• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.602-605
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• 2008

$CO_2$ 분리는 크게 연소전 탈탄소화(pre-combustion capture)와 연소후 포획(post-combustion capture)으로 나누어지는데, post-combustion capture는 연료가 연소하면 $N_2$와 $CO_2$가 남게 되고 흡수나, 흡착, 막분리 등을 이용해서 $CO_2$를 분리하는 것이고, Pre-combustion capture(연소전 회수)는 연소 전에 이산화탄소가 발생되지 않도록 하는 기술로써, 부분 산화나 개질 및 수성가스 변위반응 등이 포함되며 생성된 수소와 이산화탄소를 분리하여 수소를 생산하는 기술($CO_2/H_2$ 분리가 핵심)이다. 우리나라는 대부분 연소 후 포획 위주로 많은 연구가 진행되어 왔지만, 최근 고유가 시장이 형성되면서 석탄화력발전 및 복합가스발전(IGCC)에 필요한 연소전 탈탄소화($H_2/CO_2$ 가스로부터 $CO_2$ 회수) 연구에 산업적 관심이 급상승 되고 있다. 특히, Pre-combustion 과정에서는 높은 자체압력(약 2.5 - 5.0MPa)과 비교적 높은 농도의 $CO_2$(약 40%의)가 발생되기 때문에, 연소전 탈탄소화는 가스하이드레이트 형성/분해 원리가 가장 잘 적용될 수 있는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 비교적 저압 조건에서도 하이드레이트를 보다 쉽게 형성시키는 촉진제를 이용하여 $CO_2/H_2$ 혼합 가스 중 $CO_2$를 분리하는 실험을 수행하였다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.17 no.1
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• pp.21-27
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• 2016

Global warming due to greenhouse gas emissions is considered as a major problem worldwide, and many countries are making great efforts to reduce carbon dioxide emissions. Many technologies in post-combustion, pre-combustion and oxy-fuel combustion $CO_2$ capture have been developed. Among them, a hybrid pre-combustion $CO_2$ capture system of a water gas shift (WGS) reactor and a membrane gas separation unit was investigated. The 2 stage WGS reactor integrated high temperature shift (HTS) with a low temperature shift (LTS) was used to obtain a higher CO conversion rate. A Pd/Cu dense metal membrane was used to separate $H_2$ from $CO_2$ selectively. The performance of the hybrid system in terms of CO conversion and $H_2$ separation was evaluated using a 65% CO, 30 % $H_2$ and 5% $CO_2$ gas mixture for applications to pre-combustion $CO_2$ capture. The experiments were carried out over the range of WGS temperatures ($200-400^{\circ}C$), WGS pressures (0-20bar), Steam/Carbon (S/C) ratios (2.5-5) in a feed gas flow rate of 1 L/min. A very high CO conversion rate of 99.5% was achieved with the HTS-LTS 2 stage water gas shift reactor, and 83% $CO_2$ was concentrated in the retentate using the Pd/Cu membrane.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.18 no.12
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• pp.650-654
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• 2008

The emission of carbon dioxide from the burning of fossil fuels has been identified as a major contributor to green house emissions and subsequent global warming and climate changes. For these reasons, it is necessary to separate and recover $CO_2$ gas. A new process based on gas hydrate crystallization is proposed for the $CO_2$ separation/recovery of the gas mixture. In this study, gas hydrate from $CO_2/H_2$ gas mixtures was formed in a semi-batch stirred vessel at a constant pressure and temperature. This mixture is of interest to $CO_2$ separation and recovery in Integrated Coal Gasification (IGCC) plants. The impact of tetrahydrofuran (THF) on hydrate formation from the $CO_2/H_2$ was observed. The addition of THF not only reduced the equilibrium formation conditions significantly but also helped ease the formation of hydrates. This study illustrates the concept and provides the basic operations of the separation/recovery of $CO_2$ (pre-combustion capture) from a fuel gas ($CO_2/H_2$) mixture.

• Journal of the KSME
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• v.50 no.9
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• pp.34-38
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• 2010

$CO_2$ 포집기술은 크게 연소 후 포집(Post-Combustion Capture), 연소 중 포집기술인 순산소 연소(Oxy-Fuel Combustion) 및 연소 전 포집(Pre-Combustion)으로 구분되며, 이 글에서는 기존의 공기연소 대신에 산소만으로 연소하여 배가스 중의 수분을 응축 제거함으로써 $CO_2$를 포집하는 순산소 기술의 국내 외 개발현황 등을 소개한다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• v.2 no.2
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• pp.143-165
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• 2016

The amount of greenhouse gas emission reduction based on INDCs (Intended Nationally Determined Contributions) submitted to UN by each party is not sufficient to achieve the Paris Agreement's aim to "hold the increase in the global average temperature to well below $2^{\circ}C$ above pre-industrial levels and to pursue efforts to limit the temperature increase to $1.5^{\circ}C$" which was determined in the $21^{st}$ Conference of the Parties to the UNFCCC (COP 21). Accordingly, the emission reduction target of each party will be revised for the $2^{\circ}C$ goal. Among the several options to reduce the carbon emission, CCS (Carbon Capture and Storage) is a key option to curb $CO_2$ emissions from large emission sources such as fossil-based power plants, cement plants, and steel production plants. A large scale CCS demonstration projects utilizing $1^{st}$ generation $CO_2$ capture technologies are under way around the world. It is anticipated, however, that the deployment of those $1^{st}$ generation $CO_2$ capture technologies in great numbers without government support will be difficult due to the high capture cost and considerable increase of cost of electricity. To reduce the carbon capture cost, $2^{nd}$ and $3^{rd}$ generation technologies are under development in a pilot or a bench scale. In this paper, current status of large scale CCS demonstration projects and the $2^{nd}$ and $3^{rd}$ generation capture technologies are summarized. Novel capture technologies on wet scrubbing, dry sorbent, and oxygen combustion are explained in detail for all capture areas: post-combustion capture, pre-combustion capture, and new combustion technologies.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.10a
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• pp.242-245
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• 2008

In the power generation industry, various efforts are needed to cope with tightening regulation on carbon dioxide emission. Integrated gasification combined cycle (IGCC) is a relatively environment friendly power generation method using coal. Moreover, pre-combustion $CO_2$ removal is possible in the IGCC system. Therefore, much effort is being made to develop advanced IGCC systems. However, removal of $CO_2$ may affect the system performance and operation through reduction of fuel gas supplied to the gas turbine. This study predicts system performance change due to $CO_2$ capture by pre-combustion process from the normal IGCC performance without $CO_2$ capture and presents results of design parametric analysis.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.24 no.5
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• pp.428-436
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• 2013

Attrition characteristics of $CO_2$ absorbents for pre-combustion $CO_2$ capture were investigated to check attrition loss of those absorbents and to determine solid circulation direction and the better $CO_2$ absorbent. The cumulative attrition losses of two absorbents increased with increasing time. However, attrition loss under a humidified condition was lower than that under a non-humidified condition case. Between two absorbents, attrition loss of PKM1-SU absorbent was higher than that of P4-600 absorbent. The average particle sizes of the attrited particles were less than $2.5{\mu}m$ for two absorbents under a non-humidified condition case, and therefore, we could conclude that the main mechanism of attrition for two absorbents is not fragmentation but abrasion. Based on the results from the test for the effect of humidity on the attrition loss, we selected solid circulation direction from SEWGS reactor to regeneration reactor because the SEWGS reactor contains more water vapor than regeneration reactor. Attrition loss and make-up rate of two absorbents were compared based on the results from $CO_2$ sorption capacity tests and attrition tests. Required make-up rate of P4-600 absorbent was lower than that of PKM1-SU absorbent. However, more detail investigation on the optimum regeneration temperature, manufacturing cost, solid circulation rate, regeneration rate, and long-term sorption capacity should be considered to select the best $CO_2$ absorbent.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.153.2-153.2
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• 2010

화력발전 분야에서 $CO_2$ 분리는 크게 연소전 탈탄소화(pre-combustion capture)와 연소후 포획(post-combustion capture)으로 나누어진다, 연소후 포획은 연료를 연소한 후 발생하는 $CO_2$와 $N_2$가스에서 $CO_2$를 분리하는 기술로 흡수나, 흡착, 막분리 등을 주로 이용한다, 연소전 탈탄소화는 연소 전에 $CO_2$가 발생되지 않도록 하는 기술로써, 부분 산화나 개질 및 수성가스 변위반응 등이 포함되며 생성된 $H_2$와 $CO_2$를 분리하여 수소를 생산하는 기술($CO_2/H_2$분리가 핵심)이다. 우리나라는 대부분 연소후 포획 위주로 많은 연구가 진행되어 왔다, 하지만 최근 고유가 시장이 형성되면서 석탄화력 발전 및 복합가스발전(IGCC)에 필요한 연소전 탈탄소화($H_2/CO_2$ 가스로부터 $CO_2$ 회수) 연구에 산업적 관심이 급상승되고 있다. 특히, 연소전 탈탄소화 과정에서는 높은 자체압력(약 2.5 - 5.0MPa)과 비교적 높은 농도의 $CO_2$(약 40%의)가 발생되기 때문에, 연소전 탈탄소화는 가스하이드레이트 형성/분해 원리가 가장 잘 적용될 수 있는 기술이라 할 수 있다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)와 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 각각 0.5, 1, 3mol% 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다. 이러한 연구는 연소전 탈탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.27 no.5
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• pp.571-580
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• 2016

In this paper, performance of the gas turbine combined cycle(GTCC) using pre-combustion carbon capture technology was comparatively analysed. Steam reforming and autothermal reforming were used. In the latter, two different methods were adopted to supply oxygen for the reforming process. One is to extract air form gas turbine compressor (air blowing) and the other is to supply oxygen directly from air separation unit ($O_2$ blowing). To separate $CO_2$ from the reformed gas, the chemical absorption system using MEA solution was used. The net cycle efficiency of the system adopting $O_2$ blown autothermal reforming was higher than the other two systems. The system using air blown autothermal reforming exhibited the largest net cycle power output. In addition to the performance analysis, the influence of fuel reforming and carbon capture on the operating condition of the gas turbine and the necessity of turbine re-design were investigated.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.698-698
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• 2009

화력발전이 많은 비중을 차지하는 전력생산 산업은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 증가하는 전력 수요 뿐 만 아니라 다가오는 기후변화협약에 대응하기 위하여 $CO_2$ 회수 및 공정 개선에 관한 연구가 많이 수행되고 있다. 특히 현재 연구되고 있는 전력분야의 대표적인 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion capture), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 구분된다. 이중 연소전 탈탄소화 기술은 석탄가스화복합발전(IGCC) 기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법으로 가스화 된 석탄가스에 Water-Gas Shift 반응과, $CO_2$ 분리로 얻어진 탈 탄소 연료를 통해서 전력을 생산한다. 이 기술의 핵심은 생성된 $CO_2/H_2$ 복합가스로부터 $CO_2$를 분리하는 공정으로 차세대 회수 기술로는 Membrance Reactor, SOFC, Oxygen Ion Transfer Membrane(OTM), 그리고 가스 하이드레이트가 있다. 이중 가스 하이드레이트는 $CO_2$의 회수 뿐 만 아니라 처리 기술에도 적용 가능하지만 우리나라에는 이에 관한 기술이 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 THF(Tetrahydrofuran)를 첨가하여 THF 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 이러한 연구는 연소전 탄소화 기술에서의 $CO_2$ 회수 분리에 대한 핵심 연구임과 동시에 탄소배출권 규제에 실질적인 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.