• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.200-208
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• 2021

액체 상태의 수소는 기체 상태의 수소에 비해 수송이 용이하고 에너지 밀도가 높으며 폭발 위험성이 낮다. 하지만 수소 액화 공정은 냉각 사이클에 많은 양의 에너지가 소모된다. 반면에 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 재기화 과정에서 다량의 냉열이 버려진다. 따라서 LNG 냉열을 회수하여 수소 냉각에 활용한다면 공정 효율을 높일 수 있다. 또한, 천연가스 개질을 통한 수소 생산은 가장 경제성 있는 방법으로 평가받고 있으며, 이러한 측면에서 LNG를 수소 생산의 원료로 사용할 수 있다. 본 연구에서는 LNG를 원료 및 냉열원으로 사용하여 수소를 생산 및 액화시키는 공정을 개발하고 열역학적 관점에서 공정을 평가하였다. 공정 개발을 위해 기존의 탄화 수소 혼합 냉매와 헬륨-네온 냉매를 이용한 수소 액화 공정을 비교 공정으로 선정하였다. 이후 LNG를 원료 및 수소 예냉의 냉열원으로 사용하는 새로운 공정을 설계하여 에너지 소모량 및 엑서지 효율 측면에서 기존 공정과 비교, 분석하였다. 제안된 공정은 기존 공정 대비 약 17.9%의 에너지 절감 및 11.2%의 엑서지 효율이 향상된 결과를 나타내었다.

• 한국가스학회지
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• 제13권6호
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• pp.44-48
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• 2009

본 연구에서는 천연가스 액화 플랜트 산업에서의 핵심 기술인 액화공정 개발을 위해 두 가지 2단 압축 방식의 액화 사이클의 성능을 시뮬레이션 하였다. Process1은 케스케이드 액화공정을 기초로 하여 프로판, 에틸렌, 메탄 사이클 모두 인터쿨러가 적용된 것이다. Process 2는 위의 공정에 메탄과 에틸렌 사이클 사이에 액-가스 열교환기를 적용하였고, Process 3은 위의 공정에 에틸렌과 프로판 사이클 사이에 액-가스 열교환기를 추가로 적용하였으며, 인터쿨러를 적용한 케스케이드 공정과 성능을 비교하였다. Process 2의 COP는 Process 1보다 14.0%정도 높게 나타났고, LNG 단위 생산량 당 소비 동력은 11.5% 정도 낮게 나타났다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.781-787
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• 2009

석탄액화(Coal to Liquid, CTL) 공정은 직접액화(Direct Coal Liquefaction, DCL) 공정과 간접액화(Indirect Coal Liquefaction, ICL) 공정으로 대분되며, 각 공정의 경제성을 분석하기 위하여 주요 제품(디젤, 납사) 생산량이 50,000 barrel per day(BPD)의 직 간접석탄액화공정을 선정하고 공정에 적합한 검토기준을 세워 건설비용 및 매출액 등을 산정하였다. 또한 석탄액화공정에 대한 중요 변수들의 가격 변동에 따른 민감도 분석을 실시하였다. 생산량을 기준으로 선정된 원료탄(Illinois #6 유연탄)을 사용하였을 때, 총 투자액은 각각 DCL $3,994,858,000, ICL $4,962,263,000로 나타났다. 경제성 분석결과 내부수익률(internal rate of return, IRR)은 기본조건에서 각각 13.27%(DCL), 12.68%(ICL)로 나타났으며, 두 공정 모두 원료석탄 가격과 생산 제품 판매가에 가장 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 원금상환 기간은 DCL이 6.6년, ICL이 6.8년으로 나타났으며, 민감도 분석 결과 제품가격, 원료석탄가격, 건설비의 변동률 순서로 수익률에 변화를 주는 것으로 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제17권4호
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• pp.51-57
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• 2013

천연가스 액화 공정은 상온의 천연가스를 상압 $-160^{\circ}C$ 이하로 냉각해서 액화시키는 공정으로, 안정된 LNG 생산을 위해서는 최적의 제어 전략이 필요하다. 제어 전략을 수립할 때 가장 중요한 작업 중 하나가 공정의 분석인데, 조절 변수의 변화에 따른 제어 변수의 변화를 파악하는 것이다. 본 논문에서는 C3MR(Propane Pre-cooled Mixed Refrigerant) 공정으로 BSU(Bench Scale Unit)를 제작하여 천연가스 액화 공정을 실험하였다. 각 조절변수의 조작에 따른 유량의 변화가 공정에 미치는 영향을 알아보기 위해서 냉매의 유량변화에 따른 냉매 온도 변화 및 천연가스의 온도 변화를 분석하였고, 천연가스 자체의 유량 변화에 따른 냉매의 온도 변화를 분석함으로써 3개의 조절 변수와 공정의 제어변수들과의 관계를 알아보았다. 각 제어변수들은 독립적인 요소들이 아닌 서로 연관되어 유기적인 움직임을 보였으나, 특정 조절 변수의 변화에 따라 큰 반응을 보이는 제어 변수를 확인 할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.345-358
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• 2021

본 연구에서는 액화천연가스(LNG; liquefied natural gas) 재기화 과정에서 버려지는 냉열을 회수하는 방법으로 액화 공기를 생산하는 공정을 개발하였다. 액화 공기는 LNG 수출국으로 운송하여 천연가스 액화를 위한 냉매를 부분적으로 대체하는 용도로 활용될 수 있다. 이를 위하여, 액화 공기는 LNG 운반선에 저장 가능한 압력을 만족하여야 한다. 따라서, 가장 널리 사용되는 멤브레인 탱크로 액화 공기를 운송하기 위해 약 1.3 bar에서 공기가 액체 상태로 존재할 수 있도록 설계하였다. 제안한 공정에서, 공기는 LNG와의 열교환 이후 추가적인 질소 냉매 사이클과의 열교환을 통해 과냉된다. LNG 운반선의 최대 용량만큼 액화 공기를 생산할 때 운송비용 측면에서 가장 경제적일 수 있으며, 천연가스 액화공정에서 활용할 수 있는 냉열이 많아지게 된다. 이를 비교하기 위하여, 동일한 1 kg/s의 LNG 공급 조건 하에서 기존 공정을 이용한 Base case와 제안공정 내 유입 공기 유량을 각각 0.50 kg/s, 0.75 kg/s, 1.00 kg/s으로 하는 Case1, Case2, Case3를 구성하고 열역학적 및 경제적 측면에서 분석하였다. 액화 공기 생산량이 많을수록 1kg의 생산량 당 더 많은 에너지가 요구되는 경향을 보였으며 Case3는 Base case 대비 0.18 kWh 높게 나타났다. 그 결과 Case3의 액화 공기 1 kg 당 생산 비용이 $0.0172 더 높게 나타났다. 그러나 액화 공기의 생산량이 증가함에 따라 1 kg 당 운송 비용이 $0.0395 감소하여 전체 비용 측면에서 Case3는 Base case에 비해 1 kg 당 $0.0223 적은 비용으로 액화 공기를 생산 및 운송할 수 있음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제31권2호
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• pp.153-163
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• 2020

액체 수소는 기체 수소 부피의 약 1/800로 감소시킬 수 있어 동일 압력에서 기체 수소 대비 800배의 체적 에너지 밀도를 가지고 있고, 기체 수소에 비해 폭발 위험성이 낮고 수송이 용이하다는 장점이 있다. 하지만 수소 액화를 위해서는 대규모 시설투자가 필요하고, 단순 압축 저장방식에 비해 많은 에너지가 필요함으로써 경제성 문제가 수반된다. 따라서 에너지 절감형 수소액화공정 연구는 매우 중요하다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 수소 액화를 위한 주요 공정으로 헬륨/네온(몰 비 80 : 20) 냉동사이클을 선정하고 화학공정모사기 AVEVA 사의 PRO/II ver. 10.2를 이용하여 공정모사 및 에너지 사용량을 도출하였다. 수소 액화를 위해 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 경우, SMR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우, C3-MR+헬륨/네온 냉동사이클을 사용하는 경우 에너지 사용량을 상호 비교하였다. 그 결과 수소 1 kg을 액화하는데 소요되는 압축기 총 소요 동력은 각각 16.3, 7.03, 6.64 kWh이었다. 헬륨/네온 냉동사이클만을 사용하는 것보다 상용화되어 있는 SMR 공정이나 C3-MR 공정을 사용하여 예냉하는 경우 에너지를 크게 절감할 수 있는 것을 확인하였다.

• 플랜트 저널
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• 제15권2호
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• pp.46-55
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• 2019

기존 메탄 & 질소 팽창 사이클의 효율 개선을 위해 2개의 메탄 팽창 공정 (cold composite curve에 변곡점을 하나 더 추가하기 위해 warm & cold 2개 공정으로 나눔)과 1개의 질소 팽창 공정을 사용한 천연가스 액화 사이클을 소개하기 위한 논문이다. 이전 질소 팽창 사이클 및 메탄 & 질소 사이클과 비교했을 때, 13.92 및 13.13에서 12.08 kW/ton/day로 효율이 8~15% 정도 개선되었다. 순 현재가치(NPV) 기준으로 한 수명 주기 비용 분석(LCC analysis) 또한 약간의 CAPEX 증가는 있지만 프로젝트 순 현재가치가 개선된 결과를 보여준다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제34권1호
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• pp.46-52
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• 2010

본 논문에서는 천연가스 액화 플랜트 산업에서의 경쟁력 확보를 위한 핵심기술인 2단 압축 인터쿨러 방식을 적용한 액화공정에 대해 시뮬레이션을 수행하였다. 이 공정들은 기본 케스케이드 공정을 기초로 하였으며, 모든 공정에 2단 압축 방식을 적용하였다. 먼저 프로판, 에틸렌, 메탄 사이클에 각각 인터쿨러를 적용하였으며 성능 특성을 비교하였다. 모든 사이클에 인터쿨러를 적용한 공정의 COP가 13.7 ~ 20.5%로 가장 크게 증가하였고, LNG 단위 생산량 당 소요 에너지는 기본 케스케이드 공정에 비해 23.8% ~ 35%로 가장 크게 감소하였다.

• 한국가스학회지
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• 제5권3호
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• pp.23-28
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• 2001

LNG(액화 천연가스) 기지의 LNG 저장탱크로부터 자연적으로 발생되는 BOG(증발 천연가스)가 약 0.05 vol$\%$/day로 생성되므로, 이를 회수하기 위해서 혼합드럼 방식의 Condenser에 질량비로 LNG와 BOG를 11 : 1로 혼합시키므로서 $-159^{\circ}C$ LNG 냉열을 활용하여 액화 처리하는 공정이다. 이러한 방식의 공정은 단순하지만 에너지 측면에서 비효율적인 것으로 알려졌다. 따라서 본 연구에서는 새로운 열교환식 방식을 제시하고 공정해석 시뮬레이터인 ASPEN PLUS를 이용하여 공정을 비교 분석하여 타당성을 조사하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.856-856
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• 2009

석유 및 천연가스를 대체하는 자원으로 석탄이 유망하다고 전망하고 있다. 미국에서는 6대 파괴력이 있는 기술로 청정석탄기술이 선정되었고, 한국에서도 15대 그린에너지 중 하나인 청정연료에 석탄전환기술이 포함되어 전략로드맵이 작성되고 있다. 국내에서 추진되고 있는 석탄기술은 석탄가스화를 기반으로 하고 있다. 석탄가스화는 고체연료인 석탄을 $1000^{\circ}C$ 이상의 고온에서 산소와 반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 석탄을 가스화하면 석탄에 포함된 불순물을 쉽고 완벽하게 제거할 수 있으며 특히 CO2 제거를 값싸게 할 수 있어 청정화가 가능하다. 최근 고유가를 겪으면서 열량이 높은 고급탄의 확보가 어려워지면서 가격이 낮고 수급이 용이한 저급탄을 활용하는 기술의 수요가 발생되어 국내에서 기업을 중심으로 저급탄을 고효율로 가스화하는 기술 개발이 시도되고 있다. 정제된 석탄가스는 성분을 조절하여 촉매에 의해 메탄으로 전환시킬 수 있고, 이렇게 제조된 가스를 합성천연가스(SNG)라 한다. 값싼 저급탄을 사용하면 SNG를 천연가스보다 저렴하게 생산할 수 있다. 국내 기업이 SNG 제조 실증시설을 도입하고, 동시에 핵심기술인 SNG 합성반응공정을 개발하는 사업을 추진하고 있다. 석탄가스를 촉매반응에 의해 디젤 및 �F싸로 전환하는 석탄간접액화기술은 현재 남아공 Sasol사에서 상업적으로 운전되고 있는 기술이나 국내로의 기술이전이 거의 불가능하다. 철을 기반으로 하는 고유 촉매와 scale-up이 가능한 반응기가 핵심인 기술로 국내에서 세미-파일럿급 액화공정 기술개발이 진행중이다. 전세계적으로 석탄액화공장의 수요가 현재의 15만배럴/일에서 2030년 240만배럴/일로 증가한다고 예측된다. 따라서 200조원 이상의 플랜트 시장이 기대되며 국산 가스화, SNG 및 액화기술로 상당부분의 시장을 장악하고자 한다.