Study on Absorption Characteristics of $CO_2$ in Aqueous Alkanolamine Solutions

알카놀아민 수용액을 이용한 이산화탄소 흡수특성 연구

Increase of $CO_2$ by using fossil fuels makes mainly global warming and the international efforts to reduce the $CO_2$ emission is being promoted. Absorption process using aqueous alkanolamine solution to remove acid components in the mixed gases has been used commercially. This method was used to remove $CO_2$ in the flue gas in recent years. $CO_2$ Absorption characteristics of several aqueous alkanolamine solutions such as MEA, DEA and AMP was studied by measuring vapor-liquid-equilibrium(VLE) and absorption velocity in this study. VLE measuring equipment, shell and reactor type, was used to acquire VLE data, equilibrium $CO_2$ pressure(${P_{CO_2}}^*$) and time at each pulse gas input. We also acquired the $CO_2$ absorption velocity by measuring the time to arrive the VLE at $40{\sim}80^{\circ}C$ and first gas input. The $CO_2$ absorption capacity of MEA 10wt% solution was higher than two alkanolamine solutions at $40^{\circ}C$ and the equilibrium $CO_2$ loading was 0.5. Absorption capacity was excellent as follows; AMP>DEA>MEA. But absorption velocity was fast as follows; MEA>AMP>DEA. Though good absorbent was considered by many variables, absorption velocity and capacity was more important factor.

화석연료 사용에 의한 이산화탄소의 증가는 지구온난화의 주요인으로, 세계적으로 배출량을 줄이려는 노력을 기울이고 있다. 알카놀아민 수용액을 이용한 흡수법은 산성가스를 제거하기 위하여 폭 넓게 사용되고 있고, 특히 배가스로부터 나오는 이산화탄소의 제거에 효과적인 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 알카놀아민 수용액을 사용하여 이산화탄소 흡수시에 나타나는 흡수특성을 연구하였다. 기/액 평형 실험 장치를 사용하여 이산화탄소의 평형분압(${P_{CO_2}}^*$)과 이산화탄소 최초 1회 주입 후 평형에 도달하는 시간을 측정하여 $60^{\circ}C$에서 각각 흡수 용량과 흡수 속도를 계산하였다. 실험 결과 MEA 10wt%에서의 흡수용량은 낮은 온도($40^{\circ}C$)에서 우수하였고, 평형부하 0.5부근에서 이산화탄소가 포화되었음을 알 수 있었다. 흡수제에 따른 흡수용량은 AMP>DEA>MEA, 흡수속도는 MEA>AMP>DEA. 순으로 나타났다. 따라서 가장 우수한 성능을 가진 흡수제를 선정하기 위해서는 흡수용량과 흡수속도를 동시에 고려해보아야 한다.