아민 계열 CO2 흡수제의 열변성 및 거품 생성 현상 관찰

Abstract

CO2 흡수제 중에 monoethanol amine(MEA)은 가장 널리 사용되는 흡수제이다. MEA는 상온에서 약산성 물질과 반응하여 MEA carbamate를 만들고, 이 amine carbamate에 열을 가해주면 다시 CO2를 방출하는 역반응이 일어난다. 하지만, 높은 온도에서는 amine carbamate의 비가역적 분해반응인 carbamate 중합반응이 일어나게 되며, 이는 흡수제의 CO2 흡수능을 저하시킬 뿐만 아니라 장치의 부식, 용액의 점도 증가를 일으키며 거품이 생성되어 CO2 흡수 공정을 방해할 수 있다. 이 실험에서는 아민 계열 CO2 흡수제 M5와 반응 촉진제 A2를 다른 비율로 섞어 만든 용액1과 용액2를 사용하였고, 0.2와 0.4의 CO2 loading (α)에서 실험하였다. 열변성 실험을 위해 각 CO2 loading의 용액을 실린더 형태의 스테인리스 강 튜브 반응기에 담아 130℃와 150℃로 설정된 오븐에 넣고, 1, 2, 4, 6, 8주 경과 후에 각각 꺼내어 ion chromatography와 gas chromatography로 분석하였다. 또한, CO2 흡수 공정에서 발생하는 거품 생성 현상을 관찰하기 위하여 ASTM D892 규정에 기반한 장치를 제작하였으며 거품 발생량을 측정하였다. 열변성은 용액1과 용액2에 담긴 M5와 A2 모두 온도가 높을수록 (150℃), 그리고, CO2 loading이 많을수록 (α=0.4) 더 큰 변성 경향이 나타났다. 거품은 CO2 loading이 높을수록 더 많이 생겼으며, 같은 조건에서 용액1에 비해 용액2에서 더 많은 거품이 생겼음을 확인하였다.