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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

최형철 (공주대학교, 공주대학교 대학원)

지도교수
조정호
발행연도
2019
저작권
공주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수15

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이 논문의 연구 히스토리 (4)

초록· 키워드

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In order to solve the global warming and reduce greenhouse gas emissions, it was developed the CO2 capture technology by oxy-fuel combustion. But there was a problem that the economic efficiency is low, because of high oxygen production cost. ASU(Air Separation Unit) is known to be most suitable technology to produce large quantity of oxygen production.(>2,000TPD) But the most of conventional type ASU are optimized to produce the high purity oxygen(>99.5%), nitrogen and argon. If the oxygen is only produced without other gases at ASU, the production cost will increase.

The oxy-fuel combustion needs only the large quantity oxygen and the low purity oxygen(90~97%) can be used. If the ASU process is optimized for low purity oxygen producing, it is possible to reduce the production cost of oxygen by improving the efficiency.
This study is to improve the efficiency by ASU process optimization and to develop an ASU process suitable for oxy-fuel combustion. For that, the efficiency of ASU plant was checked and analyzed to propose the process improvement direction. To analyze the efficiency of ASU, exergy analysis can be used. The exergy analysis provides the information of used energy in the process, the location and size of exergy destruction. The ASU cycle was selected for oxy-fuel combustion and conducted the process optimization for ASU cycle.
For the ASU process optimization, ASU cycle with low operating pressure was selected(Dual condenser, Dual condenser with BAC, Three column type ASU cycle), and the process parameters of the cryogenic heat exchanger and cryogenic column was optimization. Also, M.P. GN2 was produced to recovery energy and minimize the power consumption. As a results, ASU process that has 16 ~ 25% lower power consumption than conventional process was proposed according to ASU cycle. The oxygen production cost was calculated to evaluate the economic feasibility of ASU, and the economic impact of oxygen production capacity, power cost, and ASU lifetime was evaluated.
This study that optimized the process to reduce the oxygen production cost and evaluated the economic feasibility can supply the application criteria of the ASU for oxy-fuel combustion.

목차

Ⅰ. 서 론 1
1.1. 순산소 연소 기술 1
1.2. 산소 생산 기술 7
1.3. 초저온 공기분리장치 12
1.4. 연구 목적 및 내용 18
Ⅱ. 초저온 공기분리장치의 공정모사 24
2.1. 열역학 모델식 선정 24
2.1.1. 물성 계산을 위한 상태방정식 26
2.1.2. 액체 밀도 추산을 위한 모델식 29
2.1.3. 상태방정식의 신뢰도 평가 30
2.1.4. ASU를 위한 열역학 모델식 선정 45
2.2. 산소 ASU의 공정변수 도출 46
2.2.1. 공기압축기 48
2.2.2. 팽창터어빈 49
2.2.3. 초저온 열교환기 50
2.2.4. 초저온 증류탑 56
2.2.5. Cold box의 열침입(Heat leak) 62
2.3. 순산소 연소용 ASU 공정모사 64
Ⅲ. 초저온 공기분리장치의 엑서지 해석 69
3.1. 엑서지 연구 배경 69
3.2. 엑서지 이론 72
3.3. 엑서지 분석 방법 78
3.4. ASU Cold box의 엑서지 분석 79
3.4.1. ASU Cold box의 엑서지 계산 79
3.4.2. ASU Cold box의 엑서지 손실 계산 81
3.5. ASU 단위공정의 엑서지 84
3.6. ASU의 엑서지 손실 영향 86
3.6.1. 초저온 열교환기 효율 86
3.6.2. Cold box Heat leak 87
3.6.3. M.P. GN2의 생산 89
3.6.4. Cold box 운전압력 91
3.7. ASU 엑서지 분석 고찰 96
Ⅳ. 초저온 공기분리장치의 최적공정 설계 98
4.1. 순산소 연소용 ASU 공정 Cycle 98
4.1.1. Double column type ASU cycle 101
4.1.2. Dual condenser type ASU cycle 102
4.1.3. Dual condenser with BAC ASU cycle 103
4.1.4. Three column type ASU cycle 104
4.2. ASU Cycle 별 공정모사 105
4.2.1. ASU Cycle별 공정비교 107
4.2.2. ASU Cycle별 공정특성 분석 111
4.2.3. ASU Cycle별 공정모사 결과 112
4.3. ASU Cycle별 최적 공정 설계 114
4.3.1. 공기압축기 최적화 114
4.3.2. 초저온 증류탑의 최적 이론단수 116
4.3.3. 초저온 열교환기의 열교환 효율 119
4.3.4. 초저온 증류탑의 압력 123
4.3.5. M.P. GN2 생산을 통한 에너지 회수 124
4.3.6. 최적 공정설계를 위한 Case Study 127
Ⅴ. 경제성 평가 131
5.1. 산소 생산단가 산출 132
5.2. 경제성 영향 분석 138
5.3. 순산소 연소용 ASU의 적용 기준 142
Ⅵ. 결론 143
NOMENCLATURE 147
REFERENCES 149
ABSTRACT 154

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