[go: up one dir, main page]

KR20240122714A - Composition for carbon dioxide absorbent - Google Patents

Composition for carbon dioxide absorbent Download PDF

Info

Publication number
KR20240122714A
KR20240122714A KR1020240102557A KR20240102557A KR20240122714A KR 20240122714 A KR20240122714 A KR 20240122714A KR 1020240102557 A KR1020240102557 A KR 1020240102557A KR 20240102557 A KR20240102557 A KR 20240102557A KR 20240122714 A KR20240122714 A KR 20240122714A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
absorbent
solid
slurry
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020240102557A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
전명훈
곽노상
김의식
백점인
이정현
장영신
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020240102557A priority Critical patent/KR20240122714A/en
Publication of KR20240122714A publication Critical patent/KR20240122714A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/04Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising compounds of alkali metals, alkaline earth metals or magnesium
    • B01J20/043Carbonates or bicarbonates, e.g. limestone, dolomite, aragonite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/06Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04
    • B01J20/08Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising oxides or hydroxides of metals not provided for in group B01J20/04 comprising aluminium oxide or hydroxide; comprising bauxite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/103Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate comprising silica
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/10Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising silica or silicate
    • B01J20/12Naturally occurring clays or bleaching earth
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/02Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material
    • B01J20/20Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof comprising inorganic material comprising free carbon; comprising carbon obtained by carbonising processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02CCAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)

Abstract

본 발명은 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물을 포함하는 활성성분; 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물을 포함하는 지지체; 벤토나이트, 유사보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 혼합물을 포함하는 무기결합제; 및 활성탄을 포함하고, 상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물은 중탄산칼륨에 대한 탄산칼륨의 혼합비가 0.9 ~ 1.8 : 1 중량비인 것을 특징으로 하는, 이산화탄소 흡수제용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for a carbon dioxide absorbent, comprising: an active ingredient comprising a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate; a support comprising a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ); an inorganic binder comprising a mixture of bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate; and activated carbon, wherein the mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate is characterized in that a mixing ratio of potassium carbonate to potassium bicarbonate is 0.9 to 1.8:1 by weight.

Description

이산화탄소 흡수제용 조성물{COMPOSITION FOR CARBON DIOXIDE ABSORBENT}COMPOSITION FOR CARBON DIOXIDE ABSORBENT

본 발명은 이산화탄소 흡수제용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 흡수제의 활성물질에 지지체를 형성하여 기공률을 증가시킨 고체 이산화탄소 흡수제에 관한 것이다. The present invention relates to a composition for a carbon dioxide absorbent. More specifically, it relates to a solid carbon dioxide absorbent in which a support is formed on an active material of the absorbent to increase porosity.

대기 중의 이산화탄소 농도 증가에 따른 온실효과로 인해 지구의 평균기온이 상승하면서 기후변화의 피해가 지속적으로 나타나고 있다. 화력발전소는 인위적 이산화탄소 배출이 가장 많은 고정배출원이다. 화력발전소에서의 이산화탄소 배출 저감은 이산화탄소 포집 및 저장(Carbon Dioxide Capture and Storage: CCS)을 통해 달성할 수 있다. 발전소와 같은 대규모의 이산화탄소 배출설비로부터 이산화탄소를 포집하는 방법으로는 습식화학세정(Wet chemical absorption), 흡착(Absorption), 막분리(Membranes), 저온냉각분리 등의 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들은 회수비용이 높거나, 발전소 또는 대규모의 산업체에는 적용하기 어려운 문제점이 있다.As the average temperature of the Earth rises due to the greenhouse effect caused by the increase in carbon dioxide concentration in the atmosphere, the damage of climate change is continuously occurring. Thermal power plants are the largest fixed emission source of anthropogenic carbon dioxide emissions. Carbon dioxide emissions reduction from thermal power plants can be achieved through carbon dioxide capture and storage (CCS). Methods for capturing carbon dioxide from large-scale carbon dioxide emitting facilities such as power plants include wet chemical absorption, absorption, membrane separation, and low-temperature cooling separation. However, these methods have the problem of high recovery costs or difficulty in applying them to power plants or large-scale industries.

상기 방법들 이외에, 이산화탄소를 포집하는 방법으로 건식 CO2 포집 기술(Dry CO2 capture technology)이 있다. 상기 기술은 종래의 습식화학세정에서 사용되던 액체 흡수제 대신에 고체 흡수제를 사용하여 배가스에 포함된 이산화탄소를 포집한 후, 수증기와 추가의 열원을 사용하여 순수한 이산화탄소의 분리 및 흡수제의 재생을 반복하는 과정으로 이산화탄소를 포집하는 방법이다. 건식 CO2 포집기술은 유동층 공정을 사용함에 따라 이산화탄소 포집설비의 설치 면적이 적고 운전이 용이한 장점이 있다.In addition to the above methods, there is a dry CO2 capture technology as a method of capturing carbon dioxide. This technology captures carbon dioxide contained in exhaust gas by using a solid absorbent instead of a liquid absorbent used in conventional wet chemical cleaning, and then repeats the process of separating pure carbon dioxide and regenerating the absorbent using steam and an additional heat source. The dry CO2 capture technology has the advantage of requiring a small installation area for the carbon dioxide capture facility and being easy to operate because it uses a fluidized bed process.

이와 같은 건식 CO2 포집 기술에 사용되는 흡수제와 관련된 종래의 특허로는 미국 특허 제7,045,483호, 미국 특허 제 6,280,503호 등이 있다. 그런데, 상기 특허들은 주로 활성물질, 지지체, 무기 및 유기 바인더들의 조합, 또는 활성물질과 지지체의 조합, 또는 활성성분의 개선에 국한된 것이며, 제조방법에 있어서 물리적 혼합에 의하거나 담지 방법에 의하여 제조되며, 흡수제를 대량으로 제조하기에 적합하지 않은 문제점이 있다. 또한, 흡수제의 이산화탄소 흡수성능 및 재생성능이 떨어져 흡수제를 장기간 사용하는데 한계가 있어, 흡수제의 사용효율도 떨어지는 문제점이 있다. Conventional patents related to absorbents used in such dry CO2 capture technology include U.S. Patent No. 7,045,483 and U.S. Patent No. 6,280,503. However, the above patents are mainly limited to combinations of active substances, supports, and inorganic and organic binders, or combinations of active substances and supports, or improvements in active ingredients, and there is a problem that the absorbents are manufactured by physical mixing or a support method, and are not suitable for mass production. In addition, since the carbon dioxide absorption performance and regeneration performance of the absorbents are low, there is a limit to using the absorbents for a long period of time, and there is also a problem that the use efficiency of the absorbents is low.

또한 고체 이산화탄소 흡수제의 경우 활성성분과 고체 형태를 유지하기 위한 지지체 및 바인더와의 부반응에 의해 이산화탄소의 흡수능력이 감소되는 문제가 있다. In addition, in the case of solid carbon dioxide absorbents, there is a problem that the carbon dioxide absorption capacity is reduced due to side reactions between the active ingredient and the support and binder for maintaining the solid form.

따라서 이산화탄소 흡수성능을 증가시키면서 지지체를 형성하여 반복 재생이 가능하여 사용효율이 증가된 고체 이산화탄소 흡수제의 개발이 시급한 실정이다. Therefore, there is an urgent need to develop a solid carbon dioxide absorbent that can be repeatedly regenerated by forming a support while increasing carbon dioxide absorption performance, thereby increasing usability.

이와 관련된 선행문헌으로 미국 특허 7,045,483 호 (2006.05.16) 공고 등이 있다. Prior literature related to this includes US Patent No. 7,045,483 (May 16, 2006).

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 흡수제 제조 시 활성성분이 지지체 또는 바인더와 부반응하여 이산화탄소 흡수능이 저하되는 것을 방지하고, 지지체로 인하여 흡수제의 기공 및 비표면적을 향상시킬 수 있는 이산화탄소 흡수제용 조성물을 제공하는데 있다. The present invention is intended to solve the above-described problems, and provides a composition for a carbon dioxide absorbent which prevents the carbon dioxide absorption capacity from being reduced due to the active ingredient reacting with a support or binder during the manufacture of the absorbent, and which improves the pores and specific surface area of the absorbent due to the support.

본 발명의 다른 목적은 고체 이산화탄소의 흡수제의 조성 및 원료의 배합비 및 균질화를 제어하여 내마모도와 이산화탄소 흡수 성능이 향상된 고체 이산화탄소 흡수제를 대량으로 생산할 수 있는 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent capable of mass producing a solid carbon dioxide absorbent having improved wear resistance and carbon dioxide absorption performance by controlling the composition of the solid carbon dioxide absorbent and the mixing ratio and homogenization of raw materials.

또한 유동층 흡수공정에서 흡수 재생 싸이클의 반복에도 이산화탄소 흡수능력을 유지하면서도 기공 및 비표면적을 충분하게 유지할 수 있는 활성성분과 지지체 성분을 갖는 고체 이산화탄소 흡수제를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention provides a solid carbon dioxide absorbent having an active ingredient and a support ingredient capable of maintaining carbon dioxide absorption capacity while sufficiently maintaining pores and specific surface area even when repeated absorption and regeneration cycles in a fluidized bed absorption process.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

1. 본 발명의 하나의 관점은 이산화탄소 흡수제용 조성물에 관한 것이다.1. One aspect of the present invention relates to a composition for a carbon dioxide absorbent.

상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물을 포함하는 활성성분;The composition for the above solid carbon dioxide absorbent comprises an active ingredient comprising a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate;

알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물을 포함하는 지지체; A support comprising a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 );

벤토나이트, 유사보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 혼합물을 포함하는 무기결합제; 및Inorganic binder comprising a mixture of bentonite, pseudoboehmite and synthetic calcium silicate; and

활성탄을 포함할 수 있다. May contain activated carbon.

2. 상기 1구체예에서, 상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물 전체 중량에 대하여 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물 36 내지 39중량%, 알파알루미나 15 내지 25중량%, 이산화티탄 5 내지 10중량%, 이산화지르코늄 15 내지 25중량%, 벤토나이트 4 내지 6중량%, 유사보에마이트 4 내지 5중량%, 합성 칼슘실리케이트 6 내지 8중량%, 및 활성탄 2 내지 4 중량%를 포함할 수 있다. 2. In the above specific example, the solid carbon dioxide absorbent composition may include 36 to 39 wt% of a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate, 15 to 25 wt% of alpha-alumina, 5 to 10 wt% of titanium dioxide, 15 to 25 wt% of zirconium dioxide, 4 to 6 wt% of bentonite, 4 to 5 wt% of pseudo-boehmite, 6 to 8 wt% of synthetic calcium silicate, and 2 to 4 wt% of activated carbon based on the total weight of the composition.

3. 상기 2구체예에서, 상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물은 중탄산칼륨에 대한 탄산칼륨의 혼합비가 0.9 ~ 1.8 : 1 중량비일 수 있다. 3. In the above two specific examples, the mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate may have a mixing ratio of potassium carbonate to potassium bicarbonate of 0.9 to 1.8:1 by weight.

4. 상기 1내지 3 구체예에서, 상기 이산화티탄의 비표면적은 25 내지 200㎡/g이며 유사보에마이트의 비표면적은 100 내지 400㎡/g이고, 이산화지르코늄(ZrO2)의 비표면적은 10 내지 300㎡/g 일 수 있다. 4. In the above specific examples 1 to 3, the specific surface area of the titanium dioxide may be 25 to 200 m2/g, the specific surface area of the pseudoboehmite may be 100 to 400 m2/g, and the specific surface area of the zirconium dioxide (ZrO 2 ) may be 10 to 300 m2/g.

5. 본 발명의 다른 관점은 (a) 상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물을 고체원료로 하고 용매를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계;5. Another aspect of the present invention comprises the steps of (a) preparing a slurry by using the solid carbon dioxide absorbent composition as a solid raw material and adding a solvent;

(b) 상기 슬러리를 교반하고 균질화 시키는 단계;(b) a step of stirring and homogenizing the slurry;

(c) 균질화된 슬러리를 분무 건조하여 입자를 형성하는 단계; 및(c) a step of spray drying the homogenized slurry to form particles; and

(d) 상기 입자를 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법을 제공한다. (d) It provides a method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent, including the steps of drying and calcining the particles.

6. 상기 5 구체예에서, 상기 용매는 물을 포함할 수 있다. 6. In the above five specific examples, the solvent may include water.

7. 상기 5 내지 6 구체예에서, 상기 이산화탄소 흡수제용 조성물은 상기 슬러리 전체중량에 대하여 40~60 중량%로 포함될 수 있다. 7. In the above 5 to 6 specific examples, the composition for carbon dioxide absorbent may be included in an amount of 40 to 60 wt% based on the total weight of the slurry.

8. 상기 5 내지 7 구체예에서, 상기 (b) 단계에서, 상기 슬러리에 분산제, 소포제 및 유기결합제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 8. In the above 5 to 7 specific examples, in the step (b), one or more additives selected from the group consisting of a dispersant, an antifoaming agent, and an organic binder may be added to the slurry.

9. 상기 9 구체예에서, 상기 첨가제는 상기 고체원료 100 중량부에 대하여 분산제 0.01~ 5중량부, 소포제 0.01 ~0.5 중량부 및 유기결합제 1 ~ 5중량부로 첨가될 수 있다. 9. In the above 9 specific examples, the additives may be added as 0.01 to 5 parts by weight of a dispersant, 0.01 to 0.5 parts by weight of a defoaming agent, and 1 to 5 parts by weight of an organic binder per 100 parts by weight of the solid raw material.

10. 상기 5 내지 9 구체예에서, 상기 단계 (d)의 건조는, 110 내지 150 ℃에서 2 내지 24 시간 동안 수행하고, 상기 소성은 공기 분위기의 고온 소성로에서 1 내지 5 ℃/min의 속도로 온도를 550 내지 650 ℃로 상승시켜 3 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다. 10. In the above 5 to 9 specific examples, the drying in step (d) may be performed at 110 to 150°C for 2 to 24 hours, and the calcination may be performed in a high-temperature calcination furnace in an air atmosphere by raising the temperature to 550 to 650°C at a rate of 1 to 5°C/min for 3 to 10 hours.

11. 본 발명의 또 다른 관점은 상기 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법에 의해 제조되고, 하기 식 1에 따른 마모지수(Attrition Index: AI)가 10% 이하이고, 수은흡착법에 의해 측정된 기공률이 18% 이상인 것을 특징으로 하는 고체 이산화탄소 흡수제를 제공한다:11. Another aspect of the present invention provides a solid carbon dioxide absorbent manufactured by the above-described method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent, characterized in that the attrition index (AI) according to the following formula 1 is 10% or less and the porosity measured by the mercury adsorption method is 18% or more:

[식 1][Formula 1]

마모지수(AI, %) = (W1(g) / W0(g)) × 100 Wear index (AI, %) = (W 1 (g) / W 0 (g)) × 100

(상기 식 1에서 상기 W1은 ASTM D5757-95에 따라 마모시험기에서 유량 10.0 L/min (273.15 K, 1 bar 기준) 조건으로 마모시험을 실시하여 포집된 흡수제 미세분말의 총 무게(g)이며,(In the above formula 1, W 1 is the total weight (g) of the absorbed fine powder collected by performing an abrasion test under the condition of a flow rate of 10.0 L/min (based on 273.15 K, 1 bar) in an abrasion tester according to ASTM D5757-95,

상기 W0은 상기 흡수제의 초기 무게(g, 공칭 50g)임).The above W 0 is the initial weight of the absorbent (g, nominally 50 g).

12. 상기 11 구체예에서, 상기 고체 이산화탄소 흡수제는 평균입자크기가 60 내지 200 ㎛이고, 입자크기분포는 30 내지 400 ㎛이며, 충진밀도는 0.6 내지 2.0 g/cm3일 수 있다. 12. In the above 11 specific examples, the solid carbon dioxide absorbent may have an average particle size of 60 to 200 ㎛, a particle size distribution of 30 to 400 ㎛, and a packing density of 0.6 to 2.0 g/cm 3 .

13. 상기 11 또는 12구체예에서, 상기 고체 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수능이 6 중량% (6g CO2 / 100g sorbent) 이상일 수 있다. 13. In the above 11 or 12 specific examples, the carbon dioxide absorption capacity of the solid carbon dioxide absorbent may be 6 wt% (6 g CO 2 / 100 g sorbent) or more.

14. 상기 11 내지 13구체예에서, 상기 고체 이산화탄소 흡수제는 구형일 수 있다.14. In the above 11 to 13 specific examples, the solid carbon dioxide absorbent may be spherical.

본 발명에 따른 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 활성성분으로 탄산칼륨과 중탄산칼륨을 선택하고 이에 따라 부반을을 감소시킬 수 있는 지지체인 알파알루미나, 유사보에마이트를 선택하여, 이산화탄소 흡수제의 이산화탄소 흡수 재생과정에서 이산화탄소 흡수능을 상실하는 것을 방지할 수 있다. The composition for a solid carbon dioxide absorbent according to the present invention selects potassium carbonate and potassium bicarbonate as active ingredients, and selects alpha-alumina and pseudo-boehmite as supports capable of reducing the amount of carbon dioxide, thereby preventing the carbon dioxide absorbent from losing its carbon dioxide absorption capacity during the carbon dioxide absorption regeneration process.

특히 기공 형성을 증가시키는 중탄산칼륨을 활성성분에 포함시키고, 활성성분을 안정화 시키기 위한 이산화티탄과, 재생 및 오염원 물질에 대한 내피독성을 부여하기 위한 이산화지르코늄을 선택하고, 무기결합제로 벤토나이트, 유사보에마이트 및 합성 칼슘실리케이트를 사용하며 최적의 고체원료 조성으로, 소성과정에서 활성탄을 첨가하여 고체 이산화탄소 흡수제의 물리적 특성을 유지시키면서도 탄산칼륨의 부반응의 유발을 최소화하고, 전체적인 기공률 및 이산화탄소 흡수능을 향상시킬 수 있다. In particular, potassium bicarbonate, which increases pore formation, is included in the active ingredient, titanium dioxide is selected to stabilize the active ingredient, and zirconium dioxide is selected to impart endothelial toxicity to regenerative and pollutant substances, bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate are used as inorganic binders, and activated carbon is added during the calcination process with an optimal solid raw material composition to maintain the physical properties of the solid carbon dioxide absorbent while minimizing the induction of side reactions of potassium carbonate and improving the overall porosity and carbon dioxide absorption capacity.

활성성분과 지지체를 포함하는 고체원료를 슬러리로 제조하고, 분무 건조 방식으로 대량 생산하여 고체 이산화탄소 흡수제 제조 효율을 크게 향상시킬 수 있다. The efficiency of manufacturing a solid carbon dioxide absorbent can be greatly improved by manufacturing a slurry of a solid raw material containing an active ingredient and a support and mass-producing it by spray drying.

최종 제조된 고체 이산화탄소 흡수제를 구형으로 유동층 반응기에 흡수제로 적합하다. The final manufactured solid carbon dioxide absorbent is suitable as an absorbent in a fluidized bed reactor in a spherical shape.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고체 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent according to one specific example of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the drawings are provided only to help understand the present invention, and the present invention is not limited by the drawings. In addition, the shapes, sizes, ratios, angles, numbers, etc. disclosed in the drawings are exemplary, and the present invention is not limited to the matters illustrated.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same components. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description is omitted.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.In the case where 'includes', 'has', 'consists of', etc. are used in this specification, other parts may be added unless 'only' is used. In the case where a component is expressed in the singular, it includes cases where the plural is included unless there is a special explicit description.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.When interpreting a component, it is interpreted as including the error range even if there is no separate explicit description.

~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.When the positional relationship between two parts is described as 'on top of', 'upper part of', 'lower part of', 'next to', etc., one or more other parts can be located between the two parts unless 'right away' or 'directly' is used.

'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'upper', 'top surface', 'lower surface', and 'lower surface' are only described based on the drawing, and do not represent absolute positional relationships. In other words, depending on the observation position, the positions of 'upper' and 'lower' or 'upper surface' and 'lower surface' may change.

이산화탄소 흡수제용 조성물Composition for carbon dioxide absorbent

본 발명의 하나의 관점은 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물에 관한 것이다.One aspect of the present invention relates to a composition for a solid carbon dioxide absorbent.

상기 고체 이산화탄소 흡수제는 활성성분, 지지체, 무기결합제 및 활성탄을 포함한다. The above solid carbon dioxide absorbent comprises an active ingredient, a support, an inorganic binder and activated carbon.

상기 활성성분은 이산화탄소와 선택적으로 반응하여 가스기류에서 이산화탄소를 효율적으로 포집, 분리하는 물질로, 상기 활성성분의 종류로는 탄산칼륨 및 중탄산칼륨과 이의 혼합물 또는 상기 물질로 전환될 수 있는 전구체를 포함하며, 합성 원료 또는 자연산 원료일 수 있고 99% 이상의 순도를 가지는 것이 좋으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The above active ingredient is a substance that selectively reacts with carbon dioxide to efficiently capture and separate carbon dioxide from a gas stream, and the types of the active ingredient include potassium carbonate and potassium bicarbonate and mixtures thereof, or precursors that can be converted into the above substances, and may be synthetic or natural raw materials, and preferably have a purity of 99% or higher, but are not limited thereto.

한 구체예에서, 상기 활성성분은 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물이다.In one specific example, the active ingredient is a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate.

상기 탄산칼륨은 수분의 영향이 적으며 알칼리금속 탄산염 중에서 탄산나트륨보다 이산화탄소에 대한 반응 속도가 빠르고, 이산화탄소와 결합 후 열에 의하여 가역적으로 재생 반응이 가능하다.The above potassium carbonate is less affected by moisture, has a faster reaction rate to carbon dioxide than sodium carbonate among alkali metal carbonates, and can undergo a reversible regeneration reaction by heat after combining with carbon dioxide.

상기 지지체는 상기 활성성분을 고체 이산화탄소 흡수제 입자 내에 잘 분포되게 하여 상기 활성성분의 활용성을 높이고, 반응 전후의 가스가 입자 외부와 활성물질 사이에서 확산이 원활하도록 통로를 만들어준다. The support increases the usability of the active ingredient by allowing the active ingredient to be well distributed within the solid carbon dioxide absorbent particles, and creates a passage for smooth diffusion of gas between the outside of the particles and the active substance before and after the reaction.

상기 지지체는 입자간 응집을 방지하는 동시에, 활성성분과 이산화탄소와의 반응에 필요한 수분의 흡착 및 흡수를 용이하게 하여 반응 속도를 높이는 역할을 동시 수행한다. The above support simultaneously prevents agglomeration between particles and facilitates the adsorption and absorption of moisture necessary for the reaction between the active ingredient and carbon dioxide, thereby increasing the reaction rate.

한 구체예에서, 상기 지지체는 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 및 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물이다. In one specific example, the support is a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ).

상기 지지체가 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물인 경우 상기 활성성분이 탄산칼륨인 경우 흡수제 소성과정에서 지지체 내에 분포된 활성성분을 안정화시켜 이산화탄소를 흡수한 후 재생되는 사이클을 반복하는 동안 발생할 수 있는 부반응을 억제한다. When the above support is a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ), and when the above active ingredient is potassium carbonate, the active ingredient distributed within the support is stabilized during the absorbent calcination process, thereby suppressing side reactions that may occur during the repeated cycle of absorbing carbon dioxide and then regenerating it.

상기 이산화지르코늄(ZrO2)은 이산화황과 같은 오염물질이 함유된 기류와의 접촉에 의한 흡수제 성능저하 방지 역할도 함께 수행한다. The above zirconium dioxide (ZrO 2 ) also plays a role in preventing the deterioration of absorbent performance due to contact with air currents containing pollutants such as sulfur dioxide.

한 구체예에서, 상기 고체 이산화탄소흡수제에 강도를 부여하기 위한 무기결합제 역할과 동시에 활성성분 지지체 역할을 할 수 있는 유사보에마이트를 함께 사용할 수 있다.In one specific example, a pseudoboehmite that can act as both an inorganic binder to provide strength to the solid carbon dioxide absorbent and an active ingredient support can be used together.

상기 무기결합제는 흡수제 조성물 사이에 조밀하게 충진되어 고밀도의 흡수제를 제조할 수 있게 하고, 활성성분 및 지지체의 결합력을 증대시켜 흡수제에 강도를 부여하며, 장기간 마모에 의한 손실 없이 흡수제를 사용할 수 있게 한다. The above-mentioned inorganic binder is densely packed between absorbent compositions to enable the manufacture of a high-density absorbent, enhances the binding force between the active ingredient and the support to provide strength to the absorbent, and enables the absorbent to be used without loss due to long-term wear.

한 구체예에서, 상기 무기결합제는 벤토나이트, 유사보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 혼합물이다. In one specific example, the inorganic binder is a mixture of bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate.

한편 상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 기공 형성제로 활성탄을 포함한다. Meanwhile, the composition for the solid carbon dioxide absorbent contains activated carbon as a pore forming agent.

상기 활성탄을 포함하는 경우 소성과정을 통하여 기공률을 증가시킬 수 있다. When the above activated carbon is included, the porosity can be increased through the calcination process.

한 구체예에서, 상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물 36 내지 39중량%; 알파알루미나 15 내지 25중량%; 이산화티탄 5 내지 10중량%; 이산화지르코늄 15 내지 25중량%; 벤토나이트 4 내지 6중량%; 유사보에마이트 4 내지 5중량%; 합성 칼슘실리케이트 6 내지 8중량%; 및 활성탄 2 내지 4중량%;를 포함한다. In one specific example, the composition for the solid carbon dioxide absorbent comprises 36 to 39 wt% of a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate; 15 to 25 wt% of alpha-alumina; 5 to 10 wt% of titanium dioxide; 15 to 25 wt% of zirconium dioxide; 4 to 6 wt% of bentonite; 4 to 5 wt% of pseudoboehmite; 6 to 8 wt% of synthetic calcium silicate; and 2 to 4 wt% of activated carbon.

상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물 36 내지 39중량%으로 포함한다. The composition for the above solid carbon dioxide absorbent comprises 36 to 39 wt% of a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate.

상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨은 이산화탄소와 반응하는 활성물질이다. The above potassium carbonate and potassium bicarbonate are active substances that react with carbon dioxide.

상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물의 함량이 36 중량% 미만이면, 이산화탄소의 흡수능이 저하되어 포집 효율이 저하될 우려가 있다.If the content of the mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate is less than 36 wt%, there is a concern that the carbon dioxide absorption capacity may decrease, resulting in a decrease in the capture efficiency.

상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물의 함량이 39 중량%를 초과하면, 활성성분을 효율적으로 이용할 수 없고, 구형으로 제조된 고체 이산화탄소 흡수제의 형상이 변형될 수 있으며, 수분흡수량이 증가하여 유동층 흡수반응기 내 구조물에 고착되기 쉽고, 강도 및 충진밀도와 같은 물리적 특성이 저하될 우려가 있다.If the content of the mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate exceeds 39 wt%, the active ingredient cannot be efficiently utilized, the shape of the solid carbon dioxide absorbent manufactured into a spherical shape may be deformed, the moisture absorption amount may increase, making it easy to stick to the structure in the fluidized bed absorption reactor, and there is a concern that physical properties such as strength and packing density may deteriorate.

한 구체예에서 상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물은 중탄산칼륨에 대한 탄산칼륨의 혼합비가 0.9 ~ 1.8 : 1의 중량비를 갖는다. In one specific example, the mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate has a weight ratio of potassium carbonate to potassium bicarbonate of 0.9 to 1.8:1.

상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합비가 상기 범위를 벗어나면 중탄산칼륨의 첨가로 나타나는 기공 형성의 효과가 미미하거나 흡수제가 구형의 형상으로 성형되지 않는 문제가 발생할 수 있다. If the mixing ratio of the above potassium carbonate and potassium bicarbonate is outside the above range, the effect of pore formation resulting from the addition of potassium bicarbonate may be minimal or a problem may occur in which the absorbent is not formed into a spherical shape.

상기 활성성분의 순도는 98% 이상인 것이 바람직하다.It is preferable that the purity of the above active ingredient be 98% or higher.

상기 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 및 이산화지르코늄(ZrO2)은 지지체를 형성한다. The above alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ) form a support.

상기 지지체는 상기 활성성분을 고체 흡수제 입자 내에 잘 분포되게 하여 상기 활성성분의 활용성을 높일 수 있다. The above support can increase the usability of the active ingredient by distributing the active ingredient well within the solid absorbent particles.

상기 지지체는 활성성분을 안정화시켜 고체 이산화탄소 흡수제 재생 싸이클의 부반응을 억제한다. The above support stabilizes the active ingredient and suppresses side reactions in the regeneration cycle of the solid carbon dioxide absorbent.

상기 알파알루미나는 15 내지 25중량%로 포함된다. The above alpha alumina is contained in an amount of 15 to 25 wt%.

상기 알파알루미나는 낮은 비표면적에 의한 적은 수분흡수량으로 흡수제에 분산되어 있는 활성성분과 수분의 과도한 접촉이 이루어지게 되는데, 이로 인하여 활성성분이 용출되어 성능 저하와 입자간 응집의 문제가 발생한다. The above alpha alumina has a low specific surface area and therefore a small water absorption capacity, which causes excessive contact between the active ingredient dispersed in the absorbent and water, resulting in the elution of the active ingredient, resulting in a decrease in performance and problems of coagulation between particles.

상기 문제를 방지하기 위해 상기 알파알루미나 대비 비교적 비표면적이 큰 이산화티탄, 이산화지르코늄, 및 유사보에마이트를 선택하여 상기 활성성분의 용출을 완화할 수 있다. To prevent the above problem, titanium dioxide, zirconium dioxide, and pseudoboehmite having relatively large specific surface areas compared to alpha-alumina can be selected to alleviate the dissolution of the active ingredient.

상기 알파알루미나의 함량이 25 중량%를 초과하는 경우 활성성분의 용출로 인한 성능저하 문제가 있다.When the content of the above alpha alumina exceeds 25 wt%, there is a problem of performance degradation due to elution of the active ingredient.

상기 이산화티탄은 5 내지 10중량%, 이산화지르코늄 15 내지 25중량%로 포함된다.The above titanium dioxide is contained in an amount of 5 to 10 wt% and zirconium dioxide in an amount of 15 to 25 wt%.

상기 범위 내에서 첨가되는 경우 알파알루미나 함량을 제한하면서 활성성분의 용출을 완화할 수 있다. When added within the above range, the dissolution of the active ingredient can be alleviated while limiting the alpha-alumina content.

한 구체예에서, 상기 이산화티탄의 비표면적은 25내지 200 ㎡/g 이며, 유사보에마이트의 비표면적은 100내지 400 ㎡/g이며, 이산화지르코늄(ZrO2)의 비표면적은 10내지 100 ㎡/g 이상이고, 그 상한은 300㎡/g 이다. In one specific example, the specific surface area of the titanium dioxide is 25 to 200 m2/g, the specific surface area of the pseudoboehmite is 100 to 400 m2/g, and the specific surface area of zirconium dioxide (ZrO 2 ) is 10 to 100 m2/g or more, and the upper limit is 300 m2/g.

상기 지지체는 상기 고체 이산화탄소 흡수제에 45 내지 55 중량%로 포함된다. The support is contained in the solid carbon dioxide absorbent in an amount of 45 to 55 wt%.

구체적으로 각각 물질 단독으로 첨가되지 않으며, 하나 이상이 성분을 포함하는 혼합물로 포함된다. Specifically, each substance is not added alone, but is included as a mixture containing one or more components.

상기 지지체를 혼합물로 구성하는 경우 각각 물질들의 특성이 물질들의 조합의 특성으로 나타날 수 있다. When the above support is composed of a mixture, the properties of each material can appear as properties of the combination of materials.

상기 지지체 함량이 45 중량% 미만이면, 고체 이산화탄소 흡수제의 물리적 강도 저하 및 활성성분의 분산에 영향을 끼쳐 흡수제의 흡수능이 저하되거나, 수분에 의한 흡수제 간의 응집으로 인하여 성능이 저하될 우려가 있으며, 55 중량%를 초과하면 물리적 강도는 우수할 수 있으나 상대적으로 활성성분의 함량이 낮아져 성능이 저하되는 문제가 발생된다. If the support content is less than 45 wt%, the physical strength of the solid carbon dioxide absorbent may be reduced and the dispersion of the active ingredient may be affected, which may lower the absorption capacity of the absorbent or lower the performance due to coagulation between absorbents caused by moisture. If it exceeds 55 wt%, the physical strength may be excellent, but the content of the active ingredient may be relatively low, which may lower the performance.

상기 벤토나이트, 유사보에마이트, 및 합성 칼슘실리케이트는 무기결합제를 형성한다. The above bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate form an inorganic binder.

상기 무기결합제는 시멘트류, 점토류 및 세라믹류 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.The above-mentioned inorganic binder can be used by mixing one or more selected from the group consisting of cements, clays, and ceramics.

상기 무기결합제는 흡수제 조성물 사이에 조밀하게 충진되어 고밀도의 흡수제를 제조할 수 있게 하고, 활성성분 및 지지체의 결합력을 증대시켜 흡수제에 강도를 부여하며, 장기간 마모에 의한 손실 없이 흡수제를 사용할 수 있게 한다. The above-mentioned inorganic binder is densely packed between absorbent compositions to enable the manufacture of a high-density absorbent, enhances the binding force between the active ingredient and the support to provide strength to the absorbent, and enables the absorbent to be used without loss due to long-term wear.

한 구체예에서, 상기 무기결합제는 벤토나이트, 유사보에마이트 및 합성 칼슘실리케이트의 혼합물이다. In one specific example, the inorganic binder is a mixture of bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate.

상기 합성 칼슘실리케이트는 6 내지 8중량%로 포함된다. The above synthetic calcium silicate is contained in an amount of 6 to 8 wt%.

상기 합성 칼슘실리케이트는 시멘트류 무기결합제로, 활성성분인 탄산칼륨과 반응하여 탄산칼륨의 이산화탄소 흡수능을 감소시키므로 강도 구현에 필요한 6 내지 8 중량%로만 함량을 제한하여 사용한다.The above synthetic calcium silicate is an inorganic binder for cement, and reacts with potassium carbonate, an active ingredient, to reduce the carbon dioxide absorption capacity of potassium carbonate, so its content is limited to 6 to 8 wt%, which is necessary for implementing strength.

상기 벤토나이트는 4 내지 6중량%로 포함된다.The above bentonite is contained in an amount of 4 to 6 wt%.

상기 벤토나이트는 점토류 무기결합제이며, 구체적으로 Na형 벤토나이트이다. The above bentonite is a clay-type inorganic binder, and is specifically Na-type bentonite.

상기 유사보에마이트는 4 내지 5중량%로 포함된다. The above pseudoboehmite is contained in an amount of 4 to 5 wt%.

상기 범위에서 유사보에마이트가 첨가되는 경우 고체 이산화탄소 흡수제의 강도 구현 및 비표면적 증가에 유리하나, 상기 범위를 벗어나는 경우에는 활성성분인 탄산칼륨과 반응하여 탄산칼륨의 이산화탄소 흡수능이 저하되는 문제가 발생된다. When pseudoboehmite is added within the above range, it is advantageous for implementing the strength of the solid carbon dioxide absorbent and increasing the specific surface area. However, when it is outside the above range, there is a problem in that it reacts with potassium carbonate, which is an active ingredient, and the carbon dioxide absorption capacity of potassium carbonate is reduced.

상기 무기결합제는 상기 고체 이산화탄소 흡수제에 15 내지 20 중량% 범위 내로 포함된다. The above-mentioned inorganic binder is contained in the range of 15 to 20 wt% in the above-mentioned solid carbon dioxide absorbent.

상기 무기결합제의 함량이 15 중량% 미만이면, 원료물질인 활성성분, 지지체 및 무기결합제들 간의 결합력 저하에 의해 물리적 특성이 저하될 우려가 있으며, 20 중량%를 초과하면, 상대적으로 활성성분의 함량 및 흡수제의 비표면적이 줄어들어 활성성분의 분산이 나빠져 이산화탄소 흡수능이 저하된다. If the content of the above-mentioned inorganic binder is less than 15 wt%, there is a concern that the physical properties may deteriorate due to a decrease in the bonding strength between the active ingredient, support, and inorganic binder, which are raw materials, and if it exceeds 20 wt%, the content of the active ingredient and the specific surface area of the absorbent are relatively reduced, which deteriorates the dispersion of the active ingredient and lowers the carbon dioxide absorption capacity.

상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물은 활성탄을 포함하며, 상기 활성탄이 소성과정에서 연소되어 기공을 형성할 수 있다. The composition for the above solid carbon dioxide absorbent includes activated carbon, and the activated carbon can form pores by burning during the calcination process.

상기 활성탄은 고체 이산화탄소 흡수제 원료물질 중에 2 내지 4 중량%로 첨가되어 제조된다. The above activated carbon is manufactured by adding 2 to 4 wt% of the solid carbon dioxide absorbent raw material.

상기 활성탄의 함량이 2 중량부% 미만이면, 기공형성 효과가 미미하고, 4 중량%를 초과하면 소성 후 생성된 고체 이산화탄소 흡수제의 강도가 저하될 우려가 있다. If the content of the activated carbon is less than 2 wt%, the pore-forming effect is minimal, and if it exceeds 4 wt%, there is a concern that the strength of the solid carbon dioxide absorbent produced after calcination may be reduced.

본 발명의 다른 관점은 (a) 상기 고체 이산화탄소 흡수제용 조성물을 고체원료로 하고 용매를 첨가하여 슬러리를 제조하는 단계; (b) 상기 슬러리를 교반하고 균질화 시키는 단계; (c) 균질화된 슬러리를 분무 건조하여 입자를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 입자를 건조 및 소성하는 단계를 포함하는 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing a solid carbon dioxide absorbent, comprising the steps of (a) preparing a slurry by using the solid carbon dioxide absorbent composition as a solid raw material and adding a solvent; (b) stirring and homogenizing the slurry; (c) spray drying the homogenized slurry to form particles; and (d) drying and calcining the particles.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 고체 이산화탄소 흡수제의 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 1 is a flow chart showing a method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent according to one specific example of the present invention.

도 1을 참조하면, 우선 활성성분, 지지체, 및 무기결합제가 혼합된 고체원료를 용매에 혼합하여 슬러리를 제조한다(S100).Referring to Figure 1, first, a solid raw material including an active ingredient, a support, and an inorganic binder is mixed with a solvent to prepare a slurry (S100).

상기 고체원료는, 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물인 활성성분, 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물인 지지체, 및 벤토나이트, 유사보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 혼합물인 무기결합제를 포함한다. The above solid raw material includes an active ingredient which is a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate, a support which is a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ), and an inorganic binder which is a mixture of bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate.

상기 이산화탄소 흡수제용 조성물은 상기 슬러리 전체중량에 대하여 40~60 중량%로 포함된다. The composition for the above carbon dioxide absorbent is included in an amount of 40 to 60 wt% based on the total weight of the slurry.

상기 고체원료의 조성 및 함량은 상술한 바와 같다. The composition and content of the above solid raw material are as described above.

상기 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 해당 분야에서 일반적으로 사용되는 용매를 사용할 수 있다. The type of the above solvent is not particularly limited, and solvents commonly used in the relevant field can be used.

한 구체예에서, 상기 용매로 물을 사용할 수 있다.In one specific example, water can be used as the solvent.

상기 슬러리에서 상기 고체원료의 함량이 40 중량% 미만이면, 고체 이산화탄소 흡수제 제조를 위한 슬러리의 양이 증가하여 제조 효율이 저하될 수 있으며, 60 중량%를 초과하면, 슬러리의 농도 증가에 따라 슬러리 안정성 제어가 어렵고, 슬러리의 점도 증가로 유동성이 저하되어 분무 건조 단계를 수행하기 어렵다. If the content of the solid raw material in the above slurry is less than 40 wt%, the amount of slurry for producing a solid carbon dioxide absorbent may increase, which may lower the production efficiency. If it exceeds 60 wt%, it is difficult to control the stability of the slurry as the concentration of the slurry increases, and the viscosity of the slurry increases, which lowers the fluidity, making it difficult to perform the spray drying step.

상기 슬러리를 교반하여 균질화 시킨다(S200).The above slurry is stirred to homogenize (S200).

상기 (b) 단계에서, 상기 슬러리에 분산제, 소포제 및 유기결합제로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 첨가제를 첨가할 수 있다. In the step (b), one or more additives selected from the group consisting of a dispersant, an antifoaming agent, and an organic binder may be added to the slurry.

상기 슬러리에 포함된 고체원료에 가소성과 분산성을 부여하고, 입자의 평균크기가 10 nm 내지 5,000 nm인 미세 분말로 분쇄할 경우 응집현상에 의한 분쇄효율이 저하되는 것을 방지하며, 분무건조 후 입자의 강도 및 밀도 등의 제어를 위해 분산제, 소포제 및 유기 결합제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. In order to impart plasticity and dispersibility to the solid raw material included in the above slurry, prevent the grinding efficiency from being reduced due to agglomeration when grinding into a fine powder having an average particle size of 10 nm to 5,000 nm, and control the strength and density of the particles after spray drying, one or more additives selected from the group consisting of a dispersant, an antifoaming agent, and an organic binder may be additionally included.

한 구체예에서 상기 첨가제는 상기 분산제, 소포제, 및 유기결합제를 모두 포함한다. In one specific example, the additive comprises all of the dispersant, the defoaming agent, and the organic binder.

구체적으로 상기 첨가제는 상기 고체원료 100 중량부에 대하여 분산제 0.01~ 5중량부, 소포제 0.01 ~0.5 중량부 및 유기결합제 1 ~ 5중량부로 첨가된다. Specifically, the additives are added as 0.01 to 5 parts by weight of a dispersant, 0.01 to 0.5 parts by weight of a defoaming agent, and 1 to 5 parts by weight of an organic binder per 100 parts by weight of the solid raw material.

상기 분산제는 음이온계(anionic)와 양쪽성(amphoteric or zwitterion) 분산제(dispersant) 또는 이들의 조합으로서 사용할 수 있으며, 특히 이 경우 고체원료 함량이 슬러리에서 15~60 중량%의 고농도 슬러리 제조에 적합하다. The above dispersant can be used as an anionic, amphoteric or zwitterion dispersant, or a combination thereof, and in this case, it is particularly suitable for producing a high-concentration slurry having a solid raw material content of 15 to 60 wt% in the slurry.

상기 음이온계 분산제에는 폴리카르복실산, 폴리카르복실산 아민, 폴리카르복실산 아민염 및 폴리카르복실산 소다염으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The above anionic dispersant may be at least one selected from the group consisting of polycarboxylic acid, polycarboxylic acid amine, polycarboxylic acid amine salt, and polycarboxylic acid soda salt.

상기 음이온계 분산제는 상기 고체원료 대비 0.01~5 중량부로 첨가될 수 있다. The above anionic dispersant can be added in an amount of 0.01 to 5 parts by weight relative to the solid raw material.

상기 소포제는 분산제 및 유기결합제가 적용된 슬러리의 기포를 제거하기 위해 사용된다. The above-mentioned foaming agent is used to remove air bubbles in a slurry to which a dispersant and an organic binder are applied.

한 구체예에서, 상기 소포제는 금속비누계와 폴리에스테르계의 비이온성 계면활성제이며, 실리콘계 소포제, 금속비누계 소포제, 아마이드계 소포제, 폴리에테르계 소포제, 폴리에스테르계 소포제, 폴리글라이콜계 소포제 및 알코올계 소포제로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상이다. In one specific example, the antifoaming agent is a nonionic surfactant of metal soap type and polyester type, and is at least one selected from the group consisting of a silicone type antifoaming agent, a metal soap type antifoaming agent, an amide type antifoaming agent, a polyether type antifoaming agent, a polyester type antifoaming agent, a polyglycol type antifoaming agent, and an alcohol type antifoaming agent.

상기 유기결합제는 상기 슬러리 제조과정에서 첨가되어, 슬러리의 가소성과 유동성을 부여하고 궁극적으로는 분무 건조로 성형된 다공성 입자의 형상을 유지함으로써, 건조 및 소성 전 입자에 강도를 부여하여 고체 이산화탄소 흡수제의 취급을 용이하게 한다. The above organic binder is added during the slurry manufacturing process to provide plasticity and fluidity to the slurry and ultimately maintain the shape of the porous particles formed by spray drying, thereby providing strength to the particles before drying and calcination, making it easy to handle the solid carbon dioxide absorbent.

한 구체예에서, 상기 유기결합제는 폴리비닐알코올계, 폴리에틸렌글라이콜계, 및 메틸셀룰로즈로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상이다. In one specific example, the organic binder is at least one selected from the group consisting of polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and methyl cellulose.

상기 유기결합제는 총 고체원료 대비 1 ~ 5중량부로 포함된다. The above organic binder is included in an amount of 1 to 5 parts by weight relative to the total solid raw materials.

상기 함량이 1 중량부 미만이면, 분무 건조로 성형된 고체 입자의 결합력 저하로 건조 및 소성 전까지 구형 형상을 유지하는 것이 어려우며, 5 중량부를 초과하면 소성 후 잔여 화분에 의해 최종 고체 이산화탄소 흡수제의 성능이 저하될 우려가 있다.If the above content is less than 1 part by weight, it is difficult to maintain a spherical shape until drying and firing due to a decrease in the binding force of the solid particles formed by spray drying, and if it exceeds 5 parts by weight, there is a concern that the performance of the final solid carbon dioxide absorbent may be reduced due to residual pollen after firing.

한편 상기 슬러리의 pH를 조절하기 위해 pH 조절제를 추가로 첨가할 수 있다Meanwhile, a pH regulator may be additionally added to control the pH of the slurry.

상기 pH 조절제는 유기아민 또는 암모니아수 등을 사용할 수 있으며, pH가 9 내지 12가 되도록 양을 조절하여 사용할 수 있다. The pH regulator may be an organic amine or ammonia water, and the amount may be adjusted so that the pH is between 9 and 12.

상기 pH가 너무 낮으면, 슬러리 제조 과정 중에 입자간의 응집에 의한 점도 증가로 교반 및 분쇄가 불가능한 상태가 될 수 있으며, pH가 너무 높으면 슬러리 제조 장치나 건조 및 소성 장치에 부식 문제 등의 손상을 초래할 수 있다.If the pH is too low, the viscosity may increase due to coagulation between particles during the slurry manufacturing process, making stirring and grinding impossible. If the pH is too high, it may cause damage, such as corrosion, to the slurry manufacturing device or the drying and calcining device.

상기 슬러리를 교반 이후 균질화 시킨다.The above slurry is homogenized after stirring.

상기 교반은 교반기를 사용하여 수행되며, 상기 고체원료 및 용매를 첨가하는 과정 중 또는 고체원료 및 용매가 모두 첨가된 이후 교반이 이루어질 수 있다. The above stirring is performed using a stirrer, and stirring may be performed during the process of adding the solid raw material and the solvent or after both the solid raw material and the solvent have been added.

상기 균질화는 교반이 완료된 슬러리를 분쇄기를 사용하여 분쇄함으로써 슬러리 중의 입자 크기를 수 마이크론(㎛) 이하로 형성한다. The above homogenization is performed by grinding the slurry after stirring using a grinder to form the particle size in the slurry into several microns (㎛) or less.

상기 분쇄된 입자는 슬러리 내에 더욱 균질하게 분산되고, 이미 첨가한 분산제에 의해 슬러리 내 입자의 응집이 억제되므로 균질하고 안정한 슬러리가 제조된다. The above-mentioned crushed particles are more homogeneously dispersed in the slurry, and agglomeration of the particles in the slurry is suppressed by the already added dispersant, so a homogeneous and stable slurry is produced.

상기 분쇄 과정은 수회 반복할 수 있으며, 각 분쇄 과정 사이에 분산제와 소포제를 첨가하여 슬러리의 유동성을 조절하며, 원료 조성물 입자 크기가 수 마이크론 이하이면 분쇄과정을 생략할 수도 있다. The above grinding process can be repeated several times, and the fluidity of the slurry is controlled by adding a dispersant and an anti-foaming agent between each grinding process. If the particle size of the raw material composition is less than several microns, the grinding process can be omitted.

이 때 유기결합제를 첨가하여 분무 건조 시 입자 형상을 유지하도록 한다.At this time, an organic binder is added to maintain the particle shape during spray drying.

한 구체예에서, 분쇄효과를 향상시키고, 건식 분쇄 시 발생하는 입자의 날림 등의 문제를 해결하기 위하여 습식 분쇄(Wet milling) 방법을 사용한다. In one specific example, a wet milling method is used to improve the grinding effect and solve problems such as particle scattering that occur during dry grinding.

분쇄가 완료되어 균질화된 슬러리는 분산제, 소포제 또는 추가의 용매를 사용하여 농도 및 점도 등의 특징이 조절된다. After the grinding is complete, the homogenized slurry has its characteristics such as concentration and viscosity adjusted using a dispersant, antifoaming agent, or additional solvent.

한 구체예에서, 상기 슬러리를 교반하고 균질화시키는 단계의 이물질을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다. In one specific example, the step of removing foreign substances in the step of stirring and homogenizing the slurry may be additionally performed.

상기 단계를 통하여, 분무 성형 시 노즐 막힘 등의 원인이 될 수 있는 이물질 또는 덩어리진 원료를 제거할 수 있으며, 구체적으로 상기 이물질의 제거는 체거름을 통해 수행될 수 있다. Through the above steps, foreign substances or lumpy raw materials that may cause nozzle clogging during spray molding can be removed, and specifically, the removal of the foreign substances can be performed through sieving.

상기 균질화된 슬러리는 유동성에 대한 특별한 제한은 없으며, 펌프로 이송이 가능하다면 어떤 점도도 가능하다.The above homogenized slurry has no special restrictions on fluidity and can have any viscosity as long as it can be transported by a pump.

균질화된 슬러리를 분무 건조하여 입자를 형성한다(S300).The homogenized slurry is spray dried to form particles (S300).

한 구체예에서, 상기 균질화된 슬러리를 펌프를 이용해 분무건조기로 이송시킨 뒤, 상기 이송된 슬러리 조성물을 펌프 등을 통해 분무건조기 내로 분사함으로써 고체 입자를 성형할 수 있다.In one specific example, the homogenized slurry may be transported to a spray dryer using a pump, and then the transported slurry composition may be sprayed into the spray dryer using a pump or the like to form solid particles.

상기 분무건조기는 유동성 슬러리를 가압노즐을 사용하여 건조용 공기의 흐름과 반대 방향으로 분사하는 향류식 분무방식으로 분사하여 고체 흡수제를 성형하게 되며, 분무 건조기 입구온도는 250 내지 300 ℃, 출구온도는 90 내지 150 ℃를 유지하는 것이 바람직하다. The above spray dryer forms a solid absorbent by spraying a fluid slurry in a countercurrent spraying manner using a pressurized nozzle in the opposite direction to the flow of drying air, and it is preferable to maintain the inlet temperature of the spray dryer at 250 to 300°C and the outlet temperature at 90 to 150°C.

마지막으로 상기 입자를 건조 및 소성한다(S400).Finally, the above particles are dried and calcined (S400).

상기 단계 (d)의 건조는 110 내지 150 ℃에서 2 내지 24 시간 동안 수행하고, 상기 소성은 공기 분위기의 고온 소성로에서 1 내지 5 ℃/min의 속도로 온도를 550 내지 650 ℃로 상승시켜 3 내지 10 시간 동안 수행될 수 있다. The drying in the above step (d) can be performed at 110 to 150°C for 2 to 24 hours, and the calcination can be performed in a high-temperature calcination furnace in an air atmosphere by raising the temperature to 550 to 650°C at a rate of 1 to 5°C/min for 3 to 10 hours.

상기 건조는 분무 건조를 통하여 형성된 고체 입자를 100 내지 150 ℃의 환류 건조기에서 1 시간 이상 건조하여 수행할 수 있다. The above drying can be performed by drying solid particles formed through spray drying in a reflux dryer at 100 to 150° C. for 1 hour or more.

바람직하게는 110 내지 150 ℃에서 2 내지 24 시간 동안 수행된다. Preferably, it is performed at 110 to 150°C for 2 to 24 hours.

상기 온도 및 시간에서 건조를 수행함으로써, 소성 시 입자 내 수분이 팽창하여 입자에 균열이 발생하는 현상을 방지할 수 있다. By performing drying at the above temperature and time, the phenomenon of moisture inside the particles expanding during firing and causing cracks to occur in the particles can be prevented.

이 때, 건조는 공기 분위기에서 이루어진다. At this time, drying is carried out in an air atmosphere.

상기 소성은 건조된 입자를 고온 소성로에 넣고 1 내지 5 ℃/min의 속도로 최종 소성 온도를 550 내지 650 ℃까지 올린 뒤, 3 시간 이상 유지하며 소성시킨다.The above firing is performed by placing the dried particles in a high-temperature firing furnace, raising the final firing temperature to 550 to 650°C at a rate of 1 to 5°C/min, and maintaining the temperature for 3 hours or more.

바람직하게 3 내지 10 시간 동안 수행된다. It is preferably performed for 3 to 10 hours.

상기 소성 시간이 3 시간 미만이면 입자의 강도가 약해질 우려가 있다. If the above firing time is less than 3 hours, there is a risk that the strength of the particles may be weakened.

한 구체예에서, 최종 소성 온도에 이르기까지 2 단계 이상의 정체 온도에서 각 30 분 이상의 정체 구간을 부여한 뒤 소성될 수 있다. In one specific example, the firing may be performed after imparting a stagnation period of at least 30 minutes at two or more stagnation temperatures until the final firing temperature is reached.

또한 소성로에 충분한 공기를 공급하여 흡수제 기공 형성을 위해 투입한 활성탄이 공기 중 산소에 의해 완전연소되어 기체로 배출될 수 있도록 한다.In addition, sufficient air is supplied to the kiln so that the activated carbon introduced to form absorbent pores can be completely combusted by the oxygen in the air and discharged as gas.

상기 소성은 박스형로(muffle furnace), 튜브형로(tubular furnace) 또는 킬른(kiln) 등의 소성로를 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable to use a kiln such as a box furnace (muffle furnace), a tubular furnace or a kiln for the above-mentioned calcination.

상기 소성에 의해, 슬러리의 제조 시 투입된 첨가제가 연소되고, 고체원료 물질들 간의 결합이 이루어져 입자의 강도가 향상하게 된다.By the above firing, the additives added during the production of the slurry are burned, and bonds are formed between the solid raw materials, thereby improving the strength of the particles.

소성 이후 최종 고체 이산화탄소 흡수제를 회수한다. After calcination, the final solid carbon dioxide absorbent is recovered.

본 발명의 또 다른 관점은 상기 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법에 따른 고체 이산화탄소 흡수제를 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a solid carbon dioxide absorbent according to the method for producing the solid carbon dioxide absorbent.

한 구체예에서 상기 고체 이산화탄소 흡수제는 하기 식 1에 따른 마모지수(Attrition Index: AI)가 10% 이하이고, 수은흡착법에 의해 측정된 기공률이 18% 이상인 것을 특징으로 하는 고체 이산화탄소 흡수제이다:In one specific example, the solid carbon dioxide absorbent is a solid carbon dioxide absorbent characterized by having an attrition index (AI) of 10% or less according to the following equation 1 and a porosity of 18% or more measured by a mercury adsorption method:

[식 1][Formula 1]

마모지수(AI, %) = (W1(g) / W0(g)) × 100 Wear index (AI, %) = (W 1 (g) / W 0 (g)) × 100

(상기 식 1에서 상기 W1은 ASTM D5757-95에 따라 마모시험기에서 유량 10.0 L/min (273.15 K, 1 bar 기준) 조건으로 마모시험을 실시하여 포집된 흡수제 미세분말의 총 무게(g)이며,(In the above formula 1, W 1 is the total weight (g) of the absorbed fine powder collected by performing an abrasion test under the condition of a flow rate of 10.0 L/min (based on 273.15 K, 1 bar) in an abrasion tester according to ASTM D5757-95,

상기 W0은 상기 흡수제의 초기 무게(g, 공칭 50g)임).The above W 0 is the initial weight of the absorbent (g, nominally 50 g).

상기 고체 이산화탄소 흡수제는 평균입자크기가 60 내지 200 ㎛이고, 입자크기분포는 30 내지 400 ㎛이며, 충진밀도는 0.6 내지 2.0 g/cm3이다. The above solid carbon dioxide absorbent has an average particle size of 60 to 200 ㎛, a particle size distribution of 30 to 400 ㎛, and a packing density of 0.6 to 2.0 g/cm 3 .

상기 고체 이산화탄소 흡수제는 상기 범위 내로 형성되어, 유동층 또는 고속 유동층 공정에 적합한 입자 크기(size) 및 입자 분포(size distribution)를 갖는다.The above solid carbon dioxide absorbent is formed within the above range and has a particle size and particle distribution suitable for a fluidized bed or high-speed fluidized bed process.

상기 고체 이산화탄소 흡수제는 기공률이 18% 이상으로 이산화탄소 흡수능이 증가된다.The above solid carbon dioxide absorbent has an increased carbon dioxide absorption capacity when its porosity is 18% or higher.

상기 고체 이산화탄소 흡수제는, 이산화탄소 흡수능이 흡수능이 6 중량% (6g CO2 / 100g sorbent) 이상이다. The above solid carbon dioxide absorbent has a carbon dioxide absorption capacity of 6 wt% (6 g CO 2 / 100 g sorbent) or more.

상기 상기 고체 이산화탄소 흡수제는 구형이다. The above-mentioned solid carbon dioxide absorbent is spherical.

상기 고체 이산화탄소 흡수제는 조성물의 조성(composition), 고체 흡수제 원료의 배합비(formulation) 및 균질화(homogenizing)가 제어되어, 내마모도와 이산화탄소 흡수 성능 및 내구성이 향상되어, 유동화가 가능한 물리적 특성을 지니며, 연료 연소배가스 중의 이산화탄소를 선택적으로 흡수하고 온도를 올리면 흡수한 이산화탄소를 방출하면서 재생되므로 연속적으로 반복하여 사용할 수 있다. The above solid carbon dioxide absorbent has improved wear resistance, carbon dioxide absorption performance and durability by controlling the composition of the composition, the mixing ratio of the solid absorbent raw materials, and homogenizing, and has physical properties that enable fluidization, and selectively absorbs carbon dioxide in fuel combustion exhaust gas and releases the absorbed carbon dioxide when the temperature is raised, thereby being regenerated, so that it can be used continuously and repeatedly.

<실시예 1 > 고체 이산화탄소 흡수제 제조<Example 1> Manufacturing of solid carbon dioxide absorbent

활성성분, 지지체, 무기결합제를 하기 표 1의 조성비로 혼합하여 총 질량이 8 ㎏인 이산화탄소 흡수제용 고체원료를 준비하였다. 증류수에 분산제 및 소포제를 첨가하여 교반기로 혼합하였다. 첨가제가 혼합된 물에 고체원료를 교반기로 교반하면서 첨가하여 혼합 슬러리를 제조하였다. 상기 혼합 슬러리를 3차례에 걸쳐 고에너지볼밀(High Energy Ball Mill)로 분쇄하였다. 2차 분쇄 후 폴리에틸렌글라이콜을 첨가하고 3차 분쇄를 진행하여 안정되고 균질한 유동성 콜로이드 슬러리(colloidal slurry)를 제조하였다. 분쇄를 마친 슬러리를 체거름을 통해 이물질을 제거하고 최종 슬러리 내 고체농도를 측정하였다. 총 투입된 첨가제의 양과 측정된 최종 슬러리 내 고체농도는 표 1에 나타난 바와 같다. An active ingredient, a support, and an inorganic binder were mixed in the composition ratio shown in Table 1 below to prepare a solid raw material for a carbon dioxide absorbent having a total mass of 8 kg. A dispersant and an antifoaming agent were added to distilled water, and the mixture was mixed with a stirrer. The solid raw material was added to the water mixed with the additive while stirring with a stirrer to prepare a mixed slurry. The mixed slurry was pulverized three times with a high energy ball mill. After the second pulverization, polyethylene glycol was added, and the third pulverization was performed to prepare a stable and homogeneous fluid colloidal slurry. The pulverized slurry was sieved to remove foreign substances, and the solid concentration in the final slurry was measured. The total amount of additive added and the measured solid concentration in the final slurry are as shown in Table 1.

상기 제조된 콜로이드 상태의 슬러리를 펌프를 사용하여 분무건조기로 이송하고 분무 건조하여 고체 입자를 제조하였다. The colloidal slurry prepared above was transferred to a spray dryer using a pump and spray dried to prepare solid particles.

성형 제조된 고체 이산화탄소 흡수제 조립체, 즉 생소지체(green body)를 120 ℃의 공기분위기 환류 건조기에서 2시간 이상 동안 예비 건조하고, 소성로에서 600 ℃로 4시간 소성시켜 최종 고체 이산화탄소 흡수제를 제조하였다. The molded solid carbon dioxide absorbent assembly, i.e., the green body, was pre-dried in an air atmosphere reflux dryer at 120°C for more than 2 hours, and calcined in a kiln at 600°C for 4 hours to produce the final solid carbon dioxide absorbent.

소성 온도에 도달하기 전 200, 300, 400 ℃에서 1시간 정도 체류하였고, 승온 속도는 약 5 ℃/min이었다.Before reaching the sintering temperature, it was maintained at 200, 300, and 400 ℃ for about 1 hour, and the heating rate was about 5 ℃/min.

<실시예 2> <Example 2>

표 1에 따라 각 성분의 조성을 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. The same procedure as Example 1 was followed, except that the composition of each component was changed according to Table 1.

<비교예 1 내지 14><Comparative examples 1 to 14>

표 1에 따라 각 성분의 조성을 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하였다. The same procedure as Example 1 was followed, except that the composition of each component was changed according to Table 1.

비교예 1과 비교예 2 는 본 발명에서 제안하는 활성탄 함량범위를 벗어나 제조한 예이며, 비교예 3은 중탄산칼륨은 사용하지 않고 제조한 예이다. Comparative Examples 1 and 2 are examples manufactured outside the activated carbon content range suggested by the present invention, and Comparative Example 3 is an example manufactured without using potassium bicarbonate.

비교예 4와 비교예 7은 중탄산칼륨 함량을 본 발명에서 제안하는 범위를 초과하여 제조한 예이며, 비교예 5 는 감마알루미나를 적용하고, 합성 칼슘실리케이트의 함량을 늘려 기공률을 향상시키고자 제조한 예이다. Comparative Examples 4 and 7 are examples manufactured with a potassium bicarbonate content exceeding the range suggested by the present invention, and Comparative Example 5 is an example manufactured with the aim of improving porosity by applying gamma alumina and increasing the content of synthetic calcium silicate.

비교예 6은 활성탄과 중탄산칼륨을 사용하지 않고 소성 후 조성이 실시예와 같도록 설계하여 제조한 예이다. Comparative Example 6 is an example manufactured by designing the composition after calcination to be the same as that of the example without using activated carbon and potassium bicarbonate.

비교예 8과 비교예 9는 활성탄을 사용하지 않고 제조한 예이다.Comparative examples 8 and 9 are examples manufactured without using activated carbon.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 비교예 1Comparative Example 1 비교예 2Comparative Example 2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 4Comparative Example 4 비교예 5Comparative Example 5 비교예 6Comparative Example 6 K2CO3(중량%)K 2 CO 3 (wt%) 23.3623.36 18.3118.31 22.8322.83 23.7023.70 34.1534.15 13.4513.45 35.035.0 3535 KHCO3 KHCO 3 13.5513.55 19.9119.91 13.2413.24 13.7413.74 -- 26.0126.01 -- -- α-Alumina(중량%)α-Alumina (weight%) 19.6319.63 19.2219.22 19.1819.18 19.9119.91 20.4920.49 18.8318.83 21.021.0 21.021.0 TiO2(Anatase)(중량%)TiO 2 (Anatase)(wt%) 7.017.01 6.866.86 6.856.85 7.117.11 7.327.32 6.736.73 5.05.0 7.57.5 ZrO2(중량%)ZrO 2 (wt%) 17.7617.76 17.3917.39 17.3517.35 18.0118.01 18.5418.54 17.0417.04 12.012.0 19.019.0 Na-Bentonite(중량%)Na-Bentonite (weight%) 4.674.67 4.584.58 4.574.57 4.744.74 4.884.88 4.484.48 5.05.0 5.05.0 유사보에마이트(중량%)pseudoboehmite (weight %) 4.674.67 4.584.58 4.574.57 4.744.74 4.884.88 4.484.48 2.02.0 5.05.0 합성 칼슘실리케이트(중량%)Synthetic calcium silicate (wt%) 7.017.01 6.866.86 6.856.85 7.117.11 7.327.32 6.736.73 13.013.0 7.57.5 γ-Alumina(중량%)γ-Alumina (wt%) -- -- -- -- -- -- 7.07.0 -- 활성탄(중량%)Activated carbon (weight%) 2.342.34 2.292.29 4.564.56 0.940.94 2.422.42 2.252.25 -- -- 총 고체원료(기준)Total solid raw materials (standard) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 분산제(중량부)Dispersant (by weight) 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.150.15 0.250.25 0.250.25 0.250.25 소포제(중량부)parcel (by weight) 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.020.02 0.050.05 0.050.05 0.050.05 유기결합제(중량부)Organic binder (by weight) 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 1.341.34 2.252.25 2.252.25 2.252.25 슬러리농도(중량부)Slurry concentration (weight parts) 39.539.5 42.042.0 41.541.5 40.840.8 51.751.7 46.346.3 36.736.7 38.438.4 슬러리 pHSlurry pH 10.210.2 9.99.9 10.110.1 10.210.2 11.711.7 9.89.8 11.311.3 12.412.4 점도(cP)Viscosity (cP) 21302130 10801080 19601960 20702070 18301830 11201120 360360 763763

비교예 7Comparative Example 7 비교예 8Comparative Example 8 비교예 9Comparative Example 9 비교예 10Comparative Example 10 비교예 11Comparative Example 11 비교예 12Comparative Example 12 비교예 13Comparative Example 13 비교예 14Comparative Example 14 K2CO3(중량%)K 2 CO 3 (wt%) 13.7613.76 23.9223.92 18.7418.74 2121 2020 -- 23.3623.36 24.3624.36 KHCO3 KHCO 3 26.6126.61 13.8813.88 20.3720.37 2222 13.7413.74 3838 -- 14.1814.18 NaHCO3 NaHCO 3 -- -- -- -- -- -- 13.5513.55 -- α-Alumina(중량%)α-Alumina (weight%) 19.2719.27 20.1020.10 19.6719.67 16.6616.66 21.9121.91 18.4918.49 19.6319.63 1414 TiO2(Anatase)(중량%)TiO 2 (Anatase)(wt%) 6.886.88 7.187.18 7.037.03 6.856.85 7.57.5 6.326.32 7.017.01 8.018.01 ZrO2(중량%)ZrO 2 (wt%) 17.4217.42 18.1818.18 17.817.8 15.515.5 18.0118.01 18.5418.54 17.7617.76 19.7619.76 Na-Bentonite(중량%)Na-Bentonite (weight%) 4.594.59 4.784.78 4.684.68 4.574.57 4.744.74 4.884.88 4.674.67 4.674.67 유사보에마이트(중량%)pseudoboehmite (weight %) 4.594.59 4.784.78 4.684.68 4.574.57 4.744.74 4.884.88 4.674.67 4.674.67 합성 칼슘실리케이트(중량%)Synthetic calcium silicate (wt%) 6.886.88 7.187.18 7.037.03 6.856.85 7.367.36 6.456.45 7.017.01 7.017.01 γ-Alumina(중량%)γ-Alumina (wt%) -- -- -- -- -- -- -- -- 활성탄(중량%)Activated carbon (weight%) -- -- -- 22 22 2.442.44 2.342.34 3.343.34 총고체원료(기준)Total solid raw materials (standard) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 분산제(중량부)Dispersant (by weight) 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.250.25 0.150.15 0.250.25 0.250.25 소포제(중량부)parcel (by weight) 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 0.050.05 유기결합제(중량부)Organic binder (by weight) 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 2.252.25 슬러리농도(중량부)Slurry concentration (weight parts) 47.747.7 48.448.4 44.044.0 43.543.5 44.844.8 47.647.6 46.946.9 51.151.1 슬러리 pHSlurry pH 9.69.6 10.510.5 10.510.5 10.110.1 10.610.6 8.88.8 9.89.8 10.610.6 점도(cP)Viscosity (cP) 12401240 13001300 903903 10901090 11801180 14101410 13201320 15201520

상기 표 1에 실시예 1 내지 2, 비교예 1 내지 6에 따른 고체 이산화탄소 흡수제 제조용 원료 물질과 유동성 콜로이드 슬러리의 특성을 요약하여 나타내었다.상기 표 2는 비교예 7 내지 14에 따른 고체 이산화탄소 흡수제 제조용 원료 물질과 유동성 콜로이드 슬러리의 특성을 요약하여 나타내었다.Table 1 above summarizes the characteristics of the raw materials and the fluid colloid slurry for manufacturing solid carbon dioxide absorbents according to Examples 1 to 2 and Comparative Examples 1 to 6. Table 2 above summarizes the characteristics of the raw materials and the fluid colloid slurry for manufacturing solid carbon dioxide absorbents according to Comparative Examples 7 to 14.

표 1 및 표2를 참조하면, 중탄산칼륨 또는 활성탄이 포함된 실시예 및 비교예에서의 흡수제들은 중탄산칼륨이 소성 과정에서 탄산칼륨으로 전환되고, 활성탄이 완전연소되어 기체로 제거된 후의 조성을 기준으로 탄산칼륨, 알파알루미나, 이산화티탄, 이산화지르코늄, 벤토나이트, 유사 보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 최종 함량이 각각 35 중량부, 21 중량부, 7.5 중량부, 19 중량부, 5 중량부, 5중량부, 7.5 중량부가 되도록 설계하였다. Referring to Tables 1 and 2, the absorbents in the examples and comparative examples containing potassium bicarbonate or activated carbon were designed so that the final contents of potassium carbonate, alpha-alumina, titanium dioxide, zirconium dioxide, bentonite, pseudo-boehmite, and synthetic calcium silicate were 35 parts by weight, 21 parts by weight, 7.5 parts by weight, 19 parts by weight, 5 parts by weight, 5 parts by weight, and 7.5 parts by weight, respectively, based on the composition after potassium bicarbonate is converted to potassium carbonate during the calcination process and the activated carbon is completely combusted and removed as gas.

비교예 10 내지 11은 활성물질 함량을 본 발명의 실시예 제안하는 함량범위를 벗어나 제조한 예이며, 비교예 12는 활성물질로 중탄산칼륨만을 사용한 예이고, 비교예 13은 활성물질로 탄산칼륨에 중탄산나트륨을 혼합하여 사용한 예이며, 비교예 14는 지지체로 사용한 알파알루미나 함량을 본 발명에서 제안하는 함량범위를 벗어나 제조한 예이다. Comparative Examples 10 to 11 are examples manufactured in which the content of the active material is outside the content range suggested by the examples of the present invention, Comparative Example 12 is an example in which only potassium bicarbonate is used as the active material, Comparative Example 13 is an example in which sodium bicarbonate is mixed with potassium carbonate as the active material, and Comparative Example 14 is an example in which the content of alpha-alumina used as the support is outside the content range suggested by the present invention.

<실험예> 물성평가 <Experimental Example> Property Evaluation

(1) 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포의 측정(1) Measurement of average particle size and particle size distribution

제조된 고체 이산화탄소 흡수제의 평균 입자 크기 및 입자 크기 분포는 미국재료시험협회(ASTM; American Society for Testing Materials)의 ASTM E-11에 기초하여 MEINZER-ⅡShaker와 표준체를 사용하여 10 g의 시료를 30분 동안 분류하여 계산하였다. The average particle size and particle size distribution of the manufactured solid carbon dioxide absorbent were calculated by classifying a 10 g sample for 30 minutes using a MEINZER-ⅡShaker and a standard sieve based on ASTM E-11 of the American Society for Testing Materials (ASTM).

(2) 충진 밀도 측정(2) Measurement of filling density

제조된 고체 이산화탄소 흡수제의 충진 밀도는 ASTM D 4164-88에 준한 AutoTap(Quantachrome) 충진밀도측정기를 사용하여 측정하였다. The packing density of the manufactured solid carbon dioxide absorbent was measured using an AutoTap (Quantachrome) packing density meter according to ASTM D 4164-88.

(3) 내마모도 측정(3) Wear resistance measurement

제조된 고체 이산화탄소 흡수제의 내마모도는 ASTM D 5757-95에 따라 마모 시험기로 측정하였다. 입자 마모지수 (AI)는 상기 ASTM 방법에 기재된 대로 5시간에 걸쳐 10.0 L/min (273.15 K, 1 bar 기준)에서 결정하였으며, 상기 입자 마모 지표는 5시간에 걸쳐 발생된 미세분말(fine)의 비율을 나타낸다. 입자 마모 지표(AI)가 낮을수록 입자의 강도는 강하다는 것을 의미한다. The abrasion resistance of the manufactured solid carbon dioxide absorbent was measured by an abrasion tester according to ASTM D 5757-95. The particle abrasion index (AI) was determined at 10.0 L/min (at 273.15 K, 1 bar) for 5 hours as described in the ASTM method, and the particle abrasion index represents the ratio of fine powder generated for 5 hours. A lower particle abrasion index (AI) means stronger particles.

여기서 입자 마모 지표는 하기 식 1에 의해 결정된다. Here, the particle wear index is determined by the following equation 1.

[식 1][Formula 1]

마모지수(AI, %) = (W1(g) / W0(g)) × 100 Wear index (AI, %) = (W 1 (g) / W 0 (g)) × 100

(상기 식 1에서 상기 W1은 ASTM D5757-95에 따라 마모시험기에서 유량 10.0 L/min (273.15 K, 1 bar 기준) 조건으로 마모시험을 실시하여 포집된 흡수제 미세분말의 총 무게(g)이며,(In the above formula 1, W 1 is the total weight (g) of the absorbed fine powder collected by performing an abrasion test under the condition of a flow rate of 10.0 L/min (based on 273.15 K, 1 bar) in an abrasion tester according to ASTM D5757-95,

상기 W0은 상기 흡수제의 초기 무게(g, 공칭 50g)임).The above W 0 is the initial weight of the absorbent (g, nominally 50 g).

비교를 위해 동일 방법으로 측정한 정유회사에서 사용되고 있는 상용 Akzo FCC (Fluid Catalytic Cracking) 촉매의 마모 지표(AI)는 22.5%였다. For comparison, the wear index (AI) of a commercial Akzo FCC (Fluid Catalytic Cracking) catalyst used in a refinery, measured using the same method, was 22.5%.

(4) 기공률(%) 측정(4) Measurement of porosity (%)

수은흡착법을 이용하여 흡수제의 기공률을 측정하였다. 흡수제에 수은을 가압하여 그 관입량으로부터 흡수제의 기공률을 측정하였다. 이때 사용한 흡수제의 무게는 100 ~ 200 mg이며, 수은 가압 범위는 0 ~ 61,000 psi이다.The porosity of the absorbent was measured using the mercury adsorption method. The porosity of the absorbent was measured from the penetration amount of mercury by pressurizing the absorbent. The weight of the absorbent used was 100 to 200 mg, and the mercury pressurization range was 0 to 61,000 psi.

(5) 이산화탄소 흡수능 측정(5) Measurement of carbon dioxide absorption capacity

열중량 분석법(Thermogravimetric analysis, TGA)을 이용하여 3회(흡수-재생-흡수-재생-흡수) 반복하여 측정하였다. 사용된 흡수제 시료의 무게는 10㎎이고, 총유량은 60 ㎖/min로 하였다. 이산화탄소의 흡수반응은 70 ℃에서, 흡수제의 재생반응은 220 ℃에서 시행하였다. 상기 흡수반응에 사용된 가스 조성은 이산화탄소 10 부피%, 물(수증기) 10 부피%, 질소 80 부피%였고, 상기 재생반응에 사용된 가스 조성은 이산화탄소 90 부피%, 물(수증기) 10 부피%였다.Thermogravimetric analysis (TGA) was used to measure the absorbent sample three times (absorption-regeneration-absorption-regeneration-absorption). The weight of the absorbent sample used was 10 mg, and the total flow rate was 60 ml/min. The carbon dioxide absorption reaction was performed at 70 °C, and the absorbent regeneration reaction was performed at 220 °C. The gas composition used for the absorption reaction was 10 vol% carbon dioxide, 10 vol% water (water vapor), and 80 vol% nitrogen, and the gas composition used for the regeneration reaction was 90 vol% carbon dioxide, 10 vol% water (water vapor).

상기 실시예 및 비교예의 고체 이산화탄소 흡수제에 대한 물성 및 이산화탄소 흡수능 (흡수제에 흡수된 이산화탄소 무게/단위 흡수제 무게) 백분율 측정 결과 및 기공률을 하기 표 3에 나타내었다.The physical properties and carbon dioxide absorption capacity (weight of carbon dioxide absorbed by the absorbent/unit weight of absorbent) percentage measurements and porosity of the solid carbon dioxide absorbents of the above examples and comparative examples are shown in Table 3 below.

형상shape 소성
온도,
Plasticity
temperature,
평균
입자크기,
average
particle size,
입자크기
분포,
particle size
distribution,
충진
밀도,
g/ml
Filling
density,
g/ml
마모지수
(AI),
%
Wear index
(AI),
%
기공률
(%)
Porosity
(%)
CO2
흡수능,
wt%
CO2
Absorbency,
wt%
실시예 1Example 1 구형rectangle 600600 131131 67.5~23167.5~231 1.171.17 1.91.9 18.418.4 8.18.1 실시예 2Example 2 구형rectangle 600600 134134 56.5~23156.5~231 1.121.12 6.66.6 19.419.4 8.18.1 비교예 1Comparative Example 1 구형rectangle 600600 139139 67.5~23167.5~231 1.091.09 10.810.8 18.618.6 -- 비교예 2Comparative Example 2 구형rectangle 600600 127127 56.5~23156.5~231 1.131.13 3.63.6 13.313.3 7.97.9 비교예 3Comparative Example 3 구형rectangle 600600 131131 56.5~23156.5~231 1.191.19 3.13.1 13.413.4 7.87.8 비교예 4Comparative Example 4 비구형Non-spherical 600600 -- -- -- >50>50 -- -- 비교예 5Comparative Example 5 구형rectangle 600600 125125 56.5~23156.5~231 1.241.24 2.22.2 13.113.1 7.57.5 비교예 6Comparative Example 6 구형rectangle 600600 116116 49~19649~196 1.231.23 3.93.9 12.812.8 7.67.6 비교예 7Comparative Example 7 비구형Non-spherical 600600 -- -- -- >50>50 -- -- 비교예 8Comparative Example 8 구형rectangle 600600 138138 56.5~23156.5~231 1.181.18 3.83.8 13.113.1 8.18.1 비교예 9Comparative Example 9 구형rectangle 600600 135135 67.5~23167.5~231 1.191.19 5.45.4 13.413.4 7.97.9 비교예 10Comparative Example 10 비구형Non-spherical 600600 123123 56.5~23156.5~231 1.231.23 4.74.7 15.115.1 7.77.7 비교예 11Comparative Example 11 구형rectangle 600600 135135 67.5~23167.5~231 1.181.18 3.53.5 16,316.3 6.26.2 비교예 12Comparative Example 12 비구형Non-spherical 600600 -- -- -- >50>50 -- -- 비교예 13Comparative Example 13 구형rectangle 600600 130130 67.5~23167.5~231 1.201.20 5.45.4 12.512.5 5.75.7 비교예 14Comparative Example 14 구형rectangle 600600 125125 56.5~23156.5~231 1.251.25 11.911.9 17.517.5 --

상기 표 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 활성탄과 중탄산칼륨을 혼합하여 사용하고 600 ℃에서 소성하여 제조한 고체 이산화탄소 흡수제는 흡수제 기공률이 18% 이상, 이산화탄소 흡수능이 8.1 중량부로 높게 나타났다. 또한 입자 마모 지표가 10% 이하의 고강도 특성을 나타내며 상업용 유동층 공정에 적합한 물성을 갖추고 있음을 알 수 있다. Referring to Table 3 above, a solid carbon dioxide absorbent manufactured by mixing activated carbon and potassium bicarbonate and calcining at 600°C according to an embodiment of the present invention exhibited a high absorbent porosity of 18% or more and a carbon dioxide absorption capacity of 8.1 parts by weight. In addition, it can be seen that the solid carbon dioxide absorbent exhibited high strength characteristics with a particle wear index of 10% or less and had properties suitable for a commercial fluidized bed process.

즉, 고체 이산화탄소흡수제의 평균입자크기가 60 내지 150 ㎛ 범위 이내이고, 입자크기 분포는 30내지 400 ㎛ 범위 이내이며, 충진밀도는 0.6 내지 2.0 g/cm3 범위 이내이다. That is, the average particle size of the solid carbon dioxide absorbent is within the range of 60 to 150 ㎛, the particle size distribution is within the range of 30 to 400 ㎛, and the packing density is within the range of 0.6 to 2.0 g/cm 3 .

한편 탄산칼륨 35 중량%에 활성탄을 사용하지 않고 나머지 원료 조성물은 동일하게 사용한 비교예 6의 흡수제는 기공률이 12.8%로 나타났다. 이에 비해 실시예의 흡수제들은 활성탄 및 중탄산칼륨을 적용하여도 고강도를 유지하면서 기공률과 이산화탄소 흡수능이 증가하는 것을 확인하였다. Meanwhile, the absorbent of Comparative Example 6, which did not use activated carbon but used the same raw material composition with 35 wt% potassium carbonate, showed a porosity of 12.8%. In comparison, it was confirmed that the absorbents of the examples maintained high strength even when activated carbon and potassium bicarbonate were applied, while the porosity and carbon dioxide absorption capacity increased.

실시예와 같은 고체원료로 활성탄 함량을 4 중량%를 초과하여 제조한 비교예 1의 흡수제는 마모 지표가 10% 이상으로 이산화탄소 포집공정을 장기 운전할 때 흡수제 마모손실량이 증가할 수 있는 것을 확인하였다. It was confirmed that the absorbent of Comparative Example 1, which was manufactured with an activated carbon content exceeding 4 wt% using the same solid raw material as the example, had a wear index of 10% or more, and thus the wear loss of the absorbent may increase when the carbon dioxide capture process is operated for a long period of time.

실시예와 같은 고체원료로 활성탄 함량을 2 중량% 미만으로 사용한 비교예 2의 흡수제는 비교예 6에 비해 기공률 증가가 미미하게 나타났다. The absorbent of Comparative Example 2, which used an activated carbon content of less than 2 wt% as a solid raw material similar to the example, showed a minimal increase in porosity compared to Comparative Example 6.

중탄산칼륨은 사용하지 않고 활성탄만을 기공형성제로 사용한 비교예 3의 흡수제도 기공률 증가가 미미하게 나타났다. 중탄산칼륨만 사용하고 활성탄을 사용하지 않은 비교예 8과 비교예 9의 흡수제도 비교예 6에 비해 기공률 증가가 미미하게 나타났다. The absorbent of Comparative Example 3, which used only activated carbon as a pore-forming agent without using potassium bicarbonate, also showed a minimal increase in porosity. The absorbents of Comparative Examples 8 and 9, which used only potassium bicarbonate and did not use activated carbon, also showed a minimal increase in porosity compared to Comparative Example 6.

중탄산칼륨이 본 발명에서 제안하는 함량을 초과하여 제조한 비교예 4와 비교예 7의 흡수제는 입자 마모 지표가 50%를 초과하였고 모양도 비구형으로 나타나 공정사용에 부적합한 것으로 확인되었다. The absorbents of Comparative Examples 4 and 7, which were manufactured with potassium bicarbonate in an amount exceeding the amount suggested in the present invention, had particle abrasion indices exceeding 50% and were non-spherical in shape, making them unsuitable for use in the process.

비교예 5의 흡수제는 비교예 6의 조성을 기준으로 비표면적 증대를 위해 감마알루미나와 합성 칼슘실리케이트의 함량을 늘려 제조한 예로서, 비교예 6에 비해 기공률 증가가 미미하며 실시예에 비해서도 기공률이 낮게 나타났다. The absorbent of Comparative Example 5 was manufactured by increasing the content of gamma alumina and synthetic calcium silicate to increase the specific surface area based on the composition of Comparative Example 6. Compared to Comparative Example 6, the increase in porosity was minimal, and the porosity was lower than that of the examples.

또한 실시예의 고체 이산화탄소 흡수제는 장기 사용시 활성성분인 탄산칼륨이 함께 사용된 부반응 유발 원료물질(감마 알루미나, 합성 칼슘실리케이트)과 반응하여 부반응물이 생성되는 것을 최소화하는 원료조성물을 사용하였기 때문에 비교예 5에 따른 흡수제에 비해 높은 흡수능을 더욱 오래 유지할 수 있는 것을 확인하였다.In addition, the solid carbon dioxide absorbent of the example used a raw material composition that minimizes the generation of side products by reacting with the active ingredient, potassium carbonate, and the raw material (gamma alumina, synthetic calcium silicate) that causes side reactions when used together, and thus it was confirmed that it could maintain high absorption capacity for a longer period of time compared to the absorbent according to Comparative Example 5.

한편 활성물질 함량이 본 발명에서 제안하는 39중량%를 초과하여 제조한 비교예 10의 흡수제와 활성물질로 중탄산칼륨만을 사용한 비교예 12의 흡수제는 모양이 비구형으로 공정사용에 부적합한 것으로 나타났고, 활성물질 함량을 35 중량% 이하로 제조한 비교예 11의 흡수제와 중탄산칼륨 대신 중탄산나트륨을 혼합하여 제조한 비교예 13의 흡수제는 흡수능이 실시예에 비해 훨씬 낮게 나타났다. Meanwhile, the absorbent of Comparative Example 10, manufactured with an active material content exceeding 39 wt% suggested by the present invention, and the absorbent of Comparative Example 12, which used only potassium bicarbonate as the active material, were found to have a non-spherical shape and thus were unsuitable for process use, and the absorbent of Comparative Example 11, manufactured with an active material content of 35 wt% or less, and the absorbent of Comparative Example 13, manufactured by mixing sodium bicarbonate instead of potassium bicarbonate, showed much lower absorption capacities than those of the examples.

또한 지지체인 알파알루미나 함량을 본 발명에서 제안하는 함량범위를 벗어나 제조한 비교예 14의 흡수제는 입자 마모 지표가 10% 이상으로 이산화탄소 포집 공정 운전 시 흡수제 마모 손실량이 증가할 수 있다.In addition, the absorbent of Comparative Example 14, which was manufactured with a content of alpha-alumina as a support outside the content range suggested by the present invention, may have a particle wear index of 10% or more, which may increase the wear loss of the absorbent during operation of the carbon dioxide capture process.

따라서 본 발명의 구체예에 따른 고체 이산화탄소 흡수제 원료조성물 및 이를 사용한 고체 이산화탄소 흡수제 제조방법을 이용하여 건식 이산화탄소 포집기술에서 연료연소 배가스 중의 이산화탄소를 효과적으로 흡수시킬 수 있는 유동층 공정에 적합한 고체 이산화탄소 흡수제를 제조할 수 있음을 확인하였다. Therefore, it was confirmed that a solid carbon dioxide absorbent suitable for a fluidized bed process capable of effectively absorbing carbon dioxide in fuel combustion exhaust gas in a dry carbon dioxide capture technology can be manufactured using a solid carbon dioxide absorbent raw material composition according to a specific example of the present invention and a method for manufacturing a solid carbon dioxide absorbent using the same.

본 발명에 따른 고체 이산화탄소 흡수제는 기공률을 향상시킬 수 있는 원료 조성물을 사용하며, 이산화탄소 흡수능이 우수하여 건식 이산화탄소 포집공정에서 장기적으로 흡수제 사용량을 감소시켜 공정의 경제성을 향상시키므로 경쟁력 있는 기술이 될 수 있다.The solid carbon dioxide absorbent according to the present invention uses a raw material composition capable of improving porosity, and has excellent carbon dioxide absorption capacity, so that it can be a competitive technology because it reduces the amount of absorbent used in the long term in a dry carbon dioxide capture process, thereby improving the economic feasibility of the process.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to embodiments. Those skilled in the art will understand that the present invention can be implemented in modified forms without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated by the claims, not the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the present invention.

Claims (2)

탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물을 포함하는 활성성분; 알파알루미나, 이산화티탄(TiO2), 이산화지르코늄(ZrO2)의 혼합물을 포함하는 지지체; 벤토나이트, 유사보에마이트, 합성 칼슘실리케이트의 혼합물을 포함하는 무기결합제; 및 활성탄을 포함하고,
상기 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물은 중탄산칼륨에 대한 탄산칼륨의 혼합비가 0.9 ~ 1.8 : 1 중량비인 것을 특징으로 하는,
이산화탄소 흡수제용 조성물.
An active ingredient comprising a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate; a support comprising a mixture of alpha-alumina, titanium dioxide (TiO 2 ), and zirconium dioxide (ZrO 2 ); an inorganic binder comprising a mixture of bentonite, pseudoboehmite, and synthetic calcium silicate; and activated carbon.
The above mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate is characterized in that the mixing ratio of potassium carbonate to potassium bicarbonate is 0.9 to 1.8:1 by weight.
Composition for carbon dioxide absorbent.
제1항에 있어서, 이산화탄소 흡수제용 조성물 전체 중량에 대하여, 탄산칼륨과 중탄산칼륨의 혼합물 36 내지 39중량%, 알파알루미나 15 내지 25중량%, 이산화티탄 5 내지 10중량%, 이산화지르코늄 15 내지 25중량%, 벤토나이트 4 내지 6중량%, 유사보에마이트 4 내지 5중량%, 합성 칼슘실리케이트 6 내지 8중량%, 및 활성탄 2 내지 4중량%를 포함하는, 이산화탄소 흡수제용 조성물.
A composition for a carbon dioxide absorbent, comprising, based on the total weight of the composition for a carbon dioxide absorbent in claim 1, 36 to 39 wt% of a mixture of potassium carbonate and potassium bicarbonate, 15 to 25 wt% of alpha-alumina, 5 to 10 wt% of titanium dioxide, 15 to 25 wt% of zirconium dioxide, 4 to 6 wt% of bentonite, 4 to 5 wt% of pseudoboehmite, 6 to 8 wt% of synthetic calcium silicate, and 2 to 4 wt% of activated carbon.
KR1020240102557A 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent Pending KR20240122714A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020240102557A KR20240122714A (en) 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200088625A KR102692113B1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Composition for carbon dioxide absorbent and preparing method thereof and solid carbon dioxide absorbent thereof
KR1020240102557A KR20240122714A (en) 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200088625A Division KR102692113B1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Composition for carbon dioxide absorbent and preparing method thereof and solid carbon dioxide absorbent thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240122714A true KR20240122714A (en) 2024-08-13

Family

ID=80049393

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200088625A Active KR102692113B1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Composition for carbon dioxide absorbent and preparing method thereof and solid carbon dioxide absorbent thereof
KR1020240102557A Pending KR20240122714A (en) 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent
KR1020240102559A Pending KR20240122715A (en) 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent having adjusted specific area of support

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200088625A Active KR102692113B1 (en) 2020-07-17 2020-07-17 Composition for carbon dioxide absorbent and preparing method thereof and solid carbon dioxide absorbent thereof

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020240102559A Pending KR20240122715A (en) 2020-07-17 2024-08-01 Composition for carbon dioxide absorbent having adjusted specific area of support

Country Status (1)

Country Link
KR (3) KR102692113B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240123125A (en) * 2023-02-06 2024-08-13 (주)원이엔지 Carbon dioxide dry absorbent and manufacturing method for fixed bed reactor of ship
KR102717504B1 (en) * 2023-09-27 2024-10-16 낙우산업(주) Carbon dioxide dry absorbent with improved strength and stebility and manufacturing method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101904201B1 (en) * 2011-09-28 2018-10-08 한국전력공사 Additives contained dry regenerable sorbent and its preparation method thereof
KR20130034993A (en) * 2011-09-29 2013-04-08 한국전력공사 Regenerable carbon dioxide sorbents at intermediate and high temperature

Also Published As

Publication number Publication date
KR102692113B1 (en) 2024-08-07
KR20220010118A (en) 2022-01-25
KR20240122715A (en) 2024-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7820591B2 (en) Highly attrition resistant and dry regenerable sorbents for carbon dioxide capture
US10456772B2 (en) Solid carbon dioxide absorbent including amine or a compound thereof for use in the capturing process of dry carbon dioxide, and method for manufacturing same
KR20240122714A (en) Composition for carbon dioxide absorbent
KR101823328B1 (en) Carbon dioxide sorbent and preparation method thereof
KR100620546B1 (en) High Strength Dry Regeneration Carbon Dioxide Absorbent
KR101351114B1 (en) Amine and amine group contained solid sorbent for dry CO2 capture process and its preparation method thereof
KR101585792B1 (en) Dry regenerable carbon dioxide sorbents, slurry composition comprising the same and method for manufacturing the same
KR101935101B1 (en) Base material absorbing carbon dioxide, carbon dioxide absorbent composition comprising the same, and carbon dioxide absorbent manufactured by using the same
KR102690993B1 (en) Composition for carbon dioxide sorbent, manufacturing method for carbon dioxide sorbent using the same, and carbon dioxide sorbent manufactured using the same
JP6080122B2 (en) Carbon dioxide absorbent for exhaust gas and method for producing the same
KR101155303B1 (en) Co2 sorbent and manufacturing method thereof
US20160082411A1 (en) Solid carbon dioxide absorbent composition and solid carbon dioxide absorbent containing the same
KR101904201B1 (en) Additives contained dry regenerable sorbent and its preparation method thereof
KR20130034993A (en) Regenerable carbon dioxide sorbents at intermediate and high temperature
KR20120028046A (en) Desulfurization sorbent and manufacturing method thereof
KR20060079588A (en) Carbon Dioxide Absorber for Dry Regeneration
KR102301771B1 (en) Composition for carbon dioxide sorbent, manufacturing method for carbon dioxide sorbent using the same, and carbon dioxide sorbent manufactured using the same
KR101695030B1 (en) Carbon dioxide absorbent absorbent and method for preparing the same
KR101790068B1 (en) Hybrid grains for sorption enhanced water gas shift process and preparation method thereof
JP4181132B2 (en) High-strength dry regeneration CO2 absorbent
KR20110047298A (en) Oxygen donor particles for medium circulation combustion or medium circulation reforming and preparation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
PA0107 Divisional application

Comment text: Divisional Application of Patent

Patent event date: 20240801

Patent event code: PA01071R01D

Filing date: 20200717

Application number text: 1020200088625

PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02011R04I

Patent event date: 20240801

Comment text: Divisional Application of Patent

PG1501 Laying open of application