KR20180045956A - Method and appratus for separating carbon dioxide from gas mixture - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 흡수제의 표면장력을 높여 막접촉기에 적용시 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 있는 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and an apparatus for separating carbon dioxide from a gas mixture, and more particularly, to a method and apparatus for separating carbon dioxide gas from a gas mixture, ≪ / RTI >
인간의 인위적인 활동의 결과로서 대기 중 이산화탄소 등의 온실가스 농도 증가로 인해 지구온난화가 진행 중이다. 이산화탄소는 타 온실가스 대비발생량이 현저히 많아 지구온난화에 60% 이상의 기여를 하고 있다. 이산화탄소의 대기 중 방출을 저감하기 위해 발전소, 제철소, 시멘트 산업 등에서 발생하는 이산화탄소를 선택적으로 분리 및 격리하기 위한 방법으로서 이산화탄소 포집 및 저장기술이 활발히 연구 중이다. 특히 배기가스로부터 이산화탄소만 선택적으로 분리하기 위한 방법으로는 심냉법, 막분리, 흡수, 흡착 등의 방법이 있다.As a result of man-made activities, global warming is under way due to the increase in greenhouse gas concentrations such as carbon dioxide in the atmosphere. Carbon dioxide contributes more than 60% to global warming due to a considerable amount of CO2 emissions compared to other greenhouse gases. In order to reduce the atmospheric release of carbon dioxide, carbon dioxide capture and storage technology is being actively studied as a method for selectively separating and isolating carbon dioxide generated in a power plant, a steel mill, and a cement industry. Particularly, as a method for selectively separating only carbon dioxide from the exhaust gas, there is a method of seawater cooling, membrane separation, absorption, adsorption and the like.
이산화탄소 다배출 고정원은 석탄, 석유, 천연가스를 사용하는 화력발전소, 제철소, 시멘트 산업이 대표적이다. 이외에 폐기물 매립지, 하수처리장 등에서도 혐기성 발효로 인해 이산화탄소가 많이 배출된다.CO2 emission sources are coal, oil, natural gas, thermal power plant, steel mill, and cement industry. In addition, a large amount of carbon dioxide is emitted from the anaerobic fermentation even in waste landfill and sewage treatment plant.
흡수제를 포함시켜 이산화탄소를 제거하는 장치로 있는 충전탑이나 막접촉기 등을 사용할 수 있는데 막접촉기는 충전탑과 비교하여 기액접촉 비표면적이 넓으므로 장치의 크기를 줄일 수 있어 소형사업장에도 공급 가능한 장점이있다. 따라서, 폴리프로필렌 등 고분자막이 적용된 막접촉기가 이산화탄소 포집기술로서 활발히 연구되고 있다.It is possible to use a packed tower or membrane contactor which is equipped with an absorbent to remove carbon dioxide. The membrane contactor has a larger surface area of gas-liquid contact than the packed tower, have. Therefore, a membrane contactor to which a polymer membrane such as polypropylene is applied is actively studied as a carbon dioxide capture technique.
그러나, 대표적으로 상용화에 걸림돌이 되는 점은 장기 사용 시 흡수제 용액이 막의 기공을 젖게 하는 막젖음 현상이 있었다. 결과적으로 수분을 제거하거나 막교체에 시간과 비용이 추가로 투입되는 문제점이 있었다.However, it is a typical obstacle to commercialization that there is a membrane wetting phenomenon in which the absorbent solution wets the pores of the membrane when used for a long period of time. As a result, there has been a problem in that time and cost are further added to remove water or replace the membrane.
또한 혼합가스로부터 이산화탄소 분리를 위한 흡수제는 고농도로 제조하는 것이 한 사이클의 순환당 제거 가능한 이산화탄소의 양을 높여 액체펌프의 부하를 줄일 수 있으므로 선호된다. 가령 30 wt% 이상의 고농도로 흡수제 수용액을 제조 시 고형입자 혹은 침전물이 발생할 수 있어서 이산화탄소 제거 공정에 투입 시 배관, 충진물 등에 plugging(막힘)과 fouling(오염)을 야기하여 정상적인 공정 운영이 어려운 문제점이 있었다.It is also preferred that the absorbent for separating carbon dioxide from the mixed gas is produced at a high concentration because it can reduce the load of the liquid pump by increasing the amount of carbon dioxide that can be removed per cycle. Solid particles or precipitates may be generated when the aqueous solution of the absorbent is produced at a high concentration of 30 wt% or more, thereby causing plugging (plugging) and fouling (contamination) in piping and filling materials in the process of removing carbon dioxide.
본 발명의 목적은 이산화탄소 분리시 이산화탄소 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 흡수제의 표면장력을 높여 막접촉기에 적용시 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 있는 흡수제를 사용할 수 있는 이산화탄소 분리 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a carbon dioxide separation method capable of using an absorbent capable of minimizing film wettability when applying carbon dioxide to a membrane contactor by increasing the surface tension of the absorbent while performing carbon dioxide removal more efficiently than conventional absorbents .
본 발명의 다른 목적은 이산화탄소 분리장치에 적용시 이산화탄소 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 흡수제의 표면장력을 높여 막접촉기에 적용시 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 흡수제를 사용할 수 있는 이산화탄소 분리 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a carbon dioxide separating apparatus which can perform carbon dioxide removal more efficiently than conventional absorbents, and which can utilize an absorbent capable of minimizing membrane wetting when applied to a membrane contactor by increasing the surface tension of the absorbent, And a separating device.
본 발명의 다른 목적은 흡수제 내에 존재하는 아민 내지는 염의 침전물의 용해도를 높여 흡수제 내의 입자물질을 제거하여 흡수탑인 막접촉기, 배관 등의 막힘(plugging) 또는 오염 (fouling)을 저감할 수 있는 이산화탄소 분리방법 및 분리장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to increase the solubility of a precipitate of an amine or a salt present in an absorbent to remove particulate matter in the absorbent to remove plugging of the absorbent column or absorption of carbon dioxide which can reduce fouling A method and a separation device.
본 발명의 일 측면에 따르면, (a) 흡수제에 이산화탄소(CO2)를 접촉시켜 CO2가 흡수된 최종흡수제를 제조하는 단계; (b) 상기 최종흡수제에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제를 제조하는 단계; (c) 상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스와 접촉시켜 CO2가 재흡수된 포화흡수제를 제조하는 단계; 및 (d) 상기 포화흡수제에서 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생하는 단계;를 포함하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for producing a final absorbent comprising: (a) contacting an absorbent with carbon dioxide (CO 2 ) to produce a final absorbent having absorbed CO 2 ; (b) separating part or all of CO 2 from the final absorbent to produce a recycled absorbent; (c) contacting said recirculating absorbent with a gas mixture containing the CO 2 producing a saturated CO 2 absorbent of the absorbing material; And (d) separating CO 2 from the saturated absorbent and regenerating the saturated absorbent, wherein the carbon dioxide is separated from the mixed gas.
여기서, 단계 (a)가 (a-1) 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2를 흡수하여 전처리된 흡수제를 제조하는 단계; 및 (a-2) 상기 전처리된 흡수제에서 CO2의 일부를 분리하여 최종흡수제를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.Wherein step (a) comprises the steps of: (a-1) contacting carbon dioxide (CO 2 ) or a mixture of CO 2 and an inert gas with an absorbent to absorb CO 2 to produce a pretreated absorbent; And (a-2) separating a part of CO 2 from the pretreated absorbent to prepare a final absorbent.
또한, 단계 (a)는 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2가 용해되어 침전물 또는 고형입자가 제거된 최종흡수제를 제조하는 단계일 수 있다.In addition, step (a) may be a step of contacting carbon dioxide (CO 2 ) or a mixture of CO 2 and an inert gas with an absorbent to dissolve CO 2 to produce a final absorbent in which the precipitate or solid particles have been removed.
또한, 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A); 및Further, the absorbent may comprise at least one selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts (A); And
1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B); 및 물(C); 을 포함할 수 있다.(B) at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; And water (C); . ≪ / RTI >
또한, 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상; 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민; 및 물:을 포함할 수 있다.Further, the absorbent may be at least one selected from amino acids and amino acid salts; At least one amine selected from primary amines, secondary amines and tertiary amines; And water.
또한 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상; 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨; 및 물:을 포함할 수 있다.And wherein the absorbent is at least one selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts; Potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; And water.
또한, 상기 아미노산염은 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화리튬 중에서 선택된 1종 이상과 아미노산의 염일 수 있다.The amino acid salt may be a salt of one or more amino acids selected from potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide.
또한, 상기 수용액에서 상기 아민 또는 칼륨염 또는 나트륨염의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.01 내지 1:10일 수 있다.The ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine or potassium salt or sodium salt to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution may be 1: 0.01 to 1:10.
또한, 상기 수용액에서 상기 아민 또는 칼륨염 또는 나트륨염의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.1 내지 1:1일 수 있다. The ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine or potassium salt or the sodium salt to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution may be 1: 0.1 to 1: 1.
또한, 상기 수용액에서 상기 아민 또는 칼륨염 또는 나트륨염의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.4일 수 있다.The ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine or potassium salt or sodium salt to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution may be 1: 0.4.
또한 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A); 및 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B);의 총합(A+B)의 중량% 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 5 내지 70 wt%일 수 있다.(A) at least one selected from amino acids and amino acid salts; And at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; (A + B) / (A + B + C)) x 100) of 5 to 70 wt%.
또한 상기 수용액에서 상기 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 20 내지 50 중량%일 수 있다.The concentration (((A + B) / (A + B + C)) x 100) in the aqueous solution may be 20 to 50% by weight.
또한 상기 수용액에서 상기 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 30 내지 45 중량%일 수 있다. Also, the concentration (((A + B) / (A + B + C)) x 100) in the aqueous solution may be 30 to 45% by weight.
또한, 상기 흡수제의 표면장력이 70 mN/m 보다 큰 값을 가질 수 있다.Further, the surface tension of the absorbent may have a value larger than 70 mN / m.
또한, 상기 아미노산이 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린, 감마아미노부티르산, 아르기닌 및 히스티딘 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다,The amino acid may be at least one selected from glycine, alanine, serine, cysteine, taurine, gamma aminobutyric acid, arginine and histidine.
또한, 상기 아민이 모노아민, 아민기를 2개 이상 포함하는 폴리아민, 및 환형아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The amine may be at least one selected from monoamines, polyamines containing two or more amine groups, and cyclic amines.
또한, 상기 아민이 피페라진(piperazine, PZ), 2-아미노-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, AHPD), 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, AMPD), 2-아미노메틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판올 (2-aminomethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol), 2-아미노-1,1,1-에탄트리올(2-amino-1,1,1-ethanetriol), 히드라진(hydrazine), 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 N-메틸디에탄올아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.Also, the amine may be selected from the group consisting of piperazine (PZ), 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD) 2-methyl-1,3-propanediol, AMPD, 2-aminomethyl-1,3-propanol, 2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2-amino-1,1,1-ethanetriol, hydrazine, ethylenediamine, diethylenetriamine , Triethylenetetraamine, tetraethylenepentamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and N-methyldiethanolamine.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 흡수제에 이산화탄소(CO2)를 접촉시켜 CO2가 흡수된 최종흡수제를 제조하는 흡수제 처리탑; 상기 흡수제 처리탑으로부터 상기 최종흡수제를 공급받고 상기 최종흡수제에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제를 제조하거나, 또는 흡수탑으로부터 포화흡수제를 공급받아 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생하는 재생탑; 및 상기 재생탑으로부터 상기 재순환흡수제를 공급받고, 상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스와 접촉시켜 재순환흡수제에 CO2를 재흡수시켜 상기 포화흡수제를 제조하는 흡수탑;을 포함하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리장치가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an absorbent treatment tower for contacting a carbon dioxide (CO 2 ) to an absorbent to produce a final absorbent having CO 2 absorbed therein; A step of supplying the final absorbent from the absorbent treatment tower and separating a part or all of CO 2 from the final absorbent to prepare a recirculating absorbent, or a method of separating CO 2 by supplying a saturated absorbent from the absorption tower, tower; And an absorption tower that receives supplies the recirculating absorbent, into contact with the recirculating absorbent with a gas mixture containing the CO 2 absorbed material to CO 2 in the recirculating absorber production of the saturated absorbent from the regeneration column; in a mixed gas containing the A carbon dioxide separation device for separating carbon dioxide is provided.
또한, 상기 이산화탄소 분리장치가 상기 재생탑으로부터 배출되고 상기 흡수탑으로 공급되는 재순환흡수제의 온도를 낮추거나 또는 상기 흡수탑으로부터 배출되고 상기 재생탑으로 공급되는 포화흡수제의 온도를 높이기 위한 열교환기를 추가로 포함할 수 있다,Further, the carbon dioxide separator may further include a heat exchanger for lowering the temperature of the recycle absorbent discharged from the regeneration tower and supplied to the absorption tower, or for increasing the temperature of the saturated absorbent discharged from the absorption tower and supplied to the regeneration tower You can include,
또한, 상기 이산화탄소 분리장치가 상기 흡수제 처리탑의 흡수제의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함할 수 있다.Further, the carbon dioxide separation device may include a concentration meter for measuring the CO 2 concentration of the absorbent in the absorbent treatment tower.
또한, 상기 이산화탄소 분리장치가 상기 재생탑의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함할 수 있다.In addition, the carbon dioxide separator may include a concentration meter for measuring the CO 2 concentration of the exhaust gas of the regeneration tower.
또한, 상기 이산화탄소 분리장치가 상기 흡수탑의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함할 수 있다.In addition, the carbon dioxide separation device may include a concentration measuring device for measuring the CO 2 concentration of the exhaust gas of the absorption tower.
본 발명은 혼합가스로부터 이산화탄소를 분리시 이산화탄소 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 흡수제의 표면장력을 높여 막접촉기에 적용시 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 있는 흡수제를 사용함으로써 이산화탄소 제거를 효과적으로 할 수 있는 이산화탄소 분리방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a method for removing carbon dioxide by using an absorbent that can remove carbon dioxide more effectively than conventional absorbents when separating carbon dioxide from the mixed gas, while minimizing membrane wetting when applied to a membrane contactor by increasing the surface tension of the absorbent. It is possible to provide a carbon dioxide separation method which can be effectively performed.
본 발명은 이산화탄소 분리장치에 적용시 혼합가스로부터 이산화탄소의 제거를 종래 흡수제에 비해 더욱 효율적으로 수행하면서도, 흡수제의 표면장력을 높여 막접촉기에 적용시 막젖음 현상을 최소화할 수 있는 흡수제를 사용함으로써 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있는 이산화탄소 분리 장치를 제공할 수 있다.The present invention relates to a carbon dioxide separator which can remove carbon dioxide from a gas mixture more efficiently than a conventional carbon dioxide separator but also can be used for a carbon dioxide separator by using an absorbent that can minimize film wettability when applied to a membrane contactor, It is possible to provide a carbon dioxide separation device capable of efficiently removing carbon dioxide.
본 발명은 흡수제 내에 존재하는 아민 내지는 염의 침전물을 용해도를 높여 흡수제 내의 입자물질을 제거하여 흡수탑인 막접촉기, 배관 등의 막힘(plugging) 또는 오염 (fouling)을 저감할 수 있는 이산화탄소 분리방법 및 분리장치를 제공할 수 있다.The present invention relates to a method and apparatus for separating carbon dioxide, which can reduce plugging or fouling of a membrane contactor, a pipe or the like, which is an absorption tower, by removing particulate matter in the absorbent by increasing the solubility of the amine or salt precipitate present in the absorbent. Device can be provided.
도 1은 본 발명의 이산화탄소 분리장치를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 이산화탄소 분리장치에서 흡수탑인 사용한 막접촉기의 사진이다.
도 3은 비교예의 이산화탄소 분리장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본발명의 흡수제와 상온에서 CO2를 bubbling한 후의 흡수제의 사진이다.1 is a schematic view schematically showing a carbon dioxide separation apparatus of the present invention.
2 is a photograph of a membrane contactor used as an absorber in the carbon dioxide separation apparatus of the present invention.
3 is a schematic view showing a carbon dioxide separation apparatus of a comparative example.
4 is a photograph of the absorbent of the present invention and the absorbent after bubbling CO 2 at room temperature.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.However, the following description does not limit the present invention to specific embodiments. In the following description of the present invention, detailed description of related arts will be omitted if it is determined that the gist of the present invention may be blurred .
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms " comprises ", or " having ", and the like, specify that the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법에 대하여 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for separating carbon dioxide from the mixed gas of the present invention will be described.
단계 (a): 최종흡수제 제조Step (a): Preparation of final absorbent
흡수제에 이산화탄소(CO2)를 접촉시켜 CO2가 흡수된 최종흡수제를 제조한다Carbon dioxide (CO 2 ) is brought into contact with the absorbent to prepare a final absorbent having absorbed CO 2
단계 (a)에서 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2를 흡수하여 전처리된 흡수제를 제조하거나 또는 상기 전처리된 흡수제에서 CO2의 일부를 분리하여 최종흡수제를 제조할 수 있다.Step (a) the end-absorbing agent to remove a portion of the CO 2 in the carbon dioxide (CO 2) or by contacting a mixture of CO 2 and inert gas to the absorber manufacturing the pre-absorber to absorb the CO 2 or the pre-absorbent in Can be manufactured.
또한, 단계 (a)에서 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2가 용해되어 침전물 또는 고형입자가 제거된 최종흡수제를 제조할 수 있다.Further, in step (a), a mixture of carbon dioxide (CO 2 ) or CO 2 and an inert gas may be contacted with an absorbent to dissolve CO 2 to produce a final absorbent in which the precipitate or solid particles have been removed.
또한, 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A); 및 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B); 및 물(C): 을 포함할 수 있다.Further, the absorbent may comprise at least one selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts (A); (B) at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; And water (C).
또한 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상; 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상의 아민; 및 물:을 포함할 수 있다.And wherein the absorbent is at least one selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts; At least one amine selected from primary amines, secondary amines and tertiary amines; And water.
또한 상기 흡수제가 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상; 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨; 및 물:을 포함할 수 있다.And wherein the absorbent is at least one selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts; Potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; And water.
또한, 상기 아미노산염은 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화리튬 중에서 선택된 1종 이상과 아미노산의 염일 수 있다.The amino acid salt may be a salt of one or more amino acids selected from potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide.
또한, 상기 수용액에서 상기 아민 또는 칼륨염 또는 나트륨염의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.01 내지 1:10, 바람직하게는 1:0.1 내지 1:1, 보다 바람직하게는 1:0.4일 수 있다. The ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine or potassium salt or sodium salt to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution is 1: 0.01 to 1:10, 0.1 to 1: 1, more preferably 1: 0.4.
상기 수용액에서 아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A); 및 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B);의 총합(A+B)의 중량% 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)은 5 내지 70 wt%, 바람직하게는 20 내지 50 wt%, 보다 바람직하게는 30 내지 45 wt%일 수 있다. At least one (A) selected from the group consisting of amino acids and amino acid salts in the aqueous solution; And at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; (A + B) / (A + B + C)) x 100) of 5 to 70 wt%, preferably 20 to 50 wt%, more preferably 30 to 45 wt% %. ≪ / RTI >
또한, 상기 흡수제의 표면장력이 70 mN/m 보다 큰 값을 가질 수 있다.Further, the surface tension of the absorbent may have a value larger than 70 mN / m.
또한, 상기 아미노산이 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린, 감마아미노부티르산, 아르기닌 및 히스티딘 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The amino acid may be at least one selected from glycine, alanine, serine, cysteine, taurine, gamma aminobutyric acid, arginine and histidine.
또한, 상기 아민이 모노알칸올아민, 수소원자가 1개 또는 2개 치환된 아민기를 포함하는 폴리아민, 및 환형아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.The amine may be at least one selected from the group consisting of a monoalkanol amine, a polyamine including an amine group in which one or two hydrogen atoms are substituted, and a cyclic amine.
또한, 상기 아민이 피페라진(piperazine, PZ), 2-아미노-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, AHPD), 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, AMPD), 2-아미노메틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판올 (2-aminomethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol), 2-아미노-1,1,1-에탄트리올(2-amino-1,1,1-ethanetriol), 히드라진(hydrazine), 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 N-메틸디에탄올아민 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다. Also, the amine may be selected from the group consisting of piperazine (PZ), 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD) 2-methyl-1,3-propanediol, AMPD, 2-aminomethyl-1,3-propanol, 2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2-amino-1,1,1-ethanetriol, hydrazine, ethylenediamine, diethylenetriamine , Triethylenetetraamine, tetraethylenepentamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, and N-methyldiethanolamine.
단계 (b): 재순환흡수제 제조Step (b): Preparation of recycled absorbent
상기 최종흡수제에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제를 제조할 수 있다.A part or all of CO 2 in the final absorbent may be separated to prepare a recycled absorbent.
단계 (c): 포화흡수제를 제조Step (c): Preparation of a saturated absorbent
상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스와 접촉시켜 CO2가 재흡수된 포화흡수제를 제조할 수 있다.The recycled absorbent is contacted with a mixed gas containing CO 2 to produce a saturated absorbent in which CO 2 is reabsorbed.
단계 (d) COStep (d) CO 22 를 분리하고 포화흡수제를 재생And regenerate the saturated absorbent
상기 포화흡수제에서 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생할 수 있다.It is possible to separate CO 2 from the saturated absorbent and regenerate the saturated absorbent.
다음으로 도 1을 참고하여 본 발명의 이산화탄소 분리장치(10)를 설명한다.Next, the carbon
본 발명의 이산화탄소 분리장치(10)는 흡수제 처리탑(100)을 포함할 수 있다.The carbon
상기 흡수제 처리탑(100)에서 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물(Fa)을 흡수제(Fb)와 접촉시켜 CO2가 흡수된 최종흡수제(Fc)를 제조할 수 있다.In the
본 발명의 이산화탄소 분리장치(10)는 재생탑(200)을 포함할 수 있다.The carbon
상기 재생탑(200)에서, 상기 흡수제 처리탑(100)으로부터 상기 최종흡수제(Fc)를 공급받고 상기 최종흡수제(Fc)에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제(F4)를 제조할 수 있다.In the
또는 상기 재생탑(200)에서, 흡수탑(300)으로부터 포화흡수제(F2)를 공급받아 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생할 수 있다.Alternatively, in the
본 발명의 이산화탄소 분리장치(10)는 흡수탑(300)을 포함할 수 있다.The carbon
상기 재생탑(200)으로부터 상기 재순환흡수제(F4)를 공급받고, 상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스(F1)와 접촉시켜 재순환흡수제(F4)에 CO2를 재흡수시킬 수 있다. 상기 혼합가스(F1)은 제철소, 화력발전소, 매립가스 등에서 발생되는 CO2가 포함된 폐가스일 수 있다.Being supplied to the recirculating absorber (F4) from the regeneration column (200), is contacted with a gas mixture (F1) contained the recycled CO 2 absorbent can be recycled for re-absorption of CO 2 absorber (F4). The mixed gas F1 may be a waste gas containing CO 2 generated from a steel mill, a thermal power plant, a landfill gas, or the like.
본 발명의 이산화탄소 분리장치(10)는 열교환기(500)를 추가로 포함할 수 있다.The carbon
상기 열교환기(500)에서, 상기 재생탑(200)으로부터 배출되고 상기 흡수탑(300)으로 공급되는 재순환흡수제(F4)의 온도를 낮출 수 있다. 또는 상기 열교환기(500)에서, 상기 흡수탑(300)으로부터 배출되고 상기 재생탑(200)으로 공급되는 포화최종 흡수제(F2)의 온도를 높일 수 있다.In the
또한, 상기 이산화탄소 분리장치(10)가 상기 흡수제 처리탑(100)의 흡수제의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기(210)를 흡수제 처리탑(100) 상에 포함할 수 있다.The carbon
또한, 상기 이산화탄소 분리장치(10)가 상기 재생탑(200)의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 재생탑(200) 상에 포함할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 이산화탄소 분리장치(10)가 상기 흡수탑(300)의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기(270)를 흡수탑(300) 상에 포함할 수 있다. The
[실시예][Example]
실시예Example 1 One
전처리 흡수제의 제조Preparation of pretreatment absorbent
도 1을 참고하면, 상온에서 흡수제(Fb) 5L을 2.5 M piperazine(PZ)과 1.0 M potassium serinate(K-Ser)의 농도로 제조하여 40℃의 흡수제 처리탑(100)에 주입하였다. 아미노산을 첨가할 때 아미노산이 수용액상에서 양이온화되기 때문에 이를 중화하기 위해 등몰의 KOH를 천천히 첨가하여 양이온화된 아미노산을 중화한 후 첨가하였다. Referring to FIG. 1, at a room temperature, 5 L of an absorbent (Fb) was prepared at a concentration of 2.5 M piperazine (PZ) and 1.0 M potassium serinate (K-Ser) and injected into an
유량조절기(Mass flow controller)를 이용하여 부피비가 CO2:N2=15%:85%인 혼합물(Fa)를 제조하여 CO2의 유량을 10L/min으로 흡수제에 bubbling하여 주입하였다. 실시간 가스분석기(210)를 이용하여 흡수제 처리탑(100) 후단에서 배출되는 CO2의 농도를 측정하였다. CO2의 농도가 14.8%에 도달하면 CO2 흡수를 종료시켜 전처리 흡수제를 제조하였다. The mixture (Fa) with a volume ratio of CO 2 : N 2 = 15%: 85% was prepared using a mass flow controller and the CO 2 flow rate was bubbled into the absorbent at a flow rate of 10 L / min. The concentration of CO 2 discharged from the rear end of the
최종 흡수제의 제조Preparation of final absorbent
처리탑(100)에서 제조되어 잔류해 있는 전처리 흡수제를 최종 흡수제로 제조하기 위하여 처리탑의 온도를 80℃로 승온한 후 정상상태에 도달하면 전처리 시와 동일한 유량의 질소를 전처리 흡수제에 주입하여 CO2를 탈거하였다. 실시간 가스분석기(210)에서 측정되는 CO2의 농도가 1%에 도달하면 탈거 반응을 종료하여 실제 공정에 투입 준비된 최종 흡수제(Fc)를 제조하였다.When the temperature of the treatment tower was raised to 80 ° C to prepare the residual absorbent that was manufactured in the
COCO 22 재흡수 Resorption
CO2 탈거 후 최종적으로 얻어진 최종 흡수제(Fc)는 재생탑으로 투입 후 열교환기(500)를 통과 후 온도가 60℃ 내외가 되어 40℃의 CO2 흡수탑(300)으로 순환하여 CO2 재흡수를 실행하였다. 이 재순환 흡수제(F4)가 실제 CO2 분리공정에서의 흡수제(F4)라고 할 수 있다.CO 2 stripping and finally the final absorber (Fc) obtained after after introduced into regeneration column heat exchanger (500) passes through after the temperature has been around 60 ℃ circulated in CO 2 absorber 300 of 40 ℃ CO 2 uptake . This recycled absorbent F4 can be said to be the absorbent F4 in the actual CO 2 separation process.
CO2 재흡수를 위해 준비된 재순환 흡수제(F4)를 62 ml/min의 유량으로 도 2에 도시된 흡수탑(300)인 중공사막 막접촉기의 lumen side로 주입하였다. 부피기준으로 CO2:N2=15%:85%의 혼합가스(F1)를 CO2 유량 기준 36 ml/min으로 흡수탑(300)의 shell side로 주입하여 CO2 재흡수를 실시하였다.Recycled sorbent (F4) prepared for CO 2 reabsorption was injected at a flow rate of 62 ml / min into the lumen side of the hollow fiber membrane contactor,
COCO 2 2 분리 detach
도 1을 참조하면, CO2 포화 흡수제(F2)는 열교환기(500)을 통과 후 재생탑(200)에서 120℃로 가열하여 열에너지로 인한 CO2 분리와 흡수제의 재생이 이루어졌다. CO2가 분리되어 재생된 재순환 흡수제(F4)는 다시 열교환기(500)를 통과한 후 흡수탑의 상단으로 도입되었다.Referring to FIG. 1, the CO 2 saturated absorbent F 2 is heated to 120 ° C. in the
실시예Example 2 2
상온에서 흡수제(Fb) 5L을 2.5 M piperazine(PZ)과 1.0 M potassium serinate(K-Ser)의 농도로 제조하여 40℃의 흡수제 처리탑(100)에 주입하는 것 대신에 상온에서 흡수제(Fb) 5L를 모노에탄올아민(MEA) 5.0 M 농도로 제조하여 40℃의 흡수제 처리탑(100)에 주입하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수행되었다.(Fb) at room temperature instead of injecting 5 L of sorbent (Fb) at room temperature into 2.5 M piperazine (PZ) and 1.0 M potassium serinate (K-Ser) 5 L of monoethanolamine (MEA) was prepared at a concentration of 5.0 M and injected into the
비교예Comparative Example 1 One
실시예 1과 같은 흡수제 전처리를 하지 않고 상온에서 2.5 M piperazine(PZ)과 1.0 M potassium serinate(K-Ser) 수용액인 흡수제(Fb') 5L을 제조하였다. 도 3을 참고하여 설명하면, 60℃의 CO2 흡수탑(300')의 상부에 흡수제(Fb')를 62 ml/min의 유량으로 흡수탑인 중공사막 막접촉기의 lumen side로 주입하였다. 다만 상온에서 2.5 M piperazine(PZ)과 1.0 M potassium serinate(K-Ser) 수용액 제조 시 침전물이 발생하여 용해되지 않아서 80℃ 온도에서 2시간 이상 교반기로 교반하여 침전물이 존재하지 않음을 육안으로 확인 후 흡수탑(300')에 투입하였다. 부피기준으로 CO2:N2=15%:85%의 혼합가스(F1')를 CO2 유량 기준 36 ml/min으로 흡수탑(300')의 shell side로 주입하여 CO2 흡수를 실시하였다.5 L of an absorbent (Fb ') aqueous solution of 2.5 M piperazine (PZ) and 1.0 M potassium serinate (K-Ser) was prepared at room temperature without pretreatment with the same absorbent as in Example 1. 3, an absorbent (Fb ') is injected into the lumen side of the hollow fiber membrane contactor, which is an absorption tower, at a flow rate of 62 ml / min on top of a CO 2 absorption tower 300' at 60 ° C. However, when 2.5 M piperazine (PZ) and 1.0 M potassium serinate (K-Ser) were prepared at room temperature, the precipitate was not dissolved and stirred at 80 ° C for 2 hours with stirring. Was introduced into the absorption tower 300 '. The CO 2 absorption was performed by injecting a mixed gas (F1 ') of CO 2 : N 2 = 15%: 85% by volume on the shell side of the absorption tower 300' at a flow rate of 36 ml / min based on the CO 2 flow rate.
CO2를 흡수한 CO2 포화 흡수제(F2')는 열교환기(500')를 거쳐 재생탑(200')으로 송액되어 재생탑(200')에서 120℃로 가열하여 열에너지로 인한 CO2 분리와 흡수제의 재생이 이루어졌다. CO2가 분리되어 재생된 재순환 흡수제(F4')는 다시 열교환기(500')를 통과한 후 흡수탑(300')의 상단으로 도입되었다.CO 2 saturated absorbent that has absorbed the CO 2 (F2 ') is a heat exchanger (500' and the CO 2 separation due to thermal energy, the liquid feed to the regeneration column (200
비교예Comparative Example 2 2
2.5 M piperazine(PZ)과 1.0 M potassium serinate(K-Ser) 수용액인 흡수제(Fb')를 사용한 것 대신에 5.0 M 농도의 모노에탄올아민(MEA) 수용액인 흡수제 (Fb')를 사용한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 수행되었다.(Fb ') which is an aqueous solution of monoethanolamine (MEA) at a concentration of 5.0 M was used instead of the absorbent (Fb') which was an aqueous solution of 2.5 M piperazine (PZ) and 1.0 M potassium serinate Was carried out in the same manner as in Comparative Example 1.
[시험예][Test Example]
시험예Test Example 1: CO 1: CO 22 제거율 Removal rate
CO2 재흡수를 위한 막접촉기 실험을 위해 필요한 흡수제 양을 계산하여 흡수제를 준비하였다. 흡수제의 성능을 시험하기 위한 막접촉기의 사양은 표 1과 같고 막접촉기의 사진은 도 2와 같다. 재순환 흡수제가 흡수탑에 투입되는 시점으로부터 5분 후에 CO2 제거율을 아래 계산식 1로 계산하여 표 2에 나타냈다.The sorbent was prepared by calculating the amount of sorbent required for the membrane contactor experiment for CO 2 reabsorption. The specifications of the membrane contactor for testing the performance of the absorbent are shown in Table 1 and the photograph of the membrane contactor is shown in FIG. The CO 2 removal rate after 5 minutes from the time when the recycled absorbent was introduced into the absorption tower was calculated by the following formula 1 and is shown in Table 2 below.
[계산식 1][Equation 1]
CO2 제거율(%)= ((C1-C2)/C1)x100CO 2 removal rate (%) = ((C 1 -C 2 ) / C 1 ) × 100
상기 계산식 1에서, C1은 막접촉기의 shell side로 도입되는 혼합가스 중의 CO2농도이고, C2는 막접촉기에서 배출되는 배출가스 중의 CO2의 농도이다.In the above equation 1, C 1 is the CO 2 concentration in the mixed gas introduced into the shell side of the membrane contactor, and C 2 is the concentration of CO 2 in the exhaust gas discharged from the membrane contactor.
표 2를 참고하면, 동일 조건에서 처리탑을 통해 CO2가 일부 흡수되어 전처리된 흡수제가 그렇지 않은 흡수제에 비해 동일조건에서 5% 가량 높은 CO2 제거율을 보였다.As shown in Table 2, CO 2 was partially absorbed through the treatment tower under the same conditions, and the pretreated absorbent showed a CO 2 removal rate of about 5% higher than that of the non-absorbent under the same conditions.
시험예Test Example 2: 흡수제의 투명도 비교 2: Comparison of transparency of absorbent
도 4를 참조하면, 상온에서 제조된 흡수제(좌) 및 상온에서 CO2를 bubbling한 흡수제(우) (흡수제: 2.5 M piperazine(PZ) + 1.0 M potassium serinate(K-Ser))의 혼탁도를 육안으로 관찰하였다. 상온에서 2.5 M piperazine(PZ) + 1.0 M potassium serinate(K-Ser) 제조 시 침전물이 다량 발생하나, 처리탑에서 CO2 bubbling 전처리 시 침전물이 모두 사라지고 용액에 투명해짐을 관찰할 수 있었다. 참고로 상기 흡수제를 40 ℃로 가열하며 교반만 하면 침전물이 제거되지 않고, 80 ℃로 가열 시 침전물이 제거되기는 하나 용액이 상온에 근접하면 다시 침전물이 발생했다.4, the turbidity of absorbent (left) prepared at normal temperature and absorbent (right) (absorbent: 2.5 M piperazine (PZ) + 1.0 M potassium serinate (K-Ser)) bubbling CO 2 at room temperature And observed with naked eyes. It was observed that the sediment was generated in 2.5 M piperazine (PZ) + 1.0 M potassium serinate (K-Ser) at room temperature, but the precipitate disappeared and the solution became transparent during the pretreatment of CO 2 bubbling in the treatment column. For reference, when the absorbent was heated to 40 ° C, the precipitate was not removed by stirring, and when the solution was heated to 80 ° C, the precipitate was removed.
시험예Test Example 3: 표면장력(Surface tension) 3: Surface tension
CO2를 흡수하지 않은 흡수제(fresh)와 처리탑에서 전처리를 통해 CO2를 흡수한 후 탈거한 흡수제(CO2 lean)의 표면장력을 Kruss사의 BP2 모델을 이용하여 25℃에서 측정하였다.The surface tension of CO 2 lean was measured at 25 ℃ using Kruss' BP2 model after absorbing CO 2 through pretreatment in absorber that did not absorb CO 2 and treatment tower.
표 3을 참고하면, 2.5 M PZ + 1.0 M K-Ser 용액의 경우 CO2가 bubbling되어 흡수제에 일정량의 CO2가 존재하는 경우 25 ℃에서 표면장력이 1.9 mN/m 증가하여 상용흡수제인 30 wt% MEA에 비해 높은 표면장력을 가져 막젖음 현상이 저감될 것으로 보였다.As shown in Table 3, when CO 2 was bubbled in the case of 2.5 M PZ + 1.0 M K-Ser solution, the surface tension was increased by 1.9 mN / m at 25 ° C in the presence of a certain amount of CO 2 in the absorbent, The membrane wetting phenomenon was expected to be reduced due to the higher surface tension than the% MEA.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, 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. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
Claims (20)
(b) 상기 최종흡수제에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제를 제조하는 단계; 및
(c) 상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스와 접촉시켜 CO2가 재흡수된 포화흡수제를 제조하는 단계;를
(d) 상기 포화흡수제에서 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생하는 단계;를
포함하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.(a) contacting the absorbent with carbon dioxide (CO 2 ) to produce a final absorbent in which CO 2 has been absorbed;
(b) separating part or all of CO 2 from the final absorbent to produce a recycled absorbent; And
a; (c) the step of contacting said recirculating absorbent with a gas mixture containing the CO 2 producing a saturated CO 2 absorbent of the absorbing material
(d) separating CO 2 from the saturated absorbent and regenerating the saturated absorbent;
A method for separating carbon dioxide from a mixed gas comprising.
단계 (a)가
(a-1) 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2를 흡수하여 전처리된 흡수제를 제조하는 단계; 및
(a-2) 상기 전처리된 흡수제에서 CO2의 일부를 분리하여 최종흡수제를 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
If step (a)
(a-1) contacting carbon dioxide (CO 2 ) or a mixture of CO 2 and an inert gas with an absorbent to absorb CO 2 to prepare a pretreated absorbent; And
(a-2) separating a portion of CO 2 from the pretreated absorbent to produce a final absorbent.
단계 (a)는 이산화탄소(CO2) 또는 CO2와 불활성 기체의 혼합물을 흡수제에 접촉시켜 CO2가 용해되어 침전물 또는 고형입자가 제거된 최종흡수제를 제조하는 단계인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein step (a) is a step of contacting carbon dioxide (CO 2 ) or a mixture of CO 2 and an inert gas with an absorbent to dissolve CO 2 to produce a final absorbent in which precipitates or solid particles have been removed. In the mixed gas, / RTI >
상기 흡수제가
아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A);
1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B); 및
물(C); 을
포함하는 수용액인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
The absorbent
At least one (A) selected from amino acids and amino acid salts;
(B) at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; And
Water (C); of
≪ / RTI > wherein the carbon dioxide is an aqueous solution containing carbon dioxide.
상기 아미노산염은 수산화칼륨, 수산화나트륨 및 수산화리튬 중에서 선택된 1종 이상과 아미노산의 염인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the amino acid salt is a salt of at least one amino acid selected from potassium hydroxide, sodium hydroxide and lithium hydroxide, and separating the carbon dioxide from the mixed gas.
상기 수용액에서 상기 아민의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.01 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution is 1: 0.01 to 1:10. .
상기 수용액에서 상기 아민의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.1 내지 1:1인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 6,
Wherein the ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution is 1: 0.1 to 1: .
상기 수용액에서 상기 아민의 몰농도(M1)와 상기 아미노산 또는 아미노산염의 몰농도(M2)의 비율(M1:M2)이 1:0.4인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the ratio (M1: M2) of the molar concentration (M1) of the amine to the molar concentration (M2) of the amino acid or amino acid salt in the aqueous solution is 1: 0.4.
상기 수용액에서
아미노산 및 아미노산염 중에서 선택된 1종 이상(A); 및 1차 아민, 2차 아민 및 3차 아민 중에서 선택된 1종 이상: 및 탄산칼륨, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 수산화칼륨 및 수산화나트륨 중에서 선택된 1종 이상: 중에서 선택된 1종 이상(B);의 총합(A+B)의 중량% 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 5 내지 70 중량%인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.5. The method of claim 4,
In the aqueous solution
At least one (A) selected from amino acids and amino acid salts; And at least one selected from the group consisting of primary amine, secondary amine and tertiary amine, and at least one selected from the group consisting of potassium carbonate, sodium carbonate, sodium bicarbonate, potassium hydroxide and sodium hydroxide; (A + B) / (A + B + C)) x 100) of from 5 to 70% by weight based on the total weight of the mixed gas.
상기 수용액에서 상기 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 20 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 분리하는 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the concentration (((A + B) / (A + B + C)) x 100) in the aqueous solution is 20 to 50 wt%.
상기 수용액에서 상기 농도(((A+B)/(A+B+C))x100)가 30 내지 45 중량%인 것을 특징으로 하는 이산화탄소를 분리하는 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the concentration (((A + B) / (A + B + C)) x 100) in the aqueous solution is 30 to 45% by weight.
상기 흡수제의 표면장력이 70 mN/m 보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the surface tension of the absorbent has a value greater than 70 mN / m.
상기 아미노산이 글리신, 알라닌, 세린, 시스테인, 타우린, 감마아미노부티르산 아르기닌 및 히스티딘 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the amino acid is at least one selected from glycine, alanine, serine, cysteine, taurine, gammaaminobutyric acid arginine, and histidine.
상기 아민이 모노아민, 아민기를 2개 이상 포함하는 폴리아민, 및 환형아민 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the amine is at least one selected from the group consisting of monoamines, polyamines containing two or more amine groups, and cyclic amines.
상기 아민이 피페라진(piperazine, PZ), 2-아미노-2-히드록시메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol, AHPD), 2-아미노-2-메틸-1,3-프로판디올(2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, AMPD), 2-아미노메틸-2-히드록시메틸-1,3-프로판올 (2-aminomethyl-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol), 2-아미노-1,1,1-에탄트리올(2-amino-1,1,1-ethanetriol), 히드라진(hydrazine), 에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 테트라에틸렌펜타아민, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민 및 N-메틸디에탄올아민 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하는 방법.The method according to claim 1,
Wherein the amine is selected from the group consisting of piperazine (PZ), 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD) 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol, AMPD, 2-aminomethyl-2- hydroxymethyl-1,3-propanediol, 2-amino-1,1,1-ethanetriol, hydrazine, ethylenediamine, diethylenetriamine, tri Wherein the carbon dioxide is at least one selected from the group consisting of ethylene tetraamine, tetraethylene pentaamine, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine and N-methyldiethanolamine.
상기 흡수제 처리탑으로부터 상기 최종흡수제를 공급받고 상기 최종흡수제에서 CO2의 일부 또는 전부를 분리하여 재순환흡수제를 제조하거나, 또는 흡수탑으로부터 포화흡수제를 공급받아 CO2를 분리하고 포화흡수제를 재생하는 재생탑; 및
상기 재생탑으로부터 상기 재순환흡수제를 공급받고, 상기 재순환흡수제를 CO2가 포함된 혼합가스와 접촉시켜 재순환흡수제에 CO2를 재흡수시켜 상기 포화흡수제를 제조하는 흡수탑; 을
포함하는 혼합가스에서 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 분리장치.An absorbent treatment tower for contacting the absorbent with carbon dioxide (CO 2 ) to produce a final absorbent having absorbed CO 2 ;
A step of supplying the final absorbent from the absorbent treatment tower and separating a part or all of CO 2 from the final absorbent to prepare a recirculating absorbent, or a method of separating CO 2 by supplying a saturated absorbent from the absorption tower, tower; And
Being supplied to the recirculated absorbent from the regeneration column, it contacting said recirculating absorbent with a gas mixture containing the CO 2 absorbed by the material recycled to the CO 2 absorber absorber for preparing the saturated absorbent; of
A carbon dioxide separation device for separating carbon dioxide from a mixed gas comprising.
상기 이산화탄소 분리장치가
상기 재생탑으로부터 배출되고 상기 흡수탑으로 공급되는 재순환흡수제의 온도를 낮추거나 또는 상기 흡수탑으로부터 배출되고 상기 재생탑으로 공급되는 포화흡수제의 온도를 높이기 위한 열교환기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.17. The method of claim 16,
The carbon dioxide separation device
Further comprising a heat exchanger for lowering the temperature of the recycle absorbent discharged from the regeneration tower and supplied to the absorption tower or for increasing the temperature of the saturated absorbent discharged from the absorption tower and supplied to the regeneration tower, Separating device.
상기 이산화탄소 분리장치가 상기 흡수제 처리탑의 흡수제의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.17. The method of claim 16,
Wherein the carbon dioxide separator comprises a concentration meter for measuring the CO 2 concentration of the absorbent in the absorbent treatment tower.
상기 이산화탄소 분리장치가 상기 재생탑의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.17. The method of claim 16,
Wherein the carbon dioxide separator comprises a concentration meter for measuring the CO 2 concentration of the exhaust gas of the regeneration tower.
상기 이산화탄소 분리장치가 상기 흡수탑의 배출가스의 CO2 농도를 측정하기 위한 농도 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 분리장치.
17. The method of claim 16,
Wherein the carbon dioxide separation device includes a concentration meter for measuring the CO 2 concentration of the exhaust gas of the absorption tower.
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