초록 ▼

온실가스감축을 달성하기 위한 적극적인 대안으로 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon dioxide Capture and Storage)기술 개발이 더욱 중요시되고 있다. 이산화탄소 포집 기술 확보 시 기술의 파급력과 경제성에 미치는 영향이 크므로 CCS 기술 개발의 핵심은 경제적이고 효율적인 이산화탄소 포집기술 개발이라 할 수 있다. 본 연구에서는 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치는 이산화탄소를 회수하기 위한 원천 핵심소재 개발 및 저장치비/저에너지소비 대량 CO₂ 분리포집공정 개발을 목표로 하고 있다.

온실가스감축을 달성하기 위한 적극적인 대안으로 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon dioxide Capture and Storage)기술 개발이 더욱 중요시되고 있다. 이산화탄소 포집 기술 확보 시 기술의 파급력과 경제성에 미치는 영향이 크므로 CCS 기술 개발의 핵심은 경제적이고 효율적인 이산화탄소 포집기술 개발이라 할 수 있다. 본 연구에서는 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치는 이산화탄소를 회수하기 위한 원천 핵심소재 개발 및 저장치비/저에너지소비 대량 CO₂ 분리포집공정 개발을 목표로 하고 있다. 이를 위하여“고효율 저비용 CO₂ 흡수제 개발”, “발전소 배가스 CO₂ 분리포집공정의 성능향상”, “연소배가스 설비를 활용한 배가스 처리기술개발”, “고압 CO₂ 포집용 암모니아수 흡수공정개발”, 의 4개 연구 분야로 구성되어 있다.
당해 연도 연구 수행을 통하여 600 kcal/kg CO₂의 재생에너지를 갖는 세계최고수준의 화학상분리 흡수제를 개발하였다. 또한 아미노산염 기반의 우수한 포집능을 갖는 흡수제를 개발하였다. 건식흡수제를 이용하여 50시간 장기 운전 연속을 수행하였으며, CO₂ 제거율 90 % 이상, 회수 CO₂ 농도 95 % 이상을 달성하였다. 암모니아수를 이용하여 발전소 배가스 100 Nm³/h급 스트림에서 고압(6.5 bar 이상), 고순도의 이산화탄소를 회수할 수 있었다. 특히, 0.085 g-CO₂/g-solution 이상의 우수한 동적흡수량을 확보하였고, 92 % 이상의 이산화탄소 회수율을 달성하고 흡수탑에서의 암모니아 손실을 억제하였다.

Abstract ▼

R&D about CCS(Carbon dioxide Capture and Storage) technology is more important as a positive means to achieve the reduction of greenhouse gas. If the superior CO₂ capture technology is developed, the effect of economy and technology market will be enormous. And then the core of CCS R&D is

R&D about CCS(Carbon dioxide Capture and Storage) technology is more important as a positive means to achieve the reduction of greenhouse gas. If the superior CO₂ capture technology is developed, the effect of economy and technology market will be enormous. And then the core of CCS R&D is to develop the economical and efficient capture technology.
In this study, we have developed CO₂ sorption materials and a low-cost CCS process.
For this, our project consists of 4 subjects: “Development of a high-efficiency and cost-effective CO₂ capture solvent”, “Performance improvement of CO₂ capture process applied to the power plant flue gas”, “Development of combustion technologies and flue gas treatment technologies using the verification facility” and “Development of absorption process producing high pressure CO₂ using aqueous ammonia”.
In this study, we developed a world-best CO₂ capture chemical phase separation solvent that shows a low regeneration energy(600 kcal/kg CO₂). Additionally, we developed a novel solvent to capture CO₂ based on amino acid salts. 50-hour continuous operation using dry sorbent had been also performed for recovering high-concentrated CO₂ stream. We developed a bench-scale CO₂ capture process using aqueous ammonia, which recovers CO₂ at high pressure from 100 Nm³/h flue gas stream at a coal-fired power plant.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 16
• 목차 ... 23
• 그림목차 ... 30
• 표 목차 ... 38
• 고효율 저비용 CO2 흡수제 개발 ... 41
• 제 1 장 서 론 ... 43
• 제 1 절 연구의 필요성 ... 43
• 제 2 절 연구의 개요 ... 45
• 1. 아미노산염 수용액 ... 45
• 2. 화학상전이 흡수제 ... 46
• 3. 흡착제 ... 50
• 제 2 장 흡수제 전산과학 모사 및 설계 ... 58
• 제 1 절 개 요 ... 58
• 제 2 절 Carboxylate의 CO2 결합 이해 ... 58
• 1. Carboxylate와 CO2간의 energy surface curve 계산 ... 58
• 2. 각 계산 별 minium energy structure의 optimization ... 59
• 3. Acetate와 nCO2의 결합 ... 61
• 가. nCO2의 binding site ... 61
• 나. Counter cation 존재시 acetate와 CO2의 결합 ... 62
• 제 3 절 결과 및 고찰 ... 64
• 제 3 장 아미노산염수용액을 이용한 이산화탄소 회수기술 ... 65
• 제 1 절 이산화탄소 용해도 ... 65
• 1. 실험장치 및 방법 ... 65
• 2. 흡수량 계산 ... 67
• 3. 결과 및 고찰 ... 68
• 가. 흡수제 농도에 대한 영향 ... 68
• 나. 반응온도에 대한 영향 ... 74
• 제 2 절 이산화탄소 흡수속도 ... 79
• 1. 실험장치 및 방법 ... 79
• 2. 물질전달계수 계산 ... 81
• 3. 결과 및 고찰 ... 83
• 제 3 절 이산화탄소 흡수능과 흡수열 ... 89
• 1. 실험장치 및 방법 ... 89
• 2. 흡수제의 반응열 계산 ... 90
• 3. 결과 및 고찰 ... 94
• 제 4 절 아미노산염 수용액의 침전 생성 조건 ... 99
• 1. 실험장치 및 방법 ... 99
• 2. 결과 및 고찰 ... 100
• 제 4 장 화학상전이 흡수제를 이용한 이산화탄소 회수기술 ... 109
• 제 1 절 이산화탄소 용해도 ... 109
• 1. 실험장치 및 방법 ... 109
• 2. 결과 및 고찰 ... 111
• 제 2 절 이산화탄소 흡수 반응 메커니즘 ... 119
• 1. 흡수제의 밀도 및 점도 ... 119
• 2. 핵자기공명(NMR) 장치를 이용한 시료분석 방법 ... 121
• 3. 흡수 반응 메커니즘 분석결과 ... 121
• 가. MEA/isooctanol ... 121
• 나. DEA/isooctanol ... 124
• 제 5 장 흡착제를 이용한 이산화탄소 회수기술 ... 128
• 제 1 절 개 요 ... 128
• 제 2 절 아민화합물이 포접된 제올라이트 A 흡착제의 개발 ... 131
• 1. 아민화학물이 포접된 제올라이트 A 흡착제의 합성 ... 133
• 2. 아민화학물이 포접된 제올라이트 A를 활용한 이산화탄소 흡착능 측정 ... 142
• 3. 아민화학물이 포접된 제올라이트 A의 이용률 측정 ... 145
• 제 3 절 아민화합물이 포접된 제올라이트 X 흡착제의 개발 ... 146
• 1. 아민화학물이 포접된 제올라이트 X 흡착제의 합성 ... 147
• 2. 아민화합물이 포접된 제올라이트 X를 활용한 CO2 흡착능 측정 ... 153
• 3. 아민화학물이 포접된 제올라이트 X의 이용률 측정 ... 158
• 제 4 절 제올라이트를 주형물질로 사용한 마이크로세공 질화탄소 흡착제 개발 ... 159
• 1. 제올라이트를 주형물질로 사용한 마이크로세공 질화탄소의 합성 ... 159
• 2. 제올라이트를 주형물질로 사용한 마이크로세공 질화탄소의 CO2 흡착능 측정 ... 168
• 제 6 장 결론 및 향후 연구계획 ... 171
• 제 1 절 아미노산염 수용액 ... 171
• 제 2 절 화학상전이 흡수제 ... 173
• 제 3 절 흡착제 ... 174
• 참고문헌 ... 175
• 발전소 배가스 CO2 흡수분리공정 성능향상 기술개발 ... 179
• 제 1 장 연구목적 및 내용 ... 181
• 제 1 절 연구 목적 ... 181
• 제 2 절 연구 내용 ... 185
• 제 2 장 건식 CO2 포집공정 공정최적화 ... 186
• 제 1 절 건식 2탑 연속장치 성능 최적화 ... 186
• 1. 실험 목적 ... 186
• 2. 실험 장치 및 방법 ... 186
• 3. 실험 결과 ... 190
• 4. 장기연속운전을 통한 고농도 CO2 회수 ... 195
• 5. 결론 ... 198
• 제 2 절 디에킬렌트리아민 담지 고체흡수제 개발 ... 199
• 1. 실험 목적 ... 199
• 2. 실험 ... 199
• 3. 결과 및 고찰 ... 201
• 4. 결론 ... 213
• 참고문헌 ... 215
• 연소배가스설비를 활용한 연소기술 개발 및 배가스 처리기술 개발 ... 219
• 제 1 장 서 론 ... 221
• 제 2 장 연소배가스 R,D 실증설비 운전 ... 223
• 제 1 절 연소배가스 R,D 실증설비 개요 ... 223
• 제 2 절 연구 목표 및 내용 ... 226
• 1. 연구 목표 ... 226
• 2. 연구 내용 ... 226
• 3. 활용방안 및 기대효과 ... 227
• 제 3 절 연소배가스 R,D 실증설비의 연소시험 ... 229
• 1. 운전 실적 ... 229
• 2. 운전 시험 ... 231
• 제 3 장 연소배가스 R,D 실증설비 운전 매뉴얼 ... 235
• 제 1 절 목 적 ... 235
• 제 2 절 CFBC 운전 매뉴얼 ... 235
• 1. Coal,Ash Handling system ... 235
• 2. Cold Start-up Procedure ... 238
• 3. Warm,Hot Start-up Procedure ... 242
• 4. Normal Operation ... 243
• 5. Normal Shut Down ... 247
• 6. Hot Shut Down ... 248
• 7. 일시적인 이상시 점검항목 ... 249
• 8. 비상 상황 ... 250
• 9. 기타 주의사항 ... 254
• 제 3 절 Steam Turbine Generation 운전 매뉴얼 ... 255
• 1. Preparation ... 255
• 2. Lube Oil, Governor ... 255
• 3. Steam Warm Up, VAC. System Running ... 256
• 4. Steam Admission To Turbine ... 257
• 5. Synchronization(Generator Side) ... 258
• 6. STG Normal Running ... 259
• 7. Turbine Stop ... 260
• 제 4 장 연소배가스 실증시험 지원 ... 261
• 제 5 장 연소배가스 R,D 실증설비 Maintenance ... 263
• 제 6 장 연소배가스 R,D 실증설비 활용방안 ... 272
• 1. 활용 실적 ... 272
• 2. 활용 방안 ... 277
• 고압 CO2 포집용 암모니아수 흡수공정개발 ... 279
• 제 1 장 서 론 ... 281
• 제 1 절 연구목적 및 내용 ... 281
• 제 2 절 연구의 필요성 ... 281
• 1. 기술의 개요 ... 281
• 2. 기술개발의 필요성 ... 284
• 제 2 장 암모니아수 흡수제 개발 ... 285
• 제 1 절 암모니아-이산화탄소 반응 ... 285
• 1. 암모니아수-이산화탄소 반응특성 분석 ... 285
• 가. 이론적 배경 ... 285
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 286
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 287
• 2. 암모니아수-이산화탄소 반응속도 측정 ... 293
• 가. 이론적 배경 ... 293
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 294
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 295
• 제 2 절 성능 향상 암모니아 흡수액 개발 ... 298
• 1. 싸이클릭 아민계 첨가제 ... 298
• 가. 개발 목적 ... 298
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 299
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 301
• 2. 알카놀아민계 첨가제 ... 304
• 가. 개발 목적 ... 304
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 305
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 305
• 3. 흡수촉진 입자 첨가제 ... 310
• 가. 개발 목적 ... 310
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 311
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 312
• 제 3 장 암모니아수 이용 CO2 포집공정 성능향상 ... 314
• 제 1 절 소형연속장치를 이용한 운전 최적화 ... 314
• 1. 상압재생 소형연속장치 ... 314
• 가. 실험 목적 ... 314
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 314
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 316
• 제 2 절 고온 CO2 재생공정 ... 321
• 1. 고온고압 기체-액체 상형형 ... 321
• 가. 실험 목적 ... 321
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 322
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 323
• 2. 1 Nm3/h급 고압 CO2 재생 소형연속장치 운전최적화 ... 326
• 가. 실험 목적 ... 326
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 326
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 328
• 3. 100 Nm3/h급 고압 CO2 재생 벤취공정 개발 ... 330
• 가. 실험 목적 ... 330
• 나. 실험 장치 및 방법 ... 331
• 다. 실험 결과 및 고찰 ... 333
• 제 4 장 결 론 ... 336
• 참고문헌 ... 337
• 서지정보양식 ... 339
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 340
• 끝페이지 ... 342