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연소전 $CO_2$ 회수를 위한 고체 흡수제 및 WGS 촉매 특성 평가
Solid $CO_2$ sorbents and WGS catalyst for pre-combustion $CO_2$ capture 원문보기

한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집, 2010 June 17, 2010년, pp.111.1 - 111.1  

엄태형 (한국전력공사 전력연구원) ,  이중범 (한국전력공사 전력연구원) ,  박근우 (한국전력공사 전력연구원) ,  최동혁 (한국전력공사 전력연구원) ,  백점인 (한국전력공사 전력연구원) ,  류청걸 (한국전력공사 전력연구원)

초록
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석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)의 고온 고압 합성가스로부터 $CO_2$를 저비용으로 포집하기 위한 연소전 포집 기술 중 유동층 촉진수성가스전환(SEWGS) 공정이 제안되어 연구개발 중에 있다. 연소전 $CO_2$ 포집을 위한 SEWGS 공정은 동일한 2탑 순환 유동층 반응기에서 고온 고압의 합성가스($H_2$, CO)를 유동층 WGS 촉매를 사용하여 CO를 $CO_2$로 전환하는 동시에 전환반응으로 생성된 $CO_2$를 흡수제를 이용하여 포집하는 기술이다. 본 연구는 $CO_2$ 회수와 WGS 반응이 동시에 이루어지는 공정에 적용 가능한 건식 재생 흡수제 및 유동층 WGS 촉매 개발을 목표로 $CO_2$ 흡수제(P Series) 및 WGS 촉매(PC Series) 조성을 제안하고 분무건조기를 이용하여 6~8kg/batch로 성형 제조하였다. 제조된 $CO_2$ 흡수제 및 촉매의 특성 평가 결과 내마모도(Attrition resistance)를 포함한 물리적 특성이 유동층 공정의 요구조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 모사 석탄 합성가스를 이용하여 20bar, $200^{\circ}C$ 흡수/$400^{\circ}C$ 재생 조건에서 열중량 분석기(TGA) 및 가압 유동층(Fluidized-bed) 반응기를 통한 흡수제의 $CO_2$ 흡수능 평가를 수행하였다. 그 결과 내마모도(AI) 3% 이하로 기계적 강도가 우수하며, $CO_2$ 흡수능 17.6 wt%(TGA) 및 11wt%(가압 유동층)를 나타냈다. 유동층 WGS 특성 평가 결과 내마모도가 7~35%로 우수하였고, CO 전환율은 $200^{\circ}C$에서 80% 이상으로, 유동층 SEWGS 공정에 적용 가능한 특성을 확인하였다.

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  • 물질전달계의 주요제어인자 로는 기체-액체 부피물질전달계수(kLa), 슬러리상의 확산도(DSL), 기포탑의 직경(D), 기포탑 반응기에 유입되는 기체의 유입속도(UG), 기포탑 반응기 내부의 연속상인 슬러리상의 표면장력(σSL), 슬러리상과 기체상간의 밀도차(ρSL-ρG) 그리 고 슬러리상의 점도(μSL)등 슬러리 상의 물성을 선정하였으며 중력가속도(g)를 선정하였다. 물질전달계의 Scling을 검토 하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였 다. 실험적으로 측정된 물질전달계수와 Scaling에 의해 예측된 물질전달계수를 비교 검토함으로써 본 연구의 Correlation 의 적용범위를 제시하였다.
  • p>삼상슬러리 기포탑 반응기의 설계 및 Scale-up을 위하여 기포탑의 직경변화에 따른 기체-슬러리 계면에서의 물질전 달 현상의 Similarity를 검토하고, 기체-슬러리 계면에서의 물질전달 현상과 슬러리 기포탑 반응기의 운전변수 및 반응 물들의 물성들과의 연관성을 고찰하기 위하여 삼상슬러리 기포탑의 물질전달계(System)에서 주요 파라메타를 도출하였 으며, 이들 파라메터들을 이용하여 슬러리 기포탑반응기의 물질전달 Scaling을 검토하였다. 물질전달계의 주요제어인자 로는 기체-액체 부피물질전달계수(kLa), 슬러리상의 확산도(DSL), 기포탑의 직경(D), 기포탑 반응기에 유입되는 기체의 유입속도(UG), 기포탑 반응기 내부의 연속상인 슬러리상의 표면장력(σSL), 슬러리상과 기체상간의 밀도차(ρSL-ρG) 그리 고 슬러리상의 점도(μSL)등 슬러리 상의 물성을 선정하였으며 중력가속도(g)를 선정하였다. 물질전달계의 Scling을 검토 하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였 다.
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  • 물질전달계의 Scling을 검토 하기위하여 이를 재구성하였으며 기포탑 반응기의 구조와 직경이 변화함에 따라 이들 무차원군의 변화양상을 고찰하였 다. 실험적으로 측정된 물질전달계수와 Scaling에 의해 예측된 물질전달계수를 비교 검토함으로써 본 연구의 Correlation 의 적용범위를 제시하였다.
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