염수 전기분해와 연계한 이산화탄소의 전환 공정 연구

이동욱 ( Dong Woog Lee ),이지현 ( Ji Hyun Lee ),이정현 ( Junghyun Lee ),곽노상 ( No-sang Kwak ),이수진 ( Sujin Lee ),심재구 ( Jae-goo Shim ) 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.1

석탄 화력발전 연소 배가스에 포함된 이산화탄소를 염수의 전기분해를 통해 얻어진 가성소다와 반응시켜 중탄산나트륨, 염소, 수소 등을 생산하는 공정에 대하여 실험과 전산모사를 병행하였다. Bench 규모 공정을 디자인하여 가성소다에 의한 이산화탄소 전환 공정에 대하여 실험하였고 같은 공정을 공정 모델링을 통해 전산모사 하였다. 실험결과와 전산모사 결과의 비교를 통해 모델의 신뢰성을 확인하였고, 상용급 공정에 대한 모델링을 수행하였다. 상용급 공정에 대한 열 및 물질수지를 계산하였고 반응기내 온도분포와 CO₂ 흡수율을 도출하였다. 본 연구를 통해 온실가스 저감뿐만 아니라 CO₂ 전환을 통한 경제성까지 갖춘 본 공정에 대한 기술 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다. A process, which converts carbon dioxide contained in the flue gas of coal-fired power plants to sodium bicarbonate, was studied experimentally and numerically. In this process, the carbon dioxide reacts with sodium hydroxide which is produced through saline water electrolysis. A bench scale reactor system was prepared for experiments of this process and numerical process modeling was performed for the bench scale reactor system. Comparing the process modeling results with the experimental data, responsibility of the process modeling was confirmed. Using this model, commercial scale process was simulated. Mass and energy balance of this process were calculated. Temperature profile in the reactor and carbon dioxide removal rate were obtained.

Catecholic Polymer Binders for Enhancing Battery Performance

Dong-Woog Lee(이동욱) 한국고분자학회 2023 한국고분자학회 학술대회 연구논문 초록집 Vol.48 No.1

CCS (Carbon Capture & Sequestration) 기술 · 경제성 평가 분석

이지현(Lee, Ji Hyun),곽노상(Kwak, No-Sang),이동욱(Lee, Dong Woog),심재구(Shim, Jae-Goo),이정현(Lee, Jung Hyun) 한국기후변화학회 2016 한국기후변화학회지 Vol.7 No.2

신 흡수제(KoSol-5)를 적용한 0.1 MW급 Test Bed CO2 포집 성능시험

이정현 ( Junghyun Lee ),김범주 ( Beom Ju Kim ),신수현 ( Su Hyun Shin ),곽노상 ( No Sang Kwak ),이동욱 ( Dong Woog Lee ),이지현 ( Ji Hyun Lee ),심재구 ( Jae Goo Shim ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.4

한전 전력연구원에서 개발한 고효율 아민계 습식 CO2 흡수제(KoSol-5)를 적용하여 0.1 MW급 Test Bed CO2 포집 성능시험을 수행하였다. 500 MW급 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스를 적용하여 하루 2톤의 CO2를 처리할 수있는 연소 후 CO2 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-5 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하고자 하였다. 그리고 주요 공정변수 운전 및 흡수탑 인터쿨링 효율 향상에 따른 에너지 저감 효과를 테스트하였다. 흡수탑에서의 CO2 제거율은 국제에너지기구산하 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 CO2 포집기술 성능평가 기준치(CO2 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-5)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 2.95 GJ/tonCO2가 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanol amine)의 평균 재생에너지 수준(약 4.0 GJ/tonCO2) 대비 약 26% 저감된 수치이다. 본 연구를 통해 한전 전력연구원에서 개발한 KoSol-5 흡수제 및 CO2 포집 공정의 우수한 CO2 포집 성능을 확인할 수 있었고, 향후 본 연구에서 성능이 확인된 고효율 흡수제(KoSol-5)를 실증급 CO2 포집플랜트에 적용할 경우 CO2 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. The absorption efficiency of amine CO2 absorbent (KoSol-5) developed by KEPCO research institute was evaluated using a 0.1 MW test bed. The performance of post-combustion technology to capture two tons of CO2 per day from a slipstream of the flue gas from a 500 MW coal-fired power station was first confirmed in Korea. Also the analysis of the absorbent regeneration energy was conducted to suggest the reliable data for the KoSol-5 absorbent performance. And we tested energy reduction effects by improving the absorption tower inter-cooling system. Overall results showed that the CO2 removal rate met the technical guideline (CO2 removal rate : 90%) suggested by IEA-GHG. Also the regeneration energy of the KoSol-5 showed about 3.05 GJ/tonCO2 which was about 25% reduction in the regeneration energy compared to that of using the commercial absorbent MEA (Monoethanolamine). Based on current experiments, the KoSol-5 absorbent showed high efficiency for CO2 capture. It is expected that the application of KoSol-5 to commercial scale CO2 capture plants could dramatically reduce CO2 capture costs.

CO2 생물학적 전환/광물화 이산화탄소 활용광물화 기술개요 및 동향

이지현 ( Ji Hyun Lee ),이동욱 ( Dong Woog Lee ),심재구 ( Jae Goo Shim ) 한국공업화학회 2015 공업화학전망 Vol.18 No.3

온실가스 저감을 위한 다양한 기술적 방안 중 하나로 CO2 활용기술에 대한 연구가 최근 많은 주목을 받고있다. 이 기술은 CO2의 직접 활용에 따라 종래 CO2 포집 및 저장기술에서 요구되는 대규모 저장소가 필요하지 않을뿐만 아니라 활용을 통한 경제적 편익이 발생되므로 전 세계에서 다양한 규모의 사업화 노력이 진행 중에 있다. 본 논고에서는 관련하여 CO2 활용기술에 대한 개요 및 기술별 잠재 CO2 저감량을 분석하고, 잠재 CO2 저감량 및 경제성 측면에서 타 기술대비 우수한 것으로 평가받고 있는 CO2 활용 광물화 기술을 중심으로 기술개요 및 국내외 개발동향을 소개하고자 한다.

NCCU(Non-Capture CO2 Utilization) 기술의 CO2 감축 잠재량 산정

이지현 ( Ji Hyun Lee ),이동욱 ( Dong Woog Lee ),장세규 ( Jang Se Gyu ),곽노상 ( No-sang Kwak ),이인영 ( In Young Lee ),장경룡 ( Kyung Ryoung Jang ),최종신 ( Jong-shin Choi ),심재구 ( Jae-goo Shim ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.5

본 연구에서는 다양한 CO2 재활용 기술 중 경제성 및 CO2 감축량 효과가 큰 것으로 평가되는 CO2 활용 중탄산나 트륨 제조기술 대상으로 상용 플랜트 운영시 전체 CO2 감축량을 산정하고자 하였다. 상기 CO2 재활용 기술은 발전소 배가스 중에 포함된 CO2의 탄산화 반응을 통해 상업적으로 유용한 중탄산나트륨을 제조하는 기술로서 현재 한국동서 발전의 지원을 받아 한전 전력연구원에서 연구개발 진행 중이다(기술개발 사업명: NCCU, Non-Capture CO2 Utilization). 본 기술의 CO2 감축량 산정을 위해 하루 100톤 CO2 처리 규모(연간 36,500톤 CO2 처리 가능, 발전 용량 기준 5 MW 급)의 상용급 플랜트를 대상으로 공정모사 프로그램(PRO/II 9.1)을 활용한 열 및 물질 수지 분석을 수행하였으며 특히 종래 유사기술과의 비교를 통한 간접 CO2 감축량 산정을 위해 탄산나트륨 및 중탄산나트륨 등의 제조를 위한 대표적기술인 Solvay 공정과의 에너지 사용량을 비교·분석하였다. 분석 결과 종래 Solvay 공정은 단위 중탄산나트륨 생산을 위한 에너지 사용량이 약 7.4 GJ/tNaHCO3으로 이를 해당 에너지를 얻기 위해 필요한 석탄 사용량 및 CO2 발생량으로 환산시 연간 약 48,862 톤 CO2에 해당 된다. 반면 발전소 배가스 중에 포함된 CO2를 활용한 중탄산나트륨 제조공정의 경우 탄산화 반응에 의한 CO2 직접 포집분(연간 약 36,500 톤)과 동일 화합물 생산을 위한 종래 공정(Solvay) 대비 낮은 에너지 사용량에 따른 간접적인 CO2 저감량(연간 약 46,885 톤) 효과로 전체 CO2 감축량은 약 83,385톤으로 산정되었다. 상기 분석을 통해 본 논문의 CO2 활용 중탄산나트륨 제조기술은 제품 판매에 따른 경제적 효과뿐만 아니라 종래 공정에 비해 낮은 에너지 사용으로 CO2 저감효과가 매우 높아 대규모 CO2 저장 공간이 필요한 CCS(Carbon Capture & Sequestration) 기술의 대안기술로서 유망한 것으로 분석되었다. Estimating potential of CO2 emission reduction of non-capture CO2 utilization (NCCU) technology was evaluated. NCCU is sodium bicarbonate production technology through the carbonation reaction of CO2 contained in the flue gas. For the estimating the CO2 emission reduction, process simulation using process simulator (PRO/II) based on achemical plant which could handle CO2 of 100 tons per day was performed, Also for the estimation of the indirect CO2 reduction, the solvay process which is a conventional technology for the production of sodium carbonate/sodium bicarbonate, was studied. The results of the analysis showed that in case of the solvay process, overall CO2 emission was estimated as 48,862 ton per year based on the energy consumption for the production of NaHCO3 (7.4 GJ/tNaHCO3). While for the NCCU technology, the direct CO2 reduction through the CO2 carbonation was estimated as 36,500 ton per year and the indirect CO2 reduction through the lower energy consumption was 46,885 ton per year which lead to 83,385 ton per year in total. From these results, it could be concluded that sodium bicarbonate production technology through the carbonation reaction of CO2 contained in the flue was energy efficient and could be one of the promising technology for the low CO emission technology.

신 흡수제(KoSol-4)를 적용한 10MW급 CO₂ 포집 Pilot Plant 성능시험

곽노상(No-Sang Kwak),이동욱(Dong Woog Lee),이지현(Ji Hyun Lee),이인영(In Young Lee),장경룡(Kyung Ryoung Jang),심재구(Jae-Goo Shim) 한국에너지기후변화학회 2015 에너지기후변화학회지 Vol.10 No.1

KEPCO 전력연구원에서 개발한 고효율 아민계 습식 CO₂ 흡수제(KoSol-4)를 적용하여 Pilot Plant 성능시험을 수행하였다. 500MW급 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스의 1/50을 적용하여 하루 200톤의 CO₂를 처리할 수 있는 연소후 CO₂ 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-4 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하고자 하였다. 그리고 흡수탑 인터쿨링 및 린-리치아민 열교환기 효율 향상에 따른 에너지 저감 효과를 테스트하였다. 흡수탑에서의 CO₂ 제거율은 국제에너지기구 산하 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 CO₂ 포집기술 성능평가 기준치(CO₂ 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-4)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 2.8 GJ/tonCO₂이 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanolamine)의 평균 재생에너지 수준(약 4.0 GJ/tonCO₂) 대비 약 30% 이상 저감된 수치이다. 본 연구를 통해 KEPCO 전력연구원에서 개발한 KoSol-4 흡수제 및 CO₂ 포집 공정의 우수한 CO₂ 포집 성능을 확인할 수 있었고, 향후 본 연구에서 성능이 확인된 고효율 흡수제(KoSol-4)를 실증급 CO₂ 포집플랜트에 적용 할 경우 CO₂ 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대되었다.

신 흡수제(KoSol-5)를 적용한 0.1 MW급 Test Bed CO₂ 포집 성능시험

이정현,김범주,신수현,곽노상,이동욱,이지현,심재구,Lee, Junghyun,Kim, Beom-Ju,Shin, Su Hyun,kwak, No-Sang,Lee, Dong Woog,Lee, Ji Hyun,Shim, Jae-Goo 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.4

한전 전력연구원에서 개발한 고효율 아민계 습식 $CO_2$ 흡수제(KoSol-5)를 적용하여 0.1 MW급 Test Bed $CO_2$ 포집 성능시험을 수행하였다. 500 MW급 석탄화력발전소에서 발생되는 연소 배가스를 적용하여 하루 2톤의 $CO_2$를 처리할 수 있는 연소 후 $CO_2$ 포집기술의 성능을 확인하였으며 또한 국내에서는 유일하게 재생에너지 소비량을 실험적으로 측정함으로써 KoSol-5 흡수제의 성능에 대한 신뢰성 있는 데이터를 제시하고자 하였다. 그리고 주요 공정변수 운전 및 흡수탑 인터쿨링 효율 향상에 따른 에너지 저감 효과를 테스트하였다. 흡수탑에서의 $CO_2$ 제거율은 국제에너지기구 산하 온실가스 프로그램(IEA-GHG)에서 제시하는 $CO_2$ 포집기술 성능평가 기준치($CO_2$ 제거율: 90%)를 안정적으로 유지하였다. 또한 흡수제(KoSol-5)의 재생을 위한 스팀 사용량(재생에너지)은 $2.95GJ/tonCO_2$가 소비되는 것으로 산출되었는데 이는 기존 상용 흡수제(MEA, Monoethanol amine)의 평균 재생에너지 수준(약 $4.0GJ/tonCO_2$) 대비 약 26% 저감 된 수치이다. 본 연구를 통해 한전 전력연구원에서 개발한 KoSol-5 흡수제 및 $CO_2$ 포집 공정의 우수한 $CO_2$ 포집 성능을 확인할 수 있었고, 향후 본 연구에서 성능이 확인된 고효율 흡수제(KoSol-5)를 실증급 $CO_2$ 포집플랜트에 적용할 경우 $CO_2$ 포집비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 기대된다. The absorption efficiency of amine $CO_2$ absorbent (KoSol-5) developed by KEPCO research institute was evaluated using a 0.1 MW test bed. The performance of post-combustion technology to capture two tons of $CO_2$ per day from a slipstream of the flue gas from a 500 MW coal-fired power station was first confirmed in Korea. Also the analysis of the absorbent regeneration energy was conducted to suggest the reliable data for the KoSol-5 absorbent performance. And we tested energy reduction effects by improving the absorption tower inter-cooling system. Overall results showed that the $CO_2$ removal rate met the technical guideline ($CO_2$ removal rate : 90%) suggested by IEA-GHG. Also the regeneration energy of the KoSol-5 showed about $3.05GJ/tonCO_2$ which was about 25% reduction in the regeneration energy compared to that of using the commercial absorbent MEA (Monoethanolamine). Based on current experiments, the KoSol-5 absorbent showed high efficiency for $CO_2$ capture. It is expected that the application of KoSol-5 to commercial scale $CO_2$ capture plants could dramatically reduce $CO_2$ capture costs.

표면 힘 측정기를 이용한 고분자의 물리적 성질 측정

임찬웅(Chanoong Lim),이동욱(Dong Woog Lee) 한국고분자학회 2017 고분자 과학과 기술 Vol.28 No.3

선박의 직접 이산화탄소 포집기술 타당성 분석

이지현(Ji Hyun Lee),이동욱(Dong Woog Lee),곽노상(No-Sang Kwak),이인영(In Young Lee),김범주(Beom-Ju Kim),신수현(Suhyun Shin),심재구(Jae-Goo Shim) 한국에너지기후변화학회 2015 에너지기후변화학회지 Vol.10 No.2

This study proposes a feasibility of direct carbon dioxide capture and storage process for reducing the CO₂ emission on ships. Reduction of CO₂ emission from ship using conventional CO₂ reduction process is a great challenge mainly because of space constraints and utility consumptions. In this study, to overcome those constraints, HIGEE (High gravity rotary device) reactor which use the centrifugal force for the drastic increase of gas & liquid reaction was considered. For the analysis of feasibility of direct CO₂ capture from ship, based on a container ship with 20 MW diesel engine, conceptual design of Higee CO₂ capture process was performed. The results showed that using a Higee reactor, CO₂ emission from the ship could be drastically reduced without excessive energy consumption and space requirement. And it could be concluded that present novel CO₂ capture process using Higee rector could be one of the promising technology options for the direct CO₂ reduction from ship.