KR20130106680A - Carbon dioxide capture sorbent and method for carbon dioxide capture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소와의 높은 반응성으로 포집이 용이하면서도 포집된 이산화탄소의 탈착이 용이한 이산화탄소 흡수제에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열적 안정성이 우수하고 몰 흡수 용량이 크며 고압에서 이산화탄소 흡수력이 크고 재생이 가능한 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다.
The present invention relates to a carbon dioxide absorbent that is easy to collect due to high reactivity with carbon dioxide and easy to desorption of the captured carbon dioxide, and more particularly, has excellent thermal stability, large molar absorption capacity, and high carbon dioxide absorption ability and high regeneration at high pressure. It relates to a carbon dioxide absorbent.
최근 급격한 기후 변화를 통해서 지구 온난화에 대한 심각성이 전 세계적으로 인식되기 시작하면서 온실 가스 배출을 줄이기 위한 대책 마련에 선진국은 물론이고 개발도상국에서도 고심하고 있다. 특히, 이산화탄소(CO2)가 지구 온난화의 주요 원인으로 지목되면서 선진국들은 국제 협약 등을 통하여 이산화탄소의 배출을 최소화하려고 노력하고 있다. 이러한 국제적인 움직임으로 동일한 화석 연료를 사용해서 높은 효율을 가지면서도 적은 이산화탄소를 배출할 수 있는 연료 개발 연구가 진행되고 있으며, 다른 한편으로는 화석 연료를 사용하는 기존 공장이나 발전소와 같은 설비로부터 나오는 이산화탄소를 효율적으로 포집해서 이산화탄소를 다시 사용하려는 환경 친화적인 연구 개발을 지속적으로 수행하고 있다.Recently, due to rapid climate change, the seriousness of global warming has begun to be recognized around the world, and both developed and developing countries are struggling to come up with measures to reduce greenhouse gas emissions. In particular, as CO 2 is regarded as a major cause of global warming, developed countries are trying to minimize CO 2 emissions through international agreements. In this international movement, research on the development of fuels with high efficiency and low CO2 emissions using the same fossil fuel is being conducted. On the other hand, carbon dioxide from facilities such as existing plants and power plants using fossil fuels is being researched. We continue to conduct environmentally friendly research and development to capture and reuse carbon dioxide efficiently.
이산화탄소를 포집하기 위한 포집 방법은 크게 액체 흡수제를 이용한 화학적 흡수법, 고체 재료를 이용한 물리적 흡착법, 그리고 막을 이용한 분리법 등으로 나눌 수 있는데, 이러한 포집 방법들은 모두 상업적으로 개발되어 실제 공정에 용도에 맞추어서 사용되고 있다. 그 중에서도 액체 흡수제를 이용한 화학적 흡수법은 이산화탄소의 농도가 적고 용량이 큰, 주로 발전소나 산업 설비에서 나오는, 배기가스에서 이산화탄소를 포집하는데 널리 사용되고 있다. 특히, 이산화탄소의 부피비가 20% 미만인 낮은 배출농도 조건에서도 화학적 흡수법은 높은 포집 효율을 보이기 때문에, 다른 포획 방법에 비해서 경제성이나 공정 적용 방법 측면에서 볼 때 아주 우수한 포집 방법으로 여겨지고 있다. The collection methods for trapping carbon dioxide can be classified into chemical absorption method using liquid absorbent, physical adsorption method using solid material, and separation method using membrane. All these methods are commercially developed and used in actual processes have. Among them, the chemical absorption method using a liquid absorbent is widely used to capture carbon dioxide from exhaust gases, mainly from power plants and industrial facilities, which have a low carbon dioxide concentration and a large capacity. In particular, the chemical absorption method shows a high collection efficiency even at low emission concentrations where the carbon dioxide volume ratio is less than 20%. Therefore, it is considered to be an excellent collection method in terms of economy and process application method compared to other capture methods.
이산화탄소를 포집하기 위한 액체 흡수제로 알칸올 아민(alkanol-amines)을 사용하는 공정은 1930년대부터 사용되어 왔다. Alkanol-amines은 말단에 두 개의 작용기를 가지고 있다. 하나는 친수성인 hydroxy(-OH) 기 그리고 다른 하나는 이산화탄소와 결합할 수 있는 amino(-NH2, -NHR, -NR2)기인데 이들 두 작용기의 특성으로 이산화탄소를 수용액 상태에서 쉽게 포집할 수 있는 최적의 화합물로 알려지고 있다. 알칸올 아민 흡수제로 트리 에탄올 아민(tri-ethanol-amine)을 사용하는 공정이 처음으로 개발된 이래로 모노 에탄올 아민(MEA, mono-ethanol-amine), 디 에탄올 아민(DEA, di-ethanol -amine), 2-메틸 아미노 에탄올(2-methyl-amino-ethanol), 디 이소프로필 아민(di-isopropyl-amine), 피페라진(piperazine), 2-피페라딘 에탄올(2-piperidine-methanol)등 많은 아민 계열의 화합물들이 개발되었다. 그 중에서도 모노 에탄올 아민(MEA)과 디 에탄올 아민(DEA)이 이산화탄소와의 반응 속도가 빨라서 가장 널리 사용되고 있다. 이들 흡수제는 일반적으로 20∼40 중량%의 농도를 갖는 물과 혼합한 수용액으로 만들어서 사용한다. 아민 수용액은 이산화탄소와 친화력이 강해서 연소되고 나오는 배기가스 중에 포함된 이산화탄소를 용이하게 포집할 수 있고, 이산화탄소를 함유한 아민 흡수제는 반응 용기 내에서 가열되어 원래의 아민 흡수제와 이산화탄소로 분리된다. 분리된 이산화탄소는 다른 탱크에 저장되고, 아민 흡수제 용액은 열교환기를 거쳐서 원래의 이산화탄소 포집 탱크로 보내서 다시 사용하는 순환과정을 반복해서 배기가스 중의 이산화탄소를 분리하고 회수한다. The process of using alkanol-amines as a liquid absorbent to capture carbon dioxide has been in use since the 1930s. Alkanol-amines have two functional groups at their ends. One is a hydrophilic hydroxy (-OH) group and the other is an amino (-NH 2 , -NHR, -NR 2 ) group that can bind to carbon dioxide.The characteristics of these two functional groups make it easy to capture carbon dioxide in aqueous solution. It is known to be the best compound. Since the process of using tri-ethanol-amine as the alkanol amine absorber for the first time, mono-ethanol-amine (MEA), di-ethanol-amine (DEA) Many amines, such as 2-methyl amino ethanol, di-isopropyl amine, piperazine and 2-piperidine-methanol A series of compounds has been developed. Among them, mono ethanol amine (MEA) and diethanol amine (DEA) are the most widely used because of the fast reaction rate with carbon dioxide. These absorbents are generally used in the form of an aqueous solution mixed with water having a concentration of 20 to 40% by weight. The aqueous amine solution has a high affinity with carbon dioxide, so that carbon dioxide contained in the exhaust gas which is burned out can be easily collected, and the amine absorbent containing carbon dioxide is heated in the reaction vessel to separate the original amine absorbent and carbon dioxide. The separated carbon dioxide is stored in another tank, and the amine absorbent solution is sent to the original carbon dioxide capture tank through a heat exchanger, and then recycled to separate and recover the carbon dioxide in the exhaust gas.
알칸올 아민에 의한 이산화탄소 포집은 CO2 몰 흡수 용량의 최대치가 알칸올 아민 2몰 당 1몰로 제한된다. 즉, 1몰은 이산화탄소와 반응하여 카바메이트를 형성하는 데 필요하고, 1몰은 카바메이트의 카르복실 산 작용으로부터 방출된 proton을 포집하는 데 쓰인다. 현재 가장 널리 이산화탄소 포집에 사용되는 모노 에탄올 아민(MEA)의 경우에도 아민 몰수에 대해 CO2 몰수의 비율이 최대 0.5로 적은은 몰 흡수 용량을 가지고 있어서, 경제성을 고려한 이산화탄소 포집을 위해서는 몰 흡수 용량이 1.0에 근접한 물질의 개발이 필요하다. Carbon dioxide capture by alkanol amines is limited to a maximum of 2 molar CO 2 absorption capacity of 1 mole per 2 moles of alkanol amine. That is, one mole is needed to react with carbon dioxide to form carbamate, and one mole is used to capture the protons released from the carboxylic acid action of the carbamate. Even in the case of the most widely used mono ethanol amine (MEA), the ratio of mole of CO 2 to mole of amine is as small as 0.5, and the molar absorption capacity is low for economical carbon dioxide capture. Development of materials close to 1.0 is needed.
MEA와 DEA와 같은 알칸올 아민이 가지고 있는 이러한 근본적인 문제점 외에도, 이들을 흡수제로 사용하는 현재의 공정은 MEA와 DEA의 아민 작용기가 C02와 강하게 화학적으로 결합되어 있어 포집 후 이 둘을 분리하는 재생 공정에서 고온, 즉, 높은 에너지가 필요하다는 점이다. In addition to these fundamental problems with alkanol amines such as MEA and DEA, current processes using them as absorbents are regeneration processes that separate the two after capture because the amine functionality of MEA and DEA is strongly chemically bonded to C0 2 . At high temperatures, ie high energy is required.
더 큰 문제는 이러한 고온 재생 공정 과정에서 MEA와 DEA와 같은 흡수제의 분해가 일어나 흡수제의 성능이 급격하게 저하된다는 점이다. 따라서 이산화탄소 흡수제의 양을 전체 공정 과정 중에 늘 일정하게 유지하기 위해서는 분해되어 소모된 흡수제의 양만큼 흡수제를 지속적으로 공급해 주어야만 한다. 또한 MEA와 DEA는 반응성이 커서 주변 용기를 쉽게 부식시키고 배기가스 중에 포함된 미량의 산소에 의해서도 쉽게 분해되는 단점이 있다. A bigger problem is the degradation of absorbents such as MEA and DEA during this high temperature regeneration process, resulting in a drastic decrease in absorbent performance. Therefore, in order to maintain a constant amount of carbon dioxide absorbent during the entire process, it is necessary to continuously supply the absorbent as much as the amount of absorbed and consumed absorbent. In addition, MEA and DEA have high reactivity, so that the surrounding vessels are easily corroded and easily decomposed by the trace amount of oxygen contained in the exhaust gas.
따라서 화학적 흡수법을 이용해서 이산화탄소 포집을 효율적으로 하기 위해서는 몰 흡수 용량이 크고, 흡수제의 재생에 필요한 에너지가 적게 들고, 흡수제가 열적으로 안정해서 추가 공급을 최소화 할 수 있는 새로운 흡수제의 개발이 필요하다. 이러한 MEA와 DEA 흡수제의 단점을 보완하기 위한 한 방안으로, 열적 안정성이 높으면서 부식성이 없고 휘발성이 낮은 이온성 액체(ionic liquid)를 알칸올 아민을 대체할 수 있는 새로운 흡수제로 사용할 수 있을 가능성을 찾기 위해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 하지만 이온성 액체는 포집 온도 조절을 통해서 이산화탄소를 선택적으로 흡수할 수 있는 측면에서는 하나의 좋은 대안이 될 수 있지만, 가격이 비싸고 이산화탄소 흡수력이 상온에서는 아주 낮아 대용량 설비에서 배출되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하는 데 활용하기는 지금까지 개발된 이온성 액체만 으로는 어려운 것으로 알려지고 있다.
Therefore, in order to efficiently capture carbon dioxide using the chemical absorption method, it is necessary to develop a new absorbent which has a high molar absorption capacity, low energy required for regeneration of the absorbent, and a thermally stable absorbent to minimize the additional supply. . As a way to compensate for the drawbacks of these MEA and DEA absorbents, the possibility of using ionic liquids with high thermal stability and low corrosion resistance and low volatility as new absorbents to replace alkanol amines can be found. Many studies are being done for this purpose. However, ionic liquids may be a good alternative in terms of the ability to selectively absorb carbon dioxide by controlling the capture temperature, but the cost is high and the CO2 absorption capacity is very low at room temperature, thus capturing carbon dioxide in the exhaust gas from large-capacity plants. It is known that the ionic liquid developed so far is difficult to utilize.
이에 본 발명자들은 상기 알칸올 아민 흡수제들이 가지고 있는 단점들을 해결하기 위해서 본 발명자들이 도출한 것으로서, 본 발명을 통해 상온 상압에서 액체인 히드라진을 흡수제로 사용하게 되면 MEA와 DEA와 같은 기존의 알칸올 아민 흡수제가 가지고 있는 단점인 몰 흡수 용량이 적은 문제, 부식성 문제, 그리고 열적 안전성 문제를 해결할 수 있다는 것을 알게 되었고, 또한, 재생 과정에서 추가적인 에너지가 적게 들어 공정 설계에 매우 유리하다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have been derived by the present inventors in order to solve the disadvantages of the alkanol amine absorbents, when using the hydrazine as a liquid absorbent at room temperature and normal pressure through the present invention, the existing alkanol amines such as MEA and DEA It has been found that the drawbacks of absorbents, such as low molar absorption capacity, corrosiveness, and thermal safety, can be solved, and the additional energy in the regeneration process is very advantageous for process design. It was completed.
이에 본 발명의 목적은 이산화탄소와 히드라진 유도체를 흡착시켜 히드라지늄 카르복실레이트를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for preparing hydrazinium carboxylate by adsorbing carbon dioxide and hydrazine derivatives.
본 발명의 다른 목적은 히드라진 유도체를 유효성분으로 포함하는 이산화탄소 흡착제를 제공하는 데에 있다.
Another object of the present invention to provide a carbon dioxide adsorbent comprising a hydrazine derivative as an active ingredient.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 According to one aspect of the present invention,
이산화탄소를 포함하는 혼합기체와 하기 화학식 1로 표현되는 히드라진 유도체를 흡착시키는 방법을 제공한다.Provided is a method of adsorbing a mixed gas containing carbon dioxide and a hydrazine derivative represented by the following Chemical Formula 1.
[화학식 1][Formula 1]
여기서 R1 과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 - 4의 알킬 또는 탄소수 2 - 4의 알코올기, 에테르기, 또는 알코올에테르기이다.
R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alcohol group having 2 to 4 carbon atoms, an ether group, or an alcohol ether group.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 According to another aspect of the invention, the invention
(i) 하기 화학식 1로 표기된 히드라진 유도체를 반응기에 넣고, 0.5 - 30 MPa의 압력하에 0-100℃의 온도에서 이산화탄소를 포함하는 혼합기체와 반응시켜 고체를 생성시키는 단계; 및(i) placing a hydrazine derivative represented by Chemical Formula 1 into a reactor and reacting with a mixed gas containing carbon dioxide at a temperature of 0-100 ° C. under a pressure of 0.5-30 MPa to produce a solid; And
(ii) 상기 생성된 고체를 용매로 세척하고 건조시키는 단계(ii) washing the resulting solid with a solvent and drying
를 포함하는 히드라지늄 카르복실레이트를 제조하는 방법을 제공한다.It provides a method for producing a hydrazinium carboxylate comprising.
[화학식 1][Formula 1]
여기서 R1 과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 - 4의 알킬 또는 탄소수 2 - 4의 알코올기, 에테르기, 또는 알코올에테르기이다.
R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alcohol group having 2 to 4 carbon atoms, an ether group, or an alcohol ether group.
본 발명은 기존의 알칸올 아민 흡수제가 가지고 있는 단점인 적은 몰 흡수 용량, 쉬운 부식, 그리고 열적 불안전성과 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 상온 상압에서 액체인 히드라진을 이산화탄소 흡수제로 도입함으로서 상기 문제점들을 해결하는데 그 기술적 과제가 있다. The present invention was derived to solve problems such as low molar absorption capacity, easy corrosion, and thermal instability, which are disadvantages of the conventional alkanol amine absorbent, and the above problem is introduced by introducing hydrazine as a carbon dioxide absorbent at room temperature and liquid. There is a technical problem in solving them.
[화학식 1][Formula 1]
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 화학식 1의 히드라진 화합물 을 포함하는 이산화탄소 포집용 흡수제를 제공한다. 여기서 R1 내지 R2는 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 - 4의 알킬 또는 탄소수 2 - 4의 알코올 또는 에테르이며 또는 알콜에테르이며, 바람직하게는 수소 또는 탄소수 1 - 3의 저급 알킬 및 2 - 3의 저급 알코올 이다. 아래 도 3에 본 발명의 내용인 히드라진 및 그 유도체들에 의한 이산화탄소 흡/탈착에 관한 반응 과정을 간략하게 요약하였다.In order to achieve the above object, the present invention provides a carbon dioxide capture absorbent comprising a hydrazine compound of the formula (1). Wherein R 1 to R 2 are independently hydrogen or alkyl having 1 to 4 carbon atoms or alcohol or ether having 2 to 4 carbon atoms or an alcohol ether, preferably hydrogen or lower alkyl having 1 to 3 carbon atoms and lower alcohol having 2 to 3 carbon atoms . 3 briefly summarizes the reaction process for carbon dioxide adsorption / desorption by hydrazine and its derivatives.
본 발명에 있어서, 상기 본 발명에 따른 흡수제는 상기한 도 3에서 보이듯 흡수제인 화학식 1 의 구조를 가지는 히드라진 및 그 유도체들은 순수한 화합물을 사용하거나, 또는 물, 알코올 및 에테르, 또는 이들의 혼합물을 같이 사용할 수 있다. 또한, 경우에 따라 소량의 아민계 촉진제를 섞을 수 있다. 촉진제는 이산화탄소 흡수반응 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 이산화탄소를 분리하는 반응도 쉽게 일어나게 하는 효과가 있다. 흡수제의 농도가 5 ~ 65% (w/v) 범위에서 용액으로 사용하는 것이 바람직하다고 판단된다. 흡수제의 농도가 5% 이하인 경우 이산화탄소와 반응하는 속도가 매우 느리다. 농도가 65% 이상인 경우 이산화탄소가 흡수되는 양이 크고 흡수 속도도 빠르지만 많은 양의 흡수제가 사용되어 효율적이지 않을 가능성도 있기 때문이다.In the present invention, the absorbent according to the present invention is a hydrazine and a derivative thereof having a structure of Formula 1 as an absorbent as shown in Figure 3 described above using a pure compound, or water, alcohol and ether, or a mixture thereof Can be used. In addition, small amounts of amine accelerators may be mixed in some cases. Accelerators not only increase the rate of carbon dioxide absorption, but also facilitate the separation of carbon dioxide. It is believed that it is preferable to use the solution in the concentration of the absorbent in the range of 5 to 65% (w / v). When the concentration of the absorbent is less than 5%, the rate of reaction with carbon dioxide is very slow. If the concentration is 65% or more, the amount of carbon dioxide absorbed is large and the absorption rate is high, but a large amount of absorbent may be used, which may not be effective.
본 발명에서, 이산화탄소의 포집은 흡수제의 온도가 -20 내지 180℃, 바람직하게는 0 내지 100℃ 정도의 범위에서 수행된다. 이산화탄소의 흡수는 0.3 내지 100 MPa, 특히 바람직하게 0.5 내지 30 MPa 정도 범위, 압력에서 수행된다. 바람직한 이산화탄소의 포집은 흡수제인 히드라진과 이산화탄소간에 화합물이 생기면서 흰색 침전으로 용액에 가라앉는다.
In the present invention, the capture of carbon dioxide is carried out in the range of the temperature of the absorbent is -20 to 180 ℃, preferably 0 to 100 ℃. Absorption of carbon dioxide is carried out at a pressure, in the range of about 0.3 to 100 MPa, particularly preferably on the order of 0.5 to 30 MPa. Preferred capture of carbon dioxide sinks into the solution as a white precipitate, forming a compound between the absorbent hydrazine and carbon dioxide.
본 발명의 특징과 효과는 하기와 같다.Features and effects of the present invention are as follows.
본 발명에 따른 히드라진 흡수제는 모노 에탄올 아민과 같은 기존의 알칸올 아민 흡수제가 가지고 있는 단점인 적은 몰 흡수 용량, 쉬운 부식, 그리고 열적 불안전성과 같은 문제점을 획기적으로 개선하였다. 몰 흡수 용량은 모노 에탄올 아민 용량의 2배로 높일 수 있으며, 히드라진 수용액의 경우에는 부식성이 거의 없어서 반응 용기를 쉽게 부식시키지 않고, 열적으로 히드라진은 매우 안정해서 100℃ 정도의 고온에서도 쉽게 분해가 일어나지 않는다. The hydrazine absorbent according to the present invention has remarkably improved problems such as low molar absorption capacity, easy corrosion, and thermal instability, which are disadvantages of conventional alkanol amine absorbers such as mono ethanol amine. The molar absorption capacity can be increased to twice the capacity of mono ethanol amine, and in the case of aqueous hydrazine solution, there is almost no corrosiveness, so that the reaction vessel is not easily corroded, and the thermal hydrazine is very stable and does not easily decompose even at a high temperature of about 100 ° C. .
또한 이산화탄소를 포함하는 배기가스를 0.3 - 100 MPa 범위의 고압으로 만들어 히드라진 수용액에 불어 넣게 되면 고체 분말(히드라지늄 카르복실레이트)로 쉽게 전환되기 때문에 이산화탄소를 포집하는데 필요한 시간과 에너지를 크게 절감할 수 있다. 또한 이산화탄소를 포집한 고체 분말을 물로 부터 쉽게 분리할 수 있다. 포집한 고체 분말(히드라지늄 카르복실레이트, NH3 +NHCO2 -)은 추가적인 에너지 공급 없이도 쉽게 물속에서 히드라진(NH2NH2)과 이산화탄소(CO2)로 분리된다. 히드라진을 이용해서 이산화탄소를 효율적으로 흡수하고 분리 회수할 수 있는 이와 같은 방법은 기존에는 공개되지 않은 기술로서, 획기적인 기술이다.In addition, when the exhaust gas containing carbon dioxide is made into a high pressure in the range of 0.3-100 MPa and blown into an aqueous hydrazine solution, it is easily converted into a solid powder (hydrazinium carboxylate), thereby greatly reducing the time and energy required to capture carbon dioxide. have. In addition, the solid powder captured carbon dioxide can be easily separated from the water. The collected solid powder (hydrazinium carboxylate, NH 3 + NHCO 2 − ) is easily separated into hydrazine (NH 2 NH 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) in water without additional energy supply. This method, which can efficiently absorb and separate carbon dioxide by using hydrazine, is a technology that has not been disclosed in the past and is a breakthrough technology.
본 발명을 통해서 개발한 히드라진 흡수제는 기존의 알칸올 아민 흡수제에 비해 1) 몰 흡수 용량이 아민 흡수제의 2배 이상이며, 2) 부식성이 약하고, 3) 열적으로 매우 안정하며, 4) 이산화탄소를 포집해서 생긴 화합물이 물속에서 안정한 고체 상태로 있어 분리가 간편하고, 5) 분리 회수 공정이 간편해서 추가 에너지 공급이 필요 없어서 친환경적이고 경제성이 있는 설비 운전 공정을 제공한다.
The hydrazine absorbent developed through the present invention is 1) molar absorption capacity is more than twice the amine absorbent compared to the conventional alkanol amine absorbent, 2) weak corrosive, 3) thermally stable, 4) capture carbon dioxide The resulting compound is in a stable solid state in water, so it is easy to separate, and 5) the separation and recovery process is simple, so that no additional energy supply is required, thus providing an eco-friendly and economical operation process of the facility.
도 1은 본 발명에서의 히드라진 및 그 유도체에 의한 이산화탄소 흡수와 탈착 과정을 보여주는 반응도이다.1 is a reaction diagram showing a carbon dioxide absorption and desorption process by the hydrazine and its derivatives in the present invention.
본 발명은 이산화탄소의 흡수 용량이 크면서도 흡수 능력이 높고, 부식이 적고, 열적으로 안정한 주로 발전소나 산업 설비에서 나오는 배기가스로부터 높은 반응성으로 포집이 용이하면서도 포집된 이산화탄소의 탈착이 용이한 이산화탄소 흡수제를 제공하는데 있다. The present invention provides a carbon dioxide absorbent having a high absorption capacity, high absorption capacity, low corrosion, and thermal stability, which is easy to collect and easily desorbed from the exhaust gas emitted from a power plant or an industrial facility. To provide.
히드라진(NH2NH2)은 모노 에탄올 아민(HOCH2CH2NH2)와 같은 아민 계열의 화합물로서 상온에서 투명한 액체이다. 히드라진의 분자량(32.05)은 모노 에탄올 아민(61.08)에 비해서 반 정도로 작지만, 녹는점과 밀도는 모노 에탄올 아민과 비슷하다. 하지만, 끓는점은 모노 에탄올 아민(170 ℃)이 히드라진(114 ℃)에 비해서 높고, 염기의 세기도 모노 에탄올 아민(pK a=9.50)이 히드라진(pK a=8.10)에 비해서 강하다. 염기의 특성만으로 보면 모노 에탄올 아민이 히드라진에 비해서 이산화탄소를 더 잘 포집할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만 이러한 모노 에탄올 아민의 강한 흡수력이 이산화탄소 흡착 후에 다시 이산화탄소를 분리 하는 공정에서는 높은 에너지를 요구하게 되어 오히려 문제점으로 작용할 수 있다. Hydrazine (NH 2 NH 2 ) is an amine-based compound such as mono ethanol amine (HOCH 2 CH 2 NH 2 ) and is a transparent liquid at room temperature. The molecular weight of hydrazine (32.05) is about half as small as that of mono ethanol amine (61.08), but its melting point and density are similar to that of mono ethanol amine. However, the boiling point is higher in mono ethanol amine (170 ° C.) than hydrazine (114 ° C.), and the base strength is also stronger in mono ethanol amine (p K a = 9.50) than hydrazine (p K a = 8.10). Based on the properties of the base alone, mono-ethanol amines are expected to capture carbon dioxide better than hydrazine. However, the strong absorption of the mono ethanol amine may require a high energy in the process of separating the carbon dioxide after the adsorption of carbon dioxide may be a problem.
히드라진을 이산화탄소 흡수제로 사용할 경우의 강점은 이산화탄소와 1:1로 결합할 수 있다는 점이다. 이런 결과는 본 발명자들이 선행 연구를 통해서 히드라진이 고압 이산화탄소와 반응할 경우 안정한 고체 분말을 잘 형성하고, 이 고체가 히드라진과 이산화탄소가 1:1 비율로 결합된 히드라지늄 카르복실레이트(hydrazinium carboxylate, NH3 +NHCO2 -)라는 것을 처음으로 규명하였다. 이 결과로 볼 때 히드라진 1몰은 CO2 1몰을 포집할 수 있고, 히드라진의 몰 흡수 용량 비율의 최대치가 1.0이란 것을 의미한다. 이에 반해서 현재 사용하고 있는 모노 에탄올 아민은 몰 흡수 용량의 최대치가 0.5에 불과하다. 또한, 이산화탄소와의 친화력이 모노 에탄올 아민에 비해서 상대적으로 약하기 때문에 이산화탄소 분리가 용이할 수도 있다는 점이다.
The advantage of using hydrazine as a carbon dioxide absorber is that it can be combined 1: 1 with carbon dioxide. These results suggest that the present inventors have formed a stable solid powder when hydrazine reacts with high-pressure carbon dioxide through previous studies, and the solid is hydrazinium carboxylate (NH) in which hydrazine and carbon dioxide are combined in a 1: 1 ratio. was initially identified as that) - 3 + NHCO 2. As a result, one mole of hydrazine can capture one mole of CO 2 , and the maximum value of the molar absorption capacity ratio of hydrazine is 1.0. In contrast, the monoethanolamine currently in use has a maximum molar absorption capacity of only 0.5. In addition, carbon dioxide separation may be easier because the affinity with carbon dioxide is relatively weak compared to mono ethanol amine.
본 발명은 상온 상압에서 액체인 히드라진을 이산화탄소 흡수제로 도입함으로써, 몰 흡수 용량이 상용으로 쓰이고 있는 모노 에탄올 아민 흡수제에 비해서 거의 2배가 되고, 부식성이 거의 없고, 100℃ 정도에서도 쉽게 분해되지 않는 열적으로 매우 안정한 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다.
By introducing hydrazine, a liquid at room temperature and atmospheric pressure, into a carbon dioxide absorbent, the molar absorption capacity is almost twice that of a commercially available monoethanolamine absorbent, and is almost noncorrosive. A very stable carbon dioxide absorbent.
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
반응식 1은 본 발명의 히드라진 계열의 화합물에 의한 이산화탄소 포집에 관한 것이며, 반응식 2는 기존에 알려진 아민 계열의 화합물들을 이용한 이산화탄소 포집에 관한 반응식이다. 반응식 2는 아민 화합물 2분자에 이산화탄소 1 분자가 포집되므로, 아민 1 분자에는 최대 0.5 분자의 이산화탄소가 포집된다. 하지만 본 발명에서 제시하는 히드라진계 화합물들은 하드라진 1 분자가 이산화탄소 1분자를 포집하므로 이산화탄소 포집 효율이 2배가 됨을 알 수 있다.Scheme 1 relates to the capture of carbon dioxide by the hydrazine-based compound of the present invention, Scheme 2 is a reaction scheme for the capture of carbon dioxide using a compound of the known amine series. In Scheme 2, since one molecule of carbon dioxide is trapped in two molecules of the amine compound, up to 0.5 molecules of carbon dioxide are collected in one molecule of amine. However, the hydrazine-based compounds proposed in the present invention can be seen that since one molecule of hardazine traps one molecule of carbon dioxide, the carbon dioxide collection efficiency is doubled.
또한 상기 반응식 1의 역반응을 수행하면 아주 적은 에너지로도 이산화탄소를 탈착 할 수 있음도 확인 하였다 (도 1 참조). 즉 생성된 고체를 용매로부터 분리한 후 다시 물이 포함된 용매를 가하면, 이산화탄소를 발생하면서 히드라진 및 그 유도체들을 원래 구조인 화학식 1로 전환된다. 이 과정은 상온에서부터 80 oC 까지 수행하였으며, 온도가 높아질수록 이산화탄소의 탈착이 촉진됨을 확인 하였다.In addition, it was also confirmed that by performing the reverse reaction of Scheme 1, carbon dioxide can be desorbed with very little energy (see FIG. 1). That is, when the resulting solid is separated from the solvent, and then a solvent containing water is added again, hydrazine and its derivatives are converted into the original structure of Chemical Formula 1 while generating carbon dioxide. This process was carried out from room temperature to 80 o C, it was confirmed that the desorption of carbon dioxide as the temperature increases.
상기의 이산화탄소 포집방법을 이용하여 히드라진 유도체를 유효성분을 포함시키는 경우 이산화탄소를 포집하는 흡수제로 이용가능하다. 이때 탄소수 1 - 4의 알코홀, 탄소 수 2 - 8의 다이올 (글리콜) 및 탄소 수 2 - 8의 에테르를 단독으로 사용하거나, 이들을 혼합하여 사용하거나, 물과 이들을 각각 혼합하여 사용하거나, 또는 물과 이들의 혼합물을 같이 사용하면 더욱 효과적으로 이산화탄소를 흡착하거나 탈착 할 수 있다.
When the hydrazine derivative contains an active ingredient using the carbon dioxide capture method, it can be used as an absorbent to capture carbon dioxide. In this case, alcohols having 1 to 4 carbon atoms, diols having 2 to 8 carbon atoms (glycols), and ethers having 2 to 8 carbon atoms may be used alone, mixed with them, mixed with water, respectively, or water When used together with their mixtures, carbon dioxide can be more effectively adsorbed or desorbed.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하나, 하기한 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여야만 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, it should be understood that the following Examples are intended to illustrate the present invention and not to limit the present invention.
실시예Example 1 : One :
수분 함량이 약 36 중량 %인 히드라진 수화물 (hydrazine hydrate) 용액 5.0 g을 300 mL Parr 반응기 에 넣고 이산화탄소의 압력과 반응기의 온도를 조정해서 히드라지늄 카르복실레이트 (hydrazinium carboxylate, H3N+NHCO2 -, HC)를 제조하였다. 이산화탄소의 압력이 7.4 MPa 이고 온도는 50 ℃인 상태에서 5 시간 동안 반응하였다. 반응 후, 감압하여 잔류 이산화탄소는 기체로 날아가고 남은 고체를 20 mL의 메탄올로 5회 세척하고, 진공에서 3시간 건조시켜서 히드라지늄 카르복실레이트 고체를 얻었다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 ~100 % (~ 7.59 g)이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 ~ 100 %임을 의미한다.
5.0 g of a hydrazine hydrate solution containing about 36% by weight of water is added to a 300 mL Parr reactor, and the pressure of the carbon dioxide and the temperature of the reactor are adjusted to produce hydrazinium carboxylate (H 3 N + NHCO 2- ). , HC) was prepared. The pressure of carbon dioxide was 7.4 MPa and the temperature was reacted for 5 hours at 50 ° C. After the reaction, the resulting carbon dioxide was blown off with gas and the remaining solid was washed 5 times with 20 mL of methanol and dried in vacuo for 3 hours to obtain a hydrazinium carboxylate solid. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained on the basis of the used hydrazine hydrate was ˜100% (˜7.59 g). That means that the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is ~ 100%.
생성물인 H3N+NHCO2 -에 대한 원소분석(단위 %) 결과Elemental analysis (unit%) for the product H 3 N + NHCO 2 -
원소(계산치, 실험치): C(15.74, 15.75), H(5.33, 5.31), N(36.84, 36.70) Elements (calculated, experimental): C (15.74, 15.75), H (5.33, 5.31), N (36.84, 36.70)
질량 분석 MS(EI+)m/z = 32[M]+, 31, 29, 17, 15
MS (EI +) m / z = 32 [M] +, 31, 29, 17, 15
비교 compare 실시예Example 1 : One :
Monoethanol amine (MEA) 12.2 g을 이산화탄소와 용매 없이 반응하였으며, 나머지는 실시예 1과 동일하다. 반응 후에 얻어진 화합물은 세정 과정없이 그 자체로 분석하였으며, 분석 결과 2-hydroxy-ethanaminium 2-hydroxy-ethylcarbamate (HOCH2CH2NHCO2 -H3N+CH2CH2OH) 로 알려진 화합물 이었으며, 사용한 MEA 를 기준으로 얻은 수율은 ~ 94% (15.6 g) 이었다. 즉, MEA 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 최대 47% 정도임을 의미한다.
12.2 g of monoethanol amine (MEA) was reacted with carbon dioxide without a solvent, the rest of which was the same as in Example 1. The compound obtained after the reaction was analyzed as such without washing process, the analysis result 2-hydroxy-ethanaminium 2-hydroxy -ethylcarbamate - was a compound known as (HOCH 2 CH 2 NHCO 2 H 3 N + CH 2 CH 2 OH), with The yield obtained on the basis of MEA was ˜94% (15.6 g). This means that the carbon dioxide capture rate per molecule of MEA is up to 47%.
실시예Example 2 : 2 :
용매로써 에탄올 3 mL를 사용하였고, 나머지는 실시예 1과 같이 수행하여 고체를 얻었으며, 별도의 세정을 하지 않았다.3 mL of ethanol was used as a solvent, and the rest was carried out as in Example 1 to obtain a solid, which was not washed separately.
사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 99% (7.52 g) 이상 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 99% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was greater than 99% (7.52 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 99% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 3 : 3:
용매로써 메탄올 3 mL를 사용하였고, 나머지는 실시예 1과 같이 수행하여 고체를 얻었으며, 별도의 세정을 하지 않았다.3 mL of methanol was used as a solvent, and the rest was carried out as in Example 1 to obtain a solid, and no separate washing was performed.
사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 99% (7.52 g) 이상 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 99% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was greater than 99% (7.52 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 99% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 4 : 4 :
용매로써 에테르 5 mL를 사용하였고, 나머지는 실시예 1과 같이 수행하여 고체를 얻었으며, 별도의 세정을 하지 않았다.5 mL of ether was used as a solvent, and the rest was carried out as in Example 1 to obtain a solid, which was not washed separately.
사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% (7.49 g) 이상 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was more than 98% (7.49 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 5 : 5:
용매로써 메탄올 2 mL/에테르 2 mL를 사용하였고, 나머지는 실시예 1과 같이 수행하여 고체를 얻었으며, 별도의 세정을 하지 않았다.2 mL of methanol / 2 mL of ether was used as a solvent, and the rest was carried out as in Example 1 to obtain a solid, and no separate washing was performed.
사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% (7.50 g) 이상 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was more than 98% (7.50 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 6 : 6:
수분 함량이 약 50 중량 %인 히드라진 수화물 (hydrazine hydrate) 용액 6.4 g을 반응하였으며, 나머지는 실시예 1과 동일하다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상 (7.50 g) 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
6.4 g of a hydrazine hydrate solution having a water content of about 50% by weight was reacted, and the rest was the same as in Example 1. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was not less than 98% (7.50 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 7 : 7:
수분 함량이 약 80 중량 %인 히드라진 수화물 (hydrazine hydrate) 용액 16.0 g을 반응하였으며, 나머지는 실시예 1과 동일하다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상 (7.45 g) 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
16.0 g of a hydrazine hydrate solution having a water content of about 80% by weight was reacted, and the rest was the same as in Example 1. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was not less than 98% (7.45 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 8 : 8 :
수분 함량이 약 96 중량 %인 히드라진 수화물 (hydrazine hydrate) 용액 20.0 g을 반응하였으며, 나머지는 실시예 1과 동일하다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상 (1.8 g) 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
20.0 g of a hydrazine hydrate solution having a water content of about 96% by weight was reacted, and the rest was the same as in Example 1. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was not less than 98% (1.8 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 9 : 9:
이산화탄소의 압력을 3 MPa를 사용하고 반응시간을 12 시간으로 하였으며 나머지는 실시예 1과 동일하다, 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상 (7.51 g) 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The pressure of carbon dioxide was 3 MPa and the reaction time was 12 hours. The rest was the same as in Example 1. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was not less than 98% (7.51 g). . That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
실시예Example 10 : 10:
이산화탄소의 압력을 0.5 MPa를 사용하고 반응시간을 12 시간으로 하였으며 온도는 0 oC 이고, 히드라진 용액을 0.5 g 사용하고 나머지는 실시예 1과 동일하다, 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상 (0.749 g) 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상임을 의미한다. 분석 결과는 실시예 1과 동일하였다.
The pressure of carbon dioxide was 0.5 MPa, the reaction time was 12 hours, the temperature was 0 o C, 0.5 g of the hydrazine solution was used, and the rest was the same as in Example 1, H 3 N + obtained based on the used hydrazine hydrate. The yield of NHCO 2 − was not less than 98% (0.749 g). That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is 98% or more. The results of the analysis were the same as those in Example 1.
비교 compare 실시예Example 2 : 2 :
Monoethanol amine (MEA) 1.22 g을 사용하고, 이산화탄소의 압력을 0.5 MPa를 사용하고 반응시간을 12 시간으로 하였으며 온도는 0 oC 이고 나머지는 비교 실시예 1과 동일하게 진행하였다. 반응을 통해서 얻어진 화합물은 2-hydroxy-ethanaminium-2-hydroxy-ethylcarbamate로 알려진 화합물과 MEA의 혼합물 이었으며, 얻어진 혼합물의 총질량은 1.43 g 이었다. 즉 0.21 g의 질량 증가가 있었으며, 이는 사용한 MEA를 기준으로 환산한 이산화탄소 포집률이 ~ 23% 임을 의미한다.
1.22 g of monoethanol amine (MEA) was used, the pressure of carbon dioxide was 0.5 MPa, the reaction time was 12 hours, the temperature was 0 o C, and the rest was performed in the same manner as in Comparative Example 1. The compound obtained through the reaction was a mixture of a compound known as 2-hydroxy-ethanaminium-2-hydroxy-ethylcarbamate and MEA, and the total mass of the obtained mixture was 1.43 g. That is, there was a mass increase of 0.21 g, which means that the carbon dioxide capture rate was ~ 23% based on the MEA used.
실시예Example 11: 11:
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 고체 이산화탄소인 드라이 아이스 50 g을 이산화탄소의 공급원으로 해서 반응을 완결하였다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 98% 이상이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 98% 이상 임을 의미한다. 분석 결과는 실시에 1과 동일하였다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 50 g of dry ice, which was solid carbon dioxide, was used as a source of carbon dioxide. The yield of H 3 N + NHCO 2 - based on the hydrazine hydrate used was over 98%. That is, the capture rate of carbon dioxide per molecule of hydrazine is 98% or more. The analysis results were the same as in Example 1.
실시예Example 12: 12:
실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 이산화탄소와 산소의 비율이 2:1 즉, P(CO2)/P(O2) = 5.0/2.5, 총 압력 7.5 MPa인 혼합 기체를 사용하여 반응을 완결하였다. 사용한 hydrazine hydrate를 기준으로 얻은 H3N+NHCO2 -의 수율은 ~ 100% 이었다. 즉, 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 ~ 100% 임을 의미하며, 히드라진의 분해는 일어나지 않았음을 의미한다. 분석 결과는 실시에 1과 동일하였다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that the reaction was completed using a mixed gas having a ratio of carbon dioxide and oxygen of 2: 1, that is, P (CO 2 ) / P (O 2 ) = 5.0 / 2.5, and a total pressure of 7.5 MPa. It was. The yield of H 3 N + NHCO 2 - obtained based on the used hydrazine hydrate was ~ 100%. That is, the carbon dioxide capture rate per molecule of hydrazine is ~ 100%, which means that the decomposition of hydrazine did not occur. The analysis results were the same as in Example 1.
실시예Example 13: 13:
실시예 11과 동일한 방법으로 실시하되, 이산화탄소와 산소의 비율이 1:2 즉, P(CO2)/P(O2) = 2.5/5.0, 총압력 7.5 MPa 상태로 반응을 완결하였다. 수율 및 분석 결과는 실시예 1 과 거의 동일하였다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 11, but the reaction was completed at a ratio of carbon dioxide and oxygen of 1: 2, that is, P (CO 2 ) / P (O 2 ) = 2.5 / 5.0 and a total pressure of 7.5 MPa. Yield and analysis results were almost the same as in Example 1.
실시예Example 14: 14:
실시예 11과 동일한 방법으로 실시하되, 이산화탄소와 산소의 비율이 1:4 즉, P(CO2)/P(O2) = 10/40, 총압력 5.0 MPa 상태로 반응을 완결하였다. 수율 및 분석 결과는 실시예 1 과 거의 동일하였다.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 11 except that the ratio of carbon dioxide and oxygen was 1: 4, that is, P (CO 2 ) / P (O 2 ) = 10/40, and the total pressure was 5.0 MPa. Yield and analysis results were almost the same as in Example 1.
실시예Example 15 : 15:
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 히드라진 하이드레이트 대신 1-메틸 히드라진 4.60 g 을 사용하였다. 생성된 분말은 분석 결과 화학식으로는 2-메틸 히드라진 카르복실 산 2-메틸 히드라지늄 카르복실레이트 (2-methyl hydrazinium carboxylate,(CH3)H2N+NHCO2 -)로 표현되는 화합물이었다. 사용한 1-메틸 히드라진을 기준으로 얻은 (CH3)H2N+NHCO2 -의 수율은 97 % (8.74 g) 이상 이었다. 이는 메틸 히드라진 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 97 % 이상임을 의미한다. 생성물인 (CH3)H2N+NHCO2 -에 대한 원소분석(단위 %) 결과는 In the same manner as in Example 1, 4.60 g of 1-methyl hydrazine was used instead of hydrazine hydrate. The resulting powder is analyzed result by the general formula is 2-methyl-hydrazine carboxylic acid 2-methyl-hydrazine carboxylate jinyum - was a compound represented by (2-methyl hydrazinium carboxylate, ( CH 3) H 2 N + NHCO 2). The yield of (CH 3 ) H 2 N + NHCO 2 - obtained on the basis of the used 1-methyl hydrazine was not less than 97% (8.74 g). This means that the carbon dioxide capture rate per molecule of methyl hydrazine is at least 97%. Elemental analysis of the product (CH 3 ) H 2 N + NHCO 2 - in%
원소(계산치, 실험치): C(26.66, 26.57), H(6.71, 6 .76), N(31.10, 30.96) Elements (calculated, experimental): C (26.66, 26.57), H (6.71, 6.76), N (31.10, 30.96)
1H NMR (400 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 4.96 (br s, 2H, -NH & -N+ H 2), 2.68 (br. s, 3H, CH3); 13C NMR (100 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 38. 0 (CH3), 160.1 (C=O).
1 H NMR (400 MHz, CD 3 OD, 27 ° C.) δ 4.96 (br s, 2H, —N H & —N + H 2 ), 2.68 (br. S, 3H, CH 3 ); 13C NMR (100 MHz, CD 3 OD, 27 ℃) δ 38. 0 (C H 3), 160.1 (C = O).
실시예Example 16 : 16:
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 히드라진 하이드레이트 대신 2-hydrazinoethanol 7.61 g 을 사용하였다.In the same manner as in Example 1, 7.61 g of 2-hydrazinoethanol was used instead of hydrazine hydrate.
이 분말은 분석 결과 화학식으로는 2-(2-hydroxyethyl)hydrazinium carboxylate,(HOCH2CH2)H2N+NHCO2 -)로 표현되는 화합물이었다. 2-hydrazinoethanol 을 기준으로 얻은 (HOCH2CH2)H2N+NHCO2 -의 수율은 ~ 95 % (11.5 g) 이상 이었다. 이는 2-hydrazinoethanol 1 분자 당 이산화탄소 포집율이 95 % 이상임을 의미한다. 생성물인 (HOCH2CH2)H2N+NHCO2 -에 대한 원소분석(단위 %) 결과는 The powder analysis by the formula is 2- (2-hydroxyethyl) hydrazinium carboxylate , (HOCH 2 CH 2) H 2 N + NHCO 2 - was a compound represented by). The yield of (HOCH 2 CH 2 ) H 2 N + NHCO 2 - obtained on the basis of 2-hydrazinoethanol was over 95% (11.5 g). This means that the carbon dioxide capture rate per molecule of 2-hydrazinoethanol is 95% or more. Elemental analysis of the product (HOCH 2 CH 2 ) H 2 N + NHCO 2 - (%)
원소(계산치, 실험치): C(30.00, 29.57), H(6.71, 6.86), N(23.32, 23.71) Elements (calculated, experimental): C (30.00, 29.57), H (6.71, 6.86), N (23.32, 23.71)
1H NMR (400 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 2.90 (br s, 2H, CH 2-N), 3.70 (br s, 2H, CH 2-OH), 4.98 (m, 3H, OH, -NH & -N+ H 2), 13C NMR (100 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 55.1 (CH2-N), 58.4 (CH2-O), 164.6 (C=O).
1 H NMR (400 MHz, CD 3 OD, 27 ° C) δ 2.90 (br s, 2H, C H 2 -N), 3.70 (br s, 2H, C H 2 -OH), 4.98 (m, 3H, O H , -N H & -N + H 2 ), 13 C NMR (100 MHz, CD 3 OD, 27 ° C) δ 55.1 ( C H 2 -N), 58.4 ( C H 2 -O), 164.6 ( C = O) .
실시예Example 17 : 17:
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 히드라진 하이드레이트 대신 1, 1-디메틸 히드라진 6.01 g 을 사용하였다. 생성된 분말은 원소 분석 결과 화학식으로는 2,2-디메틸 히드라지늄 카르복실레이트 (2,2-dimethyl hydrazinium carboxylate,(CH3)2HN+NHCO2 -)로 표현되는 화합물이었다. 사용한 1,1-디메틸 히드라진을 기준으로 얻은 (CH3)2HN+NHCO2 -의 수율은 94 % (9.78 g) 이상이었다. 이는 1, 1-디메틸 히드라진 1 분자당 이산화탄소 포집율이 94 % 이상임을 의미한다. 생성물인 (CH3)2HN+NHCO2 -에 대한 원소분석 (단위 %) 결과는 In the same manner as in Example 1, 6.01 g of 1,1-dimethyl hydrazine was used instead of hydrazine hydrate. The resulting powder has a formula elemental analysis results are 2,2-dimethyl-hydrazine carboxylate jinyum - was a compound represented by (2,2-dimethyl hydrazinium carboxylate, ( CH 3) 2 HN + NHCO 2). The yield of (CH 3 ) 2 HN + NHCO 2 - obtained on the basis of 1,1-dimethyl hydrazine used was not less than 94% (9.78 g). This means that the capture rate of carbon dioxide per molecule of 1, 1-dimethyl hydrazine is 94% or more. Elemental analysis of the product (CH 3 ) 2 HN + NHCO 2 - in%
원소(계산치, 실험치): C(34.61, 34.56), H(7.75, 7.78), N(26.91, 26.79) Elements (calculated, experimental): C (34.61, 34.56), H (7.75, 7.78), N (26.91, 26.79)
1H NMR (400 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 2.47 (s, 6H, CH3), 4.92 (br s, 2H, -NH & -N+ H); 13C NMR (100 MHz, CD3OD, 27 ℃) δ 49. 0 (br, CH3), 160.1 (C=O).
1 H NMR (400 MHz, CD 3 OD, 27 ° C) δ 2.47 (s, 6H, CH 3 ), 4.92 (br s, 2H, —N H & —N + H ); 13C NMR (100 MHz, CD 3 OD, 27 ℃) δ 49. 0 (br, C H 3), 160.1 (C = O).
실시예Example 18: 18:
상기 실시예 1에서 얻어진 고체 히드라지늄 카르복실레이트 (hydrazinium carboxylate, H3N+NHCO2 -, HC) 0.76 g을 10 mL flask에 넣고 잘 밀봉한 후 물 1.8 g을 가하였다. 이 혼합물을 30 ℃ water bath에서 3시간 교반하였다. 이산화탄소 발생 후 남아있는 용액의 질량은 2.20 g 이었으며, 발생된 기체 이산화탄소는 1.71 g의 바륨하이드록사이드 Ba(OH)2 (10.0 mmol) 를 0.5 L의 물에 용해한 용액에 bubbling 하였다. 생겨난 흰색 침전물을 여과기로 여과하고, 메탄올 용매 10 mL를 사용하여 수분을 제거하였다. 이 과정을 3회 반복하여 1.58 g 의 흰색 침전물을 얻었으며, XRD로 분석한 결과, 이 물질이 BaCO3임을 확인 하였다 (Ba 기준 수율 ~ 80%). Example 1 Solid jinyum Hydra-carboxylate obtained in (hydrazinium carboxylate, H 3 N + NHCO 2 -, HC) 0.76 g were placed in a 10 mL flask was tightly sealed was added 1.8 g water. The mixture was stirred for 3 hours in a 30 ° C water bath. The mass of the solution remaining after carbon dioxide generation was 2.20 g, and the generated gaseous carbon dioxide was bubbling in a solution in which 1.71 g of barium hydroxide Ba (OH) 2 (10.0 mmol) was dissolved in 0.5 L of water. The resulting white precipitate was filtered through a filter, and water was removed using 10 mL of methanol solvent. This process was repeated three times to obtain 1.58 g of white precipitate, which was analyzed by XRD to confirm that the material was BaCO 3 (Ba basis yield ~ 80%).
이 반응식은 아래와 같다.
This scheme is shown below.
Ba(OH)2 + CO2 BaCO3 + H2O
Ba (OH) 2 + CO 2 BaCO 3 + H 2 O
상기 결과로부터 약 80%의 히드라지늄 카르복실레이트 (hydrazinium carboxylate, H3N+NHCO2 -, HC)가 이산화탄소를 잃고 히드라진 하이드레이트로 변환 되었음을 알 수 있다.
About 80% of the Hydra jinyum carboxylate from the results it can be seen that (hydrazinium carboxylate, H 3 N + NHCO 2, HC) is converted into hydrazine hydrate loses carbon dioxide.
실시예Example 19: 19:
반응 온도를 80 ℃에서 1시간 반응하고 나머지는 실시예 18과 모두 동일하다. 약 2.2 g의 반응 용액과 1.93 g의 BaCO3를 얻었다. 이 결과로부터 거의 100%의 히드라지늄 카르복실레이트 (hydrazinium carboxylate, H3N+NHCO2 -, HC) 이산화탄소를 잃고 히드라진 하이드레이트로 변환 되었음을 알 수 있다.
Reaction temperature was reacted at 80 degreeC for 1 hour, and the remainder is the same as that of Example 18. About 2.2 g of reaction solution and 1.93 g of BaCO 3 were obtained. It can be seen that the conversion to - (, HC hydrazinium carboxylate, H 3 N + NHCO 2) hydrazine hydrate loses carbon dioxide results in almost 100% hydrazine jinyum carboxylate from.
실시예Example 20: 20:
메탄올 3 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.3 g of methanol was used and the rest are the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 21: 21:
프로판올 3 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.3 g of propanol was used and the rest is the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 22: 22:
에틸렌글리콜 3 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.3 g of ethylene glycol were used and the rest are the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 23: 23:
1,4-부탄디올 3 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.3 g of 1,4-butanediol were used and the remainder is the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 24: 24:
물 1.0 g과 메탄올 1 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.1.0 g of water and 1 g of methanol were used, the remainder being the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 25: 25:
물 1.0 g과 에틸렌글리콜 2 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.1.0 g of water and 2 g of ethylene glycol were used, and the rest were the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 26: 26:
메탄올 1 g과 에틸렌글리콜 2 g을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다.1 g of methanol and 2 g of ethylene glycol were used, and the rest were the same as in Example 19.
결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 27: 27:
물 1.0 g, 메탄올 1 g 그리고 에테르 1 g 을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다. 결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
1.0 g of water, 1 g of methanol and 1 g of ether were used and the remainder is the same as in Example 19. The results were almost the same as in Example 19.
실시예Example 28: 28:
메탄올 2 g 그리고 에테르 1 g 을 사용하였고 나머지는 실시예 19와 동일하다. 결과는 실시예 19와 거의 동일하였다.
2 g of methanol and 1 g of ether were used and the remainder is the same as in Example 19. The results were almost the same as in Example 19.
Claims (28)
[화학식 1]
여기서 R1 과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소 수 1 - 4의 알킬 또는 탄소수 2 - 6의 알코올기, 에테르기, 또는 알코올에테르기이다.
Method for adsorbing a mixed gas containing carbon dioxide and a hydrazine derivative represented by the following formula (1):
[Formula 1]
R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alcohol group having 2 to 6 carbon atoms, an ether group, or an alcohol ether group.
(ii) 상기 생성된 고체를 용매로 세척하고 건조시키는 단계
를 포함하는 히드라지늄 카르복실레이트를 제조하는 방법:
[화학식 1]
여기서 R1 과 R2는 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 - 4의 알킬 또는 탄소수 2 - 6의 알코올기, 에테르기, 또는 알코올에테르기이다.
(i) adding a hydrazine derivative represented by Chemical Formula 1 to a reactor and reacting with a mixed gas containing carbon dioxide at a temperature of −20 to 200 ° C. under a pressure of 0.5 −30 MPa to generate a hydrazine and carbon dioxide adsorbate; And
(ii) washing the resulting solid with a solvent and drying
Method for producing a hydrazinium carboxylate comprising:
[Formula 1]
R 1 and R 2 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or an alcohol group having 2 to 6 carbon atoms, an ether group, or an alcohol ether group.
The method according to claim 1 or 2, characterized in that the amount of the hydrazine derivative is 2 to 100% by weight relative to the total adsorption compound.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is characterized in that the adsorbed by converting to water by adding together.
The method of claim 4 wherein the content of water in the hydrate is from 5 to 98% by weight.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is characterized in that the adsorbed by adding the alcohol having 1 to 4 carbon atoms.
The method of claim 6, wherein the alcohol having 1 to 4 carbon atoms is characterized in that the content of 5 to 98% by weight relative to the total solution.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding water and alcohol having 1 to 4 carbon atoms together.
The method according to claim 8, wherein the mixed solvent of water and alcohol having 1 to 4 carbon atoms is characterized in that the content of 5 to 98% by weight relative to the total solution.
The method of claim 9, wherein the water and the alcohol having 1 to 4 carbon atoms have a relative content ratio of 9: 1-1: 1.
The method according to claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding a diol having 2 to 8 carbon atoms together.
The method of claim 11, wherein the diol having 2 to 8 carbon atoms is characterized in that the content of 5 to 98% by weight relative to the total solution.
The method of claim 11, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding water and a diol having 2 to 8 carbon atoms together.
The method of claim 13, wherein the mixed solvent of water and a diol having 2 to 8 carbon atoms has a content of 5 to 98 wt% based on the total solution.
The method of claim 14, wherein the water and the diol having 2 to 8 carbon atoms have a relative content ratio of 9: 1-1: 9.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is characterized in that the adsorption by adding a C1-4 alcohol and C2-8 ether together.
The method according to claim 16, wherein the mixed solvent of the alcohol having 1 to 4 carbon atoms and the ether having 2 to 8 carbon atoms has a content of 5 to 98% by weight relative to the total solution.
The method according to claim 16, wherein the C 1-4 alcohol and C 2-8 ether has a relative content ratio of 9: 1-1: 1.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding water, alcohol having 1 to 4 carbon atoms and ether having 2 to 8 carbon atoms together.
The method of claim 19, wherein the mixed solvent of water, an alcohol having 1 to 4 carbon atoms and an ether having 2 to 8 carbon atoms is 5 to 98% by weight of the total solution.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is characterized in that the adsorption by adding a C1-4 alcohol and a C2-8 diol together.
22. The method of claim 21, wherein the mixed solvent of the C1-4 alcohol and C2-8 diol has a content of 5-98 wt% based on the total solution.
22. The method of claim 21, wherein the alcohol having 1 to 4 carbon atoms and diol having 2 to 8 carbon atoms has a relative content ratio of 9: 1 to 1: 9.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding water, alcohol having 1 to 4 carbon atoms and diol having 2 to 8 carbon atoms together.
The method of claim 24, wherein the mixed solvent of water, an alcohol having 1 to 4 carbon atoms, and a diol having 2 to 8 carbon atoms has a content of 5 to 98 wt% based on the total solution.
The method of claim 1 or 2, wherein the hydrazine derivative is adsorbed by adding water, diol having 2 to 8 carbon atoms and ether having 2 to 8 carbon atoms.
27. The method of claim 26, wherein the mixed solvent of water, a diol having 2 to 8 carbon atoms, and an ether having 2 to 8 carbon atoms is present in an amount of 5 to 98% by weight relative to the total solution.
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