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푸르푸랄의 화학적 촉매전환을 통한 테트라히드로푸르푸릴 알코올 생산 공정 개발 및 경제성 평가
변재원,한지훈,Byun, Jaewon,Han, Jeehoon 한국화학공학회 2017 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.55 No.5
목질계 바이오매스는 바이오 연료 및 바이오 화학제품 생산을 위한 재생 가능 자원이다. 푸르푸랄(furfural, FF)은 목질계 바이오매스의 헤미셀룰로스로부터 화학적 촉매전환으로 유도되는 주요한 플랫폼 케미칼이다. 테트라히드로푸르푸릴 알코올(Tetrahydrofurfuryl alcohol, THFA)은 FF의 유도체로 열적 화학적 안정성을 지닌 친환경 용매로 이용 가능하다. FF를 THFA로 전환하는 실험적 연구가 다수 존재함에도 불구하고, FF로부터 THFA의 대량생산에 관한 경제적 실현가능성에 관한 연구는 거의 수행되지 않았다. 개발된 전환기술의 상용화 단계에서 기술적 병목점 확인과 스케일업 문제의 해결을 위한 정보를 얻기 위해 실증플랜트 규모의 연구가 필요하다. 본 연구에서는 FF의 THFA로의 화학적 촉매전환에 대해 공정 시뮬레이션 및 기술경제성 평가가 수행되며, 3가지 단계(통합 공정 디자인, 열 통합, 경제성 평가)를 거친다. 실험연구 결과를 기반으로 전환공정과 분리공정을 포함하는 실증플랜트 규모의 통합공정이 설계된다. FF 처리량은 일일 255톤이며, FF로부터 THFA로의 수율은 63.2~67.9 mol%이다. 통합공정에 대해 열 통합을 수행하여 가열요구량을 최초 대비 14.4~16.4% 감소시킬 수 있었다. 최종적으로 경제성 평가를 통해 전체 공정의 주요 비용원을 분석하고 THFA의 최소판매가격을 결정하였다. 개발된 공정에서 생산되는 THFA의 최소판매가격은 1톤당 2,120~2,340 달러로, 현재 THFA의 시장 가격에 근접한다. Lignocellulosic biomass is a renewable resource for production of biofuels and biochemicals. Furfural (FF) is an important platform chemical catalytically derived from the hemicellulose fraction of biomass. Tetrahydrofurfuryl alcohol (THFA) is a FF derivative and can be used as an eco-friendly solvent with thermal and chemical stability. Despite large numbers of experimental studies for catalytic conversion of FF to THFA, few research have conducted on the economic feasibility for large-scale THFA production from FF. At the stage of assessment of the potential for commercialization of conversion technology, a large-scale process study is required to identify technological bottleneck and to obtain information for solving scale-up problems. In this study, process simulation and technoeconomic evaluation for catalytic conversion of FF to THFA are performed, as the following three steps: integrated process design, heat integration, and economic evaluation. First, a large-scale process including conversion and separation processes is designed based on experimental results. When the FF processing rate is 255 tonnes per day, the FF-to-THFA yields are 63.2~67.9 mol%. After heat integration, the heating requirements are reduced by 14.4~16.4%. Finally, we analyze the cost drivers and calculate minimum selling price of THFA by economic evaluation. The minimum selling price of THFA for the developed process are $2,120~2,340 per tonne, which are close to the current THFA market price.
케나프 기반 합성가스 생산을 위한 공정 설계 및 경제성 평가
변재원 ( Jaewon Byun ),박호영 ( Hoyoung Park ),강동성 ( Dongseong Kang ),권오석 ( Oseok Kwon ),한지훈 ( Jeehoon Han ) 한국화학공학회 2020 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.58 No.3
합성가스는 화학제품 및 수송연료의 원료로 이용되며, 최근 목질계 바이오매스의 가스화를 통한 합성가스 생산기술에 대한 연구가 다수 진행되었다. 케나프는 높은 생산성과 이산화탄소 흡수율을 가지는 목질계 바이오매스로 이산화탄소 저감을 위한 대체자원으로서 활용 가능성이 높다. 본 연구는 케나프 가스화 실험연구 데이터를 바탕으로 상용 수준의 케나프 가스화 공정을 개발하고, 해당 공정의 타당성 및 실현가능성을 평가하는 연구로서, 케나프 가스화 통합공정 설계, 열교환망 설계, 기술경제성 평가로 구성된다. 개발된 공정으로부터 생산되는 합성가스의 최소판매가격은 1 GJ당 9.55 달러로, 합성가스의 시장가격보다 낮은 것을 확인하였다. Syngas can be used as raw material for chemical and fuel production. Currently, many studies on syngas production from gasification of biomass have been conducted. Kenaf is a promising renewable resource with high productivity and CO2 immobilization. This study developed a large-scale kenaf gasification process based on the experimental data, and evaluated the techno-economic feasibility, which consists of three steps (integrated process design, heat exchanger network design, techno-economic assessment). The minimum selling price of syngas is US$ 9.55/GJ, and it is lower than current market price of syngas.