• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.12 no.2
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• pp.993-998
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• 2011

The absorption capacity and initial absorption rate of $CO_2$ into aqueous $K_2CO_3$ solutions were measured by using VLE(Vapor-Liquid-Equilibrium) equipment in the pre-combustion condition. Absorption experiments were conducted within the temperature range of $40{\sim}80^{\circ}C$ while increasing the $CO_2$ pressure from 0 to 50bar. The effect of $K_2CO_3$ concentration was investigated by varying in the range of 5~20%. As a results, the absorption capacity and initial absorption rate were increased with increasing $K_2CO_3$ concentration in the absorbents. Also, the initial absorption rate was highest at $40^{\circ}C$. Further more, we have studied the effect of adding piperazine and homopiperazine to $K_2CO_3$ solutions. The results showed that absorption capacity of $CO_2$ was somewhat increased by adding piperazine.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.110.2-110.2
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• 2010

현재 상용가능한 연소전 $CO_2$ 포집 기술은 습식 스크러빙 방식으로 고온의 합성가스를 상온 수준으로 온도를 낮춘 후 $CO_2$를 포집해야 하고 포집된 $CO_2$의 압력이 낮아 재압축하여 저장소로 보내야 함에 따라 큰 폭의 열효율 손실이 불가피하다. 고온 고압에서 이산화탄소를 포집할수 있는 고체 흡수제를 이용할 경우 이산화탄소 포집 치 저장 추가에 따른 시스템 효율 저하를 최소화할 수 있다. 고체 $CO_2$ 흡수제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $CO_2$를 흡수하고 재생탑에서는 고온의 수증기와 접촉하여 흡수된 $CO_2$를 다시 배출함으로써 재생된다. 따라서 건식 재생 $CO_2$ 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 $CO_2$ 흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 유동층 공정에 적합한 물성을 가진 연소전 $CO_2$ 포집용 고체 흡수제를 분무건조법으로 제조하였으며, 모사 합성가스를 이용하여 열중량분석기와 기포유동층반응기를 이용하여 $200^{\circ}C$ 흡수, $400^{\circ}C$ 재생, 압력 20 bar 조건으로 반응성을 측정하였다. 개발된 고체 $CO_2$ 흡수제는 열중량분석기에서는 반응 후 10-13 wt%의 무게증가를 나타내었고 기포유동층반응기에서는 8-10 wt%의 $CO_2$ 흡수능을 보여주었다. 특히 수증기의 함량이 10% 이상에서 높은 흡수능을 나타내어 수증기가 반응에 크게 작용하고 있음을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.53 no.3
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• pp.333-338
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• 2015

In this study, we investigated carbonation-regeneration and agglomeration characteristics of dry sorbents. Experiment has been proceeded in the batch-type reactor, which is made of quartz: 0.05 m of I.D and 0.8 m in height. The sorbents that is collected at the cyclone of the carbonation reactor of continuous process were used in this study. The reactivity was studied at the various concentrations of water vapor, $N_2$ and $CO_2$ in the fluidizing gas at regeneration reaction. As a result, the reactivity increased as the regeneration temperature increased, the reactivity decreased as the concentration of water vapor increased. The absorption capacity showed the highest value in case of using $N_2$ 100% as regeneration gas. And decreased in order of $H_2O+N_2$, $CO_2$ 100% and $H_2O+CO_2$. The agglomeration characteristics were investigated according to the particle sizes and concentrations of water vapor at carbonation reaction. As a result, the particle with smaller size and higher concentration of water vapor showed the higher agglomeration characteristic.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.50 no.6
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• pp.994-1001
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• 2012

The Effects of operating variables on reactivity of two $CO_2$ absorbents (PKM1-SU and P4-600) for SEWGS process were investigated in a pressurized fluidized bed reactor. For both $CO_2$ absorbents, $CO_2$ sorption capacity decreased as the number of absorption-regeneration cycles increased. PKM1-SU absorbent represented higher $CO_2$ sorption capacity than that of P4-600 absorbent. However, P4-600 absorbent represented better performance than PKM1-SU absorbent from the view points of regeneration temperature and regeneration rate. For PKM1-SU absorbent, $CO_2$ sorption capacity increased as the steam concentration increased. However, $CO_2$ sorption capacity increased initially as the steam concentration increased from 5% to 10%, but maintained thereafter for P4-600 absorbent. For both $CO_2$ absorbents, $CO_2$ sorption capacity increased as the final regeneration temperature increased. For PKM1-SU absorbent, $CO_2$ sorption capacity increased as the pressure increased and the increment tendency was drastic at higher pressure than 15 bar.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.46 no.3
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• pp.492-497
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• 2008

The solubility of carbon dioxide in ionic liquids and amine solvents has been investigated in gas-liquid absorption equilibrium reactor. Absorption capacity and kinetics of $CO_2$ with $CO_2$ pressure and absorption time in 9 different ionic liquids and 2 kinds of amine solvents were evaluated. In order to understand the effect of ionic type, we changed the cation or anion of ionic liquids. $CO_2$ absorption capacity and absorption rate of amine solvents were higher than those of ionic liquids. $CO_2$ absorption capacity of [emim][$Tf_2N$], $0.14molCO_2/mol\;IL$ at 1 bar, was the highest among the ionic liquids. $CO_2$ absorption capacity of ionic liquid steeply decreased with increasing temperature. Anion of ionic liquid dominates interaction with $CO_2$ and cation plays secondary role.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.73.2-73.2
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• 2011

석탄 합성가스 중에는 $H_2S$, HCl, $NH_3$와 같은 불순물이 포함되어 있다. 이러한 가스들은 오염가스 배출과 관련한 환경기준 준수와 터빈과 같은 설비의 보호를 위해 제거되어야 한다. 석탄 합성가스 중 HCl 농도는 탄종에 따라 다르기는 하지만 많게는 1000 ppmv 수준까지 존재한다. 합성가스를 이용하여 발전을 하는 경우 가스터빈 보호를 위해 HCl은 <3 ppmv 이하로 정제되어야 하고, 합성가스를 연료전지에 사용하고자 하는 경우에는 HCl을 <0.5 ppmv 수준까지, 화학원료로 사용하고자 하는 경우에는 <10 ppbv 수준까지 정제하여야 한다. 또한 HCl은 고온 탈황공정에 사용되는 흡수제의 활성에도 장기적으로 부정적인 영향을 주기 때문에 고온에서 HCl을 정제할 수 있는 흡수제가 필요하다. 본 연구에서는 알칼리금속을 활성물질로 사용하여 분무건조법으로 제조한 HCl 흡수제에 대해 물성 및 HCl과의 반응성을 살펴보았다. $300-500^{\circ}C$ 영역에서 K-계 및 Na-계 흡수제에 대해 고정층반응기에서 HCl 가스를 함유한 모사 합성가스를 이용하여 상압 조건에서 Cl 흡수능을 측정한 결과 15wt% 이상의 흡수능을 나타내었으며 반응온도가 높을수록 흡수능이 증가함을 알 수 있었다. XRD 분석을 통하여 Cl은 K 및 Na와 반응하여 KCl과 NaCl을 형성하면서 흡수됨을 알 수 있었다. 20 bar 조건에서 실험한 결과에서도 동일한 경향의 반응성을 나타내었으며 반응온도가 낮을수록 흡수능은 감소하지만 Cl을 더 낮은 농도로 정제할 수 있었다. 본 실험에 사용된 Na 및 K계 흡수제는 모두 연소 후 배가스 중 $CO_2$를 제거하기 위한 흡수제로 사용되는 고체 흡수제이다. 석탄화력발전소 배가스에 연계되어 $CO_2$ 회수실험에 사용되었던 사용 후 $CO_2$ 흡수제에 대해 HCl 흡수 실험을 수행한 결과에서도 우수한 HCl 제거 성능을 보여 주었다. 이로부터, 폐 $CO_2$ 흡수제의 HCl 흡수제로서의 활용가능성을 확인 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.57 no.2
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• pp.253-258
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• 2019

Several materials are used to design the sorbents applied in a fast-fluidized bed process for post-combustion $CO_2$ capture. In this study, $K_2CO_3$-based dry sorbent (KMC) was prepared by using Micro-cell C (MCC), one of the materials used to design the sorbent, and then its $CO_2$ sorption and regeneration properties were evaluated. KMC sorbent showed a low $CO_2$ capture capacity of 21.6 mg $CO_2/g$ sorbent, which is about 22% of the theoretical value (95.4 mg $CO_2/g$ sorbent) even at 1 cycle, and showed a low $CO_2$ capture capacity of 13.7 mg $CO_2/g$ sorbent at 5 cycles. It was confirmed that the KMC sorbent was deactivated due to the formation of a $K_2Ca$ $(CO_3)_2$ phase, resulting from the reaction of the $K_2CO_3$ with the Ca component contained in the MCC. In order to solve the deactivation of sorbent, and KM8 sorbent was prepared by adding the process of calcining the MCC at $850^{\circ}C$. The KM8 sorbent showed a high $CO_2$ capture capacity of 95.2 mg $CO_2/g$ sorbent and excellent regeneration property. Thus, it was confirmed that the deactivation of the sorbent could be solved by adding the calcining step to remove the side reaction causing material.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.10 no.3
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• pp.602-606
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• 2009

The absorption capacity and initial absorption rate in 5 %, 10%, 15 % and 20% $Na_{2}CO_{3}$ under the constant temperature at $40^{\circ}C$ and the initial absorption rate in mixture of different alkaline salts such as $KHCO_3$, $CaCO_3$ and $K_{2}CO_{3}$ were measured using batch type stirred cell contractor. 10% $Na_{2}CO_{3}$ showed the highest absorption capacity and $Na_{2}CO_{3}$ and $K_{2}CO_{3}$ showed the somewhat increased absorption capacity and initial absorption rate respectively. Further more, we have studied the effect of adding Pz and Pp to $Na_{2}CO_{3}$. The result showed that absorption rate of $CO_2$ was increased by adding these additives.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.111.1-111.1
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• 2010

석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2011.05a
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• pp.310-313
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• 2011

본 논문에서는 지구온난화의 주요원인 중의 하나인 이산화탄소를 포집하기 위한 새로운 흡수제를 연구하였다. 액상 흡수법에서 가장 중요한 핵심 기술요소는 성능과 경제성면에서 우수한 흡수제를 개발하는 것이다. 흡수평형장치인 VLE(Vapor-Liquid Equilibrium)장치를 사용하여 신규흡수제의 이산화탄소 흡수능을 평가하고 특성을 알아봄으로써 신 흡수제를 개발하고자 하였다. 기존 아민흡수제인 MEA(monoethanolamine), DEA(diethanolamine)와 비교한 결과 아미노산염 흡수제의 경우 MEA (1.108), DEA (1.105)의 이산화탄소 흡수능보다 0.15～0.2 (mol $CO_2$/mol absorbent) 더 높은 흡수능과 2.5～3배 더 빠른 겉보기 속도를 나타내는 것을 확인하였다. 본 연구를 통하여 개발된 아미노산염 흡수제가 경제적인 이산화탄소 포집공정을 구현할 수 있는 가능성을 확인하였다.