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에너지공정연구실

1. 연구실 소개

 

 본 연구실은 화석연료를 대상으로 하는 에너지시스템의 기존 기술체계와 새로운 대체에너지의 범주에 들어가는 기술 원리에 대한 공학적 연구와 시뮬레이션툴을 이용한 개선가능 해석에 목표를 둔다. 주요 연구 분야로는 화석연료 중 석탄의 부분산화반응인 가스화개념을 이용한 새로운 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) Plant의 구현에 있어 필요한 요소기술의 개발에 관한 연구를 꾸준히 진행하고 있으며, 에너지 변환공학, 에너지 환경공학, 에너지 공정관리 등의 특정 분야에 대한 학습을 통하여 최종적으로 에너지 시소의 대량배출 산업기기에 대한 이산화탄소 제어기술중 분리기술인 이산화탄소 흡수법과 막분리기술에 대한 연구를 시뮬레이션 툴을 이용하여 해석하고 있으며, 이산화탄소의 고정화기술인 Mineral Sequestration 기술에 대한 연구를 실험실급 실험기기로 구현하여 연구를 진행하고 있다. 마지막으로 쓰레기 매립장에서 생성되는 발열량을 가진 매립장가스의 대체에너지로써의 이용가능성에 관한 적용가능성을 단위기기 분석 및 시스템해석을 통해 제시하고자 하는 연구를 수행하고 있다. 이상의 세부 연구주제에 대하여 학생들이 적극적으로 참여하여 해당 연구에 대한 목표 및 과제 수행에 관한 전체 진행과정을 숙지하고 최종적으로 목표를 얻기 위한 방법론의 터득과 이를 적용한 목표달성을 이루기 위한 능력을 학생 개개인이 습득하도록 지도하고 있다.

2. 연구분야

 

1) 석탄가스화기술

 

가스화 복합발전기술(IGCC : Integrated Gasification Combined Cycle)은 석탄, 중질잔사유등의 저급원료를 고온. 고압의 가스화기에서 수증기와 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화 시켜 CO와 H2가 주성분인 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하여 발전하는 신기술이다.

 

 

 

 

 

2) CCS

 

이산화탄소 포집 및 저장(CCS; Carbon Dioxide Capture& Storage) 기술은 화석연료 사용으로 인해 발전소, 철강, 시멘트 공장 등 대량 배출원으로부터 배출되는 이산화탄소를 대기 중으로부터 격리시키는 기술이다 2007년 IEA에서 발표된 전 세계 에너지 소비구조 예측에 따르면 화석연료에 대한 수요가 여전히 증가할 것으로 전망되고 있는 가운데 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지 개발이 지구온난화로 인한 기후변화 문제를 풀 수 있는 열쇠인 것은 사실이나, 경제성 있는 신재생에너지가 개발될 때까지 인류의 지속가능발전 을 감안한 안정적 화석연료 사용을 위해서는 CCS 기술 개발 이 절실한 상황이다.

 

 

 

 

 

3) 에너지 공정 시뮬레이션

 

플랜트 설계를 위해서는 전체 플랜트에서 공정설계 및 최적화가 이루어져야 한다. 공정 효율의 최적화를 위해 에너지시스템 분석이 이루어진다. 이를 위한 방법으로 컴퓨터를 이용한 화학공정 모사 상용 프로그램인 Aspen Plus 프로그램이 이용되어 전사모사가 가능하다. 이는 에너지 공정 시스템에 대해서 열역학 및 유체역학 이론을 바탕으로 한 지배방정식을 수치해석적 방법으로 풀어가는 것이다. 우리는 이러한 수치해석을 통해서 설계된 공정에서 물질수지 해석이 가능하여 운전 선정이 가능하다. 에너지공정연구실에서는 Aspen Plus를 이용한 가스화 및 CO2 고정화 공정에 대한 연구를 하고 있다. 그 외에 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 통해 가스화기, 열전달 장치 등에 대한 최적화 연구를 겸하고 있다.

 

 

 

<화학공정 모사 프로그램 Aspen Plus>

 

 

3. 연구활동

 

1) 석탄가스화기술

 

   - 석탄가스화기 내 회분 Fouling 점착특성 파악을 통한 최적 운전파라미터 연구 도출

   - 석탄가스화기 운전시 ash성분에 의한 운전 장애현상 규명 및 제어방법 연구

   - 저등급 석탄의 특성 해석을 통한 건조/안정화 메커니즘 개발 및 통합 모델 연구 구축

   - 초정청 석탄의 촉매 가스화 반응 메커니즘 규명 연구

 

 

<초정청 석탄의 촉매 가스화 반응 메커니즘 규명>

 

 

<차세대 IGCC 플랜트의 개념도>

 

 

<저등급 석탄의 특성 해석을 통한 건조 / 안정화 메커니즘 개발 및 통합 모델 구축>

 

 

2) CCS

 

   - 흡착제 개발 연구

   - 매립지 가스 내 CO2 선택적 흡착제 개발 연구

   - 마그네슘성 광물에 의한 CO2 저장 기술 연구

   - Oil sand 자체폐기물을 이용한 이산화탄소 고정화 기술 개발 연구

   - CO2 지중저장시 광물화에 의해 저류층의 공극률(Porosity)과 투과도(Permeability)에 미치는 영향규명 연구

 

 

<CO2 선택적 흡착제 개발 연구>

CO2를 포집하기 위한 최적의 흡착제조 공정개발 연구 & Zeolite를 이용한 흡착제 개발

 

 

<마그네슘성 광물에 의한 CO2 저장 기술>

자연계의 풍화작용을 모사한 CO2 광물 고정화는 고정화 속도 효율을 향상 시키기 위하여 화학적 전처리를 통하여 사문석 내에 이산화탄소 고정화 시킴

 

 

<Oil sand 자체폐기물을 이용한 이산화탄소 고정화 기술 개발>

오일샌드에서 비츄멘을 추출하는 공정에서 비츄멘이 추출된 후 남게 되는 폐오일샌드에 이산화탄소를 반영구적으로 저장할 수 이산화탄소 고정화 반응공정 모사 연구

 

 

<CO2 지중저장시 광물화에 의해 저류층의 공극률(Porosity)과 투과도(Permeability)에 미치는 영향규명>

호주 OTWAY Project에 참여, 광물화에 의해 저류층의 공극률과 투과도의 영향 규명에 대한 연구

 

 

 

3) 에너지 공정 시뮬레이션

 

   - 석탄가스화기 내 회분 Fouling 점착특성 파악을 통한 최적 운전파라미터 연구 도출

   - MEA를 이용한 저에너지형 이산화탄소 흡수설비에 대한 모사

   - 엑서지 분석을 통하여 최적의 설계인자를 도출

   - 중공사형 분리막을 이용한 이산화탄소 처리설비에 대해서도 최적설계인자 모사

   - CO2 free 차세대 power plant 설계 package 개발을 위하여 300 MW IGCC 플랜트를 모사

   - Spent 오일샌드를 이용한 CO2 고정화 반응 공정도 모사

   - 초청정 석탄을 이용한 촉매가스화 반응 모델에 대한 모사

 

<300 MW급 IGCC 플랜트 시뮬레이션>

 

<가스화 플랜트 기본 디자인 프로그램>

 

 

<Spent 오일샌드를 이용한 CO2 고정화 공정 시뮬레이션>

 

 

<폐합성수지 열분해장치의 열교환기 개발 CFD 시뮬레이션>

 

 

<초청정 석탄의 촉매가스화 반응 모델 시뮬레이션>

 

 

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