[논문]연소 전 CO2 포집 흡수제들의 마모특성

류호정; 이동호; 문종호; 박영철; 조성호

doi:10.7316/khnes.2013.24.5.428

연소 전 CO2 포집 흡수제들의 마모특성
The Characteristics of Attrition of Absorbents for Pre-combustion CO2 Capture 원문보기 논문타임라인

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.24 no.5, 2013년, pp.428 - 436

류호정 (한국에너지기술연구원) , 이동호 (한국에너지기술연구원) , 문종호 (한국에너지기술연구원) , 박영철 (한국에너지기술연구원) , 조성호 (한국에너지기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

Attrition characteristics of $CO_2$ absorbents for pre-combustion $CO_2$ capture were investigated to check attrition loss of those absorbents and to determine solid circulation direction and the better $CO_2$ absorbent. The cumulative attrition losses of two absorbents increased with increasing time. However, attrition loss under a humidified condition was lower than that under a non-humidified condition case. Between two absorbents, attrition loss of PKM1-SU absorbent was higher than that of P4-600 absorbent. The average particle sizes of the attrited particles were less than $2.5{\mu}m$ for two absorbents under a non-humidified condition case, and therefore, we could conclude that the main mechanism of attrition for two absorbents is not fragmentation but abrasion. Based on the results from the test for the effect of humidity on the attrition loss, we selected solid circulation direction from SEWGS reactor to regeneration reactor because the SEWGS reactor contains more water vapor than regeneration reactor. Attrition loss and make-up rate of two absorbents were compared based on the results from $CO_2$ sorption capacity tests and attrition tests. Required make-up rate of P4-600 absorbent was lower than that of PKM1-SU absorbent. However, more detail investigation on the optimum regeneration temperature, manufacturing cost, solid circulation rate, regeneration rate, and long-term sorption capacity should be considered to select the best $CO_2$ absorbent.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같이 두 가지 CO₂ 흡수제의 반응특성 및 내마모도 실험결과에서 서로 다른 경향을 나타내었으므로 단편적인 결과만으로는 두 가지 흡수제 중 하나의 흡수제를 선정하기 어렵다. 결과적으로 본 연구에서는 반응특성 실험 및 내마모도 실험 결과를 종합적으로 고려하여 두 가지 CO₂ 흡수제 중 보다 우수한 흡수제를 선정하고자 하였다. 이를 위해 다음과 같은 기준을 마련하였다.
본 연구에서는 기존 연구⁷⁾에서 사용된 두 종류의 CO₂ 흡수제(PKM1-SU, P4-600)를 사용하여 마모실험 시간과 가습의 유무(humidified and not humidified) 에 따른 마모손실량을 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 CO₂ 흡수제의 주된 마모원인(마멸 또는 파쇄)을 파악하고 마모손실이 적은 흡수제를 선정하고 흡수제의 고체순환 방향도 결정하고자 하였다.

가설 설정

- 두 가지 CO₂ 흡수제의 제조비용은 동일한 것으로 고려한다.

제안 방법

이후 질소 10Nl/min을 공급하면서 시간을 측정하였다. 1시간 후 질소주입을 멈추고 마모되어 포집된 미분의 무게를 측정하고, 미분수집부의 삼각플라스크를 교체한다음 다시 질소를 흘려보내면서 시간을 측정하여 4시간 후(총 5시간 후) 질소주입을 멈추고 다시 포집된 미분의 무게를 측정하였다. 5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다.
1시간 후 질소주입을 멈추고 마모되어 포집된 미분의 무게를 측정하고, 미분수집부의 삼각플라스크를 교체한다음 다시 질소를 흘려보내면서 시간을 측정하여 4시간 후(총 5시간 후) 질소주입을 멈추고 다시 포집된 미분의 무게를 측정하였다. 5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다. 실험장치 내의 입자와 마모되어 비산된 입자의 sampling 및 측정오차를 최소화하기 위해 Fig.
CO₂ 흡수제의 마모 특성 측정을 위해 CO₂ 흡수제를 실험장치에 장입하기 전에 소량의 질소를 흘려보내면서 50g의 CO₂ 흡수제를 장입하였다. 이후 질소 10Nl/min을 공급하면서 시간을 측정하였다.
2에나타난 침전실과 미분 수집부 사이의 관에 주기적으로 진동을 가하여 입자가 쌓이는 것을 방지하였으며, 마모되어 비산된 입자를 채취할 경우에는 미분 수집부에 설치된 thimble filter에 입자를 모은 후 분리하여 무게를 측정하였으며, 건조기에서 105℃에서 2시간 건조한 후 무게를 측정하였다. 각 단계에서 채취된 미분에 대해 입도분석기(Microtrac S3500)를 이용하여 입도를 분석하였다. 실험변수로는 마모실험 시간과 bubbler를 통한 가습의 유무(humidified and not humidified)가 고려되었으며 실험조건 및 변수를 요약하여 Table 2에 나타내었다.
5시간 후의 마모측정도 같은 방법으로 측정하여 총 10시간 동안 수행하였다. 실험장치 내의 입자와 마모되어 비산된 입자의 sampling 및 측정오차를 최소화하기 위해 Fig. 2에나타난 침전실과 미분 수집부 사이의 관에 주기적으로 진동을 가하여 입자가 쌓이는 것을 방지하였으며, 마모되어 비산된 입자를 채취할 경우에는 미분 수집부에 설치된 thimble filter에 입자를 모은 후 분리하여 무게를 측정하였으며, 건조기에서 105℃에서 2시간 건조한 후 무게를 측정하였다. 각 단계에서 채취된 미분에 대해 입도분석기(Microtrac S3500)를 이용하여 입도를 분석하였다.
연소 전 CO₂ 회수를 위한 SEWGS 공정에 사용하기 위해 개발된 두 종류(PKM1-SU, P4-600)의 CO₂흡수제에 대해 내마모도 실험장치를 이용하여 마모 시간과 가습조건 변화에 따른 마모손실량을 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 CO₂흡수제의 고체순환 방향과 보다 우수한 CO₂ 흡수제를 결정하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다.
이와 같은 기준을 바탕으로 시간당 1kg의 CO₂를 흡수-재생해야 하는 경우에 대해 각 흡수제의 CO₂흡수능 및 필요한 CO₂흡수제의 순환속도를 계산하였으며, CO₂ 흡수제가 순환하면서 마모되어 손실되는 양을 기준으로 경제성을 비교하였다.
침전실에서 분리되지 않고 비산된 입자는 입자 수집부로 이송되어 포집된다. 주입되는 기체에 수분을 공급하기 위하여 bubbler를 사용하였으며 유동화 기체로는 질소를 사용하였고 가스미터로보정된 질량유량계(MFC, 5850E, Brooks instruments) 와 MFC 제어장치(GMATE 2000, LOKAS automation Co.)를 통해 주입하였다.

대상 데이터

Table 1에는 PKM1- SU 입자와 P4-600 입자의 K₂CO₃ 함량, 제조방법 및 벌크밀도를 요약하여 나타내었다. PKM1SU 입자는 K₂CO₃함량 21%, P4-600 입자는 K₂CO₃ 함량 25%로 분무건조법에 의해 제조되었으며 입자의 형상은 구형이고 입자의 대량생산이 용이한 특징이 있다. 입자의 벌크밀도는 메스실린더를 이용하여 측정하였으며 5회 측정 후 최대값과 최소값을 제외한 3회 측정 값의 평균값을 사용하였다.
SEWGS 시스템에 적용하기 위한 CO₂ 흡수제 입자로는 한전전력연구원에서 공급된 PKM1-SU 입자와 P4-600 입자를 사용하였다. Table 1에는 PKM1- SU 입자와 P4-600 입자의 K₂CO₃ 함량, 제조방법 및 벌크밀도를 요약하여 나타내었다.

데이터처리

PKM1SU 입자는 K₂CO₃함량 21%, P4-600 입자는 K₂CO₃ 함량 25%로 분무건조법에 의해 제조되었으며 입자의 형상은 구형이고 입자의 대량생산이 용이한 특징이 있다. 입자의 벌크밀도는 메스실린더를 이용하여 측정하였으며 5회 측정 후 최대값과 최소값을 제외한 3회 측정 값의 평균값을 사용하였다.

성능/효과

1) PKM1-SU 입자와 P4-600 입자 모두 시간이 경과함에 따라 마모손실량이 증가하는 일반적인 경향을 나타내었으며, 가습을 하지 않는 경우가 가습을 하는 경우에 비해 마모손실량이 높은 것으로 나타났고, 가습을 하는 경우와 하지 않는 경우 모두에 대해 PKM1-SU 입자가 P4-600 입자에 비해 마모손실이 많은 것으로 나타났다.
2) 두 입자의 마모실험 결과 두 입자 모두 비산된 입자의 평균입경은 2.5㎛ 이하였으며, 이와 같은 결과로 미루어 두 입자 모두 입자손실의 주된 원인은 입자의 파쇄가 아닌 마멸에 의한 것임을 확인할 수 있었다.
3) 가습을 한 경우 입자의 마모손실이 적게 나타났으므로 반응기 내부기체 중 스팀의 함량이 높은 SEWGS 반응기로부터 재생반응기로 입자를 순환 하는 것이 유리한 것으로 사료되었다.
4) 단위질량의 CO₂를 흡수-재생할 경우 각 흡수제의 CO₂흡수능력, 고체순환속도 및 입자 내마모도를 함께 고려하면 P4-600 입자의 마모손실량이 PKM1- SU 입자에 비해 적게 나타나 경제성 측면에서 우수한 것으로 사료되었다. 하지만, 보다 세밀하게 CO₂ 흡수제를 선정하기 위해서는 각 흡수제의 흡수반응속도, 재생반응속도, 흡수제 비용, 고체순환속도의 제한, 재생온도의 제한 등에 대한 추가적인 고려가 필요하다.
Fig. 3과 4를 함께 고려하면, 두 가지 CO₂ 흡수제 중 P4-600 입자가 내마모도가 높은(마모손실이 적은)것으로 나타났으며, 가습을 하는 경우가 하지 않는 경우에 비해 마모손실이 적은 것으로 나타났다.
30kg/hr로 나타나 PKM1- SU 입자를 사용할 경우 입자 보충비용 측면에서 P4-600 입자에 비해 경제성이 저하되는 것으로 나타났다. 결과적으로 CO₂ 흡수능력, 고체순환속도 및 입자 내마모도를 함께 고려하면 P4-600 입자가 경제성 측면에서 우수한 것으로 사료되었다. 한편 이와 같은 비교는 단순하게 본 연구를 통해 결정된 값들을 바탕으로 추정한 것이며, 보다 세밀하게 CO₂ 흡수제를 선정하기 위해서는 각 흡수제의 흡수반응속도, 재생 반응속도, 흡수제 비용, 고체순환속도의 제한, 재생 온도의 제한 등에 대한 추가적인 고려가 필요하다.
결과적으로 SEWGS 시스템을 이용하면 SEWGS 반응기에서는 별도의 정제설비 없이 고농도의 수소를 얻을 수 있으며, 재생반응기에서는 별도의 CO₂ 분리설비 없이 고농도의 CO₂를 얻을 수 있다. 또한 SEWGS 시스템의 경우 수성가스화 반응을 하나의 반응기에서 수행할 수 있으므로 한 종류의 촉매와 하나의 반응기만 필요하므로 경제성이 높다.
3에는 두 가지 CO₂ 흡수제에 대해 두 가지 조건(가습 및 비가습)에서 시간별로 측정된 마모손실 입자량의 누적값을 나타내고 있다. 그림에 나타난 바와 같이 시간이 경과함에 따라 누적 마모손실량이 증가하는 일반적인 경향을 나타내었으며, 가습을 하지 않는 경우가 가습을 하는 경우에 비해 마모손실량이 높은 것으로 나타났고, 가습을 하는 경우와 하지 않는 경우 모두에 대해 PKM1-SU 입자가 P4-600 입자에 비해 마모손실이 많은 것으로 나타났다.
기존 보고⁷⁾에서 PKM1-SU 입자와 P4-600 입자에 대한 CO₂ 흡수-재생 실험 결과 두 입자 모두 흡수반응이 종결되기 위한 시간과 재생반응이 종결되기 위해 필요한 시간이 매우 길게 나타났으며, 이와 같은 장기간의 흡수-재생반응 시간을 확보하기 위해서는 흡수반응기와 재생반응기 모두 기포유동층 형태로 구성해야 하는 것으로 나타났다. 이와 같이 흡수반응기와 재생반응기를 모두 기포유동층으로 구성할 경우, 두 반응기(SEWGS 및 재생반응기)를 기포유동층으로 사용하고 별도의 고속유동층을 적용하여 흡수제를 이송시키는 방법과 두 반응기 모두 기포유동층을 적용하고, 두 개의 반응기 중 하나에 대해 반응기하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속 유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).
기존 보고⁷⁾에서 PKM1-SU 입자의 경우 P4-600 입자에 비해 CO₂ 흡수능이 높게 나타난 반면 P4-600입자의 경우 본 연구를 통한 내마모도 실험 결과 PKM1-SU 입자에 비해 마모손실이 낮게 나타났다. 이와 같이 두 가지 CO₂ 흡수제의 반응특성 및 내마모도 실험결과에서 서로 다른 경향을 나타내었으므로 단편적인 결과만으로는 두 가지 흡수제 중 하나의 흡수제를 선정하기 어렵다.
한편 SEWGS 반응기의 경우 수성가스화반응 및 CO₂ 흡수능력 증대를 위해 스팀이 공급되는 조건(가습조건)이며 재생반응 기의 경우 재생반응기체로 CO₂를 재순환 하여 사용하는 경우 건조한 조건에 해당된다. 따라서 Fig. 3부터 5까지에 나타난 바와 같이 가습을 하는 경우가 가습을 하지 않는 경우에 비해 흡수제의 마모손실이적으므로 반응기 내부기체 중 스팀의 함량이 높은 SEWGS 반응기에서 재생반응기로 흡수제를 순환하는 것이 흡수제의 마모손실을 적게 할 수 있으므로 유리한 것으로 사료되었다.
5μm 이하였으며, 이와 같은 결과로 미루어 두 흡수제 모두 입자손실의 원인은 입자의 파쇄(breakage)가 아닌 마멸(abrasion)인 것을 알 수 있었다. 또한 시간이 경과함에 따라 마모 되어 비산된 입자의 평균입경이 감소하는 것을 알수 있었다. 한편 가습을 한 경우, 마모되어 비산된 입자량이 매우 적어(0.
17 kg/hr의 고체순환속도가 필요하였는데 이는 PKM1- SU 입자의 흡수능이 P4-600 입자에 비해 높기 때문이다. 한편, 계산된 고체순환속도를 기준으로 마모되는 입자량을 계산하면 PKM1-SU 입자의 경우 0.35 kg/hr, P4-600 입자의 경우 0.30kg/hr로 나타나 PKM1- SU 입자를 사용할 경우 입자 보충비용 측면에서 P4-600 입자에 비해 경제성이 저하되는 것으로 나타났다. 결과적으로 CO₂ 흡수능력, 고체순환속도 및 입자 내마모도를 함께 고려하면 P4-600 입자가 경제성 측면에서 우수한 것으로 사료되었다.

후속연구

결과적으로 CO₂ 흡수능력, 고체순환속도 및 입자 내마모도를 함께 고려하면 P4-600 입자가 경제성 측면에서 우수한 것으로 사료되었다. 한편 이와 같은 비교는 단순하게 본 연구를 통해 결정된 값들을 바탕으로 추정한 것이며, 보다 세밀하게 CO₂ 흡수제를 선정하기 위해서는 각 흡수제의 흡수반응속도, 재생 반응속도, 흡수제 비용, 고체순환속도의 제한, 재생 온도의 제한 등에 대한 추가적인 고려가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유동층 공정에서 입자의 마모는 어떻게 발생하는가?	유동층 공정에서 입자 마모는 1) 분산판의 오리피스에서 고속의 기체제트에 의해 발생되는 고체끼리의 충돌에 의해서, 2) 기포의 거동에 의해 이웃한 입자들 사이에서 발생하는 상대적으로 낮은 속도의 충격에 의해서, 3) 층 표면에서 기포 파괴에 의해 발생하는 입자 사이의 높은 속도의 충격에 의해서, 4) 입자와 벽 혹은 내부구조물과의 충돌에 의해서, 5) 사이클론과 loop seal 등에서 입자간 충돌 혹은 입자와 벽의 충돌에 의해서 발생한다12-13).
	마멸이란?	입자마모는 마멸(abrasion) 와 파쇄(fragmentation)의 두 가지 형태로 분류되며 실제과정에서는 두 가지 형태가 함께 일어날 수 도 있다. 마멸은 마찰에 의하여 입자의 표면에서 미세한 입자가 분리되는 것을 말하며 미분입자량이 증가한다. 파쇄는 충격에 의해 입자가 중간 크기의 입자로 파괴되는 것을 말하며 미세입자보다 중간크기의 입자량이 상대적으로 많아진다10).
	기존 건식 연소 전 CO2 회수기술의 단점은?	기존 건식 연소 전 CO2 회수기술의 단점(복잡한 공정, 각 세부공정에 서로 다른 촉매 또는 흡수제 필요, 별도의 CO2 분리 공정 사용)을 극복하기 위한 새로운 시스템으로 수성가스화 촉매와 CO2 흡수제를 함께 이용하는 신개념의 회수증진 수성가스화(SEWGS, Sorption Enhanced Water Gas Shift) 기술에 대한 관심이 증대되고 있다1-3). SEWGS 시스템은 기존 기술의 세 가지 공정(고온수성가스화, 저온수성가스화, CO2 분리)을 두 개의 공정(SEWGS, 재생)으로 대체할 수 있다.

참고문헌 (14)
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R. James, "Clean Coal technology Status: $CO_2$ Capture and Storage", Technology Briefing for Colorado Rural Electric Association, EPRI, 2007.

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기존 건식 연소 전 CO₂ 회수기술의 단점(복잡한 공정, 각 세부공정에 서로 다른 촉매 또는 흡수제 필요, 별도의 CO₂ 분리 공정 사용)을 극복하기 위한 새로운 시스템으로 수성가스화 촉매와 CO₂ 흡수제를 함께 이용하는 신개념의 회수증진 수성가스화(SEWGS, Sorption Enhanced Water Gas Shift) 기술에 대한 관심이 증대되고 있다^1-3).
H. J. Ryu, "Selection of Process Configuration and Operating Conditions for SEWGS System", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 20, No. 2, 2009, pp. 168-178.

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기존 건식 연소 전 CO₂ 회수기술의 단점(복잡한 공정, 각 세부공정에 서로 다른 촉매 또는 흡수제 필요, 별도의 CO₂ 분리 공정 사용)을 극복하기 위한 새로운 시스템으로 수성가스화 촉매와 CO₂ 흡수제를 함께 이용하는 신개념의 회수증진 수성가스화(SEWGS, Sorption Enhanced Water Gas Shift) 기술에 대한 관심이 증대되고 있다^1-3).

그리고 PSA와 같은 다단 CO₂ 분리공정을 재생반응기로 대체할 수 있으므로 시스템이 컴팩트해지고 소요 부지면적도 감소하게 된다²⁾.
H. J. Ryu, J. S. Hyun, H. Kim and T. S. Hwang, "Reaction Characteristics of WGS Catalyst with Fraction of Catalyst in a Batch Type Fluidized Bed Reactor", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 22, No. 4, 2011, pp. 465-473.

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기존 건식 연소 전 CO₂ 회수기술의 단점(복잡한 공정, 각 세부공정에 서로 다른 촉매 또는 흡수제 필요, 별도의 CO₂ 분리 공정 사용)을 극복하기 위한 새로운 시스템으로 수성가스화 촉매와 CO₂ 흡수제를 함께 이용하는 신개념의 회수증진 수성가스화(SEWGS, Sorption Enhanced Water Gas Shift) 기술에 대한 관심이 증대되고 있다^1-3).
H. J. Ryu, Y. C. Park, S. H. Jo, M. H. Park, "Development of Novel Two-Interconnected Fluidized Bed System", Korean Journal of Chemical Engineering, Vol. 25, No. 5, 2008, pp. 1178-1183.

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하나의 유동층 반응기에서 다른 유동층 반응기로 고체를 순환하기 위해서는 고속의 유체를 사용하여 고체를 이송시킬 수 있는 고속유동층이 주로 사용되며, 입자의 반응속도가 빠른 경우에는 고속유동층 자체를 반응기로 사용할 수도 있으며, 반응속도가 느린 경우에는 별도의 고속유동층을 설치하거나 반응기 하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).

이와 같이 흡수반응기와 재생반응기를 모두 기포유동층으로 구성할 경우, 두 반응기(SEWGS 및 재생반응기)를 기포유동층으로 사용하고 별도의 고속유동층을 적용하여 흡수제를 이송시키는 방법과 두 반응기 모두 기포유동층을 적용하고, 두 개의 반응기 중 하나에 대해 반응기하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속 유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).
H. J. Ryu, "Selection of Process Configuration and Operating Conditions for SEWGS System", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 20, No, 2, 2009, pp. 168-178.

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하나의 유동층 반응기에서 다른 유동층 반응기로 고체를 순환하기 위해서는 고속의 유체를 사용하여 고체를 이송시킬 수 있는 고속유동층이 주로 사용되며, 입자의 반응속도가 빠른 경우에는 고속유동층 자체를 반응기로 사용할 수도 있으며, 반응속도가 느린 경우에는 별도의 고속유동층을 설치하거나 반응기 하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).

이와 같이 흡수반응기와 재생반응기를 모두 기포유동층으로 구성할 경우, 두 반응기(SEWGS 및 재생반응기)를 기포유동층으로 사용하고 별도의 고속유동층을 적용하여 흡수제를 이송시키는 방법과 두 반응기 모두 기포유동층을 적용하고, 두 개의 반응기 중 하나에 대해 반응기하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속 유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).
H. J. Ryu, J. Park, H. K. Kim, M. H. Park, "Solid Circulation Characteristics in a 3kW Chemicallooping Combustor", Korean Chem. Eng. Res., Vol. 46, No. 6, 2008, pp. 1057-1062.

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하나의 유동층 반응기에서 다른 유동층 반응기로 고체를 순환하기 위해서는 고속의 유체를 사용하여 고체를 이송시킬 수 있는 고속유동층이 주로 사용되며, 입자의 반응속도가 빠른 경우에는 고속유동층 자체를 반응기로 사용할 수도 있으며, 반응속도가 느린 경우에는 별도의 고속유동층을 설치하거나 반응기 하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).

이와 같이 흡수반응기와 재생반응기를 모두 기포유동층으로 구성할 경우, 두 반응기(SEWGS 및 재생반응기)를 기포유동층으로 사용하고 별도의 고속유동층을 적용하여 흡수제를 이송시키는 방법과 두 반응기 모두 기포유동층을 적용하고, 두 개의 반응기 중 하나에 대해 반응기하부는 기포유동층 조건에서 조업하고 상부를 고속 유동층 형태로 설계하는 방법이 사용될 수 있다^4-6).
H. J. Ryu, H. S. Kim, S. Y. Lee, D. H. Lee, J. C. Kim, "Effects of Operating Variables on Sorption Capacity of $CO_2$ absorbents for SEWGS Process", Korean Chem. Eng. Res., Vol. 50, No. 6, 2012, pp. 994-1001.

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CO₂ 흡수제의 반응성 해석과 관련하여 Ryu 등⁷⁾은 SEWGS 시스템에 사용하기 위해 개발된 두 종류의 CO₂ 흡수제(PKM1-SU, P4-600)에 대해 흡수-재생 반복횟수, 스팀농도, 재생온도 및 압력의 영향을 측정 및 해석하였으며 두 흡수제 모두 흡수-재생 반응속도의 한계에 의해 흡수-재생반응기 모두 기포유동층 조건에서 조업해야 하는 것으로 보고하였다.

본 연구에서는 기존 연구⁷⁾에서 사용된 두 종류의 CO₂ 흡수제(PKM1-SU, P4-600)를 사용하여 마모실험 시간과 가습의 유무(humidified and not humidified) 에 따른 마모손실량을 측정 및 해석하였으며 이를 바탕으로 CO₂ 흡수제의 주된 마모원인(마멸 또는 파쇄)을 파악하고 마모손실이 적은 흡수제를 선정하고 흡수제의 고체순환 방향도 결정하고자 하였다.

기존 보고⁷⁾에서 PKM1-SU 입자와 P4-600 입자에 대한 CO₂ 흡수-재생 실험 결과 두 입자 모두 흡수반응이 종결되기 위한 시간과 재생반응이 종결되기 위해 필요한 시간이 매우 길게 나타났으며, 이와 같은 장기간의 흡수-재생반응 시간을 확보하기 위해서는 흡수반응기와 재생반응기 모두 기포유동층 형태로 구성해야 하는 것으로 나타났다.

기존 보고⁷⁾에서 PKM1-SU 입자의 경우 P4-600 입자에 비해 CO₂ 흡수능이 높게 나타난 반면 P4-600입자의 경우 본 연구를 통한 내마모도 실험 결과 PKM1-SU 입자에 비해 마모손실이 낮게 나타났다.

- 각 흡수제의 CO₂ 흡수능은 흡수-재생 반복횟수가 증가함에 따라 지속적으로 감소할 수 있으나, 기존 연구⁷⁾에서 측정한 최종 반복횟수인 5회째의 흡수능을 기준으로 한다.

- 스팀농도 증가에 따라 PKM1-SU 입자는 CO₂ 흡수능이 증가하지만, 스팀공급량을 증가시키는 경우 전체 공정의 경제성이 저하되므로 기존 연구⁷⁾에서 측정한 스팀 농도 10%일 때의 실험결과를 기준으로 한다.
H. J. Ryu, J. S. Hyun, H. Kim, T. S. Hwang, "Reaction Characteristics of WGS Catalyst with Fraction of Catalyst in a Batch Type Fluidized Bed Reactor", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 22, No. 4, 2011, pp. 465-473.

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또한 WGS 촉매의 반응성과 관련하여 Ryu 등⁸⁾, Kim 등⁹⁾ 은 상압 및 가압 기포유동층 반응기에서 WGS 촉매에 의한 CO 전환율에 미치는 유속, 온도, steam/CO 비, 압력의 영향을 측정 및 고찰하였으며 선정된 최적조업조건에서 연속운전을 실증하였다.
H. Kim, D. H. Lee, S. Y. Lee, T. S. Hwang, H. J. Ryu, "Reaction Characteristics of WGS Catalyst for SEWGS Process in a Pressurized Fluidized Bed Reactor", Trans. of the Korean Hydrogen and New Energy Society, Vol. 23, No. 4, 2012, pp. 337-345.

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또한 WGS 촉매의 반응성과 관련하여 Ryu 등⁸⁾, Kim 등⁹⁾ 은 상압 및 가압 기포유동층 반응기에서 WGS 촉매에 의한 CO 전환율에 미치는 유속, 온도, steam/CO 비, 압력의 영향을 측정 및 고찰하였으며 선정된 최적조업조건에서 연속운전을 실증하였다.
Y. S. Moon, C. K. Yi, J.E. Son, C. K. Ryu, J. H. Choi, "The Effect of Fluidized-Bed Variables on Attrition of Solid Particles", J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 16, No. 5, 2005, pp. 603-608.

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파쇄는 충격에 의해 입자가 중간 크기의 입자로 파괴되는 것을 말하며 미세입자보다 중간크기의 입자량이 상대적으로 많아진다¹⁰⁾.
Y. S. Park and J. E. Son, "Attrition characteristics of Domestic Low Grade Antracite Coal in a Fluidized Bed Combustor", HWAHAK KONGHAK, Vol. 28, No. 3, 1990, pp. 320-326.

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따라서 실제와 유사한 상황으로 모사된 실험방법으로 입자의 마모속도를 평가하는 것이 일반적이다¹¹⁾.
J. Werther and W. Xi, "Jet Attrition of Catalyst Particles in Gas Fluidized Beds", Powder technology, Vol. 76, No. 15, 1993, pp. 39-46.

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유동층 공정에서 입자 마모는1) 분산판의 오리피스에서 고속의 기체제트에 의해 발생되는 고체끼리의 충돌에 의해서, 2) 기포의 거동에 의해 이웃한 입자들 사이에서 발생하는 상대적으로 낮은 속도의 충격에 의해서, 3) 층 표면에서 기포 파괴에 의해 발생하는 입자 사이의 높은 속도의 충격에 의해서, 4) 입자와 벽 혹은 내부구조물과의 충돌에 의해서, 5) 사이클론과 loop seal 등에서 입자간 충돌 혹은 입자와 벽의 충돌에 의해서 발생한다^12-13).
D. Merrick and J. Highley, "Particle size reduction and elutriation in a fluidized bed process", AICHE Symp. Ser., Vol 70, No. 137, 1994, pp. 367.

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유동층 공정에서 입자 마모는1) 분산판의 오리피스에서 고속의 기체제트에 의해 발생되는 고체끼리의 충돌에 의해서, 2) 기포의 거동에 의해 이웃한 입자들 사이에서 발생하는 상대적으로 낮은 속도의 충격에 의해서, 3) 층 표면에서 기포 파괴에 의해 발생하는 입자 사이의 높은 속도의 충격에 의해서, 4) 입자와 벽 혹은 내부구조물과의 충돌에 의해서, 5) 사이클론과 loop seal 등에서 입자간 충돌 혹은 입자와 벽의 충돌에 의해서 발생한다^12-13).
C. K. Ryu and J. B. Lee, "Standard Test Method for Determination of Attrition of Powdered sorbents by Air Jet", KEPRI report, 1991, TM.97GJ17, I 1999. 431.

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ASTM D5757-95 방법은 일반적인 마모지표(attrition index, AI 혹은 AI(t)) 또는 기체 제트지표(air jet index, AJI(t))와 수정 마모지표 (corrected attrition index, CAI 혹은 CAI(t))를 결정하여 입자의 마모도 표시에 사용한다¹⁴⁾.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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