KR20120117097A - 비다공성 복합막을 이용한 이산화탄소 흡수공정의 탈거에너지 저감을 위한 감압 탈거 막분리 공정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소배가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 처리하는 습식 흡수법에서 전체 에너지 소비의 60~70%를 차지하고 있는 탈거측의 운전온도를 100℃ 이하로 낮춰 전체공정의 에너지 소비 저감을 위한 감압 탈거 막분리 공정에 관한 것이다. 현재 화력발전소에서 이산화탄소를 제거하기 위해 사용되는 가장 일반적인 방법은 습식 아민 흡수법이다. 하지만 흡수공정에서 흡수액으로부터 이산화탄소를 재생하는 탈거측의 운전온도는 120℃이상으로 전체공정 에너지 소비의 60~70%를 차지하고 있어 이를 보완하기 위한 새로운 공정을 개발이 필요한 실정이다. 현재 기-액 접촉 면적을 늘려주기 위해 흡수탑 내에 충진되는 충진제의 역할을 대체하기 위하여 높은 접촉면적을 제공해 줄 수 있는 막 접촉기를 적용하고자 하는 연구는 많이 진행되었으나 탈거측의 에너지 저감을 위해 막 접촉기를 적용한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 발명에서는 다공성 재질의 막을 지지체로 사용하고 이산화탄소 투과도가 높은 비다공성 고분자를 지지체에 코팅하여 복합막을 제조하였으며 이를 이용하여 100℃이하 감압조건 하에서 이산화탄소를 탈거시키는 것을 특징으로 한다.

Description

비다공성 복합막을 이용한 이산화탄소 흡수공정의 탈거에너지 저감을 위한 감압 탈거 막분리 공정 시스템{Membrane vacuum stripping process for the energy reduction in ＣＯ2 desorption process using composite type non-porous membrane}

본 발명은 연소 후 CO₂ 회수 기술인 습식 흡수법에서 전체 운전비의 80% 가량을 차지하는 탈거에너지의 저감을 위해 새로운 탈거기술인 분리막을 이용한 감압 탈거공정에 관한 것이다. 고분자막을 소재로 하여 막접촉기에 적용하는 대부분의 연구에서의 문제점은 막의 기공이 진공과 액상 측의 압력 조건에 의해 기공이 wetting 된다는 것이다. 흡수측의 기-액 접촉면적을 늘려주기 위한 막 접촉기의 도입과 관련한 선행기술에서도 고분자 단일막을 사용하였을 경우 수 시간 안에 막이 wetting 되어 막 성능이 급격히 떨어지는 현상을 기술하고 있다. 본 발명에서는 감압 탈거 시 물에 의한 분리막의 파과를 방지하기 위하여 소수성이며 다공성 재질의 고분자 지지체에 이산화탄소 투과도가 높은 비다공성 재질의 고분자를 코팅하여 평막형 복합막을 제조하여 이용하였다. 발명의 효과를 설명하기 위한 실시예로는 일반적으로 습식 아민 흡수법에서 가장 널리 사용되어지고 있는 MEA(monoethanolamine) 30 wt%의 수용액을 사용하였으며 흡수액의 종류에 따른 성능을 비교하고자 2차, 3차 아민인 DEA (diethanolamine), TEA(triethanolamine) 30 wt% 수용액을 본 공정에 도입하여 사용하였다. 흡수용액의 CO₂ 함량(CO₂ loading)에 따른 영향을 고찰하기 위하여 CO₂ 함량을 0.3~0.8로 변화시켰다. 감압탈거 공정의 진공측 압력은 60~660 mmHg(abs)로 다양한 압력조건에서의 공정운전을 실시하였다.

본 발명은 연소배가스에서 발생하는 이산화탄소를 처리하는 습식 흡수법에서 전체 에너지 소비의 60~70%를 차지하고 있는 탈거측의 운전온도를 100℃ 이하로 낮춰 전체공정의 에너지 소비 저감을 위한 감압 탈거 막분리 공정에 관한 것이다.

화력 발전소에서 발생하는 이산화탄소를 처리하는 가장 일반적인 방법으로 습식 아민 흡수법이 있다. 습식 아민 흡수법은 대규모의 이산화탄소를 지속적 운전이 가능하고 선행연구 역시 많이 이루어져 있어 공정 설계 시 각종변수를 적용하고 안정적인 운전이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 흡수법은 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하기 위한 흡수공정과 이산화탄소를 흡수한 아민 수용액으로부터 이산화탄소를 재생시키는 탈거 공정으로 크게 나눌 수 있는데 이러한 각 공정에서도 해결해야 할 문제점이 존재한다. 먼저 기존의 흡수탑에 충진되는 충진물의 종류에 따라 기-액 접촉면적의 차이를 보이며, flooding, foaming, channeling 등과 같은 공정운전상의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 넓은 기-액 접촉면적을 제공하고 장치를 최소화할 수 있으며 공정운전상 문제점이 발생하였을 때 유동적으로 장치를 변화시킬 수 있다는 등의 장점을 가지고 있는 막 접촉기를 흡수탑에 적용시키는 연구가 진행되어 왔다. 특히 소수성 재질의 다공성 고분자 막 소재를 이용한 막 접촉기의 연구는 활발히 이루어져 있다. 다양한 고분자 소재 중 polypropylene(PP), polyethylene(PE) 그리고 polytetrafluoroethylene(PTFE)는 강한 소수성을 가지고 용매에 용해성이 강하다는 이유로 이산화 탄소를 흡수하기 위한 막 접촉기에 도입되어 연구되어왔다. polypropylene 소재는 MEA와 AMP를 흡수액으로 사용하여 이산화탄소를 흡수하는 소재로 연구되었으며(D. deMontigny, P. Tontiwachwuthikul, A. Chakma, Using polypropylene and polytetrafluoroethylenemembranes in amembrane contactor for CO₂ absorption, J. Membr. Sci. 277 (2006) 99-107) PE와 PTFE 역시 MEA 수용액으로부터 이산화탄소를 흡수하는 막 접촉기로 응용되어 연구되었다(N. Nishikawa,M. Ishibashi, H. Ohata, N. Akutsu, CO₂ removal by hollow fibers gas-liquid contactor, Energy Convers. Manage. 36 (1995) 415-418). 이산화탄소 흡수뿐만 아니라 황화수소와 같은 산성가스의 흡수를 위한 막접촉기 연구에서는 polysulfone (PS)나 polyethersulfone(PES) 와 같은 소재도 함께 연구되어왔다(K. Li,W.K. Teo, Use of permeation and absorption methods for CO₂ removal in hollow fiber membrane modules, Sep. Purif. Technol. 13 (1998) 79-88).

흡수탑에서 흡수액과 이산화탄소의 접촉면적을 넓혀 주기 위한 막 접촉기 적용 연구는 활발히 진행되어진 반면 전체 공정 에너지 소비의 60~70%를 차지하며 120℃ 이상의 운전 조건으로 높은 운전비의 주요 원인이 되고 있는 탈거측의 단점을 보완하기 위한 연구는 거의 진행되고 있지 않은 실정이다. 세라믹 막 접촉기를 이용하여 질소가스를 spripping 가스로 사용한 이산화탄소 탈거막 연구(Carbon dioxide stripping in ceramic hollow fiber membrane contactors, Chemical Engineering Science, 64, 2009, 1-8) 와 일본 Research institute of Innovative Technology for the Earth (RITE)의 flash process(Kazuhiro Okabe, Hiroshi Mano and Yuichi Fujioka, Separation and recovery of carbon dioxide by membrane flash process, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2, 2008, 485-491)를 제외하고는 탈거측의 에너지 저감을 위해 막 접촉기 공정을 도입하는 연구는 드문 실정이다. 뿐만 아니라 다공성 고분자 막을 막 접촉기에 적용함에 있어 가장 큰 문제점으로 여겨지는 부분은 소재의 안정성이다. 아민 수용액이나 다른 용매에 대한 화학적 안정성 역시 중요한 변수가 되지만 특히 공정운전상에 wetting 문제나 기공의 파과와 관련된 물리적 안정성이 막 소재를 선택하는 데 있어 가장 중요한 변수로 작용한다. 여러 고분자 막 중에서 우수한 성능을 보이는 단 하나의 소수성 막소재로 PTFE가 언급된바 있다(O. Falk-Pederson, H. Dannstorm, Separation of carbon dioxide from offshore gas turbine exhaust, Energy Convers. Manage. 38 (1997) S81-S86). 하지만 PTFE 역시 수 시간 연속운전 시 wetting 문제로 막 성능이 급격히 저하됨을 보이고 있다.

따라서 본 발명에서는 강한 소수성에 기계적 강도가 우수한 다공성 고분자를 지지체로 하여 이산화탄소의 투과도가 높은 비다공성 고분자 소재의 선택층을 코팅하여 복합막을 제조하였다. 이를 막 접촉기에 적용하여 연소배가스에서 발생하는 이산화탄소를 처리하기 위한 습식 흡수공정의 전체 공정 에너지 소비 저감을 위한 새로운 형태의 막 접촉기 공정을 개발하였다.

본 발명의 목적은 연소배가스에서 발생하는 이산화탄소를 처리하기 위한 습식 흡수법에서 120℃이상의 운전조건으로 공정에너지 소비의 대부분을 차지하고 있는 탈거측에 막접촉기를 도입하여 운전 조건을 100℃이하로 낮추어 전체 공정 에너지 소비를 저감하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 분리막 접촉기를 적용하는데 있어 다공성 고분자 단일막이 가지고 있는 단점인 파과와 wetting 현상을 방지하기 위한 복합막 제조 기술을 발명하는데 있다.

기존의 탈거탑의 운전 조건이 120℃ 이상의 고온에서 이루어지기 때문에 이를 유지하는 에너지 소비를 저감하는 것이 본 공정의 핵심 기술이 될 것이다. 이에 본 발명에서는 탈거측 온도를 80℃이하 까지 저감시킴으로써 공정 운전자체의 에너지 소비를 저감하였고 이산화탄소의 탈거 구동력을 증가시키기 위하여 분리막의 투과 측에 감압 조건을 제공하는 방식으로 본 발명을 개발하였다.

막 접촉기를 도입함에 있어 막소재의 선택은 아주 중요한 변수가 된다. 앞서 기술한 바와 같이 다공성 고분자막은 수 시간의 운전 조건 하에서 기공의 wetting 현상에 의해 막의 성능이 저하되는 단점을 보인다. 이에 본 발명에서는 다공성 고분자 소재를 지지체로 하여 비다공성 고분자 박막을 코팅하여 복합막을 제조 하였다. 코팅은 4㎛ 두께로 하여 제막하였고 casting 방법을 사용하였다.

본 발명은 흡수 공정에서 120℃이상의 온도조건 하에서 운전되는 탈거측에 PDMS-PE 복합막을 적용하여 이산화탄소 감압 막분리 공정을 도입함으로써 100℃이하의 온도조건에서 운전함으로써 흡수공정 전체의 에너지 소비 저감의 효과를 가진다.

도 1은 막 분리 감압탈거 측의 이산화탄소 탈거 투과 특성을 수행하기 위한 장치를 나타낸 모식도이고;
도 2는 개발된 복합막의 투과 성능을 확인한 후 실제 공정에서의 탈거능을 확인하기 위해 사용된 장치를 나타낸 모식도이고;
도 3은 비다공성 복합막의 주사전자현미경(SEM) 사진이고;
도 4는 비다공성 복합막의 코팅층과 지지층의 단면을 나타낸 사진이고;
도 5는 MEA 30 wt% 를 흡수액으로 사용하여 CO₂ loading 값을 0.5로 하여 80℃온도 조건 하에서 감압조건의 변화에 따른 이산화탄소 투과량을 나타낸 그래프이고;
도 6은 MEA 30wt% 수용액을 사용하고 CO₂ loading 값을 0.7로 하여 감압조건은 60 mmHg로 고정하고 25, 40, 60, 80 ℃로 변화에 따른 이산화탄소 투과량을 나타낸 그래프이고;
도 7은 MEA 30wt%를 흡수액으로 사용하여 80℃ 온도 조건하에서 CO₂ loading 값을 0.3, 0.5, 0.7로 변화시켜 가며 각각 감압조건에서 탈거 거동을 나타낸 그래프이고; 및
도 8은 아민의 종류에 따른 이산화탄소 탈거 거동을 나타낸 그래프이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 막 분리 감압탈거 측의 이산화 탄소 탈거 투과 특성을 관찰하였다. 이는 개발된 복합막의 투과 성능과 각 조건 변수별 이산화 투과 특성을 살펴보는 목적으로 실시되었다. 도 1에서와 같이 최초 CO₂ absorber에 30 wt%의 아민 수용액을 채운 뒤 99% 이산화탄소를 불어 넣어 준다. 이산화탄소의 함량에 따른 탈거 특성을 살펴보기 위하여 CO₂ loading 조건(mol CO₂/ mol amine solution)을 0.3, 0.5, 0.7 등으로 변화시켜 기어 펌프를 통해 500 cc/min의 속도록 항온조로 유입된다. 항온조를 거친 아민 수용액은 25, 40, 60, 80℃의 온도 조건으로 변화되고 membrane cell로 유입된다. 이때 막의 투과 측은 vacuum 펌프를 통해 감압 되어 아민 수용액으로부터 이산화탄소를 탈거하고 탈거된 이산화탄소는 유량계를 통해 유량이 확인된 뒤 GC(gas chromatography)를 통하여 분석하였다. 이산화탄소를 제거하고난 아민 수용액은 열교환기를 거쳐 다시 absorber에 유입되게 된다.

개발된 복합막의 투과 성능을 확인한 후 실제 공정에서의 탈거능을 확인하기 위하여 도 2에서와 같이 공정을 실시하였다. 흡수탑 내부에는 충진물을 채워 넣었고 모델 배가스인 15%의 이산화탄소 혼합가스를 흡수탑 하부에서 상부로 유입시켰다. 또한 흡수액은 탑의 상부에서 하부로 ①, ②, ③번 라인을 통해 MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), TEA(triethanolamine)을 유입시켜 공정을 진행하였다. 탈거측 공정 조건으로는 탈거능이 가장 우수하였던 80℃온도에서 660mmHg(abs) 감압조건으로 설정하여 진행하였다.

실시예 1

본 발명에서 감압 막분리 공정을 적용함에 있어 막 소재의 선택의 중요성을 앞서 기술하였다. 이에 본 발명에서는 다공성 고분자인 PE(pore size: 0.2μm, thickness: 25 μm, porosity: 45%, SK chemical, Korea)을 지지체로 하여 silicalite 분말이 함유되어 있는 PDMS (GE bayer, LSR 2630, Germany) 비다공성 고분자막을 코팅하여 본 공정에 도입하였다. 먼저 PDMS 는 A형의 주제와 B형의 경화제로 구분되어진다. 두 타입 모두 높은 점도를 가지고 있어 hexane에 녹여 점도를 묽게 한 후 코팅과정을 진행하여야 한다. 여기서 n-Hexane과 PDMS의 혼합비율이 PE지지체에 코팅을 진행하는데 매우 중요한 변수가 된다. n-Hexane의 비율이 높을 경우 지지체 기공사이로 Hexane이 스며들어 코팅이 진행되지 않는다. 먼저 A 타입의 주제와 n-Hexane을 50:50의 비율로 하여 충분히 녹여 준다. B 타입의 경화제 역시 n-Hexane과 50:50의 비율로 충분히 녹여준다. 충분히 점도를 낮춘 후 automatic control coator (Comate™- 3000, KIPAE, Korea)을 이용하여 4㎛의 두께로 코팅을 진행한다. 이때 사용되어진 casting wire는 #3으로 wire film 두께는 0.27 mils이다. 위의 과정을 거쳐 코팅을 마친 복합막은 80℃ 조건에서 12시간 경화를 시킨다. 도 3은 비다공성 재질의 SEM이미지이고 도 4는 제작된 복합막의 코팅층과 지지층의 단면을 보여주고 있다.

실시예 2

본 발명에 포함된 이산화탄소 감압 탈거 공정의 실시 예는 다음과 같다.

도 1과 같은 구성으로 MEA 30 wt% 를 흡수액으로 사용하여 CO₂ loading 값을 0.5로 맞추어 80℃온도 조건 하에서 여러 가지 감압조건의 변화에 따른 이산화탄소 투과량을 도 5에 나타내었다. 동일한 조건과 온도 조건하에서는 감압조건이 커질수록 더 높은 이산화탄소 거동을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 3

동일한 조건 하에서 온도에 따른 탈거거동을 살펴보기 위하여 앞의 공정과 동일한 아민수용액인 MEA 30wt% 수용액을 사용하고 CO₂ loading 값을 0.7로 하여 공정을 진행한 결과를 도 6에 나타내었다. 감압 조건은 60mmHg 로 고정하였고 온도를 25, 40, 60, 80℃로 변화시켜가며 공정을 진행하였다.

동일한 조건 하에서 온도의 조건이 증가함에 따라 이산화탄소의 탈거 거동 역시 증가하고 있는 것을 보이고 있다. 이는 온도가 증가함에 따라 액상내의 이산화탄소 partial pressure 증가로 인하여 막을 투과하는 구동력의 증가로 설명할 수 있다.

실시예 4

아민 수용액의 CO₂ loading의 변화에 따른 탈거거동을 알아보기 위하여 MEA 30wt%를 흡수액으로 사용하여 80℃ 온도 조건하에서 CO₂ loading 값을 0.3, 0.5, 0.7로 변화시켜 가며 각 감압조건에서 어떠한 탈거 거동을 보이는지를 도 7에 나타내었다.

아민 수용액상의 이산화탄소 함량이 늘어남에 따라 투과되어 되는 이산화탄소의 탈거량은 증가하는 경향을 보이고 있다. 뿐만 아니라 동일한 CO₂ loading 값에서 감압조건이 증가함에 따라 더 높은 탈거 거동을 보이고 있는 것은 앞서 실시한 실시예 1의 결과와 동일한 경향을 보이는 것을 확인할 수 있었다.

실시예 5

본 공정에서 적용된 이산화탄소 흡수액은 하기 반응식 1, 2 및 3에 나타낸 1차, 2차, 3차 아민 수용액이다.

<반응식 1>

CO₂ + 2HOC₂H₄NH₂ ↔ HOC₂H₄NH₃ ⁺ + HOC₂H₄NHCOO^-

<반응식 2>

CO₂ + 2(HOC₂H₄)₂NH₂ ↔ (HOC₂H₄)₂NH₂ ⁺ + (HOC₂H₄)₂NCOO^-

<반응식 3>

CO₂ + (HOC₂H₄)₃NH₂ ↔ (HOC₂H₄)₂NC₂H₄OCOOH

일반적으로 1,2,3 차 아민에 대한 이산화탄소의 흡수machanism은 위와 같다. 특히 monoethanolamine이 이산화탄소를 흡수 공정에 가장 많이 사용되는 흡수액으로 알려져 있다. 흡수속도가 2차, 3차 아민에 비하여 우수하기 때문에 탈거능이 낮음에도 불구하고 가장 일반적인 흡수액으로 알려져 있다. 하지만 막 접촉기를 적용함에 있어 적합한 흡수액은 상이할 수 있기에 본 발명에서는 각각 아민의 종류에 따른 이산화탄소 탈거 거동을 알아보기 위한 공정운전을 실시한 결과를 도 8에 나타내었다.

각각의 아민의 온도 조건을 80℃로 동일하게 유지하고 CO₂ loading을 0.5로 일정하게 유지한 공정결과를 살펴보면 같은 loading 조건에서 3차아민이 가장 우수한 탈거 거동을 보이고 있는 것을 확인할 수 있으며 2차 아민을 사용한 경우가 1차 아민을 흡수액으로 사용한 경우보다 우수한 탈거거동을 보이고 있다. 이는 일반적으로 알려진 탈거 거동과 일치하고 있다. 본 공정 운전 결과 흡수 공정에서 탈거막 접촉기 적용을 고려할 경우 단순히 탈거공정의 에너지 소비 저감과 높은 탈거량 만을 고려한다면 3차 아민을 흡수제로 사용하는 것이 가장 바람직하나 흡수 공정상에서 고려해야 할 흡수 속도, 반응열, 흡수능, 탈거능 등 전반적인 공정상 변수를 고려해야 할 것으로 판단된다.

실시예 6

본 발명에서 앞서 선행된 PDMS-PE 복합막의 이산화탄소 탈거특성을 바탕으로 도 2와 같이 실제 공정을 실시하였다. 먼저 MEA 30 wt%의 흡수액을 이용하여 흡수, 탈거막 공정을 진행하였으며 이때 사용되어진 가스는 이산화탄소 15%를 함유하고 있는 혼합가스를 사용하였으며 가스 유량은 16L/min, 흡수액의 유량은 500ml/min의 조건으로 공정을 진행하였다. 특히 탈거막 공정의 운전 조건은 앞서 선행되어진 PDMS-PE 복합막 탈거성능을 바탕으로 막면적은 0.1과 0.2m2 로 정하여 막면적에 따른 탈거량과 효율을 살펴 보았으며 온도는 60, 80℃, 감압조건은 160, 60 mmHg(abs) 의 조건에서 공정이 진행되었다. 1차아민의 흡수 속도가 2차, 3차아민에 비해 흡수 속도가 빠른 것을 고려하여 도 2의 흡수탑 ①번 주입구를 통하여 흡수액을 유입시켰다.

온도 (℃)	막면적 (㎡)	흡수액 유량 (㎖/min)	가스유량 (L/min)	흡수효율 (%)	이산화탄소 탈거량 (㏖/hr)	rich amine	lean amine
60	0.1	500	16	95	0.95	0.3	0.29
60	0.2	500	16	95	1.9	0.3	0.28
80	0.1	500	16	95	6.2	0.3	0.25
80	0.2	500	16	95	12.4	0.3	0.21

상기 표 1과 같이 온도조건을 60에서 80℃로 증가함에 따라 동일한 운전 조건하에서 0.95(mol/hr)에서 6.2(mol/hr)로, 1.9(mol/hr)에서 12.4(mol/hr)로 더 높은 탈거능을 보이고 있다. 이는 이산화탄소 탈거 후 흡수탑 내부로 재순환되는 lean amine의 CO₂ loading 에도 영향을 미치고 있다. 상용화되고 있는 흡수공정에서의 lean amine의 CO₂ loading 값이 0.2정도 인 것을 감안할 때 본 공정변수 하에서는 80℃온도에 60mmHg(abs) 감압, 막면적이 0.2㎡인 것이 적합할 것이라 판단된다.

실시예 7

2차 아민에 대한 탈거공정 역시 실시되었다. 앞서 선행 되어진 MEA 30 wt%의 실험과 동일한 방식으로 공정을 진행하였으며 동일한 CO₂ loading 값을 비교하기 위하여 DEA 30wt%의 CO₂ loading을 0.3이 되도록 공정 변수를 설정하였다. 1차 아민에 비해 비교적 흡수 속도가 느린 것을 고려하여 도 2와 같이 ②번 유입구를 통하여 흡수탑 내부로 흡수액을 유입시켜 주었으며 유입기체의 유량 또한 36L/min로 증가 시켜 기-액 접촉 시간을 충분히 가질 수 있도록 조절하여 공정을 진행하였다. MEA 30wt%의 실험 결과에서 보인 것과 같이 60℃ 조건에 비해 80℃ 조건 하에서 더 높은 탈거능을 가지는 것을 고려하여 80℃에서 공정을 실시하였으며 복합막의 면적은 0.1㎡으로 고정하여 진행하였다.

온도 (℃)	막면적 (㎡)	흡수액 유량 (㎖/min)	가스유량 (L/min)	흡수효율 (%)	이산화탄소 탈거량 (㏖/hr)	rich amine	lean amine
360	0.1	500	36	95	2.6	0.3	0.26
260	0.1	500	36	95	4.2	0.3	0.24
160	0.1	500	36	95	6.9	0.3	0.21
60	0.1	500	36	95	13.8	0.3	0.14

반면 감압 조건에 따른 탈거 효율을 살펴 보고자 상기 표 2와 같이 360, 260, 160, 60 mmHg(abs)의 압력 변화에 따라 이산화탄소의 탈거량이 2.6, 4.2, 6.9, 13.8 mol/hr로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 흡수탑 내부로 재순환되는 아민 수용액의 CO₂ loading 값 역시 탈거량의 변화에 따라 낮아지는 결과를 얻을 수 있었으며 동일한 0.1㎡의 복합막 면적과 비교하였을 때 1차 아민에 비하여 2차 아민을 흡수액으로 사용한 결과 조금 더 우수한 탈거능을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 1차 아민에 비해 2차 아민의 경우 동일한 CO₂ loading, 온도 조건에서 더 높은 CO₂ partial pressure를 가진다는 선행 조사에서 증명할 수 있다. CO₂ loading 값 0.5를 기준으로 80℃에서의 이산화탄소 분압은 MEA 30wt%의 경우 40 kPa인 반면, DEA 30 wt%의 경우 217.8 kPa로 나타나있다(reference). 결과적으로 본 발명에 적용할 시 2차 아민의 경우가 1차 아민에 비해 우수한 탈거능을 가짐으로 더 적은 막 면적을 필요로 하나 흡수 속도 차이와 열화 특성, 가스 유입량에 따른 운전 변수 등을 고려한다면 2차 아민을 사용하는 것이 적합하다고 판단하기는 힘들 것으로 생각된다.

하지만 본 발명의 목적은 기존의 흡수 공정과 비교하여 막공정을 도입함으로써 더 낮은 온도조건에서 이산화탄소를 탈거하는 공정을 발명하는데 있다. 따라서 본 발명은 기존의 120℃ 이상의 운전 조건을 80℃ 이하로 줄임으로써 전체 공정 에너지 소비 저감에 기여한다고 판단된다.

Claims (1)

1. 연소배가스에서 발생하는 이산화탄소를 처리하기 위한 습식 흡수법에 있어서, 공정에너지 저감을 위해 감압하에서 운전되는 감압 탈거 막 분리 공정으로 고분자 복합막 접촉기를 적용한 공정.

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