KR20120067046A - 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기가 부여된 아미노산과 알칼리 금속 수화물을 혼합한 이산화탄소 흡수제이며, 이러한 이산화탄소 포집용 흡수제를 이용함으로써 이산화탄소를 더 많이 흡수할 수 있어서 이산화탄소의 흡수능을 높일 수 있다. 또한, 복수의 아민기를 포함하는 아미노산에 입체 장애 효과(sterically hindered effect)를 유발시킴으로써 이산화탄소 흡수능을 증진시킴과 동시에 흡수 반응열을 작게 할 수 있고, 흡수 반응열을 작게 하여 재생 에너지의 소모를 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하며, 아민기 주위에 관능기를 부여하여 입체 장애 효과를 유발함으로써, 이산화탄소 흡수능 및 이산화탄소 흡수 반응 속도를 향상시킬 수 있기 때문에 이산화탄소 포집 공정에 소요되는 장치비, 운영비를 크게 줄일 수 있다.

Description

복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제{AN ABSORBENT FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE COMPRISING AMINO ACID HAVING MULTI AMINE GROUPS AND METAL HYDROXIDE}
복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제가 개시된다. 더욱 상세하게는, 석탄화력 발전소, 제철소, 석유화학공정, 시멘트 사업과 같이 다량의 온실가스를 배출하는 공정의 배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 제거하기 위한 흡수공정에 사용되는 흡수제가 개시된다.
지구 온난화에 의한 세계 기후 변화가 심각해지면서 온실가스를 감축하기 위한 다양한 노력들이 진행 중이다. 기후 변화 문제가 가시화되고 있는 상황에서 온실가스의 배출량을 억제하면서 지속 가능한 발전을 이룰 수 있는 것에 대한 문제는 지구촌 국가들의 공통적인 관심사로 부각되고 있다. 현재 사용되고 있는 화석연료를 대체할 수 있는 신 재생에너지의 개발은 일정 기간이 필요하며, 국제에너지기구에서는 2050년 소비되는 에너지의 약 70% 이상을 화석 연료로써 충당될 것을 예상하여 온실가스의 배출은 불가피한 실정이다(문헌[IEA, Energy Technology Prespective (2006)]). 온실가스 중 가장 많은 양을 차지하고 있는 이산화탄소를 감축하기 위한 다양한 방법들 중 이산화탄소를 포집, 저장하는 기술이 2050년 전체의 약 20%를 차지할 것으로 국제에너지기구에서 발표한 MAP 시나리오에서 주장되고 있다.
대단위 공정에서 배출되는 이산화탄소를 포집하는 기술은 크게 연소 전, 연소 중(순산소), 연소 후로 나눌 수 있다. 이중 연소 후 이산화탄소 처리기술이 기존 공정에 설치가 가능하며, 적용이 용이한 장점으로 인하여 가장 빠르게 상용화될 것으로 예측되고 있다.
이산화탄소를 흡수하는 기술은 화학 및 물리 흡수 공정으로 분류되며 기존의 석유, 천연가스, 화학 산업에 널리 사용되고 있다. 저압에서의 화학 흡수 용매의 이산화탄소 흡수능이 물리 흡수 용매보다 훨씬 높은 반면, 고압에서는 물리 흡수 용매의 흡수능이 크게 나타난다. 화학 흡수 공정에서의 흡수제 재생방법은 용매(흡수제) 재생을 위해 가열이 필요하며, 물리 흡수 공정에서는 시스템 내 압력을 감소시키는 방법을 주로 사용한다. 흡수 공정에서의 경제성 확보는 흡수제의 높은 이산화탄소 흡수능과 재생시 사용되는 에너지의 소모를 낮추는 방법이 관건이다. 화학 흡수 공정에는 주로 유기 아민계 화합물(alkanolamine)이 사용되고 있다. 주로 사용되는 아민은 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 디글리콜아민(diglycolamine, DGA)을 포함하는 1차 아민, 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 디-이소프로필아민(di-isopropylamine, DIPA)을 포함하는 2차 아민, 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA), 메틸-디에탄올아민(methyl-diethanolamine, MDEA)을 포함하는 3차 아민으로 구분된다. 가장 빠른 흡수 속도를 보이는 흡수제는 1차 아민인 모노에탄올아민(MEA)이며, 1 몰(mol)의 흡수제 당 0.5 몰의 이산화탄소를 흡수한다. 그러나, 재생에너지가 4.0 GJ/ton CO2로 많은 재생에너지를 필요로 하는 것이 가장 큰 단점으로 나타난다. 현재까지 개발된 아민 흡수제 중 가장 우수한 효율을 보이는 흡수제는 일본 MHI와 관서전력에서 개발한 입체장애아민(sterically hindered amine)인 KS 시리즈이다. 입체장애아민은 이산화탄소가 흡수되어 형성된 카바메이트(carbamate)의 불안정성으로 인하여 바이카보네이트(bicarbonate)로 분해됨에 따라 1 몰의 흡수제 당 1 몰의 이산화탄소를 흡수할 수 있는 것으로 보고되고 있다.
현재 아민 흡수 공정이 암모니아 흡수 공정과 함께 상용화에 가장 가까운 공정으로 평가받고 있으나, 다음과 같은 문제점을 해결해야만 한다.
흡수제의 재공급에 따른 비용 문제
알카놀 아민 흡수제의 경우 이산화탄소 흡수 후 재생되는 과정에서 산소, 열에 의해 열적으로 안정된 열화물(heat stable salt)을 형성하고, 증발문제로 인한 손실 때문에 일정 비율의 흡수제를 재공급해야 한다(MEA 1.5kg/ton CO2, KS-1 0.35kg/ton CO2).
흡수제에 의한 장치 부식
이산화탄소 흡수 처리 양을 늘리기 위하여 알카놀 아민 농도를 높게 하면 장치 부식 문제를 일으킬 수 있으므로 알카놀 아민의 농도를 낮추거나 부식방지제를 첨가하여야 한다.
흡수제 재생시 필요한 높은 재생열
재생 반응시 흡수제와 흡수된 이산화탄소와의 강한 화학적 결합을 끊기 위해서는 높은 재생열을 필요로 한다. 특히 모노에탄올아민(MEA)와 같은 빠른 반응속도를 보이는 흡수제를 사용할 경우 재생탑에서 부분적인 재생만 수행하므로 흡수탑에 보다 많은 흡수제를 공급하여야 한다.
흡수제의 손실과 부반응
황성분이 포함된 배가스에 적용할 경우 FGD(Flu Gas Desulfurization) 장치를 통과하고도 잔류한 미량의 SO2에 의한 부반응을 일으켜(KS-1의 경우 허용 SOx 농도 : 1.5 ppm 이하) 열화(degradation)된 흡수제를 재생하기 위해서는 별도의 장치인 리클레이머(reclaimer)가 필요하며, 이 역시 추가적인 에너지를 필요로 한다.
이러한 문제점을 해결할 수 있는 흡수제 중의 하나가 아미노산 염을 이용한 이산화탄소 흡수공정이다. 네덜란드 TNO 사에서는 타우린 아미노산과 수산화칼륨(KOH)을 혼합하여 아미노산 염으로 제조된 흡수제를 이용한 공정 특허를 출원하여 등록받았다(미국 공개특허 제2006/0117954호, 국제 공개특허 제WO 03/095071호, 미국 등록특허 제7,591,878호, 미국 등록특허 제5,749,941호). TNO 특허에서 사용한 흡수제는 이산화탄소를 흡수할 경우 염(흡수제-이산화탄소)이 생성되기 때문에 이를 흡수 공정에 이용할 경우는 기존 흡수탑과는 달리 분리막 공정이나 스프레이 타워를 이용하여야 한다. 또한, 아미노산염의 흡수 반응 메커니즘 상 중간물질로 카바메이트가 형성되어 아미노산 1 몰당 0.5 몰의 이산화탄소를 흡수하는 것으로 발표되었다.
TNO 사에서 발표한 아미노산 흡수제는 아민 흡수제에 비하여 산소에 대한 반응성이 없어 열화물(heat stable salt) 형성이 없는 장점이 있으며, 흡수 반응열 역시 모노에탄올아민(MEA) 대비 10% 작은 것으로 보고되고 있다(문헌[Energy Proccedia 1, 1043-1050, 2009]). 그러나, 경제적인 이산화탄소 포집 공정을 구현하기 위해서는 더 높은 이산화탄소 흡수능과 보다 빠른 이산화탄소 흡수 속도를 가져야 한다.
복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는, 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 상기 아미노산과 혼합되는 알칼리 금속 수화물을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에서, 아미노산의 분자량은 130 ~ 150 g/mol일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에서, 알칼리 금속 수화물은 칼륨 수화물, 리튬 수화물 및 나트륨 수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에서, 아미노산과 알칼리 금속 수화물은 1:1의 당량비로 혼합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에서, 상기 흡수제는 부식 방지제, 응집 보조제, 산소 억제제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기가 부여된 아미노산과 알칼리 금속 수화물을 혼합한 이산화탄소 흡수제이며, 이러한 이산화탄소 포집용 흡수제를 이용함으로써 이산화탄소를 더 많이 흡수할 수 있어서 이산화탄소의 흡수능을 높일 수 있다.
또한, 복수의 아민기를 포함하는 아미노산에 입체 장애 효과(sterically hindered effect)를 유발시킴으로써 이산화탄소 흡수능을 증진시킴과 동시에 흡수 반응열을 작게 할 수 있고, 흡수 반응열을 작게 하여 재생 에너지의 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하며, 아민기 주위에 관능기를 부여하여 입체 장애 효과를 유발함으로써, 이산화탄소 흡수능 및 이산화탄소 흡수 반응 속도를 향상시킬 수 있기 때문에 이산화탄소 포집 공정에 소요되는 장치비, 운영비를 크게 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수제 및 비교예에 따른 흡수제의 이산화탄소 흡수능을 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 상기 아미노산과 혼합되는 알칼리 금속 수화물을 포함한다.
이산화탄소 포집용 흡수제는 높은 이산화탄소 흡수능과 재생시 사용되는 에너지의 소모를 낮추어 경제성을 확보하여야 한다. 이산화탄소 흡수능을 증진시키기 위해서는 흡수제 중 이산화탄소가 흡수될 수 있는 결합싸이트를 증가시켜야 한다. 이산화탄소가 흡수될 수 있는 결합싸이트는 아민기에 의해 결정되며, 본 발명의 일 실시예에 다른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기(amine group)를 갖는 아미노산을 사용함으로써 이산화탄소 흡수능을 증가시킬 수 있다.
아미노산의 분자량은 아민기의 개수에 따라 달라질 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에 포함되는 아미노산의 분자량은 130 ~ 150 g/mol일 수 있다. 즉, 분자량이 130 ~ 150 g/mol인 아미노산 및 칼륨 수화물을 포함하는 흡수제를 사용한 경우 하기의 실험예 결과에서와 같이 이산화탄소 흡수능 및 흡수 속도가 증가할 수 있다. 또한, 이산화탄소 포집용 흡수제의 재생시 필요한 재생 에너지를 낮출 수 있다.
또한, 추가적인 이산화탄소 흡수능을 증진시키기 위해서 아민기 주위에 입체 장애 효과를 유발시킬 수 있다. 즉, 종래의 모노에탄올아민(MEA)과 같은 흡수제는 이산화탄소와 반응하여 카바메이트(carbamate)를 생성하면 반응이 종료된다. 그러나, 카바메이트가 가수분해되어 바이카보네이트(bicarbonate, HCO3 -)로 전환되면 추가적인 이산화탄소 흡수능을 증진시킬 수 있다.
이를 하기의 반응식들을 이용하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
1, 2차 아민(RNH2, 여기서 R은 알킬 그룹임) 수용액의 CO2 흡수 반응 메커니즘은 다음과 같이 중간체인 쌍성이온(zwitterion, RNH2 +COO-)이 생성되며 (반응식 1), 염기성분이 존재할 경우 RNH2 +COO-는 염기와 반응하여 다른 쌍성이온을 생성한다 (반응식 2).
CO2 + RNH2 ⇔ RNH2 +COO- (반응식 1)
RNH2 +COO- + B ⇔ RNHCOO- + BH+ (반응식 2)
여기서, B는 RNH2, H2O, OH- 등의 염기를 의미함.
반응식 2에서 생성된 쌍성이온은 가수분해를 통해 다시 유리 아민과 바이카보네이트로 전환된다.
RNHCOO- + H2O ⇔ RNH2 + HCO3 - (반응식 3)
반응식 2에서 생성된 쌍성 이온(RNHCOO-)이 안정할수록 반응식 3의 반응의 진행정도가 작아져 반응식 3의 반응은 무시할 수 있으며, B가 RNH2인 경우 총괄반응을 다음과 같이 반응식 4로 나타낼 수 있다.
CO2 + 2RNH2 ⇔ RNHCOO- + RNH3 + (반응식 4)
쌍성이온의 안정도가 큰 1차 아민인 모노에탄올아민은 모노에탄올아민 1 몰당 흡수할 수 있는 이산화탄소의 양이 0.5 몰로 제한될 수 있으나, 반응식 2에서 생성된 쌍성이온(RNHCOO-)이 바이카보네이트로 가수분해될 경우 이산화탄소 흡수제 1 몰당 1 몰의 이산화탄소를 포집할 수 있다.
또한, 생성된 흡수제의 아민기 근처에 수소보다 큰 관능기가 존재하여 이산화탄소 흡수시 입체 장애 효과(sterically hindered effect)가 유발된 경우 생성된 쌍성이온이 바이카보네이트로 쉽게 가수분해될 수 있다. 즉, 이산화탄소가 결합되는 아민기 주위에 입체 장애 효과를 일으킬 수 있는 관능기(예를 들어, 메틸기 또는 에틸기)가 존재할 경우 단위 흡수제당 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있다. 이러한 경우 이산화탄소 흡수제와 이산화탄소의 결합력이 약해져 이산화탄소를 포집한 흡수제의 재생시 더 낮은 에너지를 필요로 하게 되므로 흡수제의 재생에너지를 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 이산화탄소를 포집할 수 있는 아민기를 복수개로 갖는 아미노산을 포함함으로써 이산화탄소 흡수능을 증진시키고, 이와 동시에 아미노산의 아민기 주위에 입체 장애 효과를 유발시켜 이산화탄소 흡수능을 더욱 더 증가시킬 수 있다.
아민기를 갖는 아미노산이 수용액과 혼합시 쌍성이온이 형성되며 이러한 쌍성이온을 갖는 아미노산은 이산화탄소와 흡수반응이 잘 일어나지 않는데, 금속수화물을 혼합함으로써 쌍성이온의 상태에 변화를 주어 이산화탄소의 흡수 반응성을 크게 증가시킬 수 있다. 하기에서 사용된 금속 수화물은 알칼리 금속의 수화물이며, 알칼리 금속 수화물은 칼륨 수화물, 리튬 수화물 및 나트륨 수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
금속 수화물의 종류에 따라 이산화탄소 포집용 흡수제가 이산화탄소를 흡수하는 흡수능이 달라질 수 있으며, 하기의 실험예를 참고하면 칼슘 수화물 > 리튬 수화물 > 나트륨 수화물 순으로 이산화탄소 흡수능이 증가함을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제에서 복수의 아민기를 가진 아미노산과 금속 수화물은 1:1의 당량비로 혼합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는, 부식 방지제, 응집 보조제, 산소 억제제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 이산화탄소가 흡수될 수 있는 결합싸이트를 증가시킬 수 있는 아민기가 복수개인 아미노산 및 쌍성이온의 상태에 변화를 주어 이산화탄소의 흡수 반응성을 증가시킬 수 있는 금속 수화물을 혼합하여 제조될 수 있다. 이렇게 제조된 이산화탄소 포집용 흡수제는 더 높은 이산화탄소 흡수능을 나타내며, 상기 아민기에 입체 장애 효과를 부가함으로써 이산화탄소 흡수능 증진과 동시에 흡수 반응열을 작게 하며, 보다 빠른 이산화탄소 흡수 속도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 종래의 이산화탄소 흡수제인 모노에탄올아민(MEA)이나 디에탄올아민(DEA)의 낮은 이산화탄소 흡수능과 낮은 이산화탄소 흡수속도를 개선함으로써 이산화탄소 흡수탑의 크기를 줄여 이산화탄소 포집공정 설치에 소요되는 투자비 및 운전비를 줄일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 복수의 아민기를 갖는 아미노산 및 금속 수화물을 포함하며, 아민기 주위에 관능기를 부여하여 입체 장애 효과를 유발할 수 있다. 이로 인해, 이산화탄소 흡수능이 모노에탄올아민 대비 2배 크며, 이산화탄소 흡수 반응 역시 2배 이상 크기 때문에 이산화탄소 포집 공정에 소요되는 장치비, 운영비를 크게 줄일 수 있다.
또한, 이산화탄소가 결합되는 아민 주위에 입체 장애 효과를 일으킬 수 있는 관능기가 존재할 경우 상기와 같이 단위 흡수제 당 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있기 때문에, 흡수제와 이산화탄소의 결합력이 약해 이산화탄소를 포집한 흡수제의 재생시 필요로 하는 에너지를 낮출 수 있다. 이는, 재생 에너지에 사용되는 비용이 이산화탄소 포집-재생 공정 전체의 70%에 이르는 점을 감안하면, 비용 측면에서 더욱 더 경제적임을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 모노에탄올아민 대비 2배 이상의 이산화탄소 흡수능을 나타내어 기존의 흡수탑의 크기를 1/2로 줄일 수 있으며, 재생 에너지도 모노에탄올아민 대비 15% 이상 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수제의 구조를 적절히 변경시킴으로써 이산화탄소의 흡수 속도를 모노에탄올아민 대비 2배 이상 증가시켜 흡수 공정 규모를 크게 줄일 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제의 실험예 및 실험 결과에 대해 설명하기로 한다.
실험예 1. 복수의 아미노산과 금속 수화물 을 이용한 흡수제의 이산화탄소 흡 수능 및 흡수 반응 에너지
실험예 1에서의 흡수제인 KIER-1은 복수의 아민기를 갖는 아미노산 중 라이신(lysine) 및 칼륨 수화물이 1:1의 당량비로 혼합된 흡수제이다. 실험예 1에서 사용된 아미노산은 복수의 아민기를 가지며 분자량이 130 ~ 150 g/mol이며, 수용액과 혼합시 쌍성이온을 형성한다. 이러한 쌍성이온을 가진 아미노산은 이산화탄소와의 흡수 반응이 일어나지 않기 때문에, 이를 극복하기 위하여 칼슘, 리튬 또는 나트륨을 포함하는 알칼리 금속 수화물을 혼합함으로써 쌍성이온 상태에 변화를 주면 이산화탄소의 흡수 반응성이 크게 증가한다. 실험예 1의 결과를 통해, 사용한 아미노산의 종류에 관계없이 칼륨 수화물 > 리튬수화물 > 나트륨수화물 순으로 이산화탄소 흡수능이 증가함을 알 수 있다.
이산화탄소 흡수능과 흡수반응 에너지는 DRC(differential reaction calorimeter)를 사용하여 측정하였다. 250 ml의 반응기에 100 ml의 본 발명의 일 실시예에 따른 흡수제를 주입한 후 298 K에서 이산화탄소가 포함된 혼합가스를 주입하였다. 이때 사용된 혼합 가스 중 이산화탄소 농도는 가장 많은 이산화탄소를 배출하는 석탁화력발전소 배가스 중 포함되어 있으며 이산화탄소 농도가 12%인 것을 사용하였다. 비교예로 1급 아민인 모노에탄올아민(MEA)과 2급 아민인 디에탄올아민(DEA)의 아민류와 칼륨 수화물이 혼합된 프로라인(proline), 세린(serine), 글리신(glycine)을 비교하여 측정하였다. 도 1에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 칼륨 수화물이 혼합된 KIER-1이 가장 높은 흡수능을 보이는 것을 알 수 있다. 또한, 이를 정량적으로 정리하면 표 1과 같다.
흡수제의 흡수능과 흡수 반응열(25℃)
흡수제 흡수제의 용량,
흡수된 CO2(mol)/흡수제(mol)		 흡수반응열(-kJ/mol CO2)
MEA 0.498 81.77
DEA 0.607 67.06
칼륨 수화물이 혼합된 글리신 0.643 72.96
칼륨 수화물이 혼합된 세린 0.574 79.42
칼륨 수화물이 혼합된 프로라인 0.559 86.17
칼륨 수화물이 혼합된 KIER-1 1.021 68.15
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 칼륨 수화물이 혼합된 KIER-1은 MEA(흡수된 CO2 0.498(mol)/흡수제(mol)) 보다 2배 이상의 이산화탄소 흡수능을 보이며, 약 15% 정도 낮은 흡수 반응열을 보이고 있다. 흡수능에서는 비교 대상으로 사용한 다른 아미노산이 MEA, DEA와 비슷한 수치를 나타내어 본 발명의 복수의 아민기를 가진 아미노산보다 낮은 이산화탄소 흡수능을 보임을 알 수 있다.
표 1에서 흡수 반응열은 메틀러 토레도(Mettler Toledo) 사의 흡수 반응열 측정 장비를 이용하여 동일한 양의 흡수제로 이산화탄소 흡수 반응을 시켰을 때 방출되는 값을 나타내었다. 여기서, 흡수 반응열이 작다는 것은 나중에 재생 반응을 할 때 에너지가 적게 소요됨을 의미한다. 결국, 재생 에너지는 하기의 식과 같이 흡수 반응열, 현열 및 잠열을 이용하여 구할 수 있으며, 흡수 반응열은 전체 재생 에너지 중 최소 50% 이상을 차지한다. 여기서, 흡수 반응열을 제외한 나머지는 계산으로 구할 수 있기 때문에 흡수 반응열을 측정하면 재생 에너지를 쉽게 구할 수 있다.
재생 에너지 = 현열 + 흡수 반응열 + 잠열
여기서, 아민류와 아미노산류의 현열은 40℃에서 반응하고, 120℃에서 재생되기 때문에 동일하며, 잠열은 흡수제에 포함된 물의 잠열을 의미한다.
실험예 2. 복수의 아미노산과 금속 수화물을 이용한 흡수제의 이산화탄소 흡수 속도
이산화탄소를 흡수하는 흡수공정의 경제성을 확보하기 위해서는 이산화탄소 흡수능 뿐만 아니라 흡수 속도도 빨라야 한다. 3급 아민의 경우 흡수능은 1급 아민인 MEA보다 2배 정도 됨에도 불구하고 사용이 어려운 이유는 낮은 흡수 속도 때문이다. 실험예 2에서는 실험예 1에서 언급한 모든 흡수제를 사용하여 흡수속도를 가장 정확히 평가할 수 있는 젖음벽 반응기(wetted wall column)을 이용하여 평가하였다.
총괄물질전달계수(KG)로 알아본 결과, 실험예 1과 동일한 흡수제인 KIER-1의 이산화탄소 흡수속도는 아민 흡수제 중 가장 빠른 이산화탄소 흡수반응을 보이는 모노에탄올아민(MEA)의 1.11E-10 mol/㎠?sec?Pa 보다 2배 빠른 2.02E-10 mol/㎠?sec?Pa 을 나타내었다. 또한, 다른 아미노산 중 프로라인(proline) 보다는 작지만 세린(serine), 글리신(glysine) 보다 빠른 이산화탄소 흡수 속도를 나타내었다.
흡수제의 총괄물질전달계수 (25℃)
흡수제 총괄물질전달계수, KG(mol/㎠?sec?Pa)
MEA 1.11E-10
DEA 4.26E-11
칼륨 수화물이 혼합된 글리신 1.73E-10
칼륨 수화물이 혼합된 세린 8.55E-11
칼륨 수화물이 혼합된 프로라인 3.51E-10
칼륨 수화물이 혼합된 KIER-1 2.02E-10
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 복수의 아민기를 갖는 아미노산; 및
    상기 아미노산과 혼합되는 알칼리 금속 수화물을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아미노산의 분자량은 130 ~ 150 g/mol인 이산화탄소 포집용 흡수제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리 금속 수화물은 칼륨 수화물, 리튬 수화물 및 나트륨 수화물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 이산화탄소 포집용 흡수제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아미노산과 상기 알칼리 금속 수화물은 1:1의 당량비로 혼합된 이산화탄소 포집용 흡수제.
  5. 제1항에 있어서,
    부식 방지제, 응집 보조제, 산소 억제제, 소포제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 더 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제.
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