• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제48권2호
• /
• pp.140-146
• /
• 2010

이산화탄소 포집기술 중 건식흡수제를 이용한 연소 후 이산화탄소 포집기술에 대하여 최신기술개발 현황에 대하여 자세히 기술하였다. $CO_2$ 포집에 있어서 건식흡수제 이용 기술의 장점으로는 조업온도의 폭이 크고, 에너지손실이 적으며, 폐수발생이 없고, 부식성이 적으며, 고체폐기물의 상대적인 천연성을 들 수 있다. 현재 한국과 미국에서는 건식흡수제의 성능 개선과 더불어 실제 연소배가스로부터 $CO_2$ 포집을 위한 공정 개발을 통해 포집비용을 줄이려는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 건식흡수제는 가격이 싼 알칼리금속 계열의 화학흡수제, 아민을 실리카 지지체에 고정시킨 흡수제, 아민을 실리카 지지체에 공유결합시킨 흡수제, 기공성의 탄소에 아민의 기능성을 첨가시킨 흡수제, 아민고정 고분자지지체 흡수제, 금속유기구조체등의 연구가 이루어지고 있다. 포집비용을 대폭 줄이기 위하여 소재에 있어서도 혁신적인 성능 개선이 필요한 시점이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.153.2-153.2
• /
• 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.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제2권2호
• /
• pp.143-165
• /
• 2016

COP21에서 채택된 파리협정에서 명시한 지구 대기온도 $2^{\circ}C$ 이하 상승억제 목표를 달성하기 위해서는 현재 각 당사국이 제출한 감축 목표치로만은 부족한 상황이다. 이에 따라 향후 감축목표를 상향하기 위한 작업이 이루어질 것이다. $CO_2$ 배출량을 줄이기 위한 여러 수단 중 이산화탄소 포집 및 저장(CCS: Carbon Capture and Storage)은 필수 옵션으로 현재 전세계에서 대규모 실증이 진행되고 있다. 실증 단계에 있는 1세대 기술의 경우 높은 포집비용 및 발전원가 상승으로 정책적 뒷받침 없이는 시장보급이 어려운 실정이다. 이에 비용을 저감하기 위한 2세대, 3세대 혁신 포집기술들이 개발되고 있으며 2세대 기술들은 파일럿 규모로, 3세대 기술들은 벤치규모로 연구되고 있다. 본 리뷰 논문에서는 전세계 대규모 CCS 실증 사업 현황을 살펴보고, 2세대, 3세대 포집기술에 대해 연소전, 연소후, 신연소기술로 구분하고 습식 포집기술, 건식 포집기술, 분리막 기술, 산소연소기술의 세부 기술개발 내용에 대한 현재까지의 기술개발 결과를 요약정리하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제27권1호
• /
• pp.83-94
• /
• 2016

Performance of absorbent for post-combustion $CO_2$ capture was measured and discussed. Fully saturated fresh absorbent (P2-15F) and absorbents sampled from absorption and regeneration reactor of continuous $CO_2$ capture process, P2-15A, P2-15R, respectively, were used as representative absorbents. Small scale fluidized bed reactor (0.05 m I.D., 0.8 m high) which can measure exhaust gas concentration and weight change simultaneously was used to analyze regeneration characteristics for those absorbents. Exhausted moles of $CO_2$ and $H_2O$ were measured with increasing temperature. $H_2O/CO$ ratio and working capacity were determined and discussed to confirm reason of reactivity decay after continuous operation. Moreover, possibility of side reaction was checked based on the $H_2O/CO_2$ mole ratio. Finally, suitable regeneration temperature range was confirmed based on the trend of working capacity with temperature.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.21-27
• /
• 2016

온실가스로 인한 지구 온난화는 전 세계적인 주요 문제로 인식되고 있으며, 많은 나라들은 $CO_2$ 배출 감축을 위한 많은 노력을 하고 있다. 연소 후, 연소 전, 순산소 연소의 다양한 $CO_2$ 포집 기술들이 개발되고 있으며, 그 중 본 연구에서는 연소 전 $CO_2$ 포집 기술로서 수성가스전환반응기와 기체분리막의 융합 시스템을 고찰하였다. CO 전환율을 높이기 위해 고온 수성가스반응과 저온 수성가스반응이 결합된 2단 WGS 반응기를 사용하였고, 비다공성 Pd/Cu 분리막을 이용하여 수소를 선택적으로 분리하여 $CO_2$를 농축하였다. 연소 전 $CO_2$ 포집에서의 활용을 고려하여 65% CO, 30 % $H_2$, 5% $CO_2$의 기체 혼합물에 대한 하이브리드 시스템의 성능을 CO 전환율과 수소 분리의 측면에서 평가하였다. 공급기체유량 1000ml/min에서 수성가스 전환반응의 운전조건으로 온도는 $200-400^{\circ}C$, 압력은 0-20bar, S/C 비는 2.5-5의 영역에서 성능을 평가하였다. 2단 수성가스전환반응기에서 CO의 전환율은 최고 99.5%이었으며, Pd/Cu 분리막을 통하여 $CO_2$를 83%로 농축시켰다.

• 에너지공학
• /
• 제28권4호
• /
• pp.13-18
• /
• 2019

The high energy penalty in amine-based post-combustion CO₂ capture process is hampering its industrial scale application. An advanced process is designed by intensive heat integration within the conventional process to reduce the stripper duty. The study presents the technical feasibility for stripper duty reduction by intensive heat integration in CO₂ capture process. A rigorous rate-based model has been used in Aspen Plus® to simulate conventional and advanced process for a 300 MW coal-based power plant. Several design and operational parameters like split ratio, stripper inter-heater location and flowrate were studied to find the optimum values. The results show that advanced configuration with heat integration can reduces the stripper heat by 14%.

• 한국기후변화학회지
• /
• 제7권2호
• /
• pp.111-120
• /
• 2016

In this study, Techno-economic evaluation model for carbon capture & sequestration (CCS) technologies are reviewed. Based on a key parameters of Korea's electricity market, performance data of 10 MW-scale post-combustion $CO_2$ capture pilot plant in Boryong station, the cost of $CO_2$ avoided was evaluated followed by international guideline suggested by IEA CCS costing methods task force. The result showed that Korea's Electricity cost including CAPEX & OPEX of reference power plant is relatively low compared to OECD nations which lead to a lower CCS cost ($33USD\;t/CO_2$). And future work using newly evaluated CAPEX & OPEX data of power plant with/without CCS is recommended.

• 대한환경공학회지
• /
• 제39권11호
• /
• pp.607-612
• /
• 2017

연소후 아민 $CO_2$ 포집공정에서 탄산수화 효소의 첨가에 따른 다양한 아민 흡수제의 $CO_2$ 흡수에 미치는 영향과 반응열을 평가하였다. 30 wt%의 MEA, AMP, DMEA, MDEA 수용액에 소의 적혈구에서 추출한 탄산무수화 효소 250 mg/L 첨가한 후 흡수속도를 분석한 결과, 모든 흡수제에서 $CO_2$ 흡수속도가 증가하였다. 특히, 1차아민인 MEA와 입체장애아민인 AMP보다는 3차아민인 DMEA와 MDEA에서 속도증진 효과가 컸다. 반응열량계를 이용하여 탄산무수화 효소 첨가후 흡수제(MEA, DMEA, MDEA)와 $CO_2$ 사이의 화학 반응 시 발생하는 반응열을 측정한 결과 효소 촉매의 첨가로 모든 흡수제의 반응열량이 낮아짐을 확인할 수 있었다. 특히, 연소후 아민 흡수제를 이용하는 이산화탄소 포집공정에 탈기 성능이 우수한 3차 아민 계열의 흡수제가 탄산무수화 효소 촉매 적용에 유리한 흡수제이며 이중 MDEA에서 효과가 가장 큼을 알 수 있었다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• 제2권1호
• /
• pp.103-108
• /
• 2016

Carbon Capture and Storage technologies are recognized as key solution to meet greenhouse gas emission standards to avoid climate change. Although MEA (monoethanolamine) is an effective amine solvent in $CO_2$ capture process, the application is limited by high energy consumption, i.e., reduction of 10% of efficiency of coal-fired power plants. Therefore the development of new solvent and improvement of $CO_2$ capture process are positively necessary. In this study, improvement of $CO_2$ capture process was investigated and applied to Test Bed for reducing energy consumption. Previously reported technologies were examined and prospective methods were determined by simulation. Among the prospective methods, four applicable methods were selected for applying to 0.1 MW Test Bed, such as change of packing material in absorption column, installing the Intercooling System to absorption column, installing Rich Amine Heater and remodeling of Amines Heat Exchanger. After the improvement construction of 0.1 MW Test Bed, the effects of each suggested method were evaluated by experimental results.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제50권2호
• /
• pp.365-370
• /
• 2012

국내 초임계 석탄화력발전소에 연소 후 $CO_2$ 포집공정을 설치하였을 경우에 예상되는 발전단가와 $CO_2$ 저감비용(Cost of $CO_2$ avoided)을 산출하였다. 본 연구에서 고려된 연소 후 $CO_2$ 포집기술은 이미 상업적으로 적용이 가능하고, 기존의 화력발전에 적용이 용이한 아민 화합물을 이용한 화학 흡수법을 기초로 하였으며, 경제성 평가를 위해 연간 발생하는 비용 및 발전량을 연간 균등화(Levelized)하여 발전단가를 산정하는 수명기간 중 발전단가 분석(LCCA: Life Cycle Cost Analysis) 방식을 활용하여 분석하였다. 경제성 평가에서 가장 중요한 항목 중 하나인 설비 투자비(건설비 등) 및 운영비 산출을 위해, 기존의 $CO_2$ 포집 설비가 없는 기준 석탄화력발전소의 건설비는 IEA(국제에너지기구)에서 제시하는 국내 초임계석탄화력 발전소(순출력 767 MW급)의 데이터를 활용하였으며, 석탄화력발전소에 $CO_2$ 포집설비가 추가된 경우에도 IEA에서 제시하는 기준 석탄화력발전소와 $CO_2$ 포집설비 설치 후의 OECD 평균 순공사비(Overnight cost) 증감분을 참조하여 계산하였다. 상기 데이터를 이용하여 기존 석탄화력발전소 및 $CO_2$ 포집 설비 설치 후의 발전단가 및 $CO_2$ 포집비용을 분석한 결과 $CO_2$ 포집설비 설치 후 발전 효율은 기존 초임계 석탄화력발전소의 발전효율 41%에서 31.6%로 약 9.4%가 저하되었으며, 발전단가는 기존의 45.5 USD/MWh에서 73.9 USD/MWh로 약 62%가 증가되었고 $CO_2$ 포집비용은 41.3 USD/$tCO_2$로 산출되었다.