게시판 > 질답게시판 > CO2 탈거에너지 추정 방법 문의

스테파노 Stefano

09-06-22 23:36

(0) 탈거탑(x)--->탈기탑(o)
탈거탑이라고 반복해서 쓴 것으로 봐서는 오타가 아니라고 봅니다만 이는 탈기탑이 맞습니다.

환경관련 분야에서 누가 이 용어를 써야 한다고 주장했거나 한번 잘못 타이핑 된 것이 그대로 잘못 전달되어 그대로 써오고 있는 것으로 보입니다. 그러나 이는 분명 잘못입니다. 脫氣塔은 필자도 30여년간 들어왔고 또 사용해 오던 용어이며 한국, 중국, 일본에서 脫氣塔이라고 써오고 있습니다. 탈기탑은 영어로 "Deaerator" 혹은 Stripper라고 하는데 "Strip"이라는 뜻이 "껍질을 벗긴다", "발가벗긴다", "없앤다", "제거한다"의 뜻을 지니고 있어서 차라리 "除去塔", "脫殼탑" 이라고 하면 모를까. 그렇다고 하더라도 중국 일본에서 이해가 되지 않는 새로운 단어 "脫去塔", "除去塔", "脫殼塔" 등을 써야할 이유가 없습니다.

환경분야 용어중에 다른 비슷한 예가 있는데..
어느 누군지 환경전문가도 瀑氣槽라고 잘못 써 놓은 것을 보고는 "폭기조"는 틀렸다고 하면서 泡氣槽 혹은 瀑氣槽를 "포기조"로 읽어야 한다고 전해 들은 적이 있습니다. 이것도 잘못으로 보입니다. 폭기조는 曝氣槽라고 써야 맞을 것으로 봅니다. 瀑자는 폭포수를 의미하는 "폭"자이고 "포"라고 읽지는 않습니다. "폭포수"를 "포포수"라고 하지는 않지요. 泡자는 기포를 의미하지만 "기포"라고는 해도 "포기"라고는 사용하는 법이 없는 것 같습니다.

曝자는 햇볕 등과 같은 것에 노출한다, 접촉한다는 것을 의미하는데 일본이나 중국에서 Aerator를 의미할 때 기체(공기)에 노출시킨다, 접촉하게 한다는 의미로 曝氣槽라 쓰지 瀑氣槽나 泡氣槽라고 쓰는 일이 없는 것 같습니다. 한자이기 때문에 한자권에서 사용하는 것을 사용하는 것이 맞다고 봐야 하겠지요 한국에서만 여지껏 瀑氣槽라고 잘못 써왔는데 이를 曝氣槽로 바로잡고 폭기조라고 해야하는데도 이를 "포기조(瀑氣槽)" 혹은 "포기조(泡氣槽)"라고 바꾸려는 환경전문가가 있다고 들었습니다.

환경분야 용어 전문가가 계시면 이에 대해 답글을 올려주세요.

(1) 탈기탑의 원리
화공분야에서 사용하는 용어 중에 영어로 Stripper라고 하는 것은 액상에 용해되어 있는 저비점 기체나 증기를 가스 혹은 Steam을 사용해서 분리해서 Bottom 성분중에 저비점 성분의 함량을 낮추어 주는 공정장치를 말합니다.

Amine Absorber의 경우에는 아민에 물리/화학적 결합에 의해 용해되어 있는 CO2를 가열하여 분리시켜 상부로 배출시키는 기능이 있습니다. 여기서 사용되는 Stripping Agent로는 Steam이 맡고 있습니다. 분리되어 배출되는 CO2에는 수분이 포화된 상태로 배출되는데 이를 응축시켜 CO2와 분리하고 다시 Regenerator에 Reflux시켜주어야 합니다. 그렇지 않으면 아민의 농도는 자꾸 높아져 버립니다. 그러지 않아도 CO2와 Sweet Gas (Absorber Top 배출가스)에 수증기가 포화되어 배출되기 때문에 순수한 물은 계속해서 Regenerator에 Steam 형태로 공급해 주어야 합니다.

따라서 질문에 관련된 장치의 아민 재생공정에 필요한 에너지의 추정은 위의 원리를 이해해야만 가능한 일입니다.

(3) 탈기탑에서의 에너지 수지 (몰단위 유량, 몰단위 비엔탈피 사용, 비엔탈피는 몰당 엔탈피)

탈기탑 유입 Rich Amine 몰 유량, 비엔탈피: m1, h1
탈기탑 상부 응축기 배출 건조 CO2 몰 유량, 비엔탈피: m2, h2
CO2와 함께 배출되는 수증기 몰 유량: 비엔탈피: m3, h3
탈기탑 공급 수증기 몰 유량, 비엔탈피: m4, h4
탈기탑 하부 배출 Lean Amine 몰 유량, 비엔탈피: m5, h5
탈기탑 Reflux 수증기 몰유량, 비엔탈피: m6, h6

Rich Amine중 물의 유량, 비엔탈피: m7, h7
Lean Amine중 물의 유량, 비엔탈피: m8, h8

탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 Amine 몰 유량, 비엔탈피: m9,h9
탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 CO2 몰 유량, 비엔탈피: m10, h10
탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 수증기 몰 유량, 비엔탈피: m11, h11

Reboiler 공급 열량 : Qr
Condenser 제거 열량: Qc
CO2 몰당 Amine-CO2 --->Amine + CO2 분해(Strippig)열량: qs

총괄에너지 수지:
(Enthaly & Heat Input) = (Enthalpy Output + Enthalpy Required for Regeneration)......(1)
{(m1*h1) + (m4*h4)} + Qr = {(m2*h2) + (m3*h3) + (m5*h5)} + Qc + (m2*qs).................................(1a)

(3) 총괄 물질 수지
Amine Balance: m1 = m5......................................(2)
Water Balance: m7 + m4 = m3 + m8.....................(3)

Condenser 물질수지
Amine Balance: m9 = Reflux중 Amine 몰유량 (즉 Amine Loss 무시)
Water Balance: m11 = m3 + m6............................(4)
CO2 Balance: m10=m2.........................................(5)

(4) Condenser 에너지 수지
응축기 제거열량, Qc = (CO2 냉각열, m2*(h10-h2)) + (Amine 응축, 냉각열) + (수증기 냉각열 m11*(h11-h6)) + (응축수증기 응축잠열, m6*(h11-h6))...............................(6)

(5) 운전 Parameters
Amine 몰당 직접공급 Steam 몰수, s = m4/m1............(7)
CO2 몰당 Reflux Amine 몰수, a = m9/m2..................(8)
CO2 몰당 Reflux Water 몰수, w = m6/m2.................(9)

(6) 좀 복잡한 것 같지만 m1, m2, m3와 운전 Parameters a, s, w를 알면 m4, m9, m6를 (7)~(9)식으로 알 수 있고 운전온도를 알고 있기 때문에 모든 비엔탈피 값을 알고 있으면 (1a)식의 각 항을 모두 계산해 낼 수 있습니다. 이로부터 m2*qs를 계산해 낼 수 있을 것입니다.

직접 하나씩 풀어가도록 해 보세요.

(7) "요철발명왕"이라는 이름을 쓰고 있는 이유도 곁들어 설명바랍니다.

(0) 탈거탑(x)--->탈기탑(o)
탈거탑이라고 반복해서 쓴 것으로 봐서는 오타가 아니라고 봅니다만  이는 탈기탑이 맞습니다.

환경관련 분야에서 누가 이 용어를 써야 한다고 주장했거나  한번 잘못 타이핑 된 것이 그대로 잘못 전달되어 그대로 써오고 있는 것으로 보입니다.   그러나  이는 분명 잘못입니다.   脫氣塔은 필자도 30여년간 들어왔고 또 사용해 오던 용어이며 한국, 중국, 일본에서 脫氣塔이라고 써오고 있습니다.  탈기탑은 영어로 "Deaerator" 혹은 Stripper라고 하는데 "Strip"이라는 뜻이 "껍질을 벗긴다", "발가벗긴다", "없앤다", "제거한다"의 뜻을 지니고 있어서 차라리 "除去塔", "脫殼탑" 이라고 하면 모를까.  그렇다고 하더라도 중국 일본에서 이해가 되지 않는 새로운 단어 "脫去塔", "除去塔", "脫殼塔" 등을 써야할 이유가 없습니다.

환경분야 용어중에 다른 비슷한 예가 있는데..
어느 누군지 환경전문가도 瀑氣槽라고 잘못 써 놓은 것을 보고는 "폭기조"는 틀렸다고 하면서 泡氣槽 혹은  瀑氣槽를 "포기조"로 읽어야 한다고 전해 들은 적이 있습니다.   이것도 잘못으로 보입니다.  폭기조는 曝氣槽라고 써야 맞을 것으로 봅니다.   瀑자는 폭포수를 의미하는 "폭"자이고 "포"라고 읽지는 않습니다.  "폭포수"를 "포포수"라고 하지는 않지요.  泡자는 기포를 의미하지만  "기포"라고는 해도 "포기"라고는 사용하는 법이 없는 것 같습니다.

曝자는 햇볕 등과 같은 것에 노출한다, 접촉한다는 것을 의미하는데 일본이나 중국에서 Aerator를 의미할 때 기체(공기)에 노출시킨다, 접촉하게 한다는 의미로 曝氣槽라 쓰지 瀑氣槽나 泡氣槽라고 쓰는 일이 없는 것 같습니다.   한자이기 때문에 한자권에서 사용하는 것을 사용하는 것이 맞다고 봐야 하겠지요  한국에서만 여지껏 瀑氣槽라고 잘못 써왔는데 이를 曝氣槽로 바로잡고 폭기조라고 해야하는데도 이를 "포기조(瀑氣槽)" 혹은 "포기조(泡氣槽)"라고 바꾸려는 환경전문가가 있다고 들었습니다.

환경분야 용어 전문가가 계시면 이에 대해 답글을 올려주세요.

(1) 탈기탑의 원리
화공분야에서 사용하는 용어 중에 영어로 Stripper라고 하는 것은 액상에 용해되어 있는 저비점 기체나 증기를 가스 혹은 Steam을 사용해서 분리해서 Bottom 성분중에 저비점 성분의 함량을 낮추어 주는 공정장치를 말합니다.

Amine Absorber의 경우에는 아민에 물리/화학적 결합에 의해 용해되어 있는 CO2를 가열하여 분리시켜 상부로 배출시키는 기능이 있습니다.   여기서 사용되는 Stripping Agent로는 Steam이 맡고 있습니다.  분리되어 배출되는 CO2에는 수분이 포화된 상태로 배출되는데 이를 응축시켜 CO2와 분리하고 다시 Regenerator에 Reflux시켜주어야 합니다.  그렇지 않으면 아민의 농도는 자꾸 높아져 버립니다.   그러지 않아도 CO2와 Sweet Gas (Absorber Top 배출가스)에 수증기가 포화되어 배출되기 때문에 순수한 물은 계속해서 Regenerator에 Steam 형태로 공급해 주어야 합니다.

따라서 질문에 관련된 장치의 아민 재생공정에 필요한 에너지의 추정은 위의 원리를 이해해야만 가능한 일입니다.

(3) 탈기탑에서의 에너지 수지 (몰단위 유량, 몰단위 비엔탈피 사용, 비엔탈피는 몰당 엔탈피)

탈기탑 유입 Rich Amine 몰 유량, 비엔탈피:                    m1, h1
탈기탑 상부 응축기 배출 건조 CO2 몰 유량, 비엔탈피:     m2, h2
CO2와 함께 배출되는 수증기 몰 유량: 비엔탈피:   m3, h3
탈기탑 공급 수증기 몰 유량, 비엔탈피:                m4, h4
탈기탑 하부 배출 Lean Amine 몰 유량, 비엔탈피:  m5, h5 
탈기탑 Reflux 수증기 몰유량, 비엔탈피:               m6, h6

Rich Amine중 물의 유량, 비엔탈피:  m7, h7
Lean Amine중 물의 유량, 비엔탈피: m8, h8

탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 Amine 몰 유량, 비엔탈피:  m9,h9 
탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 CO2 몰 유량, 비엔탈피:  m10, h10
탈기탑 상부 증기중 응축기로 들어가는 수증기 몰 유량, 비엔탈피: m11, h11

Reboiler 공급 열량 :  Qr
Condenser 제거 열량:  Qc
CO2 몰당 Amine-CO2 --->Amine + CO2 분해(Strippig)열량:  qs

총괄에너지 수지:   
(Enthaly & Heat Input) = (Enthalpy Output + Enthalpy Required for Regeneration)......(1)
{(m1*h1) + (m4*h4)} + Qr = {(m2*h2) + (m3*h3) + (m5*h5)} + Qc + (m2*qs).................................(1a)

(3) 총괄 물질 수지
Amine Balance:  m1 = m5......................................(2)
Water Balance:  m7 + m4 = m3 + m8.....................(3)

Condenser 물질수지
Amine Balance:  m9 = Reflux중 Amine 몰유량 (즉 Amine Loss 무시)
Water Balance:  m11 = m3 + m6............................(4)
CO2 Balance:  m10=m2.........................................(5)

(4) Condenser 에너지 수지
응축기 제거열량, Qc = (CO2 냉각열, m2*(h10-h2)) + (Amine 응축, 냉각열) + (수증기 냉각열 m11*(h11-h6)) + (응축수증기 응축잠열, m6*(h11-h6))...............................(6)

(5) 운전 Parameters 
Amine 몰당 직접공급 Steam 몰수,  s = m4/m1............(7)
CO2 몰당 Reflux Amine 몰수,  a = m9/m2..................(8)
CO2 몰당 Reflux Water 몰수,  w = m6/m2.................(9)

(6) 좀 복잡한 것 같지만 m1, m2, m3와 운전 Parameters a, s, w를 알면  m4, m9, m6를 (7)~(9)식으로 알 수 있고 운전온도를 알고 있기 때문에 모든 비엔탈피 값을 알고 있으면  (1a)식의 각 항을 모두 계산해 낼 수 있습니다.  이로부터 m2*qs를 계산해 낼 수 있을 것입니다.

직접 하나씩 풀어가도록 해 보세요.

(7) "요철발명왕"이라는 이름을 쓰고 있는 이유도 곁들어 설명바랍니다.

요철발명왕 leejha

09-06-23 09:26

답변 감사드립니다. 말씀하신 내용대로 계산을 해보겠습니다.

1) "탈거탑"이라는 용어사용과 관련하여 팀내에서 사용하는 단어를 별 의심없이 사용했습니다. 교과서에서도 탈기탑을 표시 된 것을 확인했지만 단어사용에 익숙치가 않았던것 같습니다.
2) 요철발명왕이라는 이름을 쓴 이유 : 제가 초등학교때 즐겨 읽었던 만화 제목입니다.(윤승운 작)
3) 다시 한번 감사드리며 이후 진행 결과에 대해서도 정리해서 많은 분들이 공유할수 있도록 하겠습니다.

Stefano

09-06-23 22:13

(1) MEA에 의한 CO2 Absorption/Desorption 반응은 다음과 같습니다.

MEA(Aq) + CO2(Gas) ----> MEA*CO2(Aq) ....................... Heat of Reacton(Absorption)<0 Exothermic

MEA*CO2(Aq) --------------> MEA(Aq.) + CO2(Gas) ............ Heat of Reaction(Regeneration)>0 Endothermic

(2) Amine의 CO2 흡수와 Amine 재생/CO2 분리 반응의 반응열은 절대값은 같고 부호만 반대입니다.
(Heat of Absorption) = - (Heat of Regeneration)

(3) 몇가지 Amines 의 흡수반응의 반응열은 아래 Site에서 찾아 볼 수 있습니다.

http://books.google.co.kr/books?id=qiyOtyp7ijYC&pg=PA59&lpg=PA59&dq=%22absorption+of+CO2+%22+%22heat+of+%22+MEA&source=bl&ots=Gd8g6W_Wdi&sig=IjTgnUuy1tqc1UDEjCfwiHHjXZ0&hl=ko&ei=ptFASpy-O9CMkAXkzYT4CA&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=8

요철발명왕 leejha

09-06-25 17:36

적어 주신 내용을 참고하여 계산 중에 있습니다.
m1,m2,m3와 운전 parameter a,s,w를 통해서 계산하는 방법을 제시하셨는데, m3의 경우 대부분 콘덴서에서 회수 된다고 가정하여 0으로 놓더라도, m6 (탈기탑 reflux 수증기 몰유량)의 값은 얻을수가 없는 상태입니다.(m11=m3+m6 이므로 m11의 값도 모름) 또한 분석하고자 하는 시스템은 탈기탑 하부에 리보일러가 같이 달려 있는 형태로 m4(탈기탑 공급 수증기 몰유량)의 값도 얻을수가 없습니다.

제가 참고로 하고 있는 문헌에서는 앞선 질문에서도 말씀드렸지만 Q_v(증발잠열)의 경우 Qv=Wv(증기발생량)*Hv(증발잠열)로서 계산을 하는데 증기발생량은 탈기탑 전체 압력과, 탈기탑으로 들어가는 리치아민내에 포함된 수증기의 증기압을 가지고 계산을 하는것 같습니다. 그런데 증기 발생량이 도무지 계산이 안되네요.. 제가 알고 있는 정보만 가지고서는 증기발생량 계산이 불가능할까요?

Stefano

09-06-26 11:05

(1) m3는 CO2에 포화된 상태로 수증기가 배출되기 때문에 0이라고 둘 수가 없습니다.
CO2 배출관에 설치된 KO Drum에서 응축되는 Condensate를 Amine Regenerator Bottom 혹은 Absorber Top으로 회수하지 않으면 Amine의 농도가 자꾸 높아지기 때문에 회수해야 하지요.

(2) 원래의 질문으로 돌아가서
Rich Amine을 재생하여 Lean Amine + CO2로 분해하는 열량을 구하려면 바로 앞 답글에 나와 있습니다.

그렇지 않고 전체적인 열수지를 이용해서 반응열을 구하는 방법은 설령 구했다고 해도 오차가 큽니다.
왜냐하면 Stripping Steam의 양, Heat Loss 에 의한 Internal Reflux, 온도와 농도에 따른 물성(잠열, 비열, 등)의 차이, Amine의 재생율 (100%로 가정할 수 없음), 등에 기인합니다.

(3) 재생탑에서의 증기 발생량의 계산
Amine 재생에너지를 알고 증기의 발생량을 계산해 보려면 (1)식을 이용해서 대체적인 값을 구할 수 있을 것입니다.
상업용 Process Simulator에는 Amine System 전용 Package가 들어 있는데 이를 이용해서 추정해 볼 수도 있습니다.
이 방법은 최후의 방법이고 우선 물질수지, 에너지수지 수식을 이용하여 추정해 보도록 하세요.

어려운 점은 물질수지를 점검해 보려면 모든 흐름에 유량계가 달려 있어야 하는데 그렇지 못하다는 것이지요. 대신..
1) CO2 몰당 순환해야하는 Amine 몰수
2) Rich Amine, Lean Amine의 엔탈피
3) 배출되는 CO2의 유량, 수분, 엔탈피
4) 공급되는 Direct Steam의 엔탈피
5) 발생되는 CO2의 재생에 필요한 반응열
6) Regenerator에 공급되는 열량

등으로부터 총괄적으로 CO2 몰당 필요한 스팀량, 재생에너지를 계산해 낼 수 있을것입니다.

미소	20-12-08 11:51

제 경험담입니다, 무료한 일상을 보내던 어느날 우연히 접하게 된 사이트,인생홈럼의 기회라고 볼수 있죠,
돈 많고 할일없는 주부들의 쉼터죠,ㅎㅎ.100만 200만을 돈으로 안 여기는 처자들 엄청 남니다, 게임 하다보면 맘 맞아서 서로 즐기는 그런 쿨한 처자들,,
백문불일견이라고,직접 도전 해보세요,,전혀 다른 세상이 있다는 것을 몸소 느낄수 있을 검니다..
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