아민 수용액을 이용한 CO2 포집 기술에서 공정 구성에 따른 에너지 소모량 연구
A study on the energy consumption of amine scrubbing for CO2 capture depending on the process configurations
- 주제(키워드) CO2 , 공정 개선 , 에너지 소모량
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 박명준
- 발행년도 2014
- 학위수여년월 2014. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000016060
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
CO2 포집 및 저장 기술(CCS, Carbon Capture and Storage)에서 알카놀아민 수용액을 사용하는 화학흡수법은 석탄화력발전소 배가스와 같이 저농도 CO2를 포함한 대규모 가스로부터 CO2 포집을 위해 상용되고 있다. 현 기술 수준에서 흡수제 재생 및 CO2 압축을 위해 많은 열과 전기 에너지가 소비되며, 이를 절감하기 위한 다양한 공정 개선안이 제시되고 있다. 본 연구에서 상용 CO2 화학흡수 공정의 에너지 소모량 분포를 분석함으로써 공정구성의 개선 요소을 고찰하였다. 에너지 절감 효과를 정량적으로 평가하기 위하여 ASPEN Plus V7.3(AspenTech)를 활용하였다. 모델의 신뢰성을 확보하기 위하여 30 wt% 실험실 규모의 MEA 수용액을 사용하는 CO2 흡수장치를 모사하여 실험결과와 비교하였다. 공정 변수가 재비기 요구 열량에 미치는 영향을 현열, 물 기화열, 흡수열로 구분하여 분석함으로써 최적 운전영역을 도출하였다. 개선된 공정으로 Absorber Intercooling, Rich Amine Recycle, Rich Amine Split, Rich Amine Split Heat Recovery, Lean Amine Flash, Condensate Evaporation, Stripper Overhead Compression 7가지 공정 구성을 고찰하였다. 공정에서 소비되는 열 에너지와 압축, 유송 등에 소비되는 전기 에너지를 총 일당량으로 비교하였다. 7 가지 개선 공정과 이들을 조합한 공정구성은 기존 상용 공정 대비 재비기 요구 열량은 2.43–25.42%, 총 일당량은 1.55–10.90% 절감하였다.
more목차
1. 서론 14
2. CO2 화학흡수 분리기술 개요 16
2.1 CO2 화학흡수 기본 원리 16
2.2 CO2 화학흡수 기술 현황 18
2.3 CO2 화학흡수 공정 개요 20
2.3.1 공정 해석 20
2.3.2 구성 장치 22
2.3.3 총괄 에너지 수지 25
2.3.4 탈거탑 에너지 수지 27
2.4 CO2 화학흡수 공정 에너지 소비 분석 30
3. CO2 화학흡수 공정 모델링 31
3.1 ASPEN Plus를 이용한 공정모사 31
3.1.1 CO2-MEA-H2O계 모델 32
3.1.2 전달 특성 모델 35
3.2 모델 타당성 검증 37
3.2.1 VLE 모델 37
3.2.2 흡수탑 모델 39
3.3 공정 변수별 공정모사 결과 41
3.3.1 설계 변수 도출 43
3.3.2 Lean-CO2 부하량에 따른 L/G 및 Rich-CO2 부하량 45
3.3.3 재비기 온도에 따른 압력 의존성 47
3.3.4 탈거탑 상단 H2O/CO2 몰비(reflux ratio) 49
3.3.5 CO2 부하량에 따른 흡수열 51
3.3.6 Lean-CO2 부하량에 따른 재비기 요구 열량 53
3.3.7 배가스 CO2 함량이 공정 성능에 미치는 영향 55
4. 개선 공정 모델링 57
4.1 공정 개선안 모델링 57
4.1.1 Absorber Intercooling 65
4.1.2 Rich Amine Recycle 68
4.1.3 Rich Amine Split 69
4.1.4 Rich Amine Split Heat Recovery 71
4.1.5 Lean Amine Flash 72
4.1.6 Condensate Evaporation 74
4.1.7 Stripper Overhead Compression 75
4.2 개선 공정 모델링 결과 76
4.2.1 열에너지 및 총 일당량 소모량 비교 76
4.2.2 개선 공정 통합 효과 81
5. 결론 84
참고문헌 86
Abstract 89
