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A Trend of Producing Technologies of the Ashless Hyper Coal as a Clean Energy Source

청정 에너지원 하이퍼 콜의 제조 기술 동향

  • 김성호 (ReSEAT 전문연구위원 KISTI, 한밭대 에너지청정기술연구소) ;
  • 이충곤 (한밭대학교 화학생명공학과)
  • Received : 2012.09.20
  • Accepted : 2012.12.01
  • Published : 2012.12.31

Abstract

Currently, there are the technologically urgent needs of fabricating the hyper coal (HC) based on the approach to extracting mainly effective organics from low rank coals (LRCs), because some industrial countries pursue global sustainability dealing with hot issues such as local energy supply security as well as global warming. In this study, as of the fabrication of clean HCs via LRCs upgrading, we comprehensively review the R&D status of two solvent extraction technologies, namely, Ohm heating (OH) and microwave irradiation (MI) extraction processes on the basis of the performance indicator such as a HC extraction yield.

우리는 지속가능성을 우선시하는 메카트렌드 시대에 살면서 고유가 영향으로 고품위급 석탄에 비해 상대적으로 자원이 풍부하면서 가격이 저렴한 저품위 석탄 자원의 에너지 청정화 기술(예: 유효 성분추출 기술, 회 성분 제거 기술) 개발이 필요하게 되었다. 이를 실현하기 위해 유효 성분 추출 접근법에 바탕을 둔 청정 석탄인 하이퍼 콜(HC: hyper coal)의 제조 기술에 대한 니즈가 몇몇 국가들을 중심으로 점차로 확산되고 있다. 이러한 이유는 HC 활용으로 온실가스 배출량 감축, 에너지 효율 제고 등과 같은 효과를 얻어 지속가능한 사회를 실현할 수 있기 때문이다. 이러한 니즈를 바탕으로 여기서는 HC에 중점을 두면서 HC 제조 기술과 관련하여 국내외 HC의 연구 개발 동향을 소개하고자 한다. 더 구체적으로 말해, HC를 제조하는 방법으로 용매 추출 기술 가운데 옴 가열(OH) 추출 방법 및 마이크로웨이브 조사(MI) 추출 방법 등의 개발 현황을 문헌 조사를 통해 살펴보고자 한다. 이들 기술의 검토 결과에 따르면, HC 제조에서 MI 추출 방법의 장점을 살린 용매 추출 공정 기술이 매우 경제적이고 대규모 제조에 적합한 것으로 파악되었다. 향후에는 이 추출법을 포함하는 파일럿 공정, 더 나아가 상업용 제조 공정 개발이 필요하다.

Keywords

References

  1. [Giddey 2012] S Giddey et al. (2012): A comprehensive review of direct carbon fuel cell technology. Progress in Energy and Combustion Science 38, 360-399, 2012. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2012.01.003
  2. [Cao 2007] D Cao et al. (2007): Direct carbon fuel cell - Fundamentals and recent developments. Journal of Power Sources 167, 250-257, 2007. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2007.02.034
  3. [Topper 2010] J Topper (2010): International perspective on sustainable use of low rank coals. IEA Clean Coal Centre (www.iea-coal.org.uk), International Symposium on Low Rank Coal, Melbourne, 26-30 Apr 2010.
  4. [Jorjani 2011] E Jorjani et al. (2011): Ultra clean coal production by microwave irradiation pretreatment and sequential leaching with HF followed by HNO3. Fuel Processing Technology 92(10), 1898-1904, Oct 2011. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2011.05.008
  5. [김 2011] 김성호 (2011): 직접탄소연료전지(DCFC)용 초청정석탄의 제조. 연구 보고서, (주)시스테미아지앤이, SYS-TR-2011-08, 대전, 2011년 7월.
  6. [JCOAL 2007] JCOAL (2007): Clean coal technologies in Japan - Technology Innovation in the Coal Industry. JCOAL (Japan Coal Energy Center), Jan 2007.
  7. [Li 2004] C Li(이춘계) (2004): Studies on Thermal Extraction with Organic Solvent for Aashless Coal Production. NEDO.
  8. Akiyama 201107] K Akiyama (201107): Study on Development of Ecological and Highly Efficient Combustion Technology for Upgraded Brown Coal (UBC). Thesis, Nagoya University, Japan, Jul 2011
  9. [Hao 2012] LF Hao et al. (2012): Modification performance of Hypercoal as an additive on co-carbonization of coal, Journal of Fuel Chemistry and Technology, Volume 40, Issue 9, pp.1025-1030, Sep 2012. https://doi.org/10.1016/S1872-5813(12)60037-1
  10. [이-김 2008] 이시훈, 김상도 (2008): 저등급 석탄으로 부터 초청정석탄 제조 기술. Korean Chemical Engineering Research 46(3), 443-450, Jun 2008.
  11. [Deshmukh 2005] YV Deshmukh (2005): Industrial Heating - Principles, Techniques, Materials, Applications, and Design. CRC Press, 2005.
  12. [박영증 2002] 박영증 (2002): 석탄회로부터 마이크로파 열원을 이용한 고순도 알루미나 분체의 합성. 석사학위 논문, 부산대학교, 2002.
  13. [Collins 2002] MJ Collins (2002): Ch.1 Introduction to microwave chemistry. pp.11-27, in B Hayes(ed): Microwave Synthesis - Chemistry at the Speed of Light, 2002.
  14. [오상원 2011] 오상원 (2011): 마이크로파 처리에 의한 소각 비산재의 중금속 거동 및 특성 변화. 석사학위 논문, 건국대학교, 2011.
  15. [윤영길 2010] 윤영길 (2010): 석탄회로부터 제올라이트 4A의 마이크로파 합성. 석사 학위 논문, 충남대학교, 2010.
  16. [Tahmasebi 201110] A Tahmasebi et al. (201110): Experimental study on microwave drying of Chinese and Indonesian low-rank coals. Fuel Processing Technology 92(10), 1821-1829, Oct 2011. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2011.04.004
  17. [Yoshiie 2012] R Yoshiie et al. (2012): Mercury separation from fuel constituents in an ash-free coal manufacturing process. Fuel 102, 26-31, Dec 2012. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.024
  18. [최호경 2012] 최호경 외 (2012): 무회분 석탄 생산을 위한 온순조건 용매추출 공정의 경제성 분석. Korean Chemical Engineering Research(=화학공학) 50(3), 449-454, 2012. https://doi.org/10.9713/kcer.2012.50.3.449
  19. [박우식 2010] 박우식 (2010): 초청정 석탄의 제조와 TGA에 의한 연소특성 해석. 석사 학위 논문, 한양 대학교, 2010년 8월.
  20. [Okuyama 200608] N Okuyama et al. (200608): Development of a Hyper-coal Process to Produce Ash-free Coal. 神戶製鋼技報(신호제강기보) 56(2), 15-22, Aug 2006 (In Japanese).
  21. [Yoshida 2002] T Yoshida et al. (2002): The effect of extraction condition on HyperCoal production (1) - under room-temperature. Fuel 81, 1463-1469, Jul 2002. https://doi.org/10.1016/S0016-2361(02)00068-6
  22. [Okuyama 2004] N Okuyama et al. (2004): Hyper-coal process to produce the ash-free coal. Fuel Processing Technology 85(8-10), 947-967, Jul 2004. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2003.10.019
  23. [Yoshida 2004] T Yoshida et al. (2004): Effect of extraction condition on hypercoal production (2) - effect of polar solvents under hot filtration. Fuel Processing Technology, Vol.86, pp.61-72, 2004. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2003.12.003
  24. [Takanohashi 2008] T Takanohashi et al. (2008): Characterisation of HyperCoals from coals of various ranks. Fuel 87(4-5), 592-598, Apr 2008. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2007.02.017
  25. [Zhang 2008] L Zhang et al. (2008): Partitioning of Boron during the Generation of Ultraclean Fuel (HyperCoal) by Solvent Extraction of Coal. Energy & Fuels 22, 1183-1190, 2008. https://doi.org/10.1021/ef700610b
  26. Speight 2005] JG Speight (2005): Ch.1 Coal Analysis, in Handbook of Coal Analysis. John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey.
  27. [Wang 2011] Wang (2011): High temperature thermal extraction of xianfeng lignite and FT-IR characterization of its extracts and residues.
  28. [Shui 2012] H Shui et al. (2012): Thermal dissolution of Shenfu coal in different solvents. Fuel, in Press, uncorrected Proof, available online 21 Nov 2012.
  29. [Kim 2008] Sang Do Kim et al. (2008): Production of low ash coal by thermal extraction with N-methyl-2-pyrrolidinone. Korean J. Chem. Eng. 25(4), 2008, pp. 758-763. https://doi.org/10.1007/s11814-008-0124-0
  30. [이-김-정 2008] 이시훈, 김상도, 정순관, 임영준, 김대훈, 우광재 (2008): 저등급 석탄으로부터 초청정석탄의 추출과 초음파의 영향. Korean Chemical Engineering Research 46(3), 555-560, Jun 2008.
  31. [김기홍 2010] 김기홍, 조희찬, 이시훈 (2010): 석탄 용매 추출법의 석탄과 용매 간 상호작용 및 영향 인자 연구. 한국 지구 시스템 공학회지, Vol.47, No.2, pp.133-138, 2010.
  32. [Pikon 2006] J Pikon and AS Mujumdar (2006): Ch.43 Drying of coal. pp.1015-1038, in A Mujumdar (ed): Handbook of Industrial Drying, 3rd Ed, CRC Press, 2006.
  33. [Lester 2004] E Lester and S Kingman (2004): The effect of microwave pre-heating on five different coals. Fuel 83(14-15), 1941-1947, Oct 2004. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2004.05.006
  34. [Sonmez 2011] O Sonmez and ES Giray (2011): Producing ashless coal extracts by microwave irradiation. Fuel 90(6), 2125-2131, 2011. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2011.02.006
  35. [Chen 2009] H Chen et al. (2009): Microwave-assisted extraction of Shenfu coal and its macromolecule structure. Mining Science and Technology(China) 19(1), 19-24, Jan 2009.
  36. 이종민 2011] 이종민 (2011): Private communication. 전력 연구원, 2011년 5월.
  37. Koyano 2010] K Koyano et al. (2010): Addition Effect of Model Compounds of Coal Extract on Coke Strength, Journal of the Iron and Steel Institute of Japan(=Tetsu to hagane) v.96 no.5, pp.224-229, 2010 (In Japanese). https://doi.org/10.2355/tetsutohagane.96.224
  38. [Takanohashi 2011] T Takanohashi et al. (2011): Effect of Coal Rank on Coking Property of HyperCoal Blends. Journal of the Japan Institute of Energy 90(9), 853-858, 2011 (In Japanese). https://doi.org/10.3775/jie.90.853
  39. [이시훈 201012] 이시훈 외 (201012): 초청정 연료 생산 및 활용기술 개발. KIER 보고서, KIER-B02416, 2010년 12월.
  40. [Kim 2012] JP Kim et al. (2012): Feasibility of using ash-free coal in a solid-oxide-electrolyte direct carbon fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 37, Issue 15, pp.11401-11408, Aug 2012. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.04.162
  41. [최호경 2010] 최호경 외 (2010): 초청정 석탄의 석탄 연료 전지 응용 기술. 제40회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집(2010년도 춘계학술대회), pp.379-382, 2010.
  42. [Saito 2003] I Saito (2003): Current status and perspective of research and development on coal utilization technology in Japan. 20th International Pittsburgh Coal Conference, Pittsburgh, USA, Sep 15-19, 2003.

Cited by

  1. Optimization of Operating Condition on Gasification of Ash-free Coal by Using the Sensitivity Analysis of ASPEN PlusⓇ vol.20, pp.3, 2014, https://doi.org/10.7464/ksct.2014.20.3.298
  2. Operational Characteristics of Coin Type Molten Carbonate Fuel Cell Fueled by Ash Free Coal vol.752-753, pp.1662-7482, 2015, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.752-753.438