KR20200122805A - 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제 및 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선형의 폴리아민; 아미노산;을 포함하며, 하기 화학식에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제에 관한 것이다.

Description

혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제 및 공정{Absorbents and processes for separation and recycling of mixed gases}

본 발명은 바이오가스, 석탄층메탄(coal bed methane), 천연가스, 셰일가스 등으로부터 CO₂를 분리하여 메탄 등 자원을 정제 및 고순도 화 하거나 석탄화력발전, 제철소, 소결로 등 배기가스와 제조업 공장의 가열로, 보일러 배기가스로부터 온실가스인 CO₂를 분리·포집하기 위한 흡수제 및 이를 이용한 공정에 관한 것이다.

화력발전 배기가스, 정유공장 등 산업현장에서 쓰이는 다양한 가열기(heater)의 배기가스, 바이오가스 등에 다량 포함된 이산화탄소(CO₂)는 대표적인 지구온난화 원인물질인 온실가스로서, 6대 온실가스 중 지구온난화 기여도가 60%에 달하는 주요 물질이다. 석탄화력발전 배기가스 중 CO₂의 농도는 약 15%, 바이오가스 중 CO₂는 약 40~60%로서 배출가스마다 CO₂의 농도는 상이하며, 특히 바이오가스는 CO₂를 제외하면 거의 주성분이 메탄(CH₄)인데 메탄 역시 강력한 온실가스로서 단위 질량 당 CO₂ 대비 지구온난화 지수가 21배이다(CO₂=1).

상기에서 언급한 다양한 혼합가스로부터 CO₂를 분리하여 격리하거나 유용한 물질로 전환하는 이산화탄소 포집, 활용, 및 저장 기술(CCUS: carbon dioxide capture, utilization, sequestration)의 전체 가치 사슬 중 가장 큰 비중을 차지하는 기술요소는 CO₂ 분리 혹은 포집 기술이며 전체 가치 사슬 비용 중 약 80%를 차지하므로, CO₂ 포집기술을 더 경제적이고 안정적인 운전이 가능하도록 기술개발이 활발히 이뤄지고 있다.

CO₂ 포집기술은 기본적으로 가스분리기술이며, 전통적으로 흡수, 흡착, 막분리, 심냉법 등이 대표적이다. 대량의 CO₂를 처리하기 위한 가장 성숙한 기술은 아민 등을 CO₂ 흡수제로 사용하는 습식흡수법이 고려되고 있다.

습식흡수법의 구성 설비 중 가장 큰 부피를 차지하는 것은 흡수탑 인데, 주로 지난 수 십 년간 다양한 공정에 적용되어 온 충진탑을 기액접촉을 위한 흡수탑으로 사용하고 있다.

하지만 검증이 된 기술임에도 불구하고, 충진탑은 실제 내부를 X-ray로 촬영해 보면 상부에서 하부로 떨어지는 흡수제용액이 전체 충진층을 적시지 못하고 한쪽으로만 흐르는 편류로 인해 실질적으로는 내부 공간의 30% 수준만을 사용하는 등 기체와의 접촉이 비효율적인 단점이 있고, 이로 인해 탑의 지름과 높이가 과다하게 설계될 수밖에 없는 상황이다.

이에 대한 대안으로서, 중공사막과 같은 막을 가스 분리수단이 아닌 기체와 액체가 막의 기공을 통해 접촉할 수 있는 기-액 접촉기로 활용하는 막접촉기(membrane contactor)가 제시될 수 있으며, 1990년대부터 일부 기관에 의해 연구가 진행되고 있다.

막접촉기는 충진탑, 분부탑, 기포탑에 비해 기체와 액체가 접촉할 수 있는 비표면적이 넓음은 물론, 기체와 액체가 뒤섞이지 않으므로 분리된 가스가 흡수제 용액을 끌고 반응기를 탈출하는 비밀동반 및 기화손실(vapor loss)을 저감할 수 있어서 환경적으로도 유리하다.

따라서 기존 충진탑 대비 반응기의 크기를 최대 1/10 수준까지 현저히 줄일 수 있고, 설치부지가 협소한 기존 발전소 및 공장에도 적용 가능하고, 이동식 모듈화 하여 교외의 바이오가스 배출원인 혐기성소화조에도 적용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

다만 막접촉기의 이러한 장점에도 불구하고 흡수제 용액과 중공사막의 지속적인 접촉을 통한 막의 기공젖음(pore wetting) 문제는 장기적인 운전안정성을 저해하는 문제로서 대두된다.

대한민국 특허등록 제1763144호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 바이오가스 등 CO₂가 포함된 혼합가스를 대상으로 특히 막접촉기 공정에 적합한 특성을 갖는 CO₂ 흡수제와 이를 이용한 공정을 제공하고자 함이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제(이하 "본 발명의 흡수제"라함)는, 선형의 폴리아민; 아미노산;을 포함하며, 하기 화학식에 의해 표현되는 것을 특징으로 한다.

R1 = 알킬, 아미노알킬, 히드록실알킬, 설포닉알킬,

R2 = 아미노디에틸렌, n=0~2

하나의 예로 상기 폴리아민 1몰 당 상기 아미노산은 1 내지 4몰 농도로 합성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 폴리아민은, 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 아미노산은 글리신, 알라닌, 감마아미노부티르산(GABA), 세린, 타우린, 베타알라닌 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명의 혼합가스의 분리 및 자원화 공정(이하 "본 발명의 공정"이라함)은, 수분제거장치를 이용하여 혼합가스로부터 수분을 제거하는 단계(S10); 막접촉기를 이용하여 상기 흡수제와 상기 수분제거장치로부터 유입된 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 수분제거장치는 혼합가스 유입라인에 구성되며, 내부에 유동공간을 형성하는 외관과, 상기 외관의 내부에서 유동공간을 형성하는 내관과, 상기 외관과 상기 내관의 전,후단에 구성되어 상기 외관 내부에 상기 내관이 위치하도록 지지하면서 내부로 상기 외관과 상기 내관을 연통하도록 하는 복수의 지지관과, 상기 외관의 내주연에서 상기 내관방향으로 돌출되는 복수의 충돌핀과, 상기 외관과 상기 내관에 충진되는 열전달매체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 수분제거장치는 상기 혼합가스 유입라인 상에서 상향경사구배가 형성되도록 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 내관의 전단부에는 상기 내관과 연통하면서 전방향으로 직경이 좁아드는 형상의 유도부가 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명은 흡수제의 표면장력을 높이고 점도를 높여 혼합가스로부터 이산화탄소의 흡수율을 높이면서 막 기공젖음을 제어하는 등에 의해 막접촉기의 효율적이면서 안정적인 운영이 가능하도록 하는 장점이 있다.

도 1은 이산화탄소 흡수-탈거 시험장치를 나타내는 개략도.
도 2는 임계투과압력(CEP) 측정장치를 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 공정을 나타내는 블럭도.
도 4는 본 발명의 공정이 수행되는 시스템의 일예를 나타내는 블럭도.
도 5는 도 4에 있어 수분제거장치를 나타내는 작동상태도.
도 6은 도 5의 수분제거장치의 전면도.

아래에서는 본 발명에 따른 양호한 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명의 흡수제는, 하기 화학식 3으로 표시되는 바, 하기 화학식 2로 표시되는 선형의 폴리아민; 하기 화학식 1로 표시되는 아미노산;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 흡수제의 일예가 하기 화학식 4로 표시되고 있다.

R1 = 알킬, 아미노알킬, 히드록실알킬, 설포닉알킬

R2 = 아미노디에틸렌, n=0~2

막접촉기의 막젖음을 제어할 수 있는 흡수제의 특성으로서 높은 점도와 높은 표면장력이 요구되는데, 이를 위해 본 발명에서는 1) 아미노기를 2개 이상 갖고 있는 선형의 폴리아민을 backbone으로 사용하여 흡수제 용액의 점도를 높임과 동시에 여러 개의 아미노기가 CO₂를 흡수하도록 하고, 2) 폴리아민의 말단에 있는 아미노기에 등몰 또는 그 이상의 아미노산을 부착하여 용액의 표면장력을 높여서, 결과론적으로 높은 CO₂ 흡수능과 낮은 막기공 젖음 특성(점도 및 표면장력의 시너지효과)이 발현되도록 하는 것이다.

상기의 설명과 같이 CO₂ 흡수능을 높이고 점도를 높이기 위해서 선형의 폴리아민은, 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA), 중에서 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다.

표면장력을 높이기 위해 폴리아민 1몰 당 1 내지 4몰의 농도로 아미노산을 혼합하여 상대적으로 거대분자를 형성하되, 아미노산은 그 농도를 높일수록 표면장력이 높아지는 아미노산, 예로 글리신(glycine), 알라닌(alanine), 감마아미노부티르산(GABA, gamma-aminobutyric acid) , 세린, 타우린, 베타알라닌 중 선택된 1종 이상을 적용하는 것이 타당하다.

본 발명에 있어 흡수제 용액을 제조 시 수용액 상에서 아미노산의 탈양성자화 된 카르복실기와 선형 폴리아민의 끝단에 있는 아미노기가 상호작용하여 합성이 되도록 하였다.

이하에서 보는 바와 같이 이산화탄소 흡수성능은 바이오가스 조성을 모사한 CO₂ 50%, CH₄ 50%의 가스를 사용하여 40 ℃ 흡수, 80 ℃에서 탈거반응을 실시하여 cyclic CO₂ capacity를 측정하였고, 기공크기가 45 ㎛인 평막을 이용하여 흡수제 용액이 기공을 뚫고 반대쪽으로 유출되는 압력인 임계투과압력(critical entry pressure, CEP)을 측정하여 막기공 젖음 특성을 확인하였다.

이하 실험 예에 의거 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1에서 도시된 장비를 이용하여 각 시료에 대한 이산화탄소 흡수능을 실험하였다. 하기 표 1은 운전조건을 도시한 것으로 하기 실험플로우에 따라 실험을 수행하였다.

<실험플로우>

① 본 실험은 CO₂와 CH₄ Gas를 사용하여 먼저 흘려보내주는 gas CO₂ 부피를 50 v/v%로 setting

② 40 ℃로 맞춰진 water bath에 반응기를 넣고 ①에서 setting된 기체를 반응기 내부로 흘려보내 CO₂ 흡수를 시작

③ 흡수제의 CO₂ 농도가 49%가 되면 CO₂ 주입을 멈추어 흡수를 종료하고, 반응기와 관에 남아있는 CO₂를 제거 (물리적 흡수방지)

④ 80 ℃로 맞춰진 water bath로 반응기를 옮겨 반응기내부에 메탄만 주입되는 상태에서 탈거를 시작하여 CO₂ 농도가 5%가 되면 모든 실험을 종료

상기 실험에 있어 흡수제 총 농도는 30 wt%로 고정하였으며, Glycine(글리신) 오른쪽의 괄호는 폴리아민(EDA, TEDA) 1몰당 합성을 위해 투입한 Glycine의 몰수이다.

상기 표 2에서 보는 바와 같이 원활한 공정 운전을 위해 점도가 10cp이하인 것을 고려하여, Cyclic capacity는 한 사이클 당 제거 가능한 CO2의 양으로서, 30 wt% TETA(1) + glycine(3)이 benchmark 흡수제인 30 wt% MEA 대비 약 42%가 높은 것을 알 수 있다.

또한 도 2에 도시된 임계투과압력 측정장치를 이용하여 막 기공젖음에 대한 실험을 수행하였는 바, 측정된 CEP가 높을수록 젖음이 제어되는 것으로 판단할 수 있다.

실험결과가 하기 표 3에 도시되고 있는 바, 본 실험의 경우도 30 wt% TETA(1) + glycine(3)이 benchmark 흡수제인 30 wt% MEA(모노에탄올아민) 대비 CEP는 0.36 bar 가량 높은 것을 알 수 있다. 즉 본 발명의 흡수제가 막젖음을 제어하여 막접촉기의 안정적인 운영이 가능하도록 하는 것을 확인할 수 있었다.

한편 본 발명은 도 3에서 보는 바와 같이 혼합가스의 분리 및 자원화 공정에 대해서도 개시한다.

본 발명의 공정은 수분제거장치를 이용하여 혼합가스로부터 수분을 제거하는 단계(S10); 막접촉기를 이용하여 상기 흡수제와 상기 수분제거장치로부터 유입된 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서는 도 4에서 보는 바와 같이 상기 본 발명의 공정이 수행되어지는 시스템의 일 예를 도시하고 있다. 도 4에서 도시하는 시스템(1)은 혼합가스 중 바이오가스를 상정하고 있다.

본 발명의 시스템(1)은 도 4에서 보는 바와 같이 바이오가스로부터 이산화황을 처리하는 전처리장치(2, 3, 4); 흡수제탱크(10)로부터 흡수제를 공급받아 상기 전처리장치(2, 3, 4)로부터 유입된 바이오가스와 반응시켜 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하고 순수한 메탄을 메탄저장조(9)로 배출하는 흡수용 막접촉기(5); 상기 흡수용막접촉기(5)로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 이산화탄소 저장조(8)로 배출하고 이산화탄소가 분리된 흡수제를 상기 흡수제탱크(10)로 배출하는 탈거용 막접촉기(7);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 실시예는 바이오가스부터 이산화탄소와 메탄을 분리하여 각각 저장시키도록 하면서 이 과정에서 이용되는 흡수제가 재활용이 되도록 하고 전처리가 이루어지도록 하여 후처리에서 바이오가스로부터 고순도의 메탄 수득효율을 배가시키도록 하는 것이다.

우선 상기 전처리장치는 도 4에서 보는 바와 같이 바이오가스로부터 1차적으로 수분을 제거하는 수분제거장치(2)와, 수분제거장치(2)로부터 바이오가스를 유입하여 이산화황을 처리하는 가스탈황장치(3)와, 가스탈황장치(3)로부터 바이오가스를 유입하여 2차적으로 수분을 제거하는 제습기(4)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바이오가스는 거의 100에 가까운 상대습도를 가진 채로 가스관로를 통과하기 때문에 관로가 냉각될 때에 결로가 생겨 관로 내에 물이 고이게 되는 문제가 있어 전체 시스템에 부하를 유발할 수 있으며, 특히 분리된 메탄에 수분함유율이 높은 경우 상기 메탄저장조(9)에서 도면에 도시된 바는 없으나 교반이 이루어지는데 이러한 교반과정에서 포말의 동반에 의해 생기는 물방울을 제거하는 별도의 공정이 필요하므로 본 실시예의 시스템(1)에서는 전처리로서 바이오가스가 수분제거장치(2)를 통과토록 하는 것이다.

상기 가스탈황장치(3)는 다양한 공지기술이 적용될 수 있으며 일 예로 황산화미생물을 이용한 생물탈황을 적용하여 H₂S농도를 10ppm 이하로 안정적으로 유지시키도록 하는 것이 타당하다.

일반적으로 보일러나 발전기 등 가스 사용처 직전에 바이오가스를 탈황시켜 사용하나 생물탈황에서는 탈황시킨 가스를 저장해 둘 수 있어 유연한 활용이 가능하다.

그 다음으로 탈황된 바이오가스로부터 2차적으로 수분을 제거하기 위한 제습기(4)가 구성된다.

이렇게 수분이 제거된 바이오가스가 후단의 흡수용 막접촉기(5) 등으로 유입되도록 함으로써 흡수용 막접촉기(5) 등의 부하방지를 통해 고순도 메탄수득 효율을 높이는 등 전체 시스템의 운영효율을 높이도록 할 수 있다.

한편 본 발명에서는 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 간단한 구성에 의해 1차적으로 바이오가스로부터 수분제거효율을 높여 후단의 제습기(4)의 부하를 줄이고 전체적으로 바이오가스로부터 수분제거효율을 높이도록 하는 실시 예가 제시되고 있다.

본 실시 예의 수분제거장치(2)는 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 합성가스 유입라인에 구성되며, 내부에 유동공간(211)을 형성하는 외관(21)과, 상기 외관(21)의 내부에서 유동공간(221)을 형성하는 내관(22)과, 상기 외관(21)과 상기 내관(22)의 전,후단에 구성되어 상기 외관(21) 내부에 상기 내관(22)이 위치하도록 지지하면서 내부로 상기 외관(21)과 상기 내관(22)을 연통하도록 하는 복수의 지지관(23)과, 상기 외관(21)의 내주연에서 상기 내관(22)방향으로 돌출되는 복수의 충돌핀(25)과, 상기 외관(21)과 상기 내관(22)에 충진되는 열전달매체(26)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외관(21)은 내부에 유동공간(211)이 형성되어 상기 열전달매체(26)가 상기 유동공간(211)에 충진된 상태로 상기 외관(21) 내부에서 유동토록 하는 것이다.

상기 내관(22)은 상기 외관(21)의 내부에서 이격을 형성한 상태로 고정되어 상기 내관(22) 외주연과 상기 외관(21) 내주연에 의해 형성되는 공간으로 가스(G)가 유동하도록 하는 것이다. 상기 내관(22)의 경우도 그 내부에 유동공간(221)이 형성되어 상기 열전달매체(26)가 상기 유동공간(221)에 충진된 상태로 상기 내관(22) 내부에서 유동토록 하는 것이다.

이렇게 구성됨에 의해 상기 내관(22) 외주연과 상기 외관(21) 내주연에 의해 형성되는 공간으로 가스(G)가 유동하는 과정에서 유로의 직경의 좁아짐에 의해 가압이 되고 열전달매체(26)에 의한 열전달에 의해 냉각이 되어 유동하는 가스(G)에 함유된 수분이 응결되는 것이다.

또한 상기 내관(22)의 전단부(바이오가스가 유입되는 방향)에는 상기 내관(22)과 연통하면서 전방향으로 직경이 좁아드는 형상의 유도부(24)가 구성되는데 이는 혼합가스 유입라인을 통해 수분제거장치(2)로 유입되는 가스(G)를 상기 내관(22) 외주연과 상기 외관(21) 내주연에 의해 형성되는 공간으로 유도하면서 유도과정에서도 상기 유도부(24) 내부에 충진된 열전달매체(26)에 의한 열교환에 의해 냉각이 이루어지도록 하여 냉각효율을 높이기 위한 것이다.

상기 지지관(23)은 상기 외관(21)과 상기 내관(22)의 전,후단에 구성되어 상기 외관(21) 내부에 상기 내관(22)이 위치하도록 지지하면서 내부로 상기 외관(21)과 상기 내관(22)을 연통하도록 하여 도면에서 보는 바와 같이 외관(21)에 형성되는 열전달매체 유입라인(261)으로 유입된 열전달매체가 외관(21)에서 지지관(23)을 통해 내관(22)으로 전달되어 외관(21) 및 내관(22) 전체에서 열전달이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 충돌핀(25)은 상기 외관(21)의 내주연에서 상기 내관(22)방향으로 돌출되는 구성으로 상기 유도부(24)에 의해 상기 내관(22) 외주연과 상기 외관(21) 내주연에 의해 형성되는 공간으로 유도되는 가스(G)가 유동하는 과정에서 복수의 충돌핀(25)에 충돌이 일어나도록 하여 가스가 쪼개지도록 함으로써 가스에 혼입된 수분이 가스와 분리되어 수분이 상기 충돌핀(25)에 결로가 형성되는 방식으로 맺히도록 하는 것이다. 즉 상기 충돌핀(25)은 유동하는 가스가 쪼개지도록 하여 가스에 혼입된 수분이 가스와 용이하게 분리되도록 하고 분리된 가스가 맺히도록 하는 응결핵으로서 기능을 하는 것이다.

즉 본 실시 예의 수분제거장치(2)는 바이오가스 유입라인에 구성되어 유입된 바이오가스를 가압하여 냉각시키고 이에 더하여 가스를 쪼갬으로써 함유된 수분의 분리효율을 더욱 높이도록 하는 것이다.

바람직하게 도 6에서 보는 바와 같이 상기 수분제거장치(2)는 상기 혼합가스 유입라인 상에서 상향경사구배가 형성되도록 구성되어 상기에서 언급한 바와 같이 충돌핀(25)에 맺힌 분리된 수분은 상기 수분제거장치(2)에서 하방으로 낙하하여 도면번호가 도시된 바는 없으나 수분배출라인을 통해 배출되도록 하는 것이다.

상기 열전달매체(26)는 유동하는 가스로부터 열을 빼앗아 가스를 냉각시키도록 하는 구성으로 그 재질을 한정하지 않으며 도면에서 보는 바와 같이 외관(21)에 형성된 열전달매체 유입라인(261)으로 유입되어 외관(21), 지지관(23) 및 내관(22)을 순환하고 외관(21)에 형성된 열전달매체 배출라인(262)으로 배출되도록 하는 것이다.

이렇게 전단에서 수분제거 및 탈황이 이루어진 바이오가스는 후단의 흡수용 막접촉기(5)로 유입된다.

상기 흡수용 막접촉기(5)는 흡수제탱크(10)로부터 흡수제를 공급받아 전단에서 유입된 바이오가스와 반응시켜 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하고 순수한 메탄을 메탄저장조(9)로 배출하토록 하는 구성에 해당한다.

상기 흡수제탱크(10)는 최초 흡수제를 충진하여 저장하는 구성으로 저장되는 흡수제 온도를 40℃ 미만으로 유지하는 것이 타당하다. 또한 상기 흡수제는 순환에 의해 재활용이 되지만 이 과정에서 흡수제의 열화(degradation)가 발생되는 경우 흡수제의 보충이 필요할 수 있다.

상기 흡수용 막접촉기(5)는 흡수제와 바이오가스가 접촉하는 면적을 늘려주기 위해서 사용되는 것으로 shell side(바깥부분)로는 흡수제가 유동토록 하며, lumen side(관 내부)로는 가스가 유동토록 하여 공지의 작동기작에 의해 관을 형성하는 멤브레인에서 흡수제가 바이오가스로부터 이산화탄소를 흡수함으로써 바이오가스로부터 이산화탄소를 분리하여 순수한 메탄이 분리되도록 하는 것이다.

관 형상의 멤브레인 재질은 polypropylene 등 다양한 공지의 재질을 사용할 수 있다.

상기 흡수용 막접촉기(5)로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제는 후단의 탈거탱크(6)로 배출되는데 상기 탈거탱크(6)에서는 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 저장하면서 기화된 이산화탄소를 상기 이산화탄소 저장조(8)로 배출시키고, 저장된 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 후단의 탈거용 막접촉기(7)로 배출토록 한다.

바람직하게 상기 탈거탱크(6)의 온도는 흡수제가 탈거탱크를 나가는 시점을 기준으로 80 ~ 100 ℃ 정도로 운전하는 것이 바람직한 바, 온도를 올리는 과정에서 흡수제로부터 이산화탄소의 일부가 탈거되도록 하는 것이다.

상기 탈거용 막접촉기(7)는 상기 탈거탱크(6)로부터 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 공급받아 흡수제로부터 이산화탄소를 분리하여 이산화탄소 저장조(8)로 배출하고 이산화탄소가 분리된 흡수제를 상기 흡수제탱크(10)로 배출하는 구성에 해당한다.

상기 탈거용 막접촉기(7)의 경우 흡수용 막접촉기(5)와 동일하게 공지의 구성에 해당하는 것으로 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 재생하기 위한 구성으로 흡수제와 대기사이의 접촉면적을 최대화 시키기 위한 것이다.

lumen side(관 내부)로 이산화탄소가 흡수된 흡수제가 유동토록 하고 shell side(바깥부분)로는 공기가 유동토록 하여 공지의 작동기작에 의해 관을 형성하는 멤브레인에서 흡수제로부터 이산화탄소가 분리되도록 하는 것이다.

바람직하게 탈거용 막접촉기(7)는 감압탈거에 의해 운영토록 하며 0.3 ~ 0.5 bar정도로 운전하는 것이 타당하다.

상기 메탄저장조(9)는 이산화탄소가 분리된 바이오가스가 저장되는 구성으로 도면에 도시된 바는 없으나 수송용 배관을 통하여 도시가스배관과 결합하거나 혹은 가스 부스터 등을 이용하여 압축, 보관토록 한다. 당연히 상기 메탄저장조(9)에는 내부의 이상압력 상승 등을 대비하여 안전장치(습식안전변 및 안전밸브 등)를 설치하여야 한다. 또한 가스의 사용을 위해 메탄저장조(9)는 가스압력을 일정 하에 자동 조절할 수 있는 장치(KS규격 또는 동등기준 이상)를 설치하여야 한다.

상기 이산화탄소 저장조(8)는 흡수제 재생 후 탈거 된 이산화탄소를 외부로 배출하지 않고 저장하면서 도면에 도시된 바는 없으나 다양한 용도로 재활용이 되도록 하는 구성에 해당하다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않음은 물론이며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 기술적 지식을 가진 자에 의해 상기 기재된 내용으로부터 다양한 수정 및 변형이 가능할 수 있음은 물론이다.

1 : 본 발명의 시스템 2 : 수분제거장치
3 : 가스탈황장치 4 : 제습기
5 : 흡수용 막접촉기 6 : 탈거탱크
7 : 탈거용 막접촉기 8 : 이산화탄소 저장조
9 : 메탄 저장조 10 : 흡수제 탱크

Claims (8)

1. 선형의 폴리아민; 아미노산;을 포함하며, 하기 화학식에 의해 표현되는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제.
   

   

   
   R1 = 알킬, 아미노알킬, 히드록실알킬, 설포닉알킬,
   R2 = 아미노디에틸렌, n=0~2
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리아민 1몰 당 상기 아미노산은 1 내지 4몰 농도로 합성되는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리아민은, 에틸렌디아민(EDA), 디에틸렌트리아민(DETA), 트리에틸렌테트라아민(TETA) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 아미노산은 글리신, 알라닌, 감마아미노부티르산(GABA), 세린, 타우린, 베타알라닌 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 흡수제.
   
5. 수분제거장치를 이용하여 혼합가스로부터 수분을 제거하는 단계(S10); 막접촉기를 이용하여 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 흡수제와 상기 수분제거장치로부터 유입된 혼합가스를 반응시켜 이산화탄소가 흡수된 흡수제를 배출하는 단계(S20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 공정.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 수분제거장치는 혼합가스 유입라인에 구성되며, 내부에 유동공간을 형성하는 외관과, 상기 외관의 내부에서 유동공간을 형성하는 내관과, 상기 외관과 상기 내관의 전,후단에 구성되어 상기 외관 내부에 상기 내관이 위치하도록 지지하면서 내부로 상기 외관과 상기 내관을 연통하도록 하는 복수의 지지관과, 상기 외관의 내주연에서 상기 내관방향으로 돌출되는 복수의 충돌핀과, 상기 외관과 상기 내관에 충진되는 열전달매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 공정.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 수분제거장치는 상기 혼합가스 유입라인 상에서 상향경사구배가 형성되도록 구성됨을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 공정.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 내관의 전단부에는 상기 내관과 연통하면서 전방향으로 직경이 좁아드는 형상의 유도부가 구성됨을 특징으로 하는 혼합가스의 분리 및 자원화를 위한 공정.

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