• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
• /
• v.55 no.4
• /
• pp.107-119
• /
• 2013

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
• /
• v.25 no.3
• /
• pp.91-98
• /
• 2017

The purpose of this study is to provide a design and operation technical guideline for meeting the appropriate design criteria to bio-gasification facilities treating organic wastes. 9 anaerobic digestion facilities which is normally operated during the field survey and 14 livestock manure farms were selected for precision investigation. the physicochemical analysis was performed on the moisture and organic contents, nutrients composition (carbohydrate, fat, protein), volatile fatty acids (VFAs), and nitrogen, etc. Volatile solids (VS) of organic wastes brought into the bio-gasification facilities were 2.81 % (animal manure only) and 5.92 % (animal manure+food waste), respectively. Total solids (TS) reults of samples from livestock farms were 5.6 % in piglets and 11~13 % in other kinds of breeding pigs. The actual methane yield based on nutrients contents was estimated to $0.36Sm^3CH_4/kgVS$ which is equivalent to 72 % of theoretical methane yield value. The optimum mixing ratio depending on the effect of the combined bio-gasification was obtained through the continuous stirred-tank reactor (CSTR) which is operated at different mixing ratio of swine manure and food waste leachate. The range of swine manure and food waste leachate from 60:40 to 40:60 were adequate to the appropriate conditions of anaerobic digestion; less than 100 gTS/, more than alkalinity of 1 gCaCO3/L, C/N ratio 12.0~30.0, etc.

• Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
• /
• v.24 no.5
• /
• pp.9-16
• /
• 2019

In today's global energy market, the importance of green energy is emerging. Hydrogen energy is the future clean energy source and one of the pollution-free energy sources. In particular, the fuel cell method using hydrogen enhances the flexibility of renewable energy and enables energy storage and conversion for a long time. Therefore, it is considered to be a solution that can solve environmental problems caused by the use of fossil resources and energy problems caused by exhaustion of resources simultaneously. The purpose of this study is to efficiently produce hydrogen using plasma, and to study the optimization of DME reforming by checking the reforming reaction and yield according to temperature. The research method uses a 2.45 GHz electromagnetic plasma torch to produce hydrogen by reforming DME(Di Methyl Ether), a clean fuel. Gasification analysis was performed under low temperature conditions ($T3=1100^{\circ}C$), low temperature peroxygen conditions ($T3=1100^{\circ}C$), and high temperature conditions ($T3=1376^{\circ}C$). The low temperature gasification analysis showed that methane is generated due to unstable reforming reaction near $1100^{\circ}C$. The low temperature peroxygen gasification analysis showed less hydrogen but more carbon dioxide than the low temperature gasification analysis. Gasification analysis at high temperature indicated that methane was generated from about $1150^{\circ}C$, but it was not generated above $1200^{\circ}C$. In conclusion, the higher the temperature during the reforming reaction, the higher the proportion of hydrogen, but the higher the proportion of CO. However, it was confirmed that the problem of heat loss and reforming occurred due to the structural problem of the gasifier. In future developments, there is a need to reduce incomplete combustion by improving gasifiers to obtain high yields of hydrogen and to reduce the generation of gases such as carbon monoxide and methane. The optimization plan to produce hydrogen by steam plasma reforming of DME proposed in this study is expected to make a meaningful contribution to producing eco-friendly and renewable energy in the future.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• v.57 no.6
• /
• pp.874-882
• /
• 2019

In this study, the gasification characteristics of four types of unused woody biomass and one waste wood in a lab-scale bubbling fluidized bed gasifier (Diameter: 0.11 m, Height: 0.42 m) were investigated. Effect of equivalence ratio (ER) of 0.15-0.3 and gas velocity of $2.5-5U_0/U_{mf}$ are determined at the constant temperature of $800^{\circ}C$ and fuel feeding rate of 1 kg/h. The silica sand particle having an average particle size of $287{\mu}m$ and olivine with an average particle size of $500{\mu}m$ were used as the bed material, respectively. The average product gas composition of samples is as follows; $H_2$ 3-4 vol.%, CO 15-16 vol.%, $CH_4$ 4 vol.% and $CO_2$ 18-19 vol.% with a lower heating value (LHV) of $1193-1301kcal/Nm^3$ and higher heating value (HHV) of $1262-1377kcal/Nm^3$. In addition, it was found that olivine reduced most of C2 components and increased $H_2$ content compared to silica sand, resulting in cracking reaction of tar. The non-condensable tar decreases by 72% ($1.24{\rightarrow}0.35g/Nm^3$) and the condensable tar decreases by 27% ($4.4{\rightarrow}3.2g/Nm^3$).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.11a
• /
• pp.72-72
• /
• 2011

국내 및 세계의 천연가스 수요가 증가하고, 원유가 상승에 의한 천연가스의 지속적인 가격상승이 예측됨에 따라 천연가스의 99%를 수입에 의존하는 우리나라의 에너지 안보 확보 방안을 위한 기술개발이 필요하다. 국내에서 천연가스를 확보할 수 있는 현실적인 방법중의 하나는 석탄가스화를 통해 얻어진 합성가스를 이용하여 SNG(synthetic Natural Gas, 합성천연가스)를 제조하는 것이다. 본 연구에서는 다양한 석탄, 다양한 석탄 가스화기를 적용하는 경우에 대한 CASE별 공정해석을 수행하여 각 경우의 SNG 생산 특성을 파악하였다. 석탄의 종류는 역청탄, 아역청탄, 갈탄을 대상으로 하였으며, 역청탄을 사용하는 경우는 General Electric Energy(GEE), Shell Global Solutions(Shell), ConocoPhillips(CoP)사의 가스화기를, 아역청탄을 사용하는 경우는 KBR의 TRIG$^{TM}$, Siemens사의 SFG, Shell, CoP 가스화기를, 갈탄을 사용하는 경우는 Shell, Siemens 가스화기를 적용하였다. 사용한 석탄과 석탄가스화기에서 발생된 합성가스 조성은 NETL에서 발행된 보고서에 제시된 수치들을 활용하였다. 역청탄을 사용하고 CoP 가스화기를 적용한 경우, SNG 합성공정에 유입되는 유량이 100 Nm3/h 일 때, 생산되는 SNG의 조성은 $CH_4$ 96.26%, $H_2$ 1.49%, $CO_2$ 0.69%, CO 0.004% 이고 생산유량은 24 Nm3/h 였다. SNG 효율을 SNG 합성공정에 공급되는 합성가스 열량 대비 최종 생산되는 SNG의 열량을 기준으로 하고, 각 CASE 별 SNG 효율을 살펴보면, 역청탄을 대상으로 한 경우 GEE 74.05%, CoP 76.65%였다. 아역청탄을 대상으로 한 경우 TRIG 78.14%, Siemens 71.22%, CoP 75.72%였고, 갈탄을 대상으로 하는 경우 Shell 71.48%, Siemens 71.49%였다. 역청탄을 사용하는 경우는 CoP 가스화기를 대상으로 한 경우 SNG 효율 및 생산량이 가장 높았고, 아역청탄을 사용하는 경우는 TRIG 가스화기를 대상으로 한 경우의 SNG 효율 및 생산량이 높았다. 갈탄을 사용하는 경우는 Shell 가스화기와 Siemens 가스화기가 거의 비슷한 결과를 나타내었다. $$SNG\;efficiency({\eta})={\frac{Q_B}{Q_A}}={\frac{Q_{SNG}(kcal/h)}{Q_{Syngas}(kcal/h)}}{\times}100(%)$$.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.205.1-205.1
• /
• 2010

국내에서 발생하는 생활폐기물 발열량이 최근 3,000 kcal/kg 정도를 웃돌고 있고 사업장 폐기물의 경우는 4,000~7,000 kcal/kg 정도로 높아 이러한 가연성 폐기물 들은 자원화하여 에너지원으로 사용가능하다. 폐기물 자원화 기술의 하나인 가스화 기술을 적용하면 폐기물 내의 가연분은 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스로 전환되어 화학원료 또는 발전원료로서 활용이 가능하다. 본 연구에서는 합성가스의 다양한 활용분야 중에서도 메탄올과 CO의 합성을 통해 얻어지는 초산제조 공정에서 폐기물의 가스화를 통해 발생되는 합성가스 내의 CO를 적용하여 기존 초산제조공정에서 필요한 CO를 생산하기 위해 소모되는 고가의 납사 원료를 절감하고자 하는 방안이 검토되고 있다. 초산은 CO와 메탄올($CH_3OH$)을 금속이온계 귀금속촉매 상에서 메탄올카본닐레이션(Methanol carbonylation)반응으로부터 합성되는 것으로, 초산에스테르, 염료, 안료, 의약품 등의 원료로 사용되는 화학원료이다. 일반적으로 초산을 제조하기 위해 사용되는 CO를 생산하기 위하여 납사(Naptha)를 가스화하는 부분산화공정을 이용하거나 촉매를 사용한 Steam reforming공정을 적용하고 있는데, 가스화 및 Steam reforming의 원료가 되는 납사가 고가이고, 원유가가 상승하면 납사의 가격도 상승할 수 있고, 결국 초산제조 비용의 상승을 초래할 수 있다. 폐기물의 가스화를 통해 발생하는 합성가스 내의 CO를 활용하여 초산제조의 원료로 사용할 수 있다면 초산제조 공정에서의 CO 제조 비용 절감 및 폐기물 자원화의 효과를 동시에 달성할 수 있을 것으로 생각된다. 본 연구에서는 초산제조의 원료로 폐기물의 가스화를 통해 발생한 합성가스 내의 CO를 적용가능성을 검토하기 위하여 사업장 폐기물 및 사업장폐기물과 폐유, 건조슬러지 등을 혼합한 복합폐기물의 가스화를 통해 CO의 발생 특성을 분석하였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 2012.11a
• /
• pp.71-73
• /
• 2012

With numerical simulations, this study investigated the combustion and heat transfer of three different coals under air- and oxy-fuel combustion in a 100 MWe boiler. The boiler is retrofitted to an opposed-firing type while maintain the original furnace shape of downshot firing. The boiler achieved good combustion in both combustion modes for three coals tested. However, the contribution of gasification reactions by $CO_2$ and $H_2O$ significantly increased due to the lack of gaseous mixing. This was different from a typical front-wall firing boiler, which showed larger contribution of char oxidation during air-coal combustion. The wall heat flux was lower in oxy-coal mode at a $O_2$ level of 27%, which has to be considered in further development of the process.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
• /
• v.32 no.2
• /
• pp.131-140
• /
• 2010

Zero waste clean city was visualized by designing the environmental fundamental facilities such as automated waste collection and bio-energizing system of domestic waste, which was categorized into food and combustible waste from urban area. The biomass circulation position was applied to the domestic waste collection position combined with bio-energizing system in the zero waste clean city. Bio-energizing system consisted of bio-gasification, bio-fuel and bioenergy-circulation process. Food wastes were treated by bio-gasification with anaerobic digestion, and combustible wastes were made of bio-fuel with pyrolysis/drying. Biogas and bio-fuel was utilized into the electric generation or boiler heat in bioenergy-circulation process. The emission of carbon dioxide(CO2) and construction fee of the environmental fundamental facilities related with domestic waste was estimated in the existing city and zero waste clean city, assuming the amount of food waste 35 ton/day, combustible waste 20 ton/day from domestic area. Consequently, 2.7 times lower carbon dioxide emission and 15% construction fee of the environmental fundamental facilities related with domestic waste were obtained from the zero waste clean city by comparing with existing city.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
• /
• v.3 no.2
• /
• pp.141-146
• /
• 2017

In this work, a simulation study on net 500 MW class of Poly-Generation was conducted for the retrofit of an aged natural gas combined cycle. An entrained gasifier which has a capacity of maximum $260,000Nm^3/h$, 50 MW class of a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, and H-class Gas Turbine were selected as key processes. After unit design for those employed processes was set up and combined, the simulation was carried out with Gate-Cycle software (Ver. 6.0) for two cases. The selected cases are a retrofit type (Poly-Gen 1) and a new type (Poly-Gen 2). It was found that the efficiency of the retrofit case is 2.7% lower than that of the new case.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.106.1-106.1
• /
• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.