KR20200001407A - Method of Improving the Work Environment in the Alcoholic Beverage Manufacturing Process - Google Patents

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KR20200001407A
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Abstract

The present invention relates to a method for improving a work environment in an alcoholic beverage manufacturing process. The alcoholic beverage manufacturing process comprises: a first step of spraying an alanine metal salt solution obtained by converting an ammonium ion (-NH_3^+) of alanine into an active amino group (-NH_2) as a CO_2 absorbent in a scrubber, for the alanine metal salt solution to be in contact with exhaust gas containing high concentration CO_2 of 20,000 ppm or more in an alcoholic beverage manufacturing process, to convert the exhaust gas into exhaust gas containing low concentration CO_2 of 5,000 ppm or less; and a second step of regenerating the CO_2 absorbent by heating the CO_2 absorbent which has absorbed CO_2 through gas-liquid touch in the first step and then, reusing the CO_2 absorbent in the first step.

Description

주류 제조 공정 내 작업환경을 개선하는 방법 {Method of Improving the Work Environment in the Alcoholic Beverage Manufacturing Process}{Method of Improving the Work Environment in the Alcoholic Beverage Manufacturing Process}

본 발명은 주류 제조 공정 내 작업환경을 개선하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for improving the working environment in a liquor manufacturing process.

인류는 발효의 의미를 알지 못하던 시절부터 이미 미생물을 이용한 자연발효를 실생활에 이용해왔다. 미생물을 이용한 발효산업이 주류 및 발효식품 분야에는 예전부터 이용되었다. 근래에는 의약용 및 각종 고부가가치 생산물을 얻기 위하여 여러 분야로 발효산업의 발전 폭이 넓어지고 있다. 하기 표 1은 미생물을 이용한 산업분야이다.Humans have already used natural fermentation using microorganisms in real life since they did not know the meaning of fermentation. The fermentation industry using microorganisms has long been used in the liquor and fermented foods. In recent years, the development of the fermentation industry is expanding in various fields to obtain medical and various high value-added products. Table 1 is an industrial field using microorganisms.

분야Field 생산물product 알코올 제조 및 주류Alcohol production and liquor 포도주, 맥주, 소주, 주류용 주정Wine, Beer, Shochu, Liquor 발효식품fermented food 간장, 된장, 김치, 빵효모, 치즈, 요구르트Soy sauce, miso, kimchi, baker's yeast, cheese, yogurt 의약medicine penicillin, streptomycin 등penicillin, streptomycin, etc. 아미노산 발효공업Amino Acid Fermentation Industry 라이신(lycine)과 같은 각종 아미노산Various amino acids such as lycine 효소산업Enzyme industry amylase, protease 등amylase, protease, etc. 생리활성물질Bioactive substances 비타민류, 호르몬Vitamins, hormones 균체제조업Cell manufacturing 효모균체 생산(single cell protein, SCP)Yeast cell production (single cell protein, SCP) 기타 분야Other fields 미생물에 의한 환경정화, 대체에너지(알코올, 메탄, 수소)의 생산 등Environmental purification by microorganisms, production of alternative energy (alcohol, methane, hydrogen), etc.

미생물을 공업적 생산수단으로 이용할 때 화학공정에 비하여 장단점이 있다. 미생물을 이용한 생산공정의 장점은 그 내부에 있는 효소의 촉매로서의 장점과 관련이 있다. 즉, 다양한 기질을 이용할 수 있고 반응에 특이성이 있다. 미생물은 또한 동식물세포에 비하여 증식이 빠르므로 사용에 유리하다. 화학공정과 달리 상온과 상압에서 반응이 진행되어 효율면에서 유리하다. 이외에도 다양한 부산물이 다른 목적으로 재사용이 가능하고 미생물 배양시 방출되는 열을 이용할 수 있으며 몇 단계의 화학반응을 단일반응과 같은 조작으로 달성할 수 있는 장점이 있다.When using microorganisms as an industrial production means, there are advantages and disadvantages to chemical processes. The advantages of the microbial production process are related to the advantages of the enzyme in it. That is, various substrates are available and specific to the reaction. Microorganisms are also advantageous for use as they proliferate faster than animal and plant cells. Unlike the chemical process, the reaction proceeds at room temperature and pressure, which is advantageous in terms of efficiency. In addition, various by-products can be reused for other purposes, and the heat released during microbial culture can be used, and several steps of chemical reactions can be achieved by the same operation as a single reaction.

한편, 현재 지구상 평균 CO2 농도는 405 ppm이며, 고농도의 CO2를 배출하는 산업시설인 주류공정 내의 작업환경은 실내 CO2 농도가 20,000ppm을 넘어서는 것으로 나타나, 주류공정의 특성상 장시간 실내에서 작업을 하는 인력에게 매우 가혹한 조업 환경을 제공하고 있다. 이에 대한 법적기준치는 5,000 ppm 이하로 규정되어 있으나, 환경 개선을 위한 기술적 적용 사례가 없는 상태가 지속되고 있다.Meanwhile, the global average CO 2 concentration is 405 ppm, and the working environment in the mainstream process, which is an industrial facility that emits high concentrations of CO 2 , has been shown to exceed 20,000 ppm in indoor CO 2 concentrations. This provides a very harsh operating environment for the workforce. Although the legal standard is set at 5,000 ppm or less, there is no technical application for environmental improvement.

주류공장에서는 이를 해결하기 위해서 작업장 내의 이산화탄소 농도 저감을 위한 궁여지책으로 외기를 도입한 환기의 방법을 이용할 수 밖에 없는 상황이며, 이로 인해 주류공장의 제품생산을 위한 실내 적정 온도인 10℃를 유지하기 위해서는 추가 도입되는 외기를 포함한 실내 공기량에 대한 온도 제어가 되어야 하므로 냉난방 장비가동을 위한 상당한 에너지 손실이 발생하는 문제가 발생하고 있다.In order to solve this problem, the liquor factory has no choice but to use the ventilation method that introduces outside air as a measure to reduce the concentration of carbon dioxide in the workplace. Since the temperature control of the indoor air amount including the external air to be introduced is to be added, there is a problem that a significant energy loss for operating the heating and cooling equipment.

본질적인 문제를 해결하기 위해서 가장 선행적으로 달성하여야 하는 기술은 이산화탄소를 효율적으로 포집이 가능한 흡수제의 개발이다. 우수한 흡수제를 사용할 경우, 에너지 절감 및 설비의 수명연장이 가능한 장점이 있기 때문에 주류공정 내 이산화탄소 분리?회수비용 최소화에 직접적으로 기여할 수 있다.In order to solve the inherent problems, the most advanced technology to be achieved is the development of an absorbent capable of efficiently capturing carbon dioxide. The use of superior absorbents can directly contribute to minimizing the cost of carbon dioxide separation and recovery in the mainstream process, as it has the advantage of saving energy and extending the life of the plant.

그러나, 기존 아민계열 흡수제, 암모니아 흡수제 또는 아민 함침 흡착제를 사용할 경우 흡수제의 휘발에 의해 인체 및 식품에 악영향을 끼친다.However, when the existing amine-based absorbent, ammonia absorbent or amine-impregnated adsorbent is used, the human body and food are adversely affected by volatilization of the absorbent.

한편, 이산화탄소의 배출을 저감시킬 수 있는 방식은 발생량을 억제하는 방식이 있을 수 있으나, 기술의 한계성 및 세계 에너지원의 부존특성을 감안하면 이산화탄소를 궁극적으로 포집하여 처리하는 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture & Storage)기술의 적용이 필요하다. 이산화탄소 포집 및 저장에 소요되는 비용 중 약 70 %는 이산화탄소 포집에 소요되며, 이산화탄소 포집공정 중에는 이산화탄소 흡수제의 재사용을 위한 흡수제의 재생 에너지 비용이 대부분을 차지한다. 현재 대표적인 이산화탄소 포집 흡수제는 MEA(MomoEthanolAmine)는 높은 반응열, 열화물 생성, 부식문제와 흡수제를 재생할 때 많은 에너지가 소모 및 휘발에 의한 손실이 발생한다는 단점이 있다. On the other hand, there may be a way to reduce the amount of carbon dioxide emissions, but considering the limitations of technology and the absence of global energy sources, carbon capture and storage that ultimately capture and process carbon dioxide (CCS: Carbon Capture & Storage) technology needs to be applied. About 70% of the cost of carbon dioxide capture and storage is spent on carbon dioxide capture, and the cost of renewable energy of absorbents for the reuse of carbon dioxide absorbents is the largest part of the carbon dioxide capture process. Currently, representative carbon dioxide capture absorbents have the disadvantage that MEA (MomoEthanolAmine) has a high reaction heat, heat generation, corrosion problems, and a lot of energy consumption and volatilization loss when regenerating the absorbent.

이에, 본 발명은 다중 이용 시설의 실내 및 식음료 공정에 적합한 비휘발성, 무독성, 생분해성 고효율 흡수제를 개발하고자 한다.Accordingly, the present invention is to develop a non-volatile, non-toxic, biodegradable high efficiency absorbent suitable for indoor and food and beverage processing of a multi-use facility.

본 발명의 제1양태는 스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 주류 제조 공정 중 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및A first aspect of the present invention is in the scrubber, an ammonium ion of an alanine to a CO 2 absorber (-NH 3 +) by spraying an aqueous metal salt solution converted to alanine active amino group (-NH 2), a high concentration of more than 20,000ppm mainstream manufacturing process CO 2 containing exhaust gas by gas-liquid contact with the first step of converting a low-concentration CO 2 containing exhaust gas of less than 5,000 ppm; And

제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함하는 주류 제조 공정을 제공한다.It provides a liquor manufacturing process comprising a second step of regenerating the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent absorbed CO 2 through the gas-liquid contact in the first step and reused in the first step.

본 발명의 제2양태는 스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 발효 공정 중 5,000ppm 초과의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 CO2 제거율 85% 이상으로 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및The second aspect of the present invention provides a high concentration of more than 5,000 ppm during the fermentation process by spraying an alanine metal salt solution in which a ammonium ion (-NH 3 + ) of alanine is converted into an active amino group (-NH 2 ) with a CO 2 absorbent in a scrubber. contacting CO 2 containing exhaust gas and the gas-liquid first step of switching to the low-concentration CO 2 containing exhaust gas of 5,000 ppm or less with more than 85% CO 2 removal; And

제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함하는 발효 공정을 포함하는 발효 공정 공정을 제공한다.By heating the CO 2 absorbent that has absorbed the CO 2 through the gas-liquid contact in the first stage provides a fermentation process comprising a fermentation step of then play back the CO 2 absorber a second step of re-use in the first step.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

에탄올 발효(ethanol fermentation) 또는 알코올 발효(alcoholic fermentation)는 포도당, 과당, 그리고 자당과 같은 당류가 에탄올, 이산화 탄소로 분해되는 생물학적 과정이다. 에탄올 발효는 양조나 에탄올 연료 생산, 제빵 과정 등에 활용된다.Ethanol fermentation or alcohol fermentation is a biological process in which sugars such as glucose, fructose and sucrose are broken down into ethanol and carbon dioxide. Ethanol fermentation is used for brewing, ethanol fuel production and baking.

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2

산소가 없는 상태에서 효모균과 같은 미생물에 의해 이루어지기 때문에, 알코올 발효는 혐기성 처리로 여겨진다. 발효과정은 산소를 요하지 않는다. 만일 산소가 존재한다면, 어떤 효모균 종들은 피루브산염을 완전히 이산화탄소와 물로 산화시킬 것이다. 이 과정을 세포 호흡이라고 한다. 그러나 이러한 효모균 종들은 산소가 없는 환경에서만 에탄올을 형성할 것이다(세포 호흡이 아님). Alcohol fermentation is considered an anaerobic treatment because it is made by microorganisms such as yeast in the absence of oxygen. The fermentation process does not require oxygen. If oxygen is present, some yeast species will oxidize pyruvate completely to carbon dioxide and water. This process is called cellular respiration. However, these yeast species will form ethanol only in an oxygen-free environment (not cell respiration).

그러나, 흔히 쓰이는 맥주효모군이나 분열효모군 같은 많은 효모들은 호흡을 통한 발효를 선호한다. 이 효모들은 적절한 종류의 양분이 주어진다면 산소가 있는 환경이라도 에탄올을 생성한다.However, many yeasts, such as the commonly used brewer's and split yeast groups, prefer to ferment through breathing. These yeasts produce ethanol even in the presence of oxygen, given the right kind of nutrients.

예컨대, 발효주정은 전분질, 당질 원료 등을 효모를 이용하여 발효시켜 만든 것이다. 주정 생산 과정은 하기 표 2와 같다.For example, fermented alcohol is made by fermenting starch, sugar raw materials and the like using yeast. Alcohol production process is shown in Table 2 below.

단 계step 내 용Contents 분 쇄Crushing 쌀, 보리 등의 원료를 분쇄하는 과정Process of grinding raw materials such as rice and barley 증 자Capital increase 분쇄된 원료를 물과 섞은 후 증기를 투입, 온도를 올려 풀과 같은 상태로 만들어 효소 침투가 용이하게 하는 과정Process of mixing the pulverized raw material with water and then adding steam and raising the temperature to make it look like grass to facilitate enzyme penetration 당 화Saccharification 증자과정을 거친 원료에 당화효소를 투입하여 당을 생성하는 과정Process of producing sugar by adding glycosylation enzyme to the raw material which has been increased 발 효Fermentation 당화과정에서 만들어진 포도당에 효모를 투입해 알코올을 생성하는 과정. 이 과정에서 알콜도수 10% 정도의 알코올과 이산화탄소가 생성됨Yeast is injected into the glucose produced during the saccharification process to produce alcohol. This process produces about 10% alcohol and carbon dioxide 증 류Distillation 발효과정에서 생성된 알코올을 고순도의 알코올로 농축하는 과정. 5개의 증류탑을 거치면서 불순물이 완전 제거됨Concentrates the alcohol produced during fermentation into alcohol of high purity. Impurities are completely removed through five distillation columns 검 정black 증류과정을 거친 알코올(보통 96%)을 일정한 도수(95%)로 맞추는 과정Distillation of alcohol (usually 96%) to a constant frequency (95%) that 장출Jangsu  Go 검정된 주정을 분석한 뒤 품질기준에 적격한 경우 저장탱크로 이동. 저장탱크에서 탱크로리, 드럼, 캔 등의 형태로 출고After analyzing the tested spirits, if they meet the quality criteria, they move to the storage tank. Out of storage tanks in the form of tank lorry, drums, cans, etc.

한편, 발효조(fermentor)는 생물 반응기라고도 부르며, 생물반응기(bioreactor)에 사용되는 생체촉매는 효소, 미생물, 동물세포 및 식물세포가 있으며 이 생체촉매를 현탁(suspension) 상태 또는 고정화하여(immobilized) 사용한다.Fermenters are also called bioreactors, and biocatalysts used in bioreactors include enzymes, microorganisms, animal cells, and plant cells, which are suspended or immobilized. do.

발효 또는 세포 배양법에는 회분식 배양(batch culture), 연속식 배양(continuous culture), 유가식 배양(fed-batch culture)이 있고 발효조의 종류에는 통기 교반형 발효조(stirred tank fermentor), 기포탑형 발효조(air-lift fermentor)과 유동층 발효조(fluidized fermentor) 등이 있다. 도 1 및 도 2에는 각각 통기교반형 발효조 및 기포탑형 발효조가 예시되어 있다.Fermentation or cell culture methods include batch culture, continuous culture, fed-batch culture, and the types of fermenters include agitated tank fermenters and bubble column fermenters. lift fermentors and fluidized fermenters. 1 and 2 illustrate an aeration stirring fermentation tank and a bubble column fermentation tank, respectively.

기존 아민계열 흡수제, 암모니아 흡수제 또는 아민 함침 흡착제를 사용할 경우 흡수제의 휘발에 의해 인체 및 식품에 악영향을 끼친다. 따라서, 제조 시설의 실내 및 식음료 공정에 적합한 비휘발성, 무독성, 생분해성 고효율 CO2 흡수제 개발이 필요하다.In case of using existing amine absorbent, ammonia absorbent or amine impregnated absorbent, volatilization of absorbent adversely affects the human body and food. Accordingly, there is a need for the development of nonvolatile, nontoxic, biodegradable, high efficiency CO 2 absorbents suitable for indoor and food and beverage processes in manufacturing facilities.

대표적인 CO2 흡수제인 화학식 1의 MEA(Monoethanolamine)는 높은 반응열, 열화물 생성, 부식문제와 흡수제를 재생할 때 많은 에너지가 소모되는 단점을 가지고 있다. Monoethanolamine (MEA) of Formula 1, which is a representative CO 2 absorbent, has the disadvantage of high heat of reaction, heat generation, corrosion and regeneration of the absorbent.

Figure pat00001
Figure pat00001

MEA 흡수제에 의한 재료 부식은 약 100℃부터 시작하여 약 120℃에서 탄소강과 스테인레스강에 대하여 0.2~1 mm/yr 이다. 부식방지제를 첨가하여 부식을 막고 있지만 자체 휘발도에 의한 손실도 불가피하게 나타난다. Material corrosion by MEA absorbents starts at about 100 ° C and is about 0.2 to 1 mm / yr for carbon and stainless steels at about 120 ° C. Preservatives are added to prevent corrosion, but loss due to volatilization is inevitable.

반면, 아미노산 흡수제는 아민흡수제 대비 아래 표와 같은 장점이 있다.On the other hand, the amino acid absorbent has the advantages as shown in the table below compared to the amine absorbent.

No vapor pressureNo vapor pressure Less sensitive to O2 Less sensitive to O 2 Naturally present Naturally present - Non-volatile
- Inflammable
- Not explosive
- Odorless
- No inhalation risk
Non-volatile
-Inflammable
-Not explosive
-Odorless
No inhalation risk
- No degradation No degradation - Biodegradable
- Nontoxic
- Environmentally friendly
-Biodegradable
-Nontoxic
-Environmentally friendly

아미노산은 아민기(-NH2)와 카복시(-COOH)기를 모두 가진 분자를 지칭하며, 일반적으로는 두 작용기가 하나의 탄소에 붙어있는 알파-아미노산(HOOC-CH(R)-NH2)을 일컫는다. 아미노산은 수용액상에서 산성을 띠는 카르복실기에 함유되어 있는 수소이온을 염기성의 아미노기에 제공하여 양자화되어 있기 때문에 이산화탄소와 직접적으로 반응할 수 없다.An amino acid refers to a molecule having both an amine group (-NH 2 ) and a carboxy (-COOH) group, and generally refers to an alpha-amino acid (HOOC-CH (R) -NH 2 ) in which both functional groups are attached to one carbon. It is called. Amino acids cannot directly react with carbon dioxide because they are quantized by providing a basic amino group with hydrogen ions contained in an acidic carboxyl group in an aqueous solution.

아미노산 함유 수용액에 알칼리금속을 첨가하면, 알칼리금속은 양성자가 유실된 카르복실기에 치환되고, 알칼리금속의 OH-와 암모늄이온의 H+이 결합함으로써 이산화탄소 흡수에 관여하는 아미노기 작용기를 생성시킬 수 있다.When the alkali metal is added to the aqueous solution containing amino acid, the alkali metal is substituted with a carboxyl group in which the protons are lost, and the OH of the alkali metal and H + of the ammonium ion are bonded to each other to form an amino group functional group involved in carbon dioxide absorption.

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명은 높은 반응열, 열화물 생성, 부식문제와 흡수제를 재생할 때 많은 에너지 소모를 가진 기존 아민 흡수제의 단점을 극복하기 위한 아미노산염 흡수제를 적용한 친환경이며 에너지효율적인 저감기술개발을 통하여 생산성 향상 및 에너지절감 기술을 개발하고자, 다양한 종류의 아미노산을 대상으로 기-액 흡수 상평형 실험을 통해 주류 공정에 적합한 아미노산 흡수제를 선별하였다.The present invention improves productivity and energy savings through the development of eco-friendly and energy-efficient reduction technology by applying amino acid salt absorbent to overcome the disadvantages of high amine heat absorber which has high energy consumption, high heat generation, deterioration of corrosion and regeneration of absorbent. To develop the technology, amino acid absorbents suitable for the mainstream process were selected through gas-liquid absorption phase equilibrium experiments on various kinds of amino acids.

L-alanine(C3H7NO2)은 단백질의 합성에 사용되는 아미노산으로 인체에서 합성 할 수 있기 때문에 음식으로 섭취해야 하는 필수 아미노산이 아니며, 거의 모든 단백질성분에 존재한다. 백색 가루로 물에 용해되면 투명하고, 특유의 단백질 냄새가 없으며 이산화탄소흡수 용량은 낮지만 흡수 속도가 빠르고 밀도, 점도가 낮아 기액 접촉 효율이 우수한 특성을 가지고 있다. L-alanine (C 3 H 7 NO 2 ) is an amino acid used in the synthesis of proteins and is not an essential amino acid to be consumed in food because it can be synthesized in the human body, and is present in almost all protein components. When dissolved in water as white powder, it is transparent, has no peculiar protein odor and has low carbon dioxide absorption capacity but high absorption rate, low density and viscosity, and has excellent gas-liquid contact efficiency.

기-액 상평형(VLE) 실험 장치를 사용하여 아미노산염 흡수제 screening 결과, 에 나타난 바와 같이 L-lysine이 가장 우수한 이산화탄소흡수 성능을 나타내었으며, L-proline 및 L-alanine, sarcosine의 경우에도 비교적 우수한 성능을 보였으며, 상기 아미노산 흡수제 중에서 우수한 흡수성능을 보이는 L-lysine, L-proline, L-alanine을 대상으로 VLE 장치를 이용한 흡수 속도 평가 결과 L-alanine과 L-proline의 흡수 속도가 상대적으로 빠르게 나타났다(도 3).Screening of amino acid salt absorbents using gas-liquid phase equilibrium (VLE) test results showed that L-lysine showed the best carbon dioxide absorption performance, and that L-proline, L-alanine and sarcosine were relatively good. As a result of evaluating the absorption rate using the VLE device for L-lysine, L-proline and L-alanine, which showed excellent absorption performance among the amino acid absorbents, the absorption rate of L-alanine and L-proline was relatively fast. Appeared (FIG. 3).

고농도의 CO2가 배출되는 발효 산업공정에서는 CO2 흡수액과의 기액접촉을 통해 CO2 함유 가스로부터 CO2 제거시, CO2 흡수 용량뿐만아니라 CO2 흡수 속도도 중요하다.In the fermentation industrial process in which high concentrations of CO 2 are emitted, the CO 2 absorption capacity as well as the CO 2 absorption capacity are important when removing CO 2 from the CO 2 containing gas through gas-liquid contact with the CO 2 absorption liquid.

L-alanine 흡수제는 L-lysine 흡수제에 비해 흡수용량은 다소 낮지만 흡수속도가 빠르고 냄새가 없으며 밀도, 점도가 낮아 거품 발생 문제가 없다. 스크러버에서 L-lysine의 이산화탄소 흡수 실험 결과에 따르면, 거품 발생으로 인한 역류 및 단백질 냄새 등의 문제점이 발생하였고, L-alanine의 경우에는 L-lysine에 비하여 흡수용량은 낮지만 흡수속도가 빠르고, 거품이 발생하지 않으며 특유의 단백질 냄새가 없는 특성으로 나타났다. L-alanine absorbents have a slightly lower absorption capacity than L-lysine absorbents, but the absorption speed is fast, there is no smell, and there is no problem of foaming due to low density and viscosity. According to the experimental results of carbon dioxide absorption of L-lysine in the scrubber, problems such as backflow and protein odor caused by foaming occurred, and L-alanine had lower absorption capacity but faster absorption rate and foam than L-lysine. It does not occur and appeared to have no peculiar protein odor.

따라서, 본 발명은 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스를 배출하는 주류 및 식품 제조 공정에 적용하기 위한 친환경 흡수제로 L-alanine을 선정하여, 스크러버를 통해 대규모로 고농도 CO2 함유 배기 가스를 처리하는 것이 특징이다. Accordingly, the present invention selects L-alanine as an eco-friendly absorbent for application to the mainstream and food manufacturing process that discharges high concentration CO 2 containing exhaust gas of 20,000ppm or more, and processes the high concentration CO 2 containing exhaust gas through a scrubber on a large scale. Is characteristic.

L-lysine 흡수제를 이용하여 스크러버 운전 시 과다한 거품이 발생하여 스크러버 상부로 흡수제가 역류하는 현상(flooding)이 발생하였다. 이러한 거품 발생은 스크러버 내부에서 기-액 접촉을 방해하여 흡수 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.Using the L-lysine absorbent caused excessive foaming during scrubber operation, causing the absorbent to flow back onto the scrubber. This foaming acts as a factor of impairing the gas-liquid contact inside the scrubber to lower the absorption performance.

또한, 본 발명은 L-alanine을 이용한 스크러버의 CO2 제거효율 실험으로부터, 하기와 같이 도출된 결과를 통해 주류공정 내 고농도 CO2 저감 공정에 활용가능성을 확인하였다:In addition, the present invention confirmed the applicability in the high concentration CO 2 reduction process in the mainstream process through the results derived as follows from the CO 2 removal efficiency of the scrubber using L-alanine:

(1) 스크러버의 설계 및 제작을 위하여 5LPM (Lab-scale) CO2 흡수 반응기를 이용하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도 도출 실험한 결과 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 액가스비는 18 L/m3, 공탑속도는 0.14 m/s로 산정되었음.(1) As a result of experiment of deriving the liquid gas volume and tower speed, which are design conditions, using the 5LPM (Lab-scale) CO 2 absorption reactor for the design and manufacture of the scrubber, the liquid gas ratio of 85% or more of CO 2 removal rate for the mainstream process 18 L / m 3 , tower speed was estimated to be 0.14 m / s.

(2) 설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기로 실험한 결과, 풍량이 1, 2, 3, 4, 5 m3/min 증가시 CO2 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였고. 스크러버에서 L-alanine의 흡수 재현성이 높은 것으로 확인되었음.(2) As a result of experiment with 5 m 3 / min class CO 2 absorption reactor based on design factor, CO 2 removal rate was 98.47%, 96.46 when the air volume increased by 1, 2, 3, 4, 5 m 3 / min. %, 92.95%, 89.71%, 85.49%. The scrubber was found to have high absorption reproducibility of L-alanine.

(3) 본 발명에 의해 5.4%의 에너지를 절감할 수 있으며, 에너지 절감량은 11.5 TOE/year, 온실가스 감축량은 6.5 TC/year로 산정되었음.(3) According to the present invention, it is possible to save 5.4% of energy, and the energy saving amount is 11.5 TOE / year, and the greenhouse gas reduction amount is 6.5 TC / year.

L-alanine의 아미노산염 흡수제의 경우에는 아민흡수제에 비하여 휘발도가 낮아 손실이 적으며, 부반응 및 부식특성이 거의 없으며, 재생에너지가 낮아 환경 친화적 흡수제이다. L-alanine의 아미노산염을 이용한 이산화탄소 포집 공정의 가장 큰 장점은 가열을 통해 쉽게 이산화탄소를 탈리시킬 수 있다는 것이다. 이산화탄소가 탈리된 L-alanine의 아미노산염은 이산화탄소를 포집할 수 있는 능력을 회복하게 되며, 이로인해 흡수/재생을 반복적으로 진행할 수 있다. L-alanine의 아미노산염 흡수제는 흡수제의 재생 시스템 및 재생 비용에 의한 경제성이 확보될 수 있으므로, 실제 공정에 적용될 수 있다L-alanine's amino acid salt absorbent has low volatility compared to amine absorbent, so there is little loss, little side reaction and corrosion characteristics, and low renewable energy. The biggest advantage of the carbon dioxide capture process using the amino acid salt of L-alanine is that it can be easily desorbed by heating. The amino acid salt of L-alanine from which carbon dioxide has been released restores its ability to capture carbon dioxide, thereby allowing the absorption / regeneration to proceed repeatedly. L-alanine amino acid salt absorbent can be applied to the actual process because the economical efficiency by the regeneration system and the regeneration cost of the absorbent can be secured

따라서, 본 발명에 따른 주류 제조 공정은Therefore, the liquor manufacturing process according to the present invention

스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 주류 제조 공정 중 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및In the scrubber, by spraying an aqueous solution of alanine metal salt in which ammonium ion (-NH 3 + ) of alanine is converted to an active amino group (-NH 2 ) with a CO 2 absorbent, a high concentration of CO 2 -containing exhaust gas and gaseous liquid of 20,000 ppm or more during the mainstream manufacturing process Contacting and converting to a low concentration CO 2 containing exhaust gas of not more than 5,000 ppm; And

제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함한다.And a second step of regenerating the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent absorbing CO 2 through gas-liquid contact in the first step and reusing the CO 2 absorbent.

이때, 주류 제조 공정 중 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스는 미생물을 포함하는 발효조에서 유래된 것일 수 있다. At this time, the high concentration CO 2 containing exhaust gas of at least 20,000ppm during the liquor manufacturing process may be derived from a fermentation tank containing a microorganism.

또한, 본 발명에 따른 발효 공정은In addition, the fermentation process according to the present invention

스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 발효 공정 중 5,000ppm 초과의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 CO2 제거율 85% 이상으로 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및In the scrubber, a CO 2 absorber alanine ammonium ion (-NH 3 +) is an active amino group (-NH 2) by spraying an aqueous metal salt solution converted to alanine, the fermentation process of the high concentration of 5,000ppm CO 2 containing exhaust gas and the liquid in excess of the Contacting to convert to a low concentration CO 2 containing exhaust gas of 5,000 ppm or less at a CO 2 removal rate of at least 85%; And

제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함한다.And a second step of regenerating the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent absorbing CO 2 through gas-liquid contact in the first step and reusing the CO 2 absorbent.

이때, 발효 공정 중 5,000ppm 초과의 고농도 CO2 함유 배기 가스는 미생물을 포함하는 발효조에서 유래된 것일 수 있다.At this time, the high concentration CO 2 containing exhaust gas of more than 5,000ppm during the fermentation process may be derived from the fermentation tank containing microorganisms.

제1단계에서, CO2 흡수제는 수용액에서 알라닌의 -NH3 +를 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)을 포함한 것일 수 있다.In the first step, the CO 2 absorbent may include an alkali metal hydroxide (MOH) capable of activating -NH 3 + of alanine to -NH 2 in an aqueous solution.

알칼리금속의 종류와는 상관없이 알칼리 양이온 공급으로부터 -NH3 +가 -NH2로 활성화될 수 있다. 상기 수산화알칼리금속(MOH)의 비제한적이 예로는 NaOH, LiOH, KOH 등이 있다.Regardless of the type of alkali metal, -NH 3 + can be activated as -NH 2 from an alkali cation feed. Non-limiting examples of the alkali metal hydroxide (MOH) is NaOH, LiOH, KOH and the like.

제1단계에서, 고농도 CO2 함유 배기 가스는 탈취팬에 의하여 포집될 수 있다.In the first step, the high concentration CO 2 containing exhaust gas may be collected by a deodorizing fan.

스크러버는 CO2 함유 가스주입부, 기액접촉모듈을 구비한 CO2 흡수반응기, CO2 흡수제 공급 탱크, 가스분석계측부로 구성될 수 있다(도 5).The scrubber may be composed of a CO 2 containing gas injection unit, a CO 2 absorption reactor equipped with a gas-liquid contact module, a CO 2 absorbent supply tank, and a gas analysis measurement unit (FIG. 5).

본 발명의 일례에 따른 스크러버는 CO2 함유 가스가 스크러버 본체(CO2 흡수반응기)의 가스 주입구로 이송되어 각 단별의 충진층을 통과하며 충진층 상부의 SPRAY 배관에 의해 분사되어진 CO2 흡수액과 기액접촉에 의해 CO2을 저감하는 설비일 수 있다.In the scrubber according to one embodiment of the present invention, the CO 2 containing gas is transferred to the gas inlet of the scrubber main body (CO 2 absorption reactor) and passes through the filling layers of each stage, and the CO 2 absorbing liquid and gas-liquid sprayed by the SPRAY pipe on the top of the filling layer. It may be a facility for reducing CO 2 by contact.

본 발명에 따라 스크러버에서 CO2 흡수액과의 기액접촉을 통해 고농도의 CO2 함유 가스로부터 이산화탄소를 제거하는 방법은, 화학흡착을 통해 CO2를 흡수한 CO2 흡수액으로부터 가열을 통해 CO2를 탈거하여 CO2 흡수액을 재생하고, 재생된 CO2 흡수액을 재사용할 수 있다.Method for removing carbon dioxide from a high concentration of CO 2 containing gas through the gas-liquid contact with the CO 2 absorbing solution in the scrubber according to the invention, by using the heat from the CO 2 absorbing liquid that has absorbed the CO 2 through chemisorption stripping the CO 2 The CO 2 absorbent liquid can be regenerated and the regenerated CO 2 absorbent liquid can be reused.

예컨대, 본 발명에 따라 스크러버에서 CO2 흡수액과의 기액접촉을 통해 고농도의 CO2 함유 가스로부터 CO2 를 제거하는 방법은 흡수탑에 CO2 흡수액 및 CO2 함유 배기 가스를 각각 공급하되, 기액접촉모듈에서 흡수액으로 CO2 함유 배기 가스 중의 CO2를 흡수하고, CO2를 흡수한 CO2 함유 흡수액 및 CO2가 제거된 배기 가스를 각각 배출하고; 흡수탑으로부터 배출된 CO2 함유 흡수액을 재생탑에서 가열에 의해 CO2를 기화시키고, 기상의 CO2 및 흡수액을 각각 배출하여 흡수액을 재생할 수 있다.For example, but how in the scrubber according to the invention through the gas-liquid contact with CO 2 absorbing liquid to remove the CO 2 from the high concentration of CO 2 containing gas is supplied to the CO 2 absorbing solution and the CO 2 containing exhaust gas in the absorber, respectively, the gas-liquid contact in the module the absorption liquid absorbs the CO 2 in the CO 2 containing exhaust gas and discharging the CO 2 absorbing solution and the CO-containing exhaust gas is removed by absorbing the 2 and CO 2, respectively; Vaporize the CO 2 by heating the CO 2 absorbing solution discharged from the absorption tower contained in tower and reproduction, respectively, and discharging the CO 2 absorbing solution in the gas phase can be regenerated by absorbing liquid.

CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생하는 제2단계에서, CO2 흡수제의 재생 상태는 CO2 흡수제의 pH 측정을 통해 확인할 수 있다. 재생될수록 CO2 흡수제의 pH는 증가하며, 재생정도에 따른 CO2 흡수제의 기지(旣知)의 pH 값으로부터 CO2 흡수제의 pH 측정을 통해 CO2 흡수제의 재생 정도를 확인할 수 있다.In the second step for reproducing the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent that absorbs CO 2, playback state of the CO 2 absorbent may be determined by measuring the pH of the CO 2 absorbent. As the regeneration is increased, the pH of the CO 2 absorbent increases and the regeneration of the CO 2 absorbent can be confirmed by measuring the pH of the CO 2 absorbent from the known pH value of the CO 2 absorbent according to the regeneration degree.

CO2 흡수제의 재생을 위한 가열 온도는 100 ~ 250 ℃로 조절하는 것이 바람직하다. 100 ℃ 이상에서 수증기압에 의해 이산화탄소 탈리 효율이 향상되며 250 ℃ 초과에서는 알라닌이 분해될 수 있다.The heating temperature for regeneration of the CO 2 absorbent is preferably adjusted to 100 to 250 ° C. Above 100 ° C., the carbon dioxide desorption efficiency is improved by water vapor pressure, and above 250 ° C., alanine may be decomposed.

한편, 스크러버에서 CO2 흡수제를 노즐 분사시 거품발생하지 않도록 수용액 내 알라닌 금속염을 형성할 수 있는 알라닌의 농도를 0.1 ~ 5 M 내에서 조절하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable to control the concentration of alanine within 0.1 ~ 5M to form alanine metal salt in the aqueous solution so that the scrubber does not bubble when spraying the CO 2 absorbent nozzle.

본 발명에 따라 스크러버에서 CO2 흡수제와의 기액접촉을 통해 고농도 CO2 함유 배기 가스에서 CO2 제거율 85% 이상으로 조절하기 위해, 추가로 액가스비는 1 ~ 20 L/m3 및 공탑속도는 0.1 ~ 1 m/s로 조절할 수 있다.According to the present invention, in order to adjust the CO 2 removal rate to 85% or more in the high concentration CO 2 -containing exhaust gas through gas-liquid contact with the CO 2 absorbent in the scrubber, the liquid gas ratio is 1 to 20 L / m 3 and the axle speed is 0.1 Can be adjusted from ~ 1 m / s.

본 발명에 따라 스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시키면, 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 CO2 저감시킬 수 있다. 또한, 주류 제조 공정 및 발효 공정에서 본 스크러버 장치를 작동했을 경우 실내 이산화탄소 농도는 감소시키기 위해 추가 도입되는 외기를 포함한 실내 공기량에 대한 온도 제어 시 냉난방 장비가동을 위한 상당한 에너지 손실이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.According to the present invention, in the scrubber, an aqueous solution of alanine metal salt in which ammonium ion (-NH 3 + ) of alanine is converted into an active amino group (-NH 2 ) as a CO 2 absorbent is sprayed, and a high concentration of CO 2 -containing exhaust gas and gaseous gas is 20,000 ppm or more. when in contact, it is possible to reduce CO 2 in the low-concentration CO 2 containing exhaust gas of 5,000 ppm or less. In addition, the operation of the scrubber in the liquor manufacturing process and the fermentation process solves the problem of significant energy loss for operating the heating and cooling equipment when controlling the temperature of the indoor air, including the external air, which is additionally introduced to reduce the indoor carbon dioxide concentration. Can be.

도 1 및 도 2는 각각 통기교반형 발효조 및 기포탑형 발효조를 예시한 것이다.
도 3은 L-lysine, L-alanine, L-proline 흡수제의 이산화탄소 흡수 속도를 비교한 그래프이다.
도 4는 L-lysine, L-alanine, L-proline 흡수제의 이산화탄소 흡수용량 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 3에서 사용한 습식스크러버를 도시한 개념도이다.
도 6은 실시예 3에서 액가스량(Liquid to gas ratio, L/m3)에 따른 CO2 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 7은 실시예 3에서 공탑속도에 따른 CO2 제거율을 나타낸 그래프(CO2 Removal Efficiency according to Superficial velocity(m/s))이다.
도 8은 실시예 3에서 유입팬의 rpm과 풍량 (Flow rates) CMM의 상관식을 나타낸 그래프이다.
도 9는 실시예 3에서 풍량 (Flow rates)에 따른 CO2 농도를 나타낸 그래프이다.
도 10은 실시예 3에서 풍량 (Flow rates)에 따른 CO2 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 11는 실시예 3에서 연속적인 CO₂ 포집 및 재생 공정을 테스트하는 시스템(Schematic diagram of continuous process for CO₂ capture and regeneration)을 도시한 개념도다.
도 12는 L-lysine 및 L-alanine의 재생 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 L-lysine 및 L-alanine의 재생율(regeneration efficiency)을 비교한 그래프이다.
도 14는 L-lysine 및 L-alanine의 연속적인 재생율(Continuous regeneration efficiency)을 비교한 그래프이다.
1 and 2 illustrate aeration stirring fermentation tank and bubble column fermentation tank, respectively.
Figure 3 is a graph comparing the carbon dioxide absorption rate of L-lysine, L-alanine, L-proline absorbent.
Figure 4 is a graph showing the measurement results of carbon dioxide absorption capacity of L-lysine, L-alanine, L-proline absorbent.
FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating a wet scrubber used in Example 3. FIG.
Figure 6 is a graph showing the CO 2 removal rate according to the liquid gas amount (Liquid to gas ratio, L / m 3 ) in Example 3.
Figure 7 is a graph showing the CO 2 removal rate according to the tower speed in Example 3 (CO 2 Removal Efficiency according to Superficial velocity (m / s)).
8 is a graph showing a correlation between the rpm of the inlet fan and the flow rate CMM in Example 3. FIG.
FIG. 9 is a graph showing CO 2 concentration according to flow rates in Example 3. FIG.
10 is a graph showing the CO 2 removal rate according to the flow rate in Example 3.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a system for testing a continuous CO 2 capture and regeneration process in Example 3 (Schematic diagram of continuous process for CO 2 capture and regeneration).
12 is a graph showing the results of regeneration experiments of L-lysine and L-alanine.
13 is a graph comparing regeneration efficiency of L-lysine and L-alanine.
14 is a graph comparing continuous regeneration efficiency of L-lysine and L-alanine.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1: 주류 공정에 적합한 아미노산 흡수제를 선별 1: Screening amino acid absorbents suitable for mainstream processes

하기 표 4에 예시된, 다양한 종류의 아미노산을 대상으로 기-액 상평형(VLE) 실험 장치를 사용하여 기-액 흡수 상평형 실험을 통해 주류 공정에 적합한 아미노산 흡수제를 선별하였다.The amino acid absorbents suitable for the mainstream process were selected through gas-liquid absorption equilibrium experiments using a gas-liquid phase equilibrium (VLE) test apparatus for various kinds of amino acids, as shown in Table 4 below.

Figure pat00003
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상기 아미노산의 아미노그룹(-NH2)을 활성화시키기 위하여 KOH를 같은 몰 비로 혼합한 0.1 M 농도의 아미노산염 수용액을 제조하여 이산화탄소 흡수 성능을 평가하였다. In order to activate the amino group (-NH 2 ) of the amino acid to prepare a 0.1 M aqueous solution of amino acid salt concentration of KOH in the same molar ratio to evaluate the carbon dioxide absorption performance.

이로부터 상기 아미노산염 흡수제 screening 결과, L-lysine이 가장 우수한 이산화탄소흡수 성능을 나타내었으며, L-proline 및 L-alanine, sarcosine의 경우에도 비교적 우수한 성능을 보였다.From the screening results of the amino acid salt absorbent, L-lysine showed the best carbon dioxide absorption performance, and L-proline, L-alanine, sarcosine also showed a relatively good performance.

상기 아미노산 흡수제 중에서 우수한 흡수성능을 보이는 L-lysine, L-proline, L-alanine을 대상으로 VLE 장치를 이용한 흡수 속도 평가 결과 L-alanine과 L-proline의 흡수 속도가 상대적으로 빠르게 나타났다(도 3).As a result of evaluating the absorption rate using the VLE device for L-lysine, L-proline, and L-alanine showing excellent absorption among the amino acid absorbents, the absorption rate of L-alanine and L-proline was relatively fast (FIG. 3). .

한편, 아미노산 흡수제의 CO2 흡수용량을 평가하기 위해 흡수 반응 시스템(CSTR)을 구축하여 흡수성능을 평가하였다.Meanwhile, in order to evaluate the CO 2 absorption capacity of the amino acid absorbent, an absorption reaction system (CSTR) was constructed to evaluate the absorption performance.

도 4에는 L-lysine, L-alanine, L-proline 흡수제의 이산화탄소 흡수용량 측정결과를 나타내었다.Figure 4 shows the measurement results of carbon dioxide absorption capacity of L-lysine, L-alanine, L-proline absorbent.

VLE 및 CSTR screening 결과와 같이 L-lysine 흡수제가 흡수용량 0.67로 가장 높은 이산화탄소 흡수용량을 나타내었으며, L-alanine과 L-proline 흡수제는 각각 0.61, 0.52의 이산화탄소 흡수용량을 나타내었다.As shown in the VLE and CSTR screening results, L-lysine absorbent showed the highest CO2 absorption capacity with 0.67 absorption capacity, and L-alanine and L-proline absorbents showed carbon dioxide absorption capacity of 0.61 and 0.52, respectively.

실시예Example 2: 실내 및 식품공정에서 L- 2: L- in indoor and food process alaninealanine 흡수제의 우수성 및 적합성 Excellence and suitability of absorbent

실시예 1의 결과와 같이 L-lysine 흡수제가 우수한 이산화탄소 흡수 성능을 나타내었으나, 현장 테스트를 진행하는 과정에서 L-lysine 특유의 단백질 냄새로 인하여 테스트를 중단하였다.As shown in Example 1, the L-lysine absorbent showed excellent carbon dioxide absorption performance, but the test was stopped due to the unique protein smell of L-lysine during the field test.

또한, L-lysine 흡수제를 이용하여 스크러버 운전 시 과다한 거품이 발생하여 스크러버 상부로 흡수제가 역류하는 현상(flooding)이 발생하였다. 이러한 거품 발생은 스크러버 내부에서 기-액 접촉을 방해하여 흡수 성능을 저하시키는 요인으로 작용한다.In addition, when the scrubber is operated using the L-lysine absorbent, excessive foaming occurs, causing the absorbent to flow back onto the scrubber. This foaming acts as a factor of impairing the gas-liquid contact inside the scrubber to lower the absorption performance.

반면, L-alanine 흡수제는 L-lysine 흡수제에 비해 흡수용량은 다소 낮지만 흡수속도가 빠르고 냄새가 없으며 밀도, 점도가 낮아 거품 발생 문제가 없었다.On the other hand, L-alanine absorbents have somewhat lower absorption capacity than L-lysine absorbents, but the absorption rate is fast, no smell, and there is no problem of foaming due to low density and viscosity.

실시예Example 3: L- 3: L- alanine의alanine 아미노산염Amino acid salt 흡수제의 이산화탄소 흡수 성능평가 Carbon dioxide absorption performance evaluation of absorbent

3-1. Lab-scale CO3-1. Lab-scale CO 22 흡수 반응기 Absorption reactor

L-alanine(Daejungchem, 순도 >99%) 45 g을 물 500 ml에 용해한 시약(A)와 KOH(Daejungchem, 순도 >85%) 30g을 물 425 ml에 용해한 시약(B)를 1:1로 혼합하여 CO2 흡수제 1 kg을 제조하는 것으로 시약(A)에 시약(B)를 천천히 넣으면서 교반하여, CO2 흡수제를 준비하였다.Reagent (A), in which 45 g of L-alanine (Daejungchem, purity> 99%) was dissolved in 500 ml of water, and reagent (B), in which 30 g of KOH (Daejungchem, purity> 85%) was dissolved in 425 ml of water, were mixed 1: 1. and the mixture was stirred slowly rolling the reagents (B) to the reagent (a) by preparing a CO 2 absorber 1 kg, to prepare a CO 2 absorbent.

5 L/min(Lab-scale) CO2 흡수 반응기는 도 5와 같은 습식스크러버로 가스주입부, 흡수 반응기, 흡수제 공급 탱크, 가스분석계측부로 구성되어 있다. 흡수 반응기는 길이 80 cm, 직경 9 cm 크기의 아크릴로 제작하였고, 반응기 내부에 노즐 4개를 연결하였다.5 L / min (Lab-scale) CO 2 absorption reactor is a wet scrubber as shown in Figure 5 is composed of a gas injection unit, absorption reactor, absorbent supply tank, gas analysis measurement unit. The absorption reactor was made of acrylic of 80 cm in length and 9 cm in diameter, and four nozzles were connected inside the reactor.

흡수물질로 사용된 CO2 표준가스(Deokyang Co.)는 고농도에서 흡수제의 흡수 성능을 도출하기 위하여 주류공정 내 고농도의 CO2 조건을 고려하여 2% CO2와 함께 질소를 balance로 한 고농도의 표준가스를 흡수물질로 사용하였고, 반응기에 유입되기 전에 유량계를 통해 일정하게 공급하였다. A standard CO 2 gas (Deokyang Co.) is a high concentration of a standard nitrogen as balance with 2% CO 2 in consideration of the process liquor in a high concentration of CO 2 condition in order to derive the absorption performance of the absorbent at the high concentration used in the absorbent material The gas was used as an absorbent material and was constantly fed through a flow meter before entering the reactor.

또한, 상온(25℃), 상압(1 atm)에서 흡수실험을 수행하였고, CO2 가스 농도는 AQ200(KIMO Co.)을 반응기 출구에 설치하여 by-pass를 통해 입구농도와 출구농도를 실시간으로 측정하였다.In addition, absorption experiments were performed at room temperature (25 ℃) and atmospheric pressure (1 atm), and CO 2 gas concentration was set at the reactor outlet by AQ200 (KIMO Co.), and the inlet and outlet concentrations were real-time by-pass. Measured.

[이산화탄소 흡수 성능평가][ CO2 absorption performance evaluation ]

스크러버의 설계 및 제작을 위하여 5 L/min(Lab-scale) CO2 흡수 반응기를 이용하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도 도출실험을 수행하였다. 도 6은 액가스량에 따른 CO2 제거율을 나타낸 것이다. 액가스량 산정을 위하여 가스 유량 3 L/min, 흡수제 0.5 M, CO2 농도 2% 조건(주류공정 기준)으로 실험을 수행하였다. 흡수제의 농도가 높으면 거품이 발생하기 때문에 0.5 M로 낮춰서 실험하였다. 액가스비 2, 5~25 L/m3(5 L/m3 간격)으로 실험을 진행하여 액가스비가 20 L/m3일 때 CO2가 86.4% 제거되어 가장 높은 제거율을 나타났고, 25 L/m3에서 85.5%로 감소하는 것으로 나타났다. 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 액가스비는 18 L/m3으로 산정되었다.For the design and fabrication of the scrubber, the experiment of deriving the liquid gas volume and the tower speed were carried out using a 5 L / min (Lab-scale) CO 2 absorption reactor. Figure 6 shows the CO 2 removal rate according to the amount of liquid gas. In order to calculate the amount of liquid gas, the experiment was carried out under the conditions of gas flow rate 3 L / min, absorbent 0.5 M, CO 2 concentration (based on the mainstream process). When the concentration of the absorbent is high, bubbles are generated. Experiment with liquid gas ratio 2, 5 ~ 25 L / m 3 (5 L / m 3 intervals) showed that the highest removal rate was achieved by removing 86.4% of CO 2 when the liquid gas ratio was 20 L / m 3 . It was found to decrease from 8 m / m 3 to 85.5%. CO 2 removal rate of 85% or more liquid gas ratio for application to the mainstream process was estimated to 18 L / m 3.

도 7은 공탑속도에 따른 CO2 제거율을 나타낸 것이다. 공탑속도 산정을 위하여 액가스비 18L/m3, 흡수제 0.5 M, CO2 농도 2% 조건으로 실험을 수행하였다. 공탑속도 0.1 m/s일 때, CO2가 86.4% 제거되어 가장 높은 제거율을 나타났고 공탑속도가 증가할수록 CO2 제거율이 감소하는 것으로 나타났다. 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 공탑속도는 0.14 m/s로 산정되었다.Figure 7 shows the CO 2 removal rate according to the tower speed. The experiment was carried out under the conditions of liquid gas ratio of 18L / m 3 , absorbent 0.5 M, CO 2 concentration 2% to determine the tower speed. When the superficial velocity 0.1 m / s, CO 2 is shown to remove 86.4% showed the highest removal rate CO 2 removal rate decreases as the superficial velocity increases. CO 2 removal superficial velocity less than 85% for application to the mainstream process was estimated to be 0.14 m / s.

3-2. 3-2. 5 m5 m 33 /min 급 CO/ min grade CO 22 흡수 반응기 Absorption reactor

5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기의 설계 및 제작을 위하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도에 대하여 실험을 수행하였다. 액가스량 산정을 위하여 가스 유량 3 L/min, 흡수제 0.5 M, CO2 농도 2% 조건으로 Lab-scale 실험을 수행하였고, Lab-scale 실험에서 도출된 설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기의 제원은 표 5와 같다. For the design and fabrication of a 5 m 3 / min class CO 2 absorption reactor, experiments were carried out on the liquid gas volume and the tower speed. Lab-scale experiments were performed under the conditions of gas flow rate 3 L / min, absorbent 0.5 M, and CO 2 concentration 2% to calculate the amount of liquid gas, and 5 m 3 / min based on design factors derived from lab-scale experiments. The specifications of the grade CO 2 absorption reactor are shown in Table 5.

Max. Flow ratesMax. Flow rates 1700 rpm1700 rpm Number of NozzlesNumber of Nozzles 4x2(4 per floor)4x2 (4 per floor) Volume of Absorbent tankVolume of Absorbent tank 1,000 L1,000 L Fan Inlet DamperFan inlet damper ø200ø200 Inlet DuctInlet duct 180x220180 x 220 Scrubber ConeScrubber cone ø900x450Hø900x450H Scrubber BaseScrubber base ø1000+(700Wx1,100L)ø1000 + (700Wx1,100L) Scrubber BodyScrubber body ø900x5,500Hø900x5,500H

스크러버와 흡수제 탱크를 연결하여 스크러버 가동 시 사용한 흡수제는 다시 흡수제 탱크로 이송될 수 있도록 제작하였으며, 2개의 층에 각각 4개의 노즐을 구성하여 다량의 흡수제를 분사시켜 기액접촉량을 증가시킬 수 있도록 하였다.By connecting the scrubber and absorbent tank, the absorbent used to operate the scrubber was transferred to the absorbent tank again, and four nozzles were formed on each of two layers to inject a large amount of absorbent to increase the amount of gas-liquid contact. .

또한, 유입팬의 풍량은 0~1700 rpm 범위 내에서 조절할 수 있게 제작하였다. 스크러버의 유출구에서 풍속을 측정하고, 유출구 단면적을 곱하여 풍량을 계산하였다. 도 8은 유입팬의 rpm과 풍량의 상관식을 나타낸 자료이다.In addition, the flow rate of the inlet fan was made to be adjusted within the range of 0 ~ 1700 rpm. The wind speed was measured at the outlet of the scrubber, and the air volume was calculated by multiplying the outlet cross-sectional area. 8 is a data showing a correlation between the rpm of the inlet fan and the air flow rate.

스크러버의 이산화탄소 흡수 성능평가를 위해 흡수제가 고르게 분사될 수 있도록 흡수제 탱크에 흡수제를 약 760 L(전체 탱크의 약 70%) 주입하였다. 풍량 1~5 m3/min, 주류공정의 환경조건인 온도(15℃), 상압(1 atm), CO2(2.4%)를 유지한 상태로 스크러버의 전 후단에 CO2 측정기기를 설치하여 스크러버의 제거효율 실험을 수행하였다.In order to evaluate the carbon dioxide absorption performance of the scrubber, about 760 L (about 70% of the total tank) of the absorbent was injected into the absorbent tank so that the absorbent was evenly sprayed. A CO 2 measuring device is installed at the front and rear of the scrubber while maintaining the air flow rate 1 ~ 5 m 3 / min, temperature (15 ℃), atmospheric pressure (1 atm), and CO 2 (2.4%), which are the environmental conditions of the mainstream process. The removal efficiency experiment of the scrubber was performed.

[이산화탄소 흡수 성능평가][ CO2 absorption performance evaluation ]

설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기로 FAN의 풍량을 1 m3/min 부터 5 m3/min 까지 1단계씩 증가시켜 CO2 제거율 실험을 수행하였다. FAN 작동 후 안정화시간 5분 이후부터 30분 동안 실험을 수행하였으며, GASTIGER2000 (YANTSTAR Instrument Co.)을 사용하여 CO2를 측정하였다. CO2 제거율 실험결과는 도 9와 같다. 유입 CO2 농도는 약 24,000 ppm으로 분석되었다.Increased by one step from 5 m 3 / min-grade CO 2 for 1 FAN air volume to the absorption reactor, m 3 / min was created based on the design parameters to 5 m 3 / min of CO 2 removal rate experiments were performed. After FAN operation, the experiment was performed for 30 minutes from 5 minutes after the stabilization time, and CO 2 was measured using GASTIGER2000 (YANTSTAR Instrument Co.). CO 2 removal rate experiment results are shown in FIG. The incoming CO 2 concentration was analyzed at about 24,000 ppm.

풍량이 1, 2, 3, 4, 5 m3/min으로 증가할 경우 CO2 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. 도 10은 풍량별 5회 측정을 통하여 스크러버의 재현성 테스트한 결과이며, 풍량에 따른 CO2 제거실험을 반복적으로 수행한 결과 표준편차는 0.63~0.94 사이로 분석되었다. 본 발명에서 사용하는 L-alanine의 흡수 재현성이 높은 것으로 확인되었다. 풍량 증가할수록 기액 접촉 감소에 따른 CO2 제거율이 감소할 것으로 판단되며, 실험에서 사용된 흡수제의 농도 증가 및 배합방법의 변경이 필요할 것으로 사료된다.When the air volume increased to 1, 2, 3, 4, 5 m 3 / min, the CO 2 removal rate decreased to 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71% and 85.49%. 10 is a result of the reproducibility test of the scrubber through five measurements for each air volume, the standard deviation was analyzed to be 0.63 ~ 0.94 as a result of repeatedly performing the CO 2 removal experiment according to the air volume. It was confirmed that the absorption reproducibility of L-alanine used in the present invention is high. As the air volume increases, the CO 2 removal rate will decrease with decreasing gas-liquid contact, and it is necessary to increase the concentration of the absorbent used in the experiment and change the formulation method.

[에너지 개선율 평가][ Energy Improvement Rate Evaluation ]

MI2883(Metrel Co.)를 유니트쿨러(공조기)에 설치하여 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지개선율을 평가하였다. 시간에 따른 소비전력은 같으므로 5분간 전력량 측정을 통하여 전력량을 측정하였다. 에너지 개선율은 수학식 1을 이용하여 계산하였다.MI2883 (Metrel Co.) was installed in the unit cooler (air conditioner) to evaluate the energy improvement rate before and after using the scrubber. Since power consumption is the same with time, power consumption was measured through power measurement for 5 minutes. The energy improvement rate was calculated using Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서,here,

A : 스크러버 가동 전 유니트쿨러 전력량(kWh)A: Unit cooler power (kWh) before scrubber starts

B : 스크러버 가동 후 유니트쿨러 전력량(kWh)B: Unit cooler power (kWh) after scrubber starts

또한 에너지 절감량(TOE/year) 및 온실가스 감축량(TC/year)은 각각 에너지 절감량(수학식 2) 및 온실가스 감축량(수학식 3)을 이용하여 산정하였다.Energy savings (TOE / year) and greenhouse gas reductions (TC / year) were calculated using energy savings (Equation 2) and greenhouse gas reductions (Equation 3), respectively.

[수학식 2][Equation 2]

Ea = (A-B) × t × U × αEa = (A-B) × t × U × α

여기서,here,

A : 기존시스템의 소비전력(W/unit)A: Power consumption of existing system (W / unit)

B : 개발된 시스템의 소비전력(W/unit)B: Power consumption of the developed system (W / unit)

t : 년간 가동시간(hr/year)t: Uptime per year (hr / year)

U : 실수요량(unit)U: Real quantity unit

α : 환산인자α: conversion factor

[수학식 3][Equation 3]

Eb= Ea × βE b = E a × β

여기서,here,

Ea : 에너지 절감량(TOE/year)Ea: Energy savings (TOE / year)

β : 0.5642(TC/TOE)β: 0.5642 (TC / TOE)

MI2883(Metrel Co.)를 이용하여 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율을 평가한 결과, 본 스크러버 장치를 작동하기 전에는 유니트쿨러(공조기)와 CO2를 외부로 배출하는 외기팬이 항시 작동되는 상황이며, 본 스크러버 장치를 작동한 후에는 유니트쿨러와 외기팬의 작동없이 내부 온도를 낮게 유지할 수 있고, CO2를 과적으로 제거할 수 있었다. 본 스크러버 장치의 작동 유/무에 따른 전력량은 표 6(Wattage according to Scrubber ON/OFF)와 같다.As a result of evaluating the energy improvement rate before and after using the scrubber using MI2883 (Metrel Co.), the unit cooler (air conditioner) and the outside air fan that discharges CO 2 to the outside are always operated before operating the scrubber device. After operating the scrubber system, the internal temperature could be kept low without the unit cooler and the external fan operating and CO 2 could be removed excessively. The amount of power according to the operation of this scrubber device is shown in Table 6 (Wattage according to Scrubber ON / OFF).

Figure pat00005
Figure pat00005

본 스크러버 장치를 작동했을 경우 5.4%의 에너지를 개선할 수 있으며, 흡수제의 농도를 증가시키거나 배합방법의 변경을 통한 CO2 제거율의 향상뿐만 아니라 본 스크러버 장치의 작동시간이 단축되어 에너지 개선율을 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다. 또한 에너지 절감량/온실가스 감축량 산정식을 이용하여, 에너지 절감량은 11.5 TOE/year, 온실가스 감축량은 6.5 TC/year로 산정되었고, 본 스크러버 장치를 이용하여 에너지 절감뿐만 아니라 온실가스 배출량 저감에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.When operating the scrubber device, energy of 5.4% can be improved, and the energy improvement rate is increased by shortening the operating time of the scrubber device as well as improving the CO 2 removal rate by increasing the concentration of the absorbent or changing the mixing method. It seems to be possible. In addition, the energy saving amount / greenhouse gas reduction amount was estimated by 11.5 TOE / year, and the greenhouse gas reduction amount was 6.5 TC / year. It is thought to contribute.

실시예Example 4:  4: 아미노산염Amino acid salt 흡수제의 연속 재생 시스템 구축을 위한 data 확보 및 연속 재생효율을 평가 Data acquisition and evaluation of continuous regeneration efficiency for continuous regeneration system of absorbent

아미노산염 흡수제의 연속 재생 공정 확립 및 재생 효율 확인을 위해 기초실험을 진행하여 아미노산염 흡수제의 연속 재생 시스템 구축을 위한 data 확보 및 연속 재생효율을 평가하였다.Basic experiments were conducted to establish the continuous regeneration process of the amino acid salt absorbent and to confirm the regeneration efficiency. Data acquisition and continuous regeneration efficiency for the continuous regeneration system of the amino acid salt absorbent were evaluated.

연속적인 이산화탄소 흡수/재생실험을 위해 별도로 도 11에 도시된 실험 장치를 구성하였다. 연속흡수(포집)반응을 위해 micro bubble 장치를 사용하였으며, 이산화탄소가 흡수된 흡수제의 재생을 위한 장치도 함께 구성하여 지속적으로 실험을 진행하였다. 재생반응을 위해서는 가열에 의해 발생되는 수증기에 의해 낮아지는 수위를 예방하기 위해 condenser를 설치하여 수증기를 응축 후 다시 반응조로 유입되도록 구성하였다. 반응온도 확인을 위해 Temperature sensor(T/M K-type thermocouple, DATA logger; Graphtec GL240)를 설치하여 반응온도에 따른 탈리 효율 확인 및 MFC(Mass Flow Controller, Line tech; N₂10 SLPM / CO₂100 SCCM)를 이용하여 유입농도 및 유량을 조절하였다.The experimental apparatus shown in FIG. 11 was separately configured for continuous carbon dioxide absorption / regeneration experiments. A micro bubble device was used for the continuous absorption (capture) reaction, and a device for regeneration of the absorbent absorbed with carbon dioxide was also constructed and experimented continuously. For the regeneration reaction, condenser was installed to prevent the water level lowered by water vapor generated by heating, and condensed water vapor was introduced into the reactor. To check the reaction temperature, install a temperature sensor (T / M K-type thermocouple, DATA logger; Graphtec GL240) to check the desorption efficiency according to the reaction temperature and use MFC (Mass Flow Controller, Line tech; N₂10 SLPM / CO₂100 SCCM) Inlet concentration and flow rate were adjusted.

연속적인 흡수/재생 효율 확인을 위해 하나의 흡수제를 제조하여 흡수, 재생 반복실험을 진행하였다. 대조군 흡수제는 재생이 용이한 아미노산염 계열로 CO₂포집 능력도 뛰어난 potassium L-lysinate를 사용하였으며, L-lysine monohydrochloride 와 potassium hydroxide를 0.5:1.0 몰로 혼합하여 제조하였다. 같은 방식으로 L-alanine을 이용하여 potassium L-alaninate 도 제조하여 실험을 진행하였다. 제조에 사용된 시약은 대정화금사의 L-lysine(98.5-101.0 %), L-alanine(> 99 %), KOH(> 85 %)를 사용하였다.In order to confirm continuous absorption / regeneration efficiency, one absorbent was prepared and repeated absorption and regeneration experiments were conducted. The control absorbent used potassium L-lysinate, which is an easy-to-regenerate amino acid salt series, and also had excellent CO2 capture ability, and was prepared by mixing L-lysine monohydrochloride and potassium hydroxide in 0.5: 1.0 moles. Potassium L-alaninate was also prepared using L-alanine in the same manner, and the experiment was conducted. Reagents used in the preparation were L-lysine (98.5-101.0%), L-alanine (> 99%) and KOH (> 85%).

흡수반응에 사용된 이산화탄소는 N₂가스에 희석한 모사가스를 사용하였으며, 일정농도 유지를 위해 MFC를 사용하였다. 재생반응 온도는 120℃로 용액의 온도를 유지 시키며 반응을 지속하였으며, 증발된 증기의 리턴을 위해 응축기의 온도는 2℃로 제어하여 실험을 진행하였다. 응축된 증기는 펌프를 통해 다시 반응조로 유입되어 흡수제의 수위 및 농도를 유지하였으며, 배출되는 가스는 CO₂analyzer(Senseair, CO₂engineⓡ K30 3%)를 이용하여 이산화탄소 농도를 분석하였다.Carbon dioxide used in the absorption reaction was simulated gas diluted in N₂ gas, and MFC was used to maintain a constant concentration. The regeneration reaction temperature was maintained at 120 ° C. and the reaction was continued. The experiment was performed by controlling the temperature of the condenser at 2 ° C. for the return of evaporated vapor. The condensed steam flowed back into the reactor through the pump to maintain the water level and concentration of the absorbent. The exhaust gas was analyzed for CO2 concentration using CO₂analyzer (Senseair, CO₂engine® K30 3%).

주입가스의 총 유량은 4 L/min으로 고정하고 7,300 ppm의 이산화탄소 농도 조건에서 bubbling을 통해 이산화탄소 흡수 반응을 진행하였으며, 파과된 후 흡수 반응을 종료하였다. 총 14.9 L의 이산화탄소를 흡수하였으며, 몰수로 변경하면 1.336 mol-co₂/mol-lysine이다. 탈리반응의 결과를 통해 재생효율을 확인하게 되는데, 수학식 4와 같은 방법으로 계산하였다.The total flow rate of the injected gas was fixed at 4 L / min and the carbon dioxide absorption reaction was carried out through bubbling at a carbon dioxide concentration of 7,300 ppm, and the absorption reaction was terminated after the breakthrough. It absorbed a total of 14.9 L of carbon dioxide and converted to moles of 1.336 mol-co₂ / mol-lysine. The regeneration efficiency was confirmed through the result of the detachment reaction, which was calculated in the same manner as in Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서,here,

Vd : Carbon dioxide desorption volume [ L ]Vd: Carbon dioxide desorption volume [L]

Va : Carbon dioxide absorption Volume [ L ]Va: Carbon dioxide absorption Volume [L]

R : Regeneration efficiency [ % ]R: Regeneration efficiency [%]

아미노산염수용액의 이산화탄소 탈리 성능평가를 위해 L-alanine 과 L-lysine을 사용하여 탈리 실험을 진행하였다. 각 흡수제는 이산화탄소와 원활한 반응을 위해 potassium hydroxide(KOH) 1 mol을 사용하여 중화시켰으며, 각 아미노산은 0.5 mol을 사용하였다. 두 흡수제 모두 파과상태까지 이산화탄소를 포집하였으며, 용액온도 120 ℃로 유지하며 탈리 실험을 진행하였다. 반응 중 증발되는 증기는 응축장치를 통해 액화 후 다시 반응용기로 유입되어 일정 수위를 유지하여 증발에 의해 발생할 수 있는 문제는 최소화 하였다.In order to evaluate the carbon dioxide desorption performance of the amino acid saline solution, a desorption experiment was conducted using L-alanine and L-lysine. Each absorbent was neutralized with 1 mol of potassium hydroxide (KOH) for smooth reaction with carbon dioxide, and 0.5 mol of each amino acid. Both absorbents captured carbon dioxide until breakthrough, and the desorption experiment was carried out while maintaining the solution temperature at 120 ℃. The vapor evaporated during the reaction is liquefied through the condenser and then introduced into the reaction vessel to maintain a constant level to minimize the problems caused by evaporation.

도 12는 두 물질의 재생 실험결과를 나타낸 것이다. 그래프에서 확인할 수 있듯이 L-alanine의 반응속도가 L-lysine에 비해 빠르게 나타나지만, 탈리량에서는 L-lysine이 더 높게 나타났다. L-alanine의 경우 8.49 L의 이산화탄소를 흡수한 것에 반해 L-lysine은 14.9 L의 이산화탄소를 흡수하였다. 하지만 약 8시간 동안 진행한 탈리실험에서 L-alanine의 탈리량은 4.01 L 이며, L-lysine은 9.26 L로 재생효율로 보면 도 13과 같이 L-alanine은 47.26 %, L-lysine은 62.11 %로 L-lysine의 재생효율이 더 높게 나타났다. 두 물질 모두 고 농도로 이산화탄소를 탈리하는 구간은 반응 초기에만 이루어지며, 이때 탈리되는 이산화탄소는 약 30 - 40 %에 불과하다. 60 %가 넘는 대부분의 이산화탄소는 800 ppm 이하의 저 농도로 배출되며, 흡수제의 완전한 재생을 위해서는 매우 긴 시간이 요구될 것으로 사료된다.12 shows the regeneration test results of the two materials. As can be seen from the graph, the reaction rate of L-alanine was faster than that of L-lysine, but L-lysine was higher in the amount of detachment. L-alanine absorbed 8.49 L of carbon dioxide, whereas L-lysine absorbed 14.9 L of carbon dioxide. However, in the desorption experiment conducted for about 8 hours, the amount of L-alanine was 4.01 L, and L-lysine was 9.26 L. As shown in FIG. 13, L-alanine was 47.26% and L-lysine was 62.11%. Regeneration efficiency of L-lysine was higher. In both materials, the stage of desorbing carbon dioxide at a high concentration is performed only at the beginning of the reaction, and only about 30-40% of the carbon dioxide is desorbed. Most of the carbon dioxide above 60% is emitted at low concentrations below 800 ppm, and very long time is required for the complete regeneration of the absorbent.

[Potassium L- lysinate 연속재생 성능평가][ Performance Evaluation of Potassium L- lysinate Continuous Regeneration ]

Potassium L-lysinate 흡수제의 연속 흡수/재생 반복실험을 통해 연속 재생 성능 평가를 진행하였으며, 도 14는 연속재생 실험 결과이다. 연속재생 실험은 긴 시간이 소요되는 탈리반응의 특성으로, 각 실험별 탈리에 소요되는 시간을 8시간으로 동일하게 제어하여 진행하였다. 재생횟수가 증가함에 따라 점차적으로 재생효율은 감소하는 것을 확인할 수 있었다.Continuous regeneration performance was evaluated through continuous absorption / regeneration repeated experiments of Potassium L-lysinate sorbent, and FIG. 14 shows the results of continuous regeneration experiments. The continuous regeneration experiment was performed by controlling the time required for desorption for each experiment to 8 hours as a characteristic of the desorption reaction which takes a long time. As the number of regeneration was increased, the regeneration efficiency gradually decreased.

재생반응이 긴 시간 지속적으로 진행이 된다면 재생횟수에 관계없이 고효율의 재생효율을 확보할 수 있을 것으로 사료되지만, 현재의 동일시간 대비 재생효율이 감소하는 것으로 보았을 때, 80 % 이상의 재생효율을 확보하기 위해서는 재생횟수가 증가할수록 반응시간이 길어질 것으로 사료된다.If the regeneration reaction is continuously performed for a long time, it is thought that the high efficiency of regeneration efficiency can be secured regardless of the number of regeneration times. The reaction time is thought to be longer as the number of regeneration increases.

이산화탄소 흡수/재생 반응 시 용액의 pH 농도가 큰 변화를 보였다. 최초 potassium L-lysinate의 pH는 11.56이었으나, CO₂흡수반응 종료 후 9.45로 낮아졌으며, 탈리반응을 통해 재생된 용액의 pH는 11.52로 다시 기존의 pH와 유사해지는 것을 확인하였다. 이러한 결과를 통해 흡수제의 산업공정 적용 시 pH 농도에 의한 흡수제의 탈리 상태 확인이 직관적으로 가능하여, 흡수제 재생 상태 확인을 위한 별도의 과정 없이 흡수제의 재생 상태를 확인 할 수 있을 것으로 판단된다.During the carbon dioxide absorption / regeneration reaction, the pH concentration of the solution showed a big change. Initially, the pH of potassium L-lysinate was 11.56, but after the completion of CO₂ absorption, the pH was lowered to 9.45, and the pH of the regenerated solution was 11.52. Through this result, it is possible to intuitively check the detachment state of the absorbent by the pH concentration when applying the industrial process of the absorbent, so that it is possible to confirm the regeneration state of the absorbent without a separate process for confirming the regeneration state of the absorbent.

Claims (9)

스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 주류 제조 공정 중 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및
제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함하는 주류 제조 공정.
In the scrubber, by spraying an aqueous solution of alanine metal salt in which ammonium ion (-NH 3 + ) of alanine is converted to an active amino group (-NH 2 ) with a CO 2 absorbent, a high concentration of CO 2 -containing exhaust gas and gaseous liquid of 20,000 ppm or more during the mainstream manufacturing process Contacting and converting to a low concentration CO 2 containing exhaust gas of not more than 5,000 ppm; And
And a second step of regenerating the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent absorbing CO 2 through gas-liquid contact in the first step and reusing the CO 2 absorbent in the first step.
제1항에 있어서, 주류 제조 공정 중 20,000ppm 이상의 고농도 CO2 함유 배기 가스는 미생물을 포함하는 발효조에서 유래된 것이 특징인 주류 제조 공정.2. The liquor manufacturing process according to claim 1, wherein at least 20,000 ppm of a high concentration of CO 2 -containing exhaust gas is derived from a fermentation tank containing microorganisms. 제1항에 있어서, 제2단계에서, CO2 흡수제의 재생 상태는 CO2 흡수제의 pH 측정을 통해 확인하는 것이 특징인 주류 제조 공정.The method of claim 1, wherein in the second step, the playback state of the CO 2 absorbing agent is characterized by the mainstream manufacturing process to determine through pH measurement of the CO 2 absorbent. 제1항에 있어서, 제1단계에서, CO2 흡수제는 수용액에서 알라닌의 -NH3 +를 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)을 포함하는 것이 특징인 주류 제조 공정.The method of claim 1, wherein in a first step 1, the CO 2 absorbent mainstream manufacturing process is characterized by containing an alkali metal hydroxide (MOH) that can activate the -NH 3 + of alanine with -NH 2 in an aqueous solution. 제1항에 있어서, 제1단계에서, 스크러버에서 CO2 흡수제를 노즐 분사시 거품발생하지 않도록 수용액 내 알라닌 금속염을 형성할 수 있는 알라닌의 농도를 0.1 ~ 5 M 로 조절하는 것이 특징인 주류 제조 공정.The process of claim 1, wherein in the first step, the concentration of alanine capable of forming alanine metal salt in the aqueous solution is adjusted to 0.1 ~ 5 M so that the scrubber does not bubble when spraying the CO 2 absorbent in the nozzle . 스크러버에서, CO2 흡수제로 알라닌의 암모늄이온(-NH3 +)이 활성 아미노기(-NH2)로 변환된 알라닌 금속염 수용액을 분사시켜, 발효 공정 중 5,000ppm 초과의 고농도 CO2 함유 배기 가스와 기액접촉시켜 CO2 제거율 85% 이상으로 5,000 ppm 이하의 저농도 CO2 함유 배기 가스로 전환시키는 제1단계; 및
제1단계에서 기액접촉을 통해 CO2 를 흡수한 CO2 흡수제를 가열하여 CO2 흡수제를 재생한 후 제1단계에 재사용하는 제2단계를 포함하는 발효 공정.
In the scrubber, a CO 2 absorber alanine ammonium ion (-NH 3 +) is an active amino group (-NH 2) by spraying an aqueous metal salt solution converted to alanine, the fermentation process of the high concentration of 5,000ppm CO 2 containing exhaust gas and the liquid in excess of the Contacting to convert to a low concentration CO 2 containing exhaust gas of 5,000 ppm or less at a CO 2 removal rate of at least 85%; And
And a second step of regenerating the CO 2 absorbent by heating the CO 2 absorbent absorbing CO 2 through gas-liquid contact in the first step and reusing the CO 2 absorbent.
제6항에 있어서, 발효 공정 중 5,000ppm 초과의 고농도 CO2 함유 배기 가스는 미생물을 포함하는 발효조에서 유래된 것이 특징인 발효 공정.7. The fermentation process according to claim 6, wherein more than 5,000 ppm of high concentration CO 2 containing exhaust gas is derived from a fermentation tank containing microorganisms. 제6항에 있어서, 제2단계에서, CO2 흡수제의 재생 상태는 CO2 흡수제의 pH 측정을 통해 확인하는 것이 특징인 발효 공정.The method of claim 6, wherein in the second step, the reproduction state of the CO 2 absorbing agent is characterized by a fermentation process to make via pH measurements of the CO 2 absorbent. 제6항에 있어서, 제1단계에서, CO2 흡수제는 수용액에서 알라닌의 -NH3 +를 -NH2로 활성화시킬 수 있는 수산화알칼리금속(MOH)을 추가로 포함하는 것이 특징인 발효 공정.
The method of claim 6, wherein in a first step 1, CO 2 absorbent of a fermentation process is characterized by further comprising an alkali metal hydroxide (MOH) that can activate the -NH 3 + of alanine with -NH 2 in an aqueous solution.
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