Characteristics of Fluidized Bed Type Gasification of Kideco Coal

키데코탄의 유동층 가스화 반응 특성

  • 배달희 (한국에너지기술연구원) ;
  • 조성호 (한국에너지기술연구원) ;
  • 선도원 (한국에너지기술연구원) ;
  • 문영섭 (한솔이엠이주식회사 환경연구소)
  • Published : 2007.02.28

Abstract

Coal pyrolysis processes vary with the origin and rank of coal. It is difficult to generalize the characteristics of coal pyrolysis reaction because the process consists of numerous reactions including pyrolysis, gasification, and combustion. To find out the optimum process condition it is necessary to determine the condition fur each coal from the smatter scale experiment. In this study pressurized ($2kg_{f}/cm^{2}$) fluidized bed, low temperature ($735{\sim}831^{\circ}C$) gasification using Kideco coal was performed. The reaction condition and product gas composition were determined from the variables including steam flow rate, coal feed rate and air flow rate. Optimum reaction condition was determined from the concentrations of $H_{2}$, and CO in the product gas. The ratio of air/coal was 4.45 and that of steam/coal was 0.21 respectively. The concentrations of CO and $H_{2}$ decreased with the increase of $CO_{2}$. It is important to control the feed rates of coal and steam because the reaction temperature rapidly increased when the combustion reaction dominates over the gasification reaction. The concentrations of CO and $H_{2}$ were 18%, 17% respectively from the continuous operating condition.

석탄 열분해 공정은 석탄의 종류와 산지에 따른 변화가 커서 반응특성을 석탄의 모든 종류에 일반화시키기는 어려우며, 열분해, 가스화 및 연소현상이 동시에 발생하므로 석탄의 종류에 따라 운전조건을 변화시켜 실험장치로부터 최적의 반응 조건을 찾는 것이 중요하다. 본 연구에서는 키데코탄을 대상으로 압력 $2kg_{f}/cm^{2}$ 온도 $735{\sim}831^{\circ}C$의 가압유동층 반응기에서 가스화 반응을 수행하였으며 스팀공급량, 석탄공급량, 공기공급량 등 실험 변수에 따른 가스화 반응의 변화를 관찰하였다. 또한 여러 실험변수들의 변화에 따른 생성가스 성분의 변화를 정량적으로 분석하고, 생성가스 중 $H_{2}$와 CO의 농도를 기준으로 최적의 반응 조건을 결정하였다. 본 실험에서의 최적의 반응 조건은 공기/석탄 비 4.45, 스팀/석탄 비 0.21이었다. 가스화 반응보다 연소반응이 활발하게 일어나면 반응온도가 급격히 증가하므로 안정적인 가스화를 위하여 석탄과 스팀의 주입속도 조절이 매우 중요하였다. 연속운전을 위한 안정적인 운전조건에서 생산되는 발생가스의 CO의 농도는 약 18%, $H_{2}$의 농도는 약 17%였다.

Keywords

References

  1. 이창근 외. '가스화복합기술연구회 활동보고서', 산업자원부, 2005
  2. 선도원 외. '순환유동층연소 및 배연조절기술개발', 연구보고서, 한국에너지기술연구소, 2000
  3. 水谷弘. '石炭 ガス化 複合 發電 燃料協會紙', 1983, 62, 803
  4. Wen, C.Y.; Bailie, R.C.; Lin, C.Y.; O'brein, W.S. 'Coal gasification' adv. in Chemistry series 131, Ame. Chem. Socie., Washington, 1974, 9
  5. Nowacki, P. 'Coal gasification process', Noyes Data Corporation, New Jersey, USA, 1981, 194
  6. 박태준. '석탄 가스화 기술의 기초연구 및 공정선정', 동력자원부, 89-E101-103FG, 1990, 26
  7. Suuberg, E.M.; Peters, W.A.; Howard, J.B. 'Product composition and kinetics of lignite pyrolysis, Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., 1978, 17, 34
  8. Dutta, S.; Wen, C.Y.; Belt, R.J. 'Reactivity of coal and Char. 1. in Carbon dioxide atmosphere, Ind. Eng. Chem, Process Des, Dev., 1977, 16, 20 https://doi.org/10.1021/i260061a004
  9. Gavalas, G.R. 'A random capillary model with application to char gasification at chemically controlled rate', AIChE J., 1980, 26, 557
  10. Adshiri, T.; Furusawa, T. 'Relation between $CO_2$ reactivity of coal char and BET surface area', Fuel, 1986, 65, 927 https://doi.org/10.1016/0016-2361(86)90200-0
  11. Tseng, H.P.; Edgar, T.F. 'The change of the physical properties of coal char during reaction', Fuel, 1989, 68, 114 https://doi.org/10.1016/0016-2361(89)90022-7