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.
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.
This paper addresses recent status and trends of carbon dioxide capture technologies using dry sorbents in the flue gas. The advantages of dry sorbent $CO_2$ capture technology are broader operating temperature range, less energy loss, less waste water, less corrosion problem, and natural...
This paper addresses recent status and trends of carbon dioxide capture technologies using dry sorbents in the flue gas. The advantages of dry sorbent $CO_2$ capture technology are broader operating temperature range, less energy loss, less waste water, less corrosion problem, and natural properties of solid wastes. Recently, U.S.A. and Korea have been developing processes capturing $CO_2$ from real coal flue gas as well as sorbents improving sorption capacity to decrease total $CO_2$ capture cost. New class of dry sorbents have been developed such as chemisorbents with alkali metals of which material cost is low, amines physically adsorbed on silica supports, amines covalently tethered to the silica support, carbon-supported amines, polymer-supported amines, amine-containing solid organic resins and metal-organic framework. The breakthrough is needed in the materials on dry sorbents to decrease capture cost.
This paper addresses recent status and trends of carbon dioxide capture technologies using dry sorbents in the flue gas. The advantages of dry sorbent $CO_2$ capture technology are broader operating temperature range, less energy loss, less waste water, less corrosion problem, and natural properties of solid wastes. Recently, U.S.A. and Korea have been developing processes capturing $CO_2$ from real coal flue gas as well as sorbents improving sorption capacity to decrease total $CO_2$ capture cost. New class of dry sorbents have been developed such as chemisorbents with alkali metals of which material cost is low, amines physically adsorbed on silica supports, amines covalently tethered to the silica support, carbon-supported amines, polymer-supported amines, amine-containing solid organic resins and metal-organic framework. The breakthrough is needed in the materials on dry sorbents to decrease capture cost.
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문제 정의
TDA Research Inc.는 Babcock & Wilcox, Louisiana State University, Western Research Institute와 공동으로 저가의 흡수기술을 만드는 것을 목표로 연구를 진행하고 있다. 벤치규모 설계 및 석탄배가스에서의 흡수제의 사용년수, 재생조건에 역점을 두고 있다.
본 논문에서는 이산화탄소 연소 후 포집 기술 중 신기술 중의 하나인 건식흡수제를 이용한 포집기술에 집중하여 전 세계적으로 기술연구 개발 현황을 자세히 정리하고 분석하고자 한다.
가설 설정
2. Concept of CO2 capture technology using a dry sorbent.
두 번째 실리카 지지체를 이용한 아민 고체흡수제의 또 다른 형태는 아민이 실리카 지지체에 공유 결합으로 붙는 것이다. 이 흡수제의 장점은 아민이 침출되지 않는다는 것이다.
제안 방법
DFT(Density Functional Theory)와 lattice phonon dynamics를 이용하여 MTHP(N-methtltetrahydropyrimidine)를 기반으로 한 3차 amidines을 평가하고 있다. 공정에 있어서는 이동층 형태의 상부에서 하부로 입자가 흐르면서 CO?를 흡수하는 공정을 제안하였다. 다수의 유동층 흡수반응기와 한 개의 이동층 재생반응기로 구성된 공정도 제안하고 있다.
전력연구원에서는 고체흡수제개발을 담당하였다 [13]. 알칼리금속을 활성 물질로 한 저가이면서 내마모도 지수가 5% 미만인 고강도 Sorb NX 계, Sorb KX 계 석탄배가스용 고체흡수제를 개발하였다. 고체다공성 비금속 물질, 세라믹류, 점도체와 시멘트류 결합체로 이루어진 고강도건식 재생용 이산화탄소 흡수제에 관한 국내외 특허도 획득하였다.
벤치규모에서 새로운 흡수제의 성능평가를 수행하고 있다. 향후 사용할 공정 개념으로 이동층 공정을 제시하였다.
대상 데이터
N2 물리 흡착에 의해 2, 900 m2/g의 표면적과 1 mL/g의 기공부피를 나타내었다. MOF 의 기공 공간이 조정가능하게 되는데 2nm보匸} 큰 기공지름을 갖는 16종류의 메조 입자를 제조하였다[42]. Millward와 Yaghi[43]는 MOF-2, MOF-505, MOF-74, Cu3(BTC)2, MOF-177, IRMOF-11, IRMOF-3, IRMOF-6, IRMOF-1의 9 개의 MOF 에서 CO2 흡수능을 측정하고, 구조, 기공크기, 표면적을 제시하였다.
알칼리금속을 활성 물질로 한 저가이면서 내마모도 지수가 5% 미만인 고강도 Sorb NX 계, Sorb KX 계 석탄배가스용 고체흡수제를 개발하였다. 고체다공성 비금속 물질, 세라믹류, 점도체와 시멘트류 결합체로 이루어진 고강도건식 재생용 이산화탄소 흡수제에 관한 국내외 특허도 획득하였다. 개발된 건식흡수제는 분무건조법을 이용하여 성형한 구형의 입자로 상용촉매보다 내마모성이 우수하여 연속운전에도 마모현상이 없었다.
이외에도 mono-, di-, trisilane이 아닌 아민기를 갖는 MAPS, PAPS, DMAPS 등이 사용된다. 지지체로는 메조기공 실리카인 SBA-12, SBA-16, HMS, MCM-48, PE-MCM-41 등이 사용된다. Choi 등[22]은 이러한 여러 종류의 흡수제의 성능은 정리하였는데 20~75 oC의 온도 조건에서 이 흡수제들은 0.
성능/효과
고온에서 암모니아는 분해해서 NH2, NH, H 같은 래디칼을 생성하고, 이 래디칼이 탄소 표면과 반응하여 -NH2-, -CN, pyridinic, ryrrolic, quarternary nitrogen 같은 functional 그룹을 형성한다. TPD 실험에 따르면 질소 성분은 700 oC에서 최대에 달하고, CO2 포집능력도 700 oC 이상에서 처리했을 때 가장 좋았다. 반면에 600 oC 미만에서 처리한 흡착제는 CO2 포집 성능이 좋지 않았는데 이는 탄소속의 메조포어를 부분적으로 막아 버렸기 때문이다.
N-기능성이 CO2 포집을 증가시키는 역할을 하는 듯 싶다. UF 수지로부터 얻어진 흡수제는 가장 높은 N 성분임에도 불구하고 1%의 흡수능 밖에 보여 주지 않았으나 carbazole 가수분해로부터 얻어진 흡수제는 N 성분이 작음에도 불구하고 9%의 높은 흡수능을 보여 주었다. 이는 염기성 N 기능성에 기인하는 것으로 밝혀 졌다.
고체다공성 비금속 물질, 세라믹류, 점도체와 시멘트류 결합체로 이루어진 고강도건식 재생용 이산화탄소 흡수제에 관한 국내외 특허도 획득하였다. 개발된 건식흡수제는 분무건조법을 이용하여 성형한 구형의 입자로 상용촉매보다 내마모성이 우수하여 연속운전에도 마모현상이 없었다. 석탄배가스를 직접 연계하여 황산화물이나 질소산화물, 분진등의 영향을 관찰하였으나 실험시간 동안 영향이 거의 없는 것으로 밝혀졌다[14].
RTI는 EPA의 연소배가스를 반응기 상부에서 건식흡수제와 병류로 보내면서 흡수반응을 실시하여 제거율 90%를 보여주었다. 공개적으로 제시된 연속운전 결과는 3.5 시간으로 CO2 평균 제거율이 77%를 보여주고 있다. GHGT-9 에서 향후 일정으로 2010년까지 10 ton-CO2/day(0.
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