고온 고체 처리 공정의 에너지 원단위 평가 방법 - 연속 공정의 에너지 절감 설계

Abstract

고온 처리 공정 혹은 고온 금속 야금법은 원광 내 금속 성분을 고온 상태에서 추출하는 방법 중 하나이다. 고온 처리 공정은 대량 생산과 승온으로 많은 에너지를 소비하기 때문에 효율적인 운전을 위해 에너지 분석과 관리가 필수적이다. 일반적으로 단순화된 0차원 모형의 열 물질 정산을 기초로 에너지 감사 절차가 수행된다. 0차원 모형은 단순하나 효과적인 분석 결과를 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만 0차원 모형은 완전 혼합 상태, 완전 평형 상태로 가정하고, 반응기 성능을 고려하지 않고 단순화하기 때문에 제한점들이 있다. 이는 공정 에너지 평가에서 해석과 이해에 혼동을 줄 수 있다. 본 연구에서는 공정의 효율적인 에너지 분석을 수행하기 위해 에너지 감사 절차를 제안하였다. 에너지 사용량이 많고 고체의 고온 공정 중 하나인 니켈 제련 공정을 예로 들어 에너지 감사 절차를 적용하였다. 단위 공정의 에너지 사용량은 단순화된 0차원 모형의 열 물질 정산을 이용하여 계산되었다. 전 공정의 에너지 사용량은 단위 공정의 에너지 사용량의 합으로 표현하였다. 공정들의 에너지 비교를 통해 에너지 적정성을 판단하였으며, 이를 위해 투입 물질량 기준 에너지, 생산품 기준 에너지, 에너지 소모율과 같은 비교 기준 지표를 이용하였다. 실 산업에서 적용되는 에너지 절감 방법은 매우 다양하기 때문에 에너지 및 엑서지 분석을 통해 에너지 절감 계획을 검토할 수 있었다. 공정에서 에너지 절감은 에너지 및 엑서지 분석으로부터 도출된 에너지 절감 계획을 통해 가능하였다. 0차원 모형의 열 물질 정산으로 정확히 에너지를 계산하는 것은 제한적이지만, 에너지 절감의 경향성을 측정하는데는 단순 계산으로도 충분하였다. 따라서 에너지 사용량은 기본적인 열역학적 원리를 이용하여 양적으로 계산될 수 있었다. 또한, 공정의 에너지 평가는 제시된 에너지 감사 절차와 지표들을 이용하여 공정들의 에너지 비교로 수행할 수 있었다. 본 연구를 통해 일반적인 고체 물질의 고온 처리공정에서 에너지 효율성 판단에 도움이 될 것으로 기대한다.