• 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.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
• /
• 제17권2호
• /
• pp.116-121
• /
• 2014

지열수를 온열원으로 사용하고, 해양심층수를 열침으로 사용하는 바이너리(binary) 지열 발전시스템은 기존 지열 발전시스템의 효율을 증대하기 위한 재열과정과 터빈출력을 향상시키기 위한 다단과정을 각각 또는 복합적으로 적용하여 다단재열재생사이클의 성능개선을 검토하였다. 사이클종류는 다단재열사이클(Multi Stage reheater cycle; MS), 다단재열재생사이클(Multi stage reheater regeneration cycle; MSR)이 있다. 작동유체는 R134a, R245fa를 적용하였으며 온열원의 온도가 $65^{\circ}C$, $75^{\circ}C$, $85^{\circ}C$ 열침은 $5^{\circ}C$를 적용하여 기본해석을 수행하였다. 본 논문에서는 온열원변화, 작동유체의 종류, 사이클의 종류에 따른 해양지열발전용 다단재열재생사이클의 출력 및 효율을 높이기 위한 해석을 수행하였다. 이를 열역학적 사이클로 모사하기 위한 상용 프로그램인 Aspen HYSYS(V8.0)를 이용하여 해석을 진행 하였다. 작동유체는 R245fa가 R134a보다 우수한 성능을 보였으며, 온열원의 변화와 각각의 사이클 종류에 따라 적절한 작동유체가 있음을 확인 할 수 있었다. 사이클의 출력 및 효율은 각각 MS사이클과 MSR사이클에서 좋은 성능을 나타냈다.

• 한국유체기계학회 논문집
• /
• 제19권3호
• /
• pp.14-18
• /
• 2016

The power generation system using cold energy, which evolves in a large amount during the vaporization process of the liquefied natural gas, was designed in favor of the Rankine cycle with a mixed refrigerant as the working fluid. In this study it is intended to identify the allowable limits of the working fluid composition in respect of equipment safety in the Rankine cycle-type power generation system driven by the cold energy. The thermodynamic properties of the working fluid, which is a hydrocarbon mixture, were calculated with the Peng-Robinson model. In the steady state simulation of the power generation system by using a commercial tool Aspen HYSYS, the feed conditions of LNG Test Bed Train No.1 along with some necessary assumptions were incorporated. The results indicated that deterioration of the mechanical performance of the equipment as well as its safety would be brought about if contents of $C_2H_6$ and $C_3H_8$ in the mixture become, respectively, too high or too low.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제23권1호
• /
• pp.73-82
• /
• 2012

A 2-dimensional heterogeneous reactor model was developed and simulated for a tube reactor of packed bed where the steam-$CO_2$ combined reforming reaction of natural gas proceeded to produce synthesis gas. Under the reactor feeding rate, 45 $Nm^3$/h, of the reactant gas stream, the 2-dimensional heterogeneous reactor model showed the similar results to those from the ASPEN simulator although there were some discrepancies between the two in the temperature and the $H_2$/CO ratio of the reformed gas at the reactor exit. The calculated enthalpy difference between the reformed gas at the reactor exit and the reactant gas fed to the reactor was closely correspondent to the total amount of heat transferred to the reactor interior from the furnace. This supports that the 2-dimensional heterogeneous reactor model was reasonably established and the numerical solution was properly obtained.

• Nuclear Engineering and Technology
• /
• 제52권2호
• /
• pp.279-286
• /
• 2020

In this article, we develop a reactive distillation (RD) column configuration for the production of hydrogen. This RD column is in the HI decomposition section of the sulphur - iodine (SI) thermochemical cycle, in which HI decomposition and H₂ separation take place simultaneously. The section plays a major role in high hydrogen production efficiency (that depends on reaction conversion and separation efficiency) of the SI cycle. In the column simulation, the rigorous thermodynamic phase equilibrium and reaction kinetic model are used. The tuning parameters involved in phase equilibrium model are dependent on interactive components and system temperature. For kinetic model, parameter values are adopted from the Aspen flowsheet simulator. Interestingly, there is no side reaction (e.g., solvation reaction, electrolyte decomposition and polyiodide formation) considered aiming to make the proposed model simple that leads to a challenging prediction. The process parameters are determined on the basis of optimal hydrogen production as reflux ratio = 0.87, total number of stages = 19 and feeding point at 8th stage. With this, the column operates at a reasonably low pressure (i.e., 8 bar) and produces hydrogen in the distillate with a desired composition (H₂ = 9.18 mol%, H₂O = 88.27 mol% and HI = 2.54 mol%). Finally, the results are compared with other model simulations. It is observed that the proposed scheme leads to consume a reasonably low energy requirement of 327 MJ/kmol of H₂.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제27권6호
• /
• pp.839-845
• /
• 2021

본 연구에서는 CO₂ 가스 배출 저감 및 선박 폐열 회수 증대를 목적으로 선박 배기로 버려지는 폐열을 전기로 변환하는 ORC(Organic Rankine Cycle) 발전에 대해 시뮬레이션을 통한 냉매별 효율을 보여주고 있다. 상대적으로 고온인 배기가스의 폐열과 상대적으로 저온인 냉각해수를 이용하여 Aspen HYSYS 11을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였다. 해수냉각 ORC 발전시스템의 시뮬레이션 결과, 작동유체 효율은 R717 냉매가 2.86 %로 가장 높았고, 다음 순으로 R152a, R134a, R143a, R125a로 나타났다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제5권3호
• /
• pp.173-179
• /
• 2019

심랭식 공기분리공정은 공기를 액화시켜 질소와 산소, 아르곤 등 다양한 산업가스를 생산하며, 가스생산조건(순도, 종류)에 따라 공정 또한 달라진다. 그 중 SNG 플랜트 공급용 공기분리공정은 99.5% 이상의 초고순도 산소 생산을 요구하기 때문에 공정의 효율이 타 공기분리공정에 비해 떨어지며, 공정효율을 낮추는 요인에는 공기압축에 의한 소모동력이 대표적이다. 본 연구에서는 SNG 플랜트에 적용하는 공기분리공정의 에너지 효율 향상을 위하여 소모동력과 관련된 공기 압축 설비의 민감도 분석을 수행하였다. 민감도 분석을 위해 ASPEN PLUS를 이용해 공기분리공정을 모사하였다. 모사 결과, 99.5% 이상의 산소 18.21 kg/s를 생산하였으며, 33.26 MW의 동력이 소모되었다. 모사된 공정 중 공기압축설비는 주 압축기 1대와 2대의 재 압축기가 있으며, 2대의 재압축기에서의 공기압축비 변화에 따른 고압질소, 저압산소, 저압질소의 유량과 순도에 대한 영향과 공정 내 소모동력 변화에 대해 분석하였다. 분석 결과, 99.5% 산소, 99% 질소(고압), 90% 질소(저압)를 생산하기 위한 최적의 운전조건은 재압축비가 각각 0.48, 0.50가 되었으며, 재압축비 조정 후 $0.507kWh/O_2kg$에서 $0.473kWh/O_2kg$으로 소모동력도 약 7%가량 줄었음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제40권12호
• /
• pp.761-768
• /
• 2016

분리막을 이용한 탄화수소계 가스의 종 분리는 화학적 방법에 비해 공정 구성이 용이하고, 유지 보수가 쉬우며 또 경제성이 우수하다. 분리막 기술의 발전과 함께 다양한 응용이 가능하지만, 이를 위한 체계적인 공정 연구를 위한 해석 방법은 다양하지 않다. 본 연구에서는 상용 프로그램에서 제공하는 유저 루틴을 이용해 분리막의 공정 해석을 하기 위한 분리막 물질 전달 모델을 개발하였다. 모델 개발에서는 집중용량법, 다중 셀 기법, 그리고 차분형 모델링 기법을 비교하여 각각의 특징을 분석하였으며, 확장성과 정밀도가 우수한 차분형 모델링 기법을 최종 모델로 선정하였다. 선정모델을 이용해 분리막의 가스 투과율에 영향을 주는 인자인 투과율, 투과면적, 양단 압력차, 투과 유량 등에 대한 기초 해석을 수행하였다. 이를 통해 압력비가 높아지게 되면 투과율은 점진적으로 향상되지만, 실제 선택도는 압력비 상승에 대해 최적점이 존재함을 알 수 있으며, 투과율도 최적점이 존재하였다.

• 한국초전도ㆍ저온공학회논문지
• /
• 제22권3호
• /
• pp.20-24
• /
• 2020

The purpose of this analytic study is to design and examine an efficient hydrogen liquefaction cycle by using a pre-cooler. The liquefaction cycle is primarily comprised of a pre-cooler and a refrigerator. The fed hydrogen gas is cooled down from ambient temperature (300 K) to the pre-cooling coolant temperature (either 77 K or 120 K approximately) through the pre-cooler. There are two pre-cooling methods: a single pre-coolant pre-cooler and a cascade pre-cooler which uses two levels of pre-coolants. After heat exchanging with the pre-cooler, the hydrogen gas is further cooled and finally liquefied through the refrigerator. The working fluids of the potential pre-cooling cycle are selected as liquid nitrogen and liquefied natural gas. A commercial software Aspen HYSYS is utilized to perform the numerical simulation of the proposed liquefaction cycle. Efficiency is compared with respect to the various conditions of the heat exchanging part of the pre-cooler. The analysis results show that the cascade method is more efficient, and the heat exchanging part of the pre-coolers should have specific UA ratios to maximize both spatial and energy efficiencies. This paper presents the quantitative performance of the pre-cooler in the hydrogen liquefaction cycle in detail, which shall be useful for designing an energy-efficient liquefaction system.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제21권5호
• /
• pp.425-434
• /
• 2010

Integrated gasification combined cycle (IGCC) is an efficient and environment-friendly power generation system which is capable of burning low-ranked coals and other renewable resources such as biofuels, petcokes and residues. In this study some process modeling on a conceptual entrained flow gasifier was conducted using the ASPEN Plus process simulator. This model is composed of three major steps; initial coal pyrolysis, combustion of volatile components, and gasification of char particles. One of the purposes of this study is to develop an effective and versatile simulation model applicable to numerous configurations of coal gasification systems. Our model does not depend on the hypothesis of chemical equilibrium as it can trace the exact reaction kinetics and incorporate the residence time calculation of solid particles in the reactors. Comparisons with previously reported models and experimental results also showed that the predictions by our model were pretty reasonable in estimating the products and the conditions of gasification processes. Verification of the accuracy of our model was mainly based upon how closely it predicts the syngas composition in the gasifier outlet. Lastly the effects of change oxygen are studied by sensitivity analysis using the developed model.