산성가스 처리를 위한 흡수탑의 설계에 있어 탑 내부로 투입되는 가스의 분산성 향상은 흡수탑에서 산성가스의 제거율 향상 및 탑의 높이를 낮출 수 있으므로 전체 공정의 투자비를 저감할 수 있는 매우 중요한 연구 분야이다. 특히 최근 온실가스 저감의 한 방안으로 국내외에서 활발하게 개발 중인 습식 이산화탄소 포집기술의 경우 대규모 산성가스 처리가 요구됨에 따라 흡수탑 내 가스 분산성을 향상시킬 수 있는 연구의 필요성이 더욱 증대되고 있다. 본 연구에서는 관련하여 현재 한국중부발전 보령화력본부에 설치된 10MW급 연소 후 습식 이산화탄소 포집플랜트 기본설계 자료를 바탕으로 배가스 투입 시 흡수탑 내 가스의 분산성을 향상시킬 수 있는 다양한 방안을 도출하고 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 활용하여 각각의 경우에 있어서 분산성에 대한 효과를 분석하였다. 가스 분산성 향상을 위해 본 연구에서 도출된 3가지 방안(splash plate, 나선형 가스라인 및 U-tube 적용)에 대한 정량적 정성적 분석결과 흡수탑 내부에 계단형 U-tube를 설치하는 경우 탑 내부에 아무런 분산장치가 없는 경우 대비 흡수탑 내 가스의 분산성이 약 30% 증가되는 반면 분산장치 설치에 따른 차압의 증가는 기존 대비 10% 수준으로 크지 않아서 가스 분산성 향상을 위한 우수한 방안으로 평가되었다.
Regarding the design of the gas sweetening absorber, the gas distribution analysis for the increase of the sour gas removal and reduction of the tower height is very important research topics. Recently, regarding the $CO_2$ capture technology which is a promising option for the reduction of the greenhouse gas (GHG), the need for the gas distribution improvement is increased as the gas treating capacity increases. In this paper, we have investigated the sour gas distribution in the absorber using CFD (Computational Fluid Dynamics) based on 10 MW post-combustion $CO_2$ capture plant installed in Boryeong power station, Korea Midland Power company. For this purpose, we suggested the three possible technology options (splash plate, spiral gas line and U-tube) for the gas distribution enhancement and compared the effect of the each cases. The result showed that the U-tube installed in the absorber increase the gas distribution about 30% compared to the base case, while the delta P increasement was about 10%. From these results, it was found that the U-tube installation is an effective technology option for the gas distribution enhancement in the gas sweetening absorber.
