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Title Page 2

Contents 6

ABSTRACT 8

요약 10

CHAPTER 1. INTRODUCTION AND BACKGROUND 14

1.1. Current Scenario 14

1.2. Decarbonization 16

1.3. Decarbonization Method 18

1.4. Importance of Decarbonization in Petrochemical Industry 20

1.5. Naphtha Cracking Center 21

1.6. Carbon Capture 22

1.7. Objectives 24

CHAPTER 2. METHODOLOGY 25

2.1. Preface 25

2.2. Methodology Flow Chart 26

2.3. Process Design and Analysis 27

2.3.1. Base Case Design 28

2.3.2. Case 2 30

2.3.3. Case 3 32

2.4. Process Simulation 34

2.5. Process Description 35

2.5.1. Naphtha Cracking Center 35

2.5.2. Carbon Capture 40

2.5.3. Steam Reforming Unit 42

2.5.4. Methanol 45

2.6. Techno-Economic Analysis (TEA) 47

2.7. Life-Cycle Assessment (LCA) 48

2.8. CO₂ Avoidance Cost 49

CHAPTER 3. RESULT AND DISCUSSION 50

3.1. Preface 50

3.2. Process Simulations Results 50

3.3. Techno-Economic Analysis (TEA) Results 52

3.4. Life-Cycle Assessment (LCA) Results 54

3.5. CO₂ Avoidance Cost Results 56

CHAPTER 4. CONCLUSIONS 58

REFERENCES 60

List of Tables 13

Table 1. Naphtha cracking plant data 37

Table 2. The composition of the cracked gas as the output of the naphtha cracker furnace 39

Table 3. Major material and energy balance in naphtha cracking plant 51

Table 4. Additional CAPEX and OPEX in the decarbonization of naphtha cracking plant 53

Table 5. The Results of CO₂ Avoidance Cost 57

List of Figures 12

Figure 1. Average Global Temperature. 15

Figure 2. Annual Carbon Dioxide Emissions from Fossil Fuels and Industry 17

Figure 3. Methodology Flow Chart 26

Figure 4. Block Diagram of Naphtha Cracking Center 29

Figure 5. Block Diagram of Case 2 31

Figure 6. Block Diagram of Case 3 33

Figure 7. Process flowsheets of conventional naphtha cracking plant 38

Figure 8. Process Flowsheet of Carbon Capture 41

Figure 9. Process Flowsheet of Steam Methane Reforming 44

Figure 10. Process Flowsheet of Methanol Production 46

Figure 11. Global Warming Potential with Respect to Base Case 55

초록보기

 기후 변화의 결과가 환경, 사회 및 경제를 포함한 우리 생활의 여러 다양한 측면에 영향을 미치면서 기후 변화는 최근 주요 관심사가 되었습니다. 이 현상의 주요 요인은 온실 효과를 높이는 데 중요한 이산화탄소(CO₂) 배출입니다. 유엔의 파리 기후 협정은 지구 온난화를 1.5 ~ 2℃로 제한하는 전례 없는 조치를 요구합니다. 기후 변화에 대처하기 위한 전 세계적인 이니셔티브에 대응하여 화학 부문은 탈탄소화를 달성하기 위한 혁신적인 접근 방식을 모색하고 있습니다. 에너지 효율, 열의 전기화, 수소 및 탄소 포집 기술 사용을 포함하여 기후 변화에 대처하기 위한 탈탄소화 전략에는 몇 가지가 있습니다. 이 연구의 주요 목표는 공정 효율성, 경제성 및 환경영향을 고려하여 나프타 크래킹 센터에 적용할 수 있는 기존의 탈탄소화 전략을 종합적으로 검토하는 것입니다. 세 가지 사례 연구가 제안되었습니다. 기본 사례는 메탄이 에틸렌 생산의 연료로 사용되는 기본 나프타 크래킹 시나리오를 포함했습니다. 두 번째 사례는 용광로에 탄소 포집 기술을 추가하여 포집된 CO₂를 메탄올 생산에 사용할 수 있도록 나프타 크래킹에 중점을 두었습니다. 세 번째 사례는 나프타 크래킹 프로세스에 스팀 메탄 개질(SMR)과 탄소 포집을 모두 통합하여 이를 확장했으며 포집된 CO₂는 메탄올 생산에도 사용됩니다. 나프타 크래킹 센터, 탄소 포집 기술, 스팀 메탄 개질 및 메탄올 장치를 포함한 전체 프로세스는 아스펜 플러스 및 아스펜 HYSYS 소프트웨어를 사용하여 시뮬레이션됩니다. 나프타 크래킹 센터는 연간 1,000,000 톤의 에틸렌을 생산하도록 설계되었습니다. 시뮬레이션에서 얻은 재료 및 에너지 균형은 이후 기술 경제 분석 및 수명 주기 평가를 통한 포괄적인 통찰력에 사용되었습니다. 기술 경제 분석에는 이나프타 크래킹 센터를 운영하는 데 필요한 자본 지출(CAPEX) 및 운영 지출(OPEX)의 추정이 포함됩니다. 반면에 수명 주기 평가는 시스템 경계 내에서 나프타 분해 센터의 환경영향을 평가하는 데 사용됩니다. 결과는 case 3 이 나프타 분해 센터에 포함된 많은 공정으로 인해 가장 높은 자본 및 운영 비용을 가지고 있음을 보여줍니다. 수명 주기 분석은 그런 다음 지구 온난화 잠재력(GWP)을 평가하기 위해 통합됩니다. GWP 결과는 Case 2 의 경우 탄소 포집 및 메탄올 공정만 사용하는 경우가 스팀 메탄 개질, 탄소 포집 및 메탄올 공정을 사용한 Case 3에 비해 더 친환경적임을 보여줍니다. 마지막으로 CO₂ 회피 비용은 기존 나프타 분해 센터에 비해 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있는 광범위한 공정의 비용 효율성을 평가하기 위해 계산됩니다.

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