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화학 흡수법

• 장치 및 프로세스: 연기는 먼저 탈황, 탈질을 거쳐 송풍기가 흡수탑 밑부분으로부터 진입하고 흡수액이 흡수탑 꼭대기에서 분사하여 내려오며 연기와 흡수액이 탑 안에서 접촉반응하여 흡수액이 연기 중의 CO₂를 흡수하여 부액으로 변한다.부액은 부액펌프를 거쳐 해흡탑으로 보내지고, 재비등기는 부액을 100 ℃ -120 ℃ 로 가열하며, 부액은 분해되어 CO₂를 방출하여 CO₂ 분리와 회수를 실현하고, 흡수액은 순환하여 재생한다.
• 흡수탑: 화학 흡수법의 핵심 설비 중 하나이며, 가스 양상에 충분한 접촉 전질 공간을 제공하여 흡수제가 연기 중의 CO₂를 효과적으로 흡수할 수 있도록 한다.탑의 구조와 조작 조건, 예를 들어 탑의 지름, 탑의 높이, 충전재 또는 탑판의 유형 등은 흡수 효율과 압력 강하에 영향을 줄 수 있다.일반적으로 알칼리성을 띤 화학흡수액, 례를 들면 알코올아민, 칼리움알칼리, 암모니아수 등을 선택한다.
• 해석탑: 재생탑이라고도 하는데, 그 역할은 부액 중의 CO₂를 해석하여 흡수제를 재생하고 재활용하는 것이다.해석탑 내의 온도, 압력과 기액비 등 조건은 해석 효과와 에너지 소모에 중요한 영향을 미친다.

물리적 흡수법

• 원리와 절차: 가압 조건에서 유기용제로 산성 기체 중의 CO₂를 흡수하고, 용제의 재생은 강압을 통해 이루어지며, 필요한 재생 에너지는 상대적으로 적다.그 과정은 화학흡수법과 비슷하며 또한 먼저 흡수탑에서 흡수한 다음 해석탑에서 해석하지만 사용하는 흡수제와 조작조건이 다르다.
• 흡수탑과 해석탑: 물리적 흡수법의 흡수탑과 해석탑은 화학적 흡수법의 것과 유사하지만, 그 흡수와 해석 과정은 주로 화학적 반응이 아닌 물리적 작용에 기초한다.물리적 흡수제의 CO₂ 용해도는 압력의 변화에 따라 크게 변하기 때문에 흡수탑 내에서는 CO₂ 용해도를 높이기 위해 높은 압력이 필요하며, 해석탑 내에서는 압력을 낮추어 CO₂를 용액에서 방출한다。

흡착법

• 프로세스: 흡착법은 일반적으로 고체 흡착제를 사용하여 CO₂를 흡착합니다.CO₂를 함유한 가스는 흡착탑을 통해 CO₂가 흡착제에 흡착돼 정화된 가스로 배출된다.흡착제는 흡착이 포화되면 감압, 가열 또는 치환 등의 방법을 통해 CO₂를 탈착하여 흡착제의 흡착능력을 회복하고, 탈착된 CO₂는 더욱 압축, 저장 또는 이용할 수 있다.
• 흡착탑: 흡착법의 관건적인 설비로서 그 구조와 조작조건은 흡착효과와 흡착제의 사용수명에 중요한 영향을 준다.흡착탑에는 고체흡착제가 들어있는데 흔히 볼수 있는 흡착제로는 활성탄, 분자체, 활성탄섬유 등이 있다.

막분리법

• 프로세스: 서로 다른 기체 성분의 막에서의 용해도와 확산 속도의 차이를 이용하여 막의 선택적 침투 작용을 통해 CO₂를 다른 기체와 분리한다.혼합기체는 일정한 압력하에 막분리탑을 통과하는데 CO₂는 우선적으로 막을 투과하여 막의 투과측에 풍부하게 집결되고 기타 기체는 막의 비투과측에 절단되여 분리된다.
• 막분리탑: 필름 분리 과정의 핵심 설비로 그 내부 구조와 필름의 성능은 분리 효과와 안정성에 중요한 영향을 미친다.필름 분리탑의 조작 압력, 온도와 가스 유속 등 파라미터는 구체적인 필름 재료와 분리 요구에 따라 최적화되어야 한다.

②CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)즉 탄소 포집, 이용 및 봉인은 전 세계 기후 변화에 대응하고 온실가스 배출을 줄이는 핵심 기술 혁신이며, 다음은 그에 대한 상세한 소개이다.

기본 원리

워크플로우

• 탄소 포집: CCUS의 첫 번째 단계이며 주로 다음과 같은 세 가지 기술 방법이 있습니다.
• 연소 후 포집: 화학흡수법 등 수단을 통해 화석연료를 연소한후 산생된 연기에서 이산화탄소를 분리하는데 이런 방법은 기술이 성숙되여 여러가지 연소설비에 적용될수 있지만 일정한 에네르기를 소모하고 발전효률을 낮출수 있다.
• 연소 전 포집: 먼저 화석연료를 기화하여 이산화탄소와 수소가 풍부한 합성가스로 전환한 다음 변환반응과 저온분리 등 절차를 통해 이산화탄소를 포집하는데 그 우세는 이산화탄소농도가 높고 분리하기 쉽지만 설비에 대한 요구가 높고 투자원가가 크다는 것이다.
• 유산소 연소: 산소가 풍부한 환경에서 연료를 연소하여 연소산물은 주로 이산화탄소와 수증기로서 응축물을 거쳐 물을 제거한후 고농도의 이산화탄소를 얻을수 있지만 추가적인 산소제조시스템이 수요되여 에너지소모원가가 비교적 높다.
• 탄소 수송: 포집된 이산화탄소를 압축, 액화 등 처리한 후, 적합한 운송 방식을 선택한다, 예를 들면 파이프 운송, 선박 운송, 철도 운송 또는 도로 운송 등, 그 중 파이프 운송은 현재 가장 경제적이고 효율적이며 기술이 성숙된 방식이며, 선박 운송은 장거리, 대량 운송의 이산화탄소 운송에 적합하다.
• 탄소 이용 및 보관: CCUS의 핵심 부분입니다. 구체적으로 다음과 같습니다.
• 지질 보존: 이산화탄소를 지질구조에 주입한다. 예를 들어 고갈유가스장, 심부염수층, 채굴불가탄광 등은 구조봉인, 수동력봉인 등 메커니즘을 통해 장기적인 봉인을 실현한다. 그 중에서 고갈유가스장은 봉인 잠재력이 크고 안전성이 높다. 심부염수층은 분포가 넓지만 장기적인 안전성 검증 등 도전에 존재한다. 채굴불가탄광은 이산화탄소 봉인과 가스 배출 감소를 동시에 실현할 수 있다.
• 채유 강화: 일부 고갈된 유장에 이산화탄소를 주입하여 원유밀도를 낮추고 유장압력을 높이며 원유류동성을 증가시켜 추가원유채굴을 실현한다. 현재 약 80% 의 포획이산화탄소는 채유를 강화하는데 사용되지만 그 효과는 유장조건의 영향을 비교적 많이 받고 일정한 환경위험이 존재한다.
• 공업 이용: 이산화탄소는 화학비료, 탄산음료, 플라스틱 등을 생산하는 등 공업생산에 사용할수 있으며 일부 상황에서 화학공업원료로 메탄올, 합성가스 등을 생산하여 이산화탄소의 부분적인 고정을 실현할수 있지만 현재 리용량은 상대적으로 적다.
• 식품급 이산화탄소: 처리를 거쳐 정제된 이산화탄소는 식품공업중의 랭동제, 신선도 유지제 등으로 될수 있다. 례를 들면 음료의 탄산화, 식품의 랭장과 운수 등에 사용되는데 그 순도요구가 비교적 높으며 일반적으로 99.9% 이상에 달해야 한다.

기술적 이점

• 탄소 배출 감소: 공업생산과정에서 이산화탄소의 직접배출을 효과적으로 줄일수 있는것은 철강, 세멘트 등 오염물방출감소가 어려운 업종이 심층적인 탈탄소를 실현하는데 중요한 의의가 있으며 글로벌기후목표를 달성하는데 도움이 된다.
• 경제 효익을 창출하다.: 채유 등 이용 방식을 강화하면 석유 채취율을 높이고 석유 생산량을 증가하며 경제적 수익을 가져올 수 있다. 동시에 이산화탄소가 공업과 식품 등 분야에서의 이용도 일정한 경제적 가치를 창출할 수 있다.
• 에너지 안전 보장: CCUS 기술을 통해 전통적인 화석 에너지 산업이 저탄소 전환에서 계속 역할을 할 수 있도록 하고, 에너지 공급의 안정성과 안전성을 보장하며, 재생 가능한 에너지의 대규모 응용에 전환 시간을 제공할 수 있다.
• 리소스 활용도 향상: 이산화탄소가 폐기에서 자원으로의 전환을 실현하고 자원의 이용 효율을 높이며 순환경제의 발전을 추진하고 자연자원에 대한 의존도를 줄였다.

도전에 직면하다

• 기술 성숙도: 일부 CCUS 기술이 진전되었음에도 불구하고 연소 전 포집 기술의 복잡성과 고비용, 산소 풍부한 연소 기술의 산소 제조 등 기술적 난제에 직면하여 대규모 보급을 제한하고 있다.
• 비용 문제: CCUS 프로젝트는 설비 구입, 건설 및 운영 등의 비용을 포함한 투자 비용이 높으며, 탄소 포집 과정에서의 에너지 소비, 운송 및 보관의 유지 보수 비용 등 운영 비용도 만만치 않아 기업의 경제적 부담을 증가시킵니다.
• 대중의 인식과 수용도: 대중은 CCUS 기술의 안전성과 환경 영향에 대해 의구심을 가지고 있으며, 이산화탄소 누출 등 위험을 우려하고, 프로젝트의 입지와 추진에 영향을 미치며, 과학 보급 홍보를 강화하고, 대중의 인식과 수용도를 높여야 한다.
• 정책 규정 및 표준 체계: 현재 CCUS 산업의 정책 법규와 표준 체계가 아직 완선하지 않고 프로젝트 심사비준, 환경 보호, 안전 관리 등 방면에서 명확한 규범이 부족하여 산업의 건전한 발전에 영향을 주었다.
• 입지 및 모니터링: 지질봉인은 적합한 지질구조를 수요하고 부지선정난이도가 비교적 크며 장기적으로 이산화탄소의 이전과 잠재적루출위험을 감시해야 하며 감시측정기술과 원가방면의 도전도 홀시해서는 안된다.

응용 현황

2024년까지 전 세계적으로 여러 CCUS 프로젝트가 운영되고 있으며 다양한 국가와 지역에 분포되어 있다.미국의 CCUS 프로젝트는 수량이 비교적 많고 채유 강화에 널리 응용되어 8000킬로미터가 넘는다.