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CO<sub>2</sub> 해상 지중저장을 위한 주입설비 설계 및 구축 연구
문흥만 ( Hung-man Moon ),김효준 ( Hyo-joon Kim ),신세진 ( Se-jin Shin ),이용일 ( Yong-il Lee ),권시현 ( Si-hyun Kwon ),권이균 ( Yi-kyun Kwon ) 대한지질공학회 2018 지질공학 Vol.28 No.2
지구온난화 문제가 인류 생존을 위협하는 중대한 이슈로 떠오르면서 세계 각국은 온실가스 감축에 적극 나서고 있다. 대표적 온실가스인 이산화탄소(CO<sub>2</sub>)는 석탄, 석유와 같은 화석연료를 연소하는 과정에서 대량으로 방출되고 있다. CO<sub>2</sub>를 포집하고 저장하는 CCS (CO<sub>2</sub> Capture & Storage) 기술은 온실가스 저감의 대표적 기술로 세계 각국에서 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 연구는 대규모 CO<sub>2</sub> 배출원에서 포집된 CO<sub>2</sub>를 대상으로, 국내 최초로 해상에서 지중저장을 하기 위한 고압 주입설비의 설계 및 구축에 관한 연구다. 이를 위해 2017년초 CO<sub>2</sub> 지중 주입설비가 구축되었으며 포항시 영일만 해상 플랫폼에서 CO<sub>2</sub> 시험주입을 국내 최초로 성공하였다. 그 결과 해상주입을 위한 주입설비의 운전 요구조건과 CO<sub>2</sub> 주입 특성이 파악되었고 주입장치 운영에 관한 노하우도 얻게 되었다. 시험주입에서 얻어진 결과는 향후 장치개선과 scale-up에 활용될 예정이다. Almost all countries of the world have recently made great efforts to reduce green-house gases to alleviate the global warming threatening human survival, because a huge amount of carbon dioxide as one of the main green-house gases has been emitted from the combustion processes of fossil fuels such as coal and oil. CO<sub>2</sub> capture and storage (CCS) technology is a representative method to diminish the green-house gases, and actively investigated by many countries. This study focuses on the design and construction of a high pressure CO<sub>2</sub> injection facility to store it to underground, which is the first CO<sub>2</sub> injection in Korea following the steps of the CO<sub>2</sub> capture from large CO<sub>2</sub> emission sources and transportation to the sea. Injection tests of CO<sub>2</sub> on the platform on the sea were carried out in Yeongil Bay of Pohang city in the early 2017. Thus, we were able to perceive the necessary operating conditions of the injection facility, injection characteristic, and knowhow of the injection facility. The results obtained from the injection test shall be utilized for facility upgrades and scale-ups.
해저터널을 위한 동결공법 냉매로서의 액화공기 적용성에 대한 실험적 연구
손영진,최형철,문흥만,최항석,고태영,Son, Young-Jin,Choi, Hyeungchul,Moon, Hung-Man,Choi, Hangseok,Ko, Tae Young 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.2
본 연구는 액체질소와 같이 급속 동결이 가능하면서 질식의 위험을 배제할 수 있는 냉매로서 액화공기를 선정하였고 이의 적용성을 평가하였다. 액화공기의 안정성을 평가하기 위해 액체질소와 액체산소가 혼합된 액화공기의 산소 농도가 산업안전보건법에 제시된 산소 농도 기준에 부합되는지를 실험적으로 검증하였으며, 액체질소 및 액체산소의 혼합 비율, 액화공기 저장용기의 압력변화 및 유량변화에 따른 액화공기 산소 농도변화를 살펴보았다. 그 결과, 액체질소 및 액체산소를 8:2로 혼합하였을 경우 산업안전보건법에 제시된 산소 농도 기준에 부합되는 것을 확인하였다. 액화공기 저장용기의 압력변화 및 유량변화는 액화공기의 산소 농도에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. In this paper, the liquid air was selected as the refrigerant in artificial ground freezing to be used for rapid ground freezing and to reduce the risk of suffocation and the applicability of liquid air was verified. In order to evaluate the stability of the liquid air, the oxygen concentration of mixtures with liquid nitrogen and liquid oxygen was experimentally examined to meet the oxygen concentration criteria in the Occupational Safety and Health Act. In addition, the effects of the mixture ratio of liquid nitrogen and liquid oxygen, pressure and flow rate change in the storage vessel on the oxygen concentration in the liquid air were investigated. As a result, the ratio of liquid nitrogen and liquid oxygen 8: 2 was shown to meet the oxygen concentration standards. Pressure and flow rate change in the storage vessel did not have significant effects on the oxygen concentration in the liquid air.
순산소 연소를 위한 초저온 공기분리장치의 최적공정 설계 연구
최형철 ( Hyeung-chul Choi ),문흥만 ( Hung-man Moon ),조정호 ( Jung-ho Cho ) 한국화학공학회 2018 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.56 No.5
지구 온난화 문제 해결과 온실가스 감축을 위하여 화력발전소를 중심으로 순산소 연소를 통한 CO<sub>2</sub> 포집 기술이 개발되었으나, 산소 생산 비용이 높아 경제성이 떨어지는 문제를 가지고 있다. 순산소 연소에 필요한 대량의 산소(>2,000 tpd)를 생산하는 방법은 초저온 공기분리장치(ASU: Air Separation Unit)가 가장 적합한 것으로 알려져 있으나, 대부분 고순도(>99.5%) 산소 생산에 최적화되어 건설되었다. 이런 초저온 공기분리장치에서 순산소 연소에서 사용이 가능한 낮은 순도(90~97%)의 산소를 생산하고 공정을 최적화할 경우, 공정 효율이 높아져 산소 생산 비용 절감이 가능하다. 본 연구에서는 순산소 연소 발전시스템에 산소를 공급할 수 있는 초대형(>2,000 tpd O<sub>2</sub>) ASU 개발을 위하여 공정 분석 및 비교 평가를 수행하였다. 상용 프로그램인 AspenHysys를 이용하여 산소 순도에 따른 회수율 및 전력소모량을 계산하고 공정의 효율을 평가하였다. 그 결과 ASU를 통해 순산소 연소에 공급되는 산소는 약 95%가 최적이며, 생산 공정 최적화 시 약 12~18%의 전력소모량 절감이 가능한 것을 확인 할 수 있었다. In order to solve the global warming and reduce greenhouse gas emissions, it has been developed the CO<sub>2</sub> capture technology by oxy-fuel combustion. But there is a problem that the economic efficiency is low because the oxygen production cost is high. ASU (Air Separation Unit) is known to be most suitable method for producing large capacity of oxygen (>2,000 tpd). But most of them are optimized for high purity (>99.5%) oxygen production. If the ASU process is optimized for low purity(90~97%) oxygen producing, it is possible to reduce the production cost of oxygen by improving the process efficiency. In this study, the process analysis and comparative evaluation was conducted for developing large capacity ASU for oxy-fuel combustion. The process efficiency was evaluated by calculating the recovery rate and power consumption according to the oxygen purity using the AspenHysys. As a result, it confirmed that the optimal purity of oxygen for oxyfuel combustion is 95%, and the power consumption can be reduced by process optimization to 12~18%.
Linze-Donawitz 가스로부터 일산화탄소(CO) 분리를 위한 흡수 및 흡착공정에 대한 기술경제성 비교
임영일 ( Young-il Lim ),최진순 ( Jin Soon Choi ),문흥만 ( Hung-man Moon ),김국희 ( Gook-hee Kim ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.3
제철소에서 부생되는 LDG (Linze Donawitz gas) 가스는 일산화탄소(CO)를 60% 이상 포함한다. LDG로부터 CO를 고순도로 분리하는 2가지 공정을 고려하였다: COSORB와 CO-PSA (pressure swing adsorption). 이 연구의 목적은 기술경제성평가(TEA: techno-economic analysis) 를 통하여 이 두 공정 중 어떤 공정이 더 경제성이 높은 지를 결정하는 하는 것이었다. TEA의 기술적 측면에서는 초기투자비(TCI: total capital investment) 와 총생산비용(TPC: total productioncost)을 추정하기 위하여 먼저 공정흐름도(PFD: process flow diagram)를 완성하고, 물질 및 에너지 수지식을 계산한후, 장치 종류 및 크기를 결정하였다. TEA의 경제성 측면에서는 투자회수율(ROI: return on investment) 및 투자회수기간(PBP: payback period) 과 같은 경제성 판단기준을 산출하였고, ROI와 PBP에 가장 큰 영향을 주는 인자들을 찾기 위하여 민감도 분석을 수행하였다. CO-PSA 공정은COSORB 공정 보다 더 높은 ROI와 더 낮은 PBP 로 인하여 경제적 우위를 보여주었다. CO의 가격은 ROI와 PBP에 가장 큰 영향을 주는 인자로 파악되었다. Linze-Donawitz gas (LDG) adjunctively produced in the steel mill contains over 60% of CO. Two processes that recover high purity CO from LDG were considered: COSORB and CO-Pressure swing adsorption (PSA). This study aimed to decide which one is more economically feasible than the other by techno-economic analysis (TEA). From the technical point of view of TEA, the process flow diagram (PFD) was constructed, the mass and energy balances were calculated, and the equipment type and size were determined in order to estimate the total capital investment (TCI) and the total production cost (TPC). From the economic point of view of TEA, economic performance such as return on investment (ROI) and payback period (PBP) was evaluated, and the sensitivity analysis was carried out to identify key factors influencing ROI and PBP. It was found that CO-PSA is more economically feasible due to higher ROI and lower PBP. The CO price highly influenced ROI and PBP.