화학 흡착법과 PSA 변압 흡착법의 비교
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1 기본 원리 비교 화학 흡수법: 촉매 조건 하에서 흡수 용액을 사용하여 산-염기 중화 반응을 이용해 메탄가스 내의 이산화탄소, 황화수소와 같은 산성 물질을 흡수하며, 동시에 물에 잘 녹는 암모니아와 같은 가스도 흡수할 수 있다.각종 불순물이 섞인 가스는 용액 자정 시스템과 가스 재생 시스템을 통해 불순물과 가스가 제거되어, 용액은 재사용됩니다.재생된 가스에는 이산화탄소가 95% 포함되어 있으며, 더욱 정제하여 제품으로 판매할 수 있습니다.이 방법은 생산에 필요한 증기를 만들기 위해 약 5%의 바이오가스가 소모됩니다.PSA 변압흡착법: 이 방법은 가스를 흡착층을 통과시켜, 흡착제가 서로 다른 가스를 다르게 흡착하는 성질을 이용하여 혼합 가스 중의 한 가지(또는 여러 가지) 가스의 대부분을 흡착층에 흡착시키고 소량만이 유출되도록 합니다；혼합 가스 중의 다른 한 가지(또는 여러 가지) 기체의 대부분은 배출되고, 소량만이 층에 흡착됩니다；이를 통해 배기 가스의 농도를 높이는 목적을 달성할 수 있다.이 방법은 분리해야 할 목표 가스의 각 성분들이 흡착제에 의해 흡착되는 능력이 크게 다른 경우에 적합하다.이는 분리되는 물질의 각 성분들의 분자량, 분자 크기와 같은 특성들의 차이에 달려 있습니다. 차이가 클수록 분리가 더 용이해지며, 분리 비용도 낮아지고 수율도 높아집니다.반대로 차이가 작을수록 분리가 더 어려워지며, 분리 비용도 높아지고 수율도 낮아집니다.
2 선택적 비교 화학 흡수법: 화학 흡수법은 이산화탄소와 메탄의 분리에 있어 선택성이 매우 높으며, 용액은 이산화탄소와 같은 산성 가스와는 빠르게 반응하지만 메탄과는 반응하지 않는다.바이오가스를 정제하는 동시에, 다른 여러 가지 산성 물질들도 함께 제거되기를 기대합니다.따라서 화학 흡착법은 바이오가스에서 메탄을 정제하는 공정에 특히 적합합니다. PSA 변압 흡착법: 원리를 살펴보면, 흡착제의 기체에 대한 선택성은 수소, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 기체 분자의 특성에 달려 있습니다. 이러한 기체들을 분리할 때 선택성이 매우 뛰어나고, 수율도 높으며, 소모되는 양도 적습니다. 이것이 바로 현재 PSA 변압 흡착법이 수소 생산, 수소가스, 반수소가스, 코크스 가스의 분리 및 정제 분야에서 널리 활용되는 이유입니다.하지만 이산화탄소와 메탄의 분리의 경우, 흡착제가 이 두 가스를 흡착하는 능력이 매우 비슷하기 때문에, 사실상 변압흡착 산업에서는 경제적으로 분리하기 어려운 두 물질로 여겨집니다.흡착제가 이 두 가지 기체에 대한 선택성이 낮기 때문입니다
3. 수율 비교 화학 흡수법: 화학 흡수법은 이산화탄소와 메탄의 분리에 있어 선택성이 매우 높으며, 용액은 이산화탄소와 같은 산성 가스와는 빠르게 반응하지만 메탄과는 거의 반응하지 않는다.이것이 높은 수율을 결정합니다.메탄은 거의 전부 회수됩니다. PSA 변압 흡착법: 원리를 살펴보면, 흡착제의 가스에 대한 선택성은 가스 분자의 특성에 달려 있습니다. 이산화탄소와 메탄을 분리할 경우, 두 가스에 대한 흡착제의 흡착 능력이 매우 비슷하기 때문에, 농도를 높이려면 수율을 크게 낮춰야 하는 단점이 있습니다.현재의 기술로는 제품 내 메탄 농도를 95%까지 높이려면 수율이 50% 미만이 됩니다.
4 제품 농도 비교 화학 흡수법: 화학 흡수법은 용액 표면의 증기 분압을 기준으로 가스의 배출 농도를 결정합니다.따라서 용액을 재생할 때 용액 내의 이산화탄소 잔류량을 적절히 조절하면, 흡수 과정에서 용액 표면의 이산화탄소 증기 분압을 조절함으로써 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다.메탄가스에 질소, 산소와 같은 불활성 기체가 없다면, 메탄의 농도를 99% 이상으로 만들 수 있다. PSA 변압 흡착법: 앞서 설명했듯이, 이산화탄소와 메탄을 분리할 때는 흡착제가 이 두 가스를 흡착하는 능력이 매우 비슷하기 때문에, 농도를 높이려면 수율을 크게 낮춰야 하는 단점이 있습니다.현재의 기술로는 제품 중 메탄 농도를 95%까지 높이려면 수율이 50% 미만이 됩니다.98% 이상을 달성하려면 현재 기술로는 거의 불가능합니다.
5. 소비량 비교 (두 방법 모두 20MPa 95%의 액화천연가스로 제조된다고 가정할 때)
화학흡착법: 화학흡착법의 공장 내 에너지 소비는 주로 압축에 필요한 전력, 순환펌프에 필요한 전력, 소량의 보충수 사용량, 그리고 증기 소비량으로 구성됩니다.
PSA 변압흡착법: PSA 변압흡착법의 공장 내 에너지 소비도 마찬가지로 압축에 필요한 전력, 프로그램 가능한 밸브에 필요한 전력, 소량의 보충수 사용량으로 구성됩니다.
언뜻 보면 PSA 변압흡착법은 증기를 사용하지 않는 것처럼 보이지만, 실제로는 화학흡착법에서 필요한 증기 양을 충당하기 위해 메탄가스의 수율을 5% 줄이면 충분합니다.이렇게 하면 메탄의 수율은 94~95%로 계산될 수 있지만, PSA 변압흡착법의 경우 수율은 약 45%에 불과합니다. 가스 수율의 차이로 인해, 동일한 부피의 압축천연가스를 생산할 때 필요한 전력 소비량은 크게 다릅니다. PSA 변압흡착법의 경우 화학흡착법과 동일한 양의 가스를 생산하려면 2~3배 더 많은 가스를 압축해야 하며, 대량의 폐가스가 발생합니다. 투자 측면에서 볼 때, 동일한 규모의 투자일 경우 화학 흡착법은 PSA 변압 흡착법의 3분의 1에도 미치지 못합니다. 두 방법의 에너지 소비를 종합적으로 비교하면, 화학 흡착법은 PSA 변압 흡착법의 5분의 1에서 3분의 1에 해당한다.
화학흡착법: 화학흡착법의 공장 내 에너지 소비는 주로 압축에 필요한 전력, 순환펌프에 필요한 전력, 소량의 보충수 사용량, 그리고 증기 소비량으로 구성됩니다.
PSA 변압흡착법: PSA 변압흡착법의 공장 내 에너지 소비도 마찬가지로 압축에 필요한 전력, 프로그램 가능한 밸브에 필요한 전력, 소량의 보충수 사용량으로 구성됩니다.
언뜻 보면 PSA 변압흡착법은 증기를 사용하지 않는 것처럼 보이지만, 실제로는 화학흡착법에서 필요한 증기 양을 충당하기 위해 메탄가스의 수율을 5% 줄이면 충분합니다.이렇게 하면 메탄의 수율은 94~95%로 계산될 수 있지만, PSA 변압흡착법의 경우 수율은 약 45%에 불과합니다. 가스 수율의 차이로 인해, 동일한 부피의 압축천연가스를 생산할 때 필요한 전력 소비량은 크게 다릅니다. PSA 변압흡착법의 경우 화학흡착법과 동일한 양의 가스를 생산하려면 2~3배 더 많은 가스를 압축해야 하며, 대량의 폐가스가 발생합니다. 투자 측면에서 볼 때, 동일한 규모의 투자일 경우 화학 흡착법은 PSA 변압 흡착법의 3분의 1에도 미치지 못합니다. 두 방법의 에너지 소비를 종합적으로 비교하면, 화학 흡착법은 PSA 변압 흡착법의 5분의 1에서 3분의 1에 해당한다.
6 원료의 종합적 활용도 화학 흡수법: 앞서 설명한 바와 같이, 화학 흡수법은 이산화탄소와 메탄을 분리할 때 매우 높은 선택성을 가지고 있기 때문에 메탄의 회수율이 높습니다. 또한 재생된 가스에는 메탄이 포함되어 있지 않으며, 이산화탄소의 순도도 높아서 추가적인 가공이 가능합니다. 따라서 이를 정제된 이산화탄소 제품으로 가공하여 판매할 수 있습니다.이와 같이 화학 흡착 분리법을 이용해 바이오가스를 정제하면 원료 가스를 거의 모두 활용할 수 있다. PSA 변압 흡착법: 이산화탄소와 메탄의 분리에 있어서, 흡착제가 이 두 가스를 흡착하는 능력이 매우 유사하기 때문에 농도를 높이려면 수율을 크게 낮춰야 하는 단점이 있습니다.앞서 언급했듯이, 제품 가스의 메탄 농도를 95%로 만들려면 그 수율은 이미 50% 미만이 됩니다.98% 이상을 달성하려면 현재 기술로는 거의 불가능합니다.이런 경우, 메탄 함량이 95%인 병입 천연가스를 생산하려면 원료 가스의 총 부피 중 75%가 폐가스로 배출되며, 이 배출된 가스에는 다량의 메탄이 포함되어 있어 이산화탄소의 순도도 낮아져 회수 가치가 없습니다.따라서 메탄과 이산화탄소를 분리하는 과정에서는 PSA 변압흡착법을 사용하는 것이 적절하지 않습니다. 왜냐하면 이 방법은 에너지 소비가 많고 수율이 낮으며, 제품의 품질도 낮고 활용률도 떨어지기 때문입니다.