트들(256) 상에 제공되어 있는 흡착제 층과 가스 사이의 접촉을 증가시킬 수 있으며, 상기 흡착제 층은 도 2c를 참조로 전술된 흡착제 층(60)과 유사하다. 따라서, 채널들(254)은 자체적으로 난류 촉진 장치들이 될 수 있다. 채널들(254)의 형상에 추가적으로 또는 대안적으로, 플레이트들(256)은 또한 개구들(259) 및 조면화(textured) 부분들(261) 같은 다른 난류 촉진 장치들을 구비할 수도 있다.
플레이트들(256)은 도 2c를 참조로 전술된 흡착제 층(60) 유형으로 이루어진 흡착제 층이 적용될 수 있는 기판을 형성할 수 있는 강철, 플라스틱들, 세라믹들 또는 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 이산화탄소를 흡착 및 탈착하도록 작동할 수 있는 흡착제 층을 위한 기판으로서 사용될 수 있는 적절한 구조화된 팩킹 유형들의 예들은 미국 캔사스 윈치타 소재의 Koch-Glitsch LP로부터 입수할 수 있는 FLEXIPAC 및 INTALOX 구조화된 팩킹 유형들을 포함한다.
도 2c를 참조로 전술된 흡착제 층(60)은 양호한 실시예에서, 이하의 구성요소들을 포함할 수 있다.
1) 높은 비 표면적을 갖는 다공성 재료,
2) 아민, 및
3) 이산화탄소와 아민의 상호작용을 촉진할 수 있는 촉매,
여기서, 아민 및 촉매는 다공성 재료 상에 공동-부동화되어 있는 것이 바람직하다.
다공성 재료는 ASTM C1069-09에 따라 측정될 수 있는 적어도 50 m2/g의 비 BET 면적, 더욱 바람직하게는 100 내지 1000 m2/g의 비 BET 면적으로서 규정된 비 면적을 갖는 것이 바람직한 고체 재료이다. 높은 비 BET 면적을 갖는 다공성 재료는 예로서, 산화물(알루미나, Al2O3, 또는 석영, SiO2), 제올라이트, 점토, 이온 교환 수지, 분자체 재료, 베이스- 및/또는 산-변형 점토 또는 아크릴 에스테르 폴리머, 폴리스티렌 디비닐 벤젠 및 그 혼합물들 같은 중합성 흡착제 수지일 수 있다.
아민은 이산화탄소의 흡착 및 탈착에 적합한 임의의 유형일 수 있다. 아민 상의 이산화탄소의 흡착 및 탈착의 배경 화학반응은 자체가 공지되어 있으며, 예로서, M.L. Gray 등의 논문 "아민 농후 비산 회 탄소 흡착제들에 의한 CO2 포획"(Separation and Purification Technology 35 (2004) 31 내지 36), Elsevier B.V.에 공개)에 개시되어 있다.
아민은 1차, 2차 또는 3차 아민이나 그 혼합물들일 수 있다. 1차 아민은 암모니아 내의 3개 수소 원자들 중 하나가 질소 원자에 결합된 유기 치환기에 의해 대체되어 있다. 2차 아민은 하나의 수소 원자와 함께 질소 원자에 결합된 두 개의 유기 치환기들을 갖는다. 3차 아민들에서, 모든 세 개의 수소 원자들이 질소 원자에 결합된 유기 치환기들로 대체되어 있다. 아민은 바람직하게는 2차 아민 또는 1차 및/또는 3차 아민과 함께 2차 아민의 혼합물이다. 더욱 바람직하게는 US 5,876,488호에 개시된 바와 같이, 복수의 수산(-OH) 기들을 포함하는 2차 아민이 흡착제 층(60)에 포함된다. 이산화탄소의 효율적 흡착 및 탈착에 추가적으로, 아민은 바람직하게는 낮은 휘발성을 가져야 하며, 그래서, 아민은 각각의 흡착제 용기(12, 14)의 흡착 및/또는 탈착 모드 동안 흡착제 층(60)으로부터 쉽게 휘발 및 소실되지 않아야 한다. 바람직하게는, 아민의 분압은 20℃ 및 흡착 용기의 작동 압력에서 약 0.05 mmHg보다 낮고, 더욱 바람직하게는 이들 조건들에서 약 0.01 mmHg보다 낮다. 휘발성은 더 높은 온도에 기인하여 통상적으로 탈착 모드 동안 더 높으며, 탈착 프로세스를 위해 가용한 시간의 견지에서 탈착 온도를 가능한 낮게 유지하는 것은 흡착제 재료(50)의 긴 사용 수명을 획득하기 위해 아민의 손실을 가능한 낮게 유지하는 것의 중요한 양태라는 것을 알 수 있다. 또한, 아민은 바람직하게는 환경 및 인간에게 낮은 독성을 가져야 한다. 흡착제 층(60)에 통합시키기에 특히 적합한 아민들은 알콜 (OH) 기능기를 포함하는 아민들 및/또는 2차 아민들인 아민들이며, 이런 아민들의 예들은 디에탄올아민(DEA), 디이소프로판올아민(DIPA) 및 2-하이드록시에틸 피페라진(HEP)이다.
이산화탄소 활성화 촉매라 지칭될 수 있는 촉매는 이산화탄소를 활성화하고 이산화탄소(CO2) 분자들이 흡착 모드에서 아민과 반응하는데 더욱 사용가능하게 하거나, 탈착 모드에서 아민으로부터 방출되는 데 더욱 사용가능하게 하는 데 유효하다. 따라서, 촉매는 CO2 분자들을 흡착 및 활성화할 수 있는 화합물이다. 이런 촉매는 촉매의 성능을 향상시키기 위해 추가적 성분들을 도핑함으로써 개선될 수 있다. 따라서, 촉매는 비 촉매화 흡착에 비해 아민 상에 이산화탄소의 흡착시 더 낮은 활성화 에너지 및 다른 전이 상태를 제공함으로써 작용한다. 또한, 촉매는 비촉매화 탈착에 비해 아민으로부터 이산화탄소의 탈착시 다른 전이 상태 및 더 낮은 활성화 에너지를 제공한다.
촉매는 균질성 및/또는 이질성 유형 촉매일 수 있다. 촉매는 바람직하게는 MgO 및 BaO, 알칼리(리튬, 나트륨, 포타슘, 루비듐, 세슘)-변형 제올라이트 또는 점토, 또는 니켈 바이피리딘 같은 유기 금속 복합체 같은 적절한 베이스 강도를 갖는 재료이다.
균질성 유형 촉매는 예로서, 유기 및/또는 무기 금속 복합체를 포함할 수 있으며, 이는 니켈(Ni) 같은 전이 금속 및 예로서, 바이-피리딘, 페닐 같은 방향족 그룹 및/또는 염소(Cl) 같은 할로겐 그룹을 포함하는 하나 이상의 무기 및/또는 유기 리간드(ligand)들을 포함한다. 이런 균질성 촉매의 유기 및/또는 무기 전이 금속 복합체는 매우 효율적인 방식으로 불활성 CO2 분자들을 활성화한다. 전이 금속 둘레의 리간드들의 배위는 리간드들의 반응성의 변화를 초래하고, 이산화탄소 분자들을 활성화시키기 위한 이산화탄소 분자들과의 리간드 상호작용을 위한 바람직한 스테릭(steric) 조건들을 생성한다. 적절한 유기- 및/또는 무기 전이 금속 복합체 촉매의 한 가지 예는 할로겐-형 복합체인 Ni(바이피리딘)3Cl2이다.
이질성 촉매는 예로서, 금속들 또는 산화물들 및 예로서 염화물들을 포함하는 할로겐 화합물들 같은 그 화합물들을 포함할 수 있다. 이런 이질성 촉매들의 예들은 MgO 및 MgCl2를 포함한다.
일 실시예에 따라서, 촉매는 다공성 재료로서도 사용될 수 있는 유형으로 이루어진다. 이런 촉매들의 예들은 마그네슘 산화물(MgO), 알칼리(리튬, 나트륨, 포타슘, 루비듐, 세슘)-변형 제올라이트 또는 점토를 포함하며, 이들은 아민이 그 위에 부동화되는 다공성 재료 및 촉매로서 작용하는 조합된 효과를 가질 수 있다.
다공성 재료, 아민 및 촉매는 US 6,759,358호에 개시된 바와 같은 다른 기술 영역들로부터 그 자체가 공지되어 있는 소위 워시코팅 방법에 의해 상기 흡착제 층(60)을 형성하도록 기판(58) 상에 적용될 수 있다.
워시코팅 방법의 제1 단계에서, Ni(바이피리딘)3Cl2 같은 촉매 및 디에탄올아민(DEA) 같은 아민은 아크릴 에스테르 폴리머 또는 알루미나(Al2O3)일 수 있는 다공성 재료 상에 공동-부동화된다. 다공성 재료 상의 촉매 및 아민의 공동-부동화 프로세스에서, 상기 촉매, 상기 아민, 물 및/또는 에탄올 같은 용매 및 가능하게는 Ba2+, Na+, K+, NH3 같은 전위 개질제들로부터 혼합물이 형성된다. 이 혼합물은 그후 다공성 재료 상에 습식 주입되며, 후속하여 바람직하게는 20 내지 150℃의 온도, 더욱 바람직하게는 50 내지 120℃의 온도에서 건조된다. 건조 프로세스에 후속하여, 다공성 재료는 건조 온도보다 높은 온도에서 하소된다. 통상적으로, 하소 단계는 200 내지 1000℃의 온도, 종종, 200 내지 700℃의 범위의 온도에서 이루어지며, 정확한 온도는 다공성 재료, 촉매 및 아민의 유형에 의존한다. US 5,876,488호는 아크릴 에스테르 폴리머 상에 아민을 부동화시키는 한 가지 방법을 개시하고 있다. 유사한 방법이 본 발명에도 사용될 수 있으며, 이때 차이점은 아크릴 에스테르 폴리머 상에 적용된 용액이 촉매도 포함한다는 점이다.
워시코팅 프로세스의 제2 단계에서, 아민 및 촉매가 주입될 다공성 재료와 물 같은 용매로부터 슬러리가 형성된다. 또한, 슬러리는 바인더를 포함할 수 있다. 기판에 다공성 재료를 결합시키는 데 적합한 바인더의 일 예는 Al2O3이다. 그후, 슬러리가 예로서, 구조화된 팩킹(252) 또는 단체형 유닛(52, 152)의 채널들(54)의 벽들(56)에 적용된다. 단체형 유닛 또는 구조화된 팩킹은 바람직하게는 세라믹, 강철 재료 또는 플라스틱 재료로 이루어진다. 슬러리의 적용은 상기 슬러리를 포함하는 용기 내에 단체형 유닛 또는 구조화된 팩킹을 침지시킴으로써 달성될 수 있다. 상기 슬러리를 채널들 내에 분무하는 것을 포함하는 다른 적용 기술들도 가능하다. 마지막으로, 단체형 유닛(52)이 통상적으로 20 내지 150℃의 온도에서 건조되고, 후속하여, 용매를 증발시키기 위해 통상적으로 200 내지 700℃의 높은 온도에서 하소되어 벽들(56) 상에 아민 및 촉매가 주입되어 있는 다공성 재료만을 남기게 되고, 아민 및 촉매가 주입되어 있는 상기 다공성 재료는 상기 흡착제 층(60)을 형성한다.
흡착제 재료를 준비하는 대안적 방법에서, 다공성 재료는 제1 단계에서 단체형 유닛 같은 기판 상에 코팅될 수 있으며, 이런 코팅은 다공성 재료, 용매 및 Al2O3 같은 바인더의 슬러리를 형성하고, 상기 슬러리를 단체형 유닛에 적용하고, 그후, 전술한 온도에서 건조 및 하소하는 것을 포함한다. 그후, 다공성 재료가 단체형 유닛 상에 이미 코팅된 이후에, 아민 및 촉매가 제2 단계에서 이미 단체형 유닛 상에 배치되어 있는 다공성 재료 상에 부동화된다. 이런 부동화는 물 및/또는 에탄올 같은 용매 내에 상기 아민 및 상기 촉매의 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물을 그 위에 다공성 재료를 지지하고 있는 기판 상에 적용함으로써 수행될 수 있다. 기판은 예로서, 20 내지 150℃의 온도에서 건조되어 다공성 재료 상에 부동화된 아민 및 촉매를 남기게 된다.
또 다른 대안적 방법에서, 아민은 하나의 프로세스 작업에서 다공성 재료 상에 부동화되며, 촉매는 아민을 부동화시키는 프로세스 작업과는 별개인 다른 프로세스 작업에서 다공성 재료 상에 코팅된다.
또 다른 대안적 방법에서, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 제1 단계에서 다공성 재료 상에 주입된다. 다공성 재료는 그후 예로서, 20 내지 150℃의 온도에서 건조되고, 선택적으로, 예로서, 200 내지 1000℃의 온도에서 하소된다. 그후, 그 위에 촉매를 지지하는 다공성 재료, 물 및/또는 에탄올 같은 용매 및 Al2O3 같은 바인더로부터 슬러리가 형성된다. 이 슬러리는 단체형 유닛 또는 구조화된 팩킹 같은 기판에 적용된다. 그후, 기판이 예로서, 20 내지 150℃의 온도에서 건조되고, 후속하여, 200 내지 1000℃의 온도에서 기판을 하소함으로써 기판 상의 다공성 재료를 부동화한다. 그후, 적어도 하나의 아민이 기판 상에 부동화된 다공성 재료 상에 주입된다. 마지막으로, 기판이 예로서, 20 내지 200℃의 온도에서 건조되어 상기 흡착제 재료를 얻는다.
상술한 실시예들의 다양한 변형들이 첨부된 청구범위의 범주 내에서 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
발전소(1)가 두 개의 병렬 흡착 용기들(12, 14)을 구비하는 경우를 앞서 설명하였다. 또한, 발전소는 3개, 4개 또는 심지어 더 많은 병렬 흡착 용기들을 구비할 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 흡착 용기들의 수는 이중화에 대한 필요성, 이산화탄소의 흡착을 위한 시간에 대한 이산화탄소의 탈착을 위한 시간 등 같은 인자들에 의해 결정된다. 또한, 하나의 단일 용기를 운용하는 것도 가능하지만 덜 바람직하다. 하나의 단일 용기를 운용하는 경우에, 탈착 모드 동안 발전소가 가동중단될 필요가 있거나, 탈착 모드 동안 처리 가스로부터 이산화탄소가 제거되지 않은 상태로 처리 가스가 우회로를 통해 방출될 필요가 있다.

Claims (23)

  1. 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 상기 처리 가스가 통과 전송될 수 있는 적어도 하나의 흡착 용기를 포함하고, 상기 흡착 용기는 흡착제 재료를 통해 전송되는 상기 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동하는 상기 흡착제 재료를 구비하고, 상기 흡착제 재료는 적어도 하나의 아민과, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매와, 상기 적어도 하나의 촉매 및 상기 적어도 하나의 아민을 지지하는 적어도 하나의 다공성 재료를 포함하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 유기-금속 복합체 촉매들, 무기 금속 복합체 촉매들, 금속 산화물들 및 금속 할로겐 화합물들을 포함하는 촉매들의 그룹으로부터 선택된 촉매를 포함하는 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 유기 전이 금속 복합체 촉매들 및 무기 전이 금속 복합체 촉매들을 포함하는 촉매들의 그룹으로부터 선택된 촉매를 포함하는 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아민은 2차 아민을 포함하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아민은 적어도 하나의 수산 기를 갖는 아민을 포함하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아민은 적어도 2 개의 수산 기들을 갖는 2차 아민을 포함하는 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매 및 상기 적어도 하나의 아민을 지지하는 상기 적어도 하나의 다공성 재료는 적어도 50 m2/g의 비 BET 면적을 갖는 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다공성 재료는 100 내지 1000 m2/g의 비 BET 면적을 갖는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 상기 적어도 하나의 아민을 지지하는 다공성 재료로서도 작용하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매 및 상기 적어도 하나의 아민을 지지하는 상기 다공성 재료는 기판 상에 흡착제 층으로서 제공되는 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 기판은 상기 처리 가스의 유동의 적어도 일부를 수용하도록 작동하는 적어도 하나의 채널의 적어도 일부를 형성하는 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 기판은 단체형 유닛을 형성하는 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 단체형 유닛은 유동-통과 단체형 유닛인 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 단체형 유닛은 벽-유동 단체형 유닛인 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 기판은 적어도 하나의 난류 촉진 장치를 포함하는 구조화된 팩킹인 시스템.
  16. 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스가 통과 전송되는 흡착 용기에서 이산화탄소를 가역적으로 흡착하도록 구성된 흡착제 재료를 형성하는 방법으로서,
    상기 방법은 적어도 하나의 다공성 재료 상에 적어도 하나의 아민 및 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 부동화시킴으로써 상기 흡착제 재료를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아민 및 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매는 상기 다공성 재료 상에 공동-부동화되는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 다공성 재료 상에 부동화된 상기 적어도 하나의 아민 및 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 포함하는 상기 다공성 재료는 기판 상에 코팅되어 상기 기판 위에 흡착제 층을 형성하는 방법.
  19. 제 16 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 아민 및 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 상기 다공성 재료 상에 부동화시키기 이전에 상기 다공성 재료가 기판 상에 코팅되는 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    A) 상기 다공성 재료, 용매 및 바인더의 슬러리를 형성하는 단계와,
    B) 상기 슬러리를 기판에 적용하고, 그후 건조하고, 그 다음, 200 내지 1000℃의 온도에서 하소하는(calcining) 단계와,
    C) 상기 다공성 재료 상에 상기 적어도 하나의 아민 및 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 주입하는 단계와,
    D) 상기 기판을 건조시켜 상기 흡착제 재료를 획득하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제 16 항에 있어서,
    A) 상기 다공성 재료 상에 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매를 습식 주입하는 단계와,
    B) 상기 다공성 재료를 건조하는 단계와,
    C) 상기 다공성 재료, 용매 및 바인더의 슬러리를 형성하는 단계와,
    D) 상기 슬러리를 기판에 적용하는 단계와,
    E) 상기 기판을 건조시키고, 그후 상기 기판을 200 내지 1000℃의 온도에서 하소하여 상기 기판 상에 상기 다공성 재료를 부동화시키는 단계와,
    F) 상기 기판 상에 부동화된 상기 다공성 재료 상에 상기 적어도 하나의 아민을 습식 주입하는 단계와,
    G) 상기 기판을 건조하여 상기 흡착제 재료를 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스가 통과 전송되는 흡착 용기에서 이산화탄소를 가역적으로 흡착하도록 구성된 흡착제 재료를 형성하는 방법으로서,
    상기 방법은 이산화탄소 활성화 촉매를 포함하는 적어도 하나의 다공성 재료 상에 적어도 하나의 아민을 부동화시킴으로써 상기 흡착제 재료를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  23. 연료의 연소 동안 발생된 처리 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법으로서,
    상기 방법은
    상기 처리 가스를 상기 처리 가스로부터 이산화탄소를 가역적으로 수집하도록 작동하는 흡착제 재료와 접촉시키는 단계와,
    상기 처리 가스를 적어도 하나의 아민, 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매 및 상기 적어도 하나의 촉매와 상기 적어도 하나의 아민을 지지하는 적어도 하나의 다공성 재료를 포함하는 흡착제 재료와 접촉시켜, 상기 이산화탄소가 상기 적어도 하나의 이산화탄소 활성화 촉매의 영향 하에 상기 적어도 하나의 아민에 의해 흡착되도록 하는 단계를 포함하는 방법.



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