암모니아수를 이용한 CO2 흡수 공정의 수치적 연구

Abstract

본 연구에서는 CO2 저감 잠재력이 높은 CCS의 흡수 공정을 실험 및 수치해석을 통해 분석하였다. 암모니아수 기반의 lab scale 장비를 구성하여 CO2 흡수 실험을 수행하고 상용 소프트웨어인 Aspen PlusⓇ V 7.3을 이용한 수치해석을 통해 이를 검증하였다. 암모니아수 유량, 농도, 온도 및 모사가스의 유량 및 CO2 농도를 변수로 설정하였다. 암모니아수 기반의 CO2 흡수 공정은 선행 연구 결과가 미흡하기 때문에 선행 연구에서 사용되지 않은 변수 범위를 설정하여 실험 및 수치해석을 수행하고 결과를 분석하였다. 또한 암모니아수와 모사가스의 유량을 변수로 지정한 실험 및 수치해석 결과를 통해 암모니아수와 모사가스의 유량 비에 따른 흡수 공정의 결과를 도출하였다. 본 연구의 실험 결과와 수치해석 결과를 통해 CO2 흡수율과 암모니아 손실율을 분석하였다. 분석 결과, 암모니아수 유량, 농도, 온도가 각각 75 ml/min, 12 %, 25℃이고 모사가스 유량, CO2 농도가 14 L/min, 15 %일 때 CO2 흡수율이 96 %로 가장 높다. 그러나 같은 조건에서 암모니아 손실율은 25 %였다. 또한 암모니아수 유량, 농도, 온도가 각각 75 ml/min, 7 %, 15℃이고 모사가스 유량, CO2 농도가 14 L/min, 15 %일 때 암모니아 손실율이 9.1 %로 가장 낮은 결과를 나타내었다. 그러나 같은 조건에서 CO2 흡수율은 83 %였다. 전반적으로, 실험과 수치해석 결과는 10 % 이내의 오차로 잘 일치하였다.