A Study on CO2 Absorption Capacity by Amine Blending
- 주제(키워드) Carbon capture and storage , CO2 absorption Capacity , Cyclic capacity , Amine blending , Reaction equilibrium constants , pKa , Blended amine-based solvents , Tertiary amine , Primary and secondary amine , Diamine like PZ
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이광순
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000061164
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Increasing CO2 concentration in the atmosphere by using fossil fuels as the energy source is considered the major cause of the global warming. To mitigate the CO2 emission, technologies to capture CO2 from large emission sources such as the coal-fired power plant and sequestrate it have been actively developed worldwide. Among them, the absorption process based on aqueous amine solvents is generally recognized as the most promising option for CO2 capture. In the development of an absorption-based CO2 capture process, the most important step is to discover a high-performance solvent with solid chemical stability. Single amine-based aqueous solvents are generally hard to achieve required performance targets, and blended amine-based solvents are developed in recent researches. For instance, a tertiary amine having high cyclic capacity is blended with a primary or secondary amine or piperazine having high absorption rate. When they are mixed, however, the cyclic capacity is frequently decreased in a non-linear fashion, and the prediction of the trend is important in the solvent development. In this study, a trend analysis on the cyclic capacity of aqueous blended amine-based solvents has been conducted. The cyclic capacity of amine blends was calculated using the CO2 VLE (vapor liquid equilibrium) information, and the VLE of a blended amine solvent was estimated using the method proposed by Hwang et al.(2016), which is based on the Kent-Eisenberg model. Three amine groups including tertiary, primary/secondary amines and diamine similar to piperazine were considered. Since the reaction equilibrium of the each amine group is represented by unique equations, hypothetical amines instead of real amines were considered. Frist, the cyclic capacity of a single amine solvent in each group was calculated for different values of pKa and the carbamate stability constant. Then, that of blended amine solvents composed of a tertiary amine and a primary or secondary amine or diamine was computed. From the results, the trend how the cyclic capacity of a blended amine solvent is affected by key reaction equilibrium parameters of single amines was analyzed. It is expected that this study can provide useful guidelines to the development of blended amine-based solvents.
more초록/요약
세계적 환경문제인 지구온난화에 큰 영향을 끼치는 대부분의 이산화탄소가 화석연료 사용으로 발생한다. 이산화탄소 포집 및 처리 기술(Carbon Capture & Storage, CCS)을 화력발전소에 적용하여 환경을 보호하려는 노력이 계속되고 있으며, 그 중에서도 이산화탄소와의 큰 반응성을 이용한 아민 기반의 습식 흡수제를 이용한 공정이 주목 받고 있다. 아민 기반의 포집 공정 개발에 있어서 가장 중요한 단계는 높은 화학적 안정성을 가진 고성능의 흡수제를 개발하는 것이다. 일반적으로 단일 아민 기반의 흡수제만으로 원하는 성능을 만족시키기는 어렵기에, 혼합 아민 기반의 흡수제가 최근 연구되고 있다. 예를 들어, 큰 용량을 지닌 3차 아민과 빠른 속도를 지닌 1,2차 아민, 혹은 다이아민을 혼합하는 식이다. 그러나 혼합 시 비선형적으로 용량이 감소하기에 흡수제 개발에 있어서 용량 예측은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는, 습식 아민 기반 혼합 흡수제의 용량 경향성을 분석하였다. 흡수제의 용량은 CO2 VLE (vapor liquid equilibrium)를 이용하여 계산하였으며 혼합 흡수제의 VLE예측은 Kent-Eisenberg model 기반의 Hwang et al.(2016)에서 제안된 방법을 사용하였다. 아민은 크게 3차 아민, 1/2차 아민, piperazine과 같은 다이아민, 총 3개의 그룹으로 나뉘어 진행되었다. 각 아민 그룹의 반응 상수는 이산화탄소와의 반응식을 충분히 반영하기에 실제 아민 대신 가상의 아민을 사용하여 용량 분석을 하였다. 먼저, 각 그룹별 pKa 및 carbamate안정성 상수 변화에 따른 단일 아민의 용량을 계산하였고, 그 후 3차 아민에 1/2차 아민 혹은 다이아민으로 구성된 혼합 흡수제에 대해 진행하였다. 결과적으로, 혼합 흡수제의 용량이 단일 흡수제의 중요 반응 상수에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대해 분석하였다. 본 연구는 혼합 아민 기반의 흡수제 개발 및 설계 단계에서 적절한 제안으로 사용되어 보다 효율적인 습식 흡수제 공정 개발 방향성을 제시한다.
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