본 논문에서는 주류공정의 고농도 $CO_2$ 제거를 위한 스크러버의 $CO_2$ 흡수 성능평가를 진행하였다. Lab-scale 실험을 통해서 설계인자인 액가스비($18L/m^3$), 공탑속도(0.14 m/s)를 산정하였다. 설계인자를 기반으로 제작한 $5m^3/min$ 급 $CO_2$ 흡수 반응기로 실험한 결과, 풍량이 1, 2, 3, 4, $5m^3/min$ 증가시 $CO_2$ 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. 또한 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율(5.4%) 평가 및 에너지 절감량(11.5 TOE/year), 온실 가스 감축량(6.5 TC/year)를 산정하였다.
본 논문에서는 주류공정의 고농도 $CO_2$ 제거를 위한 스크러버의 $CO_2$ 흡수 성능평가를 진행하였다. Lab-scale 실험을 통해서 설계인자인 액가스비($18L/m^3$), 공탑속도(0.14 m/s)를 산정하였다. 설계인자를 기반으로 제작한 $5m^3/min$ 급 $CO_2$ 흡수 반응기로 실험한 결과, 풍량이 1, 2, 3, 4, $5m^3/min$ 증가시 $CO_2$ 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. 또한 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율(5.4%) 평가 및 에너지 절감량(11.5 TOE/year), 온실 가스 감축량(6.5 TC/year)를 산정하였다.
In this paper, $CO_2$ absorption of scrubber was tested for removal of high concentration $CO_2$. Liquid to gas ratio($18L/m^3$) and Superficial velocity(0.14 m/s) was determined through Lab-scale test. As flow rates increase 1, 2, 3, 4 and $5m^3/min$,
In this paper, $CO_2$ absorption of scrubber was tested for removal of high concentration $CO_2$. Liquid to gas ratio($18L/m^3$) and Superficial velocity(0.14 m/s) was determined through Lab-scale test. As flow rates increase 1, 2, 3, 4 and $5m^3/min$, $CO_2$ removal efficiency decrease 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71% and 85.49%. Also, the scrubber operation made energy improvement(5.4%), energy saving(11.5 TOE/year) and greenhouse gases reduction(6.5 TC/year).
In this paper, $CO_2$ absorption of scrubber was tested for removal of high concentration $CO_2$. Liquid to gas ratio($18L/m^3$) and Superficial velocity(0.14 m/s) was determined through Lab-scale test. As flow rates increase 1, 2, 3, 4 and $5m^3/min$, $CO_2$ removal efficiency decrease 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71% and 85.49%. Also, the scrubber operation made energy improvement(5.4%), energy saving(11.5 TOE/year) and greenhouse gases reduction(6.5 TC/year).
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문제 정의
이에 본 연구에서는 높은 반응열, 열화물 생성, 부식문제와 흡수제를 재생할 때 많은 에너지 소모를 가진 기존 아민 흡수제의 단점을 극복하기 위한 아미노산염 흡수제를 적용한 친환경이며 에너지효율적인 저감기술개발을 통하여 생산성 향상 및 에너지절감 기술을 개발하고자 하였고, 기존 문헌연구 결과의 비교・분석을 통하여 고농도 CO2 저감 가능성을 평가하였다.
제안 방법
MI2883(Metrel Co.)를 유니트쿨러(공조기)에 설치하여 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율을 평가하였다. 시간에 따른 소비전력은 같으므로 5분간 전력량 측정을 통하여 전력량을 측정하였다.
또한, 상온(25℃), 상압(1 atm)에서 흡수실험을 수행하였고, CO2 가스 농도는 AQ200(KIMOCo.)을 반응기 출구에 설치하여 by-pass를 통해 입구농도와 출구농도를 실시간으로 측정하였다.
본 실험에서는 흡수제를 CO2 제거 공정에 적용하기 위하여 L-alanine을 이용한 스크러버의 CO2 제거효율 실험을 진행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기로 FAN의 풍량을 1 m3/min 부터 5 m3/min 까지 1단계씩 증가시켜 CO2 제거율 실험을 수행하였다. FAN 작동 후 안정화시간 5분 이후부터 30분 동안 실험을 수행하였으며, GASTIGER2000 (YANTSTAR Instrument Co.
스크러버의 설계 및 제작을 위하여 5 L/min(Lab-scale) CO2 흡수 반응기를 이용하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도 도출실험을 수행하였다. Fig.
흡수 반응기의 설계 및 제작을 위하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도에 대하여 실험을 수행하였다. 액가스량 산정을 위하여 가스 유량 3 L/min, 흡수제 0.5 M, CO2 농도 2% 조건으로 실험을 수행하였고, 공탑속도 산정을 위하여 액가스비 18 L/m3, 흡수제 0.5 M,CO2 농도 2% 조건으로 실험을 수행하여 스크러버의 설계인자(액가스량, 공탑속도)를 도출하였다.
스크러버의 이산화탄소 흡수 성능평가를 위해 흡수제가 고르게 분사될 수 있도록 흡수제 탱크에 흡수제를 약 760 L(전체 탱크의 약 70%) 주입하였다. 풍량 1~5 m3/min, 주류공정의 환경조건인 온도(15℃), 상압(1 atm), CO2(2.4%)를 유지한 상태로 스크러버의 전 후단에 CO2 측정기기를 설치하여 스크러버의 제거효율 실험을 수행하였다.
대상 데이터
따라서, 본 연구에서는 주류 및 식품공정에 적용하기 위한 친환경 흡수제로 L-alanine을 선정하였다.
이산화탄소 흡수 성능평가를 위해 인체에 무해한 아미노산 흡수제인 L-alanine을 사용하였으며 분자구조는 Fig 1과 같다. L-alanine(C3H7NO2)은 단백질의 합성에 사용되는 아미노산으로 인체에서 합성 할 수 있기 때문에 음식으로 섭취해야 하는 필수 아미노산이 아니며, 거의 모든 단백질 성분에 존재한다.
흡수물질로 사용된 CO2 표준가스(DeokyangCo.)는 고농도에서 흡수제의 흡수 성능을 도출하기 위하여 주류공정 내 고농도의 CO2 조건을 고려하여 질소를 balance로 한 고농도의 표준가스를 사용하였고, 반응기에 유입되기 전에 유량계를 통해 일정하게 공급하였다. Table 2는 흡수물질로 사용된 표준가스의 조성을 나타낸다.
데이터처리
MI2883(Metrel Co.)를 이용하여 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율을 평가하였다. 본 개발장치를 작동하기 전에는 유니트쿨러(공조기)와 CO2를 외부로 배출하는 외기팬이 항시 작동되는 상황이며, 본 개발장치를 작동한 후에는유니트쿨러와 외기팬의 작동없이 내부 온도를 낮게 유지할 수 있고, CO2를 효과적으로 제거할 수 있었다.
이론/모형
또한 에너지 절감량 및 온실가스 감축량은 ‘에너지 절감량/온실가스 감축량’ 산정식(2, 3)을 이용하여 산정하였다.
성능/효과
1. 스크러버의 설계 및 제작을 위하여 5LPM(Lab-scale) CO2 흡수 반응기를 이용하여 설계조건인 액가스량 및 공탑속도 도출 실험한 결과 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 액가스비는 18 L/m3, 공탑속도는 0.14 m/s로 산정되었다.
3. MI2883(Metrel Co.)를 이용하여 스크러버를 사용하기 전 후의 에너지 개선율을 평가하였고, 본 개발장치의 작동했을 경우 5.4%의 에너지를 개선할 수 있는 것으로 나타났다.
4. 에너지 절감량은 11.5 TOE/year, 온실가스 감축량은 6.5 TC/year로 산정되었고, 본 개발장치를 이용하여 에너지 절감뿐만 아니라 온실가스 배출량 저감에 기여할 수 있을 것으로 사료된다.
5 M, CO2 농도 2% 조건으로 실험을 수행하였다. 공탑속도 0.1 m/s일 때, CO2 가 86.4% 제거되어 가장 높은 제거율을 나타났고 공탑속도가 증가할수록 CO2 제거율이 감소하는 것으로 나타났다. 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 공탑속도는 0.
본 개발장치를 작동했을 경우 5.4%의 에너지를 개선할 수 있으며, 흡수제의 농도를 증가시키거나 배합방법의 변경을 통한 CO2 제거율의 향상뿐만 아니라 본 개발장치의 작동시간이 단축되어 에너지 개선율을 증가시킬 수 있을 것으로 사료된다. 또한 ‘에너지 절감량/온실가스 감축량’ 산정식을 이용하여, 에너지 절감량은 11.
2. 설계인자를 기반으로 제작한 5 m3/min 급 CO2 흡수 반응기로 실험한 결과, 풍량이 1, 2, 3, 4, 5 m3/min 증가시 CO2 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. 풍량별5회 측정을 통하여 스크러버의 재현성 테스트를 진행하였으며, 풍량에 따른 CO2 제거실험을 반복적으로 수행한 결과 표준편차는 0.
5 M로 낮춰서 실험하였다. 액가스비2, 5~25 L/m3(5 L/m3 간격)으로 실험을 진행하여 액가스비가 20 L/m3일 때 CO2가 86.4% 제거되어 가장 높은 제거율을 나타났고, 25 L/m3에서 85.5%로 감소하는 것으로 나타났다. 주류공정에 적용하기 위한 CO2 제거율 85% 이상인 액가스비는 18 L/m3으로 산정되었다.
49%로 감소하는 경향을 보였다. 풍량별5회 측정을 통하여 스크러버의 재현성 테스트를 진행하였으며, 풍량에 따른 CO2 제거실험을 반복적으로 수행한 결과 표준편차는 0.63~0.94 사이로 분석되었고, 본 연구에서 사용하는 L-alanine의 흡수 재현성이 높은 것으로 확인되었다. 풍량 증가할수록 기액접촉 감소에 따른 CO2 제거효율이 감소할 것으로 판단되며, 실험에서 사용된 흡수제의 농도 증가 및 배합방법의 변경이 필요할 것으로 사료된다.
풍량이 1, 2, 3, 4, 5 m3/min으로 증가할 경우 CO2 제거율은 98.47%, 96.46%, 92.95%, 89.71%, 85.49%로 감소하는 경향을 보였다. Fig.
후속연구
본 연구에서 사용하는 L-alanine의 흡수 재현성이 높은 것으로 확인되었다. 풍량 증가할수록 기액 접촉 감소에 따른 CO2 제거율이 감소할 것으로 판단되며, 실험에서 사용된 흡수제의 농도 증가 및 배합방법의 변경이 필요할 것으로 사료된다.
94 사이로 분석되었고, 본 연구에서 사용하는 L-alanine의 흡수 재현성이 높은 것으로 확인되었다. 풍량 증가할수록 기액접촉 감소에 따른 CO2 제거효율이 감소할 것으로 판단되며, 실험에서 사용된 흡수제의 농도 증가 및 배합방법의 변경이 필요할 것으로 사료된다.
향후 본 연구를 통해 도출된 결과는 주류공정 내 고농도 CO2 저감 공정에 활용이 가능할 것으로 기대된다
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
온실가스 배출량의 증가의 주요 원인은 무엇인가?
산업혁명 이후 산업의 발전과 동시에 화석연료 사용 증가로 인해 대기 중 온실가스 농도가 급격히 증가되어 온실효과로 인한 지구온난화현상이 극대화되고 있다[1]. 온실가스 배출량의 증가는 세계 주요 에너지 사용량의 증가에 따른 에너지 공급과 수송부문의 배출량 급증이 주요 원인으로 이 중 CO2는 지구 온난화지수가 낮지만, 규제가 가능한 가스이면서 전체 온실가스 배출량 중 약 80% 이상을 차지하여 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되고 있다. 에너지 공급부분의 전체 배출 온실가스 중 화석 연료 사용에 의한 CO2 배출이 57% 이상을 차지하고 있으며, 에너지 공급(26%), 산업(19%)부문에서 많이 배출되는 것으로 나타났다[2,3].
온실가스 배출량이 증가하는 실정을 해결하기 위해 무엇이 필요한가?
따라서 지속성장가능사회를 구현하기 위해서는 화석연료 사용은 필수불가결한 요소로 부각되고 있으며, 이에 따른 온실가스 배출량이 증가하는 실정이다[7]. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 경제적이고 효율성 있는 신재생에너지가 개발될 때까지 인류사회의 지속적인 발전 가능성을 감안하여 안정된 화석연료 사용을 위해서는 CO2 분리, 회수 및 저장 기술 개발이 필요하다[8].
CO2가 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되는 이유는 무엇인가?
산업혁명 이후 산업의 발전과 동시에 화석연료 사용 증가로 인해 대기 중 온실가스 농도가 급격히 증가되어 온실효과로 인한 지구온난화현상이 극대화되고 있다[1]. 온실가스 배출량의 증가는 세계 주요 에너지 사용량의 증가에 따른 에너지 공급과 수송부문의 배출량 급증이 주요 원인으로 이 중 CO2는 지구 온난화지수가 낮지만, 규제가 가능한 가스이면서 전체 온실가스 배출량 중 약 80% 이상을 차지하여 6대 온실가스 중 가장 중요한 온실가스로 분류되고 있다. 에너지 공급부분의 전체 배출 온실가스 중 화석 연료 사용에 의한 CO2 배출이 57% 이상을 차지하고 있으며, 에너지 공급(26%), 산업(19%)부문에서 많이 배출되는 것으로 나타났다[2,3].
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