• 한국가스학회지
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• 제17권1호
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• pp.67-72
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• 2013

LNG Value Chain에서 액화플랜트는 고부가가치를 지니며 전체 Cost의 약 35%를 차지한다. 액화플랜트의 핵심기술은 액화공정이며, 여기서 발생하는 대부분의 Cost는 액화공정의 운전에 필요한 에너지 생성과정에서 소비된다. 액화공정의 에너지소비를 줄이기 위한 방법은 액화공정의 핵심공정인 액화사이클의 효율을 높이는 것이다. 세계적으로 널리 이용되고 액화 효율이 높은 LNG 플랜트의 액화공정은 C3MR(프로판과 혼합냉매) 공정이다. C3MR 공정은 프로판 사이클과 혼합냉매 사이클을 이용하여 천연가스를 액화시키는 공정이다. 본 연구에서는 C3MR을 대상공정으로 하여 공정분석과 공정모사를 수행하였다. 이를 통해 C3MR의 공정변수를 알아내었으며 이후 공정최적화를 수행하였다. 본 연구에서 수행한 C3MR의 공정분석, 공정변수, 최적화 결과는 새로운 액화 공정개발에 활용 될 것으로 생각된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.246.1-246.1
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• 2010

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.109.1-109.1
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• 2010

Hybrid형 석탄액화 공정은 직접액화 (Direct Coal Liquefaction, DCL)공정과 간접액화 (Indirect Coal Liquefaction, ICL)공정으로 구성 되며, 공정의 경제성을 분석하기위하여 주요 제품 (디젤, 납사) 생산량이 50,000barrel per day (BPD)의 Hybrid형 석탄액화공정을 선정하고 공정에 적합한 검토기준을 세워 건설비용 및 매출액등을 산정하였다. 또한 석탄액화공정에 대한 중요 변수들의 가격 변동에 따른 민감도 분석을 실시하였다. 생산량을 기준으로 선정된 원료탄(Illinois #6 유연탄)의 사용하였을 때, 총 투자액은 $4,114,730,000 로 나타났으며, 고정비는 $93,610,000, 변동비는 $407,225,000으로 분석되었다. 경제성 분석결과 내부수익률 (internal rate of return, IRR)은 기본조건에서 11.48%로 나타났으며, 순현가(net present value, NPV)는 $526,478,000으로 나타났다. 원금상환 기간은 6.9년으로 나타났으며, 민감도 분석 결과 제품가격, 원료석탄가격, 건설비의 변동률 순서로 수익률에 변화를 주는 것으로 나타났다. 민감도가 가장 높은 제품 가격 25% 상승 시, IRR과 NPV는 각각 17.24%, $2,804,919,000로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.107.2-107.2
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• 2010

고온건식탈황기술은 고온고압에서 석탄가스에 함유된 황화합물을 제거하는 기술로 석탄가스화에 의해 생성된 고온의 석탄가스의 열손실을 최소화하여 열효율이 높은 기술이다. 본 연구에서는 석탄으로부터 합성원유를 생산하는 0.3 배럴/일 규모 석탄액화(CTL)공정의 연계운전을 통하여 건식탈황공정의 성능을 평가하였다. 0.3 배럴/일 규모 석탄액화공정은 석탄가스화기, 건식탈황공정, 액화공정으로 구성되어 있으며 30 atm의 고압에서 운전된다. 건식탈황공정은 석탄가스화기와 액화공정 사이에 위치하여 석탄가스화로부터 생성된 석탄가스에 함유된 황화합물을 아연계 건식탈황제에 의해 제거한 후 액화반응기로 공급하여 황화합물에 의한 촉매의 피독을 막아주는 역할을 수행한다. 본 연구에서는 기존에 개발된 두 개의 기포유동층 반응기로 구성된 탈황장치를 30 atm에서 운전이 가능하도록 수정/보완하여 실제 운전압력인 30 atm의 고압에서 연속운전을 수행하였다. 실험 결과 탈황효율은 99% 이상이며 탈황반응기 출구 황화합물의 농도는 1 ppmv 이하로 유지하였다.

• 한국가스학회지
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• 제15권3호
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• pp.1-5
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• 2011

수소액화 공정은 수소 예냉 에너지, 액화에너지 그리고 Ortho/Para 변환열 제거 등 다량의 에너지가 요구되어 진다. 본 논문은 기존의 수소액화 공정에 LNG냉열을 이용하여 에너지절약 효과를 얻고자 기본설계 및 열해석을 수행하였다. 액화 소요에너지에 LNG냉열을 적용하면 수소액화공정의 에너지절약효과와 함께, LNG기지의 해수에 버려지는 LNG냉열을 회수, 이용하는 일석이조의 에너지절약기술이 된다. 열해석에 의한 설계를 수행한 결과 현재의 액체질소 예냉식 수소액화 플랜트의 소요에너지에 비하여 LNG냉열을 이용할 경우 소요동력량은 75%가 절감되었다. 이는 예냉을 액체질소 대신에 냉열을 사용하기 때문이다. 또한 LNG냉열량은 수소액화량 1T/D기준할 때 15T/D 유량이 요구되었다.

• 한국가스학회지
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• 제24권1호
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• pp.1-9
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• 2020

LNG사업에서 액화공정의 운전비용은 큰 비중을 차지하기 때문에 적합한 액화공정을 선정하고 그 운전조건을 결정하는 것은 중요한 일이다. 현재까지 다양한 구성의 액화공정들이 개발되어 왔기 때문에 이들을 최적화하고 비교하여 최적의 액화공정을 선택하는 것은 많은 시간과 노력을 요하는 일이다. 다양한 구조 및 선택 사항을 포함한 초구조 모델을 사용한 초구조 최적화를 수행하면 공정 구성에 대한 선택과 최적의 운전변수를 한 번에 최적화하는 것이 가능하다. 본 연구에서는 SMR 액화공정에 대한 다양한 선택지를 포함하는 초구조 모델을 만들고 이를 최적화하였다. 결과적으로 초구조 모델이 개별적인 액화공정에 준하는 최적 포인트를 도출하는 것을 확인하였다.

• 한국가스학회지
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• 제19권6호
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• pp.99-104
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• 2015

천연가스의 이송을 위해 현재까지 가장 효율적인 방법은 액화를 통한 운반이다. 천연가스를 액화하기 위해서는 $-160^{\circ}C$이하로 냉각시켜야 하는데, 그 방법에는 여러 가지가 있다. 본 논문에서는 가장 대표적인 액화 공정인 C3MR 공정에 대한 제어 방법에 대해 연구하였다. 천연가스 액화 공정의 제어는 천연가스 품질을 유지할 수 있는 도구이며 안정된 운전을 보장하는 수단이다. C3MR 공정을 분석하고 제어 밸브에 대한 제어 변수를 선택하고 제어 변수의 계단 응답 결과를 통해 혼합냉매의 제어 구조를 도출 하였다. 도출된 제어 결과를 동적 모사를 통해서 임의로 외란을 주어 정상상태를 유지하는 결과를 확인 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.988-993
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• 2012

이산화탄소 포집 및 저장 기술 중에서 수송 단계를 위한 전처리 과정인 초임계 압축 및 액화 공정에 대해서 압축 방법에 따른 에너지와 그 때의 비용의 평가가 이루어졌다. 이산화탄소를 초임계상까지 직접 압축하는 경우(공정 1-1), 액화 후 펌프로 초임계상을 만드는 경우(공정 1-2), 이산화탄소의 가압 팽창으로 액화하는 경우(공정 2), 다른 냉매를 사용하면서 그 냉매를 가압, 팽창으로 얻는 경우(공정 3-1), 냉매를 흡수 냉각법으로 얻는 경우(공정 3-2), 캐스케이드 방법을 사용한 경우(공정 4)에 대해서 각각 공정 모사되었으며 그 때의 비용이 평가되었다. 비용은 $4~7/ton으로 추정된다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2011년도 춘계학술발표대회
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• pp.1447-1448
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• 2011

초저온 액화 공정 플랜트의 정상 운전시 제어 로직을 사전에 점검할 수 있는 테스트 플랫폼을 개발하였다. 초저온 액화 공정 플랜트상의 주요 제어 대상 포안트 17 개를 선정하여 PID 및 cascade 제어 알고리즘을 구현하였으며 이를 시뮬레이터에 연결하여 제어 로직 계산 결과를 테스트하였다. 시뮬레이터에서는 제어시스템의 제어 로직에 대한 동적 반응 특성을 계산하여 제시함으로써 제어시스템의 제어 로직을 사전에 분석, 점검할 수 있도록 역할을 수행한다.

• 한국가스학회지
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• 제22권4호
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• pp.63-73
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• 2018

잉여전력 등을 활용한 에너지저장시스템 분야에 기술에 관심이 집중되고 혁신적인 기술진보가 이루어지고 있다. 다양한 에너지저장시스템 분야 중 가스액화 방식을 활용한 액화공기에너지저장 시스템은 상당히 성숙된 기술로 알려져 있고, 높은 단위 에너지 밀도와 설치에 따른 지형적 제약이 거의 없으며 수명이 긴 저장 시스템이라는 많은 장점에도 불구하고, 단일공정 (공기액화-재기화 사이클)의 낮은 사이클 효율로 인해 상업화에 한계가 있었다. 본 연구에서는 낮은 사이클 효율을 개선하고자 2종류의 냉매(R-600a 와 메탄올)을 이용한 냉매사이클을 공기 액화 공정에 활용하여 사이클 효율을 향상시키고, 공기 압축시 발생하는 압축열을 열매체유 순환 사이클에 이용하여 이를 액화공기 재기화 공정의 터빈 입구 온도를 높이는데 활용하여 전력생산량을 추가적으로 증가시킴으로써 사이클 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 가능성을 Aspen HYSYS 공정 모사 프로그램을 활용하여 확인하였다.