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박동규(Dong Kyoo Park),최창식(Chang-Sik Choi) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
전 세계적으로 탄소중립에 대한 관심이 높은 가운데 최근 우리나라 또한 기후 동맹에 가입하였으며, 2020 년 12 월 "2050 년 탄소중립" 을 선언했다. 탄소중립 목표 실현을 위해 온실가스인 이산화탄소를 포집, 저장, 활용하는 CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage) 기술 개발이 요구되며 국내외에서 관련된 다양한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이중 광물화 기술은 열화학적으로 안정한 탄산염을 형성함으로써 CO₂를 안정적이고, 영구적으로 저장할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 다른 기술에 비해 기술의 성숙도 측면에서 상대적으로 낮아 아직 연구단계에 머무르고 있는 실정이다. 본 연구에서는 실헐실 규모(I.D. 100 mm x H. 1,000 mm) 의 CO₂ 직접수성 탄산화 시스템을 구성하였으며, 탄산화 반웅 원료물질로서 생석회를 이용하여 CO₂ 직접수성 탄산화 반웅 특성을 고찰하기 위하여 물과 생석회 혼합비율 및 CO₂ 공급조성을 달리하여 CO₂ 직접수성 탄산화 반웅 특성을 고찰하였다. 탄산화 실험결과 최대 CO₂ 제거량은 생석회 공급량에 따라 선형 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 생석회 공급량 대비 CO₂ 제거량 비는 CO₂ 고농도 조건에서 최대 500 gCO₂2/kgLime으로 나타났다. 탄산화 반응 생성물은 열중량 분석을 통해 생석회 반응 전환율을 구할 수 있었으며, CO₂ 제거효율과 유사한 결과를 확인할 수 있었다. 본 실험결과는 CO₂ 직접탄산화 실증공정 설계 및 시스템 엔지니어링을 위한 주요 자료를 도출할 수 있었다.
열중량 분석기에서의 하수슬러지 열분해 및 촤 산화반응 특성
박동규(Dong Kyoo Park),김동주(Dongju Kim),박영수(Young-Su Park),홍동욱(Dong Wook Hong) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.춘계
2012년 런던협약 발효와 함께 하수슬러지 해양투기의 전면 금지 등 정책 변화로 인하여 정부 및 지방자치단체는 연간 420만 톤 이상 발생하는 하수슬러지의 처리에 많은 어려움을 겪고 있다. 하수슬러지의 처리는 주로 연료화 및 비료화 등 재활용 처리가 약 57.0%로 가장 많은 것으로 나타났으며 이 밖에 건조 8.6% 그리고 소각 18.7%, 매립 13.7% 등으로 나타났다. 최근 석탄 혼소 등 하수슬러지 연료화를 통한 에너지 생산 기술이 주목받고 있으며 석탄 혼소 기술은 신재생에너지 비중을 늘리면서 석탄화력 발전에서의 CO2 배출을 저감할 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 건조 하수슬러지 연료탄을 대상으로 열중량 분석기를 이용하여 비등온 조건에서 열분해 및 열분해 결과 생성된 촤의 산화 반응 그리고 연료탄의 연소반응특성에 대하여 고찰하였다. 해당 원료의 동역학 해석을 위해 일반적으로 사용되는 등전환율 방법(Isoconversional method)를 적용하였으며 이를 통해 반응 전환율에 따른 활성화 에너지를 결정할 수 있었다.
박동규(Dong Kyoo Park),최창식(Chang-Sik Choi) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
최근 CO₂의 단순 포집 및 저 장(Carbon Capture and Storage, CCS) 개념을 넘어 유용한 자원으로 재사용하고자 하는 이산화탄소 포집, 저장 및 활용(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS) 기술 개발을 위한 많은 노력들이 진행 중에 있으며, 특히 다양한 공정의 부산물 또는 폐기물을 이용한 CO₂의 고부가가치 제품 생산기술이 주목받고 있다. 광물화 기술의 원료는 알칼리토금속을 포함하는 규산염 둥 천연광물과 산업 부산물을 적용할 수 있으며 원료물질의 특성에 따라 반응 시스템의 최적화가 요구된다. 이때 원료선정을 위해 고려할 요소는 탄산화 반응성 즉, 알칼리 함량 및 알칼리 성분의 반응성, 원료물질의 배출량, 부존량, 및 확보 용이성, 마지막으로 광물화 생성물인 탄산화물 및 부산물의 활용성과 이에 따른 환경영향 둥을 들 수 있다. 본 연구에서는 철강산업에서 발생하는 부산물인 철강 슬래그 3 종에 대하여 슬래그의 용해 특성과 CO₂직접 수성 탄산화 반응 특성에 대하여 고찰하였다. 대상 슬래그에 대하여 물과 슬래그 혼합물의 혼합비율에 따른 경도, 알칼리도, pH 변화를 측정하여 시료별 반응성을 비교, 평가하였으며, 혼합비 5wt% 및 일정 CO₂공급 조건에서 광물 탄산화 반응을 통해 CO₂ 포집 효율을 비교하였다. 본 실험결과는 CO₂ 직접탄산화 실증공정 설계 및 시스템 엔지니어링을 위한 주요 자료를 도출할 수 있었다.
박동규(Dong-Kyoo Park),김동주(Dong-Ju Kim),정법묵(Bup-Mook Jeong),구재회(Jae-Hoi Gu),노광두(Kwang-Du Noh),안중언(Joung-Eon An),김동철(Dong- Cheol Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
최근 에너지 수요 증가 및 화석연료 사용에 따른 환경 영향에 대한 우려로 신재생에너지 보급 확대 등 온실가스 감축과 에너지 효율 개선을 위한 많은 노력들이 진행 중에 있다. 이는 에너지 이용 기술뿐만 아니라 에너지 저장과 분배 시스템에서의 기술개발이 중요한 역할을 하며, 관련 분야가 크게 주목받고 있다. 열에너지저장(TES) 시스템은 에너지 저장 및 분배 시스템 개발의 주요 기술 중 하나로써 열 발생처와 수요처 간 공간적, 시간적, 질적 불일치를 완화 또는 해소할 수 있어 다양한 분야에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 상변화물질(PCM)을 이용하는 잠열저장(LHTES) 시스템을 구성하였으며, 발전소 및 산업체에서 일반적으로 폐기처리 되는 저급 스팀을 대상으로 축열 및 방열 시험을 수행하였다. 축열대상소재로 유기계 PCM을 선정하였으며, 열 공급원 및 배출원으로 1에서 3 bar의 스팀과 상온의 공기를 이용하였다. 시험 결과 스팀 압력에 따라 1.1~1.3 GJ의 열량을 저장할 수 있었다. 스팀 압력에 따른 축/방열 특성과 더불어 PCM 및 구조물의 온도변화, 스팀 소비량 그리고 열풍 온도 및 유량을 통해 열수지를 구성할 수 있었으며, 이를 통해 열에너지저장 장치 설계 및 시스템 엔지니어링을 위한 주요 자료를 도출할 수 있었다.
CO₂ 원천분리 수소 제조 공정을 위한 이동층 반응기의 개념 설계 및 수력학적 특성
박동규(Dong Kyoo Park),조원철(Won Chul Cho),서명원(Myung Won Seo),고강석(Kang Seok Go),김상돈(Sang Done Kim),강경수(Kyoung Soo Kang),박주식(Chu Sik Park) 한국청정기술학회 2011 청정기술 Vol.17 No.1
CO₂ 원천 분리 수소제조 반응시스템은 금속 산화물의 산화/환원 반응을 이용하여 기존의 수증기-메탄 개질 반응을 3단계의 반응시스템으로 분리함으로써 메탄 연소 시 발생되는 CO₂를 원천적으로 분리함과 동시에 고 순도 수소를 별도의 후단 공정없이 직접 생산해 내는 신 개념의 수소 생산 기술이다. 반응 시스템은 크게 연료(즉, CH₄)가 공급되는 연료반응기(FR: Fuel Reactor), 수증기가 공급되는 수증기반응기(SR: Steam Reactor) 및 공기가 공급되는 공기반응기(AR: Air Reactor)로 구성되며, 다른 반응기와 비교하여 반응 매체의 전환율과 선택도를 높이기 위하여 긴 체류 시간을 확보할 수 있는 두 개의 이동 층(FR, SR)으로 구성되었다. 본 연구에서는 200 L/h의 수소를 생산할 수 있는 매체 순환 식 이동 층 반응기 제작을 목적으로 수소 발열량 기준 0.55 kW급 이동 층 반응기의 개념 설계 및 cold model을 설계 제작하고 주요 운전 변수에 따른 수력학적 특성을 결정하였다. 개념 설계 결과 원하는 매체 전환율을 얻기 위해 필요한 고체 순환 속도 범위(20~100 kg/m²s)를 결정하였다. Coldmodel 실험 결과, loop-seal의 유속이 증가함에 따라 고체 순환 속도가 증가하였으며 이를 통하여 고체 순환 속도 조절이 가능하였다. 반응 시스템의 안정적인 조업을 위해서는 이동 층(FR, SR) 조업 조건을 최소 유동화 속도 부근으로 유지하는 것이 좋은 것으로 나타났다. 이동 층 내 고체 체류 량은 기상 유속 및 고체 순환 속도 증가에 따라 감소하였다. 본 연구를 통하여 조업조건에서 개념 설계에서 원하는 고체 순환 속도 및 흐름 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다. The intrinsic CO₂ separation and hydrogen production system is a novel concept using oxidation and reduction reactions of oxygen carrier for both CO₂ capture and high purity hydrogen production. The process consists of a fuel reactor (FR), a steam reactor (SR) and an air reactor (AR). The natural gas (CH₄) is oxidized to CO₂ and steam by the oxygen carrier in FR, whereas the steam is reduced to hydrogen by oxidation of the reduced oxygen carrier in SR. The oxygen carrier is fully oxidized by air in AR. In the present study, the chemical looping moving bed reactor having 200 L/h hydrogen production capacity is designed and the hydrodynamic properties were determined. Compared with other reactors, two moving bed reactors (FR, SR) were used to obtain high conversion and selectivity of the oxygen carrier. The desirable solid circulation rates are calculated to be in the range of 20~100 kg/m²s from the conceptual design. The solid circulation rate can be controlled by aeration in a loop-seal. To maintain the gas velocity in the moving beds (FR, SR) at the minimum fluidization velocity is found to be suitable for the stable operation. The solid holdup in moving beds decrease with increasing gas velocity and solid circulation rate.
소석회를 이용한 제철 소결 배가스 내 황산화물 제거 특성
박동규 ( Dong Kyoo Park ),조성수 ( Sung-su Cho ),민홍 ( Hong Min ),류상오 ( Sang Oh Ryu ),김병환 ( Byung Hwan Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.2
The purpose of this study is to evaluate the applicability of low-cost industrial lime hydrate to the desulfurization process of iron ore sintering gas and to derive optimal operating conditions. Sulfur dioxide removal by lime hydrate was investigated using simulated iron ore sintering gases. The kinetic parameters of sulfation were determined based on the global reaction mechanism. The results show that sulfur removal efficiency decreases with increasing reaction temperature and gas hourly space velocity. The time to maintain 70% efficiency decreases from 15 minutes to 11 minutes and 7 minutes. Due to its mathematical simplicity, a first-order reaction model was applied. The model fit the lime hydrate sulfation reaction well, producing an apparent activation energy of 10.8 kJ/mol and a pre-exponential factor of 1.64 s<sup>-1</sup>. The desulfurization efficiency of lime hydrate is approximately 65% the efficiency of sodium bicarbonate. As a result, lime hydrate has the potential to replace more expensive sodium-based reactants.