• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.265-266
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• 2014

Due to global economic growth, there is an increasing need for energy. Fossil fuels will continue to dominate the world energy supplies in the 21st century and coal will play a significant role. Since coal is one of the most important fossil fuels in the world, coal gasification technology appears to be an inevitable choice for power and chemicals production and has a leading place in Clean Coal Technology (CCT). The most eminent environmental advantage of coal gasification lies in its inherent reaction features that produce negligible sulfur and nitrogen oxides, as well as other pollutants in a reducing atmosphere. The gasifier was operated for a throughput of 1.0 ton & 10.0ton coal per day at pressures of 1~20Bar. Gasification was conducted in a temperature range of $1,100{\sim}1,450^{\circ}C$.

• 대한기계학회논문집B
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• 제21권12호
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• pp.1690-1700
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• 1997

Entrained coal gasification tests with Datong coal were performed to assess the influence of oxygen/coal ration and pressure. When gasification condition in oxygen/coal ratio has changed from 0.5 to 1.0, optimal gasification condition from low pressure runs was oxygen/coal ratio of approximately 0.9 where CO was produced about 40% and H, about 20%. Under the pressure condition of 12-14 atmospheres, optimal oxygen/coal ratio value was in the region of 0.6 where CO was produced about 55% and H2about 25%. From these results, it was found that the oxygen/ coal ratio for the maximum production of CO and H, was decreasing with the increase in gasifier pressure and also, with increasing oxygen content, carbon conversion was increased. For the Chinese Datong coal, cold gas efficiency was in the range of 40-80%.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.657-666
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• 2014

석탄가스화 기술은 온실가스 배출이 많은 석탄을 사용하지만 이산화탄소 포집에 유리한 장점이 있어서 차세대 석탄활용 기술로 주목받고 있다. 석탄 또는 펫코크 슬러리를 이용하는 습식 가스화 기술은 건식 기술에 비하여 효율이 낮지만 낮은 건설비와 슬러리 공급 유연성 등의 장점으로 인하여 현재는 물론 미래에도 여전히 매력적인 기술로 인식될 것으로 판단된다. 본 연구에서는 역청탄을 슬러리화한 시료를 사용하고, 기존의 건식 석탄가스화기에 석탄슬러리 공급장치와 슬러리 공급 버너를 연계하여 가스화 실험을 수행하였다. 기존의 분류층 가스화기의 운전온도보다는 비교적 낮은 온도에서 운전을 수행하여 일부의 회재만이 슬랙으로 전환되고 나머지는 비산재로 배출되는 부분 용융형 가스화 운전을 수행하였다. 운전 종료 후 슬랙과 비산재를 포집하여 탄소전환율을 계산하였고, 탄소 질량 정산 방법을 적용하여 가스화 운전 성능을 나타내는 가장 중요한 지표인 냉가스효율을 계산하였다. 탄소전환율과 냉가스효율은 약 98.5% 및 60.4% 수준으로서 파일롯급 플랜트에서의 실험 결과임을 고려하면 비교적 높은 값을 나타내었다. 또한 실험 결과와 화학적 평형상태 계산 결과를 서로 비교하고 에너지 정산을 통하여 실험 결과의 건전성을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제4권3호
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• pp.372-378
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• 1995

분류층 석탄가스 반응온도에서 slag의 배출 조건을 원활하게 유지하기 위하여 CaCO3를 flux로 사용한 용융특성을 파악하였다. 첨가에 의한 용융온도는 flux 주입량에 따라 감소하다가 증가하였다. 최저 용융온도의 범위는 ash중 CaO 농도기준 30-40%의 범위에서 나타났으며, Base/Acid ratio에 따라 최소 용융온도는 ash중 무기물간의 eutetic effect가 작용함을 알 수 있었다. 고온에서의 slag 조성은 ash의 조성과 비교시 알카리 산화물의 휘발화와 SO2의 감소를 보여주고 있으며, salg중 환원성 가스가 증가함에 따라 금속 산화물의 환원에 의해 SiO2 조성은 증가하였다. CaCO3를 혼합한 시료를 질소분위기하에서 조제하여 점도를 측정한 결과, low silica ash의 경우 낮은 점도치를 보여주나, 250 poise 이하의 범위에서 고화되는 현상이 발생하였다. high silica ash에서는 CaCO3 투입에 의해 slag 점도는 감소하였는데, slag 분석 결과 CaO가 산소 제공물질(oxide doner)로 작용하여 silicate의 응집현상을 억제하는 것으로 나타났다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권3호
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• pp.386-401
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• 2011

Mathematical models for various steps in coal gasification reactions were developed and applied to investigate the effects of operation parameters on dynamic behavior of gasification process. Chemical reactions considered in these models were pyrolysis, volatile combustion, water shift reaction, steam-methane reformation, and char gasification. Kinetics of heterogeneous reactions between char and gaseous agents was based on Random pore model. Momentum balance and Stokes' law were used to estimate the residence time of solid particles (char) in an up-flow reactor. The effects of operation parameters on syngas composition, reaction temperature, carbon conversion were verified. Parameters considered here for this purpose were $O_2$-to-coal mass ratio, pressure of reactor, composition of coal, diameter of char particle. On the basis of these parametric studies some quantitative parameter-response relationships were established from both dynamic and steady-state point of view. Without depending on steady state approximation, the present model can describe both transient and long-time limit behavior of the gasification system and accordingly serve as a proto-type dynamic simulator of coal gasification process. Incorporation of heat transfer through heterogenous boundaries, slag formation and steam generation is under progress and additional refinement of mathematical models to reflect the actual design of commercial gasifiers will be made in the near futureK.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.686-698
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• 2011

Mathematical models for char-slag interaction and near-wall particle segregation developed by Montagnaro et. al. were applied to predict various aspects of coal gasification in an up-flow entrained gasifier of commercial scale. For this purpose, some computer simulations were performed using gPROMS as the numerical solver. Typical design parameters and operating conditions of the commercial gasifiers were used as input values for the simulation. Development of a densely dispersed phase of solid carbon was found to have a critical effect on both carbon conversion and ash flow behavior. In general, such a slow-moving phase was turned out to enhance carbon conversion by lengthening the residence time of char or soot particles. Furthermore, it was also found that guiding the transfer of char or soot into the closer part of the wall to coal burner is favorable in terms of gasification efficiency and vitrified ash collection. Finally, to a certain degree densely dispersed phase of carbon showed an yield-enhancing effect of syngas.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.592-602
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• 2014

석탄 가스화 복합 발전(coal-based IGCC power plant)에서 가스화기의 동적 상태와 성능이 플랜트 전체에 큰 영향을 미치므로, 가스화기가 문제 없이 운전 되도록 제어 하는 것은 전체 플랜트의 가동률을 높이는 데 있어 매우 중요한 일이라 할 수 있다. 가스화기의 안정적인 운전을 위해서는 고체 슬래그 층의 두께가 일정하게 유지되어야 하는데, 고체 슬래그 두께는 실시간 측정이 불가능하기 때문에 상태를 추정하여 추론 제어해야 한다. 본 연구에서는 Shell-type 가스화기의 동적 모사 모델을 개발하고 다변수 시스템의 추론 제어를 위한 방법으로 두 가지 선형 예측 제어 기법을 적용하여 그 특성을 분석하였다. 측정되지 않는 변수의 상태 추정을 위해 Kalman 필터 기법을 이용하였다. 측정 불가능한 1차 변수를 대신하여 측정 가능한 2차 변수를 제어하는 전통적인 추론 제어 기법으로는 외란의 종류에 따라 추론 제어가 불가능 할 수 있음을 확인하였고, 측정되지 않는 슬래그 두께를 Kalman 필터 기법을 이용하여 추정하여 성능 예측에 반영하고 외란 모델을 사용하여 예측 제어하는 경우 두 가지 측정 불가능한 외란 모두에 대해 추론 제어가 가능함을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.417-423
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• 2007

Oxy-gasification or oxygen-blown gasification, enables a clean and efficient use of coal and opens a promising way to CO2 capture. The coal gasification process of a slurry feed type, entrained-flow coal gasifier was numerically predicted in this paper. The purposes of this study are to develop an evaluation technique for design and performance optimization of coal gasifiers using a numerical simulation technique, and to confirm the validity of the model. By dividing the complicated coal gasification process into several simplified stages such as slurry evaporation, coal devolatilization, mixture fraction model and two-phase reactions coupled with turbulent flow and two-phase heat transfer, a comprehensive numerical model was constructed to simulate the coal gasification process. The influence of turbulence on the gas properties was taken into account by the PDF (Probability Density Function) model. A numerical simulation with the coal gasification model is performed on the Conoco-Philips type gasifier for IGCC plant. Gas temperature distribution and product gas composition are also presented. Numerical computations were performed to assess the effect of variation in oxygen to coal ratio and steam to coal ratio on reactive flow field. The concentration of major products, CO and H2 were calculated with varying oxygen to coal ratio (0.2-1.5) and steam to coal ratio(0.3-0.7). To verify the validity of predictions, predicted values of CO and H2 concentrations at the exit of the gasifier were compared with previous work of the same geometry and operating points. Predictions showed that the CO and H2 concentration increased gradually to its maximum value with increasing oxygen-coal and hydrogen-coal ratio and decreased. When the oxygen-coal ratio was between 0.8 and 1.2, and the steam-coal ratio was between 0.4 and 0.5, high values of CO and H2 were obtained. This study also deals with the comparison of CFD (Computational Flow Dynamics) and STATNJAN results which consider the objective gasifier as chemical equilibrium to know the effect of flow on objective gasifier compared to equilibrium. This study makes objective gasifier divided into a few ranges to study the evolution of the gasification locally. By this method, we can find that there are characteristics in the each scope divided.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권4호
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• pp.349-358
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• 2013

본 연구에서는 온실가스배출 집약도가 크고 온실가스 에너지 목표관리에 의한 감축의무 부담이 큰 발전 및 에너지 업종의 향후 적용 가능한 온실가스감축 신기술을 조사하고, 각 기술별 기술특성을 알아보았다. 발전 및 에너지 분야의 온실가스 감축 신기술로는 크게 효율 향상, CCS, 가스복합발전 기술로 분류할 수 있다. 감축 신기술에 대해 예상배출량 및 온실가스 배출 원단위를 산정식을 이용하여 산정한 후, 기존기술을 온실가스 감축 신기술로 대체하였을 경우에 대한 온실가스 감축량을 예상해 보았다. 그 결과, CCS 발전 기술로 인한 온실 가스 감축률이 30% 이상으로 가장 클 것으로 예상되며, 석탄가스화 연료전지 기술 및 가압유동층 화력발전 기술의 감축률 또한 20% 이상으로 감축 효과가 큰 것으로 나타났다. 신기술의 특성과 효율적 도입에 대한 연구가 지속되고, 향후 온실가스 감축목표 달성을 위해 적절히 적용한다면 국가온실가스감축 목표를 비용 효과적으로 달성할 수 있을 것으로 판단된다.

• 에너지공학
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• 제11권2호
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• pp.149-159
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• 2002

분류층 가스화기에서 슬래그의 점도 변화는 가스화기 운전조건을 결정하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 국내 가스화 대상탄으로 선정된 9개 탄의 슬래그 점도를 가스화 조건에서 측정하였고 점도 변화에 영향을 미치는 슬래그내의 결정체의 크기와 종류를 관찰하였다. 시료는 고둥기술원 건식 가스화기에서 배출된 슬래그 시료를 사용하였다. 9개탄 중 Alaska Usibelli, Curragh, Drayton, Adaro, Baiduri탄 슬래그는 결정슬래그의 경향을 보여주었고, Datong탄과 Cypurus탄 슬래그는 유리슬래그이였다. 결정슬래그외 경우 $T_{cv}$ +$50^{\circ}C$를, 유리슬래그의 경우 $T_{1000}$poise/+$50^{\circ}C$를 가스화기의 최저운전온도로 정의하였을 때 Denisovsky 탄이 가장 높은 온도를, Drayton탄이 가장 낮은 온도를 필요로 하였다. 모든 슬래그가 가스화기 내화물성분인 C $r_2$ $O_3$를 포함하고 있었고, 132$0^{\circ}C$ 주위에서 $T_{cv}$ 를 갖는 결정슬래그의 경우(Alaska Usibeli, Curragh, Adaro탄) 냉각중에 형성됨을 나타내는 커다란 anorthite이 주 결정상으로 나타나 anorthite의 형성이 점도의 급격한 상승의 원인이 됨을 확인하였다. 또한 기포를 갖고 있는 Denisovsky탄의 경우 기포가 산화철의 환원에 의해 형성됨을 추정할 수 있었다..