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CO₂가 함유된 중소규모 가스전을 위한 KOGAS DME Process 연구
모용기(Yong Gi Mo),조원준(Won Jun Cho),송택용(Taekyong Song),백영순(Youngsoon Baek) 한국가스학회 2010 한국가스학회지 Vol.14 No.4
전 세계적으로 온실가스인 이산화탄소 배출을 감축하기 위하여 다양한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 상황에서 이산화탄소가 함유된 중소규모 가스전은 LNG로 개발하기에는 경제성이 떨어진다. 특히 가스전에 포함된 이산화탄소를 분리하기 위하여 분리설비가 추가로 설치되어야 한다. 따라서 플랜트 건설비용이 증가하고, 분리된 이산화탄소는 대기중으로 배출되어 온실가스 감축과는 상반되는 결과를 가져온다. 이러한 비경제적인 가스전에 KOGAS DME Process를 적용하면 가스전에 포함된 이산화탄소를 천연가스와 함께 원료가스로 활용할 수 있어 경제성이 높아진다. KOGAS DME Process는 합성가스를 제조하는 Tri- reformer(삼중개질반응기)를 통하여 H₂와 CO로 이루어지는 합성가스를 제조하는데 원료가스로 천연가스와 산소, 스팀, 이산화탄소를 활용한다. 여기서 사용되는 이산화탄소는 공정상 발생하는 이산화탄소를 회수하여 원료가스로 활용하게 된다. 따라서 본 연구에서는 공정상 발생하는 이산화탄소의 발생량과 원료가스로 사용되는 이산화탄소의 사용량 그리고 가스전에 포함된 이산화탄소의 함량을 분석하여 가스전에 포함된 이산화탄소의 활용범위를 연구하고자 한다. The global activities to reduce the CO₂ emission as a greenhouse gas have been various efforts. Under this circumstance, small and medium sized gas field containing CO₂ to develop as LNG is not economic feasibility. Particularly, for the separation of CO2 in gas field, separation facilities should be installed to add. This is and increase in plant construction cost and separated CO₂ emission into the atmosphere is not the result of greenhouse gas reduction. When the uneconomic gas field apply the KOGAS DME process, the gas field containing CO₂ can be increase economic feasibility because of natural gas and CO₂ can be use to resource gas. The Tri-reformer produced syngas as H2 and CO in KOGAS DME process and the resource gases are natural gas, steam, oxygen and CO₂. The CO₂ is used as raw material gases from recover CO₂ in DME process. In this study, we investigated range of application of CO₂ in gas field.
모용기(Yong Gi Mo),조원준(Wonjun Cho),백영순(Young Soon Baek) 한국가스학회 2010 한국가스학회지 Vol.14 No.3
DME(Dimethyl Ether)는 물리적 성질이 LPG와 유사하여 청정하면서 LPG와 잘 섞이고, 세탄가가 디젤연료와 유사하여 디젤을 대체할 수 있는 환경 친화적인 차세대 대체에너지이다. DME는 천연가스, CBM, biomass 등 다양한 원료로부터 제조할 수 있으며 탄소-탄소 직접결합이 없어 연소시 배기가스중에 검댕이나 황산화물이 없다. 한국가스공사에서 개발한 DME 공정은 크게 4개의 section으로 구분할 수 있다. 먼저 합성가스를 제조하는 syngas section 에서는 다양한 합성가스 비율을 제조할 수 있다. 이것은 tri-reforming을 완성하는 과정에서 합성가스 비율을 약 4.0∼1.0의 범위로 조절할 수 있다. 두 번째로 CO₂ removal section에서 제거되는 CO₂는 약 92∼99%로서 DME 합성반응기로 유입되는 CO₂의 최대 농도는 8%를 넘지 않아야 한다. 세 번째로 DME synthesis section에서 DME 합성 반응기의 반응온도는 높을수록 활성이 좋지만 촉매의 장기 활성을 위해서는 적정한 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 마지막으로 DME purification section에서는 99.5%이상의 고순도의 DME를 정제할 수 있다. The physical properties of DME(Dimethyl Ether) are very similar to LPG and well-mixed. As cetane number of DME is similar to diesel fuel that can replace diesel fuel and alternative energy. DME is a clean energy source that can be manufactured from various raw materials such as natural gas, CBM(Coal Bed Methane) and biomass. DME has no carbon-carbon bond in its molecular structure and its combustion essentially generates no soot as well as no SOx. The development of DME process in KOGAS have 4 section. First, syngas section can be manufactured various syngas ratio. This completes the tri-reforming process for the synthesis gas ratio of approximately 4.0 to 1.0 range can be adjusted. Second, CO₂ is removed from the CO₂ removal section of about 92∼99%, so the maximum concentration of CO₂ entering the DME synthesis reactor should not exceed 8%. Third, in the DME synthesis section, if the temperature of DME reactor increases, the activity of DME catalyst increased. but for the long-term activity is desirable to maintain the proper temperature. Finally, the purity of DME in the DME purification section is over 99.6%.
폴리술폰 중공사막을 이용한 Flaring Gas에서의 이산화탄소 분리 및 전산모사
임주환,이충섭,김학은,배명원,모용기,하성용,Lim, Joo Hwan,Lee, Chung Seop,Kim, Hack Eun,Bae, Myong Won,Mo, Yong Gi,Ha, Seong Yong 한국막학회 2015 멤브레인 Vol.25 No.2
Flaring gas에서 $CO_2$ 제거를 위해 폴리술폰 고분자를 이용한 중공사막을 제조하였다. 제조된 중공사막은 1단과 2단 공정의 전산모사와 실제 공정을 통해서 $CH_4$ 농도 99% 이상 $CO_2$ 농도 1% 미만의 운전조건과 성능을 확인하였다. 또한 $25Nm^3/h$ 급 bench scale $CO_2$ 분리막 연속공정에서 100시간의 운전시간 동안 $CO_2$의 농도를 1% 미만으로 안정적으로 운전하였고 이때의 $CH_4$ 회수율은 약 98%였다. Polysulfone (PSF) hollow fiber membrane was prepared to separate $CO_2$ from the flaring gas. Fabricated PSF membrane system was fulfilled under 1 stage, 2 stage membrane process and simulation in order to confirm the operating condition for 99% of $CH_4$ and 1% of $CO_2$ concentration. Also, $25Nm^3/h$ bench scale $CO_2$ separation membrane system was operated under 1% of $CO_2$ concentration during 100 hr, and $CH_4$ recovery ratio was 98%.
석탄 가스화를 통한 전력 생산과 DME 병산 공정에 대한 기초 경제성 분석
유영돈 ( Young Don Yoo ),김수현 ( Su Hyun Kim ),조원준 ( Won Jun Cho ),모용기 ( Yong Gi Mo ),송용택 ( Tae Kyong Song ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.6
석탄가스화를 기반으로 한 발전(IGCC 발전) 및 화학원료 제조공정의 상업화 관건은 화석연료인 원유 또는 천연가스를 기반으로 생산되는 경우와 비교하여 경제성을 확보할 수 있는지 여부이다. 경제성 확보를 위한 가장 현실적인 방법으로는 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터 2개 이상의 생산물(예: 발전과 화학원료를 동시 생산)을 병산(coproduction또는 poly-generation)하는 것이다. 본 연구에서는 석탄 가스화를 기반으로 하여 발전과 수송용, 발전용 및 가정용 연료로 사용이 가능한 DME(dimethyl ether)를 병산하는 공정에 대한 경제성 분석을 실시하였다. 경제성 분석을 위한 병산 공정에서는 250 MW 전력생산 연간 30만 톤의 DMZ 생산을 기준으로 하였다. 병산 공정에서 DME 판매가격이 50만원/ton인 경우, 전기 생산원가는 34.8~58.4원/kWh으로 SMP(계통한계가격) 가중평균인 150.69원/kwh(2013년 1월~12월까지의 평균값)의 33~58% 수준으로 산정되었다. 따라서, DME 판매가격이 적정하게 유지될 경우 석탄IGCC+DME 병산공정은 IGCC 단독 발전과 비교하여 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 현재 중국에서 DME판매가격이 900,000원/톤 내외이므로, 전력과 DME를 병산할 경우, IGCC 단독으로 전력을 생산할 경우와 비교하여 전력 생산 원가를 월등하게 낮출 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 석탄 가스화를 기반으로 한 병산 공정을 통해 전력과 DME를 병산하는 시스템에서, 시장 여건에 따라 전력과 DME 생산비율 제어가 가능하고, 석탄 가스화기 및 정제 시스템을 공통 설비로 활용함으로써, 개별적으로 생산하는 것보다 생산 원가를 낮출 수 있다는 결과를 얻었다. The key for the commercial deployment of IGCC power plants or chemical (methanol, dimethyl ether, etc.) production plants based on coal gasification is their economic advantage over plants producing electricity or chemicals from crude oil or natural gas. The better economy of coal gasification based plants can be obtained by co-production of electricity and chemicals. In this study, we carried out the economic feasibility analysis on the process of co-producing electricity and DME (dimethyl ether) using coal gasification. The plant’s capacity was 250 MW electric and DME production of 300,000 ton per year. Assuming that the sales price of DME is 500,000 won/ton, the production cost of electricity is in the range of 33~58% of 150.69 won/kwh which is the average of SMP (system marginal price) in 2013, Korea. At present, the sales price of DME in China is approximately 900,000 won/ton. Therefore, there are more potential for lowering the price of co-produced electricity when comparing that from IGCC only. Since the co-production system can not only use the coal gasifier and the gas purification process as a common facility but also can control production rates of electricity and DME depending on the market demand, the production cost of electricity and DME can be significantly reduced compared to the process of producing electricity or DME separately.