KR20140031692A - Method for absorbing carbon dioxide and synthesis of alkali metal ethyl carbonate via the same and method for generation of ethanol - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화력발전소 등 산업체에서 화석연료를 사용함으로써 발생되어 대기로 배출되고 있는 이산화탄소를 습식으로 흡수하는 방법, 동 방법을 이용한 알칼리 금속 에틸 카보네이트의 제조방법과 이를 통해 제조된 소듐 에틸 카보네이트, 포타슘 에틸 카보네이트 및 이를 이용한 에탄올의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is a method of wet absorption of carbon dioxide generated by the use of fossil fuel in the industry, such as a thermal power plant and discharged to the atmosphere, a method for producing alkali metal ethyl carbonate using the same method and sodium ethyl carbonate, potassium ethyl It relates to a carbonate and a method for producing ethanol using the same.
이산화탄소는 온실가스(greenhouse gas) 중의 하나로 화석연료의 사용증대에 따른 대기배출로 인해 지구온난화에 가장 심각한 영향을 미치는 것으로 알려졌다. 특히, 화력발전소, 제철소, 석유화학, 시멘트 산업 등의 대규모 연소설비에서 발생되는 이산화탄소는 대량으로 발생하기 때문에, 이들의 이산화탄소 대기배출을 제어하지 않으면 지구온난화로 인한 지구환경 재앙을 초래할 수도 있다. Carbon dioxide is one of the greenhouse gases and is known to have the most serious impact on global warming due to the release of air from increased use of fossil fuels. In particular, since large amounts of carbon dioxide are generated in large-scale combustion facilities such as thermal power plants, steel mills, petrochemicals, and cement industries, if the carbon dioxide emissions are not controlled, global environmental disasters may occur due to global warming.
따라서, 대기 중으로 방출되는 CO2를 감축하기 위해 배기가스 중 CO2만을 분리, 포집하여 저장하는 CO2 포집 및 저장 (Carbon Capture & Sequestration; CCS) 기술 개발 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, only the CO 2 separated from the exhaust gas, trapped by storing CO 2 capture and storage (Carbon Capture &Sequestration; CCS) that in order to reduce the CO 2 emitted into the atmosphere has been actively developed technology research.
이산화탄소 포집저장기술의 기본적인 개념은 발생된 이산화탄소를 포집(Capture)하여 이를 대기로 방출시키지 않고 처리하는 방법인 격리(Sequestration) 또는 저장(Storage)하는 기술을 총칭하는 것으로, 일반적으로 CCS(Carbon Capture and Storage)로 명명하고 있다. The basic concept of carbon dioxide capture and storage technology is a general term for sequestration or storage, which is a method of capturing generated carbon dioxide and treating it without releasing it into the atmosphere. Generally, carbon capture and Storage).
CCS는 화석연료를 지속적으로 사용하면서 온실가스 농도를 안정화하는 일련의 방법 중 하나가 될 것이다. 이산화탄소포집저장기술은 총 감축비용을 줄이고, 온실가스배출 저감을 달성하는 데에 다양성을 증대시켜 주는 잠재력을 갖고 있다.CCS will be one of a series of ways to stabilize greenhouse gas concentrations while continuing to use fossil fuels. CO2 storage and storage technology has the potential to increase total variability in reducing total cost of emissions and achieving GHG emissions reduction.
이산화탄소 포집기술은 연소 후(post-combustion), 연소 전(pre-combustion), 그리고 순산소 연소(oxyfuel combustion)의 3가지 형태로 분류할 수 있다. 연소 후 이산화탄소를 회수하는 방법에는 흡수법으로 습식법(wet scrubbing)과 건식법(dry scrubbing), 흡착법, 막분리법, 심냉법 등이 있다. CO2 capture technology can be classified into three types: post-combustion, pre-combustion, and oxyfuel combustion. Methods of recovering carbon dioxide after combustion include wet scrubbing, dry scrubbing, adsorption, membrane separation, and deep cooling.
현재까지의 상용화 기술은 대용량 배가스의 CO2를 회수 또는 분리하는데 아직도 비용과 에너지소모가 커서 기술의 혁신이 필요하다. 이산화탄소를 분리하는 가장 일반적인 방법은 선택적 흡수법으로서, 이는 종종 이산화탄소와 흡수제 내 화학물질의 가역적인 화학반응을 수반한다. Commercialization technologies to date are still costly and energy consuming to recover or separate CO 2 from large-capacity flue gases, requiring technological innovation. The most common method of separating carbon dioxide is selective absorption, which often involves the reversible chemical reaction of carbon dioxide with chemicals in the absorbent.
따라서 본 발명의 목적은 화력발전소, 제철소, 석유화학, 시멘트 산업 등의 대규모 연소설비에서 발생되는 이산화탄소를 경제적으로 분리 회수하여 대기로 CO2가 배출되는 것을 억제하고 궁극적으로 지구온난화 등 환경문제를 해결하기 위한 대량 CO2 회수기술에 적합하고, 또한 경제적이면서 에너지소비가 적은 이산화탄소 습식흡수 방법을 제공하는 것이다.Therefore, an object of the present invention is to economically separate and recover carbon dioxide generated from large-scale combustion facilities such as thermal power plants, steel mills, petrochemicals, cement industry, etc. to suppress the emission of CO 2 into the atmosphere and ultimately solve environmental problems such as global warming. The present invention provides a carbon dioxide wet absorption method that is suitable for mass CO 2 recovery technology and is economical and low in energy consumption.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에탄올에 알칼리금속 수산화물을 용해시킨 후 이산화탄소를 주입하여 습식흡수시킴으로써 알칼리금속 에틸 카보네이트를 얻는 단계를 포함하는 이산화탄소의 습식흡수 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a wet absorption method of carbon dioxide comprising the step of obtaining an alkali metal ethyl carbonate by dissolving the alkali metal hydroxide in ethanol and then wet absorption by injecting carbon dioxide.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 얻어진 고형의 알칼리금속 에틸 카보네이트를 물에 녹여 에탄올을 얻는 단계;를 포함하는 에탄올 제조방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing ethanol comprising the step of dissolving the solid alkali metal ethyl carbonate obtained by the above method in water to obtain ethanol.
또한, 본 발명은 에탄올에 수산화나트륨을 용해시킨 혼합용액을 얻는 단계; 및 상기 얻어진 혼합용액에 CO2, CO2-N2 혼합가스, CO2-N2 혼합가스 또는 CO2-He 혼합가스를 주입하여 습식흡수시킴으로써 소듐 에틸 카보네이트(sodium ethyl carbonate; 이하, ‘SEC’로 약칭함) 또는 포타슘 에틸 카보네이트(potassium ethyl carbonate; 이하, ‘PEC’로 약칭함)를 얻는 단계를 포함하는 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of obtaining a mixed solution in which sodium hydroxide was dissolved in ethanol; And CO 2, CO 2 -N 2 gas mixture, CO 2 -N 2 on the resulting mixed solution Sodium ethyl carbonate (hereinafter abbreviated as 'SEC') or potassium ethyl carbonate (hereinafter, abbreviated as 'PEC') by wet absorption by mixing gas or CO 2 -He mixed gas. It provides a method for producing sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate comprising the step of obtaining.
본 발명에 따른 이산화탄소의 습식흡수 방법은 알칼리 금속 수산화물인 NaOH 또는 KOH를 용해시킨 C2H5OH 용액에 CO2를 흡수시켜 고형물인 SEC 또는 PEC를 합성함으로써 CO2를 포집, 저장 및 이용하는 공정으로서, 제조공정이 간단하고 환경에 유해한 유기물질이 사용되지 않으며 에탄올의 재회수가 가능하므로 친환경적이다. The wet absorption method of carbon dioxide according to the present invention is a process of capturing, storing and using CO 2 by synthesizing SEC or PEC as a solid by absorbing CO 2 in a C 2 H 5 OH solution in which NaOH or KOH, which is an alkali metal hydroxide, is dissolved. It is eco-friendly because the manufacturing process is simple, no organic substances harmful to the environment are used and ethanol can be recovered.
도 1은 본 발명의 실시예에서 이산화탄소 흡수과정에서 생성된 고형물(SEC)을 증류수에 용해시킨 후, 생성된 침전의 XRD 분석 결과와 중탄산나트륨의 표준 XRD 자료이다. 1 is an XRD analysis result of the precipitate produced after dissolving the solid (SEC) produced in the carbon dioxide absorption process in the embodiment of the present invention and the standard XRD data of sodium bicarbonate.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다. Unless defined otherwise, all technical terms used in the present invention have the following definitions and are consistent with the meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Also, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.
용어 “약”이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.The term " about " is used herein to refer to a reference quantity, a level, a value, a number, a frequency, a percent, a dimension, a size, a quantity, a weight, or a length of 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, Level, value, number, frequency, percent, dimension, size, quantity, weight or length of a variable, such as 4, 3, 2 or 1%.
본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, “포함하다” 및 “포함하는”이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, the terms “comprises” and “comprising”, unless otherwise indicated in the context, include a given step or component, or group of steps or components, but any other step or component, or It is to be understood that it does not exclude a step or group of components.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이산화탄소의 습식흡수 방법Wet absorption method of carbon dioxide
본 발명은 이산화탄소의 습식흡수 방법을 제공하는바, 알칼리금속 수산화물을 용해한 에탄올 용액에 이산화탄소를 흡수 또는 포집(저장, 이용)시킴으로써 고형의 알칼리금속 에틸 카보네이트를 제조하는 기술이다. The present invention provides a wet absorption method of carbon dioxide, which is a technique for producing a solid alkali metal ethyl carbonate by absorbing or trapping (storing, using) carbon dioxide in an ethanol solution in which alkali metal hydroxide is dissolved.
구체적으로, 하기 반응식 1과 같이, 에탄올(C2H5OH)에 알칼리금속 수산화물을 용해시킨 후 이산화탄소를 주입하여 습식흡수시킴으로써 알칼리금속 에틸 카보네이트를 얻는 단계를 포함한다. Specifically, as shown in Scheme 1, the step of obtaining alkali metal ethyl carbonate by dissolving the alkali metal hydroxide in ethanol (C 2 H 5 OH) and then wet absorption by injecting carbon dioxide.
C2H5OH + MeOH + CO2 → C2H5OCOOMe + H2O (1)C 2 H 5 OH + MeOH + CO 2 → C 2 H 5 OCOOMe + H 2 O (1)
상기 식에서, Me는 알칼리금속이고, 상기 알칼리금속은 예를 들어, Li, Na, K, Rb 또는 Cs 등을 들 수 있으며, 특히 나트륨 및 칼륨을 이용하는 경우 가장 경제성이 높다. 다시 말해 알칼리금속 수산화물로서 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 이용하는 것이 바람직하다. In the above formula, Me is an alkali metal, and the alkali metal may include, for example, Li, Na, K, Rb, or Cs, and is most economical, especially when sodium and potassium are used. In other words, it is preferable to use sodium hydroxide or potassium hydroxide as the alkali metal hydroxide.
종래 알칼리 금속 수산화물, 또는 알칼리 토금속 산화물 및 수산화물을 이용한 CO2의 습식 흡수 기술은 오랜 역사를 통해 잘 알려져 있다. 알칼리 토금속 산화물 및 수산화물은 물에 대한 용해도가 낮아 다량의 물이 필요한 반면, CO2와 반응하여 대부분 알칼리 토금속 탄산염으로 침전되어 CO2를 고정화 하는 장점이 있다. 알칼리 금속 수산화물인 경우, 대부분 중탄산염 형태로 전환되기 때문에 같은 양의 CO2를 흡수하기 위해 필요한 물과 수산화물의 양은 적지만, 생성되는 탄산염 및 중탄산염의 물에 대한 용해도가 매우 높아 이를 고체형태로 분리해 CO2를 고정화하기 어렵다. 그러나 본 발명에서는 알칼리 금속을 원료로 하더라도 CO2 흡수 후 최종 생성된 탄산염이 고체형태로 침전되어 분리하기 용이하다. Conventional wet metal absorption techniques of CO 2 using alkali metal hydroxides or alkaline earth metal oxides and hydroxides are well known throughout the long history. Alkaline earth metal oxides, hydroxides, while the solubility in water decreases required a large amount of water, by reaction with CO 2 is precipitated with most alkaline earth metal carbonate it has the advantage of fixing the CO 2. Alkali metal hydroxides are mostly converted to bicarbonate form, so the amount of water and hydroxide needed to absorb the same amount of CO 2 is small, but the solubility of the resulting carbonate and bicarbonate in water is so high that it is separated into solid form. CO 2 is difficult to immobilize However, in the present invention, even if the alkali metal as a raw material, the resulting carbonate after CO 2 absorption is easily precipitated in a solid form and separated.
즉, 본 발명에서는 종래의 알칼리 금속 수산화물 수용액을 이용한 CO2 습식 흡수 공정 대신 용매를 에탄올(C2H5OH)로 하여 CO2 습식 흡수를 통해 고체 형태의 탄산염을 얻는 기술이며, CCS 기술적 측면에서 알칼리 금속을 이용한 종래 수용액 기반의 습식 흡수 기술의 문제점을 해결 할 수 있다. That is, in the present invention, and with ethanol (C 2 H 5 OH) and the solvent rather than CO 2 wet absorption process using the conventional alkali metal hydroxide aqueous solution of CO 2 It is a technique of obtaining a carbonate in a solid form through wet absorption, and can solve the problems of the conventional aqueous solution-based wet absorption technology using alkali metal from the CCS technical aspect.
하나의 바람직한 예에서, 상기 알칼리금속은 나트륨 또는 칼륨일 수 있으며 그 반응은 하기 식 1-1 및 1-2와 같다. In one preferred example, the alkali metal may be sodium or potassium and the reaction is as shown in the following formulas 1-1 and 1-2.
C2H5OH + NaOH + CO2 → C2H5OCOONa + H2O (1-1) 또는C 2 H 5 OH + NaOH + CO 2 → C 2 H 5 OCOONa + H 2 O (1-1) or
C2H5OH + KOH + CO2 → C2H5OCOOK + H2O (1-2)C 2 H 5 OH + KOH + CO 2 → C 2 H 5 OCOOK + H 2 O (1-2)
즉, 본 발명은 고형 생성물인 소듐 에틸 카보네이트(SEC) 또는 포타슘 에틸 카보네이트(PEC)를 생성하는 과정에서 CO2의 흡수, 포집이 이루어진다. 따라서 본 SEC 또는 PEC 합성 공정은 CO2의 대기 방출을 감소시킬 수 있으며 CCS 기술의 한 가지인 습식 흡수법으로 이용될 수 있다.
That is, the present invention absorbs and collects CO 2 in the process of producing sodium ethyl carbonate (SEC) or potassium ethyl carbonate (PEC) as a solid product. Thus, the SEC or PEC synthesis process can reduce the CO 2 emissions to air and can be used as a wet absorption method of CCS technology.
2. 소듐(또는 포타슘) 에틸 2. Sodium (or Potassium) Ethyl 카보네이트Carbonate 및 이의 제조방법 And preparation method thereof
본 발명은 또한 상기 CO2의 습식흡수를 통해 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트를 제조하는 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 소듐 에틸 카보네이트(SEC) 또는 포타슘 에틸 카보네이트(PEC)를 제공한다. 종래 연구에 의하면, SEC 및 PEC의 제법에 대해 언급한 연구는 있었으나 이에 대한 이론적 합성에 관한 내용만을 제시하였을 뿐, 실제로 SEC 및 PEC를 합성하고 이 물질을 증명하고 분석한 결과를 찾을 수 없다. The present invention also provides a method for preparing sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate through wet absorption of CO 2 and sodium ethyl carbonate (SEC) or potassium ethyl carbonate (PEC) prepared according to the method. According to the previous studies, there have been studies on the preparation of SEC and PEC, but only the theoretical synthesis thereof has been presented. In fact, the results of synthesizing and verifying and analyzing the SEC and PEC cannot be found.
이에, 본 발명은 CO2 흡수를 통해 SEC 또는 PEC를 합성하고 이 물질이 SEC 및 PEC임을 증명하고 본 물질의 특성에 대한 분석결과 및 이용에 대한 내용을 포함한다. Accordingly, the present invention synthesizes SEC or PEC through CO 2 absorption, proves that the material is SEC and PEC, and includes the results of analysis and use of the properties of the material.
본 발명에 따른 소듐 에틸 카보네이트(SEC) 또는 포타슘 에틸 카보네이트(PEC)의 제조방법은 하기 단계들을 포함한다. The method for preparing sodium ethyl carbonate (SEC) or potassium ethyl carbonate (PEC) according to the present invention comprises the following steps.
1) 에탄올에 수산화나트륨 또는 수산화칼륨을 용해시킨 0.05~3.5M 농도의 혼합용액을 얻는 단계; 및 1) obtaining a mixed solution of 0.05 ~ 3.5M concentration dissolved sodium hydroxide or potassium hydroxide in ethanol; And
2) 상기 얻어진 혼합용액에 CO2, CO2-N2 혼합가스, CO2-N2 혼합가스 또는 CO2-He 혼합가스를 주입하여 습식흡수시킴으로써 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트를 얻는 단계;2) CO 2 , CO 2 -N 2 mixed gas, CO 2 -N 2 Obtaining sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate by wet absorption by injecting a mixed gas or a CO 2 -He mixed gas;
즉, 용매로 에탄올(C2H5OH)을 사용하며 여기에 알칼리 금속 수산화물인 NaOH 또는 KOH를 용해시켜 0.05~3.5M 농도의 용액을 제조하는 단계와, CO2 또는 CO2-N2 혼합가스를 용액에 주입하여 CO2를 화학 흡수, 반응시켜 SEC 또는 PEC가 생성되는 단계로 이루어진다. 주입 시, 반응을 용이하게 하기 위해 유리섬유로 제조된 분사기 (sparger)를 이용하여 용액 내부에 가스를 균일하게 주입할 수 있다. 주입된 후, 배출되는 가스의 CO2 농도 측정을 통해 반응 종료를 확인한다. 다음으로, 용액을 필터링하여 생성된 고형물인 SEC 또는 PEC를 분리, 건조하여 SEC 또는 PEC 제조가 최종 완료된다. 상기 건조는 진공 오븐을 이용하여 50℃, 진공상태에서 3시간 이상 수행할 수 있다. 필요에 따라 생성된 SEC 또는 PEC 고형물을 증류수에 용해시켜 C2H5OH를 제조 또는 재생, 회수하는 단계를 포함하며 이때, 수산화나트륨을 사용하는 경우, C2H5OH와 함께 NaHCO3가 생성되고, 수산화칼륨을 사용하는 경우, C2H5OH와 함께 KHCO3가 생성된다.
That is, using ethanol (C 2 H 5 OH) as a solvent and dissolving NaOH or KOH which is an alkali metal hydroxide therein to prepare a solution of 0.05 ~ 3.5M concentration, CO 2 or CO 2 -N 2 mixed gas Is injected into the solution to chemically absorb and react with CO 2 to produce SEC or PEC. During injection, a gas may be uniformly injected into the solution by using a sparger made of fiberglass to facilitate the reaction. After the injection, confirm the end of the reaction by measuring the CO 2 concentration of the discharged gas. Next, SEC or PEC, which is a solid produced by filtering the solution, is separated and dried to finally complete SEC or PEC manufacturing. The drying may be performed at 50 ° C. in a vacuum state for 3 hours or more using a vacuum oven. When dissolving the SEC or PEC solids generated as required in distilled water comprises the step of producing or reproducing, recovering the C 2 H 5 OH, and wherein, using sodium hydroxide, the generation NaHCO 3 with C 2 H 5 OH When potassium hydroxide is used, KHCO 3 is generated together with C 2 H 5 OH.
에탄올 제조방법Ethanol Manufacturing Method
본 발명은 또한, 상기 합성된 SEC 또는 PEC를 이용하여 에탄올을 생성 또는 회수하는 방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing or recovering ethanol using the synthesized SEC or PEC.
에탄올(C2H5OH)은 전 산업분야에 걸쳐 주류, 용매, 소독제, 연료 등의 여러 용도로 이용되고 있고 특히 발효를 통해 생성된 바이오 C2H5OH의 경우, 화석연료의 대체에너지원으로써 주목받고 있으며, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 에탄올은 상온 상압 조건에서 액상으로 존재하기 때문에, 기체상 물질에 비해 저장 및 운반이 용이하지만, 이를 고체상으로 저장하여 운반되고 처리된다면 C2H5OH을 사용하는 전 산업 분야에서 이용의 용이성 및 경제적 측면에서 상당히 유리하게 작용할 수 있다.Ethanol (C 2 H 5 OH) is used throughout the industry for a variety of applications such as alcohol, solvents, disinfectants, fuels, etc. Especially in the case of bio C 2 H 5 OH produced through fermentation, an alternative energy source for fossil fuels It is attracting attention, and much research is being conducted on this. Since ethanol is in a liquid phase at room temperature and atmospheric conditions, it is easier to store and transport than a gaseous substance, but if it is stored and transported and processed in a solid phase, it is easy to use and economical in all industries using C 2 H 5 OH. It can work quite advantageously in terms of aspect.
본 발명에서는, 건조된 SEC 또는 PEC 고형물에 물을 첨가하여 용해시키면 특정 농도의 에탄올(C2H5OH) 수용액을 제조할 수 있다. 상기 수용액 내에는 일정량의 NaHCO3 또는 KHCO3가 포함되어 있으며, 용해도 이상의 NaHCO3또는 KHCO3은 침전하게 된다.In the present invention, the aqueous solution of ethanol (C 2 H 5 OH) at a specific concentration can be prepared by dissolving water in the dried SEC or PEC solids. The aqueous solution contains a certain amount of NaHCO 3 Or KHCO 3 is included, and NaHCO 3 or KHCO 3 above the solubility is precipitated.
본 발명에 따라 SEC 또는 PEC를 증류수에 녹여 일어나는 NaHCO3 또는 KHCO3 석출 및 C2H5OH 재생 단계에서의 반응을 하기 반응식 (2)에 나타내었다.NaHCO 3 produced by dissolving SEC or PEC in distilled water according to the present invention Or KHCO 3 precipitation and the reaction in the C 2 H 5 OH regeneration step are shown in the following scheme (2).
C2H5OCOOMe + H2O → C2H5OH + MeHCO3 (2)C 2 H 5 OCOOMe + H 2 O → C 2 H 5 OH + MeHCO 3 (2)
상기 식에서, Me는 알칼리금속이며, 바람직하게는 칼륨 또는 나트륨이다. 이에, 하나의 바람직한 예에서, 상기 알칼리금속 에틸 카보네이트는 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트일 수 있다. Wherein Me is an alkali metal, preferably potassium or sodium. Thus, in one preferred example, the alkali metal ethyl carbonate may be sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate.
본 발명에서는 고체 형태의 SEC 또는 PEC를 물과 반응시킴으로써 액상의 에탄올과 고상의 NaHCO3 또는 KHCO3로 변화되는바, 용이한 방법으로 에탄올을 재생 또는 제조할 수 있다. 즉, 합성된 고체 물질인 SEC 또는 PEC를 통해 에탄올(C2H5OH)을 저장함으로써, 에탄올을 사용하는 전 산업분야에 걸쳐 기존의 에탄올 운반 및 이용에 관한 효율을 높일 수 있다. 또한, 상기 알칼리금속 에틸 카보네이트 또는 물의 양 조절을 통해 액체 상태의 에탄올(C2H5OH)을 원하는 농도로 얻을 수 있는 장점이 있다.
In the present invention, the liquid ethanol and solid NaHCO 3 by reacting SEC or PEC in the solid form with water Or KHCO 3 , so that ethanol can be regenerated or prepared by an easy method. That is, by storing the ethanol (C 2 H 5 OH) through the synthesized solid material SEC or PEC, it is possible to increase the efficiency with respect to the existing ethanol transport and use across all industries using ethanol. In addition, there is an advantage that the ethanol (C 2 H 5 OH) in the liquid state can be obtained at a desired concentration by controlling the amount of the alkali metal ethyl carbonate or water.
이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following Examples are only the preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited by the following Examples.
<< 실시예Example 1> 1>
SECSEC 의 제조Manufacturing
C2H5OH와 NaOH를 혼합하여 (0.05 ~ 3.5M)농도의 용액을 제조한다 이후 흡수단계에서 CO2 가스를 용액 내에서 주입하여 CO2와 용액을 반응시킨다. 주입 시, 유리섬유로 제조된 분사기를 이용하여 용액 내부에 가스를 균일하게 주입한다. 주입된 후, 배출되는 가스의 CO2 농도 측정을 통해 반응 종료를 확인한 후, 용액을 필터링하여 고형물을 분리한 후, 진공 오븐을 이용하여 50℃, 진공상태에서 3시간 이상 건조시켜 SEC 제조를 완료한다.
C 2 H 5 OH and NaOH are mixed to prepare a solution of (0.05 ~ 3.5M) concentration. Then, in the absorption step, CO 2 gas is injected into the solution to react the CO 2 with the solution. In the injection, the gas is uniformly injected into the solution using an injector made of glass fiber. After injection, after confirming the completion of the reaction by measuring the CO 2 concentration of the discharged gas, the solution is filtered to separate the solids, and then dried in a vacuum oven at 50 ℃ for 3 hours or more to complete SEC manufacturing do.
<< 실시예Example 2> 2>
PECPEC 의 제조Manufacturing
상기 실시예 1에서 NaOH 대신 KOH를 사용한 것으로 제외하고는 동일한 방법을 통해 PEC를 제조하였다.
A PEC was prepared in the same manner as in Example 1 except that KOH was used instead of NaOH.
<< 실험예Experimental Example 1> 1>
본 실험에서는 CO2 흡수 단계에서의 제조된 생성물이 SEC임을 확인하기 위해 3가지를 분석하였다. 첫째, 원소분석기 (Elemental Analyzer: EA)를 통해 C, H의 질량 %와 ICE-AES를 통해 SEC 내 Na 질량 %를 분석하였다. 둘째, 제조된 SEC의 일정량을 물에 용해 시켜 이때 생성된 C2H5OH 질량 %와 마지막으로 동시에 침전된 물질을 정성 분석하였다. EA와 ICP-AES를 이용하여 CO2 흡수를 통해 생성된 고형물의 성분 분석을 수행하였고 GC를 이용하여 고형물이 용해된 액상 중의 C2H5OH 질량 % 분석을 실시하여 그 결과를 표 1과 표 2에 나타내었다. In this experiment, three analyzes were conducted to confirm that the product produced in the CO 2 absorption step was SEC. First, the mass% of C and H were analyzed by Elemental Analyzer (EA) and Na mass% in SEC by ICE-AES. Second, a certain amount of SEC prepared was dissolved in water, and qualitatively analyzed the mass of C 2 H 5 OH and finally precipitated material. Component analysis of solids produced by CO 2 absorption using EA and ICP-AES was performed, and the results of C 2 H 5 OH mass % analysis in the liquid solution in which the solids were dissolved using GC were obtained. 2 is shown.
표 1의 2번째 칸에 SEC인 C2H5OCOONa 물질의 이론적인 탄소, 수소, 산소 및 Na 원자의 질량 비율을 나타내었고 3번째 칸에 본 실험에서 합성한 물질을 구성하고 있는 4가지 원자의 질량비율을 나타내었는데 두 값들이 거의 일치함을 알 수 있다.The second column of Table 1 shows the theoretical mass ratios of carbon, hydrogen, oxygen, and Na atoms of the C 2 H 5 OCOONa material, SEC, and the third column contains the four atoms that make up the material synthesized in this experiment. The mass ratio is shown and the two values are almost identical.
표 1을 통해 상기 방법으로 합성된 고형물은 SEC임이 1차로 확인되었고 또한 이 고형물을 증류수에 용해시킴으로써 반응식 (2)에 의한 에탄올(C2H5OH) 제조, 또는 회수가 가능함을 보이기 위해 (2) 식을 기반으로 하는 양론 값을 계산하여 고형물 4g을 증류수 31.86g에 용해시킨 후 생성된 액체를 정성, 정량 분석한 결과를 표 2에 나타내었다. In Table 1, the solid synthesized by the above-described method was first confirmed to be SEC. Also, to dissolve the solid in distilled water to show that it is possible to prepare or recover ethanol (C 2 H 5 OH) according to Scheme (2) (2 The stoichiometric value based on the equation is calculated, and 4 g of the solid is dissolved in 31.86 g of distilled water.
그 결과 예상값과 일치하는 질량 비율 약 5%의 C2H5OH가 얻어졌으며 이와 동시에 침전된 백색 고체 물질을 XRD를 통해 분석한 결과, 도 1에서처럼 NaHCO3 표준물질과 일치 하므로 C2H5OH와 동시에 침전된 물질은 NaHCO3로 확인 되었다. 따라서 CO2 흡수를 통해 생성된 고형물질은 SEC로 확인되며, 또한 이 물질을 증류수에 용해함으로써 C2H5OH 제조 또는 회수가 가능함을 입증하였다.
As a result, because it matches the expected value matches the mass ratio of about 5% of the C 2 H 5 After a OH value obtained was analyzed by the same time XRD a white solid material precipitated which, NaHCO 3 standard, as shown in Fig. 1 C 2 H 5 The material precipitated simultaneously with OH was identified as NaHCO 3 . Therefore, the solid material produced through CO 2 absorption was identified as SEC, and also proved that C 2 H 5 OH production or recovery is possible by dissolving this material in distilled water.
<< 실험예Experimental Example 2> 2>
또한, 본 발명자들은 상기 실험에서 NaOH 대신 KOH를 사용하여 얻어진 PEC(potassium ethyl carbonate)를 물에 녹여 에탄올을 회수한 결과를 얻었는데, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 즉, PEC 4g을 증류수 13.5g에 녹인 결과, 10.68%의 에탄올 농도를 확인하였고, 이러한 결과는 이론적인 에탄올의 농도인 10wt%과 거의 유사한 결과를 보였다. 따라서 이러한 결과를 통해 본 발명에서는 에탄올의 회수 또는 제조를 위해 NaOH 대신 KOH를 사용할 수도 있음을 알 수 있었다. In addition, the present inventors obtained a result of dissolving PEC (potassium ethyl carbonate) obtained by using KOH instead of NaOH in water in the above experiment to recover ethanol, as shown in Table 3 below, that is, 4 g of PEC was 13.5 g of distilled water. When dissolved in, the ethanol concentration of 10.68% was confirmed, and this result was almost the same as the theoretical concentration of 10wt% of ethanol. Therefore, the results indicate that the present invention may use KOH instead of NaOH for the recovery or production of ethanol.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far I looked at the center of the preferred embodiment for the present invention. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.
Claims (11)
C2H5OH + MeOH + CO2 → C2H5OCOOMe + H2O (1)
(상기 식에서, Me는 알칼리금속이다.)As in the following Scheme 1, dissolving the alkali metal hydroxide in ethanol and injecting carbon dioxide to wet absorbing to obtain an alkali metal ethyl carbonate; comprising, wet absorption method of carbon dioxide.
C 2 H 5 OH + MeOH + CO 2 → C 2 H 5 OCOOMe + H 2 O (1)
(Wherein Me is an alkali metal)
상기 알칼리금속 수산화물은 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH)인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소의 습식흡수 방법.The method of claim 1,
The alkali metal hydroxide is sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH), characterized in that the wet absorption method of carbon dioxide.
상기 이산화탄소는 이산화탄소 가스 또는 이산화탄소 혼합가스인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소의 습식흡수 방법.The method of claim 1,
The carbon dioxide is a carbon dioxide gas or carbon dioxide mixed gas, characterized in that the wet absorption method of carbon dioxide.
상기 얻어진 혼합용액에 CO2, CO2-N2 혼합가스, CO2-N2 혼합가스 또는 CO2-He 혼합가스를 주입하여 습식흡수시킴으로써 소듐 에틸 카보네이트(sodium ethyl carbonate; SEC) 또는 포타슘 에틸 카보네이트(potassium ethyl carbonate; PEC)를 얻는 단계를 포함하는, 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트의 제조방법.Obtaining a mixed solution of 0.05 to 3.5 M concentration in which sodium hydroxide or potassium hydroxide is dissolved in ethanol; And
CO 2 , CO 2 -N 2 mixed gas, CO 2 -N 2 to the obtained mixed solution Sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate, comprising obtaining sodium ethyl carbonate (SEC) or potassium ethyl carbonate (PEC) by wet absorption by injecting a mixed gas or CO 2 -He mixed gas; Manufacturing method.
상기 얻은 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트를 분리 및 진공건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법. 5. The method of claim 4,
And separating and vacuum drying the obtained sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate.
C2H5OCOOMe + H2O → C2H5OH + MeHCO3 (2)
(상기 식에서, Me는 알칼리금속이다.)A method for preparing an ethanol, comprising the following steps: dissolving a solid alkali metal ethyl carbonate prepared by the method according to claim 1 in water to obtain ethanol.
C 2 H 5 OCOOMe + H 2 O → C 2 H 5 OH + MeHCO 3 (2)
(Wherein Me is an alkali metal)
상기 알칼리금속 에틸 카보네이트는 소듐 에틸 카보네이트 또는 포타슘 에틸 카보네이트인 것을 특징으로 하는, 에탄올 제조방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the alkali metal ethyl carbonate is sodium ethyl carbonate or potassium ethyl carbonate.
상기 알칼리금속 에틸 카보네이트 또는 물의 양 조절을 통해 에탄올의 수득량을 조절하는 것을 특징으로 하는, 에탄올 제조방법.9. The method of claim 8,
Characterized in that the yield of ethanol is controlled by controlling the amount of said alkali metal ethyl carbonate or water.
상기 에탄올은 주류 또는 연료의 제조에 이용되는 것을 특징으로 하는 에탄올 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the ethanol is used in the production of a mainstream or a fuel.
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