• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.143-143
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• 2010

GTL(Gas-to-Liquids)공정 중 합성가스 제조공정(Reforming Process)인 ATR(Auto-Thermal Reforming), SCR(Steam Carbon Reforming), POx(Partial Oxidation)의 시뮬레이션 연구를 수행하였다. Reforming 공정에서 생산된 합성가스는 GTL 합성유 제조공정인 FT(Fischer-Thropsch) 반응기로 주입되며, 합성유 생산에 최적의 효율을 보이는 H2/CO 비(합성가스에 포함된 반응물비)는 2.0으로 알려져 있다. FT공정은 합성가스를 원료로 고온 및 고압 반응을 거쳐 GTL 공정의 최종 생산품인 FT합성유를 제조하는 공정이다. 본 연구에서는 FT공정 효율 극대화를 위해 reforming 공정에서 생성되는 합성가스 내 H2/CO의 비를 2로 수렴토록 모사조건을 설정하였으며, 상기 조건을 만족하는 reforming 공정들의 운전 온도 및 feed 조성을 분석하고 비교하고자 한다. 현재 GTL 플랜트관련 산업계에 적용 혹은 주 연구대상인 reforming 공정으로는 ATR, SCR, POx 공정이 있다. ATR 공정은 $850{\sim}1100^{\circ}C$에서 메탄, 스팀 및 산소를 원료로 활용하여 H2 및 CO를 생산하는 공정으로 발열/흡열 반응이 상존하여 에너지 비용이 낮지만 공정구조 상 열회수설비 및 ASU(Air Separation Unit)이 필요하기에 CAPEX(초기설비 설치비용)가 높은 편이다. SCR공정은 CH4, Steam 및 CO2를 연료로 하기에 이산화탄소가 일정부분 포함된 가스전에도 적용이 가능하나 공정 운전 중 지속적으로 외부에서 열을 공급해야 하기에 에너지 투입비용이 높은편이며, 탄소침적의 문제가 있어 대용량 플랜트에는 적합하지 않다. POx공정은 약 $1,500^{\circ}C$의 고온에서 CH4가 O2에 의해 부분 산화되는 방식으로 촉매가 필요없어 설비비가 타 공정에 비해 저렴하나 생산가스의 H2/CO비가 다소 낮아 전체적인 GTL 공정효율이 저하되는 단점이 있다. 상기 세 공정은 GTL 산업계에서 실증 및 효율증대를 위해 주로 연구되는 공정이기에 본 연구의 분석대상으로 설정하였다. 본 연구에서는 상용공정모사기인 Aspen Plus를 활용하여 reforming 공정별로 FT합성공정의 최적 조건(H2/CO=2)을 만족하는 합성가스 생산조건 분석 및 비교를 수행할 예정이다. 운전조건인 공정 운전온도 및 feed 가스조성 등을 모사하기 위해 합성가스 reforming 공정을 모델링하고 공급유량 및 압력 등의 운전변수는 GTL국책과제 1단계 연구수행 결과를 토대로 선정하고자 한다. GTL공정의 경우, 설비의 운전조건이나 연료가스의 구성 및 유량에 따라 적합한 reforming 공정이 다르기에 본 시뮬레이션 결과를 향후 GTL 플랜트 공정모델 설계시 reforming 공정선정에 참고자료로 활용하고자 한다.

• 한국가스학회지
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• 제14권4호
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• pp.51-55
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• 2010

전 세계적으로 온실가스인 이산화탄소 배출을 감축하기 위하여 다양한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 상황에서 이산화탄소가 함유된 중소규모 가스전은 LNG로 개발하기에는 경제성이 떨어진다. 특히 가스전에 포함된 이산화탄소를 분리하기 위하여 분리설비가 추가로 설치되어야 한다. 따라서 플랜트 건설비용이 증가하고, 분리된 이산화탄소는 대기중으로 배출되어 온실가스 감축과는 상반되는 결과를 가져온다. 이러한 비경제적인 가스전에 KOGAS DME Process를 적용하면 가스전에 포함된 이산화탄소를 천연가스와 함께 원료가스로 활용할 수 있어 경제성이 높아진다. KOGAS DME Process는 합성가스를 제조하는 Tri-reformer(삼중개질반응기)를 통하여 $H_2$와 CO로 이루어지는 합성가스를 제조하는데 원료가스로 천연가스와 산소, 스팀, 이산화탄소를 활용한다. 여기서 사용되는 이산화탄소는 공정상 발생하는 이산화탄소를 회수하여 원료가스로 활용하게 된다. 따라서 본 연구에서는 공정상 발생하는 이산화탄소의 발생량과 원료가스로 사용되는 이산화탄소의 사용량 그리고 가스전에 포함된 이산화탄소의 함량을 분석하여 가스전에 포함된 이산화탄소의 활용범위를 연구하고자 한다.