KR20240029042A - 가스 유출물로부터 카본 디옥시드를 분리하기 위한 염기 및 아졸을 함유하는 흡착제 수성 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물에 관한 것이며, 상기 조성물은 수성 용매 Z 중 카르보네이트, 히드로겐 카르보네이트 또는 히드록시드 유형의 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물과 적어도 하나의 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물 R(NH)n 의 조합 (여기서 라디칼 R 은 지환족, 단일방향족 또는 다중방향족, 또는 헤테로시클릭 기 (적어도 하나의 질소 원자를 가짐) 이고, n 은 1 과 20 사이임) 및/또는 상기 수성 용매 Z 중 상기 염기 B 또는 상기 염기 B 의 혼합물을 상기 화합물 R(NH)n 과 반응시켜 수득된 생성물을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 조성물을 사용하여 가스 유출물에서 CO2 를 포집하는 방법에 관한 것이다.

Description

가스 유출물로부터 카본 디옥시드를 분리하기 위한 염기 및 아졸을 함유하는 흡착제 수성 조성물
본 발명은 가스 유출물의 탈탄산화에 관한 것이며, 보다 특히 가스 유출물에 함유된 CO2 의 포집을 위한 흡착제 수성 조성물에 관한 것이다.
카본 디옥시드는 다양한 인간의 활동에 의해 광범위하게 발생되는 온실 가스 중 하나이며 대기 오염에 직접적인 영향을 갖는다.
대기 중으로 배출되는 카본 디옥시드의 양을 감소시키기 위해, 가스 유출물에 함유되는 CO2 를 포집할 수 있다.
예를 들어, 천연 가스, 합성 가스, 연소 플루 (flue) 가스, 정유 가스, 클라우스 (Claus) 공정으로부터의 테일 (tail) 가스, 바이오매스 발효 가스, 시멘트 플랜트 가스 및 고로 가스 (blast furnace gas) 와 같은 가스 유출물의 탈탄산화는 일반적으로 흡착제 용액으로 스크러빙 (scrubbing) 함으로써 실행된다. 사용되는 용액의 물리화학적 특징은 처리할 가스의 성질: 불순물의 선택적 제거, 처리된 가스에 대한 예상되는 사양, 처리할 가스에 존재하는 다양한 화합물에 대한 용매의 열적 및 화학적 안정성과 밀접한 관련이 있다.
오늘날 통상적으로 사용되는 용매는 특히 1차, 2차 또는 3차 알칸올아민의 수용액 및 임의로는 예를 들어 메탄올과 같은 유기 조용매를 포함한다. 구체적으로, 흡수된 CO2 는 당업자에게 잘 알려진 가역적 발열 반응에 따라 용액 중 존재하는 알칸올아민과 반응하여, 카르바메이트, 히드로겐 카르보네이트 또는 카르보네이트가 형성되게 한다. 이러한 균형 잡힌 반응은 도 1 에 표시된 모식도에 따라 작성될 수 있다:
예를 들어 모노에탄올아민에 대한 것과 같은 1차 알칸올아민의 경우, 진행되는 반응은 도 1 (상단부) 로부터의 반응이며, 이는 카르바메이트, 히드로겐 카르보네이트 또는 카르보네이트 이온을 포함한다.
예를 들어 디에탄올아민과 같은 2차 알칸올아민의 경우, 도 1 (중앙) 에 따라 작성된다.
그리고 예를 들어 메틸디에탄올아민과 같은 3차 알칸올아민의 경우, 도 1 (하단부) 에 따른다.
수성 알칸올아민 용액에 대한 하나의 대안은 알칼리 금속 카르보네이트의 고온 용액의 사용이다. 원리는 무기 히드로겐 카르보네이트를 유도하는 반응에 따라 무기 카르보네이트에 의한 수용액 중 CO2 의 흡수, 및 무기 히드로겐 카르보네이트를 무기 카르보네이트로 변환하는 가역 반응에 의한 재생을 기반으로 한다.
폴리에틸렌 글리콜 또는 냉각된 메탄올과 같은 흡수제 용액으로 스크러빙함에 의한 탈탄산화의 특정 공정은 CO2 의 물리적 흡수를 기반으로 한다.
프랑스 특허 출원 FR 2 909 010 및 FR 2 909 011 은 각각 아미딘 및 구아니딘 또는 포스파젠으로부터 선택된 특정 염기를 적어도 하나의 티올 또는 알코올 작용기를 포함하는 화합물 및 임의로는 비수성 용매와 조합시키는, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물의 용도를 기재하고 있다.
프랑스 특허 출원 FR 2 934 175 는 수성 매질 중에 카르보네이트 및/또는 히드로겐 카르보네이트로부터 선택된 특정 염기와 티올로부터 선택된 화합물의 조합을 포함하는, 가스 유출물에 함유되는 카본 디옥시드를 포집하기 위한 방법에 사용되는, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물을 기재하고 있다.
가스 또는 플루 가스의 용매 처리를 위한 작동의 필수적인 양태는 분리제의 재생으로 남아 있다. 흡수 유형 (물리적 및/또는 화학적) 에 따라, 팽창에 의한, 증류에 의한 및/또는 "스트리핑 가스 (stripping gas)" 로 알려진 증기화된 가스에 의한 동반에 의한 재생이 일반적으로 고려된다.
일반적으로, 상기 기재된 모든 흡착제 용액의 사용은 분리제의 재생을 위해 상당한 에너지 소비를 필요로 한다. 예를 들어, 플루 가스에서 CO2 를 포집하기 위해 사용된 에탄올아민의 수용액의 재생은 포집된 CO2 의 1 톤 당 약 4 GJ 를 나타낸다. 이러한 에너지 소비는 CO2 포집 공정에 대한 상당한 운영 비용을 나타낸다.
본 출원인은 수성 매질 중에, 카르보네이트 및/또는 히드로겐 카르보네이트 및/또는 히드록시드로부터 선택된 염기와 아졸 화합물의 조합을 포함하는 특정 흡착제 조성물의 사용이, 가스 유출물에 함유된 CO2 를 포집하기에 유리한 성능 수준을 얻을 수 있게 한다는 것을 발견하였다.
발명의 개요
본 발명은 수성 용매 Z 중 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물과 적어도 하나의 화합물 R(NH)n 의 조합 및/또는 상기 수성 용매 Z 중 상기 염기 B 또는 상기 염기 B 의 혼합물과 상기 화합물 R(NH)n 의 반응에 의해 수득된 생성물을 포함하는, 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물에 관한 것이며, 여기서:
- B 는 일반식 M(HCO3)x 또는 M'y(CO3) 또는 M"(OH)w 중 하나에 상응하는 염기 또는 염기의 혼합물이고, 여기서 동일하거나 상이한 M, M', M" 는:
- 1가 양이온 예컨대 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐 또는 세슘,
- 일반식 R1R2R3R4N+ 에 상응하는 4차 암모늄 양이온으로서, 식 중에서 R1, R2, R3 및 R4 는 독립적으로 수소 원자, 분지형 또는 미분지형, 포화 또는 불포화 지방족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 지환족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 헤테로시클릭, 치환 또는 미치환 단일방향족 (monoaromatic) 또는 다중방향족 (polyaromatic) 탄화수소-기반 기 (1 개와 20 개 사이의 탄소 원자 함유) 에서 선택되며, 공유 결합에 의해 쌍으로 결합할 R1, R2, R3 및 R4 는 5 내지 8 개 원자를 갖는 헤테로사이클을 형성할 수 있는 것인 4차 암모늄 양이온,
- 2가 양이온 예컨대 마그네슘, 칼슘 또는 바륨
에서 구별없이 선택되고,
x, y, w 는 1 또는 2 이고;
- R(NH)n 은 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물 또는 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물의 혼합물이고, 여기서 라디칼 R 은 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 지환족, 단일방향족 또는 다중방향족, 또는 헤테로시클릭 기이고, n 은 1 과 20 사이, 바람직하게는 1 과 6 사이이고, 매우 바람직하게는 n 은 2 또는 3 이고;
- Z 는 본질적으로 물 또는 물을 포함하는 용매의 혼합물이다.
염기 B 또는 염기 B 의 혼합물은 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘, 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 카르보네이트, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘, 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 바이카르보네이트 (또는 히드로겐 카르보네이트), 마그네슘, 칼슘 및 바륨, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 및 루비듐의 히드록시드로부터 단독 또는 혼합물로서 선택된다.
상기 화합물 R(NH)n 은 각각 적어도 3, 2 또는 1 개의 탄소 원자(들) 를 포함하는 5 개 이상 원자의 고리에 적어도 2, 3 또는 4 개의 질소 원자를 포함하는 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물일 수 있고, 바람직하게는 상기 화합물 R(NH)n 은 4 개의 탄소 원자 당 적어도 1 개의 질소 원자를 갖는, 5 개의 원자를 함유하는 불포화 헤테로사이클을 갖는 유기 화합물이다.
상기 라디칼 R 은 알코올, 에테르, 티오에테르, 니트릴, 케톤, 술폰, 술폭시드, 아미드 또는 아민과 같은 작용기에 의해 존재하는 하나 이상의 헤테로원자를 함유할 수 있다.
화합물 R(NH)n 은 아졸 예컨대 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-이미다졸리돈, 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸, L-히스티딘, 아데닌, 바르비투르산, 메틸-1H-1,2,4-트리아졸-3-카르복실레이트, 2-에틸이미다졸, 4-메틸-5-이미다졸카르복스알데히드, 2,4-디메틸이미다졸에서 선택될 수 있고, 매우 바람직하게는 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 화합물 R(NH)n 은 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 4(5)-메틸이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸에서 선택된다.
한 구현예에서, 용매 Z 는 본질적으로 물이다.
또 다른 구현예에서, 용매 Z 는 또 다른 용매 또는 물과 혼화성인 용매의 혼합물과 조합된 물이다.
이 경우, 물은 용매 Z 의 총량에 대해 적어도 30 중량%, 바람직하게는 50 중량%, 매우 바람직하게는 60 중량% 를 나타낸다.
상기 다른 용매는 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜-프로필렌 글리콜 공중합체, 글리콜 에테르, 티오글리콜, 티오알코올, 술폰, 술폭시드, 알코올, 우레아, 락탐, N-알킬 피롤리돈, N-알킬 피페리돈, 시클로테트라메틸렌 술폰, N-알킬포름아미드, N-알킬아세트아미드, 에테르-케톤, 알킬 포스페이트, 알킬렌 카르보네이트, 디알킬 카르보네이트 및 이의 유도체에서 선택될 수 있다.
상기 다른 용매는 특히 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 술폴란, 디메틸 술폭시드, 에탄올, 폴리에틸렌 글리콜-200/400/600, N-메틸피롤리돈, 1,3-디옥산-2-온, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 포름아미드, 아세트아미드, 2-메톡시-2-메틸-3-부타논, 2-메톡시-2-메틸-4-펜타논, 테트라히드로피리미돈, 디메틸 티오디프로피오네이트, 비스(2-히드록시에틸)술폰 또는 트리부틸 포스페이트에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 흡착제 조성물에서, α 몰의 R(NH)n 은 각 몰의 B 와 조합될 수 있으며, α 는 식 R(NH)n 에서 N 에 결합된 적어도 하나의 수소 원자가 B 에 의해 제공되는 염기성 작용기와 조합되어야 하는 조건을 만족시키기 위해서 정의된 양수이다.
본 발명은 또한, 처리할 CO2-함유 가스 유출물을 이전에 기재된 변형 중 어느 하나에 따른 흡착제 조성물과 접촉시켜 상기 CO2 의 가스 유출물을 고갈시키고 상기 흡착제 조성물이 CO2 로 풍부하게 하는 단계 및 상기 흡착제 조성물을 재생하고 CO2 가 매우 풍부한 가스를 생성하는 단계를 포함하는, 카본 디옥시드를 포집하는 방법에 관한 것이다.
CO2 가 풍부한 흡착제 조성물의 재생은 카본 디옥시드를 증기상으로 혼입시키는 가스에 의한 증기 혼입 (steam entrainment) 에 의해, 또는 가열에 의해, 또는 팽창에 의해, 또는 카본 디옥시드를 증기상으로 혼입시키는 가스에 의한 증기 혼입, 팽창 및/또는 가열에서 선택되는 단계의 조합에 의해 실행될 수 있다.
도 1 은 흡수된 CO2 가 가역적 발열 반응에 따라 흡착제 용액에 존재하는 알칸올아민과 반응하여 1차 (1a), 2차 (1b) 및 3차 (1c) 알칸올아민에 대해 카르바메이트, 히드로겐 카르보네이트 또는 카르보네이트의 형성을 유도하는 발열 반응을 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 흡착제 조성물을 사용하는 흡수 및 재생을 갖는 CO2 포집 공정의 도식을 나타낸다.
도 3 은 측정 온도에서 시스템의 평형 압력의 함수로서 본 발명에 따른 흡착제 조성물 1 에서 이용가능한 포집제 (이미다졸 및 KOH) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타낸다 (순서대로: x 표시는 40℃, 삼중 표시는 60℃, + 기호는 70℃, 대시는 80℃, 흑색 사각형은 90℃ 임).
도 4 는 본 발명에 따른 흡착제 조성물 2 에서 이용가능한 포집제 (1,2,4-트리아졸 및 KOH) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타내고, 달성된 평형 압력 및 이에 따른 포집된 CO2 의 양에 대한 온도 (상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃) 의 역할을 예시한다.
도 5 는 측정 온도 (상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃) 에서 시스템의 평형 압력의 함수로서 종래 기술에 대한 참조로서 고려된 비교용 흡착제 조성물 3 에서 이용가능한 포집제 (모노에탄올아민) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타낸다.
도 6 은 실험의 CO2 평형 압력 범위에 걸쳐 비교용 흡착제 조성물 4 에서 이용가능한 포집제 (KOH 단독) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타낸다 (흡수 등온선, 상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃).
도 7 은 본 발명에 따른 흡착제 조성물 5 에서 이용가능한 포집제 (2-메틸이미다졸 및 KOH) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타내고, 달성된 평형 압력 및 이에 따른 포집된 CO2 의 양에 대한 온도 (상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃) 의 역할을 예시한다.
도 8 은 측정 온도 (상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃) 에서 시스템의 평형 압력의 함수로서 본 발명에 따른 흡착제 조성물 6 에서 이용가능한 포집제 (4(5)-메틸이미다졸 및 KOH) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타낸다.
도 9 는 본 발명에 따른 흡착제 조성물 7 에서 이용가능한 포집제 (3-아미노트리아졸 및 KOH) 의 양의 단위 당 포집된 CO2 의 양을 나타내고, 달성된 평형 압력 및 이에 따른 포집된 CO2 의 양에 대한 온도 (상기와 같은 순서대로: 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃) 의 역할을 예시한다.
구현예의 설명
본 발명은, 수성 매질 중에 카르보네이트 및/또는 히드로겐 카르보네이트 및/또는 히드록시드에서 선택되는 특정 염기와 아졸-유형 화합물에서 선택되는 화합물의 조합을 포함하는, 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 포집하는 방법에서 사용되는, 카본 디옥시드, 보다 특히 흡착제 조성물을 추출하기 위한 매질을 기재한다.
보다 특히, 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 포집하는 방법에서 사용되는 본 발명에 따른 CO2 흡수용 흡착제 조성물은, 수성 용매 Z 중 (히드로겐) 카르보네이트 또는 히드록시드 유형의 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물과 적어도 하나의 화합물 R(NH)n 의 조합 및/또는 상기 용매 Z 중 상기 염기 B 또는 상기 염기의 혼합물과 상기 화합물 R(NH)n 의 반응에 의해 수득된 생성물을 포함한다.
또한, 본 발명은 a) 처리할 CO2 함유 가스를 상기 흡착제 조성물과 접촉시켜, CO2 가 고갈된 가스 및 CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 수득하는 단계, b) CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 재생시켜, 다시 사용될 수 있는 흡착제 조성물을 수득하고 CO2 가 매우 풍부한 가스를 생성하는 단계를 실행하는 것으로 이루어지는 카본 디옥시드 포집 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 흡착제 조성물은 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 포집할 수 있게 한다. 카본 디옥시드를 로딩하면, 종래의 흡착제 용액보다 더 쉬운 조건 하에 흡착제 배지를 추가적으로 재생할 수 있다.
본 발명에 따른 CO2 를 흡수하기 위한 흡착제 조성물은 수성 용매 Z 중 일반식 M(HCO3)x 또는 M'y(CO3) 또는 M"(Oh)ww 중 하나에 상응하는 (히드로겐) 카르보네이트 또는 히드록시드 유형의 염기 B 의 혼합물 또는 염기 B 와 화합물 R(NH)n 의 조합 및/또는 상기 용매 Z 중 상기 염기 B 또는 상기 염기의 혼합물과 상기 화합물 R(NH)n 의 반응에 의해 수득된 생성물을 포함하고, 여기서:
- B 는 일반식 M(HCO3)x 또는 M'y(CO3) 중 하나에 상응하는 히드로겐) 카르보네이트 유형의 염기 또는 염기의 혼합물일 수 있고, 동일하거나 상이한 M 및 M' 는:
- 1가 양이온 예컨대 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐 또는 세슘,
- 일반식 R1R2R3R4N+ 에 상응하는 4차 암모늄 양이온으로서, 식 중에서 R1, R2, R3 및 R4 는 독립적으로 수소 원자, 분지형 또는 미분지형, 포화 또는 불포화 지방족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 지환족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 헤테로시클릭, 또는 치환 또는 미치환 단일방향족 또는 다중방향족 탄화수소-기반 기 (1 개와 20 개 사이의 탄소 원자 함유) 에서 선택되며, 공유 결합에 의해 쌍으로 결합할 R1, R2, R3 및 R4 는 5 내지 8 개 원자를 갖는 헤테로사이클을 형성할 수 있는 것인 4차 암모늄 양이온,
- 2가 양이온 예컨대 마그네슘, 칼슘 또는 바륨
에서 구별없이 선택되고,
x 및 y 는 1 또는 2 이고;
및/또는 B 는 일반식 M"(OH)w (여기서, M" 는 M 또는 M' 와 동일한 방식으로 정의되고, w 는 1 또는 2 와 동일함) 에 상응하는 히드록시드 유형의 염기 B 의 혼합물 또는 염기 B 일 수 있다.
- R(NH)n 은 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물 또는 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물의 혼합물이고, 여기서 라디칼 R 은 지환족 기, 단일방향족 또는 다중방향족 기, 또는 질소 함유 (즉, 적어도 하나의 질소 원자를 포함함) 헤테로시클릭 기이고, n 은 1 과 20 사이의 것이다.
- 수성 용매 Z 는 본질적으로 물 또는 주로 물을 포함하는 용매의 혼합물이다.
기 R 은 유기 화학의 규칙에 따라 n-NH 단위에 결합된다.
바람직하게는, -NH 단위의 수 (n) 는 1 과 6 사이이고, 매우 바람직하게는 n 은 2 또는 3 과 동일하다.
기 R 은 알코올, 에테르, 티오에테르, 니트릴, 케톤, 술폰, 술폭시드, 아미드 또는 아민과 같은 작용기에 의해 존재하는 하나 이상의 헤테로원자를 함유할 수 있다.
(NH) 가 고리에 존재하는 경우, 후자는 알킬 및/또는 추가의 작용기를 포함할 수 있다.
한 구현예에서, R(NH)n 은 적어도 3, 2 또는 1 개의 탄소 원자(들) 를 각각 포함하는 5 개 이상의 원자의 고리에 적어도 2, 3 또는 4 개의 질소 원자를 포함하는 헤테로시클릭 유기 화합물 또는 헤테로시클릭 유기 화합물의 혼합물이다.
바람직하게는, 화합물 R(NH)n 은 4 개의 탄소 원자 당 적어도 1 개의 질소 원자를 갖는, 5 개의 원자를 함유하는 불포화 헤테로사이클을 갖는 유기 화합물이다.
R 은 매우 바람직하게는 3, 2 또는 1 개의 탄소 원자(들) 를 포함하는 고리를 나타낸다.
유리하게는, 상기 고리는 적어도 2 개의 질소 원자, 또는 심지어 적어도 3 개 또는 적어도 4 개의 질소 원자를 포함한다.
유리하게는, 본 발명에 따른 흡착제 조성물은 쉽게 입수 가능하며 사용하기 쉬운 성분을 포함한다.
수성 매질에서 효과적인 흡착제 조성물을 수득한다는 사실은 여러 이점을 갖는다. 구체적으로, 물은 비독성이고, 저렴하며 용이하게 입수 가능한 용매이다.
또한, 물을 사용하면, 예를 들어 용매가 메탄올과 같은 유기 화합물인 경우 매우 자주 필요한 가스 정제 작업을 생략할 수 있다. 구체적으로, 소량의 용매는 카본 디옥시드의 분리 후 불가피하게 가스에 혼입되며, 값비싼 추가의 정제 단계를 필요로 한다.
물은 또한 일반적으로 용매로서 사용되는 유기 분자와 달리 분해되지 않는다는 장점을 갖는다.
또한, 물은 CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 재생하는 단계에서 제자리 (in situ) 기화될 수 있다는 장점을 갖는다. 이렇게 생성된 증기는 흡착제 조성물을 가열하고/하거나 CO2 의 스트리핑 (증기 혼입) 을 실행하는 것을 가능하게 한다.
(히드로겐) 카르보네이트 또는 히드록시드 유형의 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물은 일반식 M(HCO3)x 또는 M'y(CO3) 또는 M"(OH)w 중 하나에 상응하며, 여기서 동일하거나 상이한 M, M', M" 는:
- 1가 양이온 예컨대 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐 또는 세슘,
- 일반식 R1R2R3R4N+ 에 상응하는 4차 암모늄 양이온으로서, 식 중에서 R1, R2, R3 및 R4 는 독립적으로 수소 원자, 분지형 또는 미분지형, 포화 또는 불포화 지방족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 지환족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 헤테로시클릭, 또는 치환 또는 미치환 단일방향족 또는 다중방향족 탄화수소-기반 기 (1 개와 20 개 사이의 탄소 원자 함유) 에서 선택되며, 공유 결합에 의해 쌍으로 결합할 R1, R2, R3 및 R4 는 5 내지 8 개 원자를 갖는 헤테로사이클을 형성할 수 있는 것인 4차 암모늄 양이온,
- 2가 양이온 예컨대 마그네슘, 칼슘 또는 바륨
에서 구별없이 선택되고,
x, y, w 는 독립적으로 1 또는 2 이다.
본 발명에 따른 흡착제 조성물에 사용되는 카르보네이트 또는 히드로겐 카르보네이트 유형의 염기 B 의 혼합물 또는 염기 중에서, 예를 들어 국한됨이 없이, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 및 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 카르보네이트, 및 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 및 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 바이카르보네이트 (또는 히드로겐 카르보네이트) 가 단독으로 또는 혼합물로서 언급될 수 있다.
이 경우, 매우 바람직하게는, 염기 B 는 포타슘 또는 소듐 카르보네이트에서 선택된다.
본 발명에 따른 흡착제 조성물에 사용되는 히드록시드 유형의 염기 B 의 혼합물 또는 염기 중에서, 예를 들어 국한됨이 없이, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 및 루비듐, 마그네슘, 칼슘 및 바륨의 히드록시드가 단독으로 또는 혼합물로서 언급될 수 있다. 바람직하게는, 염기 B 는 소듐 또는 포타슘 히드록시드이고, 매우 바람직하게는, 염기 B 는 포타슘 히드록시드이다.
식 R(NH)n 의 화합물은 예를 들어 국한됨이 없이, 아졸 예컨대 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-이미다졸리돈, 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸, L-히스티딘, 아데닌, 바르비투르산, 메틸-1H-1,2,4-트리아졸-3-카르복실레이트, 2-에틸이미다졸, 4-메틸-5-이미다졸카르복스알데히드 및 2,4-디메틸이미다졸에서 선택될 수 있다.
바람직하게는, 화합물 R(NH)n 은 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸에서 선택될 수 있다.
매우 바람직하게는, 화합물 R(NH)n 은 이미다졸 또는 1,2,4-트리아졸 또는 2-메틸이미다졸 또는 4(5)-메틸이미다졸 또는 3-아미노-1,2,4-트리아졸인데, 이들 화합물이 로딩 비와 흡수 엔탈피 사이의 양호한 절충을 허용하기 때문이다.
보다 더 바람직하게는, 화합물 R(NH)n 은 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 4(5)-메틸이미다졸에서 선택될 수 있다.
용매 Z 는 본질적으로 물일 수 있다. 용어 "본질적으로" 는 본 발명의 목적을 위해, 물에 포함될 수 있는 특정 고유 불순물을 또한 가질 가능성을 본 발명으로부터 배제하지 않고, 이 경우 용매가 물만으로 이루어진다는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
용매 Z 는 대안적으로는 물을 포함하는 용매의 혼합물일 수 있다.
바람직하게는, 용매 Z 가 용매의 혼합물로 이루어지는 경우, 물은 주요 성분으로 남아 있다. 바람직하게는, 용매 Z 의 구성성분의 수에 따라, 물은 따라서 용매의 총량에 대해 적어도 30 중량% 의 함량으로 존재할 수 있다. 매우 바람직하게는, 용매의 혼합물은 적어도 50 중량% 의 물, 보다 더 바람직하게는 적어도 60 중량% 의 물을 포함할 수 있다.
이 경우, 용매는 또 다른 용매 또는 물과 혼화성인 용매의 혼합물과 조합된 물이다. 이들 용매는 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜-프로필렌 글리콜 공중합체, 글리콜 에테르, 티오글리콜, 티오알코올, 술폰, 술폭시드, 알코올, 우레아, 락탐, N-알킬 피롤리돈, N-알킬 피페리돈, 시클로테트라메틸렌 술폰, N-알킬포름아미드, N-알킬아세트아미드, 에테르-케톤, 알킬 포스페이트, 알킬렌 카르보네이트, 디알킬 카르보네이트 및 이의 유도체에서 선택된다.
예를 들어, 비제한적으로, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 술폴란, 디메틸 술폭시드, 에탄올, 폴리에틸렌 글리콜-200/400/600, N-메틸피롤리돈, 1,3-디옥산-2-온, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 포름아미드, 아세트아미드, 2-메톡시-2-메틸-3-부타논, 2-메톡시-2-메틸-4-펜타논, 테트라히드로피리미돈, 디메틸 티오디프로피오네이트, 비스(2-히드록시에틸)술폰 또는 트리부틸 포스페이트가 국한됨이 없이 언급될 수 있다.
일반적으로, 흡착제 조성물은 1 중량% 내지 90 중량% 의 물, 바람직하게는 20 중량% 내지 80 중량% 의 물, 보다 바람직하게는 적어도 50 중량% 의 물을 함유할 수 있다.
이들의 성질과 이들의 비율로 인해, [B + α R(NH)n]aq 로 나타낸 수성 매질 중 형태 [B + α R(NH)n] 의 2 개 종의 합리적 조합이 카본 디옥시드에 대한 유리한 흡착제 조성물을 구성한다는 것이 발견되었다. 각 몰의 B 는 α 몰의 R(NH)n 과 조합되고, 이에 따라 형성된 종은 하기 일반 모식도에 따라 수성 매질에서 CO2 와 반응하는 특성을 갖는다:
Chem 1
여기서, γ 는 흡착제 조성물 [B + α R(NH)n]aq 에 함유된 반응성 종류와 화학적으로 조합된 CO2 의 몰 수를 나타낸다.
계수 α 의 값은 관련된 두 화학종의 특성에 따라 좌우된다. α 는 양수이다. 바람직하게는, α 는 식 R(NH)n 의 N 에 결합된 적어도 하나의 수소 원자가 B 에 의해 제공된 염기성 작용기와 조합되어야 한다는 조건을 만족해야 한다. 예를 들어, 화합물 RNH 와 조합된 단일염기 B = M"OH 의 경우, α 는 바람직하게는 1 이상이다.
이러한 방식으로, 처리할 CO2-함유 기체는, 흡착제 조성물과의 접촉 후에, CO2 가 고갈될 것이다.
카본 디옥시드는 [B + α R(NH)n]aq 에 대해 과다하거나 부족할 수 있는데, 이는 CO2 포집 후에 흡착제 조성물이 CO2 포집 생성물 [B, α R(NH)n, γ (CO2)]aq 에 추가로, 과량의 CO2 또는 과량의 [B + α R(NH)n]aq 를 함유할 수 있다는 것을 의미한다.
이 반응은 가역적이다. 역반응은 일반 모식도로 나타낼 수 있다.
Chem 2
따라서, [B + α R(NH)n]aq 및 CO2 를 복원하는 것을 목적으로 하는 흡착제 조성물에 대해 작업이 실행된다. 이러한 동작은 CO2 가 매우 풍부한 가스를 생성하고 흡착제 조성물을 재생할 수 있게 한다.
흡착제 조성물을 재생하기 위한 작업은 당업자에게 공지된 바와 같이 이전에 제시되고 (도 1) CO2 를 포집하기 위해 통상적으로 사용되는 균형잡힌 반응에 따라 하나 이상의 1차, 2차 또는 3차 아민 또는 이의 조성물을 사용하여 추출되어 카르바메이트, 히드로겐 카르보네이트 또는 카르보네이트를 초래할 때 동일량의 CO2 를 재생하는데 필요할 수 있는 작업보다 작은 에너지 및 특히 적은 에너지를 필요로 하는 조건 하에 실행될 수 있다.
유사하게, 흡착제 조성물을 재생하는 것을 통한 이러한 작업은 수성 매질 중 R(NH)n 의 부재 하에 단독으로 사용되는 염기 B 를 사용하여 추출될 때 동일량의 CO2 를 재생하는데 필요할 수 있는 작업보다 작은 에너지 및 특히 적은 에너지를 필요로 하는 조건 하에 실행될 수 있다.
수성 매질 중 R(NH)n 만을 사용하는 것은 혼합물 [B + α R(NH)n]aq 만큼 가스에 존재하는 CO2 를 포집하는 것을 가능하게 하지 않는 것으로 관찰되었다. 그러나, 바람직하게 최적화되는 비율로 및 적절한 선택에 따른 수성 매질 중 염기 또는 염기 B 의 혼합물 및 화합물 R(NH)n 의 조합은 CO2 를 추출하고 흡착제 조성물을 재생하는 단계를 실행할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 CO2 를 포집하기 위한 시스템은 CO2 를 함유하는 가스를 처리하는 방법에서 사용될 수 있다.
개략적으로 카본 디옥시드를 포집하는 방법은 하기 단계를 포함한다: a) 처리할 CO2-함유 가스를 흡착제 조성물과 접촉시켜, CO2 가 고갈된 가스 및 CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 수득하는 단계, b) CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 재생시켜, 다시 사용될 수 있는 재생된 흡착제 조성물을 수득하고 CO2 가 매우 풍부한 가스를 생성하는 단계.
보다 구체적으로, 도 2 에 도시된 바와 같이, 카본 디옥시드의 포집 방법에서, 처리할 가스 (1) 가 가스-액체 접촉기 (A) 에 도입되어 재생된 액체 흡착제 조성물 (10) 과 접촉된다. 이는 CO2 가 고갈된 처리된 가스 (2) 및 CO2 가 풍부한 분리 배지 (11) 를 생성한다. CO2 가 풍부한 흡착제 조성물을 열교환 장치 (E) 에 도입하여, 가열된 CO2 풍부 흡착제 조성물 (12) 을 제조한다. 열은 CO2 가 적은 고온 흡착제 조성물 (13) 의 냉각에 의해 제공된다. 이는 또한 CO2 가 적은 냉각된 흡착제 조성물의 스트림 (10) 을 초래한다. 나타내지 않은 외부 고온 및 저온 공급원은 스트림 (10) 및 (12) 의 온도를 각각 성분 (A) 및 (C) 의 작동 조건으로 조정하는데 사용될 수 있다. CO2 가 풍부한 가열된 흡착제 조성물 (12) 은 분리 매질이 재생되는 가스-액체 분리 장비 (C) 에 도입된다. 이러한 분리의 구동력은 열 교환 장치 (D) 에 의해 열원 (20) 에 의해 공급되는 열이다. 이는 냉각된 열원 (21) 을 초래한다. 대안적으로, 이러한 열원은 표시되지 않은 스트리핑 가스에 의해 완전히 또는 부분적으로 보충될 수 있다. 분리 매질의 재생은 CO2 가 적은 고온 분리 매질 (13) 및 CO2 가 풍부한 가스 스트림 (3) 을 생성해낸다. 선택된 재생 방법에 따라, 스트림 (3) 의 CO2 는 스트리핑 가스와 혼합될 수 있다. 대안적으로, 스트림 (3) 은 CO2 가 풍부한 분리 매질의 팽창을 일으키도록 의도된 장치에 연결되고 이에 따라 재생의 구동력을 완전히 또는 부분적으로 구성할 수 있다. CO2 가 적은 고온 분리 스트림 (13) 은 (A) 의 작동 조건에 적합한 온도에서 CO2 가 적은 냉각된 분리 매질 (10) 을 장치 (A) 에 제공하기 위해 그의 열을 상기 기재된 장치 (E) 에 전달한다.
단계 (A) 동안의 온도는 유리하게는 20℃ 와 80℃ 사이, 바람직하게는 30℃ 와 70℃ 사이일 수 있다.
본 발명에 따르면, 반응에 따른 흡착제 조성물의 재생은:
Chem 2
하기에 의해 실행될 수 있다:
- 재생될 용매에 함유된 카본 디옥시드를 증기상으로 혼입시키는 가스에 의한 증기 혼입 (또는 스트리핑) 에 의해. 스트리핑 가스는 예를 들어 흡착제 조성물에 존재하는 하나 이상의 화합물의 기화에 의해 제자리 (in situ) 형성될 수 있다: 이는 본 발명에 따라 정의된 화합물 중 하나일 수 있지만, 이는 또한 예를 들어 플루 가스의 경우에 물과 같이 CO2 로 흡수되었을 수 있는 처리할 가스로부터 유래된 화합물일 수 있다. 스트리핑 가스는 또한 재생 단계에 첨가될 수 있다: 이는 예를 들어 질소, 증기 또는 흡수 단계로부터 생성된 처리된 가스의 일부일 수 있다.
- 또는 가열에 의해;
- 또는 팽창에 의해;
- 또는 세 가지 인용된 재생 방법의 다양한 조합에 의해.
실시예
하기 제시된 실시예는 본 발명의 범주를 제한하지 않고 본 발명의 기술적 이점을 예시한다. 이들은 특히 실시예의 구현을 위한 조건 하에 다양한 흡수 매질의 CO2 흡수 용량 및 다양한 흡착제 조성물의 관심 종의 흡수 에너지를 나타낸다.
다양한 흡착제 조성물에서의 CO2 의 흡수 시험은 하기 절차에 따라 실행된다:
흡착제 조성물은 화합물의 혼합물로 형성된다. 혼합물은 CO2 를 포함하는 잔류 가스를 탈착시키기 위해 제어된 교반 및 제어된 온도로 진공 하에 1차적으로 탈기된다. 이어서, 주변 CO2 에 의한 임의의 오염을 방지하기 위해, 공지된 질량의 혼합물을 불활성 분위기 하에 폐쇄된 반응기 내로 주입한다. 그런 다음, 관심 온도에서 혼합물의 포화 증기압에 도달할 때까지 반응기에서 진공이 생성된다.
다음으로, 자동장치에 의해 정의된 0 bar 와 3 bar 사이의 다양한 압력 설정점을 달성하기 위해 교정된 밸러스트 배출에 의해 40℃, 60℃, 70℃, 80℃ 및 90℃ 에서 순수한 CO2 의 부피가 반응기에 주입된다. CO2 주입 후 반응기에서 도달된 각각의 압력 설정점에서, 액체-증기 평형을 얻기 위해 40 분의 유지를 수행한다. 따라서, 반응기 내의 압력을 시간의 함수로서 모니터링함으로써, 각각의 온도에 대해 반응기 내로 주입되는 CO2 의 양에 상응하는 일련의 지점이 수득된다. 진공 반응기의 부피 및 삽입된 혼합물의 부피를 알면, 기체상의 부피를 계산할 수 있고, 따라서 기체상에서 CO2 의 몰수 및 포집된 수를 그로부터 추론할 수 있다. CO2 흡수 단계가 완료될 때, 로딩 비율을 결정한다. 로딩 비율을 포집된 CO2 의 몰수를 흡착제 조성물에 존재하는 염기성 화합물 (염기 또는 염기의 혼합물) B 의 몰수로 나눈 것으로서 당업자에 의해 정의된다.
40℃ 와 90℃ 사이의 일련의 등온선을 통해, 혼합물의 온도, CO2 의 분압 및 반응의 엔탈피 사이의 관계로서 당업자에게 공지된 깁스-헬름홀츠 (Gibbs-Helmholtz) 방정식을 적용함으로써 로딩 비율 알파의 함수로서 혼합물 중 CO2 의 반응 엔탈피를 결정할 수 있다.
또한, 배출 플랜트 (예를 들어, PCO2 = 10 kPa 인 석탄 화력 발전소) 의 배출구에서 발견되는 비율의 전형적인 분압에서 측정된 로딩 비율은 혼합물에 의해 달성될 수 있는 로딩 비율을 관찰하기 위해 보고될 수 있다.
하기 혼합물을 평가하였다:
0.14 mol 의 KOH 를 0.14 mol 의 이미다졸 및 70 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 1 (본 발명에 따름) 을 수득한다.
0.14 mol 의 KOH 를 0.14 mol 의 1,2,4-트리아졸 및 70 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 2 (본 발명에 따름) 를 수득한다.
30 g (0.49 mol) 의 모노에탄올아민 (MEA) 을 40 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 3 (비교용) 을 수득한다. 이러한 흡착제 조성물은 플루 가스 중 CO2 를 포집하기 위해 당업자에게 잘 알려진 기준 용매인 에탄올아민 (MEA) 의 30 중량% 수용액에 상응한다.
이어서, 0.14 mol 의 KOH 및 70 g 의 물을 혼합하여 흡착제 조성물 4 (비교용) 를 수득한다. 이러한 흡착제 조성물은 히드록시드 염기를 함유하지만, 화합물 R(NH)n 은 함유하지 않는다.
0.14 mol 의 KOH 를 0.14 mol 의 2-메틸이미다졸 및 70 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 5 (본 발명에 따름) 를 수득한다.
0.14 mol 의 KOH 를 0.14 mol 의 4(5)-메틸이미다졸 및 70 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 6 (본 발명에 따름) 을 수득한다.
0.14 mol 의 KOH 를 0.14 mol 의 3-아미노-1,2,4-트리아졸 및 70 g 의 물과 혼합하여, 흡착제 조성물 7 (본 발명에 따름) 을 수득한다.
도 3, 4, 5, 6, 7, 8 및 9 는 혼합물 1, 2, 3, 4, 5, 6 및 7 의 CO2 의 40, 60, 70, 80 및 90℃ 에서의 흡수 등온선을 나타낸다.
도 5 와 비교하여 도 3, 4 및 8 에서 볼 수 있는 바와 같이, CO2 의 5 kPa (40℃) 와 같은 낮은 분압에서 평형에서 달성된 용량은 추출 매질 3 의 흡착제 조성물 중 당업계로부터의 화합물의 용량보다 크거나 적어도 동일하다 (여기서 [알파: 매질 1: 5 kPa] = 0.48 mol CO2 /mol B, [알파: 매질 2: 5 kPa] = 0.58 mol CO2 /mol B 및 알파: 매질 7: 5 kPa] = 0.56 mol CO2 /mol B 대 [알파: 매질 3: 5 kPa] = 0.48 mol CO2 /mol B). 열역학적 평형에서 10 kPa 의 CO2 에 대해, 달성된 용량은 모두 당업계를 대표하는 혼합물 3 에 의해 달성된 용량보다 더 크다 (표 1 참조).
추출 매질 5 및 6 의 흡착제 조성물로 수득한 더 큰 성능에 특히 주목할 수 있으며, 5 kPa (40℃) 의 저압에 대한 평형에서의 CO2 의 분압에 대해, 달성된 용량은 더 크다: [알파: 매질 5: 5 kPa] = 0.67 mol CO2 /mol B, [알파: 매질 6: 5 kPa] = 0.65 mol CO2 /mol B 및 [알파: 매질 7: 5 kPa] = 0.56 mol CO2 /mol B 대 [알파: 매질 3: 5 kPa] = 0.48 mol CO2 /mol B).
하기 표 1 은 다양한 흡착제 조성물에 대해, 비교를 위한 동일한 로딩 비 및 40℃ 에서 10 kPa 하에 흡수 후 CO2 의 로딩 비에 따른 흡수 엔탈피를 나타낸다.
표 1
이들 실시예는 본 발명에 따른 흡착제 조성물 1 및 2 및 또한 5, 6 및 7 이 더 많은 CO2 를 포집하고, 더 낮은 CO2 흡수 엔탈피로 인해 선행 기술에 따른 흡착제 조성물 3 보다 더 쉽게 재생된다는 것을 보여준다. 재생은 화합물 R(NH)n 을 포함하지 않는 혼합물 4 에 비해 특히 촉진된다.
또한, 본 발명에 따른 흡착제 조성물 1, 2, 5, 6 및 7 과 흡착제 조성물 4 의 결과 비교는, 본 발명에 따른 수성 매질 중 화합물 R(NH)n 과 화합물 B 의 조합이 흡수된 CO2 당량에 대해 흡착제 조성물의 더 용이한 재생을 가능하게 하고, 물 중 용액으로 단독으로 사용된 화합물 B 는 그렇지 않다는 것을 명확하게 보여준다.

Claims (14)

  1. 수성 용매 Z 중 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물과 적어도 하나의 화합물 R(NH)n 의 조합 및/또는 상기 수성 용매 Z 중 상기 염기 B 또는 상기 염기 B 의 혼합물과 상기 화합물 R(NH)n 의 반응에 의해 수득된 생성물을 포함하는, 가스 유출물에 함유된 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물로서:
    - B 는 일반식 M(HCO3)x 또는 M'y(CO3) 또는 M"(OH)w 중 하나에 상응하는 염기 또는 염기의 혼합물이고, 여기서 동일하거나 상이한 M, M', M" 는:
    - 1가 양이온 예컨대 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐 또는 세슘,
    - 일반식 R1R2R3R4N+ 에 상응하는 4차 암모늄 양이온으로서, 식 중에서 R1, R2, R3 및 R4 는 독립적으로 수소 원자, 분지형 또는 미분지형, 포화 또는 불포화 지방족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 지환족, 치환 또는 미치환, 포화 또는 불포화 헤테로시클릭, 치환 또는 미치환 단일방향족 (monoaromatic) 또는 다중방향족 (polyaromatic) 탄화수소-기반 기 (1 개와 20 개 사이의 탄소 원자 함유) 에서 선택되며, 공유 결합에 의해 쌍으로 결합할 R1, R2, R3 및 R4 는 5 내지 8 개 원자를 갖는 헤테로사이클을 형성할 수 있는 것인 4차 암모늄 양이온,
    - 2가 양이온 예컨대 마그네슘, 칼슘 또는 바륨
    에서 구별없이 선택되고,
    x, y, w 는 1 또는 2 이고;
    - R(NH)n 은 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물 또는 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물의 혼합물이고, 여기서 라디칼 R 은 적어도 하나의 질소 원자를 갖는 지환족, 단일방향족 또는 다중방향족, 또는 헤테로시클릭 기이고, n 은 1 과 20 사이, 바람직하게는 1 과 6 사이이고, 매우 바람직하게는 n 은 2 또는 3 이고;
    - Z 는 본질적으로 물 또는 물을 포함하는 용매의 혼합물인,
    흡착제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 염기 B 또는 염기 B 의 혼합물이 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘, 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 카르보네이트, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘, 루비듐, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄 및 데실트리메틸암모늄의 바이카르보네이트 (또는 히드로겐 카르보네이트), 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 및 루비듐, 마그네슘, 칼슘 및 바륨의 히드록시드에서 단독 또는 혼합물로서 선택되는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 화합물 R(NH)n 이 각각 적어도 3, 2 또는 1 개의 탄소 원자(들) 를 포함하는 5 개 이상 원자의 고리에 적어도 2, 3 또는 4 개의 질소 원자를 포함하는 불포화 헤테로시클릭 유기 화합물이고, 바람직하게는, 4 개 탄소 원자 당 적어도 1 개의 질소 원자를 갖는, 5 개의 원자를 함유하는 불포화 헤테로사이클을 갖는 유기 화합물인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라디칼 R 이 알코올, 에테르, 티오에테르, 니트릴, 케톤, 술폰, 술폭시드, 아미드 또는 아민과 같은 작용기에 의해 존재하는 하나 이상의 헤테로원자를 함유하는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물 R(NH)n 이 아졸 예컨대 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸, 2-이소프로필이미다졸, 2-에틸-4-메틸이미다졸, 2-이미다졸리돈, 3,5-디아미노-1,2,4-트리아졸, L-히스티딘, 아데닌, 바르비투르산, 메틸-1H-1,2,4-트리아졸-3-카르복실레이트, 2-에틸이미다졸, 4-메틸-5-이미다졸카르복스알데히드, 2,4-디메틸이미다졸에서 선택되고, 매우 바람직하게는 이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 2-메틸이미다졸, 1,2,3-트리아졸, 4(5)-메틸이미다졸 및 3-아미노-1,2,4-트리아졸에서 선택되는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서, 화합물 R(NH)n 이 이미다졸, 2-메틸이미다졸, 4(5)-메틸이미다졸, 1,2,4-트리아졸, 3-아미노-1,2,4-트리아졸에서 선택되는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 Z 가 본질적으로 물인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매 Z 가 또 다른 용매 또는 물과 혼화성인 용매의 혼합물과 조합된 물인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 물이 용매 Z 의 총량에 대해 적어도 30 중량%, 바람직하게는 50 중량%, 매우 바람직하게는 60 중량% 를 나타내는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 다른 용매가 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜-프로필렌 글리콜 공중합체, 글리콜 에테르, 티오글리콜, 티오알코올, 술폰, 술폭시드, 알코올, 우레아, 락탐, N-알킬 피롤리돈, N-알킬 피페리돈, 시클로테트라메틸렌 술폰, N-알킬포름아미드, N-알킬아세트아미드, 에테르-케톤, 알킬 포스페이트, 알킬렌 카르보네이트, 디알킬 카르보네이트 및 이의 유도체에서 선택되는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 다른 용매가 테트라에틸렌 글리콜 디메틸 에테르, 술폴란, 디메틸 술폭시드, 에탄올, 폴리에틸렌 글리콜-200/400/600, N-메틸피롤리돈, 1,3-디옥산-2-온, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 포름아미드, 아세트아미드, 2-메톡시-2-메틸-3-부타논, 2-메톡시-2-메틸-4-펜타논, 테트라히드로피리미돈, 디메틸 티오디프로피오네이트, 비스(2-히드록시에틸)술폰 또는 트리부틸 포스페이트에서 선택되는 것인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, α 몰의 R(NH)n 이 각 몰의 B 와 조합되고, α 는 식 R(NH)n 에서 N 에 결합된 적어도 하나의 수소 원자가 B 에 의해 제공되는 염기성 작용기와 조합되어야 하는 조건을 만족시키기 위해서 정의된 양수인, 카본 디옥시드를 흡수하기 위한 흡착제 조성물.
  13. 처리할 CO2-함유 가스 유출물을 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 흡착제 조성물과 접촉시켜 상기 CO2 의 가스 유출물을 고갈시키고 상기 흡착제 조성물이 CO2 로 풍부하게 하는 단계 및 상기 흡착제 조성물을 재생하고 CO2 가 매우 풍부한 가스를 생성하는 단계를 포함하는, 카본 디옥시드를 포집하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, CO2 가 풍부한 흡착제 조성물의 재생이 카본 디옥시드를 증기상으로 혼입시키는 가스에 의한 증기 혼입 (steam entrainment) 에 의해, 또는 가열에 의해, 또는 팽창에 의해, 또는 카본 디옥시드를 증기상으로 혼입시키는 가스에 의한 증기 혼입, 팽창 및/또는 가열에서 선택되는 단계의 조합에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
KR1020247003080A 2021-07-02 2022-06-27 가스 유출물로부터 카본 디옥시드를 분리하기 위한 염기 및 아졸을 함유하는 흡착제 수성 조성물 KR20240029042A (ko)

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