초임계 미분탄(SPC; Supercritical Pulverized Coal) 보일러 발전공정을 대체하는 미래 신발전 공정의 하나로 가스화 복합발전공정(IGCC;Integrated Gasification and Combined Cycle)이 주목 받고 있다. IGCC 공정은 SPC 보일러 발전공정과 비교하여 높은 초기 투자비가 문제가 되지만 발전분야에서 문제로 지목되고 있는 지구온난화 가스인 이산화탄소 포집을 하는 경우 유리한 발전 방식으로 알려져 있다. MIT에서 발표된 자료에 따르면 SPC 발전방식과 IGCC 발전 방식에서 이산화탄소를 포집하는 경우의 발전효율 저감은 각각 9.2% P와 7.2% P로 이산화탄소 포집공정을 연계하는 경우 IGCC 공정이 미래 발전시장에서 우위를 점할 수 있을 것으로 예상하고 있다. IGCC 공정에서 이산화탄소의 포집은 가스화 기에서 만들어진 합성가스 중 일산화탄소(CO)를 수성가스전환(WGS;Water Gas Shift) 반응을 거쳐 이산화탄소(CO₂)로 전환하고 이를 연소기에 공급하기 전에 발전공정에서 제거하게 되며, 이런 이유로 이 공정을 연소 전 CO₂ 포집공정이라고도 부른다. 연소 전 이산화탄소 포집공정은 처리대상가스 중 이산화탄소의 분압이 높고 전체 공정이 고압에서 운전되기 때문에 화학흡수제보다 Henry의 법칙이 적용되는 물리흡수제를 이용하는 공정이 권장되고 있다. 현재까지 화학공정에서 이산화탄소를 분리하기 위한 몇 가지 이산화탄소 분리공정이 개발되어 적용되고 있으나 IGCC 공정에 최적화된 상용 규모의 공정은 제안되어 있지 않다. 본 한국전력공사 전력연구원에서는 2012년부터 위와 같은 기술적 요구와 필요에 대응하기 위해 IGCC 공정에 적용 가능 한 연소 전 습식 이산화탄소 포집기술 확보를 위한 연구개발에 착수하였으며 현재 IGCC에 적용가능한 흡수제의 개발과 이산화탄소 포집 최적공정에 대한 검토를 진행 중이다. 본 논문에서는 최적공정에 대한 검토를 위해 100 MWe 규모의 전력을 생산하는 IGCC 공정에 적용 가능한 이산화탄소 흡수 공정 5개를 AspenPlus를 이용하여 모델링하여 공정의 최적화를 수행하고 이를 통해 얻어진 결과로부터 각 공정의 주요 공정인자들과 주요설비인 흡수탑의 크기와 공정별 에너지 사용량을 비교 하였다. 검토된 공정은 물리흡수공정으로 Selexol, Rectisol, 및 Purisol 공정이 선정되었으며 화학흡수공정과의 비교를 위하여 연소 후 공정에서 널리 쓰이는 대표적 amine 공정인 aMDEA 공정과 물리 및 화학흡수제가 혼합사용되는 Sulfinol 공정이 함께 검토되었다. 각 공정의 주요 공정인자로는 Rectisol 공정의 흡수제 순환량이 Selexol 공정 등 다른 공정에 비해 1.2 이하로 작게 나타났으나 흡수제 손실량은 약 10배 이상 큰 것으로 평가되었다. 또한 흡수탑의 크기 면에서는 aMDEA 공정이 가장 유리한 것으로 평가되었으나 에너지 사용량의 측면에서 화학 흡수공정이 2 ~ 5 배정도 큰 것으로 나타나 운영비가 상대적으로 높게 될 것으로 평가 되었다. 본 연구를 통해 연소 전 CO₂ 포집공정 들의 설계 및 운영 기초자료를 확보하였으며 계속해서 공정의 경제성 및 신뢰성 등의 평가를 통해 최적공정을 선정해 갈 예정이다.

석탄가스화복합발전(IGCC)에서 생성되는 합성가스 중의 이산화탄소를 가스터빈 연소전에 포집하는 기술은 이산화탄소 포집 기술중 연소 전 포집기술로 분류되는데, 연소전 이산화탄소 포집 기술은 크게 습식흡수제를 이용하여 포집하는 습식기술과 건식흡수체를 이용하여 포집하는 건식기술로 분류된다. 습식흡수제를 이용한 흡수법은 기존의 화학, 가스정제 등의 고압 공정에서 황화수소 또는 이산화탄소 제거를 위해 사용되어 왔으며 물리흡수제로 분류되는 DMPEG를 흡수제로 사용하는 Selexol 공정, MeOH을 흡수제로 사용하는 Rectisol 공정, NMP를 사용하는 Purisol 공정이 있으며 Sulfolane과 아민흡수제를 혼합하여 사용하는 Sulfinol공정의 물리-화학 혼합흡수제 및 aMDEA로 대표되는 화학흡수제를 사용하는 방법으로 나눌 수 있다. 물리흡수제를 이용한 이산화탄소의 흡수는 고압에 의한 물리적 포집으로 화학적 결합을 하는 화학흡수제와는 구별되며 화학흡수제는 압력의 영향보다는 흡수제의 반응기에 의한 흡수제-이산화탄소의 화학적 결합이 주를 이루고 물리-화학 혼합흡수제의 경우에는 물리흡수제와 화학흡수제의 장점을 결합하여 공정의 효율을 높이기 위한 방법으로 사용된다. 상기 5개 흡수제를 이용한 공정은 고압의 산성가스 처리 공정 중 가장 널리 알려진 공정이지만 IGCC에 적용되어 상용화 된 사례는 아직 없으며, 네덜란드의 Buggenum IGCC에서 향후 Magnum IGCC의 Full-scale 이산화탄소 포집을 위해 DMPEG 흡수제를 사용한 Selexol 공정을 사용하여 IGCC적용을 위한 연구를 진행 중에 있다. 그 외에는 스페인의 Puertolano IGCC에서 연구를 위한 목적으로 aMDEA공정을 설치하여 이산화탄소 포집에 관한 연구를 수행 중에 있다. 본 논문에서는 IGCC와 유사한 고압의 흡수 및 감압탈거공정을 모사하여 자체적으로 고안한 이산화탄소 고압 스크리닝 평가장치를 활용한 상기 5개 흡수제의 고압에서의 흡수성능 및 감압탈거를 통한 탈거성능에 대해 흡수제간 상대적으로 비교/평가하였다. 실험결과, 압력에 의해 이산화탄소와 결합하는 물리흡수제의 흡수성능은 0℃ 이하의 저온영역에서 우수하게 나타났으며, 감압탈거시 타 흡수제군에 비해 우수한 탈거성능을 나타내었다. 이산화탄소와 화학적으로 결합하는 화학흡수제의 경우에는 상온영역에서는 물리흡수제에 비해 흡수성능이 상대적으로 우수하였으나 감압탈거시 화학적 결합에 의해 탈거되는 이산화탄소의 양이 미미한 것으로 나타났고 물리-화학 혼합흡수제는 전체적으로 화학흡수제와 유사한 경향을 나타내었다. 본 실험의 목표는 고유흡수제를 개발하기 위한 것으로 흡수제의 빠른 스크리닝으로 현재 한전 고유흡수제 개발을 위한 흡수제 스크리닝 실험을 지속적으로 수행 중에 있으며, 일부 고유흡수제 후보군의 스크리닝 결과 기존 상용흡수제에 비해 우수한 흡수성능을 나타내는 것으로 나타났다.

In this study, we devised a regeneration process for deactivated catalyst which used in SCR denitrification facility using sulfuric acid. Catalyst regeneration process using sulfuric acid showed the recovery of the activity of waste catalyst over 80% comparison with new catalyst, and we optimized operating condition through control sulfuric acid concentration and regeneration time. The activity recovery ratio of waste catalyst was revealed at 0.5 M sulfuric acid in regeneration solution, but for the case of higher than 2.5 M of H2SO4 concentration, activity recovery high hest ratio was decreased owing to the elution of active compounds from the catalyst surface. The eluted active compounds were increased for the case of longer regeneration time and higher sulfuric acid concentration. Sulfuric acid concentration and regeneration time were main operating factors in regeneration of waste catalyst. But, the conditions of waste catalyst are affected by the boiler and SCR operating conditions and preliminary tests are needed to check the waste catalyst and decide the regeneration method and process.