COG를 활용한 고순도 수소 추출설비 및 프로세스에 대한 고찰

Abstract

수소는 이전부터 존재해 왔고 미래 에너지원으로 새 변혁을 가져 올 수 있는 잠재력을 지니고 있다 최근 발표된 수소경제 로드맵에 의하면 기술적 난이도는 높지만 지역적 편중이 없는 보편적 에너지원, 장기간 대용량 저장, 산소와 반응으로 열, 전기생산 후 부산물도 물(H₂O) 밖에 없어 환경 친화적이다. 수소를 중요한 에너지원으로 사용하여 국가경제, 국민생활 등에 근본적 변화를 초래하여 경제 성장과 친화환경 에너지의 원천이 되는 경제로 우리의 생활 주변에 다가왔다.

수소를 상업적으로 대량 생산하는 방식에 따라 크게 세가지로 나눈다. 석유화학에서 나오는 부생수소, 탄화수소를 열분해 해서 얻는 추출수소, 물을 전기분해 해서 만드는 수전해 수소가 있다. 쇳물을 생산하는 제철소 고로 공정에는 열원제, 통기성, 환원제로 코크스가 사용되며 코크스 제조 과정에서 COG(Coke oven gas)가 부산물로 발생된다. 석유화학이나 제철소에서 발생하는 부생가스에서 부생수소를 생산하는 공정에 대한 연구 자료는 있지만 다성분 부생가스에서 PSA(Pressure swing Adsorption)를 이용한 고순도 수소를 생산하는 방법에 대한 자료는 부족하여 수소공장을 건설하고 가동하는 과정에서 설비별 특성을 이해하는데 어려움이 있었다.

본 연구에서는 실제 현장에 설치된 수소공장에서 부생수소를 생산하는 설비의 개요, PSA 흡착탑의 원리와 흡착과정을 분석하였으며 PSA 이용한 분리 과정을 원료 COG의 발생과정 부터 전처리과정, 승압과정, PSA 흡착과정과 후처리 과정을 거처 압력 1.7MPa, 순도 99.999%의 고순도 수소가스를 시간당 4,000㎥/h 생산할 때 각 장치별 역할과 생산 과정중에 변화를 정리하고 분석시스템을 정리하여 다성분 혼합가스에서 고순도 수소를 생산할 때 필요한 분석기들를 이해 하고 PSA를 이용한 고순도 수소를 생산의 프로세스를 이해 할 수 있게 하였으며 고순도 수소가스 생산 프로세스 요약, 타 원료 활용 생산 방식에 대한 경제성 검토로 생산원가에 영향을 주는 요인을 확인하였다

결론으로 타 원료 활용 생산 방식에 대한 경제성 검토 결과와 고찰에 따른 프로세스 운용에 대한 강평을 하였다.