수계 아민 기반 CO2 포집 공정은 산업에서 CO2 포집을 위한 표준 공정으로 널리 알려졌지만, 흡수제 재생을 위해 필요로 하는 에너지가 크다는 문제점이 있다. 흡수제 재생에너지를 줄이기 위해 본 연구에서는 2종 아민 상분리 흡수제를 제안하였다. CO2와 반응하여 주 흡수제 역할을 하는 1차 및 2차 아민과 상분리를 유도하는 부 흡수제 역할인 3차 아민을 도입하였다. 흡수제의 상분리 거동은 기포 셀(bubble cell)을 이용하여 측정하였다. CO2 흡수 전과 후 흡수제의 혼화도에 따라 흡수제를 3가지 유형으로 분류하였다. 3차 아민의 logP값이 0보다 작은 경우 단일 상으로 존재하고, 3차 아민의 logP값이 0보다 큰 경우에는 CO2 흡수 전에는 단일 상을 형성하지만, CO2 흡수 후에는 CO2 생성물인 카바메이트의 용해도 제한으로 인해 액-액 상분리가 발생한다. 3차 아민의 logP값이 1보다 큰 경우에는 CO2 흡수 전에도 액-액 상분리가 발생한다. CO2 농축 효과와 흡수 평형에 도달하는 속도를 고려하여 CO2 흡수 후에 상분리가 발생하는 2종 아민 상분리 흡수제로 MAPA(3-(methylamino)propylamine)/TMPDA(N,N,N’,N’-tetramethyl-1,3-propanediamine)와 AEEA(2-(2-aminoethylamino)ethanol)/TMPDA(N,N,N’,N’- tetramethyl-1,3-propanediamine) 흡수제를 선정하였다. MAPA/TMPDA와 AEEA/TMPDA 흡수제의 하부상의 로딩값은 각각 220 gCO2/Lsolvent, 274 gCO2/Lsolvent로 30wt% MEA흡수제의 로딩값보다 약 2배이상으로 CO2 농축효과가 컸다.

Aqueous amine-based CO2 capture processes are widely recognized as the standard process for CO2 capture in industry, but they have a problem of requiring a significant amount of energy for absorbent regeneration. To reduce the regeneration energy of the absorbent, this study proposes two amine biphasic solvents. This absorbent introduces primary or secondary amines, which act as the main absorbents reacting with CO2, and tertiary amines, which induce phase separation. The phase separation behavior of the absorbent was measured using a bubble cell. The absorbents were classified into three types according to the degree of mixing of the absorbents before and after absorption of CO2. If the log P of the tertiary amine is less than 0, it exists as homogeneous. The log P of the tertiary amine is greater than 0, a single phase is formed before CO2 absorption, but after CO2 absorption, liquid-liquid phase separation occurs due to the limitation of solubility of carbamate. The log P of the tertiary amine is greater than 1, liquid-liquid phase separation occurs even before CO2 absorption. Considering the CO2 concentration effect and the rate at which absorption equilibrium is reached, the biphasic amine absorbents MAPA(3-(methylamino)propylamine)/TMPDA (N,N,N’,N’- tetramethyl-1,3-propanediamine) and AEEA(2-(2-aminoethylamino) ethanol) /TMPDA(N,N,N’,N’- tetramethyl-1,3-propanediamine), which undergo phase separation after CO2 absorption, have been selected. The CO2 loading of MAPA/TMPDA and AEEA/TMPDA lower phase was 220 gCO2/Lsolvent and 274 gCO2/Lsolvent, respectively, which was about two time the CO2 loading of 30 wt% MEA , resulting in a greater CO2 concentration effect.

CO2 capture regeneration energy biphasic solvent MAPA AEEA TMPDA