천연가스를 연료로 하여 보일러를 가동하고 발생되는 열원으로 스팀과 전기를 생산하는 시설에 있어서 필연적으로 발생하는 배기가스중 이산화탄소와 질소산화물(NOx)을 저감하기 위한 방안으로서, 천연가스의 중저온 촉매연소에 의한 자체 반응열과 배기가스 중 미반응 메탄을 이용하여 개질촉매하에서 수소 및 일산화탄소를 제조하고, 이 때 발생된 ...
천연가스를 연료로 하여 보일러를 가동하고 발생되는 열원으로 스팀과 전기를 생산하는 시설에 있어서 필연적으로 발생하는 배기가스중 이산화탄소와 질소산화물(NOx)을 저감하기 위한 방안으로서, 천연가스의 중저온 촉매연소에 의한 자체 반응열과 배기가스 중 미반응 메탄을 이용하여 개질촉매하에서 수소 및 일산화탄소를 제조하고, 이 때 발생된 합성가스 일부를 보일러 공급연료로 활용함으로써 과잉공기 혼합비를 낮추어 배기가스 중 질소산화물의 농도를 일정 수준이하로 저감시키고자 하는 기술에 대한 경제성 및 타당성 분석의 일환으로 정상상태 공정 모사기인 ASpenPlus_TM를 이용하여 공정모델링을 수행하였다. 본 연구에서는 기존의 천연가스 연소공정과 미반응 메탄을 이용한 합성가스를 재이용하는 새로운 연소공정과의 비교모사를 수행하기 위한 최적화의 과정에서 유입공기량 및 유입천연가스량과 보일러 Net Heat Duty 등의 변수에 대한 상화관계를 파악하고자 다양한 경로에 대한 Case Study를 실시하였다. 기존의 공정과 새로운 공정에서 천연가스 유입량이 증가함에 따라 미반응 메탄의 양도 비례적으로 증가하였으나 새로운 공정에서 미반응 메탄증가의 폭은 전체 유입 천연가스량에 비하여 매우 적은 양으로 전체적으로 볼 때 99.8% 이상의 메탄전환율을 나타내는 것으로 모사되었다. 새로운 공정에서 동일한 천연가스 유입량에 대해 유입 공기량이 최저일 때, 상대적으로 많은 미반응 메탄이 발생함으로 인하여 최고의 CO 및 H_2 반응수율을 보임을 알 수 있었다. 그러나 이러한 CO 및 H_2의 반응수율에 관계없이 보일러 Net Heat duty를 비교할 때 기존의 공정(-2.867+10 kcal/hr)과 새로운 공정(-2.995+10 kcal/hr)의 차이를 확인할 수 있었다. Boiler Net Heat Duty가 -2.87+10 kcal/hr로 계산 가능한 최소의 유입 천연가스량인 131,000 tons/day일 때, 유입공기량은 2,370,000 tons/day로 계산되었다. 이러한 유입데이타의 결정을 통한 모사결과 새로운 공정에서 유입 천연가스량은 약 18.38%, 유입공기량이 약 30% 정도 적게 유입되어도 보일러의 효율은 기존의 공정과 동일한 것으로 모사되었다. 메탄전환율은 기존의 공정이 약 98%, 새로운 공정이 약 99.8%로 계산되었으며, NOx 및 CO_2의 양도 기존의 공정과 새로운 공정이 각각 3513753.24, 378688.159 Kmol/hr 및 2453360.13, 313455.824 Kmol/hr로 계산되어 NOx가 약 30.178%, CO_2는 약 17.226% 적게 배출되는 것으로 모사되었다. 주요어 : 공정모사, 미반응메탄, 개질반응, 합성가스, AspenPlus
천연가스를 연료로 하여 보일러를 가동하고 발생되는 열원으로 스팀과 전기를 생산하는 시설에 있어서 필연적으로 발생하는 배기가스중 이산화탄소와 질소산화물(NOx)을 저감하기 위한 방안으로서, 천연가스의 중저온 촉매연소에 의한 자체 반응열과 배기가스 중 미반응 메탄을 이용하여 개질촉매하에서 수소 및 일산화탄소를 제조하고, 이 때 발생된 합성가스 일부를 보일러 공급연료로 활용함으로써 과잉공기 혼합비를 낮추어 배기가스 중 질소산화물의 농도를 일정 수준이하로 저감시키고자 하는 기술에 대한 경제성 및 타당성 분석의 일환으로 정상상태 공정 모사기인 ASpenPlus_TM를 이용하여 공정모델링을 수행하였다. 본 연구에서는 기존의 천연가스 연소공정과 미반응 메탄을 이용한 합성가스를 재이용하는 새로운 연소공정과의 비교모사를 수행하기 위한 최적화의 과정에서 유입공기량 및 유입천연가스량과 보일러 Net Heat Duty 등의 변수에 대한 상화관계를 파악하고자 다양한 경로에 대한 Case Study를 실시하였다. 기존의 공정과 새로운 공정에서 천연가스 유입량이 증가함에 따라 미반응 메탄의 양도 비례적으로 증가하였으나 새로운 공정에서 미반응 메탄증가의 폭은 전체 유입 천연가스량에 비하여 매우 적은 양으로 전체적으로 볼 때 99.8% 이상의 메탄전환율을 나타내는 것으로 모사되었다. 새로운 공정에서 동일한 천연가스 유입량에 대해 유입 공기량이 최저일 때, 상대적으로 많은 미반응 메탄이 발생함으로 인하여 최고의 CO 및 H_2 반응수율을 보임을 알 수 있었다. 그러나 이러한 CO 및 H_2의 반응수율에 관계없이 보일러 Net Heat duty를 비교할 때 기존의 공정(-2.867+10 kcal/hr)과 새로운 공정(-2.995+10 kcal/hr)의 차이를 확인할 수 있었다. Boiler Net Heat Duty가 -2.87+10 kcal/hr로 계산 가능한 최소의 유입 천연가스량인 131,000 tons/day일 때, 유입공기량은 2,370,000 tons/day로 계산되었다. 이러한 유입데이타의 결정을 통한 모사결과 새로운 공정에서 유입 천연가스량은 약 18.38%, 유입공기량이 약 30% 정도 적게 유입되어도 보일러의 효율은 기존의 공정과 동일한 것으로 모사되었다. 메탄전환율은 기존의 공정이 약 98%, 새로운 공정이 약 99.8%로 계산되었으며, NOx 및 CO_2의 양도 기존의 공정과 새로운 공정이 각각 3513753.24, 378688.159 Kmol/hr 및 2453360.13, 313455.824 Kmol/hr로 계산되어 NOx가 약 30.178%, CO_2는 약 17.226% 적게 배출되는 것으로 모사되었다. 주요어 : 공정모사, 미반응메탄, 개질반응, 합성가스, AspenPlus
In this study the computer modeling and simulation works for the LNG combustion process was performed to present the feasibility of the reduction of CO_2 and NOx from the flue gas. Suppose that the hydrogen gas and carbon monoxide produced from the partial oxidation of LNG and the CO_2 reforming can...
In this study the computer modeling and simulation works for the LNG combustion process was performed to present the feasibility of the reduction of CO_2 and NOx from the flue gas. Suppose that the hydrogen gas and carbon monoxide produced from the partial oxidation of LNG and the CO_2 reforming can be recycled to the coiler and decrease the flow rate of LNG and also the excess % of air. AspenPlus_TM(commercial simulator) equipped with the combustion database was used for the calculations. Concentrations of 18 combustion species and radicals expected in the flu gas have been calculated at equilibrium states. The relative feed flow rates and catalytic reactor parameters have been varied to search the optimal CO and H_2 yield and also to minimize the amount of undesired nitrogen compounds. Keywords : Natural gas, Synthesis gas, combusion simulation, AspenPlus
In this study the computer modeling and simulation works for the LNG combustion process was performed to present the feasibility of the reduction of CO_2 and NOx from the flue gas. Suppose that the hydrogen gas and carbon monoxide produced from the partial oxidation of LNG and the CO_2 reforming can be recycled to the coiler and decrease the flow rate of LNG and also the excess % of air. AspenPlus_TM(commercial simulator) equipped with the combustion database was used for the calculations. Concentrations of 18 combustion species and radicals expected in the flu gas have been calculated at equilibrium states. The relative feed flow rates and catalytic reactor parameters have been varied to search the optimal CO and H_2 yield and also to minimize the amount of undesired nitrogen compounds. Keywords : Natural gas, Synthesis gas, combusion simulation, AspenPlus
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