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Korean Chemical Engineering Research, Vol.47, No.3, 349-354, June, 2009
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회분식 기포유동층 반응기에서 K-계열 건식흡수제의 주입수분농도 및 재생반응온도에 따른 CO2 흡수-재생 반응특성 연구
Study of CO2 Carbonation-Regeneration Characteristics of Potassium-Based Dry Sorbents According to Water Vapor Contents of Inlet Gas and Regeneration Temperature in the Cycle Experiments of Bubbling Fluidized-Bed Reactor
박근우, 박영성, 박영철1, 조성호1, 이창근1, †
  • 대전대학교 환경공학과, 300-716, 대전광역시 동구 용운동 96-3
  • 1한국에너지기술연구원 온실가스연구단, 305-343, 대전광역시 유성구 가정로 102
Keun-Woo Park, Yeong Seong Park, Young Cheol Park1, Sung-Ho Jo1, and Chang-Keun Yi1, †
  • Department of Environmental Engineering, Deajeon University, 96-3, Yongun-dong, Dong-gu, Daejeon 300-716, Korea
  • 1Greenhouse Gas Research Center, Korea Institute of Energy Research, 102 Gajeong-ro, Yuseong-gu, Daejeon 305-343, Korea
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초록
본 연구에서는 전력연구원으로부터 공급받은 K-계열 건식흡수제를 이용하여 회분식 기포유동층 반응기에서 흡수-재생 반복실험을 통한 H2O 주입농도 및 재생온도에 따른 반응 특성을 살펴보았다. K-계열 건식흡수제는 CO2 흡수를 위한 탄산칼륨과 내마모성과 기계적 강도를 위한 지지체로 구성되어 있다. 흡수반응과 재생반응 특성을 살펴보기 위해 처음 한 시간 동안 흡수반응을 수행하고 다음 한 시간 동안 재생반응을 수행하는 과정을 3차례 반복하여 실험하였다. H2O 농도의 영향을 파악하기 위해서 흡수반응은 70 ℃에서 H2O 농도를 7.3, 12.2, 19.7, 30.8%로 변화하여 실험을 수행하였으며 재생반응은 N2 기체를 유동화기체로 사용하여 150 ℃에서 수행하였다. 재생온도의 영향을 파악하기 위해서는 흡수반응에서의 H2O 농도를 12.2%에 고정한 상태에서 재생온도를 150, 200, 300, 400 ℃로 변화하여 실험을 수행하였다. 수분 함량이 1.97 mol H2O/mol CO2인 경우 흡수반응에서 흡수율이 가장 우수함을 확인하였다. 또한 재생온도가 400 ℃에서 가장 높은 재생율을 보이는 것을 확인하였다. 재생온도가 150 ℃에서 재생율은 대략 60% 정도였으며 실제 두개의 유동층 반응기를 가진 연속장치의 경우 부분적인 재생을 유지하면서 운전이 수행되기 때문에 재생온도는 150 ℃ 이상이면 적절하다고 판단된다. 실제 연속운전에서는 적절한 고체순환량을 결정하는 고체이용율과 재생에너지를 결정하는 재생온도 사이에 절충점이 존재하며 본 실험에서 얻은 데이터가 연속장치의 설계와 운전에 중요한 기초자료가 될 것이다.
In this study, a bubbling fluidized-bed reactor was used to study CO2 capture from flue gas using a potassium-based dry sorbent. A dry sorbent, manufactured by the Korea Electric Power Research Institute, consists of 35% of K2CO3 for CO2 absorption and 65% of supporters for mechanical strength. H2O, a reactant of the carbonation reaction, was supplied in the reactor as a form of saturated water vapor at a given temperature. The experiment of the regeneration reaction was performed by raising up to a given temperature using N2 as a fluidization gas. It was indicated that sorption capacity and regenerability of dry sorbents showed high-efficiency at 1.97 mol H2O/mol CO2 and 400 ℃, respectively. The regenerated sorbent samples were analyzed by TGA to confirm the extent of the reaction. When the regeneration temperature was 150 ℃, the regenerability of dry sorbents was about 60%, which was capable of applying those sorbents to a two-interconnected fluidized-bed reactor system with continuous solid circulation. The results obtained in this study can be used as basic data for designing and operating a large scale CO2 capture process with two fluidized-bed reactors.
Keywords:Carbon Dioxide Capture;Dry Sorbent;Fluidized-Bed Reactor;Water Vapor Content;Regeneration Temperature
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