• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.129.1-129.1
• /
• 2010

석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, $H_2$가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, $H_2$를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 $CH_4$로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 $250{\sim}400^{\circ}C$에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성($H_2$/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, $CH_4$ 선택도, $CH_4$ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, $CH_4$ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 $CH_4$ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2007.11a
• /
• pp.633-636
• /
• 2007

국내에서 발생되는 폐기물을 이용하여 가스화에 의해 생산되는 합성가스의 생산 및 활용기술에 대해 고찰하였다. 폐기물 가스화에 의해 생산되는 합성가스의 조성은 CO, $H_2$를 주성분으로 하며 부분산화 조건에 $CO_2$가 함께 생산된다. 생산된 합성가스는 CO $20{\sim}35$%, $H_{2}$ $20{\sim}35$% 정도의 조성으로 나타나며 발생량은 $1,365{\sim}2,125$ $Nm^3/hr$로 나타났다. 이러한 합성가스는 스팀생산, 전력생산 및 DME, SNG, 메탄올, 수소와 같은 고부가가치의 화학원료를 생산할 수 있다.

• Prospectives of Industrial Chemistry
• /
• v.15 no.6
• /
• pp.39-53
• /
• 2012

지속가능한 바이오매스 자원으로부터 열, 전력을 비롯하여 연료부터 화학원료까지 다양한 제품들을 생산하는 열화학적 전환 공정들이 높은 관심을 받고 있다. 특히 수소, 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하고 이를 전력, 연료 등을 동시에 생산하는 가스화 공정에 대한 학계, 산업계, 정부의 관심이 매우 높다. 그러나 바이오매스 가스화를 통해 생산된 합성가스는 타르, 황산화물 등의 오염물질들을 함유하고 있어 후속 공정들의 이용을 위하여 정제 공정을 반드시 거쳐야 한다. 본고에서는 바이오매스 가스화 기술에 적용되는 일반적인 정제 과정에 대해서 서술하였으며 세부적으로 불순물 제거 공정, 산성가스 제거 공정, 타르 제거 공정 등의 연구 개발 동향을 살펴보았다.

• New & Renewable Energy
• /
• v.3 no.4
• /
• pp.77-89
• /
• 2007

폐기물의 플라즈마를 이용한 열분해-가스화-용융 처리공정은 청정연료 형태로 정화된 합성가스를 얻을 수 있고, 이 합성가스를 WGS 반응과 PSA 공법을 이용하면 고순도 수소로의 전환 및 회수가 가능하다. (주)애드플라텍에서는 자체 보유하고 있는 3톤/일급 플라즈마 폐기물 처리설비와 수소 정제/회수시스템을 연계하여, 페기물로부터 고순도 수소 생산($20Nm^3/h$이상)을 위한 플라즈마 폐기물 처리 추소 생산 통합시스템 개발을 진행하고 있다. 합성가스 내 질소 농도를 낮추기 위해 산소를 매질로 하는 100kw급 산소 플라즈마 토치를 제작하였다. 수소 정제/회수 시스템은 폐기물의 플라즈마 처리 후의 합성가스 생성량과 조성의 변화에 대응할 수 있도록 하였으며, WGS 반응기로 들어가는 합성가스를 가스 컴프레서를 통하여 최대 10기압으로 승압시키고, 고농도 일산화탄소의 효과적인 제거 및 열 회수 극대화가 이루어질 수 있는 최적의 가스처리 시스템으로 구현되도록 하였다. 설치 완료된 WGS 반응기의 성능시험을 플라즈마 처리설비와 연계하여 수행하였다. 합성가스 내 각각 34%와 25%의 일산화탄소 및 수소의 농도가 WGS 반응기를 거친 후, 일산화탄소는 0.1% 미만으로 제거되었으며 수소는 44%로 증가하여 WGS 반응기의 성능 수준이 매우 우수함을 확인하였다. 차기 년도에 설치/가동 예정인 수소 생산용 PSA는 최대 10기압 운전 및 상압재생 방식으로 운전되며 생산된 수소는 최소 99.99%이상의 고순도를 유지할 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.11a
• /
• pp.130.1-130.1
• /
• 2010

미국과 유럽에서는 이미 10여 년 전부터 250MW급 이상의 대용량 석탄IGCC 플랜트를 상업운전 하고 있으며, 일본과 중국을 비롯한 아시아에서도 대용량 플랜트를 시운전하고 있거나 건설 중에 있다. 한국에서는 제4차 전력수급계획에 의거 태안화력 부지 내에 300MW급 IGCC 플랜트 건설을 추진 중이며, 두산중공업은 '10년 상반기에 IGCC 가스화 플랜트에 대한 FEED 설계 (Front-Eng Engineering Design)를 완료하였다. 그 과정 중 설계조건에 의한 기본 엔지니어링 사항과 석탄 가스화 플랜트에 대한 성능예측 결과를 본 연구에서 소개한다. 가스화 플랜트의 엔지니어링은 가스화 블록과 가스정제 블록으로 구분하여 수행하였다. Process Data를 이용하여 PFD Development, P&ID Generation, Equipment Specification 개발, HAZOP 수행, Architecture Engineering 등의 순으로 FEED 설계를 진행하였다. BOD (Basis of Design)를 기준으로 운전조건별 Heat & Mass Balance와 Process Flow를 재검토하고 각 기기별 운전개념을 반영하여 P&ID를 개발하였다. 그리고 배관, 전기 및 제어에 대한 각종 Diagram 개발과 HSE (Health, Safety and Environment) 관련 설계를 수행하였다. IGCC 1호기의 엔지니어링 수행과 함께 Next 호기 자체설계 역량 확보를 위해 두산중공업은 'DIGITs'로 명명된 개념기본설계 Tool을 개발하고 있다. DIGITs는 공정모델링, 단위기기 개념설계, 공정구성 (Process Configuration) 및 종합 Database Package 형태로 구성된다. DIGITs에 의한 계산 결과 공정사 Process Data 기준시 가스화 블록 출구에서 Syngas HHV와 Syngas 현열은 각각 약 $636MW_{th}$와 약 $18MW_{th}$로, Plant 설계조건 $630MW_{th}$를 만족하는 것으로 예측되었다. 향후 DIGITs는 가스정제 블록 및 주변 BOP 설비 등과 연계한 종합 개념기본설계 Tool로써 개발 진행 중이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2007.11a
• /
• pp.445-448
• /
• 2007

석탄가스화 복합발전(IGCC)에서 석탄 가스화 기술이 전 공정의 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 연료 및 산화제의 공급방식, 가스화기의 기본 구조, 벽면의 구성 방식, 용융 슬랙 및 생산되는 합성가스 배출 방식 등에 따라 가스화의 성능이 영향을 받는다. IGCC plant의 정확한 성능 해석을 위해서는 석탄가스화기 공정 모델의 정밀도를 높일 필요성이 있다. 기존의 열병합 발전 사이클 해석에서 적용되었던 열 및 물질정산과 평형계산 방식을 통하여 석탄가스화기 공정을 해석하는 방법을 확인, 정리하고 이를 개선하기 위한 절차 및 방안을 제시하고자 한다. 가스화기 내부 공정을 크게 탈휘발과 가스화의 단계로 구분하여 가스화기 출구조건을 예측하였으며, ASPEN PLUS를 이용한 공정해석을 실시하였다. 가스화기 출구에서의 합성가스는 주생성가스인 CO, $H_2$를 위주로 하여 조성을 얻을 수 있고, 그 결과들을 선행연구들과의 비교를 통하여 가스화기 모델의 분석을 실시한다. 그리고 가스화기 해석의 정밀도를 높이기 위한 향후 고려될 가스화기 모델에 관하여 논의한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2010.06a
• /
• pp.249.1-249.1
• /
• 2010

현재 농업부산 폐자원은 퇴비, 가축사료 등의 단순 활용이 대부분을 차지하고 있어, 열분해 가스화를 통한 고효율 에너지 이용 시스템 개발로 기존 단순 활용에 그치던 농업부산 폐자원의 고부가가치 이용이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 초본계 농업부산물인 왕겨를 이용한 열분해 가스화 시스템에 대한 특성 파악 및 초본계 농업부산물을 이용한 에너지자원화 및 고효율 에너지 이용을 위한 방안을 모색하고자 다양한 조건에서 전산해석을 수행하였다. 공정해석에 사용된 왕겨는 수분함량 11.33%, 회분함량 10.66%, 가연분 함량, 78.01%의 조성으로, 발열량은 LHV 기준으로 3,729 kcal/kg 였다. 상용해석 프로그램을 사용하여 열분해로의 열손실, 투입되는 시료의 가스화 반응 비율 변화, 열분해 가스화 반응의 산화제로 사용되는 공기의 유량 변화에 따른 발생되는 가스의 유량, 성상, 온도 특성을 파악하였다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
• /
• 2001.11a
• /
• pp.51-56
• /
• 2001

정유공장으로부터 발생으로 중잔사유를 이용하는 가스화 복합발전 플랜트에 대한 공정모사를 수행하였고, 공기분리장치의 연계공정 최적화를 통해 IGCC 플랜트이 효율을 극대화하였다. 가스화 복합사이클의 발전계통을 모델링하기 위해, 본 연구는 MS7001FA 가스터빈이 공기분리장치와 연계되어 있고, 공기분리장치를 위한 공기 추출과 공기분리장치로 부터의 질소회석이 이루어진다고 가정하였다. 가스터빈의 폐열은 삼중압력의 폐열회수 증기발생장치로부터 회수하였다. 정유공장 중잔사유는 Shell 가스화 및 Sulfinol-SCOT-Claus 공정을 거쳐, 합성가스 연료를 발생시키는 것으로 가정하였다. 공기분리 장치의 연계 공정 최적 결과는 가스화 복합사이클의 효율이, 질소 회석이 없는 경우와 있는 경우에 대해, 공기추출비 20% 또는 40-60%에서 가장 우수함을 보여주었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2014.02a
• /
• pp.120.2-120.2
• /
• 2014

플라즈마 토치를 이용한 시료의 가스화용융 기술에 대하여 원리, 적용 분야, 그리고 현황에 대하여 소개한다. 플라즈마 토치는 아크방전이나 고주파에 의하여 상압 조건에서 기체를 열플라즈마로 만드는 장치이며, 산업적으로 대규모의 시료를 처리할 때는 주로 아크방전을 이용한 토치가 사용된다. 최근에는 이 플라즈마 토치가 주로 폐기물의 가스화 용융에 활용되고 있는데 이는 폐기물을 고온에서 처리할 경우 친환경적인 처리가 가능하며 경우에 따라서는 발생되는 합성가스를 이용하여 고효율로 전기를 생산할 수도 있기 때문이다. 또한 플라즈마 토치는 밀폐된 로에서 소량의 가스로 고온에서 동작할 수 있기 때문에 방사성폐기물이나 플럭스 등을 친환경적으로 용융하는 것이 가능하므로 이러한 적용 분야도 증가하고 있다. 이 발표에서는 플라즈마 토치기술과 이를 이용한 가스화/응용기술의 기본적인 소개와 함께 플라즈마 가스화용융기술을 이용한 폐기물의 가스화용융기술의 세계 현황과 국내현황, 그리고 GS플라텍의 기술 현황에 대하여 소개한다. 아울러 몇가지 구체적인 실제 플랜트를 소개하고 실제 가동 데이터와 상업적 운전 결과에 대하여도 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2009.06a
• /
• pp.840-843
• /
• 2009

폐자동차의 최종처분 과정에서 발생하는 자동차 파쇄 폐기물(Automobile Shredder Dust)은 대부분이 고분자 화합물로 높은 발열량을 가지고 있다. 또한 할로겐족 원소가 포함된 난연성 고분자류가 많아 다이옥신의 생성 우려가 높은 고분자류와 다이옥신 생성의 촉매 역할을 할 수 있는 금속성분이 많이 함유되어 있어 가스화용융시스템에 적용하여 처리하기에 매우 적합한 폐기물이다. 본 연구에서는 ASR의 가스화 용융 시설에서 고농도 CO를 함유한 합성가스를 수성가스전환반응(Water Gas Shift reaction, WGS)을 이용하여 수소의 수율을 높이는 기술을 제시하였다. 가스화 용융 설비에서 배출되는 합성가스 조성을 기준으로 적합한 고정층 WGS 반응기를 설계하고, 고온 촉매(KATALCO 71-5M)와 저온 촉매(KATALCO 83-3X)를 사용하여 실험하였다. 수성가스 반응 후의 가스 조성은 온도가 상승할수록 일산화탄소가 줄어들고 이에 따라 수소와 이산화탄소 발생량이 증가 되어 고온 촉매를 사용했을 경우 일산화탄소 전환율 ($1-CO_{out}/CO_{in}$)은 55.6에서 95.8%까지 상승하였다. 동일한 온도조건에서는 촉매에 관계없이 $CO/H_2$가 감소할수록 전환율도 감소하는 경향을 보였지만 동일한 합성가스 조성에서 일산화탄소 전환율을 비교하면 저온 촉매가 고온 촉매보다 매우 우수함을 알 수 있었다.