• Korean Chemical Engineering Research
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• v.59 no.1
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• pp.60-67
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• 2021

This study presented techno-economic analysis of a 500 MWe oxy-coal power plant with CO2 capture. The power plant included a circulating fluidized-bed (CFB), ultra-supercritical steam turbine, flue gas conditioning (FGC), air separation unit (ASU), and CO2 processing unit (CPU). The dry flue gas recirculation (FGR) was used to control the combustion temperature of CFB. One FGR heat exchanger, one heat exchanger for N2 stream exiting ASU, and a heat recovery from CPU compressor were considered to enhance heat efficiency. The decrease in the temperature difference (ΔT) of the FGR heat exchanger that means the increase in heat recovery from flue gas enhanced the electricity and exergy efficiencies. The annual cost including the FGR heat exchanger and FGC cooling water was minimized at ΔT = 10 ℃, where the electricity efficiency, total capital cost, total production cost, and return on investment were 39%, 1371 M$, 90 M$, and 7%/y, respectively.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.48 no.1
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• pp.116-120
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• 2010

$CO_2$ is regarded as one of the greenhouse gases(GHG), which is the main reason of climate change. In order to achieve lower $CO_2$ emissions, several efforts have been conducted worldwide. $CO_2$ capture & storage(CCS) technology development is needed for a coal-fired combustion power plant because of huge $CO_2$emission. Oxy fuel combustion, one of the CCS technologies has been considered as a primary concern, nowadays. Oxy-fuel combustion needs flue gas recirculation(FGR) for stable operation and enrichment of $CO_2$ concentration in the flue gas. FGR adoption for oxy-fuel combustion requires development of effective desulfurization and dust removal technology. In this study, desulfurization characteristics of lime and dust removal technology have been researched in the laboratory scale coal combustor.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.30 no.4
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• pp.347-355
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• 2019

As a solution to the growing concern on the global warming, researches are being actively carried out to apply carbon dioxide capture and storage technology to power generation systems. In this study, the integrated gasification combined cycle (IGCC) adopting oxy-combustion carbon capture was modeled and the effect of replacing the conventional air separation unit (ASU) with the ion transport membrane (ITM) on the net system efficiency was analyzed. The ITM-based system was predicted to consume less net auxiliary power owing to an additional nitrogen expander. Even with a regular pressure ratio which is 21, the ITM-based system would provide a higher net efficiency than the optimized ASU-based system which should be designed with a very high pressure ratio around 90. The optimal net efficiency of the ITM-based system is more than 3% higher than that of the ASU-based system. The influence of the operating pressure and temperature of the ITM on system efficiency was predicted to be marginal.

• Clean Technology
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• v.27 no.4
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• pp.367-371
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• 2021

The oxy-combustion system is one of the carbon recovery and storage technologies (CCS: Carbon capture & storage) that performs coal combustion using pure oxygen and recirculated flue gas. This is a technology that facilitates storage of carbon dioxide by generating an exhaust gas consisting of only carbon dioxide without a process of separating carbon dioxide and nitrogen when coal is burned using pure oxygen and recirculated flue gas mixture instead of a conventional air combustion system that produces carbon dioxide and nitrogen mixed exhaust gas. In this study, the characteristics of generated NO and SO₂ as atmospheric pollutants during oxy-combustion were examined using O₂/CO₂ mixed simulation gas. The reaction temperature was varied from 900 ℃ to 1200 ℃ and oxygen partial pressure was varied from 30% to 50%. The results showed that NO and SO₂ concentrations in flue gas increased as the oxygen concentration and the reaction temperature in the furnace increased. The partial pressure of CO₂ in flue gas also increased as the oxygen concentration and the reaction temperature in the furnace increased. As a results of comparing NO production of 30% O₂/CO₂ oxy-combustion with air combustion, NO in flue gas increased with reaction temperature in both experiments and NO of oxy-combustion was 40 ~ 80 ppm lower than that of air combustion.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.1
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• pp.27-34
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• 2010

In a test duct with closed configuration, particle removal performance of an edge-plate type electrostatic precipitator (ESP) was evaluated at a high flow rate in $CO_2$ rich environments by changing gap distances between collection plates, concentrations of $CO_2$, particle sizes, types of electrodes, and types of power supplies. At the same experimental conditions, collection efficiency of particles with the mean particle size, 300 nm, decreased as the gap distance and $CO_2$ concentration increased because of low electrostatic force and low discharged current. In addition, as the particle size increased, the efficiency increased because of high charging rate of the large particles. With the electrode type which has higher surface area of a discharging plate and with the power supply which applied 25 kHz-pulsed DC voltages, the removal efficiency was high even in rich $CO_2$ condition due to high electrostatic force at the same power consumption.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.215.2-215.2
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• 2010

지구온난화의 주범으로 알려진 $CO_2$의 대기 중 농도는 산업혁명 이전 280ppm에서 산업 혁명 이후 375ppm으로 증가하였다. 정부 간 기후변화패널(IPCC)의 기후변화 시나리오에 의하면, 지금부터 다양한 감축노력을 한다 할지라도 $CO_2$ 증가추세는 계속되어 2100년경에는 대기 중 $CO_2$농도가 600~950ppm에 이를 것으로 예측하고 있다. 현재까지 화력발전부분은 온실가스($CO_2$)의 최대 배출 원으로 알려져 있으며 이 분야의 $CO_2$ 회수기술은 연소 후 포집(Post-combustion), 순산소 연소(Oxy-fuel combustion), 연소 전 탈탄소화(Pre-combustion) 3가지로 크게 구분된다. 이중 석탄가스화복합발전(IGCC)기술과 연계하여 $CO_2$를 회수할 수 있는 방법이 연소 전 탈탄소화 기술이다. 핵심기술은 $CO_2$ 분리공정으로 적용 될 수 있는 기술로서는 흡착 흡수법, 막분리법 그리고 가스 하이드레이트가 있으나 아직까지 우리나라의 가스 하이드레이트 기술은 전무한 형편이다. 본 연구에서는 가스 하이드레이트 형성원리를 이용하여 정온 정압 조건에서 $CO_2/H_2$ 하이드레이트를 제조하였으며 특히, 하이드레이트 형성 촉진제인 TBAB(Tetra-n-butyl ammonium bromide)를 첨가하여 TBAB 농도에 따른 상평형 및 속도론 실험을 수행 하였다. 또한 라만 분석을 통하여 $CO_2$ 회수 분리에 대한 연구도 병행하였다.

• 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.