• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.590-596
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• 2015

본 연구에서는 다양한 $CO_2$ 재활용 기술 중 경제성 및 $CO_2$ 감축량 효과가 큰 것으로 평가되는 $CO_2$ 활용 중탄산나트륨 제조기술 대상으로 상용 플랜트 운영시 전체 $CO_2$ 감축량을 산정하고자 하였다. 상기 $CO_2$ 재활용 기술은 발전소 배가스 중에 포함된 $CO_2$의 탄산화 반응을 통해 상업적으로 유용한 중탄산나트륨을 제조하는 기술로서 현재 한국동서 발전의 지원을 받아 한전 전력연구원에서 연구개발 진행 중이다(기술개발 사업명: NCCU, Non-Capture $CO_2$ Utilization). 본 기술의 $CO_2$ 감축량 산정을 위해 하루 100톤 $CO_2$ 처리 규모(연간 36,500톤 $CO_2$ 처리 가능, 발전 용량 기준 5 MW급)의 상용급 플랜트를 대상으로 공정모사 프로그램(PRO/II 9.1)을 활용한 열 및 물질 수지 분석을 수행하였으며 특히 종래 유사기술과의 비교를 통한 간접 $CO_2$ 감축량 산정을 위해 탄산나트륨 및 중탄산나트륨 등의 제조를 위한 대표적 기술인 Solvay 공정과의 에너지 사용량을 비교 분석하였다. 분석 결과 종래 Solvay 공정은 단위 중탄산나트륨 생산을 위한 에너지 사용량이 약 $7.4GJ/tNaHCO_3$으로 이를 해당 에너지를 얻기 위해 필요한 석탄 사용량 및 $CO_2$ 발생량으로 환산시 연간 약 48,862 톤 $CO_2$에 해당 된다. 반면 발전소 배가스 중에 포함된 $CO_2$를 활용한 중탄산나트륨 제조공정의 경우 탄산화 반응에 의한 $CO_2$ 직접 포집분(연간 약 36,500 톤)과 동일 화합물 생산을 위한 종래 공정(Solvay) 대비 낮은 에너지 사용량에 따른 간접적인 $CO_2$ 저감량(연간 약 46,885 톤) 효과로 전체 $CO_2$ 감축량은 약 83,385톤으로 산정되었다. 상기 분석을 통해 본 논문의 $CO_2$ 활용 중탄산나트륨 제조기술은 제품 판매에 따른 경제적 효과뿐만 아니라 종래 공정에 비해 낮은 에너지 사용으로 $CO_2$ 저감효과가 매우 높아 대규모 $CO_2$ 저장 공간이 필요한 CCS(Carbon Capture & Sequestration) 기술의 대안기술로서 유망한 것으로 분석되었다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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• pp.1215-1220
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• 2004

Reactive distillation (RD) is a combination process where both separation and reaction are considered simultaneously in a single vessel. This kind of combination to enhance the overall performance is not a new attempt in the chemical engineering areas. The recovery of ammonia in the classic Solvay process for soda ash of the 1860s may be cited as probably the first commercial application of RD. The RD system has been used for a long time as a useful process and recently the importance of the RD is enlarged more and more. In addition to that, the application fields of RD are diversely diverged. To make the most of the characteristic of RD system, we must decide the best operating condition under which the process shows the most effective productivity and should decide the best control algorithm which satisfies an optimal operating condition. Phosgene which is a highly reactive chemical is used for the production of isocyanates and polycarbonates. Because it has high reactivity and toxicity, its utilization is increasingly burdened by growing safety measures to be adopted during its production. Dimethyl Carbonate (DMC) was proposed as a substitute of phosgene because it is non-toxic and environmentally benign chemical. In this study, RD is used for DMC production process and the transesterification is performed inside of column to produce DMC. In transesterification, the methanol and ethylene carbonate (EC) are used as the reactants. This process use homogeneous catalyst and the azeotrope exists between the reactant and product. Owing to azeotrope, we should use two distillation columns. For this DMC production process, we can suggest two configurations. One is EC excess process and the other is methanol excess process. From the comparison of steady state simulation results where the Naphtali-Sandholm algorithm is used, it showed the better performance to use the methanol excess process configuration than EC excess process. Then, the dynamic simulation was performed to be based on the steady state simulation results and the optimal control system was designed. In addition to that, the optimal operating condition was suggested from previous results.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SOIL & GROUNDWATER ENVIRONMENT
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• pp.59-61
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• 2005

In Korea, hundreds of abandoned and closed coal and metallic mines are present in the steep mountain valleys due to the depression of the mining industry since the late 1980s. From these mines, enormous amounts of coal waste were dumped on the slopes, which causes sedimentation and acid mine drainage (AMD) to be discharged directly into streams causing detrimental effects on soil and water environments. A limestone slurry by-product (lime cake) is produced from the Solvay process in manufacturing soda ash. It has very fine particles, low hydraulic conductivities ($10^{-8}{\sim}10^{-9}cm/sec$), high pH, high EC due to the presence of CaO, MgO and $CaCl_2$ as major components, and traces of heavy metals. Due to these properties, it has potential to be used as a neutralizer for acid-producing materials. A field plot experiment was used to test the application of lime cake for reclaiming coal wastes. Each plot was 20 x 5 m (L x W) in size on a 56% slope. Treatments included a control (waste only), calcite ($CaCO_3$), and lime cake. The lime requirement (LR) for the coal waste to pH 7.0 was determined and treatments consisted of adding 100%, 50%, and 25% of the LR. The lime cake and calcite were also applied in either a layer between the coal waste and topsoil or mixed into the topsoil and coal waste. Each plot was hydroseeded with grasses and planted with trees. In each plot, surface runoff and subsurface water were collected. The lime cake treatments increased the pH of coal waste from 3.5 to 6, and neutralized the pH of the runoff and leachate of the coal waste from 4.3 to 6.7.

• 한국환경농학회지
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• 제24권3호
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• pp.215-221
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• 2005

납석광산 폐석의 중화제로서 Solvay 공정에서 발생되는 알칼리성 부산물인 부산석회의 활용 가능성을 평가하기 위하여 폐석을 충진한 컬럼 용출시험을 수행한 결과는 다음과 같다. 폐석의 pH 값은 3.67로 매우 낮았으며 화학성분 중 $Al_2O_3$ 함량은 16.44%, $Fe_2O_3$의 함량은 11.62%로 높게 나타났다. 컬럼시험에서는 폐석 단독 처리구의 경우 침출수의 pH가 $3.5{\sim}4.0$으로 매우 낮게 나타났으나 폐석+탄산석회 전층혼합 및 폐석+부산석회 전층혼합 처리에서는 침출수의 pH가 $7.0{\sim}8.0$의 수준으로 유지되어 뚜렷한 중화효과를 나타내었다. 침출수의 EC 값은 폐석+부산석회 전층혼합 처리에서 초기에 높게 나타났는데 이는 부산석회에 Ca을 비롯한 염류물질이 다량 함유되었기 때문인 것으로 판단되었다. 침출수 중 Fe의 농도는 폐석+부산석회 전층혼합 처리예서 1 mg $L^{-1}$ 이하의 수준으로 나타났고, Al의 농도는 초기 용출에서 다소 높게 나타났으나 이후 1 mg $L^{-1}$ 이하의 수준으로 안정화되었다. 이상의 결과를 통해 부산석회는 복토제의 피복 없이도 납석광산 폐석의 오염물질 유출을 차단할 수 있는 중화제로 활용할 수 있을 것으로 판단되었고, 부산석회는 폐석과 혼합하여 처리하는 것이 효율적이었다.