본 연구에서는 구아니딘계 초염기인 1,1,3,3-테트라메틸 구아니딘(TMG)과 에틸렌 글라이콜로 구성된 비수계 흡수제를 충진탑에 적용하여 이산화탄소 흡수특성을 고찰하였다. 흡수탑은 내경이 1 in이고 높이는 0.6 m이며 탑 내부는 $0.16in{\times}0.16in$의 규격을 갖는 다공 충진물로 채웠다. 흡수탑에서의 이산화탄소 제거 효율에 대한 흡수제 농도, 조업온도 등의 영향 뿐 아니라 이들이 물질전달 저항에 미치는 영향을 고찰하였다. 이산화탄소에 대한 TMG의 로딩값은 약 ${\alpha}=1.0mol_{CO2}/mol_{TMG}$에 달하였으며 이산화탄소가 적게 로딩된 흡수제에서는 총괄 물질전달 계수가 TMG의 농도에 비례하였으나 ${\alpha}=0.5$ 이상의 로딩값에서는 총괄 물질전달계수가 오히려 감소하였다. 이는 흡수제의 이산화탄소에 대한 로딩값에 따른 흡수제 점도 증가로 인한 액체상에서의 물질전달 저항 증가로 해석할 수 있다.
본 연구에서는 구아니딘계 초염기인 1,1,3,3-테트라메틸 구아니딘(TMG)과 에틸렌 글라이콜로 구성된 비수계 흡수제를 충진탑에 적용하여 이산화탄소 흡수특성을 고찰하였다. 흡수탑은 내경이 1 in이고 높이는 0.6 m이며 탑 내부는 $0.16in{\times}0.16in$의 규격을 갖는 다공 충진물로 채웠다. 흡수탑에서의 이산화탄소 제거 효율에 대한 흡수제 농도, 조업온도 등의 영향 뿐 아니라 이들이 물질전달 저항에 미치는 영향을 고찰하였다. 이산화탄소에 대한 TMG의 로딩값은 약 ${\alpha}=1.0mol_{CO2}/mol_{TMG}$에 달하였으며 이산화탄소가 적게 로딩된 흡수제에서는 총괄 물질전달 계수가 TMG의 농도에 비례하였으나 ${\alpha}=0.5$ 이상의 로딩값에서는 총괄 물질전달계수가 오히려 감소하였다. 이는 흡수제의 이산화탄소에 대한 로딩값에 따른 흡수제 점도 증가로 인한 액체상에서의 물질전달 저항 증가로 해석할 수 있다.
The study of $CO_2$ absorption in a packed column by 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG) dissolved in ethylene glycol is presented. Absorption column of inner diameter 1 in and 0.6 m length was filled with Protruded-packing $0.16in{\times}0.16in$. We investigated the effect of o...
The study of $CO_2$ absorption in a packed column by 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG) dissolved in ethylene glycol is presented. Absorption column of inner diameter 1 in and 0.6 m length was filled with Protruded-packing $0.16in{\times}0.16in$. We investigated the effect of operating conditions on overall mass transfer coefficients as well as on $CO_2$ removal efficiency. The loading values reached at about $1.0mol_{CO2}/mol_{TMG}$. In case of absorbent with lean $CO_2$ loading, the overall mass transfer coefficient was proportional to the concentration of TMG. However, in the range of more than ${\alpha}=0.5molCO_2/molTMG$, the overall mass transfer coefficients decreased with the concentration of TMG. It is due to the increasing of mass transfer resistance in liquid phase as increasing of viscosity at higher loading values.
The study of $CO_2$ absorption in a packed column by 1,1,3,3-tetramethylguanidine (TMG) dissolved in ethylene glycol is presented. Absorption column of inner diameter 1 in and 0.6 m length was filled with Protruded-packing $0.16in{\times}0.16in$. We investigated the effect of operating conditions on overall mass transfer coefficients as well as on $CO_2$ removal efficiency. The loading values reached at about $1.0mol_{CO2}/mol_{TMG}$. In case of absorbent with lean $CO_2$ loading, the overall mass transfer coefficient was proportional to the concentration of TMG. However, in the range of more than ${\alpha}=0.5molCO_2/molTMG$, the overall mass transfer coefficients decreased with the concentration of TMG. It is due to the increasing of mass transfer resistance in liquid phase as increasing of viscosity at higher loading values.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
충진탑에서 TMG/EG 흡수제의 흡수성능을 평가하기 위해 이산화탄소 제거 효율과 이산화탄소의 흡수 플럭스를 계산하였다. 또한 흡수제의 농도, 조업 온도 및 유량이 흡수 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 이산화탄소 흡수에 따른 흡수제의 점성 변화가 물질 전달에 미치는 영향을 고찰하기 위해 이산화탄소 로딩에 따른 흡수제의 점도를 측정하였다.
제안 방법
흡수제에서 디올은 TMG와 이산화탄소와의 반응을 위한 양성자 공여체 역할을 수행한다. TMG/디올 흡수제 혼합물의 흡수 거동은 조업 온도, 흡수제 농도 등과 같은 조업 변수들이 흡수과정에서의 물질전달에 미치는 영향을 중심으로 소형 충진탑을 이용하여 고찰되었다.
TMG농도 증가 및 로딩 값에 따른 물질전달 저항을 알아보기 위해 총괄물질전달 계수 KOGa[mol/sec·kPa]를 다음과 같이 계산하였다.
또한 흡수제의 농도, 조업 온도 및 유량이 흡수 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 또한 이산화탄소 흡수에 따른 흡수제의 점성 변화가 물질 전달에 미치는 영향을 고찰하기 위해 이산화탄소 로딩에 따른 흡수제의 점도를 측정하였다. 흡수제의 점도는 점도측정기(DV2T, Brookfield, USA)를 이용하여 측정하였다.
본 연구에서는 연소 후 배가스로 부터의 이산화탄소 포집을 위해 에틸렌 글라이콜에 TMG를 용해시킨 흡수제의 흡수성능 평가를 위해 소형 충진탑을 이용하였다. 이산화탄소 흡수 효율은 흡수제의 농도와 lean 로딩값, 흡수제 유량, 조업 온도 등에 영향을 받는다.
Korea)이며 검출기는 TCD였다. 유입 및 유출되는 이산화탄소의 농도, 압력 강하, 기체와 흡수제 흐름 온도 및 유량은 흡수제가 더 이상 이산화탄소를 흡수하지 않을 때까지 즉, 유출 기체 흐름에서의 이산화탄소의 농도가 유입 기체 흐름에서의 이산화탄소 농도의 0.95가 될 때 까지 측정한다.
이산화탄소 로딩에 따른 점도의 변화를 조업 온도별로 측정하였다. Fig.
충진탑에서 TMG/EG 흡수제의 흡수성능을 평가하기 위해 이산화탄소 제거 효율과 이산화탄소의 흡수 플럭스를 계산하였다. 또한 흡수제의 농도, 조업 온도 및 유량이 흡수 특성에 미치는 영향을 고찰하였다.
대상 데이터
이후 혼합 기체를 탑 하부로 유입시키면서 흡수가 시작되고 충진탑을 통해 유출되는 기체 흐름은 컬럼과 연결된 기체크로마토그래프(Donam instrument, Korea)에 의해 분석된다. 기체크로마토그래프에 사용된 컬럼은 Porapak Q (DS science Inc. Korea)이며 검출기는 TCD였다. 유입 및 유출되는 이산화탄소의 농도, 압력 강하, 기체와 흡수제 흐름 온도 및 유량은 흡수제가 더 이상 이산화탄소를 흡수하지 않을 때까지 즉, 유출 기체 흐름에서의 이산화탄소의 농도가 유입 기체 흐름에서의 이산화탄소 농도의 0.
본 연구에서는 이산화탄소 흡수를 위해 TMG와 디올로 구성된 초염기 흡수제를 사용하였다. 흡수제에서 디올은 TMG와 이산화탄소와의 반응을 위한 양성자 공여체 역할을 수행한다.
흡수제로 사용된 TMG와 에틸렌 글라이콜은 Sigma-Aldrich에서 구매하였으며 추가적인 분리 없이 사용되었다. 질소(99.99 vol%)와 이산화탄소(99.99 vol%)를 이용하여 혼합기체를 만들었다.
흡수제로 사용된 TMG와 에틸렌 글라이콜은 Sigma-Aldrich에서 구매하였으며 추가적인 분리 없이 사용되었다. 질소(99.
성능/효과
또한 TMG를 포함한 초염기 흡수제는 화학적 특성상 MEA로 대표되는 수계 아민 흡수제에 비해 점도 증가에 따른 문제가 큰 것으로 알려져 있다. 그러나 본 연구에서의 결과에 따르면 약 50℃ 근처의 조업 온도와 30 wt%의 TMG가 에틸렌 글라이콜에 혼합되어 사용될 경우에는 초염기 흡수제 사용에 따른 점성 증가 및 물질전달 계수의 저하를 극복할 수 있는 것으로 판단된다.
이산화탄소 흡수 효율은 흡수제의 농도와 lean 로딩값, 흡수제 유량, 조업 온도 등에 영향을 받는다. 초염기 흡수제가 이산화탄소 포집에 적용될 때 문제점으로 제시되었던 높은 로딩값에서의 흡수제 점도 증가는 조업온도 및 TMG 농도를 조절함으로서 극복할 수 있었다. 그러나 고농도 TMG 흡수제의 경우 로딩 값 증가에 따른 물질전달 저항이 커짐을 확인할 수 있었으며 이는 물질전달 저항의 대부분을 차지하는 액상에서의 물질전달 저항이 흡수제 점도에 크게 영향을 받기 때문으로 해석할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Dai 등은 무엇을 사용하여 이산화탄소의 화학 습수 전략을 제시하였는가?
그러나 알콜의 휘발성으로 인해 유기 용매의 손실이 발생하며 탈거과정에서 이산화탄소와 알콜 용매 간의 재결합을 방지하기 위한 조업 비용 증가와 같은 단점이 지적되고 있다. Dai 등은 하이드록실-기능화 이온성 액체, 이미다졸리움 이온성 액체, 플루오르화 알콜, 이미다졸, 페놀과 같은 서로 다른 비휘발성 양성자 공여체를 갖는 초염기로부터 유도된 흡수제를 사용한 이산화탄소의 화학 습수 전략을 제시하였다[6-9]. Heldebrant 등은 알카놀아미딘, 알카놀구아니딘, 그리고 디아민과 같은 비휘발성 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집 방법을 개발하였다[10].
이산화탄소 포집위해 사용되는 흡수제는 무엇이 있는가?
CO2BOLs로부터 형성된 알킬 카보네이트 염은 일반적인 카바메이트나 바이카보네이트와 같이 많은 수의 수소 결합을 포함하고 있지 않으므로 이산화탄소의 결합 엔탈피가 낮아지고 결국 재생 온도를 낮출 수 있게 된다. 현재까지 이산화탄소 포집을 위해 가장 널리 사용되고 있는 초염기 흡수제로는 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene(DBU)와 1,1,3,3- tetramethylguanidine(TMG)가있으며 이들의 구조를 Fig. 1에 나타내었다.
이산화탄소 포집 공정이 가지는 장점과 한계점은 무엇인가?
상업적으로 조업 가능한 습식 포집 기술은 모노에탄올아민(monoethanolamine, MEA)과 같은 수용상 아민을 흡수제로 사용한 공정이다[1]. 이 공정은 흡수제의 낮은 가격과 이산화탄소와의 높은 반응성으로 인해 산업적 규모로 적용되고 있지만 흡수재 재생에 많은 에너지가 필요할 뿐 아니라 물의 증발에 따른 열 손실, 아민 용액 사용에 따른 부식등과 같은 여러 문제점이 지적되어 왔다[2,3].
참고문헌 (10)
O, M.-G., Park, S.-J., Han, K.-H., Lee, J.-S. and Min, B.-M., "The Operational Characteristics of $CO_2$ 5 ton/day Absorptive Separation Pilot Plant," Korean Chem. Eng. Res., 50(1), 128-134(2012).
Zhao, B., Sun, Y., Yuan, Y., Gao, J., Wang, S., Zhuo, Y. and Chen, C., "Study on Corrosion in $CO_2$ Chemical Absorption Process Using Amine Solution," Energy Proc., 4, 93-100(2011).
Jessop, P. G., Heldebrant, D. J., Li, X. W., Eckert, C. A. and Liotta, C. L., "Green Chemistry: Reversible Nonpolar-to-polar Solvent," Nature, 436, 1102-1102(2005).
Heldebrant, D. J., Jessop, P. G., Thomas, C. A., Eckert, C. A. and Liotta, C. L., "The Reaction of 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU) with Carbon Dioxide," J. Org. Chem., 70, 5335-5338 (2005).
Wang, C., Luo, H., Jiang, D., Li, H. and Dai, S., "Reversible and Robust $CO_2$ Capture by Equimolar Task-specific Ionic Liquidsuperbase Mixture," Green Chem., 12, 870-874(2010).
Wang, C., Luo, H., Luo, X., Li. H. and Dai, S., "Equimolar $CO_2$ Capture by Imidazolium-based Ionic Liquids and Superbase Systems," Green Chem., 12, 2019-2023(2010).
Wang, C., Luo, X., Luo, H., Jiang, D., Li, H. and Dai, S., "Tuning the Basicity of Ionic Liquids for Equimolar $CO_2$ Capture," Angew. Chem. Int. Ed., 50, 4918-4922(2011).
Heldebrant, D. J., Koech, P. K., Ang, M. C. T., Liang, C., Rainbolt, J. E., Yonkera, C. R. and Jessop, P. G., "Reversible Zwitterionic Liquids, The Reaction of Alkanol Guanidines, Alkanol Amidines, and Diamines with $CO_2$ ," Green Chem., 12, 713-721(2010).
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.