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이산화탄소 회수를 위한 흡착공정에 관한 연구 : 이산화탄소 분리에서의 응용

초록/요약

19세기 중반 시작된 산업혁명 이래로 대기 중의 온실가스의 농도는 약 25%이상 증가하였다. 최근 지구 온난화의 주범인 이산화탄소 감축을 위한 노력이 본격화되었으며, 흡수법, 흡착법, 막분리법 등이 연구되고 있다. 하지만 위의 분리기술에서 이산화탄소 분리 및 저장을 위해서 에너지를 절약하게 되는 공정을 제시한 바는 없다. 흡수법의 경우 흡수제에서 이산화탄소를 분리하게 되는 과정에서 재생에 필요한 에너지가 많이 소모가 되는 단점을 가지고 있으며, 흡착법의 경우 한 베드에서 흡착과 탈착을 주기적으로 운전하게 되므로 진공펌프 및 송풍기 등의 기체 펌프류의 효율이 최고가 되는 최적 운전점에서 운전되기 힘들기 때문에 에너지가 많이 소모가 된다. 본 연구에서는 압력변동흡착공정의 실험의 결과와 시뮬레이션을 이용하여 PSA의 공정변수인 공극률, 물질전달계수, 열전달계수, 입자의 크기를 추정하였다. 공정의 모델링을 통하여, 공정을 수학적으로 표현하고, 성능에 영향을 미치는 다양한 매개변수의 추정을 통해 압력변동흡착공정의 모델을 수치적으로 안정하고 물리적으로 합리적으로 표현하였다. 또한, 이동상 온도압력변동 흡착공정이라는 새로운 공정을 제안하였다. 흡착 및 탈착탑의 분리를 하였으며, 탈착과정에서 승온과정 및 진공과정이라는 공정을 추가하여 분？×눼？. 따라서 기체 펌프류의 효율이 최고가 되는 고정된 운전조건에서 운전이 가능하고 연속 조업이 가능하여, 에너지 소비 비용을 줄일 수 있다. 본 연구에서는 기존의 흡착, 흡수공정과 본 연구에서 새롭게 제안된 이동상 온도압력변동 흡착공정의 공정모사를 통해서 경제성을 비교하였다. 일반적으로 화력발전소 연소배가스와 같이 이산화탄소 농도가 10～15%인 배가스로부터 99%의 이산화탄소를 분리․회수하기 위해서는 2단계 이동상 온도압력변동 흡착공정이 요구된다. 1단 이동상 온도압력변동 흡착공정에서 이산화탄소의 농도를 70∼80%까지 농축시키고 2단 이동상 온도압력변동 흡착공정에서 99%이상의 이산화탄소를 회수하게 된다. 이동상 온도압력변동 흡착공정의 성능에 영향을 미치는 다양한 공정 변수들의 변화에 따른 공정의 성능 변화를 조사하였고 최적화 연구를 통해 최종적으로는 소비전력을 최소화하는 최적의 조업조건을 찾았다.

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