천연가스중의 이산화탄소 제거를 위한 알카놀아민 수용액의 흡수특성 연구 :(A) study on the absorption characteristics of alkanolamine aqueous solutions for the removal of carbon dioxide contained in the natural gas

조두희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 조두희 (공주대학교, 공주대학교 대학원)

지도교수: 김동선

발행연도: 2013

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2014

다양한 아민 흡수제를 이용한 천연가스 중에 포함되어 있는 산성가스 제거 성능 비교

조두희 , 김동선 , 조정호 플랜트 저널 2014.01 학술저널

2013

천연가스중의 이산화탄소 제거를 위한 알카놀아민 수용액의 흡수특성 연구

조두희 화학과 2013.01 학위논문

2012

다양한 아민 흡수제를 이용한 천연가스 중에 포함되어 있는 산성가스 제거 성능 비교

조두희 , 김동선 , 조정호 외 2명 한국가스학회 학술대회논문집 2012.11 학술대회자료

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본 연구에서는 천연가스 대상으로 이산화탄소 흡수공정에 사용할 수 있는 알카놀아민 계열의 아민수용액을 사용하여 흡수특성을 연구하였다. 1차아민 MEA, 2차아민 DEA, 3차아민 TEA, 입체장애아민 AMP를 30 wt%의 농도로 제조하였고, 실험온도는 40, 60, 80℃로 하였다. 기-액 흡수평형 실험을 통해서 이산화탄소 평형분압과 압력감소를 측정하였고, 반회분식 흡수실험을 수행하여 이산화탄소 흡수능을 평가하였다. 그리고 기존의 상용성 열역학 모델식을 이용하여 실험 데이터와 비교를 통해 기존 문헌과의 차이점을 알아보았다. 또한 천연가스 중의 이산화탄소 처리공정 기준으로 실제 공정에서 사용되고 있는 아민공정을 전산모사를 위해 공정모사 프로그램은 산성가스 처리공정 모사에 특화되어 널리 사용되고 있는 Bryan Research & Engineering Inc.사의 PROMAX를 활용하여 각 흡수제별로 전산모사를 수행하고 재생에너지와 Solvent circulation rate룰 분석하였다. 그결과 실험에 사용한 아민류의 흡수용량은 온도가 높아 질수록 낮아지고 압력이 높아 질수록 높아지는 결과를 확인하였다. 흡수용량은 AMP>MEA>DEA>TEA순 이었고 흡수속도는 MEA>AMP>DEA>TEA 순으로 나타났다. 전산모사 결과로는 MEA는 상대적으로 CO2 제거율이 높은 반면에 DEA, MDEA, MDEA와 첨가제인 Piperazine은 H2S 제거율이 더 높다는 것을 알 수 있었다.

Ⅰ. 서론 1
1.1 연구 배경 및 필요성 1
1.2 연구 범위 6
Ⅱ. 이론 7
2.1 천연가스 중의 이산화탄소 제거공정 개요 7
2.1.1 이산화탄소 액상흡수법의 종류와 특성 7
2.1.2 아민 이용 흡수법 10
2.2 이산화탄소 흡수 메커니즘 13
2.2.1 알카놀아민의 CO2 흡수특성 13
① 1차 알카놀아민 MEA 17
② 2차 알카놀아민 DEA 18
③ 3차 알카놀아민 TEA, MDEA 21
④ 체 알카놀아민 AMP 23
2.3 열역학 모델식의 선정 27
2.3.1 Two model approach 28
2.3.2 NRTL 모델식 30
2.3.3 Henry의 법칙 31
2.3.4 Soave-Redlich-Kwong 상태방정식 32
2.3.5 Electrolyte model 34
Ⅲ. 실험 방법 및 분석 35
3. 실험 35
3.1 흡수제 선정 35
3.2 반회분식 흡수 실험 36
3.2.1 실험 장치 및 방법 36
3.2.2. 흡수량 계산 39
3.2.3 흡수평형 실험결과 41
3.3 기-액 흡수평형 실험 52
3.2.1 실험 장치 및 방법 52
3.2.2. CO2 loading과 CO2 Partial pressure 계산 55
3.3.3 기-액 흡수평형 실험결과 56
Ⅳ. 전산모사 60
4.1 알카놀아민 흡수제를 이용한 CO2 제거 공정이론 60
4.1.1 공정의 개요 61
4.1.2 AGRU 공정으로 유입되는 원료 조건 63
4.1.3 아민을 사용한 CO2 제거공정 전산모사 65
① 흡수탑 전산모사 65
② 재생탑 전산모사 67
4.2 천연가스 중의 산성가스 제거공정의 모사결과 72
4.1.1 MEA 용매를 이용한 AGRU모사의 물질수지 결과 72
4.1.2 DEA 용매를 이용한 AGRU모사의 물질수지 결과 73
4.1.3 TEA 용매를 이용한 AGRU모사의 물질수지 결과 74
4.1.4 aMDEA 용매를 이용한 AGRU모사의 물질수지 결과 75
Ⅴ. 결론 76
참고문헌 78
ABSTRACT 82

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