MEA 수용액을 이용한 CO₂흡수 설비에 대한 공정모사 및 민감도 분석 연구

Abstract

본 논문에서는 화력발전소의 연소 배가스로부터 MEA 수용액을 이용한 2톤-CO₂/일 규모 이산화탄소 흡수분리 Pilot Plant 공정의 설계 및 공정변수를 이용하여 ASPEN Plus라는 시뮬레이터로 이산화탄소 흡수 설비에 대한 공정모사 모델을 구축하였다. 이러한 공정 해석 모델을 기반으로 하여 배기가스 유량, 배기가스 온도, 흡수제 유량, 흡수제 온도, 흡수제 농도, 흡수탑 압력 및 흡수탑 단수 등 다양한 공정변수들의 조건범위를 변화시켜 가면서 시뮬레이션을 수행하여 이산화탄소 회수율의 특성을 고찰하였다. 공정 모사결과에서 흡수제의 선정은 이산화탄소 회수율과 가장 연관성이 큰 변수임을 확인하였다. 또한, 이산화탄소 흡수분리 공정의 모사결과가 신뢰성을 갖기 위해 실제 Pilot Plant 운전 실험결과와 공정 모사결과에 대해 비교 분석을 실시하였으며, 두 경우의 이산화탄소 회수율 차이가 허용 가능한 오차범위 이내로 나타나 공정 모사결과의 타당성 및 객관성이 검증되었다. 여러 공정변수 중 이산화탄소 회수율에 가장 영향을 줄 수 있는 배기가스 유량, 배기가스 온도, 흡수제 유량, 흡수제 온도 및 흡수제 농도 5개 공정변수를 선정하여 각각의 조건범위에 대해 조합하여 ASPEN Plus 내의 Sensitivity 기능을 이용하여 모든 경우에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 민감도 분석을 통하여 흡수제 MEA 농도 10wt%, 15wt%, 20wt% 각각에 대해 실제 공정에서 요구하는 이산화탄소 회수율 90% 이상을 확보할 수 있는 공정변수별 운전조건을 제시하였다. 본 논문의 연구결과는 향후 현장에서 실제 실험에 앞서 운전자에게 공정조건에 따른 이산화탄소 회수율 결과를 사전에 예측 가능토록 정보를 제공해 줄 수 있을 것이다. 추후 신 흡수제의 Pilot Plant 적용에 앞서 공정모사를 통한 결과 예측으로 바로 실제 공정에 투입하는데 따른 위험성을 최소화할 수 있는 기초자료로도 활용 가능하다. 또한 상업용 플랜트의 개념설계 및 여러 공정에 대한 상호 비교분석에 유용한 자료로 응용될 수 있을 것이다.