인간의 산업활동으로 인한 화석연료 사용으로 인하여 CO₂ 배출에 의한 지구온난화가 진행되고 있다. 특히, 우리나라의 경우 OECD에 가입한 다른 나라들보다 CO₂ 배출의 요인이 되는 화석연료의 에너지 의존도가 높다. 따라서 이산화탄소 배출의 억제 및 관련 기술의 자립화를 통하여 일련의 기후변화협약에 의한 CO₂ 배출저감 의무에 대한 적극적인 대처가 필요한 상태이다. 여러 가지 CO₂ 배출 저감기술 중 현재 상업적으로 사용 가능한 기술인 아민 용액을 이용한 이산화탄소 흡수기술이 현실적으로 가장 먼저 적용될 것으로 알려져 있다. ...
인간의 산업활동으로 인한 화석연료 사용으로 인하여 CO₂ 배출에 의한 지구온난화가 진행되고 있다. 특히, 우리나라의 경우 OECD에 가입한 다른 나라들보다 CO₂ 배출의 요인이 되는 화석연료의 에너지 의존도가 높다. 따라서 이산화탄소 배출의 억제 및 관련 기술의 자립화를 통하여 일련의 기후변화협약에 의한 CO₂ 배출저감 의무에 대한 적극적인 대처가 필요한 상태이다. 여러 가지 CO₂ 배출 저감기술 중 현재 상업적으로 사용 가능한 기술인 아민 용액을 이용한 이산화탄소 흡수기술이 현실적으로 가장 먼저 적용될 것으로 알려져 있다. MEA, DEA, MDEA, TEA 같은 알카놀아민 계열의 흡수제들은 연소 배가스 중 CO₂를 흡수할 수 있는 흡수제로써 이미 상업적으로 사용되고 있다. 그러나 흡수제를 사용한 흡수공정은 흡수용액을 재생 사용하기 위한 탈거시에 많은 에너지를 소비하는 단점이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구의 목적은 탈거시에 필요한 에너지를 최소화시키기 위하여 흡수 공정을 ASPEN PLUS를 이용하여 모사한 후 여러 가지 운전변수들을 변화시켜 전체 에너지 사용량이 최소가 되는 최적의 운전조건을 결정하는데 있다. 흡수공정 시스템 모사의 기본변수들은 한국에너지 기술연구원에 설치되어 있는 5 N㎥/hr Bench-scale의 실험장치의 설계변수들을 기준으로 이용하였다. CO₂ 흡수공정을 모사하기 위한 아민류의 열역학적 특성은 ASPEN PLUS의 Property 중 ELECNRTL을 선정하였고, 흡수탑의 모델은 RadFrac Column을 이용하여 모사하여 공정모사의 기초자료를 확보하였다. 우선 기본적으로 모사조건을 배가스 유량은 35~85 l/min, 흡수액 유량은 1.0~3.0 l/min까지 변화시켜 가면서 시뮬레이션을 수행하였고, MEA의 농도는 30 wt%, 배가스의 조성은 CO₂=13.89%, N₂=82.56%, O₂=3.55% 로 설정해 놓고 시뮬레이션을 수행하였다. 흡수제의 종류에 따른 시뮬레이션 결과 MEA의 흡수능이 DEA나 MDEA와 같은 흡수제의 흡수능 보다 월등히 뛰어난 것을 알 수 있었다. 흡수탑의 온도는 20℃ 전후가 적절하며, 압력은 2 기압에서 운전하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 흡수탑의 단수는 3단이 가장 경제적이나, 실제로는 2단에서 13단까지 모사가 이루어졌으므로 각 조건에서 요구되는 흡수탑의 제거효율과 비교분석하여 단수를 선택하여 사용해야 할 것이며 만약 가장 높은 제거효율을 추구한다면 13단이 적합할 것이다. 본 연구를 통하여 실제 이산화탄소 흡수공정을 ASPEN PLUS로 모사하였고, 실제 공정상의 변화시 운전조건을 제시할 수 있는 자료로 사용될 뿐만 아니라 Scale-up시의 설계 기초자료로도 유용하게 사용될 수 있다.
인간의 산업활동으로 인한 화석연료 사용으로 인하여 CO₂ 배출에 의한 지구온난화가 진행되고 있다. 특히, 우리나라의 경우 OECD에 가입한 다른 나라들보다 CO₂ 배출의 요인이 되는 화석연료의 에너지 의존도가 높다. 따라서 이산화탄소 배출의 억제 및 관련 기술의 자립화를 통하여 일련의 기후변화협약에 의한 CO₂ 배출저감 의무에 대한 적극적인 대처가 필요한 상태이다. 여러 가지 CO₂ 배출 저감기술 중 현재 상업적으로 사용 가능한 기술인 아민 용액을 이용한 이산화탄소 흡수기술이 현실적으로 가장 먼저 적용될 것으로 알려져 있다. MEA, DEA, MDEA, TEA 같은 알카놀아민 계열의 흡수제들은 연소 배가스 중 CO₂를 흡수할 수 있는 흡수제로써 이미 상업적으로 사용되고 있다. 그러나 흡수제를 사용한 흡수공정은 흡수용액을 재생 사용하기 위한 탈거시에 많은 에너지를 소비하는 단점이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구의 목적은 탈거시에 필요한 에너지를 최소화시키기 위하여 흡수 공정을 ASPEN PLUS를 이용하여 모사한 후 여러 가지 운전변수들을 변화시켜 전체 에너지 사용량이 최소가 되는 최적의 운전조건을 결정하는데 있다. 흡수공정 시스템 모사의 기본변수들은 한국에너지 기술연구원에 설치되어 있는 5 N㎥/hr Bench-scale의 실험장치의 설계변수들을 기준으로 이용하였다. CO₂ 흡수공정을 모사하기 위한 아민류의 열역학적 특성은 ASPEN PLUS의 Property 중 ELECNRTL을 선정하였고, 흡수탑의 모델은 RadFrac Column을 이용하여 모사하여 공정모사의 기초자료를 확보하였다. 우선 기본적으로 모사조건을 배가스 유량은 35~85 l/min, 흡수액 유량은 1.0~3.0 l/min까지 변화시켜 가면서 시뮬레이션을 수행하였고, MEA의 농도는 30 wt%, 배가스의 조성은 CO₂=13.89%, N₂=82.56%, O₂=3.55% 로 설정해 놓고 시뮬레이션을 수행하였다. 흡수제의 종류에 따른 시뮬레이션 결과 MEA의 흡수능이 DEA나 MDEA와 같은 흡수제의 흡수능 보다 월등히 뛰어난 것을 알 수 있었다. 흡수탑의 온도는 20℃ 전후가 적절하며, 압력은 2 기압에서 운전하는 것이 적절한 것으로 나타났다. 흡수탑의 단수는 3단이 가장 경제적이나, 실제로는 2단에서 13단까지 모사가 이루어졌으므로 각 조건에서 요구되는 흡수탑의 제거효율과 비교분석하여 단수를 선택하여 사용해야 할 것이며 만약 가장 높은 제거효율을 추구한다면 13단이 적합할 것이다. 본 연구를 통하여 실제 이산화탄소 흡수공정을 ASPEN PLUS로 모사하였고, 실제 공정상의 변화시 운전조건을 제시할 수 있는 자료로 사용될 뿐만 아니라 Scale-up시의 설계 기초자료로도 유용하게 사용될 수 있다.
The solvent of alkanolamine family such as MEA, DEA, TEA and MDEA, which were commonly used in the commercial process were selected as candidate absorbent to remove CO₂ from flue gas. The main purpose of this study is to minimize the amount of energy required in the desorption (commonly called regen...
The solvent of alkanolamine family such as MEA, DEA, TEA and MDEA, which were commonly used in the commercial process were selected as candidate absorbent to remove CO₂ from flue gas. The main purpose of this study is to minimize the amount of energy required in the desorption (commonly called regeneration) process through the simulation of various concept of solvent absorption and to find the optimum operation condition of the bench-scale CO₂ absorption process. To do such task, laboratory-scale, continuous CO₂ absorption reactor (capacity = 5 Nm³/hr) located in the Korea Institute of Energy Research is modeled and simulated with ASPEN Plus. The simulated results are compared with the experimental data of the laboratory-scale CO₂ absorption reactor. During the simulation, operating conditions such as flue gas flow rates, liquid flow rates, absorption tower pressure and temperature are varied. Gas flow rates are typically varied from 35 - 85 l/min. Liquid flow rates are varied from 1.0 - 3.0 l/min. The optimum operation condition of CO₂ absorption process is as following : best absorbate is MEA, optimum absorber temperature is 20℃, optimum absorber pressure is 2 atm, optimum stages are 2~13 stages. Once the simulation model is completed, scale-up procedure will be applied into the lab-scale model, whose simulation results will be compared with the actual commercial solvent CO₂ absorption process to determine the optimum configuration of lowest energy usage.
The solvent of alkanolamine family such as MEA, DEA, TEA and MDEA, which were commonly used in the commercial process were selected as candidate absorbent to remove CO₂ from flue gas. The main purpose of this study is to minimize the amount of energy required in the desorption (commonly called regeneration) process through the simulation of various concept of solvent absorption and to find the optimum operation condition of the bench-scale CO₂ absorption process. To do such task, laboratory-scale, continuous CO₂ absorption reactor (capacity = 5 Nm³/hr) located in the Korea Institute of Energy Research is modeled and simulated with ASPEN Plus. The simulated results are compared with the experimental data of the laboratory-scale CO₂ absorption reactor. During the simulation, operating conditions such as flue gas flow rates, liquid flow rates, absorption tower pressure and temperature are varied. Gas flow rates are typically varied from 35 - 85 l/min. Liquid flow rates are varied from 1.0 - 3.0 l/min. The optimum operation condition of CO₂ absorption process is as following : best absorbate is MEA, optimum absorber temperature is 20℃, optimum absorber pressure is 2 atm, optimum stages are 2~13 stages. Once the simulation model is completed, scale-up procedure will be applied into the lab-scale model, whose simulation results will be compared with the actual commercial solvent CO₂ absorption process to determine the optimum configuration of lowest energy usage.
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