• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권1호
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• pp.76-82
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• 2012

볏짚 톱밥과 같은 바이오매스는 석탄과 함께 사용할 수 있는 잠재력이 큰 에너지원으로 이들을 가스화공정에 적용하면 수송용 연료같은 bio-oil을 생산할 수 있다. 본 연구에서는 상압의 열천칭 반응기(thermobalance)에서 톱밥, 볏짚, 갈탄, 역청탄, 무연탄의 수증기 가스화 반응특성을 수행하였으며, 가스화 온도 $600{\sim}850^{\circ}C$, 수증기 분압 30~90 kPa의 범위에서 조업변수들이 가스화반응속도에 미치는 영향을 조사하였다. 세 가지의 기체-고체 화학반응모델이 가스화반응의 거동을 예측하는 능력을 비교하였으며, modified volumetric reaction model을 사용하여 공정설계에 필수적인 kinetic 정보를 도출하였다. 두 가지 바이오매스와 세 가지 석탄 촤의 가스화반응성을 비교하였다. Arrhenius plot으로부터 얻어진 바이오매스와 석탄의 활성화에너지는 모두 문헌상의 범위에 속하였다. 각 연료에 대하여 수증기분압에 대한 반응차수를 결정하였으며, 가스화공정 설계의 기초데이타로서 겉보기 반응속도식을 제시하였다.

• 유기물자원화
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• 제26권2호
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• pp.75-84
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• 2018

본 연구에서는 하수슬러지의 연료화를 위하여 반탄화 생성물을 분석하였다. 혼합시료는 하수슬러지 함량을 50%로 고정하고, 왕겨와 커피박의 함량을 50%로 조절하여 제조하였다. 반탄화 실험에서 반응 시간(30min, 60min)과 온도($200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$)를 SF(Severity Factor)를 이용하여 단일변수로 나타내었다. 연구 결과 반탄화 조건인 SF가 증가할수록 발열량과 연료비가 증가하였으며, 연소성지수는 감소하는 것을 확인하였다. 혼합시료의 발열량은 커피박(CR)과 반탄화 조건(SF) 모두의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 연료비 범위는 SF가 6.19보다 낮은 경우 갈탄의 연료비 범위(0.5~1.0)와 유사하나 SF가 7.36보다 큰 경우 저도역청탄의 연료비 범위(1.0~1.8)와 유사한 것을 확인하였다. 연소성지수는 커피박보다는 왕겨가 더 함유될수록 낮은 조건의 SF에서 안정 범위(3,000~5,500kcal/kg)의 값을 나타내는 것으로 확인되었다.

• 공업화학
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• 제27권1호
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• pp.56-61
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• 2016

본 연구에서는 천연 광물질 촉매를 사용하여 $CO_2$ 석탄가스화의 반응특성을 조사하였다. Meng Tai지역의 갈탄에 4종류의 천연 광물질(Dolomite, Silica sand, Olivine, Kaolin)을 각각 5 wt%로 물리적으로 혼합한 후 Thermogravimetric Analyzer (TGA)를 이용하여 800, 850, $900^{\circ}C$에서 $CO_2$ 가스화 반응을 수행하였다. 실험 결과를 Volumetric Reaction Model (VRM), Shrinking Core Model (SCM), Modified Volumetric Reaction model (MVRM)을 이용하여 분석하였다. MVRM이 가장 적합하였다. 반응 온도가 올라감에 따라 반응속도상수가 커졌다. 천연 광물질 촉매를 사용할 경우가 촉매를 혼합하지 않은 경우에 비해 반응속도상수는 커지고 활성화 에너지 값이 낮아졌다. Silica sand를 혼합한 시료의 활성화 에너지 값은 114.90 kJ/mol로 가장 낮은 활성화 에너지 값을 보였다. Kaolin을 혼합한 시료의 경우 $850^{\circ}C$와 $900^{\circ}C$에서 각각 가장 높은 반응속도상수를 보여주다가 $800^{\circ}C$에서 낮은 반응속도상수를 나타냈다. 따라서 Kaolin을 혼합한 경우, 반응 온도가 높아질수록 $CO_2$ 가스화에 좋은 효과가 있을 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.114-119
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• 2011

인도네시아 아역청탄인 ABK탄과 중국 갈탄(lignite)과 같은 저급탄에 대한 열분해와 촤-$CO_2$ 가스화반응에 대한 실험을 비등온의 승온 조건에서 열중량분석기(Thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 열분해 속도는 2단계, 1차의 열분해 모델(Kissinger 법의 변형)에 의해 잘 모사되었다. 촤의 $CO_2$ 가스화반응은 수축 핵 모델에 적용하여 초기의 활성화 에너지가 ABK탄은 189.1 kJ/mol, lignite는 260.5 kJ/mol의 값을 얻었으며, 수축 핵 모델에 의해 잘 모사되었다. 특히, 촤의 $CO_2$ 가스화반응에서 활성화 에너지는 무연탄의 결과와 유사하였으며, 다른 모델이나 석탄의 종류에 따라 큰 차이를 보였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제7권2호
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• pp.101-108
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• 2019

본 연구는 석탄가스화발전(IGCC)에서 발생하는 부산물인 CGS에 대한 콘크리트용 잔골재로서의 활용성을 분석한 것이다. 즉, KS F 2527 "콘크리트용 골재"에서 천연 및 용융슬래그 잔골재에 해당하는 품질항목을 중심으로 CGS 1~12회분에 대한 물성평가를 실시하였다. 그 결과, 물리적인 특성으로 입자모양판정실적률, 안정성 및 팽창성은 KS의 품질기준을 전부 만족하였으나, 절건밀도와 흡수율은 7~12회분에서 품질이 불안정한 것으로 나타났다. 입도의 경우 불균일한 굵은 입자분포로 인해 품질이 다소 불안정하였고, 7~12회분은 입자가 너무 굵은 것으로 나타났다. 유해물질 특성으로 0.08mm체 통과량 또한 7~12회분의 일부 수준에서 KS기준을 벗어났으나, 염화물함유량, 점토덩어리, 석탄 및 갈탄은 모두 만족하는 것으로 나타났다. 한편, 화학성분은 1~6회분에서 $SO_3$를 제외하고 전부 만족하였으며, 유해물질 함유량 용출량은 함유량에서 7~12회분의 F를 제외하고 전부 규정치 이내로 나타났다. SEM분석 결과 1~6회분에 비해 7~12회분이 거친 표면성상 및 다공질을 보여 품질이 저하된 것으로 판단되었다. 따라서 향후 콘크리트용 골재로서 활용하기 위해서는 별도 조치를 통한 품질편차 감소가 필요하고, 양질의 골재와 혼합하여 품질을 보완한다면 골재수급난 해소 및 순환자원 활용에 긍정적으로 기여할 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권5호
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• pp.609-614
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• 2013

본 연구에서는 유기용매를 이용하여 표면처리한 저등급 석탄의 물성과 자연발화성 변화를 알아보았다. 석탄은 인도네시아 갈탄인 KBB탄과 SM탄 그리고 아역청탄인 Roto탄을 사용하였으며, 비극성 유기용매인 1-methyl naphthalene (1 MN)과 혼합한 후 단순 회전 임펠러 또는 초음파를 이용하여 일정 시간동안 교반하였다. 1MN 처리탄의 물성 변화는 공업 분석, 발열량 분석, FT-IR 분석, XPS 분석, 그리고 수분 재흡착 실험을 통해 알아보았으며, 자연 발화성 변화는 Crossing-Point Temperature 분석과, 산화에 의해 발생되는 CO, $CO_2$ 가스 분석을 통해 확인하였다. FT-IR 분석 결과 처리탄들의 수소와 산소를 포함한 결합기들이 줄었다. XPS분석 결과 원탄들에 비해 처리탄들의 C-O, C=O 그리고 COO- 피크는 감소하고 C-C 피크는 상대적으로 증가하였다. 그리고 수분 재흡착성 측정 결과 처리탄들 표면의 소수성이 증가함을 확인하였다. CPT 측정 결과 원탄들에 비해 처리탄들의 CPT 값이 $20^{\circ}C$ 이상 증가하였는데, 단순 기계적 교반보다 초음파 교반 방식으로 처리한 석탄의 CPT 값이 높았다. 이때 배출되는 가스의 분석에서도 처리탄들이 원탄들에 비해 CO와 $CO_2$ 가스 발생량이 적고 발생 시점이 늦어져 자연발화성이 억제되는 것으로 나타났다. 이는 석탄을 유기용매로 처리함으로써 미리 산화반응에 참여하는 표면의 기능기들이 제거되어 자연발화성이 억제되는 것이며, 이에 단순 기계적 교반 방식보다는 초음파 교반 방식이 보다 효과적임을 확인하였다.

• 자원환경지질
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• 제55권3호
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• pp.241-259
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• 2022

희토류 원소 (Rare Earth Elements; REE)는 전통적으로 카보나타이트나 풍화잔류광상에서 채광이 이루어졌다. 하지만, 최근 각종 첨단산업에 활용되는 희토류 원소의 수요증가로 인해, 추가적인 희토류 부존량 확보를 위한 비전통적인 희토류 광상으로서 함희토류 탄층이 주목받고 있다. 함희토류 탄층은 일반적인 탄층보다 높은 농도 (> 300 ppm)의 희토류 원소를 함유하는 탄층을 의미한다. 이는 크게 3가지 성인유형으로 분류되며, 두가지 이상 성인의 복합작용으로 형성되기도 한다. 우선, 육성형 (terrigenous) 함희토류 탄층은 주로 보크사이트 광상 기원 광물들의 이동 및 재퇴적에 의해 형성되며, 주로 LREE (Light REE)가 부화된다. 응회질형 (tuffaceous) 함희토류 탄층은 화산 분출에 기인한 화산재가 석탄 분지에 유입이 되어 형성된다. 이 유형은 주로 화산재기원의 함희토류 광물들과 자생기원의 인산염 광물들이 탄층과 톤스테인층의 경계부에 얇은 층상으로 농집되며, 희토류가 균질하게 분포하는 수평형 REE 패턴을 갖는다. 마지막으로, 열수형 (hydrothermal) 함희토류 탄층은 화성암기원 열수에 의해 희토류가 유입되어 형성된다. 이러한 탄층에서는 함할로겐 인산염 광물들과 함수광물들이 세립질의 자생형으로 존재하며, 주로 HREE (Heavy REE)가 부화된다. 미국은 이미 켄터키주 파이어 클레이 탄층을 대상으로 탐사로부터 선별 및 공정개발을 통해 고순도 산화 희토류의 생산에 성공하였으며, 연간 희토류 소비량의 약 7% 공급을 목표로 연구를 확장하고 있다. 한국의 경우, 경주-영일 탄전의 갈탄층이 응회암층과 함탄층이 협재하는 특징을 보이고, 압밀작용의 영향이 상대적으로 적은 신생대 제3기의 연대를 갖는 것으로 보아 응회질형 함희토류 탄층으로서의 개발 가능성이 기대된다. 따라서, 국내 희토류 공급망 다각화를 위해 함희토류 탄층 대상의 광물, 광상 및 퇴적학적 연구를 통한 개발 가능성 평가가 우선적으로 요구된다.