바이오 에탄올로부터 상용급 항공유 생산 공정의 경제성 평가

Abstract

본 연구에서는 바이오 에탄올로 에탄올 탈수화, 올리고머화, 수소화를 거쳐 바이오 항공유를 생산하는 공정을 설계하고 경제성 평가를 수행하였다. 바이오 항공유 공정은 에탄올 탈수화 공정, 올리고머화 공정, 수소화 공정으로 구성되어 있다. 에탄올 탈수화 공정에서 다관형 반응기 및 단열 반응기로 달리하였고, 다관형 반응기에서는 분리 공정을 달리하여 총 세 가지 경우에 대하여 공정을 설계하였다. 첫 번째 경우는 다관형 반응기를 사용하고 냉각–기액 분리–흡착 단계를 거쳐 에틸렌을 생산하는 방법, 두 번째 경우는 다관형 반응기를 사용하고 증류–흡착 단계를 거쳐 에틸렌을 생산하는 방법, 세 번째 경우는 단열 반응기를 사용하여 반응 후 미반응 에탄올은 냉각–기액 분리–증류로 리사이클하고, 에틸렌은 냉각–기액 분리–흡착–극저온 증류탑을 사용하여 분리하는 방법으로 나뉜다. 이후 에틸렌은 올리고머화 반응기와 수소화 반응기를 거쳐 바이오 항공유를 생산한다. 에탄올 전환율 및 선택도로 인하여 단열 반응기보다 다관형 반응기를 사용하는 것이 유리하며, 흡착해야하는 에탄올과 물의 양이 적은 방향으로 설계해야 유리하다. 또한, 극저온 증류탑을 사용하기 때문에 연간 에너지 비용 또한 단열 반응기를 사용할 때가 불리하다. 경제성 평가를 위해 순현재가치 (Net present value, NPV)가 0이 되는 최소 연료 판매 가격(Minimum jet selling prices, MJSP)을 비교하였으며, 첫 번째 경우에 바이오 항공유 가격이 304.17 $/bbl로 가장 낮았다. 바이오 항공유 생산 공정은 원료비에 큰 영향을 받으며, 바이오 에탄올의 가격이 낮아질수록 공정 설계가 달라짐에 대한 영향이 줄어든다.