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탄화수소 가스화 반응기에서 CO2 분리기술(CO2 separation during hydrocarbon gasification)

전문가 제언: □ 탄화수소가 주성분인 화석연료 사용에 따른 지구 온난화 현상을 완화하기 위한 지구 차원의 노력이 계속되고 있다. 탄화수소는 에너지뿐만 아니라 화학 공업의 원료로서 석유, 천연가스, 석탄 등의 탄화수소의 부분 산화(partial oxidation) 공정 또는 증기-개질(steam-reforming)공정을 통해 H2, CO, CO2 ,CH4 등의 합성가스를 생산하게 된다. 당분간 청정에너지인 H2 생산은 탄화수소의 부분산화 또는 증기- 개질 공정을 활용하게 될 것이다. 현재 가스화 반응 이후에 생성된 합성가스 중에서 H2와 CO2를 분리하는 기술은 상업적으로 입증된 지는 오래나 복잡한 공정을 사용함으로 에너지 소모가 많다는 문제점이 있다.

□ 일본 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology와 Center for Coal Utilization이 탄화수소 가스화 반응에서 가스화 과정에서 CO2를 사전에 제거하고 수소를 분리하기 위하여 탄화수소 원료에 Ca(OH)2를 첨가하여 석회석(CaCO3)을 생성하고 생성열은 가스화 반응에 이용함으로서 외부로부터 공급되는 에너지를 줄이고 CO2를 제거할 수 있음을 실험적으로 입증하였다. 운전 온도 973°K, 압력 25MPa에서 CO2 흡착 촉매를 사용하여 생성된 합성가스는 대부분이 수소와 소량의 CH4로 전환된 것이 입증되었다.

□ 현재 탄화수소의 연소 또는 가스화 공정에서 CO2를 분리, 제거하기 위해서는 MEA, K2CO3, 메탄올 등의 많은 상업화 입증된 기술이 실용화되고 있으나, 대부분 공정이 많은 투자비와 에너지 소비가 많다는 특징이 있다. 또한 분리된 CO2는 지하, 해저 등에 깊이 저장해야하는 어려움이 있다. 본 연구에서 탄화수소 가스화 공정에서 Ca(OH)2를 첨가함으로서 화학 반응에 의해 CO2를 완전히 제거 할 수 있는 것으로 보고하고 있다. 우리나라도 풍부한 석회석 자원을 이용하여 화석연료 가스화 또는 연소과정에서 생성되는 CO2를 가스화 반응 단계에서 화학적으로 전 처리하여 수소와 분리 할 수 있는 기술에 대한 연구 검토가 수행되어야 할 것으로 생각된다. 또한 석회석을 원료로 하여 Ca(OH)2 와 탄소가 반응 할 경우에 CaO 등의 전체적인 원료 생성 과정에서 에너지 수지(energy balance)와 이에 따른 면밀한 경제성 검토가 이루어져야 할 것으로 본다.

저자: Shiying Lin, Michiaki Harada,et.at.
자료유형: 학술정보