[논문]합성가스 내의 <tex> $CO_2$</tex> 분리를 위한 흡착 특성 연구

김수현; 서민혜; 유영돈; 김형택; 최익환

문제 정의

홉착제 충진부피에대한 흡착제 통과 유량의 비를 나타내는SV(Space Velocity)는 351, 703, 1807 1/h의 3가지 조건에서 실험하였다. 본 연구에서 대상으로 하고 있는 흡착제가 합성가스 내의 002를 선택적으로 흡착하는지의 여부를 판단하기 위하여 흡착 후의 홉착제에 온도를 증가시켰을 경우 탈착되는 가스를 GC를 이용하여 분석하였다. 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스 내의 C& 흡착 특성을 파악하기 위한 실험장치를 Fig.
본 연구에서 사용한 NaX 계열 zeolite 흡착제의 CO2 홉착 성능을 파악하기 위하여 가스화 공정에서 발생된 합성가스를 이용한 홉착실험을 진행하였다. 합성가스 조성은 CO2 6.
본 연구에서는 CO, H₂, CO2가 주성분인 합성가스 내의 0%를 분리하기 위하여 흡착제를 이용한 분리 방법을 고려하였다. 홉착제의 XRD 분석결과 Fig.
합성가스를 발전설비의 연료로 이용하는 경우, 합성가스내의 co, H2를 이용하는 것이기 때문에, 발전설비 구동전에 합성가스 내에 포함된 % 분리공정을 적용하여 0&를 분리한다면 단위전력 생산량 당 co2 배출량 감소 효과를 극대화 할 수 있다. 현재 화석연료의 연소 및 가스화 반응을 통해서 발생하는 연소가스 또는 합성가스 내의 CO2 분리를 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서는 CO2 분리를 위한 다양한 방법 증에서 흡착제를 이용하여 합성가스 내의 CO2를 분리하는 방법을 기준으로 하였으며, 이를 위해 홉착제를 이용한 CO2의 흡착, 탈착 성농 분석 연구를 수행하였다. 가스화 반응을 통해 발생한 합성가스 내의 CO2를 분리하기 위한 흡착제로 NaX 계열의 zeolite 흡착제를 이용하였으며, 합성가스를 홉착제에 통과시켜 합성가스 성분 중 CO2를 선택적으로 홉착하는지의 여부를 확인하였으며, 또한 TPD방법을 이용하여 홉착제의 CO2 흡착 성능 실험을 진행하였다.

제안 방법

가스화 반응을 통해 발생한 합성가스 내의 C& 를 분리하기 위한 흡착제로 NaX 계열의 zeolite 흡착제를 이용하여 CO2 흡착 성능 분석을 수행하였으며 다. 흡착성능 실험 결과 본 연구에서 대상으로 하는 흡착제가 C0, Hz, CO₂가 주성분인 합성가스 내의 CO2를 선택적으로 홉착함을 확인할 수 있었으며, 실험에 사용된 3 mm 직경의 흡착제는 1 g당 약 28 ml 의 CO2를 홉착하는 것으로 나타났다.
현재 화석연료의 연소 및 가스화 반응을 통해서 발생하는 연소가스 또는 합성가스 내의 CO2 분리를 위한 많은 연구가 진행되고 있으며, 본 연구에서는 CO2 분리를 위한 다양한 방법 증에서 흡착제를 이용하여 합성가스 내의 CO2를 분리하는 방법을 기준으로 하였으며, 이를 위해 홉착제를 이용한 CO2의 흡착, 탈착 성농 분석 연구를 수행하였다. 가스화 반응을 통해 발생한 합성가스 내의 CO2를 분리하기 위한 흡착제로 NaX 계열의 zeolite 흡착제를 이용하였으며, 합성가스를 홉착제에 통과시켜 합성가스 성분 중 CO2를 선택적으로 홉착하는지의 여부를 확인하였으며, 또한 TPD방법을 이용하여 홉착제의 CO2 흡착 성능 실험을 진행하였다.
흡착성능 실험 결과 본 연구에서 대상으로 하는 흡착제가 C0, Hz, CO₂가 주성분인 합성가스 내의 CO2를 선택적으로 홉착함을 확인할 수 있었으며, 실험에 사용된 3 mm 직경의 흡착제는 1 g당 약 28 ml 의 CO2를 홉착하는 것으로 나타났다. 또한 TPD방법을 이용하여 흡착제의 CO2 홉착 성능 실험을 진행하였는데, TPD 방법을 이용한 홉착성능 실험에는 직경 2 mm의 흡착제를 사용하였으며 , 실험결과 홉착제 1 g당 최대 약 115 ml의 CO2를 흡착하는 것으로 나타났으며 , 탈착 온도와 탈착온도에서의 유지시간 조건이 변함에 따라 흡착제 내에 흡착되었던 CO2의 탈착정도가 어떻게 변화하는 지에 대한 성능 분석을 수행하였다. 실험 결과 탈착 온도가 높을수록, 탈착 온도에서의 유지시간이 길수록 흡착되었던 CO2의 탈착 성능이 좋아지는 것을 알 수 있으며, 탈착 온도 유지 시간 60분의 경우 10CTC에서는 최대 41%, 150C에서는 최대 76.
흡착실험 전후의 시료에 대한 물리적인 성상 분석결과를 Table 3에 정리하였다. 또한 흡착제가 합성가스 내의 CO2를 선택적으로 흡착하는지 여부를 확인하기 위하여 합성가스를 흡착시켰던 시료에 열을 가하면서 발생되는 가스를 포집하여 GC 분석을 수행하였으며 분석결과를 Table 4에 나타내었다.
유입가스 유량은 시료 내에 충분히 흡착될 수 있도록 홀려주며, 이후 용기 내에 남아있는 가스를 제거하기 위하여 He 가스로 충분히 purge한 뒤에 온도를 증가시키면서 탈착되는 가스롤 TCD로 분석하여 CO2 홉착성능을분석하였다. 본 연구에서는 사용한 2 mm 직경 NaX type zeolite 홉착제의 CO2 흡착 특성을 파악하기 위하여 다양한 조건의 탈착온도 및 탈착 시간에 대한 흡착성눙 실험을 수행하였는데 탈착 온도는 100, 150, 200, 250t, 각 탈착 온도에서의 유지시간은 10, 20, 30, 60분인 조건에 대하여 CO2 홉착 특성 실험을 수행하였다. 탈착온도 40(TC에서는 온도 유지시간이 60분인 경우에 대해서만 실험을 수행하였다.
실험에는 CO2 농도 1%인 CO2/He 혼합가스를 사용하였으며 초기에 He 가스를 10분 정도 흘려준 뒤에 COs/He 혼합가스를 홀려 흡착 시료내에 C&가 흡착될 수 있도록 하였다. 유입가스 유량은 시료 내에 충분히 흡착될 수 있도록 홀려주며, 이후 용기 내에 남아있는 가스를 제거하기 위하여 He 가스로 충분히 purge한 뒤에 온도를 증가시키면서 탈착되는 가스롤 TCD로 분석하여 CO2 홉착성능을분석하였다. 본 연구에서는 사용한 2 mm 직경 NaX type zeolite 홉착제의 CO2 흡착 특성을 파악하기 위하여 다양한 조건의 탈착온도 및 탈착 시간에 대한 흡착성눙 실험을 수행하였는데 탈착 온도는 100, 150, 200, 250t, 각 탈착 온도에서의 유지시간은 10, 20, 30, 60분인 조건에 대하여 CO2 홉착 특성 실험을 수행하였다.
5-2 L/min로 하였으며 , 홉착제의 충진량은 약 50-70 g으로 하였다. 홉착제 충진부피에대한 흡착제 통과 유량의 비를 나타내는SV(Space Velocity)는 351, 703, 1807 1/h의 3가지 조건에서 실험하였다. 본 연구에서 대상으로 하고 있는 흡착제가 합성가스 내의 002를 선택적으로 흡착하는지의 여부를 판단하기 위하여 흡착 후의 홉착제에 온도를 증가시켰을 경우 탈착되는 가스를 GC를 이용하여 분석하였다.
17%였으며, 합성가스 내의 COz 흡착을 위해 직경 3mm인 구형 NaX type zeolite 흡착제를 사용하였다. 흡착제를 직경 3.5cm, 길이 IO® 반응기 내에 충진한 후 합성가스를 통과시키면서 GC를 이용하여 홉착제를통과한 후의 가스 조성을 분석하였다. 합성가스 유량은 0.

대상 데이터

가스의 흡착 조건은 278 K, 100 kPa이고 흡착제눈 직경 2 mm의 구형 NaX type zeolite 흡착제를 사용하였다. 흡착제를 일정 용기에 담고 홉착시키고자 하는 가스를 통과시켜 충분히 흡착시킨 다음 승온시키면서 탈착되는 양올 측정한다.
3에 나타내었다. 실험에는 3 mm 직경의 구형 홉착제를 사용하였으며, 이 경우 홈착제 1g당 약 28 끼의 CO2를 홉착하는 것으로 나타났다. 흡착실험 전후의 시료에 대한 물리적인 성상 분석결과를 Table 3에 정리하였다.
흡착제를 일정 용기에 담고 홉착시키고자 하는 가스를 통과시켜 충분히 흡착시킨 다음 승온시키면서 탈착되는 양올 측정한다. 실험에는 CO2 농도 1%인 CO2/He 혼합가스를 사용하였으며 초기에 He 가스를 10분 정도 흘려준 뒤에 COs/He 혼합가스를 홀려 흡착 시료내에 C&가 흡착될 수 있도록 하였다. 유입가스 유량은 시료 내에 충분히 흡착될 수 있도록 홀려주며, 이후 용기 내에 남아있는 가스를 제거하기 위하여 He 가스로 충분히 purge한 뒤에 온도를 증가시키면서 탈착되는 가스롤 TCD로 분석하여 CO2 홉착성능을분석하였다.
합성가스 조성은 CO2 6.50%, H₂ 5.53%, N₂ 26.80%, CO 61.17%였으며, 합성가스 내의 COz 흡착을 위해 직경 3mm인 구형 NaX type zeolite 흡착제를 사용하였다. 흡착제를 직경 3.
방법을 고려하였다. 홉착제의 XRD 분석결과 Fig. 1에 나타난 바와 같이 본 연구에서 사용한 흡착제는 NaX type zeolite 흡착제로서 물리적성상 분석 겨로가는 Table 1에 정리하였다.

성능/효과

4%, 200℃에서는 86. 1%가 탈착되는 것으로 나타났으며, 250C인 경우에는 20분이상 유지시 흡착되었던 C&가 거의 전부 탈착 되는 것으로 나타났다.
5에 한 조건에 대한 흡착 성능 분석 결과 그래프를 나타내었다. 본 연구에서 사용한 흡착제는 흡착된 CO2가 270℃ 이상이 되면 거의 100% 탈착이 되는 것을 알 수 있으며, 실험에 사용한 2 mm 직경 구형 흡착제의 경우 흡착제 1g당 최대 약 115 끼의 CO2를 흡착할 수 있는 것으로 나타났다.
또한 TPD방법을 이용하여 흡착제의 CO2 홉착 성능 실험을 진행하였는데, TPD 방법을 이용한 홉착성능 실험에는 직경 2 mm의 흡착제를 사용하였으며 , 실험결과 홉착제 1 g당 최대 약 115 ml의 CO2를 흡착하는 것으로 나타났으며 , 탈착 온도와 탈착온도에서의 유지시간 조건이 변함에 따라 흡착제 내에 흡착되었던 CO2의 탈착정도가 어떻게 변화하는 지에 대한 성능 분석을 수행하였다. 실험 결과 탈착 온도가 높을수록, 탈착 온도에서의 유지시간이 길수록 흡착되었던 CO2의 탈착 성능이 좋아지는 것을 알 수 있으며, 탈착 온도 유지 시간 60분의 경우 10CTC에서는 최대 41%, 150C에서는 최대 76.4%, 200℃에서는 86. 1%가 탈착되는 것으로 나타났으며, 250C인 경우에는 20분이상 유지시 흡착되었던 C&가 거의 전부 탈착 되는 것으로 나타났다.
흡착성능 실험 결과 본 연구에서 대상으로 하는 흡착제가 C0, Hz, CO₂가 주성분인 합성가스 내의 CO2를 선택적으로 홉착함을 확인할 수 있었으며, 실험에 사용된 3 mm 직경의 흡착제는 1 g당 약 28 ml 의 CO2를 홉착하는 것으로 나타났다. 또한 TPD방법을 이용하여 흡착제의 CO2 홉착 성능 실험을 진행하였는데, TPD 방법을 이용한 홉착성능 실험에는 직경 2 mm의 흡착제를 사용하였으며 , 실험결과 홉착제 1 g당 최대 약 115 ml의 CO2를 흡착하는 것으로 나타났으며 , 탈착 온도와 탈착온도에서의 유지시간 조건이 변함에 따라 흡착제 내에 흡착되었던 CO2의 탈착정도가 어떻게 변화하는 지에 대한 성능 분석을 수행하였다.

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