젖은 벽탑을 이용한 디에틸렌트리아민과 디에틸에탄올아민 수용액의 CO₂ 흡수속도 측정

유정균 ( Jong Kyun You ),이준 ( Jun Lee ),홍연기 ( Yeon Ki Hong ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.4

연소 배가스 중 CO2를 포집하기 위한 에너지 저감형 흡수제로 상분리 흡수제가 주목 받고 있다. 본 연구에서는 2종의 아민을 혼합한 상분리 흡수제 중 하나인 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine, DETA)과 디에틸아미노에탄올(diethylaminoethanol, DEEA) 흡수제를 구성하는 DETA와 DEEA 각각의 흡수 속도를 측정하기 위해 젖은 벽탑을 사용하였다. 총괄 물질전달 계수에 대한 DETA 및 DEEA의 농도와 조업 온도에 따른 영향을 고찰하였다. 그 결과 DETA 농도에 따라 총괄 물질전달 계수는 비례하였지만 DEEA 농도의 경우 그 영향이 적었고 일정 농도를 넘어설 경우 총괄 물질전달 계수가 감소하였다. DETA 수용액은 조업 온도에 따라 총괄 물질전달 계수의 변화가 적었던 반면 DEEA 수용액은 조업 온도에 따라 총괄 물질전달 계수가 증가하였다. 의사 1차 반응 가정 하에서 관찰 반응 속도 상수를 구한 결과 DETA 수용액에서의 관찰 반응속도 상수는 DETA 농도에 따라 비례하는 관계를 가지나 DEEA는 의사 1차 반응 가정에 맞지 않는 것으로 나타났다. Biphasic solvents are attracting attention as energy-reducing solvents for capturing CO₂ from flue gas in combustion process. In this study, considering diethylenetriamine (DETA) and diethylethanolamine (DEEA) mixed solvents, one of the biphasic solvents by blending of two types of amines, the CO₂ absorption rates of DETA and DEEA was measured by wetted wall column. The effects of DETA and DEEA concentrations and operating temperature on the overall mass transfer coefficient were investigated. As a result, the overall mass transfer coefficient was proportional to the DETA concentration. However, in the case of the DEEA concentration, the effect was small and when the concentration was exceeded, the overall mass transfer coefficient decreased. The DETA aqueous solution showed little change in the overall mass transfer coefficient with the operating temperature, whereas the DEEA aqueous solution increased the overall mass transfer coefficient with the operating temperature. As a result of obtaining the observed reaction rate constant under the pseudo-first-order reaction assumption, it was found that the observed reaction rate constant in DETA aqueous solution was proportional to the DETA concentration, but DEEA did not fit the pseudo-firstorder reaction assumption.

분리기술,열역학 : 암모니아수 흡수제를 이용한 이산화탄소 제거 공정에서 침전생성이 조업영역에 미치는 영향

유정균 ( Jong Kyun You ),박호석 ( Ho Seok Park ),홍원희 ( Won Hi Hong ),박종기 ( Jong Kee Park ),김종남 ( Jong Nam Kim ) 한국화학공학회 2007 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.45 No.3

급수가 다른 아민 혼합에 따른 이산화탄소 흡수 특성

최수현(Choi, Soo-Hyun),유정균(You, Jong-Kyun),박기태(Park, Ki-Tae),백일현(Baek, Il-Hyun),박소진(Park, So-Jin) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.9

화력발전소로부터 배출되는 이산화탄소를 분리하기 위하여 급수가 다른 아민을 혼합한 개선 흡수제를 개발 하고자 하였다. 급수가 다른 1, 2, 3급 아민을 혼합한 후 이산화탄소 부분압에 따른 이산화탄소 흡수능을 조사하였다. 동일한 압력에서 이산화탄소 흡수능은 3DMA1P 30wt%>3DMA1P 27wt%+MEA 3wt%>3DMA1P 27wt%+DEA 3wt% 순으로 나타내었으며, 이는 3급인 3DMA1P에 2급인 DEA보다는 1급인 MEA를 혼합하는 것이 우수한 흡수능을 보이 고 있다. 따라서 흡수능이 우수한 3급 아민에 흡수속도를 높이기 위하여 1급 아민을 혼합하는 것이 유리함을 알 수 있다. 최종적으로 준경험 기액 평형모델을 이용하여 실험 결과를 계산한 결과 실험치와 잘 일치하였다. The advanced absorbent that used amine mixture with different order were developed to separate carbon dioxide emitted from fossil fuel power plant. The carbon dioxide absorption capacity for mixtures with different amine(primary, secondary and tertiary) were investigated according to CO₂ partial pressure. The carbon dioxide absorption capacity at the same pressure is ordered as 3DMA1P 30wt%>3DMA1P 27wt%+MEA 3wt%>3DMA1P 27wt%+DEA 3wt%. The result indicates that mixing tertiary amine with primary amine yields more efficient carbon dioxide absorbent than mixing tertiary with secondary amine does. Finally, the predicted semi-empirical gas-liquid equilibrium model fitted with experimental results.

교반셀에서 측정한 아민첨가 암모니아수 흡수제의 이산화탄소 흡수 반응 속도 측정

박호석 ( Ho Seok Park ),유정균 ( Jong Kyun You ),홍원희 ( Won Hi Hong ),김종남 ( Jong Nam Kim ) 한국화학공학회 2009 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.47 No.2

천연가스 발전소 배가스 CO₂ 포집을 위한 저온 분리막 공정 설계 및 최적화

이성훈(Sunghoon Lee),유정균(Jong-Kyun You),이동호(Dong-Ho Lee),김진국(Jin-Kuk Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.5

연소전 CO₂ 포집을 위한 수성가스반응과 분리막 공정 특성

김정남(Kim, Chung-Nam),유정균(You, Jong-Kyun),최수현(Choi, Soo-Hyun),백일현(Baek, Il-Hyun) 한국산학기술학회 2016 한국산학기술학회논문지 Vol.17 No.1

온실가스로 인한 지구 온난화는 전 세계적인 주요 문제로 인식되고 있으며, 많은 나라들은 CO₂ 배출 감축을 위한 많은 노력을 하고 있다. 연소 후, 연소 전, 순산소 연소의 다양한 CO₂ 포집 기술들이 개발되고 있으며, 그 중 본 연구에서는 연소 전 CO₂ 포집 기술로서 수성가스전환반응기와 기체분리막의 융합 시스템을 고찰하였다. CO 전환율을 높이기 위해 고온 수성가스반응과 저온 수성가스반응이 결합된 2단 WGS 반응기를 사용하였고, 비다공성 Pd/Cu 분리막을 이용하여 수소를 선택적으로 분리하여 CO₂를 농축하였다. 연소 전 CO₂ 포집에서의 활용을 고려하여 65% CO, 30 % H₂, 5% CO₂의 기체 혼합물에 대한 하이브리드 시스템의 성능을 CO 전환율과 수소 분리의 측면에서 평가하였다. 공급기체유량 1000ml/min에서 수성가스 전환반응의 운전조건으로 온도는 200-400℃, 압력은 0-20bar, S/C 비는 2.5-5의 영역 에서 성능을 평가하였다. 2단 수성가스전환반응기에서 CO의 전환율은 최고 99.5%이었으며, Pd/Cu 분리막을 통하여 CO₂를 83%로 농축시켰다. Global warming due to greenhouse gas emissions is considered as a major problem worldwide, and many countries are making great efforts to reduce carbon dioxide emissions. Many technologies in post-combustion, pre-combustion and oxy-fuel combustion CO₂ capture have been developed. Among them, a hybrid pre-combustion CO₂ capture system of a water gas shift (WGS) reactor and a membrane gas separation unit was investigated. The 2 stage WGS reactor integrated high temperature shift (HTS) with a low temperature shift (LTS) was used to obtain a higher CO conversion rate. A Pd/Cu dense metal membrane was used to separate H₂ from CO₂ selectively. The performance of the hybrid system in terms of CO conversion and H₂ separation was evaluated using a 65% CO, 30 % H₂ and 5% CO₂ gas mixture for applications to pre-combustion CO₂ capture. The experiments were carried out over the range of WGS temperatures (200-400℃), WGS pressures (0-20bar), Steam/Carbon (S/C) ratios (2.5-5) in a feed gas flow rate of 1 L/min. A very high CO conversion rate of 99.5% was achieved with the HTS-LTS 2 stage water gas shift reactor, and 83% CO₂ was concentrated in the retentate using the Pd/Cu membrane.

물리 흡수제를 포함한 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine) 저수계 흡수제에서의 이산화탄소 흡수 특성

이화영(Hwa Young Lee),석창환(Chang Hwan Seok),유정균(Jong-Kyun You),홍연기(Yeon Ki Hong) 한국청정기술학회 2018 청정기술 Vol.24 No.1

본 연구에서는 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine, DETA) 수용액에 물리흡수제인 N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP)을 도입한 저수계 흡수제에서 이산화탄소 포집에 따른 흡수제의 상분리 현상을 고찰하였다. 2 M DETA수용액에서 NMP 조성이 30 wt%를 초과하면 CO₂ 흡수에 따라 흡수제의 상이 분리되는데 그 이유는 DETA-카바메이트 이온종의 NMP에 대한 낮은 용해도로 설명할 수 있다. 흡수제 내에서 NMP의 조성이 증가함에 따라 상분리 된 흡수제의 상층과 하층의 이산화탄소 로딩 차이가 커지고 하층의 부피가 감소하게 된다. 2 M DETA + NMP + 물 혼합 흡수제를 이용하여 충진탑에서의 이산화탄소 포집을 실시할 경우 흡수제 내 NMP조성이 40 wt%에 이르면 흡수속도가 줄어드는 것으로 확인되었다. 이는 이산화탄소 흡수에 따른 점도 증가로 인한 흡수제 액막에서의 물질전달 저항 때문으로 해석된다. DETA + NMP +물로 구성된 저수계 흡수제를 이산화탄소 포집에 적용하면 상분리에 따른 이산화탄소-rich 상 부피 감소로 재생에너지를 낮출 수 있을 것으로 기대된다. In this work, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was added into diethylenetriamine (DETA) aqueous solution for high CO₂ loading via phase splitting of absorbents during CO₂ absorption. Immiscible two phases were formed in the range of more than 30 wt% of NMP in 2 M DETA + NMP + water absorbents because of low solubility of DETA-carbamate in NMP solution. As the composition of NMP in the absorbents increased, the difference of CO₂ loading between each phase increased and the volume of bottom phase decreased. In CO₂ absorption in packed column by 2 M DETA + NMP + water absorbents, the absorption rate decreased in the range of more than 40 wt% of NMP. It is due to the increasing of mass transfer resistance in liquid film of absorbents at the high concentration of NMP. DETA + NMP + water absorbent is expected as the promising one for reducing the regeneration energy of absorbents according to volume reduction of CO₂-rich phase.

구아니딘계 초염기 흡수제에 의한 충진탑에서의 이산화탄소 포집 특성

최영민 ( Young Min Choi ),홍연기 ( Yeon Ki Hong ),유정균 ( Jong Kyun You ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.5

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 0.16 in × 0.16 in의 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 α = 1.0 molCO2/molTMG에 달하였으며 이산화탄소가 적게 로딩된 흡수제에서는 총괄 물질전달 계수가 TMG의 농도에 비례하였으나 α = 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 CO2 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 0.16 in × 0.16 in. We investigated the effect of operating conditions on overall mass transfer coefficients as well as on CO2 removal efficiency. The loading values reached at about 1.0 molCO2/molTMG. In case of absorbent with lean CO2 loading, the overall mass transfer coefficient was proportional to the concentration of TMG. However, in the range of more than α = 0.5 molCO2/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.