초록 ▼

핵심기술
압력온도변동흡착 공정을 실시간으로 최적화 운전할 수 있는 비선형 관측자 시스템이 개발되었다.
최종목표
1. 압력온도변동흡착 공정 모델링 및 전산모사 프로그램 패키지 개발
2. 배가스 CO₂ 회수를 위한 압력온도변동흡착 전역 최적화 연구를 통한 공정 최적화 기법 개발
사업내용 및 결과
압력온도변동흡착 공정이 물질수지식, 에너지수지식, 흡착 등온식, 물질전달식 등을 바탕으로 수학적 모델로 수립되었으며, Far-side 경계조건, 적응 격자 기반의 유한요소기법을 개발, 적용함

핵심기술
압력온도변동흡착 공정을 실시간으로 최적화 운전할 수 있는 비선형 관측자 시스템이 개발되었다.
최종목표
1. 압력온도변동흡착 공정 모델링 및 전산모사 프로그램 패키지 개발
2. 배가스 CO₂ 회수를 위한 압력온도변동흡착 전역 최적화 연구를 통한 공정 최적화 기법 개발
사업내용 및 결과
압력온도변동흡착 공정이 물질수지식, 에너지수지식, 흡착 등온식, 물질전달식 등을 바탕으로 수학적 모델로 수립되었으며, Far-side 경계조건, 적응 격자 기반의 유한요소기법을 개발, 적용함으로써 빠르고 정확하게 수치모델의 해를 계산하였다. 한편, CO₂, N₂의 혼합물이 제올라이트 13X에 흡착되는 흡착현상을 잘 표현하기 위해 새로운 물질전달 속도식을 제안하였으며, 최종적으로 개발된 수치 모델이 실제 압력온도변동흡착 공정의 거동을 잘 표현하도록 조율하기 위해 효과적인 매개변수 추정방법을 고안하였다. 개발된 압력온도변동흡착 공정의 수치모델을 바탕으로 공정 특성을 분석하였으며, 5개의 주요 변수에 대한 최적화 연구를 진행하였다. 한편, 변화하는 원료 기체의 성분에 대응하여, 실시간으로 새로운 최적 운전점을 찾기위한 관측자 시스템 및 최적화 제어 기법을 개발하였다. 본 연구과
제를 통해 제안된 모델 및 기법들은 기존 기법들과의 성능 비교 및 실험 데이터와의 비교를 통해 그 성능이 검증되었다.
배경
압력온도변동흡착 공정은 복잡한 운전 특성으로 인해 최적화 제어와 관련된 연구가 활발하게 이루어지지 않았으며, 계속하여 변화하는 원료 기체의 특성에 부합하여 실시간으로 최적 운전점을 찾는 기법을 개발, 적용할 경우 그 파급효과가 클 것이라 예상된다. 더욱이 흡착 공정의 획기적인 최적화 기법이 개발된다면, 국제적으로 CO₂ 회수에 대한 관심이 쏠리면서 대형 프로젝트들이 진행되고 있는 가운데, CO₂ 회수 공정의 후보 공정으로 고려되고 있는 흡착 공정의 경쟁력을 키울 수 있을 것으로 판단된다.
핵심기술의 의의
본 연구진에서 개발한 압력온도변동흡착 공정의 전산모사 프로그램은 다양한 스텝과 많은 공정 변수를 가지는 압력온도변동흡착 공정을 정확하게 수학적 모델로 표현함으로써 원하는 공정 운전 시나리오대로 실제 흡착 공정의 거동을 빠르고 정확하게 예측할 수 있다. 또한 개발된 비선형 관측자 시스템은 실시간으로 공정을 최적화 운전을 가능케 하는 획기적인 최적화 운전 기법으로 미래의 흡착공정에 대한 최적화 연구에 큰 기여를 할 것으로 판단된다.
적용분야
국제적으로 대형 CCS 프로젝트가 진행됨에 따라 CO₂ 회수를 위한 흡착 공정의 최적화 및 제어 연구에 본 연구진에서 개발된 최적화 기법이 적용될 수 있다. 또한 CO₂ 회수뿐 아니라, 기체의 건조, 수증기 개질 가스로부터 수소의 회수, 공기로부터 산소와 N₂의 분리, 암모니아 퍼지 기체로부터 아르곤의 회수, 제철소 배출기체로부터 일산화탄소 회수, 매립지 기체로부터 메탄과 CO₂ 회수, 파라핀 이성체 분리 등의 기체 분리와 정제 공정에도 상업적으로 적용가능하다.

목차 Contents

• 최종보고서 제출서 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 주요 연구성과 ... 9
• 목차 ... 16
• 최종보고서 요약서 ... 17
• 제1장 서론 ... 19
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 19
• 제2절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황 ... 22
• 제3절 예상되는 기술적ㆍ경제적 파급 효과 ... 24
• 제2장 내용 및 방법 ... 26
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제2절 단계 목표 및 평가 방법 ... 26
• 제3절 연차별 개발내용 및 개발 범위 ... 27
• 제3장 결과 및 사업화 계획 ... 33
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 33
• - 연구개발 추진 일정 ... 33
• - 연구개발 추진 실적 ... 34
• - 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 92
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 97
• - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 97
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망(당초 시작 시점의 조사와 변화된 것 위주로기술) ... 98