CO2 포집 공정

Future Product & Business Development Institute 미래연구소

이산화탄소 포집공정

이산화탄소 포집 공정 종류

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이산화탄소 포집공정

Source: Fourth Annual Conference on Carbon Capture & Sequestration Alexandria (2005)

Shortcut - Selection Guide

Removal of Carbon Dioxide(CO2) Only

Sargas Case• Absorber Pressure ≈ 10bara(150psia)• Feed: CO2 20%, P≈30psia• Product: CO2 1%, P≈ 1.5psia

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이산화탄소 포집공정 – 장 /단점

분리기술 장점 단점

흡수법

- 긴 역사로 신뢰성이 높음- 가장 널리 상업화되어 있음- 중 , 대용량 CO2 처리에 용이- 고순도 이산화탄소 제조용이- 저 농도 배기가스 처리에 유리- 높은 회수율 (85~95%) 에 적합

- 장치의 규모가 아주 크고 무거움- 장치비용이 높음- 에너지 소비가 비교적 높음- 운전조건 복잡 ( 전처리 ,inhibitor)- 공급기체 조성변화에 민감- 흡수제의 한계 ( 환원조건에 사용불가 )- 비 환경친화적 , 설치장소제약

흡착법

- 중규모에 적합- 장치가 간단 , 운전 용이- 저 , 중농도 배 가스 처리에 용이- 중 , 고순도 농축유리- 중 /저압에서 운전- 저 회수율 (85% 이하 ) 에서 유리

- 흡수법에 비해 에너지 소비 높음- 장치규모가 큼- 대용량의 기체 처리에 미흡- 우수한 흡착제의 한계- 회수율이 높을수록 에너지 비용증가

막분리법

- 소규모에 가장 유리- 장치간단 , 조작 간편 , 장치비 저렴- 공급기체의 조성변화에 대처유리- 환경친화적 , 안전성 , 내구성 우수- 설치장소 제약 없음- 중 , 고농도 배기가스 처리 유리- 저 , 중순도 농축에 유리- 저 회수율 (85%) 에 유리

- 고온사용이 어려움- 대용량 기체처리에 미흡- 우수한 투과막소재의 한계- 중 /고압 운전- 분리막 가격이 고가 , 공급 불안정- 고순도 농축 시 에너지 비용 증가- 회수율이 높을수록 에너지 비용증가

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이산화탄소 포집공정 – 요약

Technology Option

Technology Basis Licensors Advantages Problems/Drawbacks

Chemical Absorption

Amine Based Absorption

Process MEA (Mono-ethanol Amine) DEA (Di-ethanol Amine)

MHI – KS-1 Fluor Daniel –

Econamine ABB Lummus –

Kerr-McGee

More efficient than other absorbents at atmospheric pressure

Suitable for flue gas from PC power plant (mainly for retrofitting applications)

Commercially available, proven technology

Heat of the solvent regeneration is very high

Solvent degradation & loss due to oxygen & acidic impurities in the gas stream

Carbonates (Benfield Process)

Hot Potassium Carbonate (K2CO3)

Sargas *1 UOP Fluor Daniel

Stable, simple process Heat of the solvent regeneration

is lower than amine-based

Corrosion control Limited references for coal-

fired power plant Requires pressurized

(approx. 10 bar) system (mainly for PFBC power plant)

Chilled-ammonia Alstom

Physical Absorption

Rectisol Selexol

Rectisol (Norton Co., Chemical Process Products)

Selexol (Lurgi, Linde A.G, UOP)

Suitable for high CO2 concentration streams (mainly for IGCC plant)

Less energy required Solvents are less susceptible to

impurities in the gas

Requires high operating pressure

Works better with gas streams of high CO2 concentration

Adsorption

Pressure Swing Adsorption (PSA)

Temperature Swing Adsorption (TSA)

Very high CO2 removal if possible

Requires very high operating pressure

Costly

Membranes

Gas Separation / Absorption Membrane

Hybrid Membrane – Absorbent System

Upcoming, promising technology Space efficient

Requires very high operating pressure

May require multiple units and recycling due to low product purity

Costly

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분리막기술이란 ??투과속도의 차이를 이용 , 혼합물로부터원하는 물질을 선택적으로 분리하는 기술

• 연소배가스 중에서 CO2 만을 선택적으로 투과시키는 막 사용• 막소재개발 , 모듈개발 , 분리시스템개발• CO2 투과도와 CO2/N2 분리계수가 크고 , 수분 /산성가스 영향

없고 , 내열성과 기계적 강도가 좋고 , 제조가격 저렴한 막 연구 중• 막소재 : 고분자막 , 무기막 (Pd, 세라믹 , 제올라이트 등 ),

복합막 , 촉진수송막

이산화탄소 포집공정 – 막분리법 (Membrane Separation)

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• 흡착 ( 계면현상 ) – 고체 흡착제로 고체 표현에 달라붙게 함• 연소배가스 (CO2, N2, O2 등 ) 중에서 CO2 선택 흡착제 사용• 흡착제로 사용하는 주요 물질 : 제올라이트 , 활성탄 , 활성 알루미나 • 흡 /탈착 방법 - PSA(pressure swing adsorption)- 재생시킬 때 압력 제거 - TSA(temperature swing adsorption)- 재생시킬 때 온도 상승 - ESA(electric swing adsorption)- 재생시킬 때 전력을 통과

CO H 2

CO CO H

2

2

CO 2

이산화탄소 포집공정 - 흡착법

흡착법

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이산화탄소 포집공정 - 흡수법

흡수법 ; 용해도 , 화학반응 속도의 차이로 분리 ( 농도가 전체적으로 변함 )