초록 ▼

핵심기술
복합흡수제의 물성 및 CO₂ 흡수 특성 등의 데이터를 이용한 300 MW급 석탄화력배가스 처리를 위한 기본 설계안 제시
최종목표
복합흡수제를 이용한 연소 배가스 내 CO₂ 및 SO₂의 동시 복합 처리를 위한 흡수 공정의 최적화 및 상용 공정 설계를 목표로 복합 흡수제의 물성을 파악하고 이를 바탕으로 300 MW급 상용화 CO₂ 포집 설비의 기본설계자료를 도출하고자 함.
개발내용 및 결과
상용화 설계 자료 도출시 필요한

핵심기술
복합흡수제의 물성 및 CO₂ 흡수 특성 등의 데이터를 이용한 300 MW급 석탄화력배가스 처리를 위한 기본 설계안 제시
최종목표
복합흡수제를 이용한 연소 배가스 내 CO₂ 및 SO₂의 동시 복합 처리를 위한 흡수 공정의 최적화 및 상용 공정 설계를 목표로 복합 흡수제의 물성을 파악하고 이를 바탕으로 300 MW급 상용화 CO₂ 포집 설비의 기본설계자료를 도출하고자 함.
개발내용 및 결과
상용화 설계 자료 도출시 필요한 복합흡수제의 물성 (표면장력, 점도), 흡수특성 (물질전달계수), 흡수반응열 등을 이 과제를 통하여 도출하였고 이의 결과를 활용하여 흡수탑의 높이, 재비기의 용량 등을 결정하여 300MW급 석탄화력발전 배가스의 상용화급 처리를 위한 기본 설계안을 제시함. 아울러 CO₂ 흡수 반응을 모사할 수 있는 비정상상태 모델(unsteady state model)을 제시하여 복합 흡수 기술의 상용화를 위한 기본 데이터를 제시함.
기술개발배경
현재 석탄화력발전소 배가스의 처리 공정은 탈황설비를 CO₂ 흡수 공정의 전단에 두어 유입되는 황 성분에 의한 흡수제의 열화를 방지하고 있음. 따라서 탈황설비에 따른 건설비의 증가 및 공정 운전비의 증가를 예상할 수 있으며 이에 본 과제에서는 CO₂와 SO₂를 동시에 제거할 수 있는 복합 흡수제를 개발하여 석탄화력배가스의 처리시 탈황설비를 설치하지 않고서도 효과적으로 CO₂와 SO₂를 제거할 수 있는 공정의 기본 설계안을 제시하고자 하였고 이때 비정상상태 모델 (unsteady state model)을 구축하여 공정의 모니터링 및 공정 제어를 방안을 미련하고자 함.
핵심개발기술의 의의
CO₂ 및 SO₂의 복합 흡수 공정에 대한 상용화 연구는 현재까지 많이 이루어지지 않고 있으며 특히 신흡수제에 대한 물성, 흡수특성에 대한 데이터가 부족한 현실임. 이에 이 과제에서는 신흡수제를 이용한 CO₂ 포집 공정의 설계에 필요한 물성 및 특성을 파악하고 이를 활용하여 상용 설비 건설을 위한 기본 설계안을 제시함. 아울러 비정상상태 모델을 개발하여 이를 공정 모니터링 및 제어에 활용 가능함.
적용분야
신규 설치되는 석탄화력발전소 배가스 내 CO₂ 포집 공정

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 4
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 7
• 목 차 ... 11
• 표 차 례 ... 14
• 그 림 차 례 ... 15
• 제 1 장 서론 ... 16
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 16
• 제 2 절 국내 • 외 관련 기술의 현황 ... 18
• 1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 18
• 2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 20
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 • 경제적 파급 효과 ... 22
• 1. 기술적 측면 ... 22
• 가. 흡수제 ... 23
• 나. 흡수 및 재생(탈거)탑의 공정 개선 ... 24
• 2. 경제적 측면 ... 25
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 26
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 27
• 1. 1차년도 ... 27
• 가. 개발목표 ... 27
• 나. 개발 내용 및 범위 ... 27
• 다. 평가항목 및 평가방법 ... 28
• 2. 2차년도 ... 28
• 가. 개발목표 ... 28
• 나. 개발 내용 및 범위 ... 29
• 다. 평가항목 및 평가방법 ... 29
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 30
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 30
• 1. 총괄물질전달계수 ... 30
• 2. 반응열 ... 34
• 3. 물성 ... 37
• 가. 표면장력 ... 37
• 나. 점도 ... 40
• 4. 공정 시뮬레이션 (Dynamic simulation) ... 43
• 5. 흡수·재생탑 기본 설계(참여기관 AMT Pacific수행 내용) ... 52
• 가. Pilot 운전 자료 검토 및 공정 기본 설계 방안 확립 ... 52
• 1) Pilot 운전 자료 ... 52
• 2) Process flow diagram 구성 및 equipment 검토 ... 55
• 나. Equipment 기본 설계를 위한 자료 도출 ... 56
• 다. 300MW급 공정 기본 설계 자료 및 utility 사용량 도출 ... 58
• 1) Equipment list ... 58
• 2) Major equipment data sheet ... 60
• 가) Flue gas quencher ... 60
• 나) Absorber ... 61
• 다) Regenerator ... 62
• 라) Regeneration reflux drum ... 63
• 마) Solvent storage tank ... 64
• 라. Utility summary ... 65
• 1) Cooling water ... 65
• 2) Steam ... 65
• 6. 유틸리티 사용 최적화를 위한 핀치 해석 ... 66
• 7. 종합 결론 ... 69
• 가. 반응열, 점도, 물성 측정 ... 69
• 나. 공정 시뮬레이션 프로그램 ... 69
• 다. 흡수 재생탑 기본설계 ... 69
• 라. 유틸리티 사용 최적화를 위한 핀치 해석 ... 70
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 71
• 1. 기술 개발 추진 방법 ... 71
• 2. 각 기관별 추진 체계 ... 72
• 3. 각 기관별 추진 내역 ... 73
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 74
• 부 록 ... 75
• I. Dynamic simulation 구성식 ... 75
• II. Dynamic simulation code (gPROMS) ... 79
• 참고 문헌 ... 96