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[국내논문] 아스펜 플러스를 이용한 폭발성 가스 건식 연소 처리공정의 열회수 모델링 및 엑서지 분석
Heat Recovery Modeling and Exergy Analysis of Dry Combustion Process for Explosive Gas Treatment Using Aspen Plus 원문보기

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.33 no.5, 2017년, pp.521 - 528  

최용만 (사빅 기술연구소) ,  최창식 (고등기술연구원) ,  홍범의 (고등기술연구원) ,  조성수 (고등기술연구원) ,  김용진 (한국기계연구원) ,  김학준 (한국기계연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the combustion treatment of explosive gases with a high heating value such as $H_2$ and $NH_3$ used in semiconductor and chemical processes, the heat recovery modeling and exergy analysis of the process using the Aspen Plus simulator and its thermodynamic data were performed...

주제어

#Heat recovery modeling   #Exergy analysis   #Dry combustion process   #Aspen Plus   #Explosive gas treatment   #Process modeling  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 아스펜 플러스를 사용해서 가스 유량 600 L/min급 연소 공정의 열회수 공정에 대한 고찰을 위해서 공정 모사를 수행하였으며, 본 공정 모사를 통해서 실험 장치 및 공정 구성에 사용될 수 있는 열회수 공정의 주요 인자를 도출하고자 하였다. 또한 정량적인 에너지 분석이 가능한 엑서지 기법을 활용해서 공정 내 에너지의 흐름을 파악해 보고자 하였다. 표 1에는 공정모사의 구성을 위해 사용된 약어와 기호들의 명칭을 정리하였다.
  • 본 연구에서는 아스펜 플러스를 사용해서 가스 유량 600 L/min급 연소 공정의 열회수 공정에 대한 고찰을 위해서 공정 모사를 수행하였으며, 본 공정 모사를 통해서 실험 장치 및 공정 구성에 사용될 수 있는 열회수 공정의 주요 인자를 도출하고자 하였다. 또한 정량적인 에너지 분석이 가능한 엑서지 기법을 활용해서 공정 내 에너지의 흐름을 파악해 보고자 하였다.

가설 설정

  • 특히 수소와 암모니아의 산화반응을 모사하기 위해서 Rstoic (stoichiometric reactor) 방식의 화학량론적 반응기 모델을 사용하였고, 그 화학식은 다음과 같다. 두 반응 모두 정상상태(steady-state)라 가정하였고, 챔버의 온도는 실험 결과에서 사용된 열교환기 전단에서 측정된 600℃를 사용하였으며, 압력은 대기압으로 가정하였다. 이는 본 공정 모사에서 사용된 열교환기의 전단과 후단의 차이가 없다고 가정한 것과 유사하다고 볼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
엑서지 기법이 공정의 에너지 분석에 널리 사용이 가능한 이유는? 이에 반하여 열역학 제1법칙과 제2법칙을 기반으로 하는 엑서지 기법은 에너지원들에 대한 정량적인 분석이 가능하므로 공정에서 일어나는 에너지 분석을 보다 원활하게 수행할 수가 있다. 즉, 대상 시스템 혹은 단위공정의 투입 값과 배출 값을 비교함으로써 손실이 일어나는 원인과 위치를 파악이 가능하므로 냉각 장치 및 화학공정 등의 에너지 분석에 널리 사용이 가능하다(Hongbo et al., 2017).
아스펜 플러스는 무엇인가? 아스펜 플러스(Aspen Plus, AspenTech)는 물질 및 열 수지(mass and energy balance)와 화학적 평형, 열역학 데이터를 근거로 공정 모사를 할 수 있는 프로그램으로 검증되어 사용하려는 시도가 국내에서 이루어지고 있고(Lee et al., 2009), 냉각기의 열회수 단계 또는 석탄 화력 발전소에서 배가스로부터 폐열을 회수하는 단계에서 에너지 효율을 높이기 위한 해결 방법으로 엑서지 분석을 통한 다양한 제안이 이루어지고 있다(Noroozian et al.
현장에서 사용되는 주요 폭발성 가스의 특징은? 현장에서 사용되는 주요 폭발성 가스로는 H2, NH3,SiH4, GeH4 및 DCS (Dichloro silane) 등이 있는데 (Song and Kim, 2002; Kim and Hwang, 2001) 발열량이 높은 가스들로서 이들의 분해 및 연소과정에서 발생되는 고온의 열에너지는 그 이용가치가 충분함에도 불구하고 운영 및 제어의 어려움 등을 이유로 대부분 폐기되는 실정이며, 최근 안정적인 연소 처리를 통해 버려지는 열에너지를 회수하고자 하는 시도가 이루어지고 있다(Choi et al., 2016; Lombardi et al.
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참고문헌 (13)

  1. Choi H.-Y., B.U. Hong, C.J. Jeong, and C.S. Choi (2016) Improvement of Plasma Torch Shape for Upgrading Efficiency of Explosion Gases Elimination in Semiconductor Process, Journal of Thermal & Environmental Engineering, 13(1), 1-7. (in Korean with English Abstract) 

  2. Fujisawa, S., M. Moriya, K. Yosa, S. Nishiwaki, H. Yamamoto, T. Katsuki, Y. Nabeshima, and H. Oda (2002) Removal of gaseous chemical contaminants as well as heat recovery by air washer (Part 2), Proceeding of the 20th Annual Technical Meeting on Air Cleaning and Contamination Control, 162-165. 

  3. Kim, J.-H. and J.J. Lee (2013) Management Changes of Hazardous Air Pollutants Sources and Its Proposed Improvement in Korea, J. of Korean Society for Atmospheric Environment, 29(5), 536-544. (in Korean with English Abstract) 

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  4. Kim, Y.J. and J.H. Hwang (2001) Flue gas treatment technology in semiconductor manufacturing process, Air Cleaning Technology, 14(3), 15-22. 

  5. Lee, J.-H., M.-H. Jung, Y.-H. Kwon, G.-W. Lee, and B.-H. Shon (2009) Simulation of the flue gas treatment processes of an industrial-waste incinerator using Aspen plus, Journal of Academia-industrial Technology, 10(11), 3246-3252. (in Korean with English Abstract) 

  6. Lombardi, L., E. Carnevale, and A. Corti (2011) Analysis of energy recovery potential using innovative technologies of waste gasification, Waste Management, 32(4), 640-652. 

  7. Noroozian, A., A. Mohammadi, M. Bidi, and M.H. Ahmadi (2017) Energy, exergy and economic analyses of a novel system to recover waste heat and water in steam power plants, Energy Conversion and Management, 144, 351-360. 

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  8. Park, C.-W., K.-S. Kwon, W.-B. Kim, B.-K. Min, S.-J. Park, I.-H. Sung, Y.-S. Yoon, K.-S. Lee, J.-H. Lee, and J.-W. Seok (2009) Energy Consumption Reduction Technology in Manufacturing-A Selective Review of Policies, Standards, and Research, International journal of precision engineering and manufacturing, 10(5), 151-173. (in Korean with English Abstract) 

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  9. Song, G.-S., K.-H. Yoo, S.-Y. Kang, and S.-W. Son (2009) An Experimental Study on Energy Reduction of an Exhaust Air Heat Recovery Type Outdoor Air Conditioning System for Semiconductor Manufacturing Clean Rooms, Korean Journal of Air-conditioning and Refrigeration Engineering, 21(5), 273-281. (in Korean with English Abstract) 

  10. Song, Y.H. and Y.J. Kim (2002) Atmospheric Pressure Plasma Applications to Treat Off-Gases from Semiconductor Manufacturing, Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 19(8), 34-37. 

  11. Tan, H., H. Fu, and J. Yu (2017) Evaluating optimal cooling temperature of a single-stage thermoelectric cooler using thermodynamic second law, Applied Thermal Engineering, 123, 845-851. 

    상세보기 crossref

  12. Wang, D., A. Bao, W. Kunc, and W. Liss (2012) Coal power plant flue gas waste heat and water recovery, Applied Energy, 91, 341-348. 

    상세보기 crossref

  13. Yoo, K.-H. (2007) Reduction of air conditioning energy in semiconductor/display manufacturing clean rooms, Air Cleaning Technology, 20(4), 1-18. 

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