Techno-economic and CO2 emission analysis of 1,2-PDO production via glycerol hydrogenolysis
- 주제(키워드) Glycerol , 1 , 2-PDO , hydrogenolysis , pinch analysis , techno-economic analysis , CO2 emission
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 Seok-Ki Kim
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035724
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
바이오디젤 생산의 급격한 증가로 인해 글리세롤이 과잉 공급되고 있다. 글리세롤의 수소분해(hydrogenolysis)는 글리세롤을 고부가가치 화학물질로 전환하는 전략 중 하나로 주목받고 있다. 프로필렌글리콜(1,2-PDO)은 식품, 화 장품, 의약 산업에서 중요한 전구체이다. 본 연구에서는 글리세롤 수소분해를 통한 1,2-PDO 생산 공정을 모사하였으며, 해당 공정의 경제성 및 환경성을 평가하였다. 다양한 조건에서의 실험 데이터를 사용하여 kinetic 상수를 추정하였으며, 이를 공정 시뮬레이터에 적용하였 다. 또한 핀치 분석을 기반으로 공정 내 열 통합(heat integration)을 통해 유틸리티 비용을 44.5% 절감할 수 있었다. 통합 공정의 기술경제성 평가 결과, 총생산비용(TPC, Total Production Cost)와 장치구매비용(TCI, Total Capital Investment) 간의 trade-off가 확인되었으며, 추가 장비 도입으로 TCI는 증가했으나 TPC는 감소하였다. 그 결과, 1,2-PDO의 최소 판매가격(MSP, Minimum Selling Price)은 1.225 $/kg 감소하여, 시장가격인 1.290 $/kg와 비교했을 때 더 높은 경제성을 확보하였다. 한편 제안된 통합 공정 설계는 biomass credit을 고려했을 때 제품 단위 질량당 순 CO₂ 배출량이 -0.69 kg CO₂-eq/kg으로 나타나, 환경적 측면에서 지속 가능하며 긍정적인 효과를 보였다. 추가적으로 다양한 수소 생산 기술을 고려하고, 각 기술에 따른 CO₂ 배출량을 분석하였다.
more초록/요약
This study addresses the challenges posed by the rapid growth of biodiesel production, which leads to a high amount of glycerol generation. Hydrogenolysis of glycerol is one of the alternative strategies to convert glycerol into high-value-added chemicals. Propylene glycol (1,2-PDO) is a vital precursor in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries. Thus, this study presents the techno-economic feasibility and environmental assessment of 1,2-PDO production via glycerol hydrogenolysis. Kinetic parameters were estimated by fitting experimental data using various conditions, which were used for the process simulator. Further, pinch analysis was conducted to integrated process heat that minimized utility cost by 44.5%. Techno- economic assessment of the integrated process showed the trade-off between total production cost (TPC) and total capital investment (TCI), where TPC decreased while TCI increased due to additional equipment in the integrated process. As a result, the minimum selling price of 1,2-PDO decreased by 1,225 $/kg, achieving a more profitable process compared to the market price of 1.290 $/kg. However, the proposed integrated process design was evaluated to be environmentally sustainable, presenting a negative value of net CO2 emission per unit mass of the product (-0.69 kg CO2, eq/kg) after considering biomass credit, indicating the positive environmental effect. In addition, various hydrogen production technologies were suggested, resulting in significantly lower CO2 emissions.
more목차
1. Introduction 1
2. Hydrogenolysis reaction 5
2.1 Hydrogenolysis reaction mechanism 5
2.2 Kinetic parameter estimation 5
3. Process modeling 9
3.1 Process description and reactor modeling 9
3.2 Pinch analysis 11
3.3 Case study framework 12
4. Process evaluation 13
4.1 Pinch result 13
4.2 CO2 emission calculation 20
4.3 CO2 emission result 22
4.4 Techno-economic assessment 31
4.5 Techno-economic assessment result 45
4.5.1 Total capital investment (TCI) 45
4.5.2 Total production cost (TPC) 50
5. Conclusion 60
References 61
요 약 68
