Increasing amounts of anthropogenic $CO_2$ emitted to the atmosphere are believed to be a significant factor in global climate change. Hence, the method of chemical absorption has been suggested to separate and recover acid gases such as $CO_2$. In this study, the characteristics of absorption and regeneration of $CO_2$ for the absorbent which adding HMDA (hexamethylenediamine) into AMP (2-amino-2-methyl-1-propanol), hindered amine, was investigated in lab-scale absorption/regeneration reactor. As a result of this study, the removal efficiency of $CO_2$ increased when adding $5.9\%,\;11.7\%\;and\;23.4\%$ HMDA into $30\%$ AMP respectively. Also, the removal efficiency of $CO_2$ increased $6.5\%,\;8.4\%,\;10.3\%$ respectively as compared to AMP alone when the gas flow rate was 7.5 SL/min. In addition, all absorbents used in the study revealed the high stripping efficiency, which was almost $99\%$, at the temperature of $110^{\circ}C$. Thus, the regeneration tower should be operated at $110^{\circ}C$. At this time, the concentration of exhausted $CO_2$ was higher than $99\%$.
A study on the synthesis of zeolite 4A using the bituminous coal fly ash from power plant was carried out. This study aims to investigate possibility for detergent builder with synthesized zeolite. It was examined at the crystallization conditions of atmospheric pressure and that of pressurization. The synthesized zeolite was proved to be Zeolite 4A type by means of the XRD and SEM analysis, and then the synthesized zeolite was used as an absorbent the remove the $Ca^{2+}$ ions in the water. In this study, commercial zeolite and synthesized zeolite reached equilibrium within 10 and 30 minutes respectively. The amount of $Ca^{2+}$ ions exchanged by the commercial zeolite, atmospheric pressure zeolite (zeolite A) and pressurized zeolite(zeolite PA) were 391mg/L(as $CaCO_3$), 323mg/L(as $CaCO_3$) and 355mg/L(as $CaCO_3$) respectively.
Oxidative and thermal degradation of alkanolamines for a promising $CO_2$ capture technology of absorption might cause decrease in $CO_2$ capture efficiency and formation of hazardous byproducts. In this study, characteristics of a representative absorbent of monoehtanolamine (MEA) were examined for a long term operation using a laboratory scale absorption system. An $CO_2$ absorption system with ID 56 mm and absorption zone height 100 cm was developed for the characterization. Absorption solution of 30 wt% MEA was circulated at 100 mL/min to treat air with 15% $CO_2$ and 1 ppm NO at 10 L/min. Temperatures of absorber and stripper were maintained at $40^{\circ}C$ and $120^{\circ}C$, respectively. For the course of 5 weeks continuous operation, MEA concentration was decreased approximately by 70% and $CO_2$ removal efficiency was dropped from 95% to 65%. Ionic byproducts of $NH_4{^+}$, $NO_2{^-}$, and $NO_3{^-}$ were accumulated up to 48 g/mL, 0.2 g/mL, and 1.5 g/mL, respectively, tracking the variation of MEA concentration. Formation of various organic byproducts were also observed.
지구온난화가 국제 문제로 언급되면서 온실가스 저감에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 지구온난화의 가속화를 막기 위해 지구온난화의 주된 원인으로 언급되는 이산화탄소 저감에 관한 기술 개발의 중요성이 증가하게 되었고 이로 인해 이산화탄소 포집, 저장 및 재이용기술(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage)의 발전을 요구하고 있다. 다양한 이산화탄소 포집, 저장 및 재이용기술 중에서 광물탄산화 기술의 경우에는 적은 에너지를 통해 많은 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환할 수 있다. 기존 연구에서는 고형 폐기물에서 이온을 용출해 사용해왔으며 이는 처리 과정이 복잡하다. 하지만 해수를 사용하게 되면 고농도의 금속 양이온이 해수 속에 용해되어 있어 고형 폐기물을 이용할 때보다 공정이 단순하다. 이 연구는 해수담수화 농축수를 금속양이온공급원으로써 사용하기 위한 기초연구로, 3 M 모노에탄올아민(Monoethanolamine, MEA)을 흡수제로 사용하여 이산화탄소를 우선적으로 포집하였다. 또한 해수농축수를 모사하기 위해, 해수모사파우더를 사용하여 다양한 농도의 해수농축수를 제조하였다. 해수농축수와 포집된 이산화탄소 용액을 반응시켜 탄산염을 생성하였으며 이를 XRD (X-ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscopy), TGA (Thermalgravimetric Analysis)를 통해 탄산염의 생성 경향 및 흡수제의 재이용 가능성을 파악하였다.
본 연구에서는 고정층 반응기(높이 15 cm, 내경 0.5 cm)에서 K-계열 건식 흡수제($K_2CO_3/Al_2O_3$, 한국전력공사 전력연구원)를 이용하여 반응압력 변화에 따른 염화수소 흡수 실험을 수행하였다. 반응온도는 가스화 직후, 필터를 거쳐서 주입되는 것을 가정하여 $400^{\circ}C$로 설정하였으며, 반응기체 농도는 750 ppm HCl ($N_2$ balance)으로 설정하였다. 반응압력은 1, 5, 10, 15, 20 bar로 증가시켰다. 압력이 증가할수록 K-계열 흡수제의 흡수 성능이 증가하였다. 흡수제를 구성하고 있는 주요 물질인 $K_2CO_3$가 HCl 가스와 반응하여 KCl 결정을 형성하였으며, 강한 결합에너지로 인하여 흡수제의 재생이 실질적으로 불가능하였다. 이에 대한 광학적, 물리적, 화학적 특성을 SEM, EDX, BET, TGA, XRD를 이용하여 분석하였다. $400^{\circ}C$, 20 bar 조건(가스화 이후 탈할로겐 공정의 온도 및 압력조건)에서 $K_2CO_3$ 흡수제는 Ca 계열 및 Mg 계열의 흡수제에 비해 높은 HCl 흡수능 및 HCl/$N_2$ 분리 거동을 보였다.
In order to minimize a building energy consumption with ventilation, a development of smart ventilation system is very important. In this study, a dry adsorbent that is main element of smart ventilation system was developed for removing indoor $CO_2$, and evaluate the adsorption performance. Specific surface area, pore characteristic and crystal structure of the modified sorbent was measured to analyze physical properties. From this analysis, it was found that the developed absorbent has a low specific surface area, due to mesopores of substrate was filled with metal contained raw material. Additionally, through analysis of the adsorption properties, the developed adsorbent was shown a adsorption form of mesopore (type IV), which means adsorption amount was rapidly increased at the part of high-pressure. Order to applying for the field, chamber test was performed. Continuous column tests (2,500 ppm) and batch chamber tests ($4m^3$, 5,000 ppm) showed $CO_2$ removal efficiency of 95% and 88% within 1 hour, respectively.
CO2 concentration in kimchi package has emerged recently as a potential index of product ripening to be monitored or sensed in intelligent packaging. Considering that addition of CO2 absorber into the flexible kimchi package changes behavior of its CO2 concentration, ripening of kimchi in total acidity, package CO2 concentration in partial pressure (PCO2) and package volume at 10℃ were estimated by mathematical model for two size packages included with different CO2 absorbers. In small size package containing 0.5 kg of kimchi, relatively less gas permeable low density polyethylene (LDPE) sachet of the absorber was found to give rise of PCO2 linearly correlated with acidity at acceptable conditions of absorber amount and size. The levels of PCO2 at optimum ripening were different with absorber amount. However, highly gas permeable microporous spunbonded film (Tyvek) sachet did not show the linear relationship except a condition of 1.5 g of CO2 absorbent. In large size package containing 2.0 kg, absorber sachets of LDPE and Tyvek could give the linear relationship between product acidity and package PCO2 but at different levels (PCO2 of package with LDPE sachet: 0.46~0.79 bar, PCO2 of package with Tyvek sachet: 0.00~0.75 bar). The PCO2 at optimal ripening was found to be less variable with LDPE sachets than with Tyvek ones. Use of package CO2 concentration as an indicator of kimchi ripening was shown to be possible on the limited conditions where the linear relationship between them is established or confirmed.
To remove tar and produce environment-friendly $H_2$, one of the promising routes is the sorption-enhanced steam reforming (SESR) process, in which the $CO_2$ sorbent is a key element. We prepared the $CO_2$ sorbents with $Ca_{12}Al_{14}O_{33}$ as carrier with various methods. Their characterizations were examined, and the sample prepared by solgel (SG) method showed the strongest CaO and $Ca_{12}Al_{14}O_{33}$ phases and the most excellent pore structure among all the samples. Then, a thermogravimetric experiment was conducted, and the results showed that the sample prepared by sol-gel (SG) method had the best $CO_2$ adsorption capacity and excellent long-term cyclic stability. Finally, the sorbent was used into the steam reforming experiments of tar. Under the action of the sorbent, the reforming reaction was enhanced in-situ, with the $H_2$ yield and concentration improved obviously, and especially, $H_2$ concentration can reach over 98.85%.
본 연구에서는 이산화탄소 흡수/재생 공정에 효율적으로 적용할 수 있는 아미노산염 흡수제의 연속재생을 통해 재생효율을 확인하였다. 재생효율은 공정적용에 있어 경제성에 큰 영향을 끼치는 인자로, 보다 경제성 있는 이산화탄소 흡수/재생 공정 확립을 위해 연속재생 실험을 진행하였다. 실험에 사용한 아미노산염은 Potassium L-lysinate와 Potassium L-alaninate이며, 각 아미노산과 Potassium hydroxide(KOH)를 1:2 몰비로 혼합하여 사용하였다. 흡수제의 재생 효율을 확인하기 위해 두 물질에 이산화탄소를 충분히 흡수시킨 후 가열을 통해 이산화탄소 탈리실험을 진행하였다. 반응초기에는 L-alanine의 반응속도가 빠르게 이루어졌으나, 시간이 지남에 따라 흡수량이 보다 큰 L-lysine이 높은 농도의 이산화탄소를 배출하였다. 두 물질의 재생효율을 비교하였을 때, L-alanine은 47.26%, L-lysine은 62.11%로 L-lysine이 더 높은 재생효율을 나타내었다. 흡수량 및 재생효율이 좋은 L-lysine을 이용한 연속재생 실험결과, 재생횟수가 증가함에 따라 재생효율이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다.
이산화탄소($CO_2$)가 지구온난화의 주요 원인으로 밝혀지면서 $CO_2$를 분리, 회수, 저장하는 기술의 개발과 적용에 대한 관심이 높아지고 있다. 아민화합물은 대표적인 $CO_2$ 흡수제이지만 재생 시 많은 에너지가 필요하고 흡수제가 열분해되며 증발하여 소실되는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선할 수 있는 흡수제로 이온성 액체가 개발되고 있다. 이온성 액체는 양이온, 음이온으로 구성된 염이지만 상온에서도 액체상태를 유지하는 물질로서, 높은 열적 안정성, 낮은 휘발성, 특정 기체에 대한 선택적 흡수능력 등의 특성을 보인다. 여기서는 $CO_2$ 흡수능력이 큰 것으로 보고된 이온성 액체들을 바탕으로 이온성 액체의 구조와 온도, 압력, 수분 등 $CO_2$ 흡수량에 영향을 미치는 요인들을 비교하고, $CO_2$ 분리제로서 이온성 액체의 활용 가능성을 알아보았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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