KR102487384B1 - 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 이산화탄소 포집용 흡수제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다른 3종 이상의 화합물을 혼합하여 제조된 것으로 저농도의 이산화탄소와 고농도의 산소 조건에서도 이산화탄소의 흡수속도, 흡수량, 탈거속도 및 탈거율이 우수할 뿐만 아니라 흡수제의 내구성도 우수한 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제에 관한 것이다.

Description

이산화탄소 포집용 혼합 흡수제{MIXED ABSORBENT FOR CAPTURING CARBON DIOXIDE}
본 발명은 이산화탄소를 선택적으로 흡수하는 이산화탄소 포집용 흡수제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 서로 다른 3종 이상의 화합물이 혼합하여 이산화탄소의 흡수성 등을 향상시킨 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제에 관한 것이다.
이산화탄소의 포집 및 저장기술로는 흡수법, 흡착법, 막분리법, 심냉법 등의 다양한 방법이 제시되고 있으나, 이들 중 흡수법은 대용량, 저농도의 가스 분리에 적합하기 때문에 대부분의 산업체 및 발전소에서의 적용이 용이하다. 흡수법으로 CO2를 포집하기 위하여 에이비비 러머스 크레스트(ABB lummus Crest)사에서 제조한 모노에탄올아민(monoethanolamine,이하 MEA)을 사용하는 공정이 미국 트로나(Trona, CA, USA) 및 쉐디 포인트(Shady Point, Oklahoma, USA)에서 운전되었다.
그러나, MEA를 흡수제로서 사용한 흡수공정은 빠른 반응속도를 가진 반면, 이산화탄소 분리에 다량의 에너지가 소모되고 흡수액의 사용량이 많으며, 흡수액에 의한 설비의 부식문제가 있어서 이를 해결해 줄 수 있는 새로운 첨가제 또는 흡수제의 개발이 절실히 요구되고 있다.
흡수법의 다른 일례로서, 알칸올아민 수용액과의 화학적 반응을 이용하여 제철소 및 화력발전소 등에서 배출되는 혼합가스 중의 CO2, H2S, COS 등의 산성가스를 분리, 회수하는 방법 또한 많이 연구되어 현장에 적용되어 왔다. 기존에 널리 사용되던 알칸올아민은, 1차 계열의 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA), 2차 계열의 디에탄올아민(diethanolamine, DEA), 3차 계열의 트리에탄올아민(triethanolamine, TEA), N-메틸디에탄올아민(N-methyl diethanolamine, MDEA), 트리이소프로판올아민(triisopropanolamine, TIPA) 등이 있다.
그러나, 상기한 모노에탄올아민(MEA) 및 디에탄올아민(DEA)은 높은 반응속도를 갖는 장점 때문에 많이 사용되어 왔으나, 이들 화합물이 갖는 높은 부식성, 높은 재생에너지 및 열화 등의 문제 때문에 많은 이산화탄소 포집용 흡수제로 이용함에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. 또한, N-메틸디에탄올아민(MDEA)는 부식성과 재생열은 낮은 반면, 흡수속도가 늦다는 단점을 갖고 있다. 최근에는 새로운 알칸올 아민 계열 흡수제로서 아미노메틸프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol, AMP)와 같은 입체장애 아민에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이들 입체장애 아민의 특징은 흡수용량 및 산성 가스의 선택도가 매우 높고 재생에 필요한 에너지가 적다는 장점이 있는 반면, 상대적으로 흡수속도가 느린 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-1746561호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명의 목적은 혼합가스 중의 이산화탄소를 분리 회수함에 있어 효율성과 내구성이 향상된 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제를 제공하는 것이다. 특히 석탄화력발전 대비 상대적으로 낮은 이산화탄소 농도를 가지는 LNG 복합화력발전과 같은 배가스 조성에 적용할 수 있는 상대적으로 빠른 흡수 속도와 높은 재생 속도를 가질 뿐만 아니라 상대적으로 많은 미반응 배가스에 활용 가능한 흡수제를 제공하고자 한다. 또한 산화성 열화도가 개선되어 석탄화력발전 대비 상대적으로 높은 산소 농도를 가지는 LNG 복합화력발전과 같은 배가스 조성에 효과적으로 사용되는 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 하기 화학식 1 및 하기 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하고, 하기 화학식 3 및 하기 화학식 4로 표시되는 화합물 중에서 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
Figure 112022081265516-pat00001
상기 화학식 1에서, a는 탄소수 0 내지 1의 탄화수소기이고, b와 c는 탄소수 0 내지 3의 탄화수소기이고, R1 및 R2는 -(CH2)f-H, -(CH2)m-NH2, -CH-(CH3)2 및 -C-(CH3)3 중에서 선택된 어느 하나이며, 여기서 f와 m은 0 내지 5의 정수이다.
상기 화학식 1의 화합물은 예를 들어, 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 1,3-디아미노-2-프로판올(1,3-diamino-2-propanol), 1,5-디아미노-3-펜탄올(1,5-diamino-2-pentanol), 부틸렌디아민(butylenediamine), 펜타메틸렌디아민(pentamethylenediamine), 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine), 비스(3-아미노프로필)아민(bis(3-aminopropyl)amine), 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine), N-이소프로필에틸렌디아민(N-isopropylethylenediamine), N-이소프로필-1,3-프로판디아민(N-isopropyl-1,3-propanediamine) 및 1,8-디아미노-파라-멘탄(1,8-diamino-p-menthane) 중에서 선택된 어느 하나이며, 이 중에서 가장 바람직하게는 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine)을 사용할 수 있다.
Figure 112022081265516-pat00002
상기 화학식 2에서, R3는 -(CH2NHCH2)g- 이며, 여기서 g는 1 내지 2의 정수이다.
상기 화학식 2의 화합물은 예를 들어 1,4,7-트리아자사이클로노난(1,4,7-triazacyclononane) 및 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane)을 사용할 수 있다.
Figure 112022081265516-pat00003
상기 화학식 3에서, d는 탄소수 1 내지 4의 탄화수소기이고, R4는 -(CH2)h-CH3, -CH-(CH3)2 및 -C-(CH3)3 중에서 선택된 어느 하나이며, 여기서 h는 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 3의 화합물은 예를 들면, 2-(메틸아미노)에탄올(2-(methylamino)ethanol), 2-(에틸아미노)에탄올(2-(ethylamino)ethanol), 2-(프로필아미노)에탄올(2-(propylamino)ethanol), 2-(이소프로필아미노)에탄올(2-(isopropylamino)ethanol), 2-(부틸아미노)에탄올(2-(butylamino)ethanol), 2-(터셜-부틸아미노)에탄올(2-(tert-butylamino)ethanol), 3-(메틸아미노)프로판올(3-(methylamino)propanol), 3-(에틸아미노)프로판올(3-(ethylamino)propanol), 3-(프로필아미노)프로판올(3-(propylamino)propanol), 3-(이소프로필아미노)프로판올(3-(isopropylamino)propanol), 3-(부틸아미노)프로판올(3-(butylamino)propanol), 3-(터셜-부틸아미노)프로판올(3-(tert-butylamino)propanol), 4-(메틸아미노)부탄올(4-(methylamino)butanol), 4-(에틸아미노)부탄올(4-(ethylamino)butanol), 4-(프로필아미노)부탄올(4-(propylamino)butanol), 4-(이소프로필아미노)부탄올(4-(isopropylamino)butanol), 4-(부틸아미노)부탄올(4-(butylamino)butanol), 4-(터셜-부틸아미노)부탄올(4-(tert-butylamino)butanol), 5-(메틸아미노)펜탄올(5-(methylamino)pentanol), 5-(에틸아미노)펜탄올(5-(ethylamino)pentanol), 5-(프로필아미노)펜탄올(5-(propylamino)pentanol), 5-(이소프로필아미노)펜탄올(5-(isopropylamino)pentanol), 5-(부틸아미노)펜탄올(5-(butylamino)pentanol) 및 5-(터셜-부틸아미노)펜탄올(5-(tert-butylamino)pentanol) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 이 중에서 바람직하게는 2-(이소프로필아미노)에탄올(2-(isopropylamino)ethanol)를 사용할 수 있다.
Figure 112022081265516-pat00004
상기 화학식 4에서, e는 탄소수 0 내지 3의 탄화수소기이고, R5는 -(CH2)i-H, 또는 -CH-(CH3)2이고, R6은 -H 또는 CH3이고, R7, R8은 -(CH2)j-H이며, 여기서 i는 0 네지 6의 정수이고, j는 0 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 4의 화합물은 알칸올 아민 계열 흡수제로서 예를 들면, 2-아미노-2-메틸-1-프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol), 2-아미노-2-메틸-1-부탄올(2-amino-2-methyl-1-butanol), 2-아미노-2-메틸-1-펜탄올(2-amino-2-methyl-1-pentanol), 3-아미노-3-메틸-1-부탄올(3-amino-3-methyl-1-butanol), 4-아미노-4-메틸-1-펜탄올(4-amino-4-methyl-1-pentanol), N-메틸-2-아미노-1-프로판올(N-methyl-2-amino-1-propanol), N-에틸-2-아미노-1-프로판올(N-ethyl-2-amino-1-propanol), N-이소프로필-2-아미노-1-프로판올(N-isopropyl-2-amino-1-propanol), N-메틸-2-아미노-1-부탄올(N-methyl-2-amino-1-butanol), N-메틸-2-아미노-1-펜탄올(N-methyl-2-amino-1-pentanol), N-이소프로필-2-아미노-1-펜탄올(N-isopropyl-2-amino-1-pentanol), 2-아미노-1-프로판올(2-amino-1-propanol), 2-아미노-1-부탄올(2-amino-1-butanol), 2-아미노-3-메틸부탄올(2-amino-3-methylbutanol), 2-아미노-1-펜탄올(2-amino-1-pentanol), 2-아미노-1-헥산올(2-amino-1-hexanol), 3-아미노-1-부탄올(3-amino-1-butanol), 4-아미노-1-펜탄올(4-amino-1-pentanol), 5-아미노-1-헥산올(5-amino-1-hexanol), 3-아미노-1-펜탄올(3-amino-1-pentanol), 3-아미노-1-헥산올(3-amino-1-hexanol), 1-아미노-2-프로판올(1-amino-2-propanol), 1-아미노-2-부탄올(1-amino-2-butanol), 1-아미노-2-펜탄올(1-amino-2-pentanol) 및 1-아미노-3-메틸-2-부탄올(1-amino-3-methyl-2-butanol) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 하여, 상기 화학식 1의 화합물은 5 내지 15 중량%, 상기 화학식 2의 화합물은 5 내지 15 중량%, 및 상기 화학식 3 및 상기 화학식 4의 화합물 중에서 어느 하나 이상의 화합물은 10 내지 30 중량%로 포함하고, 나머지 잔량의 물을 포함할 수 있다.
예를 들면 본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 테트라에틸렌펜타아민 및 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸을 포함하고, 2-(이소프로필아미노)에탄올 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하되, 상기 2-(이소프로필아미노)에탄올을 포함하는 경우는 2-(이소프로필)디에탄올아민을 포함할 수 있다. 이때 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 하여, 상기 테트라에틸렌펜타아민은 10 중량%, 상기 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸은 10 중량%, 상기 2-(이소프로필아미노)에탄올은 14 중량 % 내지 21 중량%, 및 상기 2-아미노-2-메틸-1-프로판올은 10 중량% 내지 30 중량%일 수 있다. 또한, 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 하여 상기 2-(이소프로필아미노)에탄올과 상기 2-(이소프로필)디에탄올아민의 합계 중량은 20 중량% 30 중량%이며, 상기 2-(이소프로필아미노)에탄올은 14 중량 % 내지 21 중량%이고, 상기 2-(이소프로필)디에탄올아민은 6 중량% 내지 9 중량%로 포함할 수 있다.
여기서 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제에 포함되는 화합물의 성분은 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로, 20 내지 60 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로, 화합물의 성분 50 중량% 및 나머지 잔량의 물 50 중량%를 포함할 수 있다.
만약 상기 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제에서 화합물의 함량 범위가 제시된 범위를 벗어나면 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제의 이산화탄소의 흡수속도, 흡수량, 탈거속도 및 탈거율이 저하되고, 또한 흡수제의 내구성도 저하되는 문제점이 발생되는 바, 상기 제시된 함량 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 티아디아졸계 열화방지제를 더 포함할 수 있으며, 여기서 티아디아졸계 열화방지제는 디머캅토티아디아졸(dimercaptothiadiazole)인 것이 바람직하다.
상기 티아디아졸계 열화방지제는 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 하여, 0 이상 1 중량% 이하로 포함할 수 있다. 만약 상기 열화방지제의 함량이 1 중량%를 초과하여 과량으로 첨가되면, 이산화탄소를 흡수 및 흡수제의 재생성능 저하 등의 문제점이 발생되므로, 흡수제 특성에 따라 제시된 범위 이내로 가능한 소량 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 0 내지 70℃ 미만의 온도 범우에서 이산화탄소를 흡수하고, 70℃ 내지 150℃ 범위에서 탈거된다.
본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 이산화탄소의 흡수 및 탈거 압력은 1bar 내지 2bar이다.
본 발명에 따른 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 이산화탄소의 흡수 및 탈거 시험과 산화성 열화 시험을 통해 습식 이산화탄소의 분리 공정에 적용함에 따라 저농도의 이산화탄소, 고농도의 산소 조건에서도 이산화탄소의 흡수속도, 흡수량, 탈거속도, 탈거율 뿐만 아니라 흡수제의 내구성도 우수한 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 석탄화력발전 배가스 외에도 LNG 복합발전 배가스와 같은 저농도 이산화탄소 배가스 조건에서도 상용 또는 기존 흡수제 대비 흡수속도, 흡수량, 탈거속도, 탈거량을 고려하였을 때 포집설비의 CAPEX 및 OPEX을 절감할 수 있도록 효율적으로 이산화탄소 포집이 가능하다.
또한 본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제는 석탄화력발전 배가스 외에도 LNG 복합발전 배가스와 같은 고농도의 산소 배가스 조건에서도 내구성이 향상됨과 동시에 비말동반으로 인한 흡수제의 손실을 줄여 경제적인 운영이 가능하다.
도 1은 이산화탄소 흡수 및 탈거 시험 장치를 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 2는 산화성 열화 시험 장치의 반응기를 간략하게 나타낸 모식도이다.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제를 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 "구성된다", "포함한다" 또는 "첨가된다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들은 포함되지 않을 수도 있고, 또한 추가적인 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 '흡수제'는 '이산화탄소 흡수제' 또는 '이산화탄소 포집용 흡수제'라고 혼용하여 명명한다. 또한, 이하에서 설명될 실시예 1 내지 실시예 3의 '흡수제'는 '이산화탄소 포집용 혼합 흡수제'라고도 명명한다.
다음 표 1과 같은 조성을 갖는 수용액 상태의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제를 제조하였다. 여기서 용매로는 정제된 물을 사용하였다.
하기 실시예 1 내지 실시예 3은 서로 다른 3종 이상의 화합물이 혼합된 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제이며, 전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 혼합 화합물 조성이 50 중량%이고, 나머지는 정제된 물 50 중량%의 조성 함량으로 제조하였다.
하기 비교예 1 내지 비교예 7은 상기 실시예 1 내지 실시예 3의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제와 비교하기 위한 단일 성분의 이산화탄소 포집용 흡수제이거나, 서로 다른 2종의 화합물이 혼합된 형태의 이산화탄소 포집용 흡수제로서, 전체 이산화탄소 포집용 흡수제 100 중량%를 기준으로 화합물 조성은 30 중량%이고, 나머지는 정제된 물 70 중량%의 조성 함량으로 제조하였다.
구분 흡수제 농도
(wt%)		 몰농도
(M)
비교예 1 MEA 30 4.92
비교예 2 MEA+DMTD 30:0.5 4.92
비교예 3 TEPA 30 1.59
비교예 4 IPAE+IPDEA 21:9 2.58
비교예 5 AMP 30 3.37
비교예 6 Pz 30 3.48
비교예 7 TACD 30 1.74
실시예 1 TEPA+IPAE+IPDEA+TACD 10:21:9:10 3.52
실시예 2 TEPA+AMP+TACD 10:30:10 3.98
실시예 3 TEPA+IPAE+IPDEA+AMP+TACD 10:14:6:10:10 3.66
상기 표 1에서 MEA는 모노에탄올아민(monoethanolamine)이고, DMTD는 티아디아졸계 열화방지제로 디머캅토티아디아졸(dimercaptothiadiazole)이고, TEPA는 테트라에틸렌펜타아민(tetraethylenepentamine)으로 화학식 1의 화합물에 해당하고, IPAE는 2-(이소프로필아미노)에탄올(2-(isopropylamino)ethanol)로 화학식 3의 화합물에 해당하고, IPDEA는 2-(이소프로필)디에탄올아민(2-(isopropyl)diethanolamine 또는 N-isopropyl-2,2′-iminodiethanol)이고, AMP는 아미노메틸프로판올(2-amino-2-methyl-1-propanol)로 화학식 4의 화합물에 해당하고, Pz는 피페라진(piperazine)이며, TACD는 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸(1,4,7,10-tetraazacyclododecane)으로 화학식 2의 화합물에 해당한다.상기 표 1과 같이 각각 제조된 실시예들의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제와 비교예들의 이산화탄소 포집용 흡수제의 이산화탄소 흡수 및 탈거 효율을 확인하기 위해 이산화탄소 흡수 및 탈거 시험을 수행하였으며, 이때 도 1과 같은 이산화탄소 흡수 및 탈거 시험 장치를 통해 수행하였다.
이산화탄소 흡수 및 탈거 시험은 상기 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5, 비교예 6, 비교예 7에서 각각 제조된 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 50 g을 충진하였다. 반응용기 내부로 다공성의 디퓨저가 있는 관을 통해 대기압 조건에서 이산화탄소 4%, 질소 96% 조성을 가지는 기체를 1.5 리터/분의 속도로 주입 및 분산시켰다. 이후, 출구 기체 중 이산화탄소의 농도를 비분산형 적외선 분석 방식의 이산화탄소 농도 측정기를 이용하여 연속적으로 측정하여 이산화탄소의 흡수 속도와 흡수량을 측정하였다. 흡수제가 이산화탄소에 의해 어느 정도 포화가 된 일정 시점으로 약 90분에 반응용기의 온도를 70℃로 높여 흡수제로부터 탈거된 이산화탄소의 탈거 속도와 탈거량을 30분간 측정하였으며, 그에 따른 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구분 흡수속도(분-1) 탈거속도(분-1) 흡수용량(90분) 탈거량(30분) 탈거율
g/kg M/M g/kg M/M g/kg M/M g/kg M/M %
비교예 1 2.7 0.012 1.2 0.0055 118 0.55 13 0.06 11
비교예 3 3.5 0.050 1.0 0.014 183 2.6 28 0.40 15
비교예 4 2.2 0.019 2.0 0.018 73 0.64 42 0.37 58
비교예 5 2.4 0.016 1.3 0.0088 114 0.77 36 0.24 32
비교예 6 3.0 0.020 0.5 0.0033 136 0.89 18 0.12 13
비교예 7 3.2 0.042 1.6 0.021 172 2.2 50 0.65 29
실시예 1 5.4 0.035 2.6 0.017 232 1.5 82 0.53 35
실시예 2 6.0 0.034 2.2 0.013 260 1.5 83 0.47 32
실시예 3 5.8 0.036 2.6 0.016 245 1.5 84 0.52 34
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 이산화탄소 포집용 흡수제는 비교예들의 이산화탄소 포집용 흡수제보다 이산화탄소 흡수속도, 탈거속도, 흡수용량, 탈거량 및 탈거율 모두 우수한 것으로 나타내었다.또한, 상기 표 1과 같이 제조된 상기 실시예들과 비교예들의 이산화탄소 포집용 흡수제의 산화성 열화도를 알아보고자, 도 2에 도시된 산화성 열화 시험 장치를 이용하여 산화성 열화 시험을 수행하였다.
구체적으로 산화성 열화 시험은 60℃로 설정된 수조에 담긴 1 리터의 유리 반응용기에 상기 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예 1 내지 비교예 7에서 각각 제조된 이산화탄소 포집용 흡수제 0.7 리터를 충진하였다. 반응용기 내부로 다공성의 디퓨저가 있는 관을 통해 대기압 조건에서 산소(O2) 98%, 이산화탄소(CO2) 2%의 조성을 가지는 기체를 가습장치를 통과하여 100 mL/분의 속도로 주입 및 분산시켰다. 이후, 1,200시간 동안 50 내지 100시간의 간격으로 흡수제를 1 mL씩 채취하여 가스 크로마토그래피를 이용하여 분석하였다. 이 때 얻어진 분석 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 산화성 열화도
(wt%/시간)		 끓는점(℃)
비교예 1 3.8 170
비교예 2 0.34 170
비교예 3 2.9 340
비교예 4 2.7 172
비교예 5 1.5 165
비교예 6 2.2 146
비교예 7 1.8 284
실시예 1 2.4 -
실시예 2 2.2 -
실시예 3 1.9 -
산화성 열화도는 시간당 열화된 흡수제의 양을 나타낸 값으로 그 값이 적을수록 내구성이 우수한 것을 의미한다. 하기 [표 2]을 참조하면, 비교예 1, 비교예 3 내지 7에서와 같이 이산화탄소 포집용 흡수제의 단일성분별 산화성 열화도는 비교예 1(MEA) > 비교예 3(TEPA) ≫ 비교예 6(Pz) ≒ 비교예 4(IPAE+IPDEA) ≒ 비교예 7(TACD) ≒ 비교예 5(AMP)의 순서를 가진다. 즉 이산화탄소 흡수속도 및 흡수량이 월등히 높은 비교예 3(TEPA)도 비교예 1(MEA) 보다 산화성 열화도 측면에서 우수하며, 또한 비교예 4(IPAE+IPDEA), 비교예 5(AMP), 비교예 6(Pz), 비교예 7(TACD)도 비교예 1(MEA) 대비 월등히 우수하다.상기 표 3에서와 같이 실시예 1 내지 실시예 3은 산화성 열화도가 낮은 화합물의 혼합물로 구성되어, 산화성 열화도가 기존 흡수제로서 비교예 1의 모노에탄올아민(MEA)보다 36% 이상 향상됨을 알 수 있다.
상기 표 3의 비교예 2에서처럼, 이산화탄소 포집용 흡수제에 티아디아졸계 열화방지제인 디머캅토티아디아졸(DMTD)를 총 흡수제 중량 대비 0.5 중량%로 혼합하였을 때 산화성 열화도는 매우 감소한다.
그러므로 실시예 1 내지 실시예 3의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제에 티아디아졸계 열화방지제인 디머캅토티아디아졸(DMTD)를 총 흡수제 중량 대비 0.5 중량%로 혼합하였을 때, 상기 표 3의 비교예 2로부터 산화성 열화도는 매우 감소함을 유추할 수 있다.
그리고 상기 표 3에서 나타낸 바와 같이 비교예 1 내지 비교예 7 끓는점을 고려하면, 비교예 3(TEPA)과 비교예 7(TACD)이 끓는점이 가장 높게 나타났으므로, 테트라에틸렌펜타아민(TEPA)와 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸(TACD)이 모두 포함된 실시예 1 내지 실시예 3의 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제의 휘발 및 비말동반을 방지하는 효과가 있음을 알 수 있다.

Claims (1)

  1. 테트라에틸렌펜타아민 및 1,4,7,10-테트라아자사이클로도디칸을 포함하고,
    2-(이소프로필아미노)에탄올 및 2-아미노-2-메틸-1-프로판올 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 화합물을 포함하며,
    전체 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제 100 중량%를 기준으로 하여,
    상기 테트라에틸렌펜타아민은 10 중량%이고,
    상기 2-아미노-2-메틸-1-프로판올은 10 내지 30 중량%;이고,
    상기 2-(이소프로필아미노)에탄올을 포함하는 경우는 2-(이소프로필)디에탄올아민을 함께 포함하되,
    상기 2-(이소프로필아미노)에탄올과 상기 2-(이소프로필)디에탄올아민의 합계 중량은 20 중량% 내지 30 중량%이며,
    상기 2-(이소프로필아미노)에탄올은 14 중량% 내지 21 중량% 이고, 상기 2-(이소프로필)디에탄올아민은 6 중량% 내지 9 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 포집용 혼합 흡수제.




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