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[국내논문] GTL 공정에서 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 제거공정의 전산모사에 대한 연구
A Simulation Study on the Carbon Dioxide Removal Process Using Aqueous Amine Solution in the GTL Process 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.7, 2011년, pp.3334 - 3340  

조정호 (공주대학교 화학공학부) ,  이지환 (동국대학교 생명화학공학과)

초록
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본 연구에서는 GTL (Gas To Liquids) 파일럿 공정의 설계를 위한 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 제거공정에 대한 전산모사를 수행하였다. 이산화탄소 제거를 위한 용매로써 30wt% DEA(diethanol amine) 수용액을 사용하였으며, 공정 배열은 흡수탑과 탈거탑의 2기의 column을 사용하였다. 전산모사를 위해서 Invensys사의 PRO/II with PROVISION 9.0을 사용하였으며 열역학 모델식으로는 amine special package내의 Kent-Eisneberg 모델식을 사용하였다. 전산모사를 통해서 이산화탄소 제거공정에 대한 열 및 물질수지를 도출하였으며, 흡수탑과 탈거탑에 대한 충진탑의 직경과 높이를 산출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a computer simulation work has been performed for the carbon dioxide removal process using aqueous amine solution in the GTL (Gas To Liquids) process. 30wt% DEA(diethnaol amine) aqueous solution was utilized as a carbon dioxide remvoal agent and an absorber-stripper two-columns config...

주제어

#GTL process   #Carbon dioxide removal   #Amine aqueous solution   #Absorber   #Stripper  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 GTL 공정 중에서 개질 반응과 Fischer-Tropsch 반응에 의한 석유 유분을 생산하는 공정 중에서 개질 반응 생성물 중에서 이산화탄소를 제거하기 위한 공정에 대한 전산모사를 수행하였으며 그 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
  • 본 연구에서는 전체 GTL 공정 중에서 Fischer-Tropsch 반응에 의해서 석유제품을 생산하는 공정에 국한하였다. GTL 공정에 의한 석유제품을 생산하는 공정은 그림 2에 개념적으로 나타내었다.
  • 본 연구의 목적은 천연가스 개질반응 생성물로부터 수분을 대부분 제거한 합성가스로부터 Fischer-Tropsch 반응의 성능을 저하시키는 원인이 되는 과량의 이산화탄소를 30 wt%의 DEA 수용액을 사용하여 제거하는 공정에 대한 전산모사를 수행하였다. 현재까지의 GTL 공정에 대한 연구의 대부분은 그림 2의 합성가스 제조공정에 사용되는 촉매나 합성유 제조공정에 사용되는 촉매를 사용한 속도론적 데이터를 얻는데 국한되어 왔으나[3-5], 본 연구에서는 Fitscher-Tropsch 반응의 효율을 저하시키는 이산화탄소 제거공정에 초점을 맞추고자 한다.
  • 본 연구의 목적은 천연가스 개질반응 생성물로부터 수분을 대부분 제거한 합성가스로부터 Fischer-Tropsch 반응의 성능을 저하시키는 원인이 되는 과량의 이산화탄소를 30 wt%의 DEA 수용액을 사용하여 제거하는 공정에 대한 전산모사를 수행하였다. 현재까지의 GTL 공정에 대한 연구의 대부분은 그림 2의 합성가스 제조공정에 사용되는 촉매나 합성유 제조공정에 사용되는 촉매를 사용한 속도론적 데이터를 얻는데 국한되어 왔으나[3-5], 본 연구에서는 Fitscher-Tropsch 반응의 효율을 저하시키는 이산화탄소 제거공정에 초점을 맞추고자 한다.

가설 설정

  • 한편 탈거탑의 이론단수는 상부 응축기와 하부 재비기를 함하여 이론단수 12단으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
GTL은 무엇인가? GTL은 그림 1에 나타낸 바와 같이 천연가스 개질 반응에 의해서 합성가스(CO2+H2)를 제조한 다음에 이로부터 액체연료를 제조하는 기술을 통칭한다. 이는 합성가스로부터 Fischer-Tropsch 반응[1,2]에 의해서 석유제품을 생산하는 기술과 메탄올 합성기술 및 신 에너지인 DME(Dimethyl ether) 제조기술로 분류한다.
GTL은 어떻게 분류되는가? GTL은 그림 1에 나타낸 바와 같이 천연가스 개질 반응에 의해서 합성가스(CO2+H2)를 제조한 다음에 이로부터 액체연료를 제조하는 기술을 통칭한다. 이는 합성가스로부터 Fischer-Tropsch 반응[1,2]에 의해서 석유제품을 생산하는 기술과 메탄올 합성기술 및 신 에너지인 DME(Dimethyl ether) 제조기술로 분류한다.
가스 혼합물 중에 포함되어 있는 이산화탄소 제거공정은 어떻게 나눌 수 있나? 가스 혼합물 중에 포함되어 있는 이산화탄소 제거공정은 통상적으로 연소 배가스 중의 온실가스로써의 이산화탄소를 제거하는 공정[6,7]과 천연가스 중에 함유되어 있는 이산화탄소를 제거하는 공정[8-10] 그리고 원유정제공정에서 포화탄화수소가스 중에 함유되어 있는 이산화탄소를 제거하는 공정으로 나눌 수 있다. 본 공정에서는 수행한 연구가 기존의 연구와 다른 점은 연소배가스 처리 공정에서는 화석연료의 연소 배가스 중의 이산화탄소를 제거하는 것이라면 본 공정에서는 개질반응 생성물 중의 이산화탄소를 제거하는 것이며, 연소배가스의 압력이 상압 근처라면 본 공정의 원료가스의 압력은 20기압 근처이며, 천연가스 중의 이산화탄소 함량은 통상 3% 이내인 반면 본 공정에서의 이산화탄소 함량은 11% 가량이라는 것이다.
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참고문헌 (15)

  1. Burton, H. Davis, and Mario, L. Occelli, "Advances in Fischer-Tropsch Synthesis, Catalysts, and Catalysis", Taylor and Franscis, 2010. 

  2. Andre, S. and mark, D., "Fischer-Tropse Teechnology", Elsevier Science & Technology Books, 2004. 

  3. Rahimpour, M.R., Mirvakili, K., and Moghtaderi, B., "A comparative study between a fludized-bed and a fixed-bed water perm-selective membrane reactor with in-sity $H_2O$ removal for Fitscher-Tropsch synthesis of GTL technology", Journal of Natural Gas Science and Engieering, vol.3, pp. 484-495, 2011. 

    상세보기 crossref

  4. Rahimpour, M.R., and Mirvakili, A., Paymooni, K., "A novel water perm-selective membrane dual-type reactor concept for Ritscher-Tropsch synthesis of GRL (gas to liquid) technology", Energy, vol. 36, pp. 1223-1235, 2011. 

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  5. Juan, A.C., Fabio, B.P., Jose, M.C., Eduardo, F., Lisiane, V., and Fabio, B., "Syngas production by autothermal reforming of membrane on supported platinum catalyst", Applied Catalyst, vol. 334, pp. 259-267, 2008. 

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  6. Jorge, M.P., Cavid, V.W. and Cary, T.R., "Modeling $CO_2$ Capture with Aqueous Monoethanolamine", Energy Procedia, vol.1, pp. 1171-1178, 2009. 

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  7. Alie, C.L., Backham, E.C., Douglas, P.L., "Simulation of $CO_2$ capture using MEA scrubbing: a flowsheet decomposition method", Energy Conversion and Management, vol. 46, pp. 475-487, 2005. 

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  8. Moussa, D, Christophe, C., Carmen, J., Scott, N., and Domonique, R., "Acid gase partial pressure above a 50wt% aqueous methyldiethanolamine solution: Experimental work and modeling", Fluid Phase Equilibria, vol. 289, pp. 99-109, 2010. 

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  9. Kohl A., and Nielsen, R., "Gas Purification", Gulf Publishing, 1997. 

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  11. Arthur, J.K., and William, R.P., "Fundamentals of natural gas processing", Taylor and Franscis, 2006. 

  12. Kent, R.L., and Eisengburg, B., "Better Data for Amine Treating", Hydrocarbon Processing, Feb., pp. 87-90, 1976. 

  13. Nasrifar, K. and Tafassol, A.H., "Acid gas/Aqueous Ethanolamine Solution System Reversible Reactions", I&ECR, vol. 49, pp. 7620-7631, 2010. 

  14. Gerald L. Kaes, "Refinery Process Modeling", Kaes Consulting, 2008. 

  15. Cho, J.H., Park, J.K., and Kim, S.T., "Chemical Process Simulation Using PRO/II with PROVISION", Ajin Publishing, 2003. 

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