Recently, as CO$_2$ regulation gets much stricter due to global warming, CO$_2$ conversion has attracting much attention as one of the solutions to reduce CO$_2$ emissions. There are various options of CO$_2$ conversion such as dry reforming of methane, combined reforming and tri-reforming. Especially, Dry reforming of methane (DRM) is one of the promising CO$_2$ conversion reactions because one of its feed, natural gas, is cheap and the high CO$_2$ feed ratio (CH$_4$:CO$_2$=1:1) can lead to large CO$_2$ reduction effect comparing to other reforming. Also, produced H$_2$, CO syngas can be utilized for synthesizing chemical product. Although, DRM is promising CO$_2$ conversion reaction and has potential to achieve CO$_2$ reduction, CO$_2$ emission and economic analysis for industrial chemical product synthesis process starting from DRM has not been studied yet and we cannot know whether industrial chemical products synthesis with DRM is feasible or not. Therefore, in this thesis, design and analysis of chemical process based on DRM within the framework of CO$_2$ reduction and economic cost are focused.
Two chemical product synthesis processes are analyzed. Fischer-Tropsh process is referred for production of synthetic fuel such as diesel, gasoline, and LPG, and Monsanto process which is the conventional process of acetic acid production is referred for acetic acid. CO$_2$ emission and operating cost of two chemical process based on DRM are calculated with Aspen Plus simulator and reference, then, compared with refinery and conventional process each.
최근 지구온난화로 인한 이산화탄소 발생량 규제가 점점 엄격해지면서 이산화탄소 전환 기술은 이산화탄소 발생량을 줄일 수 있는 해결책들 중 하나로써 각광받는다. 건식 개질 반응, 복합 개질 반응, 삼중 개질 반응과 같이 여러 종류의 이산화탄소 전환 기술이 존재한다. 특히 건식 개질 반응은 공급물 중 하나인 천연가스의 가격이 저렴하고 높은 이산화탄소 소모 비율이 다른 개질 반응들보다 높아 여러 유망한 이산화탄소 전환 기술들 중 하나이다. 또한 생성된 수소, 이산화탄소 합성가스는 다른 화학 제품을 합성하는데 이용될 수 있다. 비록 건식 개질 반응이 유망한 이산화탄소 전환 기술이며 이산화탄소 저감 이룰 수 있는 잠재성을 가지고 있지만 실제로 건식 개질 반응을 통한 산업 화학 제품 합성 공정 전체의 이산화탄소 발생량 및 경제성 평가를 수행한 연구는 아직 전무하고 이에 건식 개질 반응을 통한 산업 화학 제품을 생산하는 것이 현실성이 있는지 판단할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 건식 개질 반응을 활용하는 화학 공정의 설계 및 분석을 이산화탄소 저감 및 경제성 평가의 관점에서 진행해보고자 했다.
총 두 가지의 화학 제품 생산 공정이 분석에 이용되었다. 먼저 디젤, 가솔린, LPG 등에 해당하는 합성 연료 생산 공정에서는 피셔 트롭시 공정을 참고했고, 아세트산 생산 공정에서는 현재 상용화 되어있는 몬산토 공정을 참고했다. 아스펜 플러스 시뮬레이터와 참고 문헌을 통해 건식 개질 반응으로부터 시작하는 두 화학 제품 생산 공정의 이산화탄소 발생량 및 생산 비용을 계산하고 각각 리파이너리, 상용화된 공정과 비교 수행하였다.
