• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제52권6호
• /
• pp.796-806
• /
• 2014

석탄가스화를 기반으로 한 발전(IGCC 발전) 및 화학원료 제조공정의 상업화 관건은 화석연료인 원유 또는 천연가스를 기반으로 생산되는 경우와 비교하여 경제성을 확보할 수 있는지 여부이다. 경제성 확보를 위한 가장 현실적인 방법으로는 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터 2개 이상의 생산물(예: 발전과 화학원료를 동시 생산)을 병산(coproduction 또는 poly-generation)하는 것이다. 본 연구에서는 석탄 가스화를 기반으로 하여 발전과 수송용, 발전용 및 가정용 연료로 사용이 가능한 DME(dimethyl ether)를 병산하는 공정에 대한 경제성 분석을 실시하였다. 경제성 분석을 위한 병산 공정에서는 250 MW 전력생산 연간 30만 톤의 DMZ 생산을 기준으로 하였다. 병산 공정에서 DME 판매가격이 50만원/ton인 경우, 전기 생산원가는 34.8~58.4원/kWh으로 SMP(계통한계가격) 가중평균인 150.69원/kwh(2013년 1월~12월까지의 평균값)의 33~58% 수준으로 산정되었다. 따라서, DME 판매가격이 적정하게 유지될 경우 석탄 IGCC+DME 병산공정은 IGCC 단독 발전과 비교하여 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 현재 중국에서 DME 판매가격이 900,000원/톤 내외이므로, 전력과 DME를 병산할 경우, IGCC 단독으로 전력을 생산할 경우와 비교하여 전력 생산 원가를 월등하게 낮출 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 석탄 가스화를 기반으로 한 병산 공정을 통해 전력과 DME를 병산하는 시스템에서, 시장 여건에 따라 전력과 DME 생산비율 제어가 가능하고, 석탄 가스화기 및 정제 시스템을 공통 설비로 활용함으로써, 개별적으로 생산하는 것보다 생산 원가를 낮출 수 있다는 결과를 얻었다.

• 에너지공학
• /
• 제16권1호
• /
• pp.32-39
• /
• 2007

석탄 열분해 공정은 석탄의 종류와 산지에 따른 변화가 커서 반응특성을 석탄의 모든 종류에 일반화시키기는 어려우며, 열분해, 가스화 및 연소현상이 동시에 발생하므로 석탄의 종류에 따라 운전조건을 변화시켜 실험장치로부터 최적의 반응 조건을 찾는 것이 중요하다. 본 연구에서는 키데코탄을 대상으로 압력 $2kg_{f}/cm^{2}$ 온도 $735{\sim}831^{\circ}C$의 가압유동층 반응기에서 가스화 반응을 수행하였으며 스팀공급량, 석탄공급량, 공기공급량 등 실험 변수에 따른 가스화 반응의 변화를 관찰하였다. 또한 여러 실험변수들의 변화에 따른 생성가스 성분의 변화를 정량적으로 분석하고, 생성가스 중 $H_{2}$와 CO의 농도를 기준으로 최적의 반응 조건을 결정하였다. 본 실험에서의 최적의 반응 조건은 공기/석탄 비 4.45, 스팀/석탄 비 0.21이었다. 가스화 반응보다 연소반응이 활발하게 일어나면 반응온도가 급격히 증가하므로 안정적인 가스화를 위하여 석탄과 스팀의 주입속도 조절이 매우 중요하였다. 연속운전을 위한 안정적인 운전조건에서 생산되는 발생가스의 CO의 농도는 약 18%, $H_{2}$의 농도는 약 17%였다.

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

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 2003년도 춘계 학술발표회 논문집
• /
• pp.633-638
• /
• 2003

현재, 각종 산업공정에서 발생하는 부생가스, 도시폐기물, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 미활용 에너지원이나 석탄, 폐유 등을 가스화 혹은 열분해 하여 합성가스를 발생시켜 재활용하려는 연구가 활발히 진행하고 있다. 합성가스는 공업적으로 중요한 에너지원 및 화합물을 제조하는 가장 기초적인 반응가스인데, 합성가스를 제조하는 방법 중 가장 잘 알려진 천연가스 개질반응 이외에도 열분해/가스화 반응공정을 통해 제조되기도 한다.(중략)

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집
• /
• pp.39-44
• /
• 2000

석탄가스화 복합발전(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle) 은 석탄을 연료로 사용하면서 NOx, SOx 등 오염물 발생량이 적고 가스터빈을 채용한 복합발전 방식으로 효율이 높은 청정에너지 발전방식이다. 특히 우리나라와 같이 전력생산 분야에서 석탄화력의 비중이 높은('99년 6월 현재 27.8%(한전통계자료)) 우리나라에서 급격히 강화되는 석탄화력발전소에 대한 오염물 배출량 제한에 대처하기 위해 기존 석탄화력의 대안으로써 석탄가스화 복합발전이 부각되고 있다. 본 연구에서 국내에 IGCC 상용설비 도입에 대비하여 참조플랜트로서 Texaco 가스화공정을 채용한 2 case의 IGCC 시스템 연구를 수행하였다.(중략)

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
• /
• pp.85-88
• /
• 1999

석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)은 고효율, 청정 전력 생산 기술로 차세대 석탄이용 발전 기술의 대안으로 제시되고 있다. 기존 석탄화력발전소의 발전 효율인 36-38%보다 적어도 2-6% 우수한 효율을 나타내고 있으며 21세기 석탄 이용시 적용될 환경 규제치를 가장 현실적으로 만족시킬 수 있는 차세대 석탄화력발전 시스템으로 평가받고 있다. 고청정 환경성의 측면에서 석탄가스화 복합발전설비는 기존의 유연탄 화력발전 방식에 비해서 SOx, NOx 및 분진 등의 배출량을 크게 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 재(ash)를 분진형태가 아닌 용융된 후 엉긴 슬랙형태로 수거하므로 환경적으로 안전하며, 슬랙과 탈황공정에서 만들어지는 황원소를 회수하여 경제성 있는 부산물로 활용할 수 있다는 장점이 있다.(중략)

• 한국표면공학회:학술대회논문집
• /
• 한국표면공학회 2011년도 춘계학술대회 및 Fine pattern PCB 표면 처리 기술 워크샵
• /
• pp.77-78
• /
• 2011

저비용, 고효율, 안정적 수급이 가능한 전력 에너지원이 요구되면서 석탄이 새로운 에너지원으로 급부상하게 됨에 따라 차세대 친환경 석탄화력 발전기술인 IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) 발전 시스템 의 개발이 필요하게 되었다. 석탄가스화 공정(IGCC: integrated coal gasification combined cycle)은 석탄을 가스화한 후 이를 이용하여 복합발전소를 운전하는 발전기술로서 석탄을 고온, 고압아래에서 수소와 일산화탄소를 주성분으로 한 합성가스로 전환한 뒤 합성가스 중에 포함 된 분진과 황 화합물 등 유해물질을 제거하고 천연가스와 유사한 수준으로 정제하여 전기를 생산하는 친환경 발전 기술이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
• /
• pp.792-795
• /
• 2007

본 연구 목적은 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스를 이용하여 국내에서 개발된 DME 합성 촉매를 사용하여 DME 전환 공정에 대한 특성을 파악하는 것이다. 특히, DME 합성 반응에 가장 큰 영향을 미치는 합성 반응로의 온도 제어를 위하여 thermosyphon 시스템을 개발하여 DME 합성 반응에 최적온도로 알려진 $230{\sim}260^{\cdot}C$ 범위에서 제어가 가능함을 확인 하였다. 석탄 40 kg/h를 공급하였을 때 합성가스 유량은 $80{\sim}100$ $Nm^3/h$ 정도를 얻었다. DME 합성 반응에 사용한 촉매는 합성가스로부터 메탄올을 얻기 위한 촉매와 메탄올의 탈수 촉매(Cu/Zn/Al+r-$Al_2O_3$)를 혼합한 촉매를 사용하였다. DME 합성 반응로의 GHSV(1/kg$^{\cdot}C$cat h)는 $2500{\sim}3000$ 정도이며, 운전 압력 60기압에서 $H_2$ 전환율 $65{\sim}75%$, DME 선택도는 $69{\sim}79%$ 정도를 얻었다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
• /
• 한국에너지공학회 1993년도 추계학술발표회 초록집
• /
• pp.13-21
• /
• 1993

석탄가스화 복합발전 플랜트의 부속공정인 중기터빈 시스템에 대한 공정 전산해석을 상용 공정해석 소프트웨어인 ASPEN 코드를 이용하여 수행하였다. 폐열회수보일러에서 생성되는 고압증기 조건을 2400psig로 채택하였으며, 폐열회수보일러의 열교환기 배열 및 생성증기의 조건에 따른 증기터빈 시스템의 성능변화를 고찰하였다. 페열회수보일러에서의 열교환기 배열, 생성중기 조건 및 공급수 예열 방법에 따라 증기터빈 시스템의 성능이 변화하게 되므로 이의 정확한 이해를 통하여 증기터빈 시스템의 최적화를 도모할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
• /
• 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. $$SNG\;efficiency({\eta})={\frac{Q_B}{Q_A}}={\frac{Q_{SNG}(kcal/h)}{Q_{Syngas}(kcal/h)}}{\times}100(%)$$.