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보고서 상세정보

암모니아수를 이용한 이산화탄소 분리공정개발
Development of CO2 separation process using aqueous ammonia

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업

  • 과제명

    암모니아수를 이용한 이산화탄소 분리공정 개발

  • 주관연구기관

    한국에너지기술연구원
    Korea Institute of Energy Research

  • 연구책임자

    김종남

  • 참여연구자

    이광복   고창현   박성열   박종호   박종기   범희태  

  • 보고서유형

    2단계보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-03

  • 과제시작년도

    2005

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000011924

  • 과제고유번호

    1350003708

  • 키워드

    암모니아수.배가스.이산화탄소 포집.화학흡수법.분리공정.aqueous ammonia.flue gas.CO2 capture.chemical absorption.separation process.

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Since fossil fuel is still expected to be main energy source for human activity for decades in the future, development of global ...

    Since fossil fuel is still expected to be main energy source for human activity for decades in the future, development of global warming prevention technology such as low cost carbpn capture and storage(CCS) is currently on going world wide. CCS technology is expected to be applied to industry by 2020 and large $CO_{2}$ supplying facility for enhaced oil recovery(EOR) to be commercially available by 2012.
    Current technologies related to $CO_{2}$ capture can be classified as pre-combustion $CO_{2}$ capture, post-combustion $CO_{2}$ capture, and oxy-fuel combustion. Among these technologies, the post-combustion $CO_{2}$ capture includes absorption, adsorption and membrane separation technology. To dates, $CO_{2}$ demanded by Industry has been produced by MEA absorption and pressure swing adsorption(PSA) method which are commercially available technologies to separate $CO_{2}$ from mixed gas but these are not applicable for flue gas of coal fired power plant. In case of PSA, it is difficult to scale up the rotating utilities such as compressor or vacuum pump and electricity consumption is high. MEA process has some inherent problems like low $CO_{2}$ absorption capacity, utility corrosion, degradation of amine solution caused by acidic gas, high regeneration energy. With these reason, MEA incorporation to coal fired power plant will result in 29% decrease of electricity production and 60 - 70% increase of electricity price. Thus, current development low cost $CO_{2}$ separation technologies is carried out in various ways.


    1. 연구목표
    - 암모니아수 $CO_{2}$ 분리공정 기반 확립
    - 연소배가스 $10 Nm^{3}$ 처리 흡수 공정 확립
    - 암모니아 $CO_{2}$ 흡수공...

    1. 연구목표
    - 암모니아수 $CO_{2}$ 분리공정 기반 확립
    - 연소배가스 $10 Nm^{3}$ 처리 흡수 공정 확립
    - 암모니아 $CO_{2}$ 흡수공정 기본 설계 자료 도출
    2. 연구결과
    - 열역학 자료 도출, 가능성 검증
    - 모사가스 $1 Nm^{3}$/h 연속공정 연구:
    [모사가스 이용, 99.95 vol% $CO_{2}$ 회수 연속공정 기반 확립]
    [흡수 및 재생시의 흡수액 성상 분석]
    [벤취 설비 설계 자료 도출]
    - $30 Nm^{3}$/h 공정 연구 (30배 scale-up):
    [실제 석탄 화력발전소 배가스 활용]
    [배가스 중 $CO_{2}$를 90% 제거하여 고순도로 회수하는 공정 최적화]
    [운전 조건에 따른 공정 성능 분석]
    [공정 구성 확립]
    [공정 성능: 99.95 vol% 이상의 $CO_{2}$ 생산, 회수율 90% 이상]
    [물진전달계수 도출]
    [흡수, 재생 용액 분석으로 반응메카니즘 규명]
    [실증설비 기본 설계자료 도출]
    3. 연구결과 활용계획
    - 상업화를 위한 실증화 연구가 필요
    - 향후 화력발전소에 적용 가능한 1,000 $Nm^{3}$/h 규모의 이산화탄소 회수공정 실증
    - 60만 $Nm^{3}$/h 상업화 설계 (600 배 scale-up, Process Design Package 작성)


  • 목차(Contents) 

    1. 제출문 ... 1
    2. 보고서 초록 ... 3
    3. 요약 ... 5
    4. Summary ... 11
    5. CONTENTS ... 19
    6. 목차 ... 23
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ... 33
    8. 제1절 연구개요 ... 33
    9. 제2절 연구목표 ... ...
    1. 제출문 ... 1
    2. 보고서 초록 ... 3
    3. 요약 ... 5
    4. Summary ... 11
    5. CONTENTS ... 19
    6. 목차 ... 23
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ... 33
    8. 제1절 연구개요 ... 33
    9. 제2절 연구목표 ... 34
    10. 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 36
    11. 제1절 암모니아수를 이용한 CO2 분리공정의 장점 ... 36
    12. 제2절 암모니아수 공정 경제성 분석 ... 38
    13. 1. NETL 분석 (2005년 2월) ... 38
    14. 2. Powerspan-NETL 분석 (2007.2, Emerging Technologies Summit) ... 39
    15. 3. Chilled Ammonia Process (ALSTOM-EPRI) ... 40
    16. 제3절 기술개발의 현황 ... 42
    17. 1. 선진국의 연구개발 동향 ... 42
    18. 2. 암모니아수를 이용한 CO2 분리공정 연구 현황 ... 44
    19. 제4절 향후 기술개발 전망 ... 47
    20. 제3장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 48
    21. 제1절 CO2 함유 암모니아수 흡수제의 분석을 통한 CO2와 암모니아수의 반응 고찰 ... 48
    22. 1. 이론적 배경 ... 48
    23. 2. 실험 장치 및 방법 ... 49
    24. 3. IR 정성 분석 결과 ... 52
    25. 4. 13C NMR 정량 분석 결과 ... 58
    26. 5. 고상 침전물 분석 결과 ... 65
    27. 제2절 암모니아수 흡수제의 기본 물성 ... 69
    28. 1. CO2/NH3/H2O 계 기액 상평형 데이터 ... 69
    29. 2. 암모니아 흡수제에서 CO2 흡수 반응속도 상수 ... 78
    30. 제3절 암모니아 증발 억제를 위한 첨가제 ... 88
    31. 1. 실험장치 및 실험방법 ... 88
    32. 2. 암모니아 증발에 의한 흡수제 손실 ... 91
    33. 3. 첨가제 선정 및 조건 제시 ... 92
    34. 4. 실험결과 및 고찰 ... 92
    35. 제4절 Semi-batch 반응기를 이용한 CO2 흡수 실험 ... 100
    36. 1. 실험장치 및 실험방법 ... 100
    37. 2. Raman 분석 ... 103
    38. 3. 용액 내 이온 분석 실험 ... 105
    39. 4. 실험결과 및 고찰 ... 105
    40. 5. 결론 ... 117
    41. 제5절 물질전달 계수 측정 ... 119
    42. 1. 이론적 배경 ... 119
    43. 2. 실험장치 ... 121
    44. 3. 실험결과 및 고찰 ... 123
    45. 제6절 연구실 규모의 CO2 흡수/탈거 연속순환공정 ... 130
    46. 1. 이론적 배경 ... 130
    47. 2. 실험 ... 133
    48. 3 결과 및 고찰 ... 137
    49. 제7절 실제배가스를 이용한 30 Nm3/hr 급 파일롯 플랜트 운전 ... 149
    50. 1. 배가스 실증시험설비 ... 149
    51. 2. 배가스 조건 ... 150
    52. 3. 파일롯 플랜트 사양 ... 150
    53. 4. 공정구성 ... 155
    54. 5. 결과 및 고찰 ... 158
    55. 제4장 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 164
    56. 제1절 연구목표 달성도 ... 164
    57. 1. 1차년도(2005) ... 164
    58. 2. 2차년도(2006) ... 165
    59. 3. 3차년도 (2007) ... 167
    60. 제2절 관련분야 기여도 ... 169
    61. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 170
    62. 제1절 추가 연구개발의 필요성과 기대효과 ... 170
    63. 1. 추가연구의 필요성 ... 170
    64. 2. 추가 연구결과로 인한 기대효과 ... 170
    65. 제2절 연구결과 활용방안 ... 172
    66. 제6장 참고문헌 ... 173
  • 참고문헌

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