핀치 이론을 이용한 CO₂ 흡수 분리공정 에너지 소비의 최적화

Abstract

본 연구는 교토 의정서를 비롯한 일련의 기후변화 협약에 의한 지구 온난화 가스의 배출 저감과 관련하여, 현재 상용화가 가장 많이 진행된 쓰이고 있는 알카놀아민을 이용한 이산화탄소 흡수 분리공정에서의 저에너지형 열교환망 구성을 통한 에너지의 손실을 줄일 수 있는 공정을 제안하였다. 우선 연구를 위하여 시뮬레이션에 사용된 공정으로 현재 한국에너지기술연구원의 Bench-Scale의 연속 흡수분리 장치를 선정하고, 이를 상용 화학공정모사 프로그램인 Aspen PlusTM을 이용하여 공정모사를 진행하였다. 배가스의 유량은 55ℓ/min을 사용하였고, 온도는 21.7℃를 사용하였다. 또한 Aspen PlusTM의 물성 패키지중 AMINES를 사용하여 모사를 진행하였다. 열교환망을 새롭게 구성하기 위하여 대상공정을 모사 후 열교환망을 따로 분리하여 Aspen PlusTM 중 HX-NETTM과 Pinch 이론 분석을 이용하여 새로운 열교환망을 구성하였다. 이 과정에서 유입 흐름을 2개로 분리하고 재생탑에서 유출되는 흐름 역시 2개로 분리 하였다. 이를 통하여 공정의 유입전 예열 과정에서 소요되는 에너지를 최대한 회수하였다. 열교환망의 전력 소모량이 1.934733kW가 절감되었다. 또한 예열 과정의 에너지 소비 절감에 따라 재생탑에서도 역시 재열기와 응축기의 전력 소모량이 2.06kW가 절감되었다. 본 연구를 통하여 기존의 설치 운영중인 배가스에서의 이산화탄소 흡수 분리 공정의 가장 큰 문제점인 에너지 소비를 줄일 수 있을 것으로 판단되며, 아울러 Bench급의 공정의 모사를 통한 연구인 만큼 실제 공정에 적용했을 때의 문제점이 발생할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구의 내용을 실제 공정상에 적용했을 때에 일어날 수 있는 문제점에 대한 연구가 먼저 선행되어야 할 것이다.