KR20180027488A - 이온성 액체를 사용한 습윤 기체 혼합물의 제습 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치, 및 본 발명에 따른 방법에서의 상기 장치의 용도에 관한 것이다.

Description

이온성 액체를 사용한 습윤 기체 혼합물의 제습 방법
본 발명은 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치, 및 본 발명에 따른 방법에서의 상기 장치의 용도에 관한 것이다.
습윤 기체 혼합물의 제습은 다수의 기술 분야에서 필요하다.
예를 들면, 빌딩 또는 차량의 환기 및 공기 조화는 일반적으로, 냉각되는 공기가 종종 너무 습하여 목적하는 온도로 냉각되는 동안 온도가 이슬점 온도 아래로 떨어지기 때문에 공기의 냉각뿐만 아니라 제습이 필요하다. 따라서, 통상의 공기 조화 시스템에서 공기의 제습은 전기 소비의 대부분을 차지한다.
빌딩용 공기 조화 시스템의 전기 소비는, 건조 매체를 사용한 물의 흡착 또는 흡수에 의해 공기를 제습한 후 물 함유 건조 매체를 물이 다시 탈착되는 온도로 가열하여 재생함으로써 감소된다. 고체 흡수제 상의 흡착과 비교하여, 액체 흡수 매체 내 흡수의 이점은, 공기의 건조가 감소된 장비 복잡도 및 보다 적은 건조 매체로 수행될 수 있고, 태양열을 이용한 물 함유 건조 매체의 재생을 수행하기가 보다 용이하다는 것이다.
습윤 기체 혼합물의 제습이 사용되는 추가의 기술 분야는 흡수식 냉각기 (원리는 WO 2014/079675 A1에 기재되어 있음) 분야이다. 여기서, 축축한 기체 혼합물은 저압 하에 물의 증발 동안 형성된다. 이와 같이 하여 형성된 수증기는, 습윤 기체 혼합물이 차후 물 증발로 복귀하여 새로운 사이클을 통과할 수 있도록, 상기 혼합물로부터 제거될 필요가 있다. 여기서 또한, 액체 흡수 매체 내의 흡수는 고체 흡수 매체 내의 흡수에 비해 유리하다.
최종적으로, 습윤 기체 혼합물의 제습은 또한 예를 들어 DE 10 2010 004 779 A1에 기재된 바와 같이 천연 가스 추출 분야에서 중요하다.
공기 또는 천연 가스 제습 설비 및 냉각기에 혼입되는 재료의 예는 티타늄, 구리 및 귀금속을 포함한다. 알루미늄 기재의 구성요소 또한 공기 제습 설비에 설치된다. 티타늄, 구리 또는 스테인레스 스틸과 같은 대안 재료와 비교하여, 알루미늄은 보다 높은 열 전도도를 갖는다는 이점이 있다. 그것은 추가적으로, 가공하기가 보다 용이하며 보다 가볍고 저렴하다. 따라서, 자동차 제작 시에는 특히, 알루미늄으로 제조된 공기 조화 시스템이 다른 재료에 비해 바람직하다.
상업용 공기 조화 시스템에서 액체 흡수 매체로서 지금까지 사용된 브로민화리튬, 염화리튬 또는 염화칼슘의 수용액은, 공기 조화 시스템에서 전형적으로 사용되는 구성 재료에 대해 부식성이어서 고가의 특정 구성 재료를 사용하는 것이 필요하다는 단점을 갖는다. 특히 알루미늄의 경우 이와 같은 문제에 직면한다. 이들 해결책은 흡수 매체에서 결정화되는 염으로 인한 문제를 추가로 야기할 수 있다.
문헌 [Y. Luo et al., Thermal Eng. 31 (2011) 2772-2777]에는, 공기를 건조시키기 위해 브로민화리튬 수용액 대신에 이온성 액체 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트를 사용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이와 같은 이온성 액체는 단지 빈약한 흡수 능력이라는 단점을 갖는다.
문헌 [Y. Luo et al., Solar Energy 86 (2012) 2718-2724]에는, 공기를 건조시키기 위해 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트의 대안으로서 이온성 액체 1,3-디메틸이미다졸륨 아세테이트를 사용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 1,3-디메틸이미다졸륨 아세테이트는 적합하지 않고, 탈착 동안 상당한 정도로 분해된다.
US 2011/0247494 A1, 단락 [0145]에 제안된 이온성 액체의 경우에도 상기와 같은 문제에 직면한다. 이 문헌에는, 염화리튬 수용액 대신에 액체 건조제로서 트리메틸암모늄 아세테이트 또는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트를 사용하는 것이 제안되어 있다. 실시예 3에는 일련의 추가의 이온성 액체에 대한 습윤 공기로부터의 물 흡수율이 비교되어 있다.
CN 102335545 A에는, 공기 제습을 위한 흡수 매체로서 상기한 문제점을 갖지 않는 이온성 액체의 수용액이 기재되어 있다. 흡수 매체는 스틸에 대해 비부식성인 것으로 보고되어 있다. 기재된 이온성 액체는 특히 1,3-디메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트이다. 그러나, CN 102335545 A는 주로 스틸-기재의 공기 제습기에 관한 것이다. 또한, 이 재료는 상기한 이유로 알루미늄과 비교하여 불리하다. 추가적으로, CN 102335545 A에 언급된 이온성 액체에 의해서는 효율적인 공기 제습을 위해 중요한 달성된 열 전달이 비교적 낮았다.
따라서, 본 발명은 그 목적이 알루미늄-기재의 공기 조화 시스템, 공기 제습기, 흡수식 냉각기에 사용될 때 종래 기술의 흡수 매체보다 더 낮은 부식성을 나타내는 흡수 매체를 제공하는 것이다. 이들 흡수 매체는 또한 개선된 열 전달을 보장하여야 한다.
놀랍게도 알루미늄에 대해 낮은 부식성을 나타내고, 특히 우수한 열 전달을 보장하는 흡수 매체가 이제 발견되었다.
본 발명은 따라서, 제1 측면에서
(a) 습윤 기체 혼합물 G를 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키며,
여기서 액체 흡수 매체 AVE는 습윤 기체 혼합물 G로부터 물을 적어도 부분적으로 흡수하여,
액체 흡수 매체 AVE와 비교하여 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1을 수득하는 단계,
(b) 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여 액체 흡수 매체 AVE1과 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 단계를 포함하며,
여기서, 장치 V1은 적어도 부분적으로 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 포함하고, 장치 V1에서 AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 액체 흡수 매체 중 적어도 하나는 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉하는,
장치 V1에서 습윤 기체 혼합물 G, 특히 습윤 공기를 제습하기 위한 방법이며,
Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고,
R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+, Na+, 더 바람직하게는 K+, Na+로 이루어진 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 K+인 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
기체 혼합물 G는 특별히 제한되지 않는다. "습윤"은 본 발명의 문맥에서 "물, 특히 수증기를 포함함"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. "제습"은 물을 적어도 부분적으로 제거하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 부분적으로"는 본 발명의 문맥에서 "부분적으로 또는 완전히"를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, "습윤 기체 혼합물 G"는 본 발명의 문맥에서, 기체 혼합물 G가 물, 바람직하게는 수증기 ("수증기"는 기상 물리적 상태의 물을 의미하는 것으로 이해되어야 함)를 포함하고, 그의 조성은 달리 특별히 제한되지 않음을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 습윤 기체 혼합물의 물 함량은 특별히 제한되지 않으며, 특히 0.01 vol% 내지 99.99 vol% ("vol%"는 습윤 기체 혼합물 G의 전체 부피를 기준으로 하는 수증기의 부피를 나타냄)이다. 습윤 기체 G의 조성은 달리 본 발명에 따른 방법의 적용예에 따라 다양할 수 있다. 습윤 기체 혼합물 G는 특히 습윤 천연 가스, 습윤 공기 (흡수식 냉각기에서 물의 증발로부터 초래되는 습윤 공기 또는 습윤 실내 공기일 수 있음), 바람직하게는 습윤 공기로부터 선택된다. 습윤 천연 가스의 경우 물 함량은 특히 0.01 vol% 내지 15.00 vol%, 습윤 공기의 경우 상기 함량은 특히 0.01 vol% 내지 5.00 vol%, 습윤 실내 공기의 경우 또는 특히 95.00 vol% 내지 99.99 vol% (이는 흡수식 냉각기에서 물의 증발로부터 초래된 습윤 공기에 관한 것일 때 바람직한 범위임)이다.
본 발명에 따른 방법은 장치 V1에서 수행된다. 장치 V1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기에 적합할 정도로만 제한된다. 특히, 하기 구성요소를 갖는 장치 V1을 사용하는 것이 가능하다:
(i) 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs1,
(ii) 열교환기 Wx1을 포함하고, 액체 흡수 매체 AVE로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes1, 및
(iii) 물 흡수 유닛 Wabs1을 물 탈착 유닛 Wdes1과 연결하고, 액체 흡수 매체 AVE를 순환시킬 수 있는 회로 U1.
물 흡수 유닛 Wabs1은 특히 본 발명에 따른 방법의 단계 a)가 수행되는 구성요소이다. 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기가 물 흡수 유닛 Wabs1로서 사용가능하다. 상기 흡수기는, 액체 흡수 매체 AVE의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 액체 흡수 매체 AVE의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다. 충전층, 스프레이 칼럼, 강하막, 버블 칼럼, 트레이 칼럼, 젖은 스크러버 (예를 들어 벤투리 스크러버), 교반 탱크와 이들 흡수기의 조합의 군으로부터 선택된 물 흡수기를 사용하는 것은 여기서 특히 가능하다. 물 흡수기로서 강하막, 특히 다관형 강하막을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 물 흡수 유닛 Wabs1은 특히, 액체 흡수 매체 AVE가 냉각가능하도록 셋업된 추가의 열교환기 Wz1을 또한 포함할 수 있다.
열교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1은, 특히 본 발명에 따른 방법의 단계 b)가 수행되는 유닛이다. 물 탈착 유닛 Wdes1은 물 함유 액체 흡수 매체 AVE에 열을 공급하고, 물 함유 액체 흡수 매체 AVE의 표면적을 증가시키며, 동시에 물 탈착 유닛 내 물 함유 액체 흡수 매체 AVE의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다.
열교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1로서, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 열교환기 및 물 탈착기의 조합, 특히, 상류 열교환기, 특히 다관형 열교환기, 판형 열교환기를 갖는 수평관 증발기가 사용가능하다. 또한, 열교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1은 통합 열교환기를 갖는 물 탈착기일 수도 있다. 통합 열교환기를 갖는 상기와 같은 물 탈착기는 특히 상승막 증발기, 장관형 수직 증발기, 단관형 수직 증발기, 강제 순환 증발기, 교반 박막 증발기이다. 물 탈착 유닛 Wdes1로서, 강하막, 특히 다관형 강하막을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
회로 U1은 특히, 본 발명에 따른 방법의 단계 a)로부터의 AVE1을 물 흡수 유닛 Wabs1에서부터 물 탈착 유닛 Wdes1로 보내고, 보다 바람직하게는 (특히, 본 발명에 따른 방법이 연속식으로 수행되는 경우) 추가적으로, 본 발명에 따른 방법의 단계 b)로부터의 AVE2를 물 흡수 유닛 Wdes1에서부터 물 탈착 유닛 Wabs1로 보낸다.
특히 회로 U1은 도관, 특히 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U1은 또한 펌프를 포함한다.
본 발명에 따른 방법의 제1 단계는 습윤 기체 혼합물 G를 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키는 것을 포함한다. 접촉은 특히 물 흡수 유닛 Wabs1에서 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 접촉은, 흡수 매체 AVE가 습윤 기체 스트림 G로부터 수분, 즉, 물을 적어도 부분적으로 흡수하여, 액체 흡수 매체 AVE와 비교하여 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1이 얻어지게 한다.
습윤 기체 혼합물 G로부터 가능한 많은 수분이 흡수되도록, 습윤 기체 혼합물 G와 접촉하는 동안 흡수 매체 AVE를 냉각시키는 것이 바람직하다. 이는, 예를 들어, 물 흡수 유닛 Wabs1 내 추가의 열교환기 Wz1을 통해 달성될 수 있다. 따라서, 습윤 기체 혼합물 G와 접촉하는 동안 흡수 매체 AVE의 온도는 바람직하게는 15℃ 내지 90℃, 보다 바람직하게는 20℃ 내지 80℃, 가장 바람직하게는 20℃ 내지 40℃의 범위이다.
흡수 매체 AVE는 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하고, 여기서 Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고, R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며, M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+, Na+, 보다 바람직하게는 K+, Na+로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 금속 이온, 특히 K+이다.
바람직한 실시양태에서 R은 에틸 기, n-프로필 기, 이소프로필 기, n-부틸 기, sec-부틸 기, tert-부틸 기, n-펜틸 기, 2-펜틸 기, 3-펜틸 기, 2-메틸부틸 기, 3-메틸부틸 기, 3-메틸부트-2-일 기, 2-메틸부트-2-일 기, 2-디메틸프로필 기, n-헥실 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. R은 바람직하게는 에틸 기, n-프로필 기, 이소프로필 기, n-부틸 기, sec-부틸 기, tert-부틸 기, n-펜틸 기, n-헥실 기로 이루어진 군으로부터 선택되고; R은 보다 바람직하게는 에틸 기, n-부틸 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 매우 특히 바람직한 실시양태에서 R = 에틸 기이다. 이는 놀랍게도, R = 에틸 기인 이미다졸륨 염이 특히 작은 접촉각을 가져 특히 우수한 표면 습윤을 보장한다는 것이 이제 발견되었기 때문이다. 이로써 비교적 큰 접촉 면적, 또한 그에 따른 보다 적은 비습윤 공간 및 그에 따른 장치 V1 내부의 개선된 열 전달, 및 또한 그에 따른 특히 효율적인 방법이 초래된다.
Q+는 특히 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 바람직하게는 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 더 바람직하게는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 훨씬 더 바람직하게는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이다.
액체 흡수 매체 AVE는 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 순수한 염 형태로 사용될 수 있다. 대안적으로 그리고 더 바람직하게는 액체 흡수 매체 AVE는 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 70 wt%인 수용액이다. 수용액은 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 80 wt%, 훨씬 더 바람직하게는 85 wt%, 특히 더 바람직하게는 90 wt%일 때 훨씬 더 바람직하다.
이어서, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서 수득되고 습윤 기체 혼합물 G와 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1은, 적용예에 따라, 제습된 공기의 형태로 거실 또는 작업 공간으로 복귀될 수 있거나 또는 천연 가스의 경우 발전(power generation)으로 공급될 수 있는 제습된 기체 스트림을 나타낸다.
본 발명에 따른 방법의 제1 단계에서 수득된 흡수 매체 AVE1은 액체 흡수 매체 AVE와 비교하여 상승된 물 함량을 갖는다. AVE1은 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 그 안에 포함된 염의 관점에서 AVE와 같고, 바람직하게는 단지 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 방법의 제2 단계는, 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여, 액체 흡수 매체 AVE1과 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 것을 포함한다. 이는 추가로, 액체 흡수 매체 AVE1에 열을 공급하는 것을 포함한다. 열의 공급 및 적어도 부분적 제거는, 특히 열교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes1에서 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하면 액체 흡수 매체 AVE1과 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE2가 얻어진다.
AVE2는 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 그 안에 포함된 염의 관점에서 AVE1과 동일하고, 바람직하게는 단지 물 함량에 의해서만 서로 구별됨을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 방법의 필수적인 특징은 장치 V1이 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면 (본 발명의 문맥에서 OAl는 "알루미늄 구성 재료로 제조된 표면"의 약칭임)을 적어도 부분적으로 포함한다는 것이다.
본 발명의 문맥에서 알루미늄 구성 재료는, 특히 알루미늄의 질량 분율이 다른 모든 원소의 질량 분율보다 더 큰 알루미늄 합금 및 비합금 알루미늄 둘 모두를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 알루미늄 구성 재료는 바람직하게는 비합금 알루미늄이다.
비합금 알루미늄은 특히 > 99.0 wt%, 보다 바람직하게는 > 99.9 wt%의 순도를 갖는 최고 순도의 알루미늄이다.
알루미늄 합금은 알루미늄에 추가로, 특히 마그네슘, 망가니즈, 규소, 아연, 납, 구리, 티타늄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된, 보다 바람직하게는 마그네슘, 망가니즈, 규소, 아연, 납, 구리 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 합금 금속을 포함한다. 알루미늄 구성 재료는 특히 단련(wrought) 합금 또는 주조 합금의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 필수적인 특징은, 장치 V1에서, AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 액체 흡수 매체 중 적어도 하나는 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉한다는 것이다. 이는 상기 접촉 표면에서 액체 흡수 매체 AVE가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 직접 접촉함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 문맥에서, "직접 접촉함"은 "습윤"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 접촉 표면에 포함된 알루미늄과 AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 액체 흡수 매체는 직접 접촉함을 이해할 것이다. 접촉 표면에 포함된 알루미늄은 특별히 제한되지 않고, 특히 원소 알루미늄 또는 알루미늄 화합물, 예컨대 특히 부동태 알루미늄 (부동태 알루미늄은 특히 알루미늄 산화물을 의미하는 것으로 이해되어야 함)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본 발명에 따른 실시양태에서 하기 구성요소:
(i) 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs1,
(ii) 열교환기 Wx1을 포함하고, 액체 흡수 매체 AVE로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes1, 및
(iii) 물 흡수 유닛 Wabs1을 물 탈착 유닛 Wdes1과 연결하고, 액체 흡수 매체 AVE를 순환시킬 수 있는 회로 U1
을 포함하고,
AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 액체 흡수 매체가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 접촉 표면이, 특히 물 흡수 유닛 Wabs1, 물 탈착 유닛 Wdes1, 회로 U1로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 구성요소에, 바람직하게는 물 흡수 유닛 Wabs1, 물 탈착 유닛 Wdes1로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 구성요소에 배치되어 있는
장치 V1이 사용된다.
이는 놀랍게도, 본 발명에 따른 염은 특히 낮은 수준의 알루미늄 부식성을 초래하여, 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 갖는 장치 V1에서 액체 흡수 매체로서 특히 적합하다는 것이 이제 발견되었기 때문이고, 여기서 AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 흡수 매체 중 하나는 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 직접 접촉한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법은 연속식으로 수행된다. 이는 특히, 단계 b)에 이어서 단계 a) 및 b)가 적어도 1회 더 수행되고, 각 경우에 추가로 수행된 단계 a)에서 사용된 액체 흡수 매체 AVE는 바로 직전에 수행된 단계 b)로부터 수득된 액체 흡수 매체 AVE2의 적어도 일부임 (즉, 특히, 각 경우에 추가로 수행된 단계 a)에서 사용된 액체 흡수 매체 AVE 및 바로 이전 단계 b)로부터의 액체 흡수 매체 AVE2의 물 함량이 동일함)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
이 실시양태는 액체 흡수 매체 AVE2로부터의 열로 액체 흡수 매체 AVE1을 가열하는 것을 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이는 추가의 열교환기 Wy1, 특히 다관형 열교환기 및 판형 열교환기로 이루어진 군으로부터 선택된 것에서 수행될 수 있다. 이는 본 발명에 따른 방법을 특히 에너지 효율적인 방식으로 수행할 수 있게 한다.
본 발명은 또한 추가 측면에서 하기 구성요소:
(i) Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVO,
(ii) 습윤 기체 혼합물과 액체 흡수 매체 AVO를 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
(iii) 열교환기 Wx2를 포함하고, 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
(iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2
를 포함하고,
여기서 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 회로 U2 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 포함하고,
여기서 장치 V2에, 액체 흡수 매체 AVO가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치되어 있는,
습윤 기체 혼합물, 특히 습윤 공기를 제습하기 위한 장치 V2이며,
Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고,
R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며,
M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+, Na+, 더 바람직하게는 K+, Na+로 이루어진 군으로부터 선택되는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 K+인 것을 특징으로 하는 장치 V2에 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치 V2는 습윤 기체 혼합물, 특히 습윤 공기를 제습하는데 적합하다. 상기 장치는 하기 구성요소를 포함한다:
제1 구성요소로서 본 발명에 따른 장치 V2는 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVO를 포함하고, 여기서 Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고, R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며, M+는 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 Li+, K+, Na+, 더 바람직하게는 K+, Na+로 이루어진 군으로부터 선택된 알칼리 금속 이온, 바람직하게는 K+이다.
바람직한 실시양태에서 R은 에틸 기, n-프로필, 이소프로필 기, n-부틸 기, sec-부틸 기, tert-부틸 기, n-펜틸 기, 2-펜틸 기, 3-펜틸 기, 2-메틸부틸 기, 3-메틸부틸 기, 3-메틸부트-2-일 기, 2-메틸부트-2-일 기, 2-디메틸프로필 기, n-헥실 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. R은 바람직하게는 에틸 기, n-프로필 기, 이소프로필 기, n-부틸 기, sec-부틸 기, tert-부틸 기, n-펜틸 기, n-헥실 기로 이루어진 군으로부터 선택되고; R은 보다 바람직하게는 에틸 기, n-부틸 기로 이루어진 군으로부터 선택된다. 본 발명의 매우 특히 바람직한 실시양태에서 R = 에틸 기이다. 이는 놀랍게도, R = 에틸 기인 이미다졸륨 염이 특히 작은 접촉각을 가져 특히 우수한 표면 습윤을 보장한다는 것이 이제 발견되었기 때문이다. 이로써 비교적 큰 접촉 면적, 또한 그에 따른 보다 적은 비습윤 공간 및 그에 따른 장치 V2 내부의 개선된 열 전달, 및 또한 그에 따른 특히 효율적인 방법이 초래된다.
Q+는 특히 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 바람직하게는 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 보다 바람직하게는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된다. Q+는 훨씬 더 바람직하게는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨이다.
액체 흡수 매체 AVO는 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 순수한 염 형태로 사용될 수 있다. 대안적으로 그리고 보다 바람직하게는 액체 흡수 매체 AVO는 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 70 wt%인 수용액이다. 수용액은 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 80 wt%, 훨씬 더 바람직하게는 85 wt%, 특히 더 바람직하게는 90 wt%인 것이 훨씬 더 바람직하다.
제2 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 습윤 기체 혼합물을 액체 흡수 매체 AVO와 접촉시키기 위해 셋업된 물 흡수 유닛 Wabs2를 포함한다. 물 흡수 유닛 Wabs2는 특히, 액체 흡수 매체 AVO가 냉각가능하도록 셋업된 추가의 열교환기 Wz2를 포함할 수 있다. 물 흡수 유닛 Wabs2로서, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 흡수기를 사용가능하다. 상기 흡수기는, 액체 흡수 매체 AVO의 표면적을 증가시키고, 동시에 물 흡수 동안 물 흡수기 내 액체 흡수 매체 AVO의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다. 충전층, 스프레이 칼럼, 강하막, 버블 칼럼, 트레이 칼럼, 젖은 스크러버(예를 들면 벤투리 스크러버), 교반 탱크와 이들 흡수기의 조합의 군으로부터 선택된 물 흡수기를 사용하는 것은 여기서 특히 가능하다. 물 흡수기로서 강하막, 특히 다관형 강하막을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
제3 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 열교환기 Wx2를 포함하며 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 물 탈착 유닛 Wdes2를 포함한다. 그를 위해 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 탈착기 및 열교환기의 조합이 사용가능하다. 물 탈착 유닛 Wdes2는 액체 흡수 매체 AVO에 열을 공급하고, 액체 흡수 매체 AVO의 표면적을 증가시키며, 동시에 물 탈착 유닛 내 액체 흡수 매체 AVO의 가능한 최장 체류 시간을 달성하는 원리에 기초한다.
열교환기 Wx1을 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes2로서, 특히 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 공지된 물 탈착기 및 열교환기의 조합, 특히, 상류 열교환기, 특히 다관형 열교환기, 판형 열교환기를 갖는 수평관 증발기가 사용가능하다. 또한, 열교환기 Wx2를 포함하는 물 탈착 유닛 Wdes2는 통합 열교환기를 갖는 물 탈착기일 수도 있다. 통합 열교환기를 갖는 상기와 같은 물 탈착기는 특히 상승막 증발기, 장관형 수직 증발기, 단관형 수직 증발기, 강제 순환 증발기, 교반 박막 증발기이다. 물 탈착 유닛 Wdes2로서 강하막, 특히 다관형 강하막을 사용하는 것이 특히 바람직하다.
제4 구성요소로서, 본 발명에 따른 장치 V2는, 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2를 포함한다. 회로 U2는 바람직하게는 도관, 보다 바람직하게는 튜브 및 호스로 이루어진 군으로부터 선택된 것이다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 회로 U2는 또한 펌프를 포함한다.
본 발명에 따른 장치 V2의 필수적인 특징은 상기 장치가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면 (본 발명의 문맥에서 OAl는 "알루미늄 구성 재료로 제조된 표면"의 약칭임)을 적어도 부분적으로 포함한다는 것이다.
본 발명의 문맥에서 알루미늄 구성 재료는, 특히 알루미늄의 질량 분율이 다른 모든 원소의 질량 분율보다 더 큰 알루미늄 합금 및 비합금 알루미늄 둘 모두를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 알루미늄 구성 재료는 바람직하게는 비합금 알루미늄이다.
비합금 알루미늄은 특히 > 99.0 wt%, 보다 바람직하게는 > 99.9 wt%의 순도를 갖는 최고 순도의 알루미늄이다.
알루미늄 합금은 알루미늄에 추가로, 특히 마그네슘, 망가니즈, 규소, 아연, 납, 구리, 티타늄 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된, 보다 바람직하게는 마그네슘, 망가니즈, 규소, 아연, 납, 구리 및 티타늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 합금 금속을 포함한다. 알루미늄 구성 재료는 특히 단련 합금 또는 주조 합금의 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 장치 V2의 추가의 필수적인 특징은, 상기 장치에, 액체 흡수 매체 AVO가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 접촉 표면이 배치된다는 것이다. 이는 상기 접촉 표면에서 액체 흡수 매체 AVO가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 직접 접촉함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 문맥에서, "직접 접촉함"은 "습윤"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 접촉 표면에 포함된 알루미늄과 액체 흡수 매체 AVO는 직접 접촉한다는 것을 이해할 것이다. 접촉 표면에 포함된 알루미늄은 특별히 제한되지 않고, 특히 원소 알루미늄 또는 알루미늄 화합물, 예컨대 특히 부동태 알루미늄 (부동태 알루미늄은 특히 알루미늄 산화물을 의미하는 것으로 이해되어야 함)으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직한 실시양태에서, 장치 V2는 (물 탈착 유닛 Wdes2에 포함된 열교환기 Wx2에 추가로) 추가의 열교환기 Wy2를 포함한다. 열교환기 Wy2는, 물 흡수 유닛 Wabs2에서부터 물 탈착 유닛 Wdes2로 보내진 액체 흡수 매체 AVO에 액체 흡수 매체 AVO로부터의 열을 공급가능하도록 셋업되며, 상기 매체는 물 탈착 유닛 Wdes2로부터 빠져나온다. 이는 열교환기 Wy2, 특히 다관형 열교환기, 판형 열교환기로부터 선택된 열교환기로서 사용함으로써 보장될 수 있다.
본 발명의 추가의 바람직한 실시양태에서, 장치 V2는 흡수식 냉각기의 일부이다. 이어서, 상기 흡수식 냉각기는 추가의 구성요소로서 응축기, 증발기 및 냉각제를 포함하며, 여기서 냉각제는 물이다.
응축기는 특히 도관을 통해 물 탈착 유닛 Wdes2에 연결되고, 물 탈착 유닛 Wdes2 내 액체 흡수 매체 AVO로부터 적어도 부분적으로 제거된 물을 응축시키기 위해 셋업된다. 응축기는 바람직하게는 또한 냉각수 회로를 포함한다.
증발기는 특히 도관 (스로틀링(throttling) 수단을 포함할 수 있음)을 통해 응축기에 연결되고, 추가의 도관을 통해 물 흡수 유닛 Wabs2에 연결되며, 응축기로부터 응축된 물을 증발시키기 위해 셋업된다. 증발기는 바람직하게는 또한 가장 낮은 가능한 온도에서 응축수의 증발이 가능하도록 < 1 바, 보다 바람직하게는 < 0.1 바의 압력을 갖는다. 증발기는 추가로 바람직하게는, 열을 인출할 수 있고 응축수가 증발될 수 있도록 하는 장치 (예를 들어, 냉각제를 물이 증발되는 공간으로 보내는 냉각제 도관)를 더 포함할 수 있다.
이하에서 설명된 도 1 및 2는 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시양태를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 장치 V2/V1의 실시양태를 나타낸다.
도 1에 나타낸 장치 V2는 도관 <101>으로부터 연결되고 도관 <102>을 통해 빠져나가는 물 흡수 유닛 Wabs2 <103> (임의로 추가의 열교환기 Wz2 <104>를 구비함), 열교환기 Wx2 <108>와 물 탈착기 <109>를 포함하고, 도관 <111>으로부터 연결되고 도관 <110>, <112> 및 <113>을 통해 빠져나가는 물 탈착 유닛 Wdes2, 도관 <106>, <111>과 <113>, 또는 <106>, <111>, <112>와 <105>로 형성된 회로 U2 (각 경우에 임의로 도관 <114>를 구비함)를 포함한다. 도 1의 장치는 또한 임의로 도관 <106> 및 <112>으로부터 연결되고 도관 <105> 및 <111>을 통해 빠져나가는 추가의 열교환기 Wy2 <107>를 포함할 수 있다. 추가로, 장치는 또한 액체 흡수 매체 AVO를 포함한다. 상기 매체는 상기한 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2 중 하나 이상에 배치된다. 물 흡수 유닛 Wabs2 <103>는 임의로 또한 추가의 열교환기 Wz2 <104>를 포함할 수 있다. 장치 V2, 특히 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 및 회로 U2로 이루어진 군으로부터 선택된 구성요소 중 적어도 하나는 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 적어도 부분적으로 포함하며, 액체 흡수 매체 AVO가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 존재한다. 임의로 회로 U2는 또한, 액체 흡수 매체를 이송하기 위한 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
장치 V1은 흡수 매체 AVO가 없는 장치 V2에 상응하며, 여기서 도 1 및 도 2에 대한 도면 설명에서 용어 U2, Wabs2, Wdes2, Wx2, Wy2, Wz2는 각각 U1, Wabs1, Wdes1, Wx1, Wy1, 및 Wz1로 대체되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 방법을 도 1을 사용하여 장치 V1을 참조하여 예시적으로 기재할 것이다:
스트림 습윤 기체 혼합물 G (상기 스트림은 흡수식 냉각기의 증발기에서 발생하는 습윤 기체 혼합물, 습윤 공기 또는 습한 천연 가스일 수 있음 - 이 옵션에 관해서는 또한 도 2를 참조)는 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>에 공급되고, 그 곳에서 도관 <105> 또는 도관 <113>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>에 공급된 액체 흡수 매체 AVE와 접촉된다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 Wabs1에 대해 상기에서 인용한 물 흡수기 중 임의의 흡수기, 특히 강하막일 수 있다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>에서, 도관 <101>을 통해 공급된 기체 혼합물 G가 도관 <105> 또는 도관 <113>을 통해 공급된 액체 흡수 매체 AVE와 접촉함으로써, 액체 흡수 매체 AVE와 비교하여 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE1, 및 도관 <102>을 통해 배출되며, 습윤 기체 혼합물 G와 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1의 스트림이 제공된다. 적용예에 따라, G1은 특히 제습된 공기 또는 제습된 천연 가스이다. 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>은 임의로 또한 추가의 열교환기 Wz1 <104>을 포함할 수 있다. 바람직하게는 도관 <106>, <111> 및 열교환기 Wy1 <107>를 통해 (또는, 열교환기 Wy1 <107>이 사용되지 않는 경우, 도관 <106>, <111>와 <114>을 통해), 액체 흡수 매체 AVE1은 이어서, 열교환기 Wx1 <108>과 물 탈착기 <109>로 이루어진 물 탈착 유닛 Wdes1로 보내진다. 물 함유 액체 흡수 매체 AVE1에는 추가적으로 임의의 열교환기 Wy1 <107>에서 열이 공급될 수 있다. 이어서, 물 탈착기 <109>에서 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물이 적어도 부분적으로 제거되어 액체 흡수 AVE1과 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE2가 수득된다. 이어서, 제거된 물은 물 탈착기 <109>로부터 도관 <110>을 통해, 액체 또는 증기로서, 바람직하게는 증기로서 배출된다. 액체 흡수 매체 AVE2는 이어서, 물 탈착기 <109>로부터 배출되어 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>로 복귀된다. 이것은 또한 직접적으로, 즉 도 1에서 파선 형태로 나타낸 도관 <113>을 통해 수행될 수 있다. 대안적으로 그리고 바람직하게는 액체 흡수 매체 AVE2는 또한 도관 <112>을 통해 임의의 열교환기 Wy1 <107>에 공급될 수 있고, 여기서 도관 <106>을 통해 임의의 열교환기 Wy1 <107>에 공급된 액체 흡수 매체 AVE1에는 도관 <112>을 통해 임의의 열교환기 Wy1 <107>에 공급된 액체 흡수 매체 AVE2로부터 열이 공급된다. 농축된 액체 흡수 매체 AVE2가 도관 <105> 또는 <113>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1에 공급되면 상기 매체는 새로운 사이클에서 적어도 부분적으로 기체 스트림을 제습하기 위해 AVE로서 재사용된다. 이 방법에서, 도 1에 따른 장치, 바람직하게는 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>(도 1에서 상기 유닛은 열교환기 <104>를 포함함), 물 탈착 유닛 Wdes1 (도 1에서 상기 유닛은 열교환기 <108>를 포함함), 회로 U1 (도 1에서 도관 <106>, <111>, <113> 또는 <106>, <111>, <112>, <105>, 및 각 경우에 임의로 또한 도관 <114>으로 이루어짐)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 구성요소는 적어도 부분적으로 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 포함하고, 장치에서 액체 흡수 매체 AVE, AVE1, AVE2 중 적어도 하나가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치되는 것은 본 발명에 필수적이다.
도 2는 장치 V2가 통합된 흡수식 냉각기를 개략적 방식으로 나타낸다. 구성요소 <101> 내지 <114>는 도 1에서 기술된 장치 V2에 관해 나타나있다. 추가적으로, 도 2의 흡수식 냉각기는 또한 도관 <110>을 통해 물 탈착 유닛 Wdes2 <109>에 연결되고, 물 탈착 유닛 Wdes2에서 액체 흡수 매체 AVO로부터 적어도 부분적으로 제거된 물을 응축시키기 위해 셋업되어 있는 응축기 <211>를 포함한다. 응축기 <211>는 바람직하게는 또한 냉각수가 공급될 수 있는 열교환기 <212>를 포함한다.
도 2에 나타낸 흡수식 냉각기는 또한 도관 <216> (임의로 스로틀링 수단 <213>을 포함할 수 있음)을 통해 응축기 <211>에 연결되고, 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs2와 연결된 증발기 <214>를 포함한다. 증발기 <214>는 응축기로부터 응축수를 증발시키기 위해 셋업된다. 추가적으로, 증발기 <214>는 추가로 바람직하게는 또한 매체를 공급하는 열교환기 <215>를 포함할 수 있으며, 열은 매체로부터 배출되어 응축수 (예를 들어, 특히, 증발기 <214>로 보내지는 냉각제로서의 물을 갖는 냉각제 도관)를 증발시킨다.
본 발명에 따른 방법의 한 실시양태 (도 2를 이용하는 장치 V1과 관련하여 아래에서 기술됨)에서 증발기 <214>로부터 발생하는 습윤 기체 혼합물 G는 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>로 보내진다. 물 탈착 유닛 Wdes1에서 제거된 물은 도관 <110>을 통해 상기 물이 재응축되는 응축기 <211>에 공급된다. 응축기에 설치된 열교환기 <212>로서의 냉각수 회로는 임의로 마찬가지로 이를 위해 이용된다. 응축수는 이어서, 도관 <216>을 통해 물이 특히 낮은 압력으로 증발되어 냉각 효과를 초래하는 증발기 <214>에 공급된다. 이것은 임의로 또한 스로틀링 수단 <213>을 이용하여 수행될 수 있다. 이것은 증발기 <214>에서 냉각 작용을 달성하고, 예를 들어 냉각제는 열교환기 <215>를 통해 냉각될 수 있다. 생성된 수증기는 이어서, 도관 <101>을 통해 물 흡수 유닛 Wabs1 <103>로 복귀된다.
하기 실시예는 어떠한 식으로든 상기 발명을 제한하지 않고 본 발명을 설명하는 것으로 의도된다.
실시예
하기 시험 시리즈를 수행하였다:
1. 시험 시리즈: E1, V1-V4
1.1 사용한 화학물질
EMIM DEP (= 에틸메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트)는 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
EMIM HSO4 (= 에틸메틸이미다졸륨 히드로겐술페이트)는 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
LiCl은 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
R = 에틸 기인 MMIM+ H+ ROPO3 2- (디메틸이미다졸륨 수소 모노에틸포스페이트)는 다음과 같이 수득하였다:
메틸아민 (4.8 mol), 포름알데히드 (2.4 mol) 및 모노에틸 포스페이트 (2.4 mol)를 -5℃의 저온유지장치에 추가하였다. 혼합물을 1 시간 동안 교반한 후 글리옥살 (2.4 mol)을 첨가하였다. 후속적으로, 휘발성 구성성분을 회전 증발기를 이용하여 감압 하에 제거하여 순수한 물질을 수득하였다.
1.2 시험 절차
70℃에서 대기 하에 각각의 용액 350 ml에 3 cm x 7 cm의 치수 및 3 mm의 두께를 갖는 알루미늄 판 (최고 순도의 알루미늄, 순도 > 99.0%)을 침지하였다. 시험하는 동안 금속 판 주위에서 액체의 균일한 흐름을 보장하기 위해 액체를 교반하였다. 제거율 (제거율 = "부식된 알루미늄으로 인한 손실", 표 1에 g/ m²*년의 단위로 나타냄)은 침지된 알루미늄 판으로부터 부식 생성물의 화학적 그리고 기계적 제거 후에 중량측정식으로 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
1.3 결과
시험 사용한 용액 제거율
V1 EMIM HSO4 (물 중 80 wt%) 7548
V2 LiCl (물 중 30 wt%) 575
V3 물 130
V4 MMIM+ H+ ROPO3 2- (R = 에틸) (물 중 80 wt%) 353
E1 EMIM DEP (물 중 80 wt%) 33
표 1의 결과로부터 명백한 바와 같이, 부식은 V1-V4에 사용된 액체 흡수 매체에 대해서 보다 E1에서 인용된 액체 흡수 매체를 사용할 때 현저히 낮았다. 따라서, 본 발명에 따른 액체 흡수 매체의 사용은 놀랍게도 선행 기술에 이와 달리 사용된 액체 흡수 매체와 비교하여 알루미늄의 부식을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
2. 시험 시리즈: E2, E3, V5
이 효과는 하기 시험 시리즈에 의해 확인된다.
2.1 사용한 화학물질
EMIM DEP (= 에틸메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트)는 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
R = 에틸인 MMIM+ K+ ROPO3 2- (=디메틸이미다졸륨 칼륨 모노에틸포스페이트)는 다음과 같이 수득하였다: 메틸아민 (4.8 mol), 포름알데히드 (2.4 mol) 및 모노에틸 포스페이트 (2.4 mol)를 -5℃의 저온유지장치에 추가하였다. 혼합물을 1 시간 동안 교반한 후 글리옥살 (2.4 mol)을 첨가하였다. 후속적으로, 휘발성 구성성분을 회전 증발기를 이용하여 감압 하에 제거하고, 이와 같이 하여 수득한 순수한 물질의 pH를 50 wt% 수산화칼륨 수용액을 사용하여 7.0에서 7.5로 조정하였다.
MMIM MeSO3 (= 디메틸이미다졸륨 메틸술포네이트)는 다음과 같이 수득하였다: 메틸아민 (4.8 mol), 포름알데히드 (2.4 mol) 및 메탄술폰산 (2.4 mol)을 -5℃의 저온유지장치에 추가하였다. 혼합물을 1 시간 동안 교반한 후 글리옥살 (2.4 mol)을 첨가하였다. 후속적으로, 휘발성 구성성분을 회전 증발기를 이용하여 감압 하에 제거하여 순수한 물질을 수득하였다.
2.2 시험 절차
70℃에서 대기 하에 각각의 용액 350 ml에 3 cm x 7 cm의 치수 및 3 mm의 두께를 갖는 알루미늄 판 (최고 순도의 알루미늄, 순도 > 99.0%)을 침지하였다. 시험하는 동안 금속 판 주위에서 액체의 균일한 흐름을 보장하기 위해 액체를 교반하였다.
시험 E2, E3, V5는 ICP-OES (유도 결합 플라즈마 광학 방출 분광측정법)을 이용하여 매체에서의 Al의 측정에 의한 습식 화학 평가를 사용하였다. 용액의 측정된 알루미늄 함량은 사용한 알루미늄 판의 질량으로 외삽하였다. 결과를 하기 표 2에 나타낸다.
2.3 결과
시험 사용한 용액 알루미늄 g 당 용해된 알루미늄의 mg
V5 MMIM MeSO3 (물 중 80 wt%) 1.040
E2 MMIM+ K+ ROPO3 2- (R = 에틸) (물 중 80 wt%) 0.001
E3 EMIM DEP (물 중 80 wt%) 0.011
표 2의 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 액체 흡수 매체의 사용은 선행 기술에 이와 달리 사용된 액체 흡수 매체와 비교하여 알루미늄의 부식을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
3. 시험 시리즈 E4, E5, V6, V7
3.1 사용한 화학물질
EMIM DEP (= 에틸메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트)는 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
EMIM DMP (= 에틸메틸이미다졸륨 디메틸포스페이트)는 시그마 알드리치로부터 입수하였다.
3.2 시험 절차
각 용액의 3 방울을 3 cm x 7 cm의 치수 및 3 mm의 최대 두께를 갖는 알루미늄 판 (최고 순도의 알루미늄, 순도 > 99.0%) 상에 적하하였다. SOP 1827에 따라 접촉각을 측정하였다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
3.3 결과
시험 사용한 용액 접촉각 (°)
E4 EMIM DEP (물 중 90 wt%) 45.7
E5 EMIM DEP (물 중 80 wt%) 53
V6 EMIM DMP (물 중 90 wt%) 86
V7 EMIM DMP (물 중 80 wt%) 90.4
결과로부터, 본 발명에 따른 흡수 매체 (E4, E5)는 종래 기술의 것들 (V6, V7)과 비교하여 작은 접촉각을 나타내어, 본 발명에 따른 방법에서/본 발명에 따른 장치에 있어서 우수한 열 전도성을 보장함을 알 수 있다. 이것은 E4와 E6과의 비교 및 E5와 E7과의 비교에서 나타난다. 반대이온으로서의 디메틸포스페이트와는 대조적으로 반대이온으로서의 디에틸포스페이트를 갖는 이미다졸륨 염을 사용함으로써, 놀랍게도 알루미늄-함유 표면에 대해 더 작은 접촉각이 달성된다. 이것은 개선된 표면 습윤을 초래하여, 디에틸 포스페이트의 경우에 더 크고 더 효율적인 열교환을 초래한다.

Claims (15)

  1. (a) 습윤 기체 혼합물 G를 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVE와 접촉시키며,
    여기서 액체 흡수 매체 AVE는 습윤 기체 혼합물 G로부터 물을 적어도 부분적으로 흡수하여,
    액체 흡수 매체 AVE와 비교하여 상승된 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE1, 및 습윤 기체 혼합물 G와 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 기체 혼합물 G1을 수득하는 단계,
    (b) 액체 흡수 매체 AVE1로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하여 액체 흡수 매체 AVE1과 비교하여 상대적으로 낮은 물 함량을 갖는 액체 흡수 매체 AVE2를 수득하는 단계를 포함하며,
    여기서, 장치 V1은 적어도 부분적으로 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 포함하고, 장치 V1에서 AVE, AVE1, AVE2로 이루어진 군으로부터 선택된 액체 흡수 매체 중 적어도 하나는 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 적어도 하나의 접촉 표면을 통해 접촉하는,
    장치 V1에서 습윤 기체 혼합물 G를 제습하기 위한 방법이며,
    Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고,
    R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며,
    M+는 알칼리 금속 이온인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, R이 에틸 기, n-부틸 기로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, Q+가 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
  4. 제3항에 있어서, 염이 1,3-디에틸이미다졸륨 디에틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨 디-n-부틸포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 액체 흡수 매체 AVE가 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 70 wt%인 수용액인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 연속식으로 수행되는 방법.
  7. 하기 구성요소:
    (i) Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2-, Q+M+ROPO3 2-로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 염을 포함하는 액체 흡수 매체 AVO,
    (ii) 습윤 기체 혼합물과 액체 흡수 매체 AVO를 접촉시키기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 흡수 유닛 Wabs2,
    (iii) 열교환기 Wx2를 포함하고, 액체 흡수 매체 AVO로부터 물을 적어도 부분적으로 제거하기 위해 셋업된 적어도 하나의 물 탈착 유닛 Wdes2, 및
    (iv) 물 흡수 유닛 Wabs2를 물 탈착 유닛 Wdes2와 연결하고, 액체 흡수 매체 AVO를 순환시킬 수 있는 회로 U2
    를 포함하고,
    여기서 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2, 회로 U2 중 적어도 하나는 적어도 부분적으로 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면을 포함하고,
    여기서 장치 V2에, 액체 흡수 매체 AVO가 구성 OAl의 알루미늄 재료로 제조된 표면과 접촉하는 적어도 하나의 접촉 표면이 배치되어 있는,
    습윤 기체 혼합물을 제습하기 위한 장치 V2이며,
    Q+는 알킬 기가 서로 독립적으로 비분지형 또는 분지형 C1-C6 알킬 기인 1,3-디알킬이미다졸륨이고,
    R은 비분지형 또는 분지형 C2-C6 알킬 기이며,
    M+는 알칼리 금속 이온인 것을 특징으로 하는 장치 V2.
  8. 제7항에 있어서, R이 에틸 기, n-부틸 기로 이루어진 군으로부터 선택된 장치 V2.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, Q+가 1,3-디메틸이미다졸륨, 1,3-디에틸이미다졸륨, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 장치 V2.
  10. 제9항에 있어서, 염이 1,3-디에틸이미다졸륨 디에틸포스페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 디에틸포스페이트, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨 디-n-부틸포스페이트로 이루어진 군으로부터 선택된 장치 V2.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, AVO가 구조 Q+(RO)2PO2 -, (Q+)2ROPO3 2- 및 Q+M+ROPO3 2-의 모든 염의 총 중량이 수용액의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 70 wt%인 수용액인 장치 V2.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 구성요소 물 흡수 유닛 Wabs2, 물 탈착 유닛 Wdes2 중 적어도 하나가 강하막인 장치 V2.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 물 흡수 유닛 Wabs2에서부터 물 탈착 유닛 Wdes2로 보내진 액체 흡수 매체 AVO에 액체 흡수 매체 AVO로부터의 열을 공급가능하도록 셋업되며, 상기 매체는 물 탈착 유닛 Wdes2로부터 빠져나오는 추가의 열교환기 Wy2를 포함하는 장치 V2.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 장치 V2, 및 추가의 구성요소로서, 응축기, 증발기 및 냉각제를 포함하는 흡수식 열 펌프이며, 여기서 냉각제는 물인, 흡수식 열 펌프.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 제7항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 장치 V2의 용도.
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