KR20220101941A - Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide - Google Patents
Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide Download PDFInfo
- Publication number
- KR20220101941A KR20220101941A KR1020210004040A KR20210004040A KR20220101941A KR 20220101941 A KR20220101941 A KR 20220101941A KR 1020210004040 A KR1020210004040 A KR 1020210004040A KR 20210004040 A KR20210004040 A KR 20210004040A KR 20220101941 A KR20220101941 A KR 20220101941A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon dioxide
- thermal energy
- generating high
- colloidal material
- energy induced
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1493—Selection of liquid materials for use as absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/10—Inorganic absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
- B01D2252/20—Organic absorbents
- B01D2252/204—Amines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/10—Inorganic adsorbents
- B01D2253/106—Silica or silicates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2253/00—Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
- B01D2253/20—Organic adsorbents
- B01D2253/204—Metal organic frameworks (MOF's)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Abstract
Description
본 발명은 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide.
신재생에너지에 있어 태양에너지를 많이 활용하고 있다. 그러나, 태양에너지의 경우 낮에는 에너지 공급이 충분한 반면, 밤에는 에너지 공급이 이루어지지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 에너지 저장방법을 활용하고 있다. Solar energy is widely used in renewable energy. However, in the case of solar energy, while energy supply is sufficient during the day, there is a problem in that the energy supply is not made at night. To solve these problems, various energy storage methods are used.
종래의 열에너지 저장방법은, 첫째, 현열 저장방법이다. 현열 저장방법은 열에너지를 이용하여 주위보다 온도가 높은 상태를 만들고 외부로부터 단열하여 저장한다. 그리고 냉열을 이용할 경우 주위보다 온도가 낮은 상태로 저장한다. 또한, 잠열 저장방법은 특정 온도에서 상변화하는 현상을 이용하여 열에너지를 저장하는 것으로, 낮은 온도차(상변화 온도)로 구동될 수 있다. 또한, 화학반응을 이용하여 열에너지를 저장하는 방법도 있다.The conventional thermal energy storage method is, first, a sensible heat storage method. The sensible heat storage method uses thermal energy to create a state with a higher temperature than the surroundings, and then insulates it from the outside and stores it. And when cold heat is used, it is stored at a lower temperature than the surroundings. In addition, the latent heat storage method stores thermal energy using a phase change phenomenon at a specific temperature, and may be driven with a low temperature difference (phase change temperature). There is also a method of storing thermal energy using a chemical reaction.
종래의 열에너지 저장방법에서도, 시간이 지남에 따라 에너지 손실이 지속적으로 발생하게 된다. 또한, 공지된 열에너지 저장물질에 따르면, 건물에 적용되는 열에너지 저장물질의 밀도는 300-700 kJ/kg 수준으로, 낮은 밀도를 갖고 있으며, 이에 따른 효율도 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 해소시킬 수 있는 열에너지 저장물질의 개발이 필요하다.Even in the conventional thermal energy storage method, energy loss continuously occurs over time. In addition, according to the known thermal energy storage material, the density of the thermal energy storage material applied to the building is at the level of 300-700 kJ/kg, and has a low density, and thus the efficiency is also low. It is necessary to develop a thermal energy storage material that can solve these shortcomings.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 고밀도 및 고효율 구동이 가능한 콜로이드물질을 이용한 시스템을 구축함으로써, 건물 내에서 열에너지 생산을 할 수 있으며, 신재생에너지의 공급이 부족한 시간에 생산한 열에너지를 이용하여 건물의 냉난방, 난방수와 온수의 공급을 할 수 있도록 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제를 제공하기 위함이다.An object of the present invention, devised to solve the above-described problems, is to construct a system using a colloidal material capable of high-density and high-efficiency driving, so that thermal energy can be produced in a building, and the time when the supply of new and renewable energy is insufficient. This is to provide a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide that can supply heating and cooling water and hot water to buildings by using the thermal energy produced in the building.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제에 따르면, 이산화탄소 화학적 흡수제에 나노다공성물질이 분산되어 제조된 액상의 콜로이드물질;을 포함하고, 상기 콜로이드물질에 이산화탄소가 주입되면, 콜로이드물질에 이산화탄소가 포집되는 동시에 열에너지를 발생시키고, 이산화탄소가 포집된 상기 콜로이드물질에 일정온도의 열이 가해지면, 상기 콜로이드물질로부터 이산화탄소가 분리되고, 분리된 이산화탄소를 회수 및 재주입 가능한 것을 특징으로 한다.According to the carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide of the present invention for achieving the above object, a liquid colloidal material prepared by dispersing a nanoporous material in a carbon dioxide chemical absorbent; When carbon dioxide is injected, carbon dioxide is captured in the colloidal material and heat energy is generated at the same time. It is characterized in that it can be injected.
또한, 상기 이산화탄소 화학적 흡수제는, MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), MDEA(methyl diethanolamine), AEEA(aminoethyl ethanoamine), AMP(2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA(diethylenetriamine), PZ(piperazine), 수산화나트륨(NaOH) 또는 탄산칼륨(K2CO2)이고, 수용액인 것을 특징으로 한다.In addition, the carbon dioxide chemical absorbent is, MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyl diethanolamine), AEEA (aminoethyl ethanoamine), AMP (2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA (diethylenetriamine), PZ (piperazine), sodium hydroxide (NaOH) or potassium carbonate (K 2 CO 2 ), characterized in that the aqueous solution.
또한, 상기 나노다공성물질은, MOF(metal-organic framework), COF(covalent organic framework) 또는 SBA-15(mesoporous silica)인 것을 특징으로 한다.In addition, the nanoporous material, it is characterized in that MOF (metal-organic framework), COF (covalent organic framework), or SBA-15 (mesoporous silica).
또한, 상기 나노다공성물질은, 다공 크기가 4 내지 10nm 인 것을 특징으로 한다.In addition, the nanoporous material is characterized in that the pore size is 4 to 10nm.
또한, 상기 나노다공성물질은, 표면에 (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide(폴리에테르이미드) 또는 이들의 혼합형태를 합성한 것을 특징으로 한다.In addition, the nanoporous material is, on the surface (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide (polyetherimide ) or a combination thereof.
또한, 상기 콜로이드물질은, 상기 나노다공성물질이 5~7wt%가 되도록 분산된 것을 특징으로 한다.In addition, the colloidal material is characterized in that the nanoporous material is dispersed so as to be 5-7 wt%.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명의 효과는, 고밀도 및 고효율 구동이 가능한 콜로이드물질을 이용한 시스템을 구축함으로써, 건물 내에서 열에너지 생산을 할 수 있으며, 신재생에너지의 공급이 부족한 시간에 생산한 열에너지를 이용하여 건물의 냉난방, 난방수와 온수의 공급을 할 수 있도록 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제을 제공할 수 있다.As described above, the effect of the present invention is that by constructing a system using colloidal materials capable of high-density and high-efficiency driving, thermal energy can be produced in a building, and the thermal energy produced at a time when the supply of new and renewable energy is insufficient. It is possible to provide a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide that enables heating and cooling of buildings, and supply of heating water and hot water.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제의 열에너지를 발생을 실험한 실험장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 실험장치를 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제의 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 MEA, 3-APTES-SBA-15의 비열을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제에 3-APTES-SBA-15의 중량비에 따른 이산화탄소 포집 중량비를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제에 3-APTES-SBA-15의 중량비에 따른 에너지저장밀도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제와 공지된 또다른 물질과 비교분석한 도표이다.1 is a schematic diagram showing an experimental apparatus for generating thermal energy of a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the temperature change of a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced to carbon dioxide according to a preferred embodiment of the present invention through the experimental apparatus of FIG. 1 .
3 is a graph showing the specific heat of MEA, 3-APTES-SBA-15.
4 is a graph showing the carbon dioxide capture weight ratio according to the weight ratio of 3-APTES-SBA-15 in the carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the energy storage density according to the weight ratio of 3-APTES-SBA-15 in the carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to a preferred embodiment of the present invention.
6 is a graph comparing and analyzing a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to a preferred embodiment of the present invention and another known material.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제을 설명한다. Hereinafter, a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to embodiments of the present invention will be described.
본 발명에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제는, 콜로이드물질을 포함한다. The carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to the present invention includes a colloidal material.
먼저, 콜로이드물질은 이산화탄소 화학적 흡수제에 나노다공성물질이 분산되어 제조된다. 이때, 콜로이드물질은 액상으로 이루어진다. 이때, 나노다공성물질의 분산 방법은 기계식 교반, 초음파 분쇄, 자력 교반을 이용할 수 있다. First, the colloidal material is prepared by dispersing the nanoporous material in a carbon dioxide chemical absorbent. In this case, the colloidal material is in a liquid phase. In this case, as a method of dispersing the nanoporous material, mechanical stirring, ultrasonic grinding, or magnetic stirring may be used.
여기서, 이산화탄소 화학적 흡수제는, MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), MDEA(methyl diethanolamine), AEEA(aminoethyl ethanoamine), AMP(2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA(diethylenetriamine), PZ(piperazine), 수산화나트륨(NaOH) 또는 탄산칼륨(K2CO2)이고, 수용액이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다. Here, the carbon dioxide chemical absorbent is, MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyl diethanolamine), AEEA (aminoethyl ethanoamine), AMP (2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA (diethylenetriamine), PZ (piperazine), sodium hydroxide (NaOH) or potassium carbonate (K 2 CO 2 ), preferably an aqueous solution, but is not limited thereto.
또한, 나노다공성물질은, MOF(metal-organic framework), COF(covalent organic framework) 또는 SBA-15(mesoporous silica)인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다. In addition, the nanoporous material is preferably, but is not limited to, metal-organic framework (MOF), covalent organic framework (COF), or mesoporous silica (SBA-15).
여기서, 이산화탄소 화학적 흡수제는, 이산화탄소와 화학적 반응을 일으키며 열에너지를 발생시킨다. Here, the carbon dioxide chemical absorbent causes a chemical reaction with carbon dioxide to generate thermal energy.
이때, 나노다공성물질은, 화학적 흡수제와 화학반응을 일으키는 이산화탄소를 포집하게 되어, 열에너지 생산량을 증가 및 화학적 흡수제의 내부에서 열확산을 촉진시킴으로, 열에너지가 최대로 발생하게 할 수 있다. At this time, the nanoporous material collects carbon dioxide causing a chemical reaction with the chemical absorbent, thereby increasing the thermal energy production and promoting thermal diffusion inside the chemical absorbent, thereby maximally generating thermal energy.
여기서, 화학반응은, 나노다공성물질이 화학적 흡수제에 분산된 상태에서, 이산화탄소가 주입됨에 따라, R-NH2와 CO2의 화학적 반응을 말한다. Here, the chemical reaction refers to a chemical reaction between R-NH 2 and CO 2 as carbon dioxide is injected in a state in which the nanoporous material is dispersed in a chemical absorbent.
또한, 나노다공성물질은, 다공 크기가 4 내지 10nm 인 것이 바람직하나 이에 한정하지 않는다. 나노다공성물질이 4 nm 미만인 경우에는 합성물질을 표면에 합성하기가 용이하지 않아 적절한 성능을 발생시킬 수 없다. 다공 크기가 10 nm 초과에서는 이산화탄소와 효율적인 반응을 할 수 있는 나노다공을 가지지 못한다. Also, the nanoporous material preferably has a pore size of 4 to 10 nm, but is not limited thereto. When the nanoporous material is less than 4 nm, it is not easy to synthesize a synthetic material on the surface, so that proper performance cannot be generated. When the pore size exceeds 10 nm, it does not have nanopores capable of efficiently reacting with carbon dioxide.
이때, 나노다공성물질의 다공 크기가 4nm 미만에서는 이산화탄소의 포집력이 낮아지는 문제가 발생하고, 다공 크기가 10nm 초과에서는 이산화탄소의 포집력이 미미한 효과를 발생한다. At this time, when the pore size of the nanoporous material is less than 4 nm, a problem occurs that the trapping power of carbon dioxide is lowered, and when the pore size exceeds 10 nm, the effect of trapping carbon dioxide is insignificant.
한편, 나노다공성물질은, 표면에 (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide(폴리에테르이미드) 또는 이들의 혼합형태의 합성물질을 표면에 합성할 수 있다.On the other hand, the nanoporous material is (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide (polyetherimide) on the surface. Alternatively, a synthetic material of a mixture form thereof may be synthesized on the surface.
이러한 물질을 나노다공성물질 표면에 합성하는 것은, 나노다공성물질의 성능을 극대화하기 위함이다. 특히, 다공크기가 평균적으로 5.68nm인 나노다공성물질의 표면에 상술한 합성물질을 합성했을 때, 효율이 높게 나온다.The synthesis of these materials on the surface of the nanoporous material is to maximize the performance of the nanoporous material. In particular, when the above-described synthetic material is synthesized on the surface of a nanoporous material having an average pore size of 5.68 nm, the efficiency is high.
또한, 콜로이드물질은, 이산화탄소 화학적 흡수제 93~95wt%이고, 나노다공성물질 5~7wt%이 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않는다. In addition, the colloidal material is 93 to 95 wt% of the carbon dioxide chemical absorbent, and 5 to 7 wt% of the nanoporous material is preferable, but is not limited thereto.
이때, 나노다공성물질이 5wt%미만인 경우에는, 이산화탄소의 포집력이 낮아지고, 7wt%초과인 경우에는 이산화탄소의 포집력 변화가 미미하다.At this time, when the nanoporous material is less than 5wt%, the carbon dioxide trapping power is low, and when it exceeds 7wt%, the change in the carbon dioxide trapping power is insignificant.
또한, 나노다공성물질이 3wt%인 경우, 열에너지의 발생온도가 최대 91.0℃이고, 6wt%인 경우 93.1℃이며, 9wt%인 경우 89.2℃가 된다. In addition, when the nanoporous material is 3wt%, the maximum generation temperature of thermal energy is 91.0°C, when it is 6wt%, it is 93.1°C, and when it is 9wt%, it is 89.2°C.
이에 따라, 콜로이드물질은, 나노다공성물질 5~7wt%를 포함하는 것이 바람직하다. Accordingly, the colloidal material preferably contains 5 to 7 wt% of the nanoporous material.
상술한, 본 발명의 실시예를 살펴보면, 콜로이드물질에 이산화탄소가 주입되면, 콜로이드물질에 이산화탄소가 포집되는 동시에 1차아민과 이산화탄소의 화학반응으로 열에너지를 발생된다. 이때, 화학반응에 따라 빠른 속도로 높은 온도의 열에너지를 발생시킬 수 있으며, 화학반응이 끝날 때까지 열에너지를 발생시킬 수 있다. Looking at the above-described embodiment of the present invention, when carbon dioxide is injected into the colloidal material, carbon dioxide is captured in the colloidal material and thermal energy is generated through a chemical reaction between the primary amine and carbon dioxide. In this case, high-temperature thermal energy may be generated at a high speed according to the chemical reaction, and thermal energy may be generated until the chemical reaction is completed.
또한, 콜로이드물질에 이산화탄소를 직접 주입하지 않고, 건물 내에 있는 이산화탄소를 포집하여 열에너지를 발생시킬 수도 있다. Also, it is possible to generate thermal energy by capturing carbon dioxide in a building without directly injecting carbon dioxide into the colloidal material.
게다가, 이산화탄소가 포집된 콜로이드물질에 일정온도의 130℃ 열이 가해지면, 콜로이드물질로부터 이산화탄소가 분리되는 동시에 50~90℃의 열에너지가 발생된다. 여기서, 분리된 이산화탄소를 회수할 수 있으며, 회수된 이산화탄소를 충전한 후, 필요시에 콜로이드물질에 재주입 가능하다.In addition, when heat of 130°C of a certain temperature is applied to the colloidal material in which the carbon dioxide is captured, the carbon dioxide is separated from the colloidal material and thermal energy of 50 to 90°C is generated at the same time. Here, the separated carbon dioxide can be recovered, and after filling the recovered carbon dioxide, it can be re-injected into the colloidal material if necessary.
상술한 본 발명에 따른 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제의 실험 및 그 실험결과에 대해서 설명한다. The experiment and the experimental results of the carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide according to the present invention described above will be described.
먼저, 본 발명의 콜로이드물질은, 이산화탄소의 화학적 흡수제 MEA(monoethanolamine) 94wt%에 SBA-15의 표면에 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane 이 합성된 3-APTES-SBA-15 6wt%를 분산시켜 제조하였다. First, the colloidal material of the present invention is 3-APTES-SBA-, in which 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane is synthesized on the surface of SBA-15 in 94wt% of MEA (monoethanolamine), a chemical absorbent of carbon dioxide. It was prepared by dispersing 15 6wt%.
그리고 도 1과 같은 실험장치를 이용하여 실험하였다. Then, an experiment was conducted using the experimental apparatus shown in FIG. 1 .
이산화탄소 탱크(1)에서 이산화탄소가 공급되고, 레귤레이터(2)와 항온조(3)를 이용하여 일정 압력(1bar), 일정 온도(25℃) 조건을 유지한 상태에서, 유량 컨트롤러(4)로 0.06g/s의 이산화탄소를 위에서 제조한 콜로이드물질이 채워진 반응기(6) 내부로 공급한다. 반응기(6) 내부에는 이산화탄소와 콜로이드물질이 반응하여 열에너지를 발생시키고, 이에 따른 온도변화를 측정하였다. 그리고 온도변화 측정이 끝나면, 반응기(6)를 가열하여 이산화탄소를 재생시키고, 밸브(7)를 열고 컴프레서(9)를 이용하여 재생된 이산화탄소를 이산화탄소 탱크(1)로 공급한다. 도 1에 표시된 부호 '5'는 온도 및 압력센서이고, '8'은 유량계이다. Carbon dioxide is supplied from the carbon dioxide tank (1), and a constant pressure (1 bar) and a constant temperature (25° C.) are maintained using the regulator (2) and the constant temperature bath (3). /s of carbon dioxide is supplied into the
여기서, 실험장치를 활용한 시스템이 구축되는 경우, 고효율, 고밀도 열에너지 저장을 통하여 건물(ex: 제로에너지빌딩)에 발생하는 잉여에너지를 능동적으로 처리하여, 종래의 문제점인 에너지의 시간적 격차를 해결할 수 있다. 예를 들어, 태양에너지는 낮시간 때에만 사용할 수 있고 밤에는 공백이 발생하는데, 낮시간의 잉여에너지로 본 발명의 콜로이드물질에 포집된 이산화탄소를 분리시키고, 에너지가 부족한 밤시간에 콜로이드물질에 이산화탄소를 주입하여 열에너지를 생산 및 저장할 수 있다. 또한, 본 발명의 이산화탄소 흡수제를 이용하여, 대규모 시설로 구축할 경우 열손실이 없는 계절 간 에너지 부하/생산 차이를 이용한 계간축열 에너지 저장방식으로 장기간 활용도 가능하다.Here, when a system using an experimental device is built, the surplus energy generated in a building (ex: zero energy building) can be actively treated through high-efficiency, high-density thermal energy storage, thereby solving the conventional problem of energy time gap. have. For example, solar energy can be used only during the daytime and a void occurs at night, and the carbon dioxide captured in the colloidal material of the present invention is separated as surplus energy during the daytime, and carbon dioxide is added to the colloidal material at nighttime when energy is insufficient. can be injected to produce and store thermal energy. In addition, when the carbon dioxide absorbent of the present invention is used as a large-scale facility, it can be used for a long period of time as a quarterly thermal energy storage method using a difference in energy load/production between seasons without heat loss.
한편, 도 1을 통해 실험할 때, 반응기 온도변화를 도 2와 같이 확인할 수 있다. 시간이 지남에 따라 온도가 상승하여, 93.1℃까지 오른 후, 감소 하였다(도 2는 최고점까지만 데이터처리한 그래프임). On the other hand, when the experiment through FIG. 1, the temperature change of the reactor can be confirmed as shown in FIG. The temperature rose over time, rose to 93.1°C, and then decreased (FIG. 2 is a data processing graph up to the highest point).
또한, 도 2는 콜로이드물질을 구성하는 성분의 비열을 온도에 따라 측정한 것이다. SUS 316L의 재질로 구성된 반응기가 흡수한 열에너지와, 콜로이드물질이 흡수한 열에너지는 비열데이터로부터 얻을 수 있다. 구체적으로, 열역학 제 1법칙을 이용하여 반응하기 전 시스템의 내부에너지와, 최고온도까지 도달하였을 때의 최종 내부에너지의 차이로 계산할 수 있다. In addition, Figure 2 is a measurement of the specific heat of the components constituting the colloidal material according to the temperature. The heat energy absorbed by the reactor composed of SUS 316L and the heat energy absorbed by the colloidal material can be obtained from specific heat data. Specifically, it can be calculated as the difference between the internal energy of the system before the reaction and the final internal energy when the maximum temperature is reached using the first law of thermodynamics.
도 5는 상기 나열한 방법을 이용하여 얻은 열에너지 저장밀도로, 6 wt%의 3-APTES-SBA-15는 2187 kJ/kg의 열에너지 저장밀도를 가진다. 시스템 효율은 이산화탄소 주입에 따라 생산된 열에너지의 밀도를, 이산화탄소 재생에 필요한 에너지로 나눠 계산할 수 있다. 6 wt%의 3-APTES-SBA-15는 91.5%의 효율을 보여 상당히 높다. 5 shows the thermal energy storage density obtained by using the methods listed above. 6 wt% of 3-APTES-SBA-15 has a thermal energy storage density of 2187 kJ/kg. System efficiency can be calculated by dividing the density of thermal energy produced by carbon dioxide injection by the energy required for carbon dioxide regeneration. 6 wt% of 3-APTES-SBA-15 is quite high with an efficiency of 91.5%.
도 4는 최고온도까지 도달하였을 때 포집된 이산화탄소의 양을 나타낸 그래프이다. 이산화탄소 포집양은 콜로이드물질의 조성비에 따라 큰 차이를 보이지 않으며, 이산화탄소 포집양은 재생에 필요한 에너지와 밀접하게 관련이 있다. 4 is a graph showing the amount of carbon dioxide captured when the maximum temperature is reached. The amount of carbon dioxide capture does not show much difference depending on the composition ratio of colloidal materials, and the amount of carbon dioxide capture is closely related to the energy required for regeneration.
또한, 도 6을 참조하면, 이산화탄소와 기 공지된 물질의 반응, 본 발명의 콜로이드물질의 반응에 따른 charging과 discharging 및 저장밀도를 살펴보면, 본 발명의 콜로이드물질이 효율적임을 확인할 수 있다. 본 발명의 콜로이드물질보다 저장밀도가 높은 Zeolite 4A-CaCl2/H2O 는 charging 시 130℃로 본 발명과 같지만, discharging 시에는 25℃로 실용가능성이 적다고 볼 수 있다. 이때, discharging 시 50~90℃인 본 발명의 콜로이드물질이 더 실용성이 높다도 볼 수 있다. In addition, referring to FIG. 6 , it can be confirmed that the colloidal material of the present invention is efficient by examining the charging, discharging, and storage density according to the reaction of carbon dioxide and a known material, and the reaction of the colloidal material of the present invention.
본 발명의 콜로이드물질의 charging 온도는 이산화탄소 재생에 필요한 열원의 온도를 말하고, discharging 온도는 이산화탄소가 반응하여 발생하는 열에너지를 활용할 수 있는 온도를 말한다. The charging temperature of the colloidal material of the present invention refers to the temperature of a heat source required for carbon dioxide regeneration, and the discharging temperature refers to a temperature at which thermal energy generated by the reaction of carbon dioxide can be utilized.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 작동순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts are included in the scope of the present invention. should be interpreted In addition, the operation sequence of the components described in the above process does not necessarily have to be performed in a time-series order, and if the gist of the present invention is satisfied even if the execution order of each configuration and step is changed, such a process may fall within the scope of the present invention. Of course you can.
1: 이산화탄소 탱크
2: 레귤레이터
3: 항온조
4: 유량 컨트롤러
5: 온도 및 압력센서
6: 반응기
7: 밸브
8: 유량계
9: 컴프레서1: CO2 tank 2: regulator
3: Bath 4: Flow controller
5: Temperature and pressure sensor 6: Reactor
7: valve 8: flow meter
9: Compressor
Claims (6)
상기 콜로이드물질에 이산화탄소가 주입되면, 콜로이드물질에 이산화탄소가 포집되는 동시에 열에너지를 발생시키고,
이산화탄소가 포집된 상기 콜로이드물질에 일정온도의 열이 가해지면, 상기 콜로이드물질로부터 이산화탄소가 분리되고, 분리된 이산화탄소를 회수 및 재주입 가능한 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제.
Including; a colloidal material prepared by dispersing a nanoporous material in a carbon dioxide chemical absorbent;
When carbon dioxide is injected into the colloidal material, carbon dioxide is captured in the colloidal material and thermal energy is generated at the same time,
Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that when heat of a certain temperature is applied to the colloidal material in which carbon dioxide is captured, carbon dioxide is separated from the colloidal material, and the separated carbon dioxide can be recovered and re-injected.
상기 이산화탄소 화학적 흡수제는, MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine), MDEA(methyl diethanolamine), AEEA(aminoethyl ethanoamine), AMP(2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA(diethylenetriamine), PZ(piperazine), 수산화나트륨(NaOH) 또는 탄산칼륨(K2CO2)이고, 수용액인 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제.
According to claim 1,
The carbon dioxide chemical absorbent is, MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyl diethanolamine), AEEA (aminoethyl ethanoamine), AMP (2-amino-2-methyl-1-proponol), DETA (diethylenetriamine), PZ ( piperazine), sodium hydroxide (NaOH) or potassium carbonate (K 2 CO 2 ), and a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that it is an aqueous solution.
상기 나노다공성물질은, MOF(metal-organic framework), COF(covalent organic framework) 또는 SBA-15(mesoporous silica)인 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제.
The method of claim 1,
The nanoporous material is a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that MOF (metal-organic framework), COF (covalent organic framework), or SBA-15 (mesoporous silica).
상기 나노다공성물질은, 다공 크기가 4 내지 10nm 인 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제.
4. The method of claim 3,
The nanoporous material is a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that the pore size is 4 to 10 nm.
상기 나노다공성물질은, 표면에 (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide(폴리에테르이미드) 또는 이들의 혼합형태를 합성한 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제.
According to claim 1,
The nanoporous material is, on the surface, (3-Aminopropyl)trimethoxysilane, [3-(2-Aminoethylamino)propyl]trimethoxysilane, 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyl-trimethoxysilane, polyetherimide (polyetherimide) or A carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that a mixture thereof is synthesized.
상기 콜로이드물질은, 상기 나노다공성물질이 5~7wt%가 되도록 분산된 것을 특징으로 하는 이산화탄소로 유도되는 고밀도 열에너지 발생 가능한 이산화탄소 흡수제. According to claim 1,
The colloidal material is a carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide, characterized in that the nanoporous material is dispersed to be 5-7 wt%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210004040A KR102482021B1 (en) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210004040A KR102482021B1 (en) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220101941A true KR20220101941A (en) | 2022-07-19 |
| KR102482021B1 KR102482021B1 (en) | 2022-12-26 |
Family
ID=82607173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210004040A KR102482021B1 (en) | 2021-01-12 | 2021-01-12 | Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102482021B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060165574A1 (en) * | 2002-12-18 | 2006-07-27 | Abdelhamid Sayari | Modified adsorbent for dry scrubbing and use thereof |
| JP2011177685A (en) | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | Purification device and carbon dioxide recovery system |
| KR101375645B1 (en) | 2012-06-12 | 2014-03-19 | 한국전력기술 주식회사 | CO2 Absorption Device using heat of reboiler steam condensate |
| KR101502238B1 (en) | 2013-11-13 | 2015-03-12 | 한국화학연구원 | Carbon dioxide absorbent and carbon dioxide capture process thereof |
| KR101612748B1 (en) | 2007-05-21 | 2016-04-15 | 피터 아이젠버거 | System and method for removing carbon dioxide from an atmosphere and global thermostat using the same |
-
2021
- 2021-01-12 KR KR1020210004040A patent/KR102482021B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060165574A1 (en) * | 2002-12-18 | 2006-07-27 | Abdelhamid Sayari | Modified adsorbent for dry scrubbing and use thereof |
| KR101612748B1 (en) | 2007-05-21 | 2016-04-15 | 피터 아이젠버거 | System and method for removing carbon dioxide from an atmosphere and global thermostat using the same |
| JP2011177685A (en) | 2010-03-03 | 2011-09-15 | Toshiba Corp | Purification device and carbon dioxide recovery system |
| KR101375645B1 (en) | 2012-06-12 | 2014-03-19 | 한국전력기술 주식회사 | CO2 Absorption Device using heat of reboiler steam condensate |
| KR101502238B1 (en) | 2013-11-13 | 2015-03-12 | 한국화학연구원 | Carbon dioxide absorbent and carbon dioxide capture process thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| E.E. Ünveren et al./Petroleum 3 (2017) 37-50(2016.11.09.)* * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102482021B1 (en) | 2022-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Razmi et al. | Thermodynamic analysis of compressed air energy storage (CAES) hybridized with a multi-effect desalination (MED) system | |
| ES2562603T3 (en) | Osmotic heat engine | |
| CN106457138B (en) | Use the carbon dioxide capture device and method of spontaneous energy device | |
| JP2021501736A (en) | Energy system that utilizes the hydrolysis of magnesium hydride | |
| MX2007002019A (en) | Removal of carbon dioxide from air. | |
| Chen et al. | An efficient solid–liquid biphasic solvent for CO2 capture: crystalline powder product and low heat duty | |
| CN105597492B (en) | The removing method and sour gas removing device of acid gas absorbent, sour gas | |
| CN101921006B (en) | Integrated condensing solar power and seawater desalination method and system | |
| CN106268183A (en) | Carbon dioxide and global thermostat is removed from air | |
| CN105536438B (en) | The proton type ionic liquid formula solution and its preparation method and purposes of a kind of tertiary amino functional | |
| CN202971047U (en) | Deep-sea energy comprehensive utilization system | |
| US8647416B2 (en) | Superheated steam generator, electric power generating ship, and connection robot | |
| CN205779064U (en) | Supercritical water gasification and supercritical carbon dioxide Brayton cycle Joint Production system | |
| Long et al. | Alternative thermal regenerative osmotic heat engines for low-grade heat harvesting | |
| CN109824106A (en) | A kind of continuous seawater desalination system of normal pressure based on hydrate and its application method | |
| CN205876407U (en) | A overcritical CO2 and organic rankine combined cycle system for waste heat recovery | |
| KR102482021B1 (en) | Carbon dioxide absorbent capable of generating high-density thermal energy induced by carbon dioxide | |
| ES2595443B1 (en) | Integrated calcination-carbonation system and closed loop CO2 cycle for thermochemical energy storage and electric power generation | |
| KR101743565B1 (en) | Permanent power generation method using carbon dioxide capture process | |
| CN106917728A (en) | Using geothermal energy and the clean electric power generation change system and method for solar energy | |
| KR101561978B1 (en) | solar energy and external source steam complementary power generation apparatus | |
| JPH02119638A (en) | Energy storage system using compressed air | |
| CN104806312A (en) | Temperature difference-turbine combined circular nitrogen power generation system | |
| US11571658B2 (en) | Carbon dioxide capture | |
| CN108671703A (en) | A kind of new energy carbon capture device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |