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CO₂ 원료기반 합성가스 생산을 위한 고온 공전해 시스템 운전특성
전동환(Dong-Hwan Jeon),김문현(Mun-Hyun Kim),홍기훈(Kyi-Hoon Hong),변용수(Yong-Soo Byun),정우현(Woohyun Jung) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.5
지구 온난화 대표물질인 CO2 배출저감을 위해서 CO2를 포집하는 기술 분야의 경우 지속적인 기술개발을 통해 상용화 기술 수준에 도달하였으나, 국내의 경우 포집된 CO2를 저장하거나 이용하는 기술개발이 필요한 실정이다. 최근에는 CO2 활용 기술의 하나인 CO2 공전해 기술이 주목받고 있는데, 기존 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cells, SOFCs)나 고온수전해(Solid Oxide Electrolysis Cells, SOECs)와 시스템 구성이 유사하지만, 운전방법이나 원료물질의 차이로 CO2를 이용하여 CO와 H2 기반의 합성가스를 생산할 수 있는 기술이다. 이렇게 생산된 합성가스는 다양한 방법을 이용하여 합성 연료 또는 원료물질의 생산이 가능한 장점이 있기 때문에 국내에서도 CO2 배출사업장에 적용 가능한 고온 공전해 시스템 구성과 및 폐열 회수/이용에 관한 연구를 진행하고 있다. 본 연구에서는 고온에서 운전되는 SOEC Stack(고온 공전해 반응기), 개질기, 스팀발생기 및 열회수를 위한 열교환기 등으로 구성된 고온 공전해 시스템을 구성하였는데, CO2와 고온 스팀을 공급한 후 단계적으로 전기를 인가함으로써 CO2가 합성가스로 전환되는 특성을 확인하였다. 또한 반응기 운전온도에 필요한 열에너지의 효율적 활용을 위해 열교환기를 이용한 배기가스 폐열 회수장치의 열교환 특성을 확인하였다. 운전 결과 SOEC Stack으로 공급되는 CO2 유량 2.04 Nm<sup>3</sup>/h 조건에서 CO2 전환율은 최대 67.7%이었고, CO2 처리량은 최대 1.38 Nm<sup>3</sup>/h로 확인되었으며, SOEC Stack에서의 공전해 효율은 86.1%로 파악되었다.
전동환(Dong-Hwan Jeon),황상연(Sang-Yeon Hwang),변용수(Yong-Soo Byun),정석우(Seok-Woo Chung) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계
휘발성 유기화합물(VOC, Volatile Organic Compound)은 유기용제 사용 사업장을 중심으로 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있으며, 대기 중에서 광화학 반응에 의한 광화학스모그 생성 및 미세먼지 발생 유발물질로 알려져 있다. 최근 휘발성 유기화합물이 원료로 사용되는 페인트 제조의 경우 휘발성 유기화합물 최대 함유량 규제가 이루어지고 있고 휘발성 유기화합물 11종이 신규 규제물질로 지정됨으로서 대기오염물질 법적 배출허용 기준 및 배출 사업장에 대한 규제가 강화되고 있다. 이와 관련하여 유기용제 사용 사업장에서는 법적 배출허용기준 준수와 더불어 오염물질 배출량 최소화를 위한 제품 개선 및 VOC 가스 고효율 처리 기술 적용이 절실한 실정이다. 현재, 제품 생산 공정에서 대기중으로 배출되는 VOC 가스를 액체 상태로 회수함으로써 대기오염물질 배출 저감 및 회수된 액상 VOC를 연료로 사용하기 위한 VOC 에너지화 기술개발을 진행하고 있으며, 이의 일환으로 저농도로 배출되는 VOC를 고농도 VOC로 농축시킨 후 이를 저온으로 운전되는 냉각액과 직접 접촉시켜 액체 상태로 회수하기 위한 응축공정 기술개발 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 기-액 접촉 방식에 따른 응축 특성을 확인하였으며, 고농도 VOC 공급조건에서 90 % 응축효율이 가능한 방법 및 액상 VOC 회수 특성을 확인하였다.