WO2018208002A1 - 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법 - Google Patents

이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법 Download PDF

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김성곤
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정명환
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    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a carbon dioxide trapping absorbent for removing carbon dioxide in a gasification combined cycle (IGCC) process, and more particularly to a carbon dioxide absorbent, characterized in that the hydrocarbon oil in the form of droplets and a method for producing the same. will be.
  • IGCC gasification combined cycle
  • IGCC Gasification Combined Cycle
  • ICC carbon dioxide capture and storage
  • the collection process for removing carbon dioxide from the IGCC process can be divided into chemical absorption method, physical absorption method, adsorption method, membrane separation method, deep cooling method and the like. Each process corresponds to a process using reaction, dissolution, adsorption, and distillation.
  • the disadvantages of the processes except the physical absorption method are as follows.
  • the chemical absorption method for example, Korean Patent No.
  • the device In high-volume processes like IGCC, the device is relatively simple and dry, so physical absorption is less suitable for the environment.
  • a process using the physical absorption method specifically, a genosolve, a selenol, a rectisol, a purisol process, and the like are known.
  • the rectisol process uses methanol as an absorbent, and requires a high temperature (-40 ° C.) to obtain a desired absorption rate, which consumes a lot of energy during refrigeration. Therefore, in order to maximize energy and cost saving effects, it is a technical problem to increase the absorption performance of the absorbent to enable the operation of the process at room temperature.
  • the present invention has been made to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide an absorbent with a low energy consumption and a method of manufacturing the same.
  • Another object of the present invention is to provide an absorbent and a manufacturing method which do not cause aggregation.
  • an object of the present invention is to provide a high-efficiency carbon dioxide absorbent and a method for producing the same.
  • Carbon dioxide absorbents for achieving the above object include a solvent, a hydrocarbon oil and a surfactant mixture dispersed in the solvent, the hydrocarbon oil in the form of droplets.
  • the solvent is methanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), dimethyl ether polyethylene glycol (DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol) It may be at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl Carbonate), diethyl carbonate (DEC, Diethyl Carbonate), and triacetin (TAT, Triacetin).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMPEG dimethyl ether polyethylene glycol
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • TAT Triacetin
  • the hydrocarbon oil may be any single bond in the molecule, n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n -Decane, n-undecane, n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, and n-heptadecane It may be any one or more.
  • the surfactant mixture may be any one or more selected from the group consisting of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants.
  • the surfactant mixture preferably has a difference of 1 or less from the HLB of the hydrocarbon oil. That is, the surfactant mixture of the present invention preferably satisfies the following Equation 1.
  • the HLB x is the HLB of the hydrocarbon oil and the HLB y is the HLB of the surfactant mixture.
  • volume of the surfactant mixture relative to the volume of the hydrocarbon oil is preferably more than 0.125 times, less than 0.5 times.
  • the present invention also provides a method for producing a carbon dioxide absorbent, characterized in that the hydrocarbon oil is in the form of droplets.
  • the manufacturing method includes forming a first solution by adding a hydrocarbon oil to a first solvent, forming a second solution by adding a surfactant mixture to a second solvent, and mixing a first solution and a second solution. do. After mixing the first solution and the second solution may further comprise splitting the droplets.
  • the first solvent and the second solvent are methanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), dimethyl ether polyethylene glycol ( DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl Carbonate), diethyl carbonate (DEC, Diethyl Carbonate), and may be any one or more selected from the group consisting of triacetin (TAT, Triacetin).
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMPEG Dimethyl Ether Polyethylene Glycol
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • TAT Triacetin
  • the hydrocarbon oil may be any single bond in the molecule, n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n -Decane, n-undecane, n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, and n-heptadecane It may be any one or more.
  • the surfactant mixture may be any one or more selected from the group consisting of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants.
  • the HLB of the surfactant mixture of the present invention preferably has a difference of 1 or less from the HLB of the hydrocarbon oil. That is, the surfactant mixture of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
  • the HLB x is the HLB of the hydrocarbon oil and the HLB y is the HLB of the surfactant mixture.
  • volume of the surfactant mixture relative to the volume of the hydrocarbon oil may be more than 0.125 times, less than 0.5 times.
  • the carbon dioxide absorbent of the present invention does not have to be accompanied by cooling of the absorbent, and redispersion of the absorbent is unnecessary, so that energy consumption is low.
  • the carbon dioxide absorbent of the present invention is in the form of droplets, aggregation does not occur, and tube corrosion can be prevented in advance.
  • the carbon dioxide absorbent of the present invention can absorb carbon dioxide even inside the absorbent, thereby increasing the efficiency of carbon dioxide capture.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a method for producing a carbon dioxide absorbent according to claim 8 of the present invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a method for producing a carbon dioxide absorbent according to Example 1, Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram schematically illustrating a scattering photometry test procedure of a carbon dioxide absorbent according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5.
  • FIG. 3 is a schematic diagram schematically illustrating a scattering photometry test procedure of a carbon dioxide absorbent according to Example 1 and Comparative Examples 1 to 5.
  • Figure 4 is an image showing the results of the scattering photometry of the carbon dioxide absorbent according to Example 1, Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
  • Example 5 is a chart showing the turbidity measurement results of the carbon dioxide absorbent according to Example 1, Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
  • Carbon dioxide absorbents for achieving the above object include a solvent, a mixture of hydrocarbon oil and a surfactant dispersed in the solvent, the hydrocarbon oil in the form of droplets.
  • a solvent having a purity of 90% or more of carbon dioxide separation is possible.
  • the solvent methanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), dimethyl ether polyethylene glycol (DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl) Carbonate), diethyl carbonate (DEC, Diethyl Carbonate), and at least one selected from the group consisting of triacetin (TAT, Triacetin) can be used.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • DMPEG dimethyl ether polyethylene glycol
  • DMC dimethyl carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • TAT Triacetin
  • the hydrocarbon oil of the present invention may be a hydrocarbon in which all bonds in the molecule are single bonds.
  • fusing point is 0 degrees C or less and boiling point is 25 degreeC or more especially, it is preferable that it is a liquid at normal temperature.
  • Hydrocarbon oils of the present invention are n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, n-undecane, n-dodecane, n-tride Any one or more selected from the group consisting of kane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, and n-heptadecane can be used.
  • the surfactant mixture of the present invention is added to enclose the droplets of the hydrocarbon oil to increase the dispersibility of the hydrocarbon oil.
  • the surfactant of the present invention any one or more selected from the group consisting of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants and amphoteric surfactants can be used.
  • Anionic surfactant means surfactant in which the long-term atomic group (hydrophobic part) becomes an anion.
  • anionic surfactants include soap, phosphate esters, sulfates, sulfonates, and the like.
  • Cationic surfactants refer to surfactants whose long chains become cations.
  • Examples of cationic surfactants include quaternary ammonium salts, amine salts, pyridine salts, and the like.
  • Nonionic surfactants refer to surfactants that do not have charged groups. Examples of nonionic surfactants include polyethylene glycol, polyhydric alcohols, fatty acid ethylene oxide, and the like.
  • An amphoteric surfactant refers to a surfactant having both a cation and an anion in its molecule. The charge property of the cationic surfactant changes depending on the pH value, and examples thereof include amino acid type and betaine type.
  • the HLB of the surfactant mixture of the present invention preferably has a difference of 1 or less from that of the hydrocarbon oil. That is, the surfactant mixture of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
  • the HLB of the surfactant mixture is one or more different from the HLB of the hydrocarbon oil, the increase in the dispersibility of the hydrocarbon oil through the addition of the surfactant is minimal, and the retention time of the dispersibility is reduced. This means reducing the efficiency of carbon dioxide capture and energy consumption for redispersant of the absorbent.
  • the HLB x is the HLB of the hydrocarbon oil and the HLB y is the HLB of the surfactant mixture.
  • Hydrophilic Lipophilic Balance is a numerical representation of the degree of hydrophilicity and lipophilicity of a surfactant. HLB starts at 1 with the highest lipophilicity, and the most commonly used surfactants are usually between 1 and 20 HLB.
  • the HLB value of the surfactant mixture is a value obtained by the value obtained by multiplying the HLB W B and B in the product of the W A and HLB A W A W B divided by the sum.
  • W A and W B are the weight fractions of the surfactants A and B, respectively
  • HLB A and HLB B are the respective HLB values of the surfactants A and B.
  • the surfactants are shown in descending order of HLB value as follows. The specific order is Oleic acid, Sorbitan trioleate, Sorbitan monooleate, Sorbitan Monooleate, Sorbitan Monostearate, Sorbitan Monolaurate, Sorbitan Monolaurate Polyoxyethylene (5) sorbitan monooleate (polyoxyethylin (5) sorbitan monooleate), Triethanolamine oleate (polyethanolamine oleate), Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate (polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate) , Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate (Polyoxyethylin (20) sorbitan monooleate), Polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate (Polyoxyethylin (20) sorbitan monolaurate), Sodium oleate (Sodium oleate) And Potasium oleate.
  • the volume of the surfactant mixture relative to the volume of the hydrocarbon oil may be greater than 0.125 times and less than 0.5 times.
  • the volume of the surfactant mixture is less than 0.125 times, the hydrocarbon oil is not sufficiently dispersed due to the lack of the surfactant mixture, and thus it is not possible to enjoy an increase in carbon dioxide collection efficiency intended by the present invention.
  • the volume of the surfactant mixture is more than 0.5 times, phase separation of the aqueous phase and the oil phase may result, which means a decrease in the dispersibility of the hydrocarbon oil as in the case described above.
  • the volume of the surfactant mixture relative to the volume of the hydrocarbon oil of the present invention is preferably more than 0.125 times to less than 0.5 times.
  • the volume of the surfactant mixture with respect to the volume of the hydrocarbon oil of the invention is more preferably more than 0.2 to less than 0.4 times, most preferably 0.25 times.
  • the method for preparing a carbon dioxide absorbent of the present invention comprises the steps of forming a first solution by putting a hydrocarbon oil in a first solvent, forming a second solution by adding a surfactant mixture to a second solvent and the first solution and the second Mixing the solution. After mixing the first solution and the second solution may further comprise splitting the droplets.
  • An example of the step of splitting the droplet may be ultrasonic treatment, and the size of the droplet may be adjusted by varying the ultrasonic treatment time or frequency.
  • the configuration of the method for producing a carbon dioxide absorbent of the present invention is based on the configuration of the carbon dioxide absorbent described above.
  • the first solvent and the second solvent of the present invention are methanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), dimethyl ether polyethylene glycol (DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), It may be at least one selected from the group consisting of dimethyl carbonate (DMC, Dimethyl Carbonate), diethyl carbonate (DEC, Diethyl Carbonate), and triacetin (TAT, Triacetin). All of these solvents are suitable for absorbents because the purity of carbon dioxide separation is greater than 90%.
  • all the bonds in the molecule may be a single bond.
  • n-pentane, n-hexane, n-heptane, n-octane, n-nonane and n-decane exhibit melting point below 0 °C and boiling point above 25 °C, showing liquid properties at room temperature.
  • at least one selected from the group consisting of n-undecane, n-dodecane, n-tridecane, n-tetradecane, n-pentadecane, n-hexadecane, and n-heptadecane have.
  • the surfactant mixture of the present invention is added to increase the dispersibility by droplet enclosing the hydrocarbon oil.
  • the surfactant may be any one or more selected from the group consisting of anionic surfactants, cationic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants.
  • the HLB of the surfactant mixture of the present invention preferably has a difference of 1 or less from that of the hydrocarbon oil. That is, the surfactant mixture of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
  • the HLB x is the HLB of the hydrocarbon oil and the HLB y is the HLB of the surfactant mixture.
  • HLB values are shown in the order of surfactants, Oleic acid, Sorbitan trioleate, Sorbitan monooleate, Sorbitan monooleate, Sorbitan Monostearate, Sorbitan Monolaurate Sorbitan monolaurate), Polyoxyethylene (5) sorbitan monooleate (polyoxyethyline sorbitan monooleate), Triethanolamine oleate (polyethanolamine oleate), Polyoxyethylene (20) sorbitan monostearate ), Polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate (Polyoxyethylin sorbitan monooleate), Polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate), Sodium oleate (Sodium oleate), Potasium oleate (Potassium) Oleate), but the present invention is not particularly limited thereto.
  • the volume of the surfactant mixture relative to the volume of the hydrocarbon oil may be greater than 0.125 times and less than 0.5 times.
  • the critical significance of each value is as described above.
  • N-dodecane was used as hydrocarbon oil.
  • Two surfactants of Tween ® 60) were selected.
  • Span ® 60 and Tween ® 60 were mixed in a weight ratio of 4: 6 using the calculation method of Equation 2.
  • the HLB of the surfactant mixture was 11.24.
  • Methanol was used as a solvent.
  • the volume ratio of dodecane as a hydrocarbon oil was constant at 0.05%.
  • a carbon dioxide absorbent was prepared including only the step of sonicating and stirring a first solution containing n-dodecane in pure methanol for 30 minutes without adding a surfactant to form droplets.
  • a carbon dioxide absorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of n-dodecane and the mixed surfactant was 1: 0.125.
  • a carbon dioxide absorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of n-dodecane and the mixed surfactant was 1: 0.5.
  • a carbon dioxide absorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of the set n-dodecane and the mixed surfactant was 1: 1.
  • a carbon dioxide absorbent was prepared in the same manner as in Example 1 except that the volume ratio of n-dodecane and the mixed surfactant was 1: 2.
  • Dispersion stability is specifically evaluated by combining the results of scattering photometry and turbidity testing.
  • Dispersion stability means a property that the hydrocarbon oil is to be kept uniformly dispersed in the solvent. Therefore, if the dispersion stability is high, the efficiency as a carbon dioxide absorbent increases, and the energy used for capture of carbon dioxide is reduced overall.
  • Scattering photometry is a measurement method using the tindle effect in which a laser beam projected onto a reagent is visualized due to scattering and reflection of the reagent.
  • the degree of visualization depends on the degree to which the hydrocarbon oil is dispersed in the solvent.
  • hazy light means that precipitation has occurred in the reagents, which impairs the uniformity of the dispersion, while spreading light means that agglomeration of hydrocarbon oils has occurred. Therefore, it can be evaluated that dispersion stability is better as light is clearer and nears a straight line.
  • the scattering light measuring apparatus is shown in FIG. 3.
  • the prepared carbon dioxide absorbent is placed in a 30 ml vial bottle and placed 5 cm away from the laser. At this time, 5cm was determined as the position where the sharpest laser was projected on the vial bottle.
  • Four lasers are projected from the bottom, the lower middle, the upper middle, and the up to evaluate the dispersion stability according to various positions. Photographed over time immediately after manufacture to compare and evaluate light clarity.
  • Figure 4 is an image showing the results of the scattering photometry of the carbon dioxide absorbent according to Example 1, Comparative Examples 1 to 5 of the present invention.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 it can be confirmed that the scattered light is very blurry. This strongly suggests that hydrocarbon oil is not dispersed and precipitation has occurred.
  • Comparative Example 3 to 5 it can be confirmed that the scattered light is not a straight line (Comparative Example 3) or spread too widely (Comparative Example 4, Comparative Example 5).
  • Comparative Example 4 and Comparative Example 5 it is possible to observe a clear portion and a blurry portion even on a single straight line of light. This suggests that flocculation of hydrocarbon oil is occurring.
  • Turbidity measurement was performed by converting the amount of light passing through the reagent into a numerical value.
  • the unit is NTU (Nephelometric Turbidity Units).
  • NTU Nephelometric Turbidity Units
  • the NTU value of the carbon dioxide absorbent of the present invention is measured with time, and the degree to which the NTU value changes is evaluated. If the NTU value measured after a certain time decreases faster or significantly than the initial NTU, the dispersion stability may be evaluated as low. This is because the change in turbidity means fast or large. In the case of the NTU value, a total of five measurements were taken and the average value was selected as the data.
  • the change in NTU value and the change in sharpness usually show a similar tendency. If the NTU value and the tendency of sharpness do not match, it can be estimated that an error has occurred in the experiment. 4 and 5, it can be seen that a similar tendency appears in the change in NTU value and the change in sharpness of light.
  • Example 5 is a chart showing the turbidity measurement results of the carbon dioxide absorbent according to Example 1, Comparative Examples 1 to 5 of the present invention. Overall, as the ratio of surfactant increases, it can be seen that the NTU value also increases. 5, in Comparative Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that the NTU is steadily decreasing. Due to the lack of surfactant mixtures, the results correspond to the theoretical prediction that the dispersion of hydrocarbon oils is unlikely to occur sufficiently.
  • Comparative Example 3 Although the decrease in the NTU value was shown to be relatively small compared to Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that the NTU decreases relatively quickly after 90 minutes.
  • the volume ratio of the surfactant mixture to the volume of the hydrocarbon oil is less than 0.5 times, the dispersion stability is greater than that of 0.5 times or more.
  • Example 1 of the present invention means that as a carbon dioxide absorbent, Example 1 of the present invention secured improved carbon capture efficiency and energy efficiency without aggregation.

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Abstract

본 발명은 IGCC 공정에서 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 포집용 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄화수소 오일이 액적 형태인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명인 이산화탄소 흡수제에 따르면 고체입자가 아닌 액적을 이용하기 때문에 응집 현상이 발생하지 않아서 재분산에 필요한 에너지 소모가 적으며 관 부식이 발생하지 않는다. 또한 흡수제 표면만이 아닌 내부의 흡수 현상까지 가능하게 하는 고효율 이산화탄소 흡수제를 제공하는 효과가 있다.

Description

이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법
본 발명은 가스화복합발전(IGCC) 공정에서 이산화탄소를 제거하기 위한 이산화탄소 포집용 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄화수소 오일이 액적 형태인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법에 관한 것이다.
가스화복합발전(IGCC)은 화석연료를 고온, 고압에서 가스화 시켜 합성가스를 생산하고 이를 연료로 하여 전기를 생산하는 복합발전시스템이다. IGCC는 기존 보일러를 이용한 화력발전보다 에너지 효율이 높으면서도 공해 배출은 적어 청정 발전 기술로서 각광받고 있다.
한편, 화석발전과 관련하여, 발전의 생산물 중 하나인 이산화탄소를 대기 중으로부터 포집·격리하는 이산화탄소 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Dioxide Capture and Storage)의 중요성이 강조되고 있다. 특히 ICC는 IGCC와 연계 시에 기존의 화력발전에 비해 저비용으로 이산화탄소를 제거할 수 있어 발전 단가의 측면에서 ICC 적용의 이득이 큰 편이다. IGCC 공정에서 이산화탄소를 제거하기 위한 포집 공정은 화학흡수법, 물리흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등으로 나눌 수 있다. 각각의 공정은 반응, 용해, 흡착, 증류를 이용한 공정에 해당한다. 특히, 물리흡수법을 제외한 공정들의 단점은 다음과 같다. 화학흡수법(일 예시로서, 한국 등록특허 제10-1311783)은 흡수제 재생에 큰 에너지가 필요하고 흡수제에 의해 설비가 부식된다는 단점을 갖는다. 흡착법은 통상적으로 전처리 과정이 필요하다는 단점을 갖는다. 막분리법은 일반적으로 고가의 분리막이 사용되며, 분리막의 특성 상 대용량화가 어렵다는 단점을 갖는다. 심냉법은 전반적인 공정에 요구되는 에너지 소모가 크다는 단점을 갖는다.
IGCC와 같은 대용량 공정에서는 장치가 비교적 간단하고 건식이기 때문에 주변 환경에 미치는 영향이 적은 물리흡수법이 가장 적합하다. 물리흡수법을 이용한 공정으로는 구체적으로 게노솔브(Genosorb), 셀렉솔(Selexol), 렉티솔(Rectisol), 퓨리솔(Purisol) 공정 등이 알려져 있다.
특히, 렉티솔 공정은 메탄올을 흡수제로 사용하며, 원하는 흡수율을 얻기 위해 저온(-40℃)을 유지해야 하므로 냉동 시에 큰 에너지가 소모된다. 때문에, 에너지 및 비용 절감 효과를 극대화하고자, 흡수제의 흡수 성능을 증가시킴으로써 상온에서도 공정의 작동이 가능하도록 하는 것이 하나의 기술적 과제라고 할 수 있다.
이를 위해 기존에는 나노유체를 사용하여 흡수제의 흡수율을 증대시키려는 연구가 진행되었다. 다만, 종래 나노유체로서 사용된 Al 2O 3, SiO 2, Fe 3O 4 등의 고체입자는 응집 현상이 일어나며, 침전된 입자는 관 내의 부식을 일으킨다는 문제점이 있다. 또한, 상기 고체입자는 입자의 표면에서만 이산화탄소의 흡수가 가능하기 때문에 포집의 효율성을 극대화하기 어렵다는 단점이 있다.. 따라서, 냉동이 요구되지 않아 에너지 소모가 적으며, 응집 현상을 일으키지 않는 고효율 흡수제의 개발은 여전히 절실히 요구되는 상태이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 에너지 소모가 적은 흡수제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 응집 현상을 일으키지 않는 흡수제 및 제조방법을 제공하는 것이다.
궁극적으로, 본 발명은 고효율의 이산화탄소 흡수제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이산화탄소 흡수제는 용매, 상기 용매 중에 분산된 탄화수소 오일 및 계면활성제 혼합물을 포함하며, 탄화수소 오일은 액적 형태이다.
본 발명의 각 이산화탄소 흡수제에 있어서, 상기 용매는 메탄올(Methanol), N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜(DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), 디메틸카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate), 디에틸카보네이트(DEC, Diethyl Carbonate), 및 트리아세틴(TAT, Triacetin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 각 이산화탄소 흡수제에 있어서, 상기 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합이 단일 결합일 수 있으며, n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, n-헥사데케인, 및 n-헵타데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 각 이산화탄소 흡수제에 있어서, 상기 계면활성제 혼합물은 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 또한, 상기 계면활성제 혼합물은 상기 탄화수소 오일의 HLB와의 차이가 1 이하인 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 계면활성제 혼합물은 하기 [수학식 1]을 만족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018002944-appb-img-000001
단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
또한, 상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피는 0.125 배 초과, 0.5 배 미만인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 탄화수소 오일이 액적 형태인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법은 제 1 용매에 탄화수소 오일을 넣어 제 1 용액을 형성하는 단계, 제 2 용매에 계면활성제 혼합물을 넣어 제 2 용액을 형성하는 단계, 제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합하는 단계를 포함한다. 제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합한 후 상기 액적을 쪼개는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 각 제조방법에 있어서, 상기 제 1 용매 및 제 2 용매는 각각 메탄올(Methanol), N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜(DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), 디메틸카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate), 디에틸카보네이트(DEC, Diethyl Carbonate), 및 트리아세틴(TAT, Triacetin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 각 제조방법에 있어서, 상기 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합은 단일 결합일 수 있으며, n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, n-헥사데케인, 및 n-헵타데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 각 제조방법에 있어서, 상기 계면활성제 혼합물은 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 계면활성제 혼합물의 HLB는 상기 탄화수소 오일의 HLB와의 차이가 1 이하가 되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 계면활성제 혼합물은 하기 수학식 1을 만족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018002944-appb-img-000002
단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
또한, 상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피는 0.125 배 초과, 0.5 배 미만일 수 있다.
본 발명의 이산화탄소 흡수제는 흡수제의 냉각을 수반하여야 하는 것은 아니며, 흡수제의 재분산이 불필요하여 에너지의 소모가 적다.
또한, 본 발명의 이산화탄소 흡수제는 액적 형태인바, 응집 현상이 발생하지 않으며, 관 부식을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이산화탄소 흡수제는 흡수제의 내부에서도 이산화탄소의 흡수가 가능하여, 이산화탄소 포집의 효율성을 증대하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 청구항 8항에 따른 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 산란광측정 실험 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 산란광측정 실험의 결과를 나타낸 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 탁도 측정 결과를 나타낸 도표이다.
이하, 본 발명에 대해서 본 발명에 따른 실시예 및 도면을 참조하여 더욱 상술한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 이산화탄소 흡수제는 용매, 상기 용매 중에 분산된 탄화수소 오일 및 계면활성제 혼합물을 포함하며, 탄화수소 오일이 액적 형태이다.
바람직하게는, 본 발명의 용매로서 이산화탄소 분리 순도가 90% 이상인 용매의 사용이 가능하다. 상기 용매의 예시로서 메탄올(Methanol), N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜(DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), 디메틸카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate), 디에틸카보네이트(DEC, Diethyl Carbonate), 및 트리아세틴(TAT, Triacetin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합이 단일 결합인 탄화수소일 수 있다. 특히, 그 중에서도 녹는 점이 0℃ 이하이고, 끓는 점이 25℃ 이상이어서 상온에서 액체인 것이 바람직하다. 본 발명의 탄화수소 오일로서 n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, n-헥사데케인, n-헵타데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 계면활성제 혼합물은 상기 탄화수소 오일의 액적(Droplet)을 에워싸 상기 탄화수소 오일의 분산성을 증가시키기 위하여 첨가된다. 본 발명의 계면활성제로서 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
음이온 계면활성제는 장쇄의 원자단(소수성 부분)이 음이온으로 되는 계면활성제를 말한다. 음이온 계면활성제의 예시로서 비누, 포스페이트 에스터, 설페이트, 설포네이트 등이 있다. 양이온 계면활성제는 장쇄가 양이온이 되는 계면활성제를 말한다. 양이온 계면활성제의 예시로서 제4급 암모늄염, 아민염, 피리딘염 등이 있다. 비이온 계면활성제는 전하를 띠는 기를 갖지 않는 계면활성제를 말한다. 비이온 계면활성제의 예시로서 폴리에틸렌글리콜, 다가 알코올, 지방산 에틸렌옥사이드 등이 있다. 양성 계면활성제는 분자 내에 양이온과 음이온을 동시에 가지고 있는 계면활성제를 말한다. 양이온 계면활성제의 전하적 성질은 pH 값에 따라 변화하며, 그 예시로서 아미노산 형, 베타인 형 등이 있다.
상기 본 발명의 계면활성제 혼합물의 HLB는 탄화수소 오일의 HLB와의 차이가 1 이하가 되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 계면활성제 혼합물은 하기 수학식 1을 만족시키는 것이 바람직하다. 가령, 계면활성제 혼합물의 HLB는 탄화수소 오일의 HLB와의 차이가 1 이상인 경우, 계면활성제의 첨가를 통한 상기 탄화수소 오일의 분산성 증가가 미미하고, 분산성의 유지시간이 감소하게 된다. 이는, 이산화탄소 포집의 효율성 감소 및 흡수제 재분산을 위한 에너지 소모를 의미한다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018002944-appb-img-000003
단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
HLB(Hydrophilic Lipophilic Balance, 친수성-친유성 균형)란 계면활성제의 친수성과 친유성의 정도를 수치로 나타낸 것이다. HLB는 친유성이 가장 큰 것부터 1로 시작하는데, 널리 쓰이고 있는 계면활성제는 HLB가 대개 1에서 20 사이에 있다. 구체적으로, 계면활성제 혼합물의 HLB 값은 W A와 HLB A를 곱한 값에서 W B와 HLB B를 곱한 값을 제하여 얻어진 값을 W A와 W B를 더한 값으로 나눈 값이다. 단, W A, W B는 각각 계면활성제 A 및 B의 중량분율이며, HLB A 및 HLB B는 계면활성제 A, B의 각 HLB 값이다.
HLB 값이 낮은 순서대로 계면활성제를 나타내면 다음과 같다. 구체적인 순서는 Oleic acid(올레익산), Sorbitan trioleate(소르비탄 트리올레에이트), Sorbitan monooleate(소르비탄 모노올레에이트), Sorbitan Monostearate (소르비탄 모노스테아르에이트), Sorbitan Monolaurate(소르비탄 모노라우레이트), Polyoxyethylene(5) sorbitan monooleate(폴리옥시에틸린(5) 소르비탄 모노올레에이트), Triethanolamine oleate(트리에탄올아민 올레에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monostearate(폴리옥시에틸린(20) 소르비탄 모노스테아르에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monooleate(폴리옥시에틸린(20) 소르비탄 모노올레에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate(폴리옥시에틸린(20) 소르비탄 모노라우레이트), Sodium oleate(소듐 올레에이트), Potasium oleate(포타슘 올레에이트)이다.다만, 본 발명은 계면활성제의 종류에 의하여 제한되는 것은 아니다. 상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피는 0.125 배 초과, 0.5 배 미만일 수 있다. 특히, 계면활성제 혼합물의 부피가 0.125배 미만인 경우에는, 계면활성제 혼합물의 부족으로 인하여, 상기 탄화수소 오일이 충분히 분산되지 아니한바, 본 발명이 의도한 이산화탄소 포집 효율의 증대 등을 향유할 수 없다. 또한, 계면활성제 홉합물의 부피가 0.5배 초과인 경우에는, 수상과 유상의 상분리가 초래될 수 있으며, 이는 전술한 경우와 마찬가지로 탄화수소 오일의 분산성 감소를 의미한다.따라서, 본 발명의 탄화수소 오일의 분산성을 증대시킬 수 있다는 관점에서, 본 발명의 탄화수소 오일의 부피에 대한 계면활성제 혼합물의 부피는 0.125 배 초과 내지 0.5 배 미만인 것이 바람직하다. 더불어, 상기 관점과 동일한 관점에서, 발명의 탄화수소 오일의 부피에 대한 계면활성제 혼합물의 부피는 0.2 배 초과 내지 0.4 배 미만인 것이 더욱 바람직하며, 0.25 배인 것이 가장 바람직하다.
또한 본 발명의 이산화탄소 흡수제의 제조방법은 제 1 용매에 탄화수소 오일을 넣어 제 1 용액을 형성하는 단계, 제 2 용매에 계면활성제 혼합물을 넣어 제 2 용액을 형성하는 단계 및 상기 제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합하는 단계를 포함한다. 제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합한 후 상기 액적을 쪼개는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 액적을 쪼개는 단계의 예시로서 초음파 처리를 들 수 있으며, 초음파 처리 시간 또는 주파수를 달리하여 액적의 크기를 조절할 수 있다. 본 발명의 이산화탄소 흡수제의 제조방법의 구성에 대한 내용은 상술한 이산화탄소 흡수제의 구성에 대한 내용에 준한다.
본 발명의 제 1 용매 및 제 2 용매는 메탄올(Methanol), N-메틸-2-피롤리돈(NMP, N-Methyl-2-Pyrrolidone), 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜(DMPEG, Dimethyl Ether Polyethylene Glycol), 디메틸카보네이트(DMC, Dimethyl Carbonate), 디에틸카보네이트(DEC, Diethyl Carbonate), 및 트리아세틴(TAT, Triacetin)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 용매들은 모두 이산화탄소 분리 순도가 90% 이상이므로 흡수제에 적합하다.
본 발명의 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합이 단일 결합일 수 있다. 그 중에서도 녹는 점이 0℃ 이하이며 끓는 점이 25℃ 이상이어서 상온에서 액체의 성질을 보이는 n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, n-헥사데케인, n-헵타데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 계면활성제 혼합물은, 전술한 바와 같이, 상기 탄화수소 오일을 액적 에워싸 분산성을 증가시키기 위하여 첨가되는 것이다. 계면활성제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 본 발명의 계면활성제 혼합물의 HLB는 탄화수소 오일의 HLB와의 차이가 1 이하가 되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명의 계면활성제 혼합물은 하기 수학식 1을 만족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018002944-appb-img-000004
단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
HLB 값이 낮은 순서대로 계면활성제를 나타내면 Oleic acid(올레익산), Sorbitan trioleate(소르비탄 트리올레에이트), Sorbitan monooleate(소르비탄 모노올레에이트), (소르비탄 모노스테아르에이트)Sorbitan Monostearate, Sorbitan Monolaurate(소르비탄 모노라우레이트), Polyoxyethylene(5) sorbitan monooleate(폴리옥시에틸린 소르비탄 모노올레에이트), Triethanolamine oleate(트리에탄올아민 올레에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monostearate(폴리옥시에틸린 소르비탄 모노스테아르에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monooleate(폴리옥시에틸린 소르비탄 모노올레에이트), Polyoxyethylene(20) sorbitan monolaurate(폴리옥시에틸린 소르비탄 모노라우레이트), Sodium oleate(소듐 올레에이트), Potasium oleate(포타슘 올레에이트)를 들 수 있으나, 본 발명은 이에 특별히 제한되지는 않는다.
상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피는 0.125 배 초과, 0.5 배 미만일 수 있다. 각각의 수치의 임계적 의의는 전술한 바와 같다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
{실시예 및 비교예}
모든 이산화탄소 흡수제에 대한 조업은 20℃ 이하의 온도와 4 bar의 이산화탄소 압력 내에서 이루어졌다. 탄화수소 오일로서 n-도데케인을 사용하였다. n-도데케인의 HLB인 10.5에 맞추기 위하여 HLB가 4.7인 소르비탄 모노스테아르에이트(Sorbitan monostearate, Span ® 60), HLB가 15.6인 폴리옥시에틸린 소르비탄 모노스테아르에이트(Polyoxyethylene(20) sorbitan monostearate, Tween ® 60)의 두 계면활성제를 선정하였다. 상기 수학식 2의 계산법을 이용하여 Span ® 60과 Tween ® 60을 중량비 4:6으로 혼합하였다. 따라서, 계면활성제 혼합물의 HLB는 11.24였다. 용매로서는 메탄올을 사용하였다. 아울러, 하기의 실시예 및 비교예에서, 용매인 메탄올의 부피를 기준으로, 탄화수소 오일인 도데케인의 부피 비율은 0.05%로 일정하였다.
1. 실시예 1
순수 메탄올에 n-도데케인을 넣은 제 1 용액을 30분 간 초음파 처리 및 교반하여 액적을 형성하는 단계, 순수 메탄올에 중량비 4:6의 Span ® 60과 Tween ® 60을 넣은 제 2 용액을 30분 간 교반하여 용해시키는 단계, 상기 제 1 용액 및 제 2 용액을 섞은 후 2시간 동안 초음파 처리 및 교반하여 계면활성제로 코팅된 n-도데케인 액적을 형성하는 단계를 거쳐 이산화탄소 흡수제를 제조하였다. 이 때 n-도데케인과 혼합 계면활성제(Span ® 60과 Tween ® 60)의 부피 비율은 1: 0.25로 설정하였다.
2. 비교예 1
계면활성제를 넣지 않은 채로 순수 메탄올에 n-도데케인을 넣은 제 1 용액을 30분 간 초음파 처리 및 교반하여 액적을 형성하는 단계만 포함하여 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
3. 비교예 2
n-도데케인과 혼합 계면활성제의 부피 비율이 1:0.125인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
4. 비교예 3
n-도데케인과 혼합 계면활성제의 부피 비율이 1:0.5인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
5. 비교예 4
설정한 n-도데케인과 혼합 계면활성제의 부피 비율이 1:1인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
6. 비교예 5
n-도데케인과 혼합 계면활성제의 부피 비율이 1:2인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
{평가}
분산안정성은 구체적으로 산란광측정법과 탁도시험법의 결과를 종합하여 평가한다. 분산안정성은 탄화수소 오일이 용매 상에 균일하게 분산된 상태로 유지되려는 성질을 의미한다. 따라서, 분산안정성이 높으면 이산화탄소 흡수제로서의 효율은 증가하고, 이산화탄소의 포집에 사용되는 에너지는 전반적으로 감소하게 된다.
1. 산란광측정 결과
산란광측정법은 시약에 투사된 레이저가 시약의 산란, 반사로 인하여 경로가 가시화되는 틴들 효과를 이용한 측정법이다. 틴들 효과에 따르면, 탄화수소 오일이 용매 상에 분산되어 있는 정도에 따라서 가시화 정도가 달라진다. 정성적인 측면에서, 흐릿한 빛은 시약에 침전이 발생하여, 분산의 균일성이 훼손되었다는 것을 의미하고, 퍼지는 빛은 탄화수소 오일의 응집이 발생하였다는 것을 의미한다. 따라서, 빛이 선명하고 직선에 가까울수록 분산안정성이 좋은 것으로 평가한할 수 있다.
산란광측정 장치는 도 3과 같다. 제조된 이산화탄소 흡수제를 30ml 바이얼 병에 넣고 레이저로부터 5cm 떨어진 곳에 배치한다. 이 때 5cm는 바이얼 병에 레이저를 투사했을 때 가장 선명도가 높은 위치로 결정된 것이다. 다양한 위치에 따른 분산 안정성을 평가하기 위해 Bottom, Lower middle, Upper middle, Up 총 4곳에서 레이저를 투사한다. 제조 직후부터 시간에 따라 촬영하여 빛의 선명도를 비교, 평가한다.
도 4는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 산란광측정 실험의 결과를 나타낸 이미지이다. 비교예 1과 비교예 2를 실험한 결과를 참조하면, 산란되는 빛이 매우 흐릿한 것을 확인할 수 있다. 이는 탄화수소 오일이 분산되지 아니하고 침전이 발생하였음을 강하게 시사한다. 반대로, 비교예 3 내지 비교예 5의 실험결과를 참조하면, 산란된 빛이 직선이 아니거나(비교예 3) 지나치게 넓게 퍼지는 것(비교예 4, 비교예 5)을 확인할 수 있다. 특히, 비교예 4와 비교예 5의 경우, 단일 직선의 빛 상에서도 뚜렷한 부분과 흐릿한 부분을 관찰할 수 있다. 이는 탄화수소 오일의 응집이 발생하고 있음을 시사한다.
2, 탁도측정 결과
탁도측정은 시약을 통과하는 빛이 산란되는 정도를 수치로서 환산하여 이루어졌다. 단위는 NTU(Nephelometric Turbidity Units)이다. 제조 직후부터 시간에 따라 본 발명의 이산화탄소 흡수제의 NTU 값을 측정하여, NTU 값이 변하는 정도를 평가한다. 일정 시간 후 측정한 NTU값이 초기 NTU에 비하여 빠르거나 크게 감소하면 분산안정성이 낮은 것으로 평가할 수 있다. 이는, 탁도의 변화가 빠르거나 큰 것을 의미하기 때문이다. NTU 값의 경우, 총 5회 측정하여 평균값을 데이터로 선택하였다.
한편, NTU 값의 변화와 선명도의 변화는 통상적으로 유사한 경향성을 보인다. NTU 값과 선명도의 경향성이 일치하지 않으면, 실험 상에서 오류가 발생한 것으로 평가할 수 있다. 도 4 및 도 5를 참조하면, NTU 값의 변화와 빛의 선명도의 변화 상에 유사한 경향이 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 비교예 1 내지 5에 따른 이산화탄소 흡수제의 탁도 측정 결과를 나타낸 도표이다. 전반적으로, 계면활성제의 비율이 증가하면, NTU 값도 증가하게 되는 것을 확인할 수 있다. 도 5를 참조하면, 비교예 1 및 비교예 2의 경우, NTU가 꾸준히 감소하는 것을 확인할 수 있다. 계면활성제 혼합물의 부족으로 인하여, 탄화수소 오일의 분산이 충분히 일어나기 힘들다는 이론적인 예측에 부합되는 결과라고 할 수 있다.
비교예 3의 경우, 비교예 1 및 2에 비하여 상대적으로 NTU 값의 감소가 적은 것으로 나타났으나, 90분 이후에 비교적 빠르게 NTU가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 4와 비교예 5의 경우, 시간이 지남에 따른 NTU 감소 폭이 매우 큰 것을 확인할 수 있다. 계면활성제 혼합물의 과다 첨가로 인하여, 상의 분리가 초래될 위험이 있다는 이론적인 예측에 부합하는 결과라고 할 수 있다.
3. 분산 안정성 평가
관찰된 빛의 선명함 및 NTU 값의 변화 등을 고려하였을 때, 탄화수소 오일의 부피 대비 계면활성제 혼합물의 부피 비율이 0.125 배 초과일 때가, 0.125 배 이하일 때에 비하여 더 큰 분산안정성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 관찰된 빛의 균일함 및 NTU 값의 변화폭을 고려하였을 때, 탄화수소 오일의 부피 대비 계면활성제 혼합물의 부피 비율이 0.5 배 미만일 때가, 0.5 배 이상일 때에 비하여 더 큰 분산안정성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 측정결과를 모두 종합하였을 때, 탄화수소 오일의 부피 대비 계면활성제 혼합물의 부피 비율이 0.25 배인 실시예 1의 이산화탄소 흡수제의 분산안정성이 가장 높은 것으로 나타났다. 본 발명의 실시예 1의 높은 분산안정성은 이산화탄소 흡수제로서 본 발명의 실시예 1이 응집이 잘 일어나지 않으면서도 향상된 이산화탄소 포집효율 및 에너지효율을 확보하였음을 의미한다.
본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 청구범에는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (15)

  1. 용매;
    상기 용매 중에 분산된 탄화수소 오일; 및
    계면활성제 혼합물을 포함하며,
    상기 탄화수소 오일은 액적 형태인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 용매는 메탄올, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 및 트리아세틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합이 단일 결합인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일은 n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, n-헥사데케인, 및 n-헵타데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 계면활성제 혼합물은 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 계면활성제 혼합물은 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2018002944-appb-img-000005
    단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피가 0.125 배 초과, 0.5 배 미만인 인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제.
  8. 제 1 용매에 탄화수소 오일을 넣어 제 1 용액을 형성하는 단계;
    제 2 용매에 계면활성제 혼합물을 넣어 제 2 용액을 형성하는 단계; 및
    상기 제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합하는 단계;를 포함하며,
    상기 탄화수소 오일은 액적 형태인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    제 1 용액 및 제 2 용액을 혼합한 후 상기 액적을 쪼개는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 용매 및 제 2 용매는 각각 메탄올, N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸에테르폴리에틸렌글리콜, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 및 트리아세틴으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일은 분자 내의 모든 결합이 단일 결합인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일은 n- 펜테인, n-헥세인, n-헵테인, n-옥테인, n-노네인, n-데케인, n-운데케인, n-도데케인, n-트라이데케인, n-테트라데케인, n-펜타데케인, 및 n-헥사데케인으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 계면활성제 혼합물은 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제, 및 양성 계면활성제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 계면활성제 혼합물은 하기 수학식 1을 만족시키는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법:
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2018002944-appb-img-000006
    단, 상기 HLB x는 탄화수소 오일의 HLB이고, 상기 HLB y는 계면활성제 혼합물의 HLB이다.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 탄화수소 오일의 부피에 대하여 상기 계면활성제 혼합물의 부피가 0.125 배 초과 0.5 배 미만인 것을 특징으로 하는 이산화탄소 흡수제의 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120885044A (zh) * 2025-09-28 2025-11-04 山东凯米科化工股份有限公司 一种石灰石-石膏湿法烟气脱硫复合增效剂及其制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102519895B1 (ko) * 2021-01-13 2023-04-10 고려대학교 산학협력단 이산화탄소 포집을 위한 액체 흡착제 및 그 제조 방법
KR102665863B1 (ko) * 2021-12-06 2024-05-14 한국생산기술연구원 알라닌염을 포함하는 흡수제 및 그의 제조방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130045518A (ko) * 2011-10-26 2013-05-06 주식회사 아이디티인터내셔널 유기물질 흡착용 다층 그래핀 혼합물
KR101311783B1 (ko) * 2011-04-26 2013-09-27 재단법인 포항산업과학연구원 아민계 흡수제 및 이의 제조방법
WO2015152299A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 株式会社日本触媒 粒子状吸水剤及びその製造方法
KR101592769B1 (ko) * 2014-09-29 2016-02-05 한국전력공사 이산화탄소 포집용 흡수 조성물
JP2016204389A (ja) * 2010-07-06 2016-12-08 ノバルティス アーゲー カチオン性水中油型エマルジョン

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016204389A (ja) * 2010-07-06 2016-12-08 ノバルティス アーゲー カチオン性水中油型エマルジョン
KR101311783B1 (ko) * 2011-04-26 2013-09-27 재단법인 포항산업과학연구원 아민계 흡수제 및 이의 제조방법
KR20130045518A (ko) * 2011-10-26 2013-05-06 주식회사 아이디티인터내셔널 유기물질 흡착용 다층 그래핀 혼합물
WO2015152299A1 (ja) * 2014-03-31 2015-10-08 株式会社日本触媒 粒子状吸水剤及びその製造方法
KR101592769B1 (ko) * 2014-09-29 2016-02-05 한국전력공사 이산화탄소 포집용 흡수 조성물

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN120885044A (zh) * 2025-09-28 2025-11-04 山东凯米科化工股份有限公司 一种石灰石-石膏湿法烟气脱硫复合增效剂及其制备方法

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