WO2023068516A1 - 저수계형 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법 - Google Patents

저수계형 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법 Download PDF

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  • a carbon dioxide absorbent was prepared in the same manner as in Example 1, except that 40% by weight of triethylene glycol monomethyl ether (TEGMME) was used.
  • TEGMME triethylene glycol monomethyl ether

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Abstract

본 발명에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민 및 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 포함하고, 알카놀아민을 더 포함하는 흡수제로서, 이산화탄소 반응속도가 우수하고 산소 및 열로 인한 변성에 강하면서도 재생 시 물의 잠열로 인한 에너지 소비를 크게 줄일 수 있어 재생 효율이 향상된 저수계형 이산화탄소 흡수제를 제공한다.

Description

저수계형 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법
본 발명은 이산화탄소 흡수제 및 이를 이용한 이산화탄소 포집방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 흡수제의 재생에너지 및 부식을 감소시키는 저수계형 흡수제에 관한 것이며, 또한 본 흡수제의 주요 구성인 시클로디아민이 상온에서 발생하는 응고를 방지하기 위한 흡수제와 이를 이용한 포집방법에 관한 것이다.
화석 연료는 현대 사회에서 에너지를 공급하는 용도로 가장 널리 사용되고 있다. 이와 같이 화석 연료는 에너지 공급에 큰 부분을 차지하고 있으나, 화석 연료 사용으로 인해 전세계적으로 이산화탄소 배출량이 증가하는 추세이다. 특히, 지구온난화와 기상이변 문제가 심각해지자 세계 각국은 기후 변화에 대응하기 위해 탄소중립을 선언했으며 지구온난화의 주범인 이산화탄소 감축기술 개발과 관련 산업 육성을 적극 추진하고 있는 실정이다. 탄소중립 시대를 맞아 발전이나 철강 및 시멘트, 석유화학 등 거의 모든 산업분야에서 탄소 배출 감축이 현안으로 부상한 가운데 대량배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 포집하는 기술이 탄소중립 실현을 위한 핵심기술로 부각되고 있고 기술에 대한 수요와 기술개발 요구가 더욱 높아지고 있다. 국제에너지 기구(IEA)는 지구온난화를 야기하는 온실가스의 주범인 이산화탄소 배출량을 감소시키기 위하여 블루맵(Bluemap) 2050 시나리오를 통해 이산화탄소 배출량을 줄이기 위한 전략을 구축하였다. 국제에너지기구(IEA)의 2050년의 이산화탄소 배출량 목표는 현재 이산화탄소 배출량의 절반 수준이며, 이산화탄소 감축을 위한 전략 중 이산화탄소 포집 및 처리 기술(CCS)이 약 20%의 큰 부분을 차지하고 있다.
이산화탄소 포집기술은 크게 연소 후 포집, 연소 전 포집, 순산소연소로 구분되며, 가장 큰 배출원인 화력발전소에서 배출되는 이산화탄소를 포집하는 기술은 연소 후 포집기술에 해당한다. 연소 후 포집기술은 습식흡수법, 건식흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등으로 나눌 수 있으며 현재 실용화에 가장 근접한 기술로는 습식 흡수법이다. 습식 흡수법은 액체 흡수제에 대상 기체를 물리적으로 용해시키는 물리흡수법과 흡수제 중의 용질성분과 가스성분의 화학반응에 의해 흡수되는 화학흡수법으로 분류할 수 있으며 천연가스와 같이 이산화탄소 농도가 높은 경우에는 유기용매를 사용하는 물리흡수법이 적합하고, 연소 배가스와 같이 이산화탄소의 농도가 낮은 경우에는 아민계 수용액을 이용하는 화학흡수법을 사용하는 것이 보다 효과적이다.
이산화탄소 포집기술에 대한 연구는 크게 신 흡수제 개발과 신 공정 개발을 통해 이루어지고 있다. 신 흡수제 개발은 암모니아 혹은 기존에 알려진 아민(Amine)들의 혼합 흡수제(e.g. MEA, MDEA, DEA, PZ, AMP, etc.)를 사용하는 수계 흡수제 또는 물을 사용하지 않는 비수계 흡수제에 대한 연구가 진행되고 있다.
아민계 화학 흡수제로는 모노에탄올아민(Monoethanolamine, MEA), 디에탄올아민(Diethanolamine, DEA), 메틸 디에탄올아민(Methyl diethanolamine, MDEA), 피퍼라진(Piperazine, PZ), 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(Aminomethyl propanol, AMP) 등이 가장 많이 연구되고 있다. 1급 아민인 모노에탄올아민(MEA)은 현재 알려진 알카놀아민 흡수제 중 이산화탄소와의 반응속도가 가장 빠르고 가격이 상대적으로 저렴하여 상업적으로 많이 사용되고 있으나 이산화탄소와 반응 시 열적안정성이 높은 카바메이트 화합물을 형성하기 때문에 재생 시 많은 에너지가 요구될 뿐만 아니라 부식성이 크고 열화가 심한 편이다. 2차 아민인 디에탄올아민(DEA)은 모노에탄올아민보다 증기압이 낮기 때문에 증발손실이 적고 부식성이 작지만 재생에너지 소모가 많은 단점을 가지고 있다. 3차 아민인 메틸 디에탄올아민(MDEA)과 입체장애가 큰 1급 아민인 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 (AMP)은 이산화탄소와 반응 시 카바메이트에 비해 재생이 용이한 바이카보네이트 화합물을 형성하는 특징으로 인해 MEA 대비 재생성이 높은 반면 반응속도가 다소 느리기 때문에 흡수속도를 높이는 방안으로 피퍼라진(PZ)과 같은 속도 증진제가 같이 사용되기도 한다(일본등록특허 제3197173호). 그러나 상기 특허에 게시된 흡수제는 피퍼라진과 이산화탄소가 반응하여 바이카보네이트 화합물 외에도 열적으로 더 안정한 카바메이트도 형성하기 때문에 재생이 어려운 문제가 있다. 또한, 2차 고리아민인 피퍼라진(PZ)은 흡수속도는 빠르나 재생에너지가 높은 문제가 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다.
재생에너지를 낮추는 방법으로 흡수제 용매를 잠열 및 비열이 큰 물 대신 비점이 흡수제 재생온도보다 높고 비열이 작은 유기 용매로 대체하는 시도가 이루어지고 있다. 이는 물을 용매로 하는 아민계 흡수제의 경우 소비되는 에너지의 약 70% 이상이 흡수제 재생에 사용되고 있으며, 이 중 50% 이상은 물을 기화시키는데 필요한 에너지, 즉 물의 잠열에 기인한 에너지로 알려져 있기 때문이다. 이런 개념에 입각하여 PCT W02012-034921 및 W02012-093853 에서는 t-부틸아미노에탄올(t-butylaminoethanol, TBAE)을 용매로 사용하여 이산화탄소 흡수제를 개발하였다. 그러나 상기 특허에 개시된 흡수제들은 흡수속도가 MEA에 비해 현저히 느리고 메탄올 등 저비점 알코올에서만 효능을 나타내기 때문에 흡수 및 재생 시 증발 손실이 크다는 큰 단점을 지니고 있다. 또한 고비점 알코올인 에틸렌글리콜(Ethylene glycol, EG) 용매의 경우 이산화탄소 흡수 후 용액의 점도가 지나치게 상승하여 흡수제 순환이 제약을 받는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이산화탄소 반응속도가 우수하고 산소 및 열로 인한 변성에 강한 시클로디아민을 포함한 흡수제에 휘발성 및 점도가 낮은 용매를 혼합하여 재생 시 물의 잠열로 인한 에너지 소비를 크게 줄일 수 있어 재생 효율이 향상된 저수계형 이산화탄소 흡수제를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 시클로디아민이 상온에서 물만으로 용매로 사용하는 경우 발생하는 응고현상을 방지하여 흡수제의 생산, 수송, 보관에 용이한 저수계형 이산화탄소 흡수제를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 분명해질 것이다.
상기 목적은, 시클로디아민 및 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 포함하는 저수계형 이산화탄소 흡수제에 의해 달성된다.
바람직하게는, 시클로디아민은 하기 화학식 1로 표시되고, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
(화학식 1)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000001
화학식 1에서 R1은 수소, C1-C4의 알킬기 또는 아미노알킬기이고 R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C4의 알킬기이며,
(화학식 2)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000002
화학식 2에서 R5는 C1-C4의 알킬기, R6은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, R7은 수소 또는 메틸기이며, n은 3 또는 4의 정수이다.
바람직하게는, 저수계형 이산화탄소 흡수제는 알카놀아민을 더 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 알카놀아민은 화학식 3으로 표시되는 3급 디알카놀아민 또는 1급 아민인 것일 수 있다.
(화학식 3)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000003
화학식 3에서 R8은 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이며, R9는 수소 또는 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이다.
바람직하게는, 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민 25 내지 40 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 저수계형 이산화탄소 흡수제는 흡수제 총량에 대해 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 10 내지 30 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 저수계형 이산화탄소 흡수제는 흡수제 총량에 대해 알카놀아민 1 내지 15 중량%를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 및 알카놀아민의 합량 55 내지 75 중량%와 잔량의 물을 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 화학식 1로 표시되는 시클로디아민은 피퍼라진 (PZ), 1-메틸피퍼라진 (1-MPZ), 1-에틸피퍼라진 (1-EPZ), 1-프로필피퍼라진 (1-PPZ), 1-이소프로필피퍼라진 (1-IPPZ), 1-부틸피퍼라진 (1-BPZ), 2-메틸피퍼라 진 (2-MPZ), 1,2-디메틸피퍼라진 (1,2-DMPZ), 1,5-디메틸피퍼라진 (1,5-DMPZ), 1,6-디메틸피퍼라진 (1,6- DMPZ) 및 N-(2-아미노에틸)피퍼라진 (AEPZ)으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 화학식 2로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 부틸메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디부틸에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 화학식 3으로 표시되는 디알카놀아민은 N-메틸 디에탄올아민, N-에틸 디에탄올아민, N-프로필 디에탄올아민, N-이소프로필 디에탄올아민, N-부틸 디에탄올아민, N-t-부틸 디에탄올아민, N-sec-부틸 디에탄올아민, N-펜틸 디에탄올아민, N-2-펜틸 디에탄올아민, N-헥실 디에탄올아민, N-2-헥실 디에탄올아민, N-헵틸 디에탄올아민, N-2-헵틸 디에탄올아민, N-옥틸 디에탄올아민, N-2-옥틸 디에탄올아민, N-t-아밀 디에탄올아민, N-시클로펜틸 디에탄올아민, N-시클로헥실 디에탄올아민으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 상술한 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 흡수시키는 제1 단계 및 이산화탄소 흡수제로부터 흡수된 이산화탄소를 탈거시키는 제2 단계를 포함하는 이산화탄소의 포집방법에 의해 달성된다.
바람직하게는, 제1 단계에서 흡수온도는 35 내지 45℃인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제1 단계에서 흡수 압력은 1 내지 30 기압인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제2 단계에서 탈거온도는 95 내지 150℃인 것일 수 있다.
바람직하게는, 제2 단계에서 탈거 압력은 1 내지 10 기압인 것일 수 있다.
또한, 상기 목적은, 상술한 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민과 함께 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 포함하는 것으로, 주 흡수제로 반응속도가 우수한 시클로디아민을 사용하고 재생에너지를 향상시킬 수 있는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 포함하여 이산화탄소와의 반응속도가 빠르고 산소 및 열로 인한 변성에 강하면서도 동시에 재생 시 물의 잠열로 인한 에너지 소비를 크게 줄일 수 있어 재생 효율이 향상된다.
또한, 본 발명에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 통해 부식성 및 상온에서의 응고현상을 방지하고, 시클로디아민과 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르의 조성에 따른 상온에서의 응고현상을 줄이기 위해 알카놀아민을 첨가하여, 흡수제의 생산, 이동, 관리의 용이성을 확보하였다.
다만, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 회분식 이산화탄소 반응기의 개략도이다.
도 2a는 실험실규모 이산화탄소 흡수 및 재생 연속순환장치의 개략도이다.
도 2b는 실시예 및 비교예 각 흡수제 순환유량에서의 재생에너지를 나타내는 도면이다.
도 3a는 실시예 1 및 비교예 2에 대한 부식 실험 결과 사진을 나타내는 도면이다.
도 3b는 실시예 1 및 비교예 2에 대한 부식 실험 결과에 따른 무게 변화를 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야의 숙련자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 우선할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명되는 것과 유사하거나 동등한 방법 및 재료가 본 발명의 실시 또는 시험에 사용될 수 있지만, 적합한 방법 및 재료가 본 명세서에 기재된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민 및 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 포함한다. 본 발명의 이산화탄소 흡수제는 반응속도가 우수한 시클로디아민을 주 흡수제로 사용하고 있다. 기존 시클로디아민을 활용한 대표적인 흡수제는 5M 피퍼리진이며, 이 경우 물의 함량이 높아 흡수제의 재생 시 높은 물의 잠열로 인해 재생에너지가 높은 특징이 있다. 이러한 물의 함량을 최소화기 위해 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르를 혼합하여 재생에너지를 감축시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제에서 시클로디아민은 하기 화학식 1에 따른다.
(화학식 1)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000004
화학식 1에서 R1은 수소, C1-C4의 알킬기 또는 아미노알킬기이고 R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C4의 알킬기이다.
본 발명에서 화학식 1로 표시되는 시클로디아민은 피퍼라진 (PZ), 1-메틸피퍼라진 (1-MPZ), 1-에틸피퍼라진 (1-EPZ), 1-프로필피퍼라진 (1-PPZ), 1-이소프로필피퍼라진 (1-IPPZ), 1-부틸피퍼라진 (1-BPZ), 2-메틸피퍼라 진 (2-MPZ), 1,2-디메틸피퍼라진 (1,2-DMPZ), 1,5-디메틸피퍼라진 (1,5-DMPZ), 1,6-디메틸피퍼라진 (1,6- DMPZ) 및 N-(2-아미노에틸)피퍼라진 (AEPZ) 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 시클로디아민은 흡수제에서 물의 함량을 최소화시켜 재생에너지를 감축시키며, 염기성 물질로 부식성이 큰 흡수제의 부식을 방지한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제에서 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 하기 화학식 2에 따른다.
(화학식 2)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000005
화학식 2에서 R5는 C1-C4의 알킬기, R6은 수소 또는 C1-C4의 알킬기이고, R7은 수소 또는 메틸기이며, n은 3 또는 4의 정수이다.
본 발명에서 화학식 2로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 부틸메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디부틸에테르 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
이와 같은 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 시클로디아민의 부식성 및 상온에서의 응고현상을 방지한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 상술한 시클로디아민 및 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르과 함께 알카놀아민을 더 포함할 수 있다.
이때, 알카놀아민은 1급 아민인 모노에탄올아민(MEA) 또는 3급 디알카놀아민을 사용하는 것이 바람직하며, 알카놀아민으로 3급 디알카놀아민을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 3급 디알카놀아민으로 메틸디에탄올아민(MDEA)을 사용하는 것이 더욱 더 바람직하다.
3급 디알카놀아민은 시클로디아민과 폴리알킬렌 글리콜 알킬 에테르의 조성에 따른 상온에서의 응고현상을 줄여 흡수제의 생산, 이동, 관리의 용이성을 향상시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제에서 3급 디알카놀아민은 하기 화학식 3을 따른다.
(화학식 3)
Figure PCTKR2022012354-appb-img-000006
화학식 3에서 R8은 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이며, R9는 수소 또는 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이다.
본 발명에서 화학식 3으로 표시되는 디알카놀아민은 N-메틸 디에탄올아민, N-에틸 디에탄올아민, N-프로필 디에탄올아민, N-이소프로필 디에탄올아민, N-부틸 디에탄올아민, N-t-부틸 디에탄올아민, N-sec-부틸 디에탄올아민, N-펜틸 디에탄올아민, N-2-펜틸 디에탄올아민, N-헥실 디에탄올아민, N-2-헥실 디에탄올아민, N-헵틸 디에탄올아민, N-2-헵틸 디에탄올아민, N-옥틸 디에탄올아민, N-2-옥틸 디에탄올아민, N-t-아밀 디에탄올아민, N-시클로펜틸 디에탄올아민, N-시클로헥실 디에탄올아민 등으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 흡수제 총량에 대해 시클로디아민 25 내지 40 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 시클로디아민의 함량이 25중량% 미만인 경우 반응 물질의 양이 적어 높은 재생에너지가 필요한 문제를 가지며, 40 중량% 초과인 경우 이산화탄소를 포집 후 심각한 시클로디아민의 침전 문제를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제 총량에 대해 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 10 내지 30 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르의 함량이 10 중량% 미만인 경우 흡수제의 실질적인 잠열의 감소가 크지 않은 문제를 가지며, 30 중량% 초과인 경우 이산화탄소를 고농도 포집하면 심각한 침전 현상이 발생하여 포집공정 운전에 문제를 가진다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 알카놀아민을 포함하는 경우, 흡수제 총량에 대해 알카놀아민 1 내지 15 중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 알카놀아민의 함량이 1 중량% 미만인 경우 알카놀아민에 의한 응고현상 억제 효과가 미비하고, 15 중량% 초과인 경우 시클로디아민처럼 이산화탄소 포집에 관여하게 되며, 이 과정 중에서 이산화탄소의 흡수 반응에 도움이 될 수 있으나 알카놀아민의 내구성 문제로 심각한 변성물 생성 및 부식을 증가시키고 이산화탄소 흡수반응에서 심각한 포밍현상이 발생하여 실질적인 흡수제로 사용이 제한될 수밖에 없다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제는 시클로디아민, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 및 알카놀아민의 합량을 55 내지 75 중량%과 잔량을 물을 포함하는 것이 바람직하다. 이는 합량이 75 중량%를 초과하면 시클로디아민, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르, 알카놀아민의 농도가 높아지면 흡수제가 이산화탄소를 포집하면서 고 점도화 되고 시클로디아민의 침전현상을 발생함으로 공정 운전에 심각한 문제를 야기할 수 있으며, 55 중량% 미만인 경우 이산화탄소 포집 효율이 저하되는 문제를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저수계형 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소의 포집방법은 상술한 저수계형 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 흡수시키는 제1 단계 및 이산화탄소 흡수제로부터 흡수된 이산화탄소를 탈거시키는 제2 단계를 포함한다.
제1 단계에서, 흡수온도는 35 내지 45℃인 것이 바람직하고, 흡수 압력은 상압 내지 30 기압인 것이 바람직하다.
제1 단계에서 흡수온도가 45℃를 초과하면 탈거가 동시에 진행되기 때문에 이산화탄소 흡수량이 줄어들게 되고, 흡수온도를 35℃ 미만으로 할 경우 온도를 낮추기 위한 추가의 냉동설비를 필요로 하게 되어 경제성에 문제가 있다.
또한, 배가스의 압력이 상압이기 때문에 흡수는 상압(1기압)에서 이루어지는 편이 가장 경제적이고 흡수압력이 30 기압을 초과하면 흡수량은 급격히 증가하나 압력을 높이기 위한 추가설비, 즉 컴프레서가 필요하게 되어 경제성이 떨어지게 된다.
제2 단계에서, 탈거온도는 95 내지 150℃인 것이 바람직하고, 탈거 압력은 상압 내지 10 기압인 것이 바람직하다.
제2 단계에서 탈거 온도가 95℃ 미만일 경우에는 탈거가 충분하게 진행되지 않고 150℃를 초과하면 고온에서의 아민류 및 에테르의 열변성이 극심해진다. 10 기압 이상의 압력에서 탈거하기 위해서는 높은 이산화탄소 분압으로 인해서 150℃를 초과하는 온도에서의 탈거가 이루어 져야 함으로 높은 온도에서의 탈거의 문제가 똑같이 발생한다. 따라서 탈거는 상압 내지 10기압에서 하는 것이 바람직하다.
상기 용어 중 "상압"은 "대기압"으로서 1기압을 의미한다.
또한, 본 발명은 상술한 저수계형 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집장치를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 포집장치는 상술한 이산화탄소의 포집방법을 통해 배가스로부터 이산화탄소를 흡수하여 이산화탄소 발생을 억제할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 본 실시예는 본 설명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
시클로디아민으로는 피퍼라진(Piperazine, CAS No. 142-63-2)을 사용하였으며, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르로는 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME, Cas No. 112-35-6)를 사용하였고, 하기 표 1의 중량 비율로 잔량의 물과 함께 혼합하여 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 2]
응고방지를 위해 메틸디에탄올아민(MDEA, Cas No. 105-59-9)을 표 1과 같이 5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 3]
표 1과 같이, 메틸디에탄올아민(MDEA)을 10 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 4]
표 1과 같이, 메틸디에탄올아민(MDEA)을 15 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 5]
표 1과 같이, 피퍼라진의 함량을 40 중량%로 하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르를 20 중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 6]
응고방지를 위해 모노에탄올아민(MEA, Cas No. 141-43-5)을 표 1과 같이 5 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 7]
표 1과 같이, 모노에탄올아민(MEA)을 10 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 8]
표 1과 같이, 모노에탄올아민(MEA)을 15 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[실시예 9]
표 1과 같이, 피퍼라진(Piperazine)은 30 중량%를 사용하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME)를 25 중량% 와 모노에탄올아민(MEA)는 15 중량%를 사용하여 흡수제를 제조하였다.
[실시예 10]
표 1과 같이, 피퍼라진(Piperazine)은 25 중량%를 사용하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME)를 30 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예]
[비교예 1]
모노에탄올아민(MEA)을 표 1과 같이 30중량%와 잔량을 물을 사용하여 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 2]
표 1과 같이 피퍼라진(Piperazine) 30중량%와 잔량을 물을 사용하여 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 3]
표 1과 같이 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에트르(TEGMME)를 40 중량%를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 4]
표 1과 같이 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에트르(TEGMME)를 50 중량%를 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 5]
표 1과 같이, 메틸디에탄올아민(MDEA)을 20 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 6]
표 1과 같이, 피퍼라진(Piperazine)을 40 중량% 사용하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME)는 25 중량% 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 7]
표 1과 같이, 피퍼라진(Piperazine)을 45 중량% 사용하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME) 20 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
[비교예 8]
표 1과 같이, 피퍼라진(Piperazine)을 20 중량% 사용하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르(TEGMME) 30 중량%를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 이산화탄소 흡수제를 제조하였다.
Piperazine TEGMME MEA MDEA 물 평가 항목
실시예 1 30 30 40 이산화탄소 반응기, 연속순환장치 평가, 부식, 응고 현상 평가
실시예 2 30 30 5 35 연속순환장치 평가,
응고 현상 평가
실시예 3 30 30 10 30 응고 현상 평가
실시예 4 30 30 15 25 응고 현상 평가
실시예 5 40 20 40 이산화탄소 반응기
실시예 6 30 30 5 35 응고 현상 평가
실시예 7 30 30 10 30 응고 현상 평가
실시예 8 30 30 15 25 응고 현상 평가
실시예 9 30 25 15 30 이산화탄소 반응기
연속순환장치 평가
실시예 10 25 30 45 연속순환장치 평가
비교예 1 30 70 연속순환장치 평가 (장치 베이스 라인 평가)
비교예 2 30 70 이산화탄소 반응기, 연속순환장치 평가, 부식, 응고 평가
비교예 3 30 40 30 이산화탄소 반응기
비교예 4 30 50 20 이산화탄소 반응기
비교예 5 30 30 20 20 이산화탄소 반응기
비교예 6 40 25 30 이산화탄소 반응기
비교예 7 45 20 30 이산화탄소 반응기
비교예 8 20 30 50 연속순환장치 평가
1. 이산화탄소 반응기
이산화탄소 흡수제의 흡수탑 조건에서의 흡수 능력 및 특성 확인하기 위하여 도 1a에 도시된 회분식 이산화탄소 반응장치를 통해 실험을 진행하였다. 도 1a는 회분식 이산화탄소 반응장치의 개략도이다.
도 1의 도시된 회분식 이산화탄소 반응장치는 크게 가스 조절부(1), 반응기(2) 및 컨덴서(3)으로 구성되어 있다. 가스 조절부(1)는 이산화탄소 및 질소 MFC와 혼합탱크로 구성되었으며 일정한 유량과 농도로 이산화탄소 혼합가스를 생성하여 반응기(2)에 주입한다. 반응기(2)는 항온조 안에 초자 소재의 둥근 플라스크로 흡수제가 잘 혼합되도록 내부에 스터러가 장착되어 있다. 반응 후 가스가 배출될 때 물의 휘발로 인해 이산화탄소 흡수제의 농도가 달라지지 않게 하기 위해 컨덴서(3)을 장착하여 물의 손실을 막았다.
실험은 반응기(2)에 이산화탄소 흡수제 50ml를 주입하고 배가스는 200ml/min의 속도로 4vol%의 이산화탄소 농도로 주입하였다. 이산화탄소와 반응한 흡수제의 이산화탄소 흡수량은 흡수제 샘플링하여 총유기탄소분석기(TOC)를 통해 정량적으로 측정되었다.
본 실험에서는 이산화탄소 흡수량 보다 실시예 및 비교예의 흡수 반응시 발생하는 현상을 통해 실제 공정에서 운전 가능한 흡수제인지 여부를 확인하는데 사용되었다. 테스트 온도는 40℃이며 충분히 이산화탄소 흡수제가 이산화탄소와 반응하여 상평형에 도달할 때까지 유지하여 이산화탄소 흡수제의 침전 현상을 관찰하였다.
이때, 침전현상이 발생한 것을 O, 발생하지 않은 것을 X로 표시하였다.
표 2를 살펴보면, 피퍼라진을 30 중량%로 하고 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르를 30 중량%로 한 실시예 1을 제외하고, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르를 40 중량% 사용한 비교예 3과 50 중량%를 사용한 비교예 4는 모두 침전 현상이 발생하였다.
또한, 피퍼라진이 40 중량% 이상이 되면 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르가 20 중량%인 경우(실시예 5)까지만 침전 현상이 관찰되지 않았으며, 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르의 25 중량%(비교예 6)가 되면 심각한 침전 현상이 발생하였다. 이때 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르를 20 중량%로 낮추고 피퍼라진을 45 중량%가 되어도 침전현상은 발생하였다(비교예 7).
실시예1 실시예5 실시예9 비교예3
X X X O
비교예4 비교예5 비교예6 비교예7
O O O O
2. 연속순환장치 평가(재생에너지 평가)
실시예 1, 2, 9와 비교예 1, 2에 대해 재생에너지의 실측을 위해 실제 포집공정과 동일한 형태의 장치를 구축하여 실험을 진행하였다. 도 2a는 실험실규모 이산화탄소 흡수 및 재생 연속순환장치의 개략도이다.
도 2a에 도시된 장치는 일반적인 이산화탄소 포집공정과 동일하게 흡수탑(10)과 재생탑(20)으로 구성되어 있으며, 리보일러(30)의 열에너지는 전기를 통해 공급하고 여기서 사용되는 전기를 정밀 적산전력계를 통해 측정하여 재생에너지를 측정하였다.
주입되는 가스는 14.8vol%의 이산화탄소와 에어를 혼합하였으며 실제 배가스조건과 동일하게 물을 가열하여 7.4vol%로 공급하였다. 공급되는 배가스의 온도는 배가스 히터(40)을 통해 항상 40도를 유지하였다.
흡수탑(10)과 재생탑(20)사이에 충분한 열 회수가 가능하도록 R/L열교환기(50)를 설치하였으며, 흡수탑(10)에 공급되는 흡수제의 온도를 컨트롤 하기 위해 CO2 Lean loading 열교환기(60)를 설치하였다.
실험은 배가스 유량은 3Nm3/h로 정량 공급하고 CO2 회수율 약 90%조건에서 흡수제의 유량을 변경하면서 실시예 및 비교예의 재생에너지를 정상상태에서 측정하였다. 정상상태의 기준은 장치 전체의 온도, 압력, 배출 CO2 농도가 1시간 이상 변화가 없을 때 인정하였으며, 후반부 30분의 사용된 전기를 이용하여 재생에너지를 도출하였다.
실시예 1, 2, 9 및 10과 비교예 1, 2 및 8의 각 흡수제 순환유량에서의 운전 결과는 표 3 및 도 2b와 같다. 실시예 1, 2, 9 및 비교예 2는 피퍼라진의 함량이 모두 30 중량%로 동일하지만, 모든 실시예가 동일한 이산화탄소 흡수제의 순환유량에서 비교예 2와 비교했을 때 동일한 흡수제의 순환유량에서 낮은 재생에너지를 나타내어, 에너지 효율이 높은 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 1은 실험실규모 이산화탄소 흡수 및 재생 연속순환장치의 성능에 대한 베이스라인 평가를 위해 진행되었으며, 종래의 공정과 유사한 재생에너지 패턴을 나타내어, 실시예에 비해 순환유량이 더 많아 에너지 효율이 상대적으로 낮은 것을 확인하였다.
흡수제 순환유량 (ml/min)
100 150 200 250 300
실시예 1 3.85 3.9 4.02 4.12
실시예 2 3.88 3.87 3.95 4.03
실시예 9 3.78 3.82 3.90 3.89
실시예 10 4.07 4.09 4.14 4.23
비교예 1 6.9 4.31 4.48 4.62
비교예 2 4.1 3.98 4.15 4.17
비교예 8 4.31 4.29 4.31 4.35
3. 부식 평가
부식 평가는 실시예 1과 비교예 2의 흡수제에 금속 시편(카본스틸)을 넣고 80℃ 오븐에 장시간 노출시켜 표면 부식 정도를 사진으로 기록하고 무게를 측정하여 부식으로 인한 무게 변화를 통해 부식 정도를 확인하였다.
실시예 1과 비교예 2를 비교했을 때 도 3a에서 명확하게 육안으로 부식 정도의 차이를 확인할 수 있으며, 시편의 무게변화를 비교한 도 3b에서 2차 노출 시간인 481시간이 경과했을 때 약 5배 이상의 부식 차이가 발생하는 것을 확인하였다.
4. 응고 현상 테스트
시클로디아민 중 이산화탄소 흡수제로 가장 널리 사용되는 피퍼라진의 경우 30중량%에서 상온(25℃)에서 물리적 충격에 응고현상이 발생한다. 이러한 응고현상에 대한 테스트를 25℃ 항온조에 실시예 1, 2, 4 및 5와 비교예 2의 흡수제를 노출시킨 후 온도를 낮추면서 응고현상을 관찰하였다 이때, 응고현상이 발생한 것을 O, 발생하지 않은 것을 X로 표시하였다.
항목 25℃ 20℃ 15℃ 10℃ 5℃
실시예 1 X X X O O
실시예 2 X X X X O
실시예 4 X X X X O
실시예 5 X X X X X
비교예 2 X O O O O
표 4를 살펴보면, 비교예 2의 경우 20℃에서 응고현상이 발생했으며, 실시예 1은 10℃에서 응고현상이 발생했다. 실시예 2, 4의 경우 5℃에서 응고 물질의 부유 현상을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예 5는 5℃에서도 응고 현상이 발생하지 않았다. 이와 같이, 본 발명의 이산화탄소 흡수제는 응고현상이 시작되는 온도가 상대적으로 낮은 반면에, 비교예 2는 상온인 25℃와 근접한 온도에서 응고현상이 시작되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본원발명의 구성을 만족하는 실시예 1 내지 9는 실험결과에서 모두 우수한 성능을 가지는 것임을 알 수 있다.
반면에, 알카놀아민 함량이 과도한 비교예 6 내지 7은 침전현상으로 이산화탄소 흡수제 사용하기 문제를 가지는 것을 알 수 있다.
시클로디아민 함량이 부족한 비교예 8은 재생에너지가 높아 비교예 1 내지 2인 상용흡수제와 유사한 성능을 보여 이산화탄소 흡수제의 에너지 효율측면에서 문제를 가지는 것을 알 수 있다.
시클로디아민 함량이 과도한 비교예 6 내지 7은 이산화탄소 흡수제가 이산화탄소를 흡수하는 과정에서 침전현상 문제를 가지는 것을 알 수 있다.
폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 함량이 과도한 비교예 3 내지 4는 이산화탄소를 흡수하는 과정에서 상분리 및 침전현상이 발생하여 공정운전에 문제를 가지는 것을 알 수 있다.
이상 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (17)

  1. 시클로디아민, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 및 물을 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시클로디아민은 하기 화학식 1로 표시되고, 상기 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 하기 화학식 2로 표시되는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
    (화학식 1)
    Figure PCTKR2022012354-appb-img-000007
    화학식 1에서 R1은 수소, C1-C4의 알킬기 또는 아미노알킬기이고 R2, R3 및 R4는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C4의 알킬기이며,
    (화학식 2)
    Figure PCTKR2022012354-appb-img-000008
    화학식 2에서 R5는 C1-C4의 알킬기, R6은 수소 C1-C4의 알킬기이고, R7은 수소 또는 메틸기이며, n은 3 또는 4의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저수계형 이산화탄소 흡수제는 알카놀아민을 더 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 알카놀아민은 화학식 3으로 표시되는 3급 디알카놀아민 또는 1급 아민인 모노메탄올아민(MEA)를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
    (화학식 3)
    Figure PCTKR2022012354-appb-img-000009
    화학식 3에서 R8은 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이며, R9는 수소 또는 C1-C8의 알킬기 또는 시클로알킬기이다.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 저수계형 이산화탄소 흡수제는 흡수제 총량에 대해 상기 시클로디아민 25 내지 40 중량%를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저수계형 이산화탄소 흡수제는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 10 내지 30 중량%를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 저수계형 이산화탄소 흡수제는 알카놀아민 1 내지 15 중량%를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 저수계형 이산화탄소 흡수제에서 시클로디아민, 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르 및 알카놀아민의 합량이 55 내지 75 중량%인, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 시클로디아민은 피퍼라진 (PZ), 1-메틸피퍼라진 (1-MPZ), 1-에틸피퍼라진 (1-EPZ), 1-프로필피퍼라진 (1-PPZ), 1-이소프로필피퍼라진 (1-IPPZ), 1-부틸피퍼라진 (1-BPZ), 2-메틸피퍼라 진 (2-MPZ), 1,2-디메틸피퍼라진 (1,2-DMPZ), 1,5-디메틸피퍼라진 (1,5-DMPZ), 1,6-디메틸피퍼라진 (1,6- DMPZ) 및 N-(2-아미노에틸)피퍼라진 (AEPZ)으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 폴리알킬렌 글리콜 알킬에테르는 트리에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 트리에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 트리에틸렌 글리콜 부틸메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 트리프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 트리프로필렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라에틸렌 글리콜 디부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 모노부틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디메틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디에틸에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디프로필에테르, 테트라프로필렌 글리콜 디부틸에테르로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 디알카놀아민은 N-메틸 디에탄올아민, N-에틸 디에탄올아민, N-프로필 디에탄올아민, N-이소프로필 디에탄올아민, N-부틸 디에탄올아민, N-t-부틸 디에탄올아민, N-sec-부틸 디에탄올아민, N-펜틸 디에탄올아민, N-2-펜틸 디에탄올아민, N-헥실 디에탄올아민, N-2-헥실 디에탄올아민, N-헵틸 디에탄올아민, N-2-헵틸 디에탄올아민, N-옥틸 디에탄올아민, N-2-옥틸 디에탄올아민, N-t-아밀 디에탄올아민, N-시클로펜틸 디에탄올아민, N-시클로헥실 디에탄올아민으로 구성된 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 저수계형 이산화탄소 흡수제.
  12. 제1항에 따른 이산화탄소 흡수제를 사용하여 이산화탄소를 포함하는 기체 혼합물로부터 이산화탄소를 흡수시키는 제1 단계; 및
    상기 이산화탄소 흡수제로부터 흡수된 이산화탄소를 탈거시키는 제2 단계를 포함하는, 이산화탄소의 포집방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 흡수온도는 35 내지 45℃인, 이산화탄소의 포집방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 흡수 압력은 1 내지 30 기압인, 이산화탄소의 포집방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 탈거온도는 95 내지 150℃인, 이산화탄소의 포집방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 단계에서 탈거 압력은 1 내지 10 기압인, 이산화탄소의 포집방법.
  17. 제1항에 따른 이산화탄소 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집장치.
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