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CO2 포집을 위한 알카놀아민 수용액의 흡수특성 연구

Study on absorption characterization of alkanolamine solutions for CO2 capture

초록/요약

온실가스 저감을 위한 방법으로 산업 설비에서 배출되는 이산화탄소의 분리 및 포집공정에 관심이 집중되고 있다. 이산화탄소 포집 공정에서, 화학흡수제를 이용한 후-연소 공정은 가장 많은 개발을 이루었으며 근래에 적용하기 가장 알맞은 공정으로 평가된다. 그러나 전체적인 공정비용을 절감하기 위해서 높은 CO2 흡수량과 적은 재생에너지 비용을 갖는 흡수제의 기술개발이 중요하다. 본 연구에서 CO2의 용해도는 semi-batch 반응기를 이용하여 313K∼353K 사이의 온도구간에서 실험하였다. 흡수제와 흡수된 CO2 분자 사이의 반응열은 Differential reaction calorimeter (DRC) 장비를 이용하여 293K에서 흡수제의 재생 효율을 비교하기 위해 측정하였다. 용해도와 반응열은 대기압보다 약간 높은 압력에서 수행하였으며, 30wt%의 고정된 농도에서 비교하였다. CO2 포집을 위해 새롭게 개발된 v104 흡수제는 에틸렌옥사이드와 암모니아수의 합성을 통해 개발되었으며, 353K보다 낮은 온도구간에서 대표적인 상용흡수제인 MEA와 비교해 높은 흡수율과 낮은 흡수열의 이점을 갖는다. CO2의 용해도에서, MEA는 0.46 (mol CO2/mol amine)의 흡수 부하능을 나타내는 반면에 합성 흡수제는 0.53 (mol CO2/mol amine)을 보였다. 반응열은 흡수제의 재생에 필요한 에너지와 직접적으로 관련되며, 흡수열은 아민의 구조와 CO2의 loading에 의존된다. 예상한바와 같이 3차 아민은 가장 낮은 반응열을 보이며 합성 흡수제는 MEA보다 낮은 특성을 보였다.

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초록/요약

The separation and capture process of carbon dioxide from power plants is gaining interest as a method to reduce of greenhouse gas emission. In the carbon dioxide capture process, the post-combustion using a chemical solvent is the most development and evaluated an applicatory technology. However, technological improvements for developed chemical solvent are necessary to reduce capital cost, such as high CO2 loading capacity and low costs for regeneration of the solvent. In this work, the solubility of CO2 was investigated with semi-batch reactor at 313K∼353K. The heat of reaction between the solvent and absorbed CO2 molecules was measured in differential reaction calorimeter (DRC) for compare with generation efficiency of amine solvent at 293K. The solubility and heat of absorption were determined at slightly higher pressure than atmosphere and compared with fixed concentration(30 wt% of absorbent). The chemical solvent of v104 using a synthesis by ethylene oxide and aqueous ammonia is a newly developed for CO2 capture and it is shown advantages of high absorption rate at temperature below 353K and low heat of absorption compared to MEA. In solubility of CO2, the CO2 loadings (mol CO2/mol absorbent) of v104 and MEA are approximately 0.53 and 0.46 at 313K. The heat of reaction is directly related to quantity of heat for solvent regeneration. And enthalpy of absorbent depends on amine type and CO2 loading. As expected, tertiary amine give the lowest heat of reaction and synthetic absorbent is lower than MEA.

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