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[국내논문] 화학 흡수를 이용한 KOH 수용액의 이산화탄소 포집 성능에 관한 연구
A Study on Carbon Dioxide Capture Performance of KOH Aqueous Solution via Chemical Absorption 원문보기

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.34 no.1, 2012년, pp.55 - 62  

유미란 (가톨릭대학교 환경공학과) ,  한상준 (가톨릭대학교 환경공학과) ,  신지윤 (가톨릭대학교 환경공학과) ,  위정호 (가톨릭대학교 환경공학과)

초록
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수산화칼륨(KOH) 수용액을 이용한 $CO_2$ 포집에 관한 연구를 수행한 결과 $K_2CO_3$ 생성 및 $KHCO_3$가 생성되는 화학흡수 반응이 순차적으로 일어났고 그 후 $CO_2$ 물리흡수가 일어남으로써 전 반응이 종료되었다. KOH가 한계 반응물인 회분식 흡수에서 $K_2CO_3$의 생성 속도는 $OH^-$ 농도에 관해 1차 반응이며 $KHCO_3$ 생성 속도는 $CO_3^{2-}$ 농도에 0차 반응으로 흡수 속도는 $0.18gCO_2/mi$n으로 계산되었고 이 값은 $K_2CO_3$ 수용액에서의 흡수 속도와 일치한다. 5% KOH 흡수제의 $CO_2$ 포집율의 경우 1구간에서 57%, 2구간에서 12% 이었으며 전체 19%로 측정되었다. KOH 흡수제의 $CO_2$ 포집양은 이론값보다 2~3% 정도 작았는데 그 이유는 $KHCO_3$ 이외 $K_2CO_3{\cdot}KHCO_3{\cdot}1.5H_2O$가 생성되는 부 반응이 동반되기 때문으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The present paper investigates the performance of the KOH aqueous solution as an absorbent to capture carbon dioxide ($CO_2$). The chemical absorption was carried out according to consecutive reactions that are generated in the order of $K_2CO_3$ and $KHCO_3$. The ov...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 lab-scale의 실험 장치를 이용하여 다양한 조건에서 KOH 수용액의 CO2 흡수 포집 성능에 관해 연구 하였다. 흡수제의 CO2 농도 의존성을 배제하기 위해 비교적 CO2 농도가 높은 혼합 기체로 흡수를 수행하여 전 흡수 시간에 일어나는 반응 메커니즘을 설명하였고 흡수 속도, 흡수량 및 흡수 효율을 분석하였다.
  • 이와 같이 시간에 따른 배출가스 내 CO2 조성과 흡수제의 pH 및 EC 변화를 측정함으로써 (3), (4) 반응의 구체적인 거동과 이들 반응이 일어나는 반응 구간을 분명히 알 수 있다. 또한, 반응 구간이 결정되면 각 구간별 CO2 흡수량이 계산되며 이때, 생성 또는 소멸되는 이온들과 그 농도에 대한 예측도 가능한데, 이에 대해서는 다음 절에서 자세히 설명하겠다.
  • 본 연구는 비교적 기존 연구가 많지 않은 KOH 수용액의 정량적인 CO2 흡수 성능에 관해 고찰했다는 점에 의의가 있다. 그러나 연구가 lab-scale 규모로 수행된 점과 서론에서 언급했던 흡수제 재생에 관해 확인만 했을 뿐 자세한 결과를 언급하지 못한 부분이 한계이며 이후의 연구에서는 이 부분을 다룰 예정이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
CCS 기술로 기대할 수 있는 효과는? 이산화탄소(CO2) 포집 및 저장(Carbon capture and sequestration, CCS) 기술은 화석연료 사용으로 배출되는 CO2를 포집 저장하는 기술이다. 따라서, CCS 기술로 대기 중으로 방출되는 CO2 양을 줄일 수 있고, 최소한의 CO2 배출로 화석연료의 사용을 지속할 수 있다.
K2CO3를 이용한 습식 흡수법으로 대표적인 공정법은 무엇인가? 9~16) 그러나 K2CO3를 이용한 습식 흡수법은 오래전부터 개발되어 사용되어 왔다. 대표적인 기술인 Benfield 또는 Catacarb와 같은 Hot potassium 공정에서는 K2CO3 수용액으로 CO2를 흡수, 포집하는데 MEA에 비해 흡수 속도는 느리나 고온에서는 흡수액의 농도가 높아져 흡수 속도와 흡수능이 증가된다.17) 또한, KHCO3가 주성분인 흡수 후 용액의 재생은 비교적 저온인 약 130℃에서 가능하며5,18~21) 1 kg의 CO2를 회수하고 K2CO3로 재생하는데 1030 kJ이 소요되어22) 같은 양의 MEA 재생 에너지 4545 kJ의 25% 정도에 불과하다.
K2CO3를 KOH로 재생하는 것이 에너지 소비 측면에서 좋은 방법이 아닌 이유는? 하지만 K2CO3에서 KOH로의 재생은 상당한 어려움이 있다. 기본적으로K2CO3는 900℃에서 CO2와 K2O로 열분해 되는데31) 이때 상당한 열이 필요하기 때문에 이는 에너지 소비 측면에서 경제성이 낮아 좋은 방법이 아니다. 하지만 K2CO3 수용액에 Ca(OH)2를 반응 시키면 재배열 반응(Metathesis reaction)에 의해 KOH 수용액이 재생되고 CaCO3 형태로 CO2를 고정화 할 수 있기 때문에32,33) KOH 수용액을 이용한 CO2 흡수 포집 연구는 상당한 의미가 있다 하겠다.
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참고문헌 (37)

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