• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.107.1-107.1
• /
• 2010

고체 흡수제를 이용한 석탄합성가스 중의 황제거 기술은 습식 스크러빙 방식에 비해 고온에서 운전가능하므로 석탄가스화복합발전의 효율 향상을 가져올 수 있다. 고체탈황제는 서로 연결된 두 개의 유동층 반응기를 순환하면서 흡수탑에서는 합성가스 중의 $H_2S$로부터 황을 흡수하고 재생탑에서는 공기 중의 산소와 흡수된 황이 반응하여 $SO_2$를 배출하고 재생된다. 따라서 고체 황 흡수제는 유동층 공정에 응용가능한 물성과 함께 높은 황흡수능과 빠른 반응성이 요구된다. 본 연구에서는 기존 개발된 고체 탈황제가 가졌던 소성시 수축 현상, 낮은 내마모도 등을 개선하기 위해 지지체 조성을 변경하여 개발한 분무성형 탈황제의 흡수 재생 온도에 따른 황흡수 특성 변화를 조사하였다. $H_2S$ 1 vol. %를 함유한 모사 합성가스를 이용하여 흡수온도 450, $500^{\circ}C$, 재생온도 500, 550, 600, $650^{\circ}C$에서 황 흡수능을 열중량분석기를 이용하여 측정하였다. 개발된 흡수제는 유동층 공정 적용에 적합한 훌륭한 물성(형상, 밀도, 강도 등)과 함께 $500^{\circ}C$ 흡수와 $650^{\circ}C$ 재생을 기준으로 10 wt% 이상의 높은 황흡수능을 보여주었다. 흡수온도 변화는 황 흡수능 변화에 큰 영향을 미치지 않았으나, 재생온도가 $600^{\circ}C$ 이하인 경우 황흡수능이 5 wt% 이하로 크게 떨어져 재생온도를 $650^{\circ}C$ 이상 유지시키는 것이 중요함을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권6호
• /
• pp.1002-1007
• /
• 2012

에너지 수요의 지속적인 증가는 화석 연료의 사용을 통해 상당한 부분이 충족되고 있으며 이로 인한 이산화탄소의 배출은 지구온난화의 주요 원인으로 인식되고 있다. 대규모 발생원으로부터 이산화탄소를 포집하기 위한 방안의 하나로 흡수 공정이 적용되고 있으며, 흡수제의 흡수 및 재생으로 구성된 연속 순환 공정 특성상 흡수제의 특성뿐만 아니라 흡수 재생 운전 조건은 전체 공정 성능에 매우 중요한 부분을 차지한다. 이러한 최적의 운전 조건은 실제로 운전되고 있는 공정에서 찾아내는 것이 최선이라 할 수 있으나, 이를 위해 실제 상용 공정의 운전 변수를 임의로 변경하는 것은 공정 안정성 측면에서 현실적으로 불가능한 경우가 많다. 따라서 본 논문에서는 이러한 현실적인 제약을 극복하고자 흡수제의 기-액 상평형에 대한 이론적인 접근법을 적용하였다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 이용한 $CO_2$ 흡수 공정에서 최적 흡수 재생 조건 파악에 적용된 이론적인 접근법을 20 wt% Monoethanl amine (MEA) 수용액에 적용하여 흡수제의 최적 재생 조건을 예측하였다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 $CO_2$ 흡수 재생 공정에 사용할 경우, 재생 공정으로 공급하는 흡수액의 $CO_2$ 부하(loading)를 0.4 이하로 유지하는 것이 필요한 반면, 20 wt% MEA 수용액을 사용하는 경우에는 재생 공정으로 공급되는 흡수액의 $CO_2$ 부하에 대한 제한이 필요 없음을 알 수 있었다. 최적 재생 온도는 이론적 접근법을 이용해서 재생 공정으로 공급되는 흡수액의 $CO_2$ 부하에 따라 결정할 수 있으며, 재생된 흡수액의 $CO_2$ 부하는 흡수 공정에서 필요한 $CO_2$ 흡수량에 따라 결정되고 이를 기준으로 최적 재생 온도에 해당하는 열원의 공급량을 결정할 수 있게 된다. 12 wt% $NH_3$ 수용액을 이용한 실험실 규모의 연속 $CO_2$ 흡수 재생 실험에서 최적 재생 조건을 비교적 정확하게 예측할 수 있었던 이론적 접근법을 20 wt% MEA 수용액에 적용하여 최적 재생 조건 예측에 적용할 수 있음을 확인하였고, 실제 화학흡수제를 이용한 $CO_2$의 흡수 재생 공정의 설계 및 운전에 사용할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.110.2-110.2
• /
• 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.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제34권4호
• /
• pp.947-953
• /
• 2017

본 연구에서는 이산화탄소 흡수/재생 공정에 효율적으로 적용할 수 있는 아미노산염 흡수제의 연속재생을 통해 재생효율을 확인하였다. 재생효율은 공정적용에 있어 경제성에 큰 영향을 끼치는 인자로, 보다 경제성 있는 이산화탄소 흡수/재생 공정 확립을 위해 연속재생 실험을 진행하였다. 실험에 사용한 아미노산염은 Potassium L-lysinate와 Potassium L-alaninate이며, 각 아미노산과 Potassium hydroxide(KOH)를 1:2 몰비로 혼합하여 사용하였다. 흡수제의 재생 효율을 확인하기 위해 두 물질에 이산화탄소를 충분히 흡수시킨 후 가열을 통해 이산화탄소 탈리실험을 진행하였다. 반응초기에는 L-alanine의 반응속도가 빠르게 이루어졌으나, 시간이 지남에 따라 흡수량이 보다 큰 L-lysine이 높은 농도의 이산화탄소를 배출하였다. 두 물질의 재생효율을 비교하였을 때, L-alanine은 47.26%, L-lysine은 62.11%로 L-lysine이 더 높은 재생효율을 나타내었다. 흡수량 및 재생효율이 좋은 L-lysine을 이용한 연속재생 실험결과, 재생횟수가 증가함에 따라 재생효율이 감소하는 것을 확인 할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제48권2호
• /
• pp.253-258
• /
• 2010

암모니아수를 이용한 이산화탄소 흡수분리공정에서 흡수액의 재생조건(온도, 압력)이 이산화탄소 흡수성능에 미치는 영향을 조사하였다. 실험에 사용된 흡수액은 탄산암모늄($(NH_4)_2CO_3$)을 물에 용해시키어 $CO_2$ 로딩($mol\;CO_2/mol\;NH_3$)이 0.5, 용액 내의 암모니아수 농도가 14, 20, 26 및 32 wt%로 되도록 제조하였고, 이산화탄소의 흡수에 앞서 재생압력(6~18 bar)을 조절하면서 $120{\sim}160^{\circ}C$의 온도범위로 제조된 흡수액을 가열하여 재생하였다. 재생된 흡수액을 기포 반응기에 넣고 12 vol%의 $CO_2$를 함유한 기체를 주입하여 흡수반응을 수행하였다. 실험결과 26 wt%의 암모니아수가 대체적으로 $CO_2$ 흡수량이 높았으며, 특히 재생온도가 $150^{\circ}C$, 재생압력이 14 bar일 때의 $CO_2$ 흡수량은 본 연구의 실험조건에서 $45ml\;CO_2/g$ solution으로 가장 높은 값을 보였다. 적정을 통해 재생된 용액을 분석한 결과 재생압력이 높아질수록 암모니아 손실량은 감소하고, 재생온도가 높아질수록 암모니아 손실량이 증가하였다. 또한 암모니아 농도증가에 따라 암모니아 손실량이 비례적으로 증가하였다. Electrolyte NRTL 모델을 사용하여 Aspen Plus에 적용한 결과 실험 데이터와 거의 일치함을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제53권3호
• /
• pp.333-338
• /
• 2015

본 연구에서는 재생가스조성에 따른 건식 흡수제의 재생률, $CO_2$ 흡수능 그리고 응집 특성에 관한 연구를 실시하였다. 실험은 내경 0.05 m, 높이 0.8 m이며 석영으로 제작된 회분식 기포 유동층 반응기에서 수행되었으며 흡수제는 연속공정의 흡수반응기 후단에서 채취한 입자를 사용하였다. 반응성에 관한 연구는 재생반응 유동화 기체의 조성을 $CO_2$, $H_2O$, $N_2$의 농도를 다양하게 변화시키며 수행하였다. 실험결과 재생온도가 증가함에 따라 흡수반응 동안의 흡수능이 증가하는 경향을 나타내었으며 재생기체에 포함된 수분의 함량이 증가함에 따라 흡수능이 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 재생반응기체로 $N_2$ 100%를 사용한 경우 흡수반응 동안의 흡수능이 가장 높게 나타났으며, ($H_2O+N_2$)를 사용한 경우, $CO_2$ 100%를 사용한 경우, ($H_2O+CO_2$)를 사용한 경우 순으로 흡수능이 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 응집특성에 관한 연구는 흡수제의 입자크기 변화와 흡수반응기체에 포함된 수분의 농도가 응집에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험결과 수분함량이 높고 입자크기가 작을수록 응집입자가 많이 생성되는 것으로 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제22권3호
• /
• pp.763-769
• /
• 2021

본 연구는 지구 온난화 현상의 주원인인 이산화탄소의 제거를 목적으로 최근에 주목 받고 있는 물질인 이온성액체를 실험실 규모로 제조하였다. 음이온이 Sulfite계인 이온성 액체의 이산화탄소 흡수능, 초기흡수속도 그리고 재생성을 조사하기 위하여 기-액 흡수평형장치를 이용하여 연구하였다. 그 결과 음이온이 Sulfite계인 이온성액체 중 높은 흡수능을 갖는 이온성액체는 음이온이 ethyl sulfite인 경우이며, 특히 [beim] ethyl sulfite의 경우 흡수평형압력이 22 bar인 조건에서의 흡수력은 1.1 mol CO2/mol IL로 가장 높은 흡수력을 나타냈다. 재생성 연구에서 음이온이 Sulfite계인 이온성액체는 모두 재생후의 흡수력이 약 7%정도 감소하였으며, 이로부터 재생성이 우수함을 알 수 있다. 점도 감소를 목적으로 두 종류의 희석제를 첨가하였을 때 희석제는 단지 이온성액체의 흡수력을 감소시키는 희석효과로 작용하였으며 희석제 첨가에 따른 흡수력의 증가는 없었다. 흡수실험에 따른 점도변화의 정도를 조사하기 위해 흡수반응 전과 흡수 실험 후 재생한 시료의 점도를 측정하였으며, 실험결과 흡수실험 후 시료의 점도가 흡수실험 전보다 약 8% 정도 감소하는 경향을 보였다. 그러나 흡수제 합성은 1단계에서 이루어지며 사용되는 원료물질 또한 저렴한 장점이 있으며 흡수능에서는 우수한 재생성과 높은 안정성을 가지고 있음을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.111.1-111.1
• /
• 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.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
• /
• 한국산학기술학회 2010년도 춘계학술발표논문집 2부
• /
• pp.1119-1122
• /
• 2010

본 논문에서는 상용 이온성 액체를 대체하기 위해 손쉽게 구입할 수 있는 원료물질을 사용하여 이온성 액체를 실험실 규모로 제조한 후 고압 연소전 조건에서 이산화탄소의 용해도 및 재생력을 측정하기 위해 기-액 흡수평형장치를 이용하여 연구하였다. [eeim]ethyl sulfite를 제조하여 흡수실험을 실시한 결과 흡수평형압력이 25bar의 조건에서 0.72 mol $CO_2$ /mol IL의 흡수력을 보였으며, 재생성능은 탈착 전후의 흡수력 차이가 약 9%로 우수한 편이었다. 희석제를 첨가하였을 경우 흡수력은 약 38% 감소하였으나, 합성단계가 간단하며 원료물질이 저렴한 장점을 가지고 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제47권3호
• /
• pp.349-354
• /
• 2009

본 연구에서는 전력연구원으로부터 공급받은 K-계열 건식흡수제를 이용하여 회분식 기포유동층 반응기에서 흡수-재생 반복실험을 통한 $H_2O$ 주입농도 및 재생온도에 따른 반응 특성을 살펴보았다. K-계열 건식흡수제는 $CO_2$ 흡수를 위한 탄산칼륨과 내마모성과 기계적 강도를 위한 지지체로 구성되어 있다. 흡수반응과 재생반응 특성을 살펴보기 위해 처음 한 시간 동안 흡수반응을 수행하고 다음 한 시간 동안 재생반응을 수행하는 과정을 3차례 반복하여 실험하였다. $H_2O$ 농도의 영향을 파악하기 위해서 흡수반응은 $70^{\circ}C$에서 $H_2O$ 농도를 7.3, 12.2, 19.7, 30.8%로 변화하여 실험을 수행하였으며 재생반응은 $N_2$ 기체를 유동화기체로 사용하여 $150^{\circ}C$에서 수행하였다. 재생온도의 영향을 파악하기 위해서는 흡수반응에서의 $H_2O$ 농도를 12.2%에 고정한 상태에서 재생온도를 150, 200, 300, $400^{\circ}C$로 변화하여 실험을 수행하였다. 수분 함량이 $1.97\;mol\;H_2O/mol\;CO_2$인 경우 흡수반응에서 흡수율이 가장 우수함을 확인하였다. 또한 재생온도가 $400^{\circ}C$에서 가장 높은 재생율을 보이는 것을 확인하였다. 재생온도가 $150^{\circ}C$에서 재생율은 대략 60% 정도였으며 실제 두개의 유동층 반응기를 가진 연속장치의 경우 부분적인 재생을 유지하면서 운전이 수행되기 때문에 재생온도는 $150^{\circ}C$ 이상이면 적절하다고 판단된다. 실제 연속운전에서는 적절한 고체순환량을 결정하는 고체이용율과 재생에너지를 결정하는 재생온도 사이에 절충점이 존재하며 본 실험에서 얻은 데이터가 연속장치의 설계와 운전에 중요한 기초자료가 될 것이다.