한국에너지기술연구원 청정연료연구실은 저등급 연료를 이용한 청정연료 생산을 통해 우리나라 에 너지 안보에 기여하는 임무와 가스화, 가스 처리, 생산 및 활용의 다양화와 원유 중질화 경향에 대비하여 석유·가스 자원의 안정적인 확보에 기여하는 임무를 수행하고 있으며, 주요 기술 개발 분야로는 저등급 연료의 가스화 기술, 저등급 연료의 고품위화 기술, 석탄 액화 기술, 저등급연료 이용 에너지 생산 기술, 액상연료화 기술, 고형연료화 기술, 가스 생산기술, 비전통 석유 자원의 처리/전환/활용 기술, 정유/석유 화학/가스 분야의 고효율 공정기술 등이 있다.
특 별 기 획 2
청정연료 기술 개발
라호원 한국에너지기술연구원 청정연료연구실 [email protected]
석탄은 탄소함유량에 따라 그 등급을 분류 하고 있으며, 석탄화력발전에서는 주로 역청탄 (Bituminous coal)이 사용되고 있다. 석탄의 구성성분 은 산지와 등급에 따라 상이하나, 일반적으로 발전 용 역청탄은 약 76~90 wt%의 탄소, 10~20 wt%의 휘 발성 물질(volatile matter), 10 wt% 내외의 회분(ash)을 포함하고 있다. 석탄회의 주요 구성성분은 이산화규 소(SiO2)와 Al2O3, Fe2O3 등의 산화금속이며, 회분은 석탄 연소 과정에서 에너지화 되지 않고 배기가스 와 함께 보일러 후단으로 배출된다. 배기가스 내 부 유하고 있는 석탄회(fly ash)는 보일러 후단에 설치된 먼지집진장치(dust collector)에 의해 99.9% 이상 제
거되나, 수 mg/m3 수준의 고농도 분진이 굴뚝을 통 해 대기로 방출되고 있다. 석탄화력발전소에서 배출 되는 미세먼지는 WHO(World Heath Organization)에 서 지정한 1급 발암물질로 국내 30세 이상 총 사망 자의 약 16%가 미세먼지로 인해 조기 사망하는 것으 로 알려져 있다. 이에 따라 정부는 2022년까지 미세 먼지 국내 배출량을 2016년 대비 30% 이상 감축시키 는 “미세먼지 관리 종합대책”을 발표하였으며, 그 중 일환으로 기존 노후 석탄화력발전소를 폐지하고 석 탄발전 비중을 축소하는 방안을 포함시켰다. 하지 만, 석탄은 아직까지 세계에서 가장 많이 쓰이고 있 는 에너지 자원이며, 한국의 석탄 소비량은 2010년
초청정 화력발전 기술 개발
조윤행 한국에너지기술연구원 청정연료연구실
[email protected]
특 별 기 획 ( I )
7,590만t에서 2015년 8,450만t으로 5년 새 11.2%나 증 가하는 등 전력 생산에서 석탄화력발전이 차지하는 비중을 단기간에 대체하기는 어려움이 있다. 따라서 실질적이고 즉각적인 미세먼지 해결을 위해서 석탄 화력발전에서 배출되는 미세먼지를 최소화시킬 수 있는 초청정 화력발전 기술 개발이 필요하다.
한국에너지기술연구원의 청정연료연구실은 초 청정 화력발전 기술의 일환으로, 석탄 전처리 과정 을 통해 석탄의 회성분을 선별적으로 제거하여 미 세먼지 발생을 원천적으로 차단하는 ‘석탄 고품위 화 기술’, 석탄연소 후 배출되는 배가스 내 미세먼 지를 효과적으로 제거하는 ‘공간집약형 고성능 집 진 기술’, 산업체에서 산발적으로 배출되어 대기 중 에서 2차 미세먼지를 생성시키는 휘발성유기화합물 (VOC, Volatile Organic Compounds)을 회수 및 에너 지화하는 ‘VOC 에너지화 공정 개발 기술’을 연구하 고 있다.
1. 석탄 고품위화 기술
본 연구는 용매추출 공정을 통해 저등급 석탄으 로부터 회분 등의 오염물질을 제거하여 발열량을 극 대화한 고품위 무회분 석탄(AFC, Ash Free Coal)을 생산하고, 이를 석탄 발전 공정에 적용하여 발전효 율 향상 및 회분에 의한 오염물질 배출 원천적 차단 을 목표로 하고 있다. 본 연구는 크게 무회분 석탄 생 산기술 분야와 이를 통해 생산된 석탄을 이용한 고효 율 발전 융합기술의 두 가지 분야로 구성된다. 무회
분 석탄 생산기술 분야는 저등급 석탄을 이용한 무회 분 석탄의 추출 및 정제기술 및 공정 최적화 설계 및 평가기술 등을 포함하며, 고효율 발전 융합기술 분 야는 무회분 석탄과 고품위 잔탄의 발전용 및 산업 용 연소 적용기술과 무회분 석탄과 고품위 잔탄을 원 료로 하는 가스화 공정 적용기술 등을 포함한다(그림 1). 본 연구에서 제안하는 용매추출 공정을 이용하면 4,700kcal/kg 수준의 저등급 석탄 발열량을 8,700kcal/
kg 수준으로 84% 이상 개선시킬 수 있으며, 석탄 내 회분을 99.9% 이상 저감시킬 수 있는 것으로 나타났 다(표 1). 또한 연소 후 질소산화물(NOx), 황산화물 (SOx) 형태의 가스 상 오염물로 변환되는 미세먼지 전구물질 원소인 질소(Nitrogen)와 황(Sulfur)의 비율 도 기존 저등급 석탄 대비 각각 56%, 24% 수준 감소 하는 것으로 나타나 석탄 내 회분 제거에 의한 1차 미 세먼지 저감뿐만 아니라, 2차 미세먼지 저감에도 기 여할 수 있을 것으로 예상되었다.
무회분 석탄은 기존 석탄연소시스템에 연료로 사 용 가능할 경우, 발열량이 높고 보일러 벽면에서의 회분융착이 근본적으로 방지되어 열효율 및 시스템 효율이 증가하는 등의 장점이 있으며, 중유 대체용 연료, 가스터빈 및 디젤기관용 연료뿐만 아니라 코 크스바인더, 촉매가스화, 직접탄소연료전지(DCFC) 용 연료, 각종 기능성 탄소재료 등으로 활용이 가능 하다.
2. 저비용 고성능 집진기술
기존의 집진기 개발 연구는 습식전기집진기나 복 합형 집진기 등 단위 집진장치의 개발 위주로 이루 어져 왔으며, 높은 시설비용 및 유지비용으로 인해 시장보급률은 매우 미미하였다. 보다 실효성 있는 집진장치 개발을 위해서는 집진장치의 성능향상기 술뿐만 아니라, 시설비 및 운영비용 절감, 설치 공간 최소화 기술이 포함되어야 한다. 이에 따라 본 연구 진은 기존의 백필터(bag filter) 집진기 대비 설치면적 과 미세먼지 배출농도를 획기적으로 저감시킬 수 있 는 복합재생기술 적용 백필터 집진기술과 기존 전기
그림 1. 1 TPD 무회분 석탄 제조 시스템.
특 별 기 획 ( I )
집진기의 10% 이하 공간을 사용하여 집진효율을 추 가로 90% 이상 향상시킬 수 있는 전기집진기 성능개 선용 집진장치(Retrofit EP) 기술을 연구하고 있다.
백필터 집진기는 복수의 자루모양 백필터를 설 치하여 배가스 내 먼지를 여과하는 장치로, 안정적 인 집진기 운영을 위해서 일정 주기마다 필터 표면 에 쌓여있는 먼지를 털어내는 필터재생과정이 필수 적이다. 일반적으로 백필터 집진기에서는 고압의 압 축공기를 순간적으로 분사하여 필터를 재생하는 충 격기류방식(pulse-jet cleaning system)을 사용하고 있 다. 본 연구진이 개발한 복합재생기술은 압축공기를 분사하기 전 외부의 청정공기를 필터 여과공기 흐름 과 반대 방향으로 유입시킴으로써 보다 효과적으로 필터재생을 할 수 있는 것이 특징이다. 기존의 백필 터 집진기는 필터재생기술의 한계로 길이 3~5m 수
준의 백필터가 사용되었으나, 복합재생기술을 적용 할 경우 길이 15m의 긴 백필터(long bag filter)도 안정 적으로 재생할 수 있어 기존 3m 백필터가 설치된 집 진기에 비해 설치면적과 시설비용을 각각 40%, 30%
절감할 수 있다. 또한 압축공기 분사 시 필터 표면 에서 재비산되어 배출되는 고농도의 먼지도 여과 공기 흐름과 반대 방향으로 유입되는 청정공기에 의해 배출이 억제되어 기존 기술 대비 먼지 배출농 도가 1/10 이하로(배출농도 0.5mg/Sm3 이하) 저감된 다. 복합재생기술은 신규 백필터 집진설비뿐만 아 니라 기설치/운영 되고 있는 백필터 집진장치에도 적용 가능하기 때문에 적은 비용으로 단기간 내 산 업시설 미세먼지 배출량 저감을 실현할 수 있을 것 으로 기대된다. 현재 복합재생기술 적용 백필터 집 진기술은 환경부, 과학기술정보통신부 및 보건복지
표 1. 저등급 석탄과 제조된 무회분 석탄의 특성 비교
Low Rank Coal Ash-Free Coal Difference(%)
Proximate analysis
(wt%)
Moisture 25.3 0.2 -99.1
Volatile Matter 29.9 48.1 61.2
Ash 10.2 0.01 -99.9
Fixed carbon 34.7 51.6 48.8
Ultimate analysis (%)
C 68.9 86.8 26.0
H 4.7 7.8 64.5
N 0.9 0.4 -55.9
S 0.7 0.6 -23.6
HHV (kcal/kg) 4695 8658 84.4
그림 2. (좌) 복합재생기술 원리, (우) 기존 충격기류방식과 복합재생방식 적용 시 백필터 집진기의 먼지 배출 특성.
특 별 기 획 ( I )
부에서 공동으로 지원하는 범부처 ‘미세먼지 국가전 략프로젝트’의 집진/저감 분야 사업에 선정되어 처 리가스 유량 200,000CMH 수준의 실규모 실증이 진 행 중이다.
대부분의 화력발전소에서 집진시설로 사용하 고 있는 전기집진기(EP, Electrostatic Precipitator)는 99.9% 이상의 높은 분진제거효율을 갖는 것으로 알 려져 있다. 하지만 최근 고농도 미세먼지 문제에 의 한 국민 건강 위협과 정부 및 지자체의 대기배출규 제 강화로 기설치 운영되고 있는 전기집진장치의 개조 및 성능보완 요구가 증가하고 있다. 이에 따라 한국남동발전은 2025년까지 약 9,000억원을 환경설 비에 투자할 계획이며, 삼천포화력 5, 6호기도 환경 설비 개선사업으로 사업비 2,800억원을 책정해 놓 았다. 현재 일부 발전사에서는 전기집진기 개선 기 술의 일환으로 기존 집진장치의 일부분을 백필터 집진기로 대체하는 ‘전기집진 + 백필터 복합형 하이 브리드 집진 장치’를 시범 운행 중에 있다. 백필터 집진장치는 전기집진기에 비해 미세먼지 포집성능 이 우수하고, 배가스의 온도 및 먼지의 전기적 특성 변화에 안정적인 성능을 유지하는 등 유리한 점이 많지만, 집진기 개선 설비의 설치공간 제약으로 백 필터 집진기의 운전 안정성이 하락되고, 높은 압력 손실로 인한 발전시설의 부하 증가 등의 문제점이 발생할 수 있다.
본 연구진은 전체 설비 계통의 변화를 최소화하
고 기 설치된 전기집진기의 10 % 이내의 공간을 활 용하여 기존 대비 추가적인 집진효율 90% 이상, 압 력손실 증가 20mmAq 이하로 성능을 개선시킬 수 있 는 성능개선용 집진장치를 연구하고 있다. 개발중 인 기술은 기존 전기집진기의 후단에 최소의 공간 을 활용하여 설치되도록 설계되었으며 정전기력을 이용하여 먼지입자를 제거하는 원리를 적용하고 있 다. 본 기술은 처리가스 유량 1200CMH 규모의 실 험에서 미세먼지(PM2.5) 제거효율 94%, 압력 손실 10mmAq 이하의 성능을 보였으며, 특히 기존 전기집 진기의 추타(rapping) 시 발생되는 고농도의 분진을 효율적으로 차단하였다. 본 기술은 현재 한국에너지 기술연구원에 설치된 2MW급 석탄화력 발전설비에 적용되어 처리가스 10000CMH 규모의 Pilot 실험이 진행 중이다.
3. 휘발성유기화합물(VOC) 에너지화 공정 개발 기술
휘발성 유기화합물(VOC, Volatile Organic Compounds)은 대기 중에서 질소산화물과 광화학반 응하여 스모그를 만드는 것으로 알려져 있다. VOC 는 인쇄 및 도장(자동차 및 철물), 화학제품 생산, 석유화학 등 산업 전분야에서 산발적으로 발생하 고 있으며, 발생된 VOC는 주로 고정상 흡착탑이나 RTO(Regenerative Thermal Oxidation) 및 농축/촉매산 화(Concentration & Catalytic Oxidation) 기술 등을 이
그림 3. (좌) 전기집진기 성능개선 기술 개념도, (우) 한국에너지기술연구원에 설치된 2MW급 Pilot Scale 집진시험 설비.
특 별 기 획 ( I )
용하여 처리되고 있다. VOC는 가연성 가스로 회수- 농축기술이 수반되면 에너지자원으로 활용가능하 다. 하지만 기존 VOC 농축처리 기술은 농축비가 10 배에 불과하여, 엔진 등의 연료로 사용하기 위해서 는 회수된 VOC를 다른 연료(주로 LPG)에 혼합하여 사용하여야 하는 문제점이 있다. 이러한 이유로 아 직까지 국내에서는 VOC 에너지화 기술 대신, 추가 적인 에너지를 투입해서 VOC를 처리하는 에너지 소 모성 기술들이 사용되고 있다.
본 연구에서는 산업체에서 발생되는 VOC를 단독 사용이 가능한 수준으로 고농축하여 엔진 연소 및 열병합발전을 통한 에너지화, 개질(reforming)을 통 한 합성가스 생산 기술을 개발하고 있다. 농축비 10 배 수준인 기존 농축기술의 기술적 한계를 넘어 최
대 2,000배(THC 100ppm 기준)까지 농축하는 기술을 개발함으로써 기존의 에너지 소비에 의한 VOC 처리 에서 VOC를 활용한 에너지 생산으로 국내의 VOC 제거기술 접근방법을 변화시키고자 하며, 이를 위해 VOC 경쟁흡착을 고려한 이동상 흡착탑과 연소 배 가스를 활용한 비폭발 고농도 탈착공정기술을 개발 하고 있다. 고정상 흡착탑의 경우 활성탄 흡착 능력 의 한계로 인한 잦은 활성탄을 교체 주기와 이로 인 한 사용 업체의 경제적 부담 등의 문제점이 있는 반 면, 연구 개발 중인 이동상 흡착탑은 VOC를 흡착한 활성탄을 저온에서 재생하여 지속적으로 사용하므 로 활성탄의 수명을 대폭 향상할 수 있는 장점이 있 다. 또한 연소 배가스를 활용한 VOC 탈착 공정은 폭 발의 위험 없이 고농도의 VOC를 회수할 수 있을 뿐
그림 4. VOC 에너지화 공정 개념도.
그림 5. 반월·시화 산단 적용 VOC 에너지화 공정 흐름도.
특 별 기 획 ( II )
가스화 기술 개발
문지홍 한국에너지기술연구원 청정연료연구실
[email protected]
가스화 기술은 고체나 액체 상태의 탄소화합물 원료를 대상으로 부분산화공정을 통해 수소, 일산화 탄소 등이 혼합된 가스로 전환시키는 기술이다. 석 탄, 바이오매스, 폐기물 등의 원료를 주로 이용하여 합성가스(syngas; synthesis gas)를 생산하는 기술로 기존 화력발전 대비 높은 효율과 환경적인 우수성 을 가지고 있어 각국에서 기술 개발 및 상용화가 진 행 중이다. 초기에는 도시가스 대체용으로 이용되었 으나 점차 발전 플랜트, 연료전지, 화학 공업 원료로 이용되고 있고, 암모니아, 메탄올, SNG, 디젤이나 가솔린을 생산하는 기술로 확대되었으며 전력생산 을 포함한 다양한 제품을 생산하는 “poly-generation”
의 일환으로 개발되고 있다. 특히 석탄 가스화 기술 은 CCT(Clean Coal Technology) 기술의 일환으로, 기 존 화력발전 기술대비 석탄을 고급연료로 활용할 수 있는 기반을 제공해주는 기술이라 할 수 있다. 바이 오매스 및 폐기물 가스화 기술도 최근 기후변화와 환경문제들을 해결할 수 있는 기술로 재조명을 받고 있는 기술이다.
가스화 반응기 방식은 크게 분류층, 유동층, 고정 층, 플라즈마 방식으로 나눌 수 있으며, 연료의 특성 이나 최종 생산물에 따라 각각 유리한 방식이 적용되 고 있다. 본 연구실에서는 상기 4가지 방식의 가스화
기술에 대한 연구개발을 수행해오고 있으며, 본 원고 에서는 최근 연구개발을 수행했던 분류층 및 유동층 가스화 기술에 관해 중점적으로 소개하고자 한다.
분류층 가스화 기술은 미분화된 고체나 액상 연 료 또는 슬러리 형태의 연료들을 이용한다. 대부분 의 석탄들이 분류층 가스화 기술에 적용하기 적합하 며, 그 이유는 운전 온도가 높고 석탄 입자들이 서로 잘 분리되기 때문이다. 이러한 분류층 가스화 기술 을 적용시킬 수 있는 다양한 공정 중, 석탄에서 수송 용 연료를 얻을 수 있는 간접석탄액화(ICTL; indirect coal-to-liquid) 공정은 원유를 거의 대부분 수입에 의 존하는 국내 에너지 안보 관점에서 중요한 기술이라 할 수 있다. ICTL 공정은 그림 1과 같이 가스화, 가스 정제, Fischer-Tropsch(F-T) 합성 및 업그레이드 공 정을 통해 가솔린, 디젤 등의 액체연료를 생산하는 공정이다.
한국에너지기술연구원에서는 2007년부터 KIER ICTL plant 연구개발을 수행해오고 있으며, 시스템 구 성은 그림 2와 같다. 석탄 연료를 투입하기 위한 coal- water slurry(CWS) 제조 설비, 가압 분류층 가스화기 (석탄기준 10톤/일), 정제 설비(합성가스 기준 1,000 Nm3/h), F-T 공정(액체연료 생산기준 10~15 BPD)로 구성되어 있다. 가스화 공정의 효율 증가 및 안정적 만 아니라 활성탄 재생 시 추가적인 열원이 필요하
지 않아 전체 공정의 효율 향상이 가능하다.
본 연구개발기술은 ‘시화나래 환경에너지센터 구축 사업’의 일환으로, 실증 연구가 진행 중이다.
본 실증사업은 대부도에 신재생에너지센터를 건 립하여 반월·시화 산단의 대기오염 배출업체에서
발생되는 VOC를 지속적으로 모니터링/관리하고, VOC를 회수 및 에너지화하여 열수요 시설에 공급 하는 사업이다. 본 연구사업 시설설비는 활성탄 1회 재생 시 5Gcal의 열을 생산할 수 있으며, 대기오염 제거율은 기존대비 80% 이상 상승하는 것으로 나타 났다.
특 별 기 획 ( II )
인 운전을 위해서는 먼저 연료 투입이 안정적으로 이 루어져야 한다. CWS의 경우 물의 함유량이 너무 높 으면 가스화기 내에서 물의 증발 열손실로 인해 가스 화 효율이 낮아지게 된다. 이와 반대로 석탄의 함유
량이 너무 높으면 CWS의 점도가 증가하여 유동이 어 렵게 된다. 따라서 본 연구실에서는 CWS의 최적화 된 비율에 관한 연구를 우선적으로 수행한 결과, 석 탄의 함유량이 55 wt.% 이상일 때 가장 최적화된 성
그림 1. 석탄간접액화(ICTL) 공정 개념도.
그림 2. 10톤/일 급 분류층 가스화기 및 KIER ICTL plant.
특 별 기 획 ( II )
능을 보여준다는 결과를 도출하였다. ICTL 공정과 연 계된 가압 분류층 가스화기의 운전온도와 압력조건 은 각각 1000~1200℃, 20~23 bar로 장시간 안정적인 운전성능을 보여주었다. 합성가스 조성은 수소 37.8 vol.%, 일산화탄소 36.4 vol.%, 이산화탄소 23.0 vol.%
로 H2/CO 비율 1.0 이상, 탄소전환율은 90% 이상, 냉 가스 효율은 60% 이상의 성능을 보여주었다.
유동층 가스화 기술은 사용할 수 있는 연료 범위 가 넓다는 장점을 가지고 있어, 바이오매스와 같이 미분하기 어려운 연료들을 처리하기 적합한 기술이 다. 한국에너지기술연구원에서는 그간 Lab-scale, Bench-scale에서의 경험을 바탕으로 2014년부터 2017년까지 그림 3과 같은 20톤/일 급 왕겨 유동층 가스화 발전시스템 개발을 수행하였다. 왕겨는 대 표적인 농부산물 바이오매스로서 연간 국내 70~80 만 톤, 전 세계 2억 1천만 톤에 이를 만큼 안정적 인 공급이 가능하여 이를 이용한 전력 생산 시스템 개발이 가능하다면, 왕겨 자원이 풍부한 RPC(Rice Processing Complex)나 도서지역 및 전력 수요 사정 이 좋지 않은 해외 시장 등 분산형 발전이 필요한 국 내외 다양한 수요처에 적용이 가능하다.
시스템은 왕겨 feeder, 상압 유동층 가스화기(왕 겨 기준 20톤/일), Cyclone, 정제설비(1차 콘덴서, 2차 콘덴서, U자형 스크러버, Demisting & Filter 시스템), 후단 설비(ID 팬, 버퍼 탱크), 가스 엔진 등으로 구성 되어 있으며, 본 연구진은 총 10여 차례의 연계운전
그림 3. 20톤/일 급 왕겨 유동층 가스화 발전 시스템.
그림 4. 왕겨 기포 유동층 가스화기 운전(16톤/일 급, ER 0.19)시, 가스화기 내부온도, 내부압력, 합성가스 조성(왼쪽부터 시계방향).
특 별 기 획 ( III )
(총 300시간 이상)을 통하여 다양한 문제점 파악 및 장기 운전 가능성 등에 대해 연구를 수행하였다. 특 히, 바이오매스 가스화 과정에서 가장 큰 문제가 되 는 타르는 콘덴서 및 스크러버, Demisting & Filter 시 스템 등을 통하여 정제하였으며 가스엔진의 허용 한 계치인 타르 발생량 50 mg/Nm3보다 낮은 45 mg/Nm3 수준을 달성하였다. 또한 그림 4에서 보는 바와 같이 ER(Equivalence Ratio) 0.19인 조건에서 합성가스 조 성은 수소 3.1 vol.%, 일산화탄소 22.1 vol.%, 이산화 탄소 16 vol.%, 메탄 7.05 vol.%로 합성가스 저위발열
량 1300 kcal/Nm3 이상, 냉가스 효율은 67% 이상의 성능을 보였다. 또한 이 합성가스를 이용하여 가스 엔진 연계 실험결과, 합성가스 유량 기준 1,070 Nm3/ h 공급 시, 전력생산량이 400 kW 정도가 생산됨을 부하실험에서 확인하였다. 다만, 왕겨 자체의 무게 비 10%가량 포함된 실리카로 인하여 층 내 유동이 원활하지 않은 상태에서 실리카 용융이 일어날 경우 전체적으로 가스화기 내에서 channeling 현상 및 압 력 손실이 발생하여 운전 중 실리카 agglomerate를 제 거하는 기술이 향후 필요함을 확인하였다.
Fischer-Tropsch 합성과 촉매
강신욱 한국에너지기술연구원 청정연료연구실
[email protected]
본 그룹은 FT(Fischer-tropsch) 반응용 촉매 개 발 및 공정에 대해 연구 중이다. 본고에서는 FT 반 응에 대한 기술 소개와 나노촉매 신규제법과 촉매 반응 최적 활성화 조건 도출 및 고선택성 Fe계 촉 매 개발과 관련된 연구에 대해 개괄적으로 소개하 고자 한다.
1. 서론
FT 합성기술은 독일 빌헬름 황제 석탄연구소 (Kaiser Wilhelm Institute for Coal Research, 현 Max Planck Institute of Coal Research)의 Franz Fischer와 Hans Tropsch에 의해 발명되었으며, 석탄가스화, 메 탄개질, 바이오매스가스화 등을 통해 얻을 수 있는 합성가스(CO+H2)를 이용하여 탄화수소 화합물로 전 환시킬 수 있는 기술로 발명자의 성을 따서 Fischer- Tropsch 합성반응으로 불리고 있다. FT 반응을 통해 서 얻을 수 있는 탄화수소는 선형알칸(linear alkane) 및 선형알켄(linear alkene)이 대부분인 것으로 알려 져 있으며, 알코올(alcohol)과 같은 산소화된 탄화수
소(oxygenated hydrocarbons)도 일부 생성되는 것으로 알려져 있으며 아래와 같은 반응식들로 표현할 수 있다.
nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nH2O (1) nCO + 2nH2 → CnH2n + nH2O (2) nCO + (2n-1)H2 + → CnH2n-1OH + (n-1)H2O (3)
FT 합성반응은 표 1에서 요약한 바와 같이 그 반응온도에 따라서 LTFT(Low-Temperature FT:
200~280°C)와 HTFT(High-Temperature FT: 300~350°
C)로 구분할 수 있다. LTFT는 에너지 안보 측면에서 매우 중요한 액체연료의 선택적 생산을 위한 기술 로, 사용되는 촉매에 따라서 Co계 촉매를 사용하는 Co-LTFT와 Fe계 촉매를 사용하는 Fe-LTFT로 추가 적으로 구분이 가능하다. 처음 발명 당시의 FT 합성 기술은 LTFT와 HTFT 중에서 LTFT에 해당되는 기 술이며, 더욱 세부적으로 구분하자면 알칼리화된 Fe 계 촉매를 이용하였기 때문에 Fe-LTFT에 해당되는 기술이라 할 수 있다. Fe-LTFT는 Fischer와 Pichler의
특 별 기 획 ( III )
후속연구를 통해 ‘iron medium pressure synthesis’라는 이름으로 더욱 발전하였고, ‘cobalt medium pressure synthesis’라는 이름의 Co-LTFT도 Fischer와 Pichler 의 추가적인 연구를 통해 탄생하게 되었다. Co- LTFT에는 Co가 약 5~20 wt% 담지되어 있는 담지 Co계 촉매가 산업적으로 이용 가능하며, 조촉매로는 Ru, Pt 등의 귀금속이, 지지체로는 Al2O3, SiO2 등의 금속산화물이 주로 사용된다. Co계 촉매는 FT 합성 반응(식 1-3)에만 활성을 나타내기 때문에, 공급되는 합성가스 비율 (H2/CO)을 2.0-3.0수준으로 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, Co-LTFT는 메탄개질을 통해 합성가스를 얻는 GTL(gas to liquid) 공정에 가장 적합한 기술이라 할 수 있다. 또한 Co계 촉매는 반응 온도가 증가함에 따라 메탄화반응(methanation, 식 4) 에 대한 활성이 급격히 증가하기 때문에, 반응온도 를 240°C 이하로 낮게 유지하는 것이 매우 중요하다.
CO + 3H2 → CH4 + H2O (4)
Fe-LTFT에는 침전법으로 제조한 Fe계 촉매가 산업적으로 이용 가능하며, 환원 촉진용 조촉매로 는 Cu, Mn등이, 염기도 증진용 조촉매로 K2O, Na2O 등이, 구조 조촉매로 SiO2, Al2O3등이 주로 사용된 다. Fe계 촉매는 FT 합성반응(식 1-3)뿐만 아니라
WGS(water-gas shift, 식 5)에도 활성을 나타내기 때 문에 H2/CO 비율이 0.7~1.0 수준인 합성가스를 공급 하는 것이 바람직하다.
CO + H2O → CO2 + H2 (5)
따라서 Fe-LTFT는 석탄가스화를 통해 합성가스 를 얻는 ICL(indirect coal liquefaction) 공정에 가장 적 합한 기술이라 할 수 있다. FT 합성반응은 강한 발 열반응이기 때문에, 반응열 제거에 용이한 방향으로 반응기 기술이 발전해 왔으며, 액체 매질에 촉매를 분산시켜 액체 매질을 통해 반응열을 손쉽게 제거 할 수 있는 슬러리기포탑반응기(slurry bubble column reactor)가 가장 발전된 형태의 LTFT용 반응기로 알 려져 있다. 특히 LTFT에서는 왁스가 주생성물로 얻 어지며 반응조건에서는 액체 상태이기 때문에 왁스 가 액체 매질의 역할을 수행할 수 있으며, 반응기 내 액체매질의 양을 일정하게 유지하기 위한 촉매/왁스 분리기술도 매우 중요하다.
유동층반응기와 fused Fe계 촉매의 조합으로 구 성된 FT 합성기술은 미국 Hydrocarbon Research사에 서 개발한 기술로, 1920~1930년대에 독일에서 시도 되었던 FT 합성기술에 비해 반응온도가 높기 때문 에 HTFT라는 이름으로 불리게 되었다. HTFT는 화
표 1. Fischer-Tropsch 기술 분류 및 세부기술별 촉매, 운전조건, 연계공정, 주생성물
LTFT HTFT
Co-LTFT Fe-LTFT Fe-HTFT
Catalysts
Type Supported Cobalt-Based Precipitated Iron-Based Fused Iron-Based Active Phase Metallic Cobalt Iron Carbide Iron Carbide Typical Promoters or Support
Materials Ru, PtAl
2O
3, SiO
2Cu, MnK
2O, Na
2OSiO
2, Al
2O
3-K
2O, Na
2O
(R)WGS Activity No Yes Yes
Operation
Temperature 200-240°C 240-280°C 300-350°C
Desired H
2/CO 2.0-3.0 0.7-1.0 0.7-1.0 or 2.0-3.0 (+CO
2)
Reactor Type Slurry Bubble Column Fixed Fluidized Bed
Pressure 1.0-3.0 MPa
Intergarated Process GTL ICL GTL or ICL
Primary Product Wax Light Oil, lower Olefin
특 별 기 획 ( III )
학원료물질과 휘발유/경유와 같은 액체연료를 동시 에 생산할 수 있는 기술로, 공정규모가 충분히 크게 뒷받침될 경우 경제성 측면에서 유리할 수 있는 기 술이다. HTFT는 Fe계 촉매만이 사용 가능하기 때문 에 Fe-HTFT로도 명명할 수 있으며, 조촉매로 K2O, Na2O등이 함유된 fused Fe계 촉매가 산업적으로 이 용 가능하다. Fe-HTFT는 Fe-LTFT에 비해서 반응 온도가높기 때문에, 반응가스 내 H2/CO/CO2의 비율 을 H2/(2CO + 3CO2) = 1 수준으로 맞춰줄 경우 CO2
도 생성물로 전환될 수 있다는 특징이 있다. 따라서 Fe-HTFT는 GTL(H2/CO = 2.0-3.0) 및 ICL(H2/CO = 0.7-1.0)에 모두 적용할 수 있는 기술이라 할 수 있 다. HTFT에서는 반응가스를 기체 매질로 이용하여 촉매를 유동시키는 고정 유동층반응기가 가장 발전 된 형태의 반응기로 알려져 있으며, 기체 매질에 촉 매를 유동시켜야 하므로 왁스가 생성되지 않는 조건 에서 반응기를 운전하는 것이 매우 중요하다.
FT 합성반응을 통해 얻을 수 있는 일차 생성물 (syncrude로 표기)은 원유와 다르게 사이클로알칸, 방향족화합물의 함량이 매우 낮고 황화합물 및 질소 화합물이 포함되어 있지 않는 것이 특징이며 원유와 비교하여 표 2에 요약하였다.
Fe-HTFT는 syncrude 내 고가의 화학원료물질인 C3~C10 알켄의 함량이 높기 때문에, syncrude 내 화 학원료물질의 추출을 통해 초고부가를 창출해 낼 수 있는 기술이다. 반면, Fe-LTFT의 경우 syncrude 내
C5+ 탄화수소의 함량이 높기 때문에, 액체연료만을 선택적으로 생산할 수 있어서 에너지 안보 측면에서 매우 중요한 기술이라 할수 있다. 원유와 마찬가지 로 FT 합성반응을 통해 얻은 syncrude도 제품화하기 위해서는 업그레이드가 반드시 필요하다.
2. Fischer-Tropsch 합성반응용 촉매 관련 연구 현황
본 연구진은 FT 합성반응용 촉매 관련 연구 의 일환으로 신규 촉매제법 개발 또는 최적화, DFT(density functional theory) 기반의 원자단위 전산 모사, 촉매 반응 최적 활성화 조건 도출, 촉매활성종 규명 및 공정변수에 따른 촉매성능의 변화 등을 연 구하고 있으며 여러 가지 촉매 중에서 Fe계 촉매 연 구와 관련하여 소개하고자 한다.
DFT 기반 촉매의 원자단위 전산모사는 남아프리 카공화국의 Sasol사도 관심을 보이고 있는 분야로, FT 합성반응의 대표적 활성점인 χ-Fe5C2 표면에서 의 반응물/생성물 의 흡/탈착거동에 대한 원자단위 계산이 주류를 이루고 있다. 이에 본 연구진도 조촉 매인 K의 첨가효과 관련 DFT 전산모사 결과와 실제 실험결과를 비교하였다. K/Fe 비율이 조절된 K 담지 χ-Fe5C2 표면을 구현하여 반응물인 일산화탄소 분자 의 흡/탈착 거동을 계산하였다(그림 1).
K는 루이스 염기로 작용하여 자신의 전자를 촉 매 표면으로 제공하기 때문에 K 원자가 χ-Fe5C2 표
표 2. Fischer-Tropsch syncrude와 원유의 특징 비교
Compound Class GTFT Syncrude LTFT Syncrude Crude Oil
Alkanes ＞ 10% Major Product Major Product
Cyclo-Alkane ＜ 1% ＜ 1% Major Product
Alkenes Major Product ＞ 10% None
Aromatics 5-10% ＜ 1% None
Oxygenates 5-10% 5-15% ＜ 1% O (Heavy)
Sulfur Compounds None None 0.1-5% S
Nitrogen Compounds None None ＜ 1% N
Organometallics Carboxylates Carboxylates Phorphyrines
Water Major By-Product Major By-Product 0-2%
특 별 기 획 ( III )
면에 많으면 많을수록 CO 분자의 흡착에너지가 증 가하는 것으로 나타났다. 흡착에너지가 증가할수록 C와 O 원자사이의 거리는 증가하였고 CO분자의 흡 착에 K의 영향을 확인할 수 있었다. 이중에서 K/Fe 비율이 0.075 일 때 CO 분자 해리에 대한 에너지 장 벽(energy barrier, Eb)이 가장 낮았으며 반응 에너지 (reaction energy, ΔE) 역시 가장 낮았다. K/Fe 비율 에 따른 계산결과들을 표 3에 요약하였다.
DFT 전산모자 결과를 바탕으로 Fe염과 지지체인 탄소의 용융함침과 K 용액을 이용한 습식담지법을 통해서 K/와 Fe의 비율이 조절된 χ-Fe5C2/charcoal (Fe= 20 wt%) 형태의 촉매를 합성하였고 HTFT반응 에 적용하였다. 계산결과에서 예상한 바와 같이 조 촉매로 K를 담지한 형태의 촉매가 그렇지 않은 촉매
보다 우수한 촉매활성을 나타내었으며(그림 2a) 특 히, K/Fe=0.075 비율의 촉매는 95% 이상의 CO 전환 율과 가장 높은 탄화수소 생성 수득율을 보였다. (그 림2b) 반면, K/Fe= 0.1의 경우 가장 강한 CO 흡착 에 너지를 보임에도 불구하고 촉매활성은 감소하였다.
이는 표3의 계산결과에도 나와 있듯이 CO분자 해리 반응에 대한 반응에너지(ΔE)와 많은 양의 주위 K 원자에 의한 입체효과(Steric effect)로 인해 에너지 장 벽(Eb)이 상대적으로 K/Fe= 0.075보다 더 높기 때문 이며 전산모사를 통해 조촉매 K와 금속간의 비율에 따른 최적화된 촉매활성간의 상관관계에 대해 규명 하였다.
이외에도, 촉매 활성종 규명 및 최적 활성화 조건 도출은 FT 합성반응용 Fe계 촉매에서 특히 매우 중 요한 분야로, 활성종간의 성능비교, 활성화 전처리 에서의 공정변수 최적화 등에 대한 연구가 주류를 이루고 있다. FT 반응의 합성가스 공급을 위해 석탄 가스화를 이용하는 경우에 이산화탄소(CO2)의 생성 은 불가피 하며 중요한 공정변수로 작용할 수 있다.
따라서, Fe계 촉매의 FT 반응 활성에 대한 CO2의 영 향에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. 일반적으로 CO2는 Fe계 촉매를 이용한 FT 반응에서 불활성이거 나 약한 저해제로 작용하며 촉매에 대한 CO와 CO2
의 경쟁적인 흡착으로 인해 부정적으로 영향을 준 다고 알려져 있다. 그러나, 본 연구진은 침전법을 통 해 얻어진 Fe계 촉매(Fe/Cu/K/SiO2)를 활성화 하는 데 CO2의 비율이 다른 합성가스를 사용함으로써 Fe 계 촉매의 활성화과정에서 CO2가 상당한 영향을 끼 친다는 것을 밝혀내었다. 서로 다른 함량의 CO2가 포함된 합성가스(CO2 함량: 0~50%)를 이용하여 합성
그림 1. K/Fe비율이 조절된 K 담지 χ-Fe
5C
2표면의 CO분자의 흡 착 시뮬레이션 (검정: 탄소, 파랑: 철, 빨강: 산소, 보라: 칼 륨을 표현).
표 3. χ-Fe
5C
2표면의 CO 해리 반응에너지, 에너지장벽, CO간 거리, 흡착에너지 계산결과
K/Fe atomic ratio E
ad(eV) of CO d
C-O(Å) q
CO(Δe) E
b(eV) for CO dissociation ΔE(eV)
K-free -2.08 1.211 -0.86 1.74 -1.12
K/Fe = 0.025 -2.26 1.224 -0.96 1.64 -1.16
K/Fe = 0.050 -2.41 1.248 -1.09 1.53 -1.21
K/Fe = 0.075 -2.52 1.262 -1.19 1.40 -1.28
K/Fe = 0.100 -2.64 1.275 -1.38 1.48 -1.22
특 별 기 획 ( III )
된 촉매를 활성화한 결과, CO2가 포함되지 않은 합 성가스를 사용한 경우(0CO2)에는 FT 합성반응에 불 활성종인 벌크 탄소(bulk carbon)가 약 66%가 포함되 어 있다. 반면에 CO2가 포함된 합성가스를 활성화에 이용한 경우(20~50CO2)에는 벌크 탄소의 함량이 줄 어들며 FT 합성반응에 활성종인 철-카바이드 (iron carbide) 함량이 증가하였으며 이로 인해 철 계 촉매 의 활성종의 선택적인 형성에 CO2의 긍정적인 영향 을 확인하였다(표 4).
서로 다른 비율의 CO2가 포함된 합성가스를 이 용하여 활성화한 촉매는 촉매 내 활성종의 비율이
다르므로 FT 합성반응으로의 선택성 및 생산성에도 차이를 보였다. 합성가스 내 CO2의 함량이 높아질 수록 메탄 및 C2~C4 탄화수소의 생산성은 낮아졌으 나 C5 이상의 탄화수소의 생산성은 증가하였다. 특 히, C19 이상의 선택도에서 매우 큰 증가폭을 보였다 (그림 3).
공정변수에 따른 촉매성능의 변화는 FT 합성반응 용 촉매 관련 연구에 있어서 매우 중요한 분야이며, 본 연구를 통해 공급원료 내 CO2가 촉매 활성화 과 정에 미치는 영향과 이로 인한 FT 합성반응의 생산 성 및 선택도에 대한 상관관계를 규명할 수 있었다.
그림 2. K/Fe 비율에 따른 촉매활성 비교(a)와 탄화수소 생성 수득율 비교(b).
표 4. 서로 다른 CO
2함량을 포함하는 합성가스를 이용하여 활성화한 촉매의 TPH (temperature-programmed hydrogenation) 스펙트 럼을 통해 얻어낸 peak 온도와 상응하는 비율 비교
Sample name Surface carbons Iron carbide
Bulk carbons ε′-Carbide χ-Carbide
OCO
2Peak(°C) 400 488 636 709 839
Area(%) 7.77 6.32 19.6 48.0 18.3
20CO
2Peak(°C) 379 496 611 720 825
Area(%) 21.5 15.3 37.3 17.6 8.24
33CO
2Peak(°C) 385 497 613 707 798
Area(%) 33.4 18.2 26.8 12.2 9.43
50CO
2Peak(°C) 403 527 618 720 824
Area(%) 40.1 21.1 16.0 15.4 7.32
특 별 기 획 ( IV )
3. 결론
FT 합성반응은 석탄, 천연가스, 바이오매스가 스화 등으로부터 얻을 수 있는 합성가스를 탄화수 소 화합물로 전환시키는 기술로, 저부가 원료로부 터 고부가 화학원료물질 및 고급 액체연료를 생산 할 수 있는 매우 유망한 기술이다. C3~C10 알켄은 FT 합성반응을 통해 얻을 수 있는 대표적인 고부 가 화학원료물질이며, FT 액체연료는 황 및 질소
화합물이 포함되어 있지 않으며 사이클로알칸, 방 향족화합물의 함량이 매우 낮은 것이 특징이므로 원유와 다르게 오염물질 배출의 감축 가능성도 가 지고 있다. FT 합성반응은 그 반응온도에 따라서 LTFT와 HTFT로 구분할 수 있으며, 사용되는 촉 매에 따라 Co-LTFT, Fe-LTHT, Fe-HTFT의 3가 지로 구분할 수 있다. LTFT는 액체연료만을 선택 적으로 생산할 수 있는 기술로, 에너지 안보 측면 에서 매우 중요한 기술이며, HTFT는 화학원료물 질과 액체연료를 동시에 생산할 수 있기 때문에 경 제성 측면에서 유리한 기술이라 할 수 있다. FT 합 성반응용 Fe계 촉매 관련 연구는 DFT 기반 촉매 의 원자단위 전산모사, 촉매 반응 최적 활성화 조 건 도출, 촉매활성종 규명 및 공정변수에 따른 촉 매성능의 변화 등에 집중되어 있으며, 향후 연구에 서는 이러한 부분이 종합적으로 고려가 된 촉매개 발이 이루어져야 할 것이다.
그림 3. 활성화 과정 중 포함된 CO
2함량에 따른 FT 합성반응 탄 화수소 생산성 비교.
청정연료연구실 석유가스그룹은 화학공정 에너지 절감과 에너지원 생산에 필요한 고효율 공정 개발 및 실용화 연구를 수행하고 있다. 흡착, 흡수 및 증류 분 리기술에 기반을 둔 다양한 에너지 절감 공정들을 상 용화하였으며 주요 수행 과제를 아래에 소개한다.
1. 수분 흡착식 냉방 시스템
수분 흡착식 냉방기는 저온의 열원(60~80oC)을 활용하고 물을 냉매로 사용하는 환경 친화적인 냉 방 시스템으로서 전기 압축식 프레온 냉방기를 대
체하는 기술로서 개발되어 왔다. 두 개의 흡착탑과 증발기, 응축기로 구성되어 있으며, 증발기 안의 수 증기가 흡착탑으로 흡착되면서 물의 잠열에 의해 냉방효과를 발생시킨다. 동시에 다른 흡착탑에서는 흡착된 수증기가 저온 열원에 의해 탈착되어 응축 기를 거쳐 다시 증발기로 순환하게 됩니다. 두 개의 흡착탑이 사이클을 주기로 역할을 바꾸면서 흡착과 탈착 공정을 수행하면서 연속적으로 냉열을 발생시 킨다. 최근 상용 흡착제인 실리카겔을 대체하기 위 해 흡착 조건에서 높은 흡착량을 갖고 탈착 조건에
흡착, 흡수 및 증류 분리기술
김선형*
한국에너지기술연구원 청정연료연구실
[email protected]
특 별 기 획 ( IV )
서는 거의 0에 가까운 매우 낮은 흡착량을 갖는 동 적 흡착량이 높은 흡착제를 개발하였다. 신규 흡착 제를 이용하여 랩규모와 파일럿규모에서 실험을 수 행하고 있으며, 냉방 장치의 성능 및 효율을 크게 증진시키는 결과를 보였다. 다양한 조건에서의 성 능을 예측하기 위해 동적 공정 모사기를 구축하였 으며, 실험 결과와 비교 및 최적 운전 조건을 결정 하는데 사용될 수 있다.
2. 일산화탄소(CO) 흡착분리기술
일산화탄소((CO)를 생산하기 위한 원재료의 스 펙트럼이 넓어지고, 이에 따른 촉매 전환 및 열분 해 기술의 발전에 따라 일산화탄소 함유 분리계에 적절하게 사용할 수 있는 분리기술의 개발이 끊임 없이 이루어져 왔다. C1화학의 출발 물질인 일산화 탄소를 효율적으로 분리하기 위한 흡착제와 흡착
공정 기술 개발을 3년 6개월 전에 착수하였고, 개발 한 일산화탄소 선택성 흡착제는 일산화탄소 흡착 량, 분리혼합물에 포함되어 있는 불순물 대비 일산 화탄소의 선택도, 흡착 및 탈착 속도, 흡착제의 파 쇄강도(crushing strength), 그리고 산화 내구성 등과 같은 성능 및 안정성 인자 측면에서 아주 우수한 결 과를 나타내고 있으며, 이러한 성능을 가지는 성형 흡착제를 이용하여 공정스텝 구성과 시간 그리고 압력, 온도, 접촉 유량과 같은 변수 등에 대한 실험 연구를 거쳐 최적화된 연속식 일산화탄소 흡착분 리공정기술 개발을 완료하였다. 흡착공정실험연구 를 통하여 개발한 일산화탄소 선택성 흡착제 성능 과 흡착분리공정 성능은 선진국의 동일기술 대비 각각 25%와 50%의 향상된 것으로 확인되었다. 일 산화탄소의 벌크 분리와 회수뿐만 아니라 (극)미량 으로 존재하는 일산화탄소 성분 제거에 본 개발기
수분흡착식 냉방 공정도 물 증기-신규 흡착제 평형 곡선
CO 선택성 흡착제 BSU급 일산화탄소 흡착분리장치
특 별 기 획 ( IV )
술의 실용화 적용을 위하여 현재 기술이전의 전단 계로 현장실증을 위한 사전 점검 및 제반 준비를 진 행하고 있다. 또한 개발한 흡착제는 쉽고 간단하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 물리화학적 특 성을 지니고 있기 때문에 타 용도로의 활용 가능성 을 타진하고 있다.
3. SMB 기술
의사이동층(Simulated Moving Bed) 기술은 액체 혼합물 분리에 주로 사용된다. 본 연구실에서 개발 한 SMB용 밸브시스템은 기존에 주로 사용되는 로타 리 밸브시스템에 비하여 dead volume이 적고 운전이 용이하다. 이 밸브시스템을 활용하여 당과 지방산 의 반응으로 생성되는 당에스터를 미반응 당과 분리 하는 SMB 장치와 운전 기술을 개발하여 실용화하였 다. 원료 대비 용매 사용량은 약 2.5배이며 제품(당에 스터)의 순도는 98wt%이상이고 회수율은 95%이다.
그리고 반도체 제조공정에 사용되는 화합물 분리정 제를 위하여 12개의 칼럼으로 구성된 SMB 공정도 상용화하였고 SMB 장치를 연구원 창업기업을 통하 여 인도에 수출하였다. 본 연구실에서는 독자적으로 개발한 밸브시스템 및 SMB 장치를 이용하여 다양한
액체혼합물 분리를 시도하고 있다.
4. PSA를 이용한 PFCs 및 NF3적정 농축 기술
지구온난화에 대한 전 지구적인 공동 대응 노력 의 가시화에 따른 동참, OECD 국가로서의 의무 분 담 필요 및 국내 온실 가스 감축 목표제 및 배출권 거 래제에 대비한 기술 개발 필요성의 일환으로, 국내 주력 산업 중의 하나인 반도체 및 LCD 산업에서 널 리 사용되는 대표적인 Non-CO2 온실 가스 중의 하 나인, PFCs와 NF3를 처리하기 위한 기술 개발 과제 의 일환으로 개발되었다. 상기의 언급된 물질들의 온난화 지수가 6,500 ~ 23,900으로 매우 높아서 소량 배출 저감만으로 온실 가스 저감의 큰 효과를 거둘 수가 있게 된다. 하지만, 관련 업계에서는 낮은 분해 율에 대한 문제 해결과 함께 에너지 소비 과다 문제 점 (과다 운영비 문제 포함)과 NOx 규제 등의 환경 규제에 대응할 수 있는 기술을 개발을 요구하고 있 는 상황이다. 이에 본 연구에서는 과량 질소와 혼합 배출되는 PFCs 및 NF3 성분들을 적정 농축하여, 연 소 시 발생하는 과량 질소에 의한 과도한 에너지 소 비 문제와 NOx 발생 문제를 해결할 수 있는 PSA 기 반의 적정 농축 기술을 개발하였다.
