Linz-Donawitz Gas로부터 일산화탄소 분리를 위한 흡수 공정의 모사 및 기술경제성 평가

Abstract

LDG(Linz-Donawitz Gas) has been used as an heat energy source in steel plant. In this study, we modeled and simulated CO separation process from LDG and CO2 capture by using COSORB process, considering that the necessity of separate discharge is increased due to environmental regulation. Based on the result, we conducted a techno-economic assessment(TEA) to check whether the process is economically feasible. Process models are formulated mathematically in gPROMS ProcessBuilder and ASPEN Plus softwares. As a result of the assessment, the sales revenue of the product can be obtained as 42.905 million dollars per year, but the total production cost(TPC) is 56.303 million dollars per year. Operating conditions of pretreatment for the COSORB operation are very severe, so 87.7% of the total investment cost (TIC) should be invested in the pretreatment process. The toluene solvent used in the COSORB process is very expensive and the loss ratio is about to 1%, which accounts for about 34% of the production cost. The result of the plot of sensitivity (PoS) based on LDG price, toluene loss rate, and cost of pretreatment process shows that eliminate the pretreatment process or 90% reduce of the loss of toluene make the process economical. This show that there is a possibility that economical efficiency can be obtained when operating a small-scale process which contains very small amount of impurities or uses a small amount of toluene solvent.

제철소에서 생산되는 LDG 가스는 CO가 60%, CO2가 20% 수준으로 유용한 에너지로 사용되어 왔다. 본 연구에서는 환경 규제의 영향으로 분리 배출의 필요성이 커지게 되었음을 고려, COSORB 공정을 활용하여 LDG 중 CO 가스를 분리하고 CO2를 포집하여 배출하는 공정을 모델링 및 모사하였다. 또한, 이 결과물을 바탕으로 기술경제성평가를 수행하여 본 공정이 경제적인 의미가 있는지 확인하였다. 프로세스 모델은 gPROMS와 ASPEN Plus를 기반으로 수학적으로 도출되었다. 계산 결과 상품 판매 이익은 연간 42.905백만 달러를 얻을 수 있으나, 총생산비는 연간 56.303백만 달러가 발생하여 경제성이 없는 것으로 나타났다. 이는 COSORB 공정 운전을 위한 불순물 정제 조건이 매우 가혹하여 전처리 공정에만 총투자비의 87.7%를 투자해야 한다는 점, COSORB 공정에 쓰이는 톨루엔 용매가 매우 비싸고 그 손실율 역시 1% 수준으로 생산비의 약 34%를 차지한다는 점이 경제성 악화요소로 작용하였다. LDG 가격, 톨루엔 유실비율, 전처리 공정의 비용을 변수로 두고 진행한 PoS(plot of sensitivity) 분석에서, 전처리 공정이 필요 없는 수준이 되거나, 톨루엔의 유실이 현존 대비 90% 이상 크게 저감할 수 있을 때 경제성이 확보됨을 확인하였다. 이는, 불순물이 매우 적은 가스를 대상으로 하거나, 톨루엔 유실이 적은 소규모의 공정을 운전할 때 경제성이 확보될 가능성이 있음을 시사하는 바이다.