액상흡수제를 이용한 연소배가스 중의 이산화탄소 포집공정의설계

본 저서에서는 지구 온난화를 일으키는 주범 중의 하나인 이산화탄소를 액상 흡수제를 이용해서 포집하는 제반 공정에 대한 설계 기법을 다루었다. 제 1장에서는 서론적인 내용으로써 지구온난화와 온실가스의 종류 및 화석연료를 사용하지 않는 신에너지 기술에 대한 소개와 액상 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집기술에 대해서 개괄적으로 소개하였다.
한편 2장에서는 흡수이론에 대표적인 모델식인 헨리의 법칙에 대해서 소개하였으며, 물리적 흡수제와 화학적 흡수제의 적용 범위 및 각 공정에 대한 원리를 개략적으로 소개하였다. 또한 제 3장에서는 열역학 이론에 대한 소개로써 용매를 이용한 다양한 흡수공정의 전산모사에 필요한 제반 열역학 모델식에 대한 이론적 배경을 소개하였다. 상태방정식 모델식에 대한 대표 모델식으로 SRK 상태방정식을 소개하였으며, 액체활동도계수 모델식에 대한 대표로는 NRTL 모델식을 소개하였다. 한편 Henry의 법칙에 대해서 간략히 소개하였으며, 전해질 모델식으로써 Kent-Eisenburg 모델식과 Deshmukh-Mather 모델식에 대해서도 간략히 소개하였다. 또한 Aspen Plus에서 주로 적용하는 전해질 모델식인 Electrolyte-NRTL 모델식을 소개하였으며, PROMAX에서 주로 사용하는 Amine Sweetening SRK 모델식에 대해서도 간략하게 소개하였다.
4장에서는 아민 수용액을 이용한 흡수탑-탈거탑 공정배열에 대해서 다양한 용매를 이용한 이산화탄소 포집공정에 대해서 전산모사를 수행하는 과정에 대해서 소개하였다. 또한 제 5장에서는 물리적 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집공정으로써 메탄올 용매를 사용하는 Rectisol 공정, DMPEG 용매를 이용한 Selexol 공정 및 NMP 용매를 이용한 Purisol 공정에 대해서 전산모사를 수행하는 기법에 대해서 소개하였다. 마지막 7장에서는 상분히 현상을 이용한 이산화탄소 포집공정으로써 재생에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 공정에 대해서 소개하였다.

1. 서론 1
1.1 지구온난화와 온실가스 1
1.2 지구온난화 방지를 위한 온실가스 저감기술 4
1.2.1 화석연료에 의존하지 않는 신에너지기술 4
1.2.2 흡수법에 의한 이산화탄소 포집기술 8
1.2.3 에너지 절약기술 11
1.3 아민 용매 13

2. 흡수이론 16
2.1 헨리의 법칙의 설명 16
2.1.1 기체의 액체에 대한 용해도에 영향을 미치는 인자 17
2.2 이산화탄소 분리용 화학적 흡수제 20
2.2.1 아민 흡수 공정 21
2.2.2 암모니아 흡수 공정 27
2.2.3 탄산칼륨 수용액 흡수 공정 27
2.2.4 물리적 흡수 공정 29
2.3 반응 메카니즘 33
2.3.1 1, 2차 아민계 33
2.3.2 3차 아민계 36
2.3.3 입체 장애 아민계 38
2.3.4 탄산칼륨 수용액 40
2.3.5 반응촉진형 탄산칼륨 수용액 41

3. 열역학 이론 44
3.1 상태방정식 모델 44
3.1.1 SRK 상태방정식 44
3.2 액체활동도계수 모델 51
3.2.1 NRTL 모델식 51
3.3 Henry의 법칙 53
3.4 Electrolyte 모델 53
3.4.1 Kent-Eisenberg 모델 54
3.4.2 Deshmukh-Mather 모델 57
3.5 열역학 모델식의 선정 59
3.5.1 Aspen Plus의 Electrolyte NRTL 61
3.5.2 PROMAX의 Amine sweetening SRK 62

4. 아민 수용액을 이용한 이산화탄소 포집공정의 전산모사 67
4.1 천연가스 중의 산성가스 제거공정의 모사 67
4.1.1 MEA 용매를 이용한 공정의 모사 70
4.1.2 DEA 용매를 이용한 공정의 모사 71
4.1.3 MDEA 용매를 이용한 공정의 모사 72
4.1.4 aMDEA 용매를 이용한 공정의 모사 73
4.2 연소배가스 중의 이산화탄소 포집공정의 모사 75
4.2.1 MEA 용매를 이용한 공정의 모사 78
4.2.2 DEA 용매를 이용한 공정의 모사 79
4.2.3 MDEA 용매를 이용한 공정의 모사 80
4.2.4 aMDEA 용매를 이용한 공정의 모사 81

5. 물리 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집공정의 전산모사 83
5.1 Rectisol 공정의 모사 86
5.2 Selexol 공정의 모사 89
5.3 Purisol 공정의 모사 91

6. 상분리 현상을 활용한 이산화탄소 포집공정의 전산모사 94
6.1 상분리 현상 96
6.2 간단한 상분리 현상 실험 97
6.3 공정 모사 98
6.3.1 열역학 모델식 선정 98
6.3.2 이산화탄소 포집공정 전산모사 100
6.3.3 상분리 관련 Decanter 전산모사 103
6.3.4 상분리 현상을 적용한 전산모사 결과 106

조정호