• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.71.2-71.2
• /
• 2011

300MW 급 태안 IGCC 가스화 플랜트 및 기존 발전소에 CCS 를 설치할 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 CCS 모델링을 수행하였다. CCS Case Studies 는 플랜트 운전부하에 따른 $CO_2$ 제거율, $H_2S$ 제거율, 소모동력 범위 등 플랜트 성능을 예측할 수 있다. Case Studies 결과를 활용하여 설계된 CCS 설비 용량이 운전범위에 적합한지를 판단할 수 있고 과잉 설계되었을 경우 플랜트 건설비를 절감할 수 있다. IGCC 가스화 플랜트에서 생산되는 합성가스의 $CO_2$ 분압, 목표 $CO_2$ 제거율, 경제성을 기준으로 적합한 CCS 공정을 판단한 결과 Selexol 공정이 선정되었다. Selexol 공정은 고압, 고농도의 산성가스 제거에 적합하며 다른 물리적 용매인 Rectisol 공정에 비해 건설비용이 경제적이고 화학 흡수제인 아민과 비교하여 운전 온도 범위가 넓다. CO, $H_2O$ 를 $CO_2$, $H_2$ 로 전환하는 Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정은 Co/Mo 촉매 반응기로 구성되었고 Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum 로 구성되었다. WGSR+Selexol 모델링은 Wet Scrubber 후단의 합성가스 (40.5 bar, $136{\sim}139^{\circ}C$) 를 대상으로 하였다. WGSR+Selexol 공정 운전 조건 변화 [Process Design Case(PDC), Equipment Design Case(EDC), Turndown Design Case(TDC)] 에 따른 플랜트 모델링 결과를 비교분석 하였다. 주요 분석 내용은 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 전환 효율, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거 효율, $H_2S$ 제거 효율이다. 모델링 결과 WGSR 설비에서의 CO 의 $CO_2$ 로의 전환율 99.1% 이상, Selexol 설비에서 $CO_2$ 제거율은 91.6% 이상, $H_2S$ 제거율 100%이었다. CCS 설비 설치에 따른 플랜트 성능 영향을 분석하기 위해서 CCS 설비의 Chiller, Compressor, Pump 소비동력을 계산하였다. 모델링 결과 Chiller 는 2.6~8.5 MWth, Compressor 는 3.0~9.6 MWe, Pump 는 1.4~3.0 MWe 범위 이었다. 플랜트 로드가 50%인 TDC 소모동력은 플랜트 로드가 100%인 PDC 소모동력의 절반 수준이었다. 합성가스를 WGS+Selexol 공정을 통해 수소가스로 전환시키면 가스터빈 연료가스의 Lower Heating Value (LHV) 값이 평균 11.5% 감소하였다.

• 청정기술
• /
• 제23권3호
• /
• pp.237-247
• /
• 2017

Dimethyl Ether (DME) 합성 및 분리공정에서 8% 이상의 $CO_2$가 DME 합성반응기로 유입되면 DME 생산성이 저하되는 문제가 발생된다. 따라서 본 연구에서는 DME 합성기로 유입되는 $CO_2$ 제거를 위한 방법으로 물리적 흡수제를 이용한 대표적인 세 가지 공정에 대해 전산모사를 통해 에너지 소모량을 서로비교 하였다. 비교 대상으로 선정한 공정으로는 메탄올을 사용하는 Rectisol$^{(R)}$ 공정, 폴리에틸렌글리콜 디메틸에테르(dimethyl ethers of polyethylene glycol, DEPG)를 사용하는 SelexolTM 공정 그리고 노말 메틸 피로리돈(n-methyl pyrrolidone, NMP)를 사용하는 Purisol$^{(R)}$ 공정으로 하였다. 각 공정에 대한 에너지 소모량을 비교해 본 결과 Rectisol$^{(R)}$ 공정 ${\gg}$ SelexolTM 공정 > Purisol$^{(R)}$ 공정 순으로 에너지가 많게 소모됨을 알 수 있었다. 그러므로 DME 제조공정에서 물리적 흡수제를 사용한 $CO_2$제거공정으로 가장 적합한 공정은 Purisol$^{(R)}$ 공정이라 판단된다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제14권12호
• /
• pp.6590-6596
• /
• 2013

Dimethyl Ether(DME) 제조공정에서 DME의 생산성을 높이기 위해서 이산화탄소를 반드시 제거해야 한다. 본 연구에서는 물리적 흡수제를 사용해서 이산화탄소를 제거할 수 있는 용매 흡수법과 막 분리법을 이용하여 이산화탄소를 제거하는 공정에 대해서 전산모사를 수행한 후, 공정 사이의 에너지 소모량을 비교하였다. 물리적 흡수제로는 메탄올을 사용한 Rectisol 공정, dimethyl ethers of polyethylene glycol를 사용한 Selexol 공정 및 N-methyl pyrrolidone를 사용한 Purisol 공정을 적용하였다. 전산모사를 수행하여 각 공정에서 소모된 에너지를 비교해 본 결과 Purisol 공정에서의 소요 동력이 Membrane 공정에 비해 97.55%, Rectisol 공정에 비해 91.71%, Selexol 공정에 비해 58.25% 감소하는 것을 알 수 있었다. 그러므로 DME 제조공정에 가장 적합한 이산화탄소 제거공정은 Purisol 공정이라 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.130.2-130.2
• /
• 2010

2020년까지 대형 CCS (Carbon Capture and Storage) Demo Plant 시장 (100MW 이상) 이 형성될 전망이다. 발전 부문에서 대규모 CCS 실증 프로젝트는 총 44개이며 연소전(41%), 연소후(28%), 순산소(3%) 프로젝트가 계획되어 있다. 순산소 연소 기술은 실증진입단계, 연소후(USC) 기술은 상용화 추진단계, 연소전 (IGCC) 기술은 실증완료 이후 상용화 진입 단계이다. IGCC 발전의 석탄가스화 기술은 타 산업분야에 서 상용화 되어있어 기술신뢰성이 높다. IGCC 단위설비 기술 개발을 통한 성능개선 및 비용절감에 대한 잠재력을 가지고 있기 때문에 미래의 석탄발전기술로 고려되고 있다. IGCC 기술은 가장 상용화에 앞서있지만 아직까지 IGCC+CCS 대형 설비가 운전된 사례가 전 세계적으로 없으며 미국 EPRI 등에서 Feasibility Study 단계이다. 현재 국책과제로 수행중인 300MW급 태안 IGCC 플랜트를 대상으로 향후 CCS 설비를 적용했을 경우에 대해 기술 타당성 검증을 목적으로 IGCC+CCS 모델링을 수행하였다. 모델링은 스크러버 후단의 합성 가스를 대상으로 하였다. Water Gas Shift Reaction (WGSR) 공정 및 Selexol 공정을 구성하여 최종 단에서 수소 연료를 생산할 수 있도록 하였다. WGSR 공정은 Co/Mo 촉매반응기로 구성되었다. WGSR 모델링을 통하여 주입되는 스팀량 (1~2 mol-steam/mol-CO) 및 온도 변화 ($220-550^{\circ}C$)에 따른 CO가스의 전환율을 분석하여 경제적인 설계조건을 선정하였다. Selexol 공정은 $H_2S$ Absorber, $H_2S$ Stripper, $CO_2$ Absorber, $CO_2$ Flash Drum으로 구성된다. Selexol 공정의 $CO_2$와 $H_2S$ 선택도를 분석 하였으며 단위 설비별 설계 조건을 예측하였다. 모델링 결과 59kg/s의 합성가스($137^{\circ}C$, 41bar, 가스 조성은 $CO_2$ 1.2%, CO 57.2%, $H_2$ 23.2%, $H_2S$ 0.02%)가 WGSR Process를 통해 98% CO가 $CO_2$ 로 전환되었다. Selexol 공정을 통해 $H_2S$ 제거율은 99.9%, $CO_2$제거율은 96.4%이었고 14.9kg/s의 $H_2$(86.9%) 연료를 얻었다. 모델링 결과는 신뢰성 검증을 통해 IGCC+CCS 전체 플랜트의 성능예측과 Feasibility Study를 위한 자료로 활용될 예정이다.