KR20140120940A

KR20140120940A - 배기 가스 중의 이산화탄소를 효율적으로 흡수 및 회수하는 수용액 및 그것을 사용한 이산화탄소의 회수 방법

Info

Publication number: KR20140120940A
Application number: KR1020147024812A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 히가시이; 피로즈 아람 쵸우듀리; 가즈야 고토오; 마사미 오노다; 요오이치 마츠자키
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-10-14
Also published as: IN2014DN05818A; BR112014019344A8; EP2813277A1; US9636628B2; BR112014019344B1; EP2813277A4; NO2813277T3; JP6095579B2; CN104114259A; EP2813277B1; BR112014019344A2; US20150007728A1; KR101773239B1; WO2013118819A1; CN104114259B; JPWO2013118819A1

Abstract

개시되어 있는 것은, 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액이며, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 수용액이다(화학식 1 중, R은 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 나타내고, n은 1 또는 2를 나타냄)(화학식 2 중, X는 -NR1R2를 나타내고, Y는 -NR3R4를 나타내고, R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 또는 다르고, 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, m은 3 내지 7의 정수를 나타냄).

Description

배기 가스 중의 이산화탄소를 효율적으로 흡수 및 회수하는 수용액 및 그것을 사용한 이산화탄소의 회수 방법{AQUEOUS SOLUTION WHICH EFFICIENTLY ABSORBS AND RECOVERS CARBON DIOXIDE IN EXHAUST GAS, AND METHOD FOR RECOVERING CARBON DIOXIDE USING SAME}

본 발명은, 가스 중에 포함되는 이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액 및 당해 수용액을 사용한 가스 중의 이산화탄소를 효율적으로 흡수 및 회수하는 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 온난화에 기인한다고 생각되는 기후 변동이나 자연 재해의 빈발이, 농업 생산, 주환경, 에너지 소비 등에 엄청난 영향을 미치고 있다. 이 지구 온난화는 인류의 산업 활동이 활발해지는 것에 수반하여 증대하는, 이산화탄소로 대표되는 온실 가스가 대기 중에 증대하기 때문이라고 생각되고 있어, 그 대기 중 농도의 삭감을 향한 대책이 긴급하게 필요해지고 있다.

이산화탄소의 주된 발생원은, 석탄, 중유, 천연 가스 등을 연료로 하는 화력 발전소, 제조소의 보일러 또는 시멘트 공장의 킬른, 코크스로 산화철을 환원하는 제철소의 용광로, 가솔린, 중유, 경유 등을 연료로 하는 자동차, 선박, 항공기 등의 수송 기기 등이다. 이들 중 수송 기기를 제외한 것에 대해서는 고정적인 설비이며, 이산화탄소의 대기 방산을 삭감하는 대책을 실시하기 쉬운 설비로서 기대되고 있다.

상기에서 예시되는 발생원으로부터의 배기 가스 중의 이산화탄소를 회수하는 방법에 대해, 현재 폭 넓고 다양한 방법이 연구되고 있지만, 지금까지 몇 가지의 방법이 알려져 있다.

예를 들어, 이산화탄소를 포함하는 가스를 흡수탑 내에서 알칸올아민의 수용액과 접촉시켜 이산화탄소를 흡수시키는 방법이 잘 알려져져 있다. 여기서 알칸올아민으로서는, 모노에탄올아민(이하, MEA로 나타내는 경우도 있음), 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 메틸디에탄올아민(MDEA), 디이소프로판올아민(DIPA), 디글리콜 아민(DGA) 등이 알려져 있지만, 통상 MEA가 사용되고 있다.

그러나, 이들 알칸올아민의 수용액을 이산화탄소의 흡수액으로서 사용하는 경우, MEA와 같은 1급 아민은 장치의 재질 부식성이 높으므로, 고가인 내식강을 사용할 필요가 있거나, 흡수액 중의 아민 농도를 낮게 할 필요가 있다. 또한, 흡수한 이산화탄소의 탈리는, 일반적으로는 재생탑 내에서 약 120℃로 가열해서 이산화탄소를 탈리 및 회수하지만, 상기한 알칸올아민에서는 흡수탑 내에서의 이산화탄소의 흡수량과 재생탑 내에서의 이산화탄소의 탈리량이 충분하지 않으므로, 결과적으로 이산화탄소 단위 중량당의 회수에 큰 에너지를 필요로 한다.

이산화탄소의 발생 삭감, 에너지 절약 및 자원 절약이 요구되는 시대에서, 이산화탄소 흡수 및 회수에 있어서의 대량의 에너지 소비는, 당해 기술의 실용화를 막는 큰 요인으로 되어 있어, 보다 적은 에너지에서의 이산화탄소의 분리 회수 기술이 요구되어 있다.

그로 인해, 보다 적은 에너지에서의 이산화탄소의 분리 회수를 위한 종래 기술로서, 예를 들어, 특허문헌 1에는, 아미노기 주변에 알킬기 등의 입체 장해를 갖는 소위 힌더드 아민의 수용액과 대기압하의 연소 배기 가스를 접촉시켜, 이산화탄소를 흡수시키는 방법에 의한 연료 배기 가스 중의 이산화탄소의 제거 방법이 기재되어 있다.

여기서, 힌더드 아민으로서 2-메틸아미노에탄올(이하, MAE로 나타내는 경우도 있음) 및 2-에틸아미노에탄올(이하, EAE로 나타내는 경우도 있음)의 실시예가 기재되고, MAE 및 EAE의 30 중량％의 수용액이 실시예에서 사용되고 있다. 그 밖의 힌더드 아민으로서는, 실시예는 없지만, 2-(이소프로필아미노)에탄올(이하, IPAE로 나타내는 경우도 있음) 등의 아민이 기재되어 있다.

특허문헌 2 내지 6에는, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 3-부탄디아민이나 N, N, N', N'-테트라메틸헥산-1, 6-디아민을 함유하는 흡수 용액 및 이를 사용한 이산화탄소를 제거하는 방법이 기재되어 있다.

특허 제2871334호 명세서 일본 특허 공표 제2009-529420호 공보 일본 특허 공개 제2010-110749호 공보 일본 특허 공개 제2010-188336호 공보 일본 특허 공개 제2010-201422호 공보 일본 특허 공표 제2011-528993호 공보

이와 같이, 이산화탄소의 분리 회수에 있어서는, 에너지 소비량이 낮고, 저부식성인 이산화탄소의 흡수액이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 가스 중의 이산화탄소를 고효율로 흡수할 뿐만 아니라, 고효율의 이산화탄소의 탈리를 실현하고, 낮은 에너지 소비량으로 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있는 수용액 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 본 발명은 수용액 단위량당의 이산화탄소 흡수 및 탈리량이 크고 또한 이산화탄소 탈리에 필요한 에너지가 낮고, 효율적으로 이산화탄소를 흡수하고 또한 탈리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있는 수용액 및 당해 수용액을 사용한 이산화탄소의 흡수 및 회수 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 효율적으로 이산화탄소를 흡수하고 또한 탈리시켜 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있는 흡수액에 대해 예의 검토했다. 그 결과, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 수용액이, 높은 이산화탄소의 흡수 및 탈리량 및 양호한 흡수 속도를 가짐으로써, 단위 흡수액량에 있어서의 흡수 및 탈리에 1 사이클에서의 이산화탄소 회수량이 크게 향상되고, 그 결과, 이산화탄소를 보다 낮은 에너지 소비량으로 회수할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하의 항 1 내지 항 5의 구성을 이루는 것이다.

항 1. 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액이며, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 포함하는, 수용액.

[화학식 1]

(화학식 중, R은 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 나타내고, n은 1 또는 2를 나타냄)

[화학식 2]

(화학식 중, X는 -NR1R2를 나타내고, Y는 -NR3R4를 나타내고, R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 또는 다르고, 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, m은 3 내지 7의 정수를 나타냄)

항 2. 상기 아미노알코올 화합물과 상기 아민 화합물의 합계의 중량 농도가 20 내지 80％이며, 상기 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 10 내지 70％이며, 상기 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 50％인 것을 특징으로 하는, 항 1에 기재된 수용액.

항 3. 상기 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 30 내지 60％이며, 상기 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 40％인 것을 특징으로 하는, 항 2에 기재된 수용액.

항 4. 상기 아미노알코올 화합물에 있어서의 R이 탄소수 2 내지 4의 알킬기이며, 또한 상기 아민 화합물에 있어서의 m이 5 내지 7의 정수인 것을 특징으로 하는, 항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 수용액.

항 5. (1)항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 수용액을 이산화탄소를 포함하는 가스와 접촉시켜, 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 공정 및

(2) 상기 (1)에서 얻어진 이산화탄소가 흡수된 수용액을 가열해서, 이산화탄소를 탈리시켜 회수하는 공정

을 포함하는 이산화탄소의 흡수 및 회수 방법.

본 발명에 의한 수용액을 사용한 이산화탄소의 분리 회수에서는, 이산화탄소의 흡수 및 탈리에 1 사이클당의 이산화탄소 회수량이 증가하고, 수용액 단위 중량당의 이산화탄소의 분리 회수 에너지는 낮아지고, 효율적 또한 저에너지 소비량으로 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있다. 나아가서는, 흡수 및 탈리 사이클에 있어서의 순환 유량의 저감에 연결되어, 흡수탑, 탈리탑 및 이들에 부수되는 장치의 소형화가 가능하게 된다.

또한, 일반적으로 널리 사용되는 MEA는, 탄소강에 대해 높은 부식성을 나타내고, 특히 고농도에서 부식성이 증대한다고 되어 있지만, 본 발명에서 사용하는 수용액의 부식성은 낮고, 고가인 고급 내식강을 사용할 필요가 없는 점에서 유리하다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액

본 발명의 이산화탄소를 포함하는 가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액은, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

탄소수 1 내지 5의 알킬기는, 직쇄상 또는 분지쇄상 중 어느 것이어도 좋고, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, n-펜틸, 이소펜틸 등을 들 수 있다. R로서는, 바람직하게는 탄소수 2 내지 4의 알킬기, 예를 들어, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸 및 이소부틸이며, 보다 바람직하게는 이소프로필, n-부틸 및 이소부틸이다.

탄소수 1 내지 3의 알킬기는 직쇄상 또는 분지쇄상 중 어느 것이어도 좋고, 예를 들어, 메틸, 에틸, n-프로필 및 이소프로필을 들 수 있다. R1, R2, R3 및 R4로서는, 바람직하게는 메틸 및 에틸이다.

m으로서는, 바람직하게는 5 내지 7이며, 더욱 바람직하게는 5이다.

화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물의 구체예로서는, N-에틸에탄올아민, N-n-프로필에탄올아민, N-이소프로필에탄올아민, N-n-부틸에탄올아민, N-이소부틸에탄올아민, 3-에틸아미노-1-프로판올, 3-n-프로필아미노-1-프로판올, 3-이소프로필아미노-1-프로판올, 3-n-부틸아미노-1-프로판올, 3-이소부틸아미노-1-프로판올 등을 들 수 있고, 이들은 공업적으로 사용할 수 있다.

화학식 2로 표시되는 아민 화합물의 구체예로서는, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 4-부탄디아민, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 5-펜탄디아민, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 6-헥산디아민, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 8-옥탄디아민, N, N, N', N'-테트라에틸-1, 4-부탄디아민, N, N, N', N'-테트라에틸-1, 5-펜탄디아민, N, N, N', N'-테트라에틸-1, 6-헥산디아민, N, N, N', N'-테트라에틸-1, 8-옥탄디아민 등을 들 수 있고, 이들은 공업적으로 사용할 수 있다.

본 발명의 수용액의 농도는, 바람직하게는 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물의 총 중량 농도가 20 내지 80％, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 10 내지 70％, 화학식 2로 표시되는 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 50％이며, 보다 바람직하게는 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 30 내지 60％, 화학식 2로 표시되는 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 40％이다.

본 발명의 수용액에는, 필요에 따라서, 수용액의 화학적 또는 물리적 안정성을 확보하기 위한 안정제(산화 방지제 등)나 본 발명의 수용액을 사용하는 장치나 설비의 재질 열화를 방지하기 위한 방지제(부식 방지제 등)를 추가해도 된다.

화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물 및 화학식 2로 표시되는 아민 화합물은, 시판품을 입수할 수 있거나 또는 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다.

이산화탄소를 포함하는 가스로서는, 예를 들어, 석탄, 중유, 천연 가스 등을 연료로 하는 화력 발전소, 제조소의 보일러, 시멘트 공장의 킬른, 코크스로 산화철을 환원하는 제철소의 용광로, 선철 중의 탄소를 연소해서 제강하는 동일하게 제철소의 전로, 석탄 가스화 복합 발전 설비 등으로부터의 배기 가스, 채굴시 천연 가스, 개질 가스 등을 들 수 있고, 상기 가스 중의 이산화탄소 농도는, 통상 5 내지 30 체적％ 정도, 특히 6 내지 25 체적％ 정도이면 된다. 이러한 이산화탄소 농도 범위에서는, 본 발명의 작용 효과가 적절하게 발휘된다. 또한, 이산화탄소를 포함하는 가스에는, 이산화탄소 이외에 수증기, CO, H₂S, COS, SO₂, NO₂, 수소 등의 가스가 포함되어 있어도 좋다.

이산화탄소의 흡수 및 회수 방법

본 발명의 이산화탄소 흡수 및 회수 방법은, 이하의 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1) 상기 수용액을 이산화탄소를 포함하는 가스와 접촉시켜, 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 공정,

(2) 상기 (1)에서 얻어진 이산화탄소가 흡수된 수용액을 가열해서, 이산화탄소를 탈리시켜 회수하는 공정.

ㆍ이산화탄소 흡수 공정

본 발명의 방법은, 상기 수용액을 이산화탄소를 포함하는 가스와 접촉시켜, 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 공정을 포함하지만, 이산화탄소를 포함하는 가스를 본 발명의 수용액에 접촉 흡수시키는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 수용액 중에 이산화탄소를 포함하는 가스를 버블링시켜 흡수하는 방법, 이산화탄소를 포함하는 가스 기류 중에 상기 수용액을 미스트 상태로 뿌리는 방법(분무 내지 스프레이 방식), 혹은 자석제나 금속망제의 충전재가 들어간 흡수탑 내에서 이산화탄소를 포함하는 가스와 상기 수용액을 향류 접촉시키는 방법 등에 의해 행해진다.

이산화탄소를 포함하는 가스를 수용액에 흡수시킬 때의 온도는, 통상 실온으로부터 60℃ 이하로 행해지고, 바람직하게는 50℃ 이하, 보다 바람직하게는 20 내지 45℃ 정도로 행해진다. 온도가 낮을수록 흡수량은 증가하지만, 어디까지 온도를 낮출지는 배기 가스의 가스 온도나 열회수 목표 등에 의해 결정된다. 이산화탄소 흡수 시의 압력은 통상 거의 대기압으로 행해진다. 흡수 성능을 높이기 위해, 보다 높은 압력까지 가압할 수도 있지만, 압축을 위해 필요로 하는 에너지 소비를 억제하므로 대기압 하에서 행하는 것이 바람직하다.

이산화탄소를 포함하는 가스에 대해서는 전술하는 것과 동일하다.

ㆍ이산화탄소 탈리 공정

본 발명의 방법은, 이산화탄소 흡수 공정에서 얻어진 수용액을 가열해서 이산화탄소를 탈리시켜 회수하는 공정을 포함한다.

이산화탄소를 흡수한 수용액으로부터 이산화탄소를 탈리시키고, 순수한 혹은 고농도의 이산화탄소를 회수하는 방법으로서는, 증류와 동일하게 수용액을 가열하여 가마에서 버블링하여 탈리시키는 방법, 붕단탑, 스프레이탑, 자석제나 금속망제의 충전재가 들어간 탈리탑 내에서 액 계면을 확장시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다. 이에 의해, 중탄산 이온으로부터 이산화탄소가 유리해서 방출된다.

이산화탄소 탈리 시의 액 온도는 통상 70℃ 이상으로 행해지고, 바람직하게는 80℃ 이상, 보다 바람직하게는 90 내지 120℃ 정도로 행해진다. 온도가 높을수록 흡수량은 증가하지만, 온도를 올리면 흡수액의 가열에 필요로 하는 에너지가 증가하므로, 그 온도는 프로세스 상의 가스 온도나 열회수 목표 등에 따라 결정된다. 이산화탄소를 탈리한 후의 아민 수용액은, 다시 이산화탄소 흡수 공정에 보내져 순환 사용(리사이클)된다. 이 동안, 이산화탄소 탈리 공정에서 가해진 열은, 순환 과정에서 이제부터 이산화탄소 탈리 공정을 향하는 수용액과의 열교환에 의해 당해 수용액의 승온에 유효하게 이용되어 회수 공정 전체의 에너지 저감이 도모될 수 있다.

이와 같이 하여 회수된 이산화탄소의 순도는, 통상 99 체적％ 이상으로 매우 순도가 높은 것이며, 화학 산업 혹은 식품 산업에 사용할 수 있다. 또한, 회수된 이산화탄소는, 현재 실용화가 검토되고 있는 EOR(Enhanced Oil Recovery)이나 CCS에 있어서의 지하 격리에 제공하는 것도 가능하다.

<실시예>

다음에, 본 발명에 대해 실시예를 사용해서 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

제1 실시예

액의 온도가 40℃가 되도록 설정한 항온 수조 내에, 유리로 만든 가스 세정 병을 침지하고, 이에 2-(이소프로필아미노)에탄올(IPAE, 도꾜 가세이 고교사제) 50 중량％, N, N, N', N'-테트라메틸-1, 6-헥산디아민(TMHA, 도꾜 가세이 고교사제) 10 중량％를 포함하는 수용액 50g을 충전했다. 이 수용액 중에, 대기압하 0.7 리터/분으로 이산화탄소 20 체적％ 및 질소 80 체적％를 포함하는 혼합 가스를, 눈의 거칠기가 100㎛, 직경이 13㎜의 유리 필터를 통과시켜 기포 형상으로 분산시켜 60분간 흡수시켰다.

흡수 입구 및 흡수액 출구의 가스 중의 이산화탄소 농도를, 적외선식의 이산화탄소계(HORIBA GAS ANALYZER VA-3000)에 의해 연속적으로 측정하여, 입구 및 출구의 이산화탄소 유량의 차로부터 이산화탄소 흡수량을 측정했다. 필요에 따라 흡수액 중의 무기 탄소량을 가스 크로마토그래프식의 전유기 탄소계(SHIMADZU TOC-VCSH)에 의해 측정하고 적외선식 이산화탄소계로부터 산출되는 값과 비교했다. 포화 흡수량은 흡수액 출구의 이산화탄소 농도가 입구의 이산화탄소 농도에 일치하는 시점에서의 양으로 했다. 흡수 속도는 흡수량에 따라서 변화하지만, 포화 흡수량의 1/2을 흡수한 시점의 흡수 속도를 기준으로 하여 측정해서 비교했다. 계속해서 동일한 가스 기류 중에서 액온을 수분 중에 70℃로 상승시키고, 60분간 동일한 조건에서 이산화탄소의 탈리량을 측정했다.

발열량은 시차열식 열량계(SETARAM사 DRC Evolution)에 의해 2개의 동일 형상의 교반기 부착 흡수 장치에 의해 40℃에서 한쪽의 반응기에만 이산화탄소를 소정량 불어넣고, 이 동안의 2개의 반응기 내의 발열량의 차에 의해 측정했다.

제2 내지 제5 실시예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, IPAE 및 TMHA를 각각 표 1에 나타내는 농도로 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도, 발열량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제6 실시예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, 3-이소프로필아미노-1-프로판올(IPAP) 및 TMHA를 각각 표 1에 나타내는 농도로 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도, 발열량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제7 내지 제9 실시예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, IPAP 및 TMHA를 각각 표 1에 나타내는 농도로 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도 및 탈리량의 측정을 행했다.

제10 내지 제12 실시예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, 2-에틸아미노-1-에탄올(EAE) 및 TMHA를 각각 표 1에 나타내는 농도로 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도 및 탈리량의 측정을 행했다.

EAE는, IPAE에 비해 공업적인 조달이 용이하고 또한 저렴하므로, 흡수액의 비용의 점으로부터는 EAE가 유리하다. 제8 내지 제9 비교예의 비교로부터 명백해진 바와 같이, EAE를 선택하는 경우라도 본 발명의 아민 화합물을 첨가함으로써, 흡수액의 성능으로서 매우 중요한 이산화탄소의 탈리량은 대폭으로 향상된다.

제13 내지 제15 실시예

IPAE와 TMHA를 포함하는 수용액 대신에, IPAE 및 N, N, N', N'-테트라메틸-1, 4-부탄디아민(TMBA, 도꾜 가세이 고교사제)을 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량 및 탈리량의 측정을 행했다. 그 결과, IPAE만으로 이루어지는 수용액을 사용하는 것보다 이산화탄소의 단위 흡수액당의 포화 흡수량 및 탈리량이 향상되었다.

제1 내지 제3 비교예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, IPAE 30, 55, 60 중량％만을 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도, 발열량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제4 비교예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, IPAE를 52 중량％, 피페라진(PZ)을 3 중량％ 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도, 발열량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제5 내지 제6 비교예

IPAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, TMHA를 30 중량％ 또는 50 중량％ 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량, 흡수 속도, 발열량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제7 비교예

IPAP 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, IPAP를 30 중량％ 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제8 내지 제9 비교예

EAE 50 중량％와 TMHA 10 중량％를 포함하는 수용액 대신에, EAE를 30 중량％ 또는 54 중량％ 포함하는 수용액을 사용한 것 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여, 이산화탄소의 포화 흡수량 및 탈리량의 측정을 행했다.

제1 내지 제15 실시예 및 제1 내지 제9 비교예에서 얻어진 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 중의 ％는 중량％를 나타낸다.

(제1 실시예)

40℃의 이산화탄소 포화 흡수량은 수용액 ㎏당 156g이었다. 70℃에서의 이산화탄소 탈리는 흡수액 ㎏당 91g이었다. 또한, 회수된 이산화탄소의 순도는 99.8％이었다. 이 결과로부터, 제1 비교예와 비교해서 단위 흡수액당의 포화 흡수량 및 탈리량은 매우 크고, 본 발명의 흡수액의 성능이 확인되었다.

(제1 내지 제3 비교예)

저농도의 30 중량％에서는 흡수 속도는 빠르지만, 60 중량％에서는 흡수 속도가 대폭적인 저하가 관찰되고, 결과적으로, 모든 경우에 있어서도 포화 흡수량 및 탈리량은, 제1 내지 제5 실시예와 비교해서 낮은 값을 나타냈다.

(제4 비교예)

피페라진은 알칸올아민류 수용액에서의 이산화탄소의 흡수에 있어서 반응 활성제로서 알려져 있고, 포화 흡수량 및 흡수 속도를 향상시키는 효과가 있다. 표 1의 결과로부터, 제1 내지 제5 실시예의 쪽이 탈리량의 점에서 유리한 것을 알 수 있다.

(제5 내지 제6 비교예)

TMHA만의 수용액에 있어서는, 30 중량％에서는 탈리량의 점에서 충분한 효과는 보이지 않고, 또한 50 중량％에서는 흡수 속도가 매우 저하되었다. 표 1의 결과로부터, 실시예의 쪽이 유리한 것을 알 수 있다.

(제7 비교예)

탈리량은, 제6 내지 제9 실시예와 비교해서 낮은 값을 나타냈다.

(제8 내지 제9 비교예)

모든 경우에 있어서, 탈리량은, 제10 내지 제12 실시예와 비교해서 낮은 값을 나타냈다.

제1 시험예

제1 실시예의 수용액에 대해, SS400 금속 테스트 실린더에의 부식성 시험을 행했다. 시험은 하스텔로이제 오토클레이브를 사용해서, 이산화탄소 포화 분위기 하에서, 130℃, 48시간의 조건에 의해 실시했다. 그 결과, 제1 실시예의 수용액에 대한 SS400에의 부식은 전면 부식이며, 부식 속도는 0.13㎜/년으로 산출되었다. 이 결과로부터, 약간의 부식성을 갖는다고 판단되었다.

Claims

이산화탄소를 포함하는 가스로부터 이산화탄소를 흡수 및 회수하기 위한 수용액이며, 화학식 1로 표시되는 아미노알코올 화합물과 화학식 2로 표시되는 아민 화합물을 포함하는, 수용액.
[화학식 1]

(화학식 중, R은 탄소수 1 내지 5의 알킬기를 나타내고, n은 1 또는 2를 나타냄)
[화학식 2]

(화학식 중, X는 -NR1R2를 나타내고, Y는 -NR3R4를 나타내고, R1, R2, R3 및 R4는 동일하거나 또는 다르고, 탄소수 1 내지 3의 알킬기를 나타내고, m은 3 내지 7의 정수를 나타냄)
제1항에 있어서,
상기 아미노알코올 화합물과 상기 아민 화합물의 합계의 중량 농도가 20 내지 80％이며, 상기 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 10 내지 70％이며, 상기 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 50％인 것을 특징으로 하는, 수용액.
제2항에 있어서,
상기 아미노알코올 화합물의 중량 농도가 30 내지 60％이며, 상기 아민 화합물의 중량 농도가 1 내지 40％인 것을 특징으로 하는, 수용액.
제1항에 있어서,
상기 아미노알코올 화합물에 있어서의 R이 탄소수 2 내지 4의 알킬기이며, 또한 상기 아민 화합물에 있어서의 m이 5 내지 7의 정수인 것을 특징으로 하는, 수용액.
(1) 제1항에 기재된 수용액을 이산화탄소를 포함하는 가스와 접촉시켜, 가스로부터 이산화탄소를 흡수하는 공정 및
(2) 상기 (1)에서 얻어진 이산화탄소가 흡수된 수용액을 가열해서, 이산화탄소를 탈리시켜 회수하는 공정
을 포함하는, 이산화탄소의 흡수 및 회수 방법.