• 전기의세계
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• 제41권6호
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• pp.12-17
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• 1992

석탄을 가장 효율적으로 깨끗하게 이용할 수 있는 석탄가스복합발전(IGCC)의 향후 실용화 시기를 전망해 보면 국외에서는 1995년 이후에 상용발전소가 운용될 것으로 예상되며 국내에서도 환경규제가 강화되는 1996년 이후 2005년경에는 석탄가스화복합 발전소를 건설할 수 있을 것으로 판단된다. 석탄가스화 복합발전소의 국내 도입은 전력수요증가 투자재원 및 실용화시기 등을 감안하여 신규에 석탄가스화로를 추가 설치하는 설비개조 방안이 있으며, 가스터빈발전기 설치후 증기터빈발전기와 석탄가스화로등을 적절한 시기에 단계적으로 건설하는 단계적 건설등으로 추진할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.115.2-115.2
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• 2010

최근 유가 상승 및 에너지 확보, 경질 원유 생산량 및 부존량 감소로 인하여 대체 석유자원의 개발에 대한 연구 및 관심이 급증하고 있다. 기존의 연소 방식이 아닌 연료를 청정 가스로 전환하여 이용하는 가스화 기술 개발이 진행되고 있다. 석탄은 매장량이 세계적으로 풍부 할뿐만 아니라, 지역적으로도 편재되어 있지 않은 에너지원인 석탄을 활용하는 새로운 발전기술로 환경보전성이 우수하며, 효율이 기존의 발전 시스템보다 뛰어난 에너지 이용기술로 각광받는 분야이다. 석탄 슬러리는 분쇄한 석탄을 믹서를 사용하여 소량의 계면활성제를 첨가하여 제조한다. CWM 제조용 석탄은 대체로 고유수분 5%이하, 회분 10%이하의 석탄이 추천되고 있으며, 수분이나 회분량, 산소함량, 입자의 세공율이 증가할수록 고농도화에 불리한 것으로 나타나고 있다. 연료적 가치를 향상시키기 위해서는 물의 함량을 적게, 즉 석탄의 농도를 증가시키는 것이 중요하다. 일반적인 CWM 규격으로는 석탄농도 65% 이상이 바람직한 것으로 보고되고 있다. 석탄가스화에 연료로 사용되는 CWM의 연료성상 및 미립화 정도, 제조 조건 등에 따라 많은 차이가 발생한다. 본 실험에서는 1.0T/D급 습식 분류층가스화기에서 이용할 CWM의 제조를 위하여 소형 믹서를 이용하여 석탄의 농도에 따른 점도 변화와 석탄의 분쇄입자 크기에 따른 점도 변화, 계면활성제와 첨가제의 농도에 따른 점도 특성을 실험하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권1호
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• pp.1-12
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• 2023

석탄가스화는 석탄을 불완전 연소하여 수소와 일산화탄소로 이루어진 합성가스를 생성하는 공정이다. 기 존 석탄 연소와 달리 질소 산화물이나 황 산화물이 배출되지 않고 미세먼지 발생량이 적어 석탄을 청정하게 이용할 수 있으며 합성가스를 통해 부가적인 화학물질을 생산할 수 있다. 석탄가스화는 합성가스 생산방식에 따라 석탄가스화복합화력발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC), 플라즈마 석탄가스화, 지하석탄 가스화(Underground Coal Gasification, UCG)로 분류된다. 최근에는 합성가스의 수소를 활용하기 위하여 일산화탄소를 수소로 전환하는 수성가스전환(Water Gas Shift, WGS) 반응기와 이산화탄소를 포집하는 설비를 결합하는 사례가 늘고 있다. 본 연구에서는 석탄가스화와 합성가스를 이용한 수소 생산 방법에 대하여 정리하였으며 현재 진행되고 있는 석탄가스화를 이용한 수소 생산 프로젝트를 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.74.2-74.2
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• 2011

석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 석탄과 산소의 불완전연소 및 가스화 반응을 통해 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이다. 석탄가스화기 공급되는 석탄은 산소와의 부분 산화, 수증기 및 $CO_2$와의 반응에 의하여 합성가스로 전환되는데, 일반적으로 슬래깅 방식 석탄가스화기의 정상운전 중에 가스화기 내부 온도는 $1,400{\sim}1,600^{\circ}C$ 정도의 고온이며, 운전압력은 20~60 기압으로 매우 고압 상태에서 운전이 이루어지는데, 공급되는 석탄 시료의 성분들 중 가연성 물질의 99% 이상이 합성가스로 전환되는 반면, 회분에 해당되는 무기물의 대부분은 용융 슬랙 형태로 가스화기의 벽을 타고 흘러내리다가 슬랙탭을 통해 하부의 냉각조로 떨어지면서 급냉이 이루어지게 된다. 그러므로, 석탄가스화기 정상운전중 슬랙탭 주변의 온도를 고온으로 유지함으로써 용융슬랙의 고형화를 방지하는 것은 석탄가스화기의 안정적인 연속운전을 위하여 중요한 기술 중의 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 저급탄 가스화를 위한 1 톤/일급 고온, 고압 습식 석탄가스화기의 정상운전중 슬랙탭 부근에서 용융슬랙의 고형화를 방지하기 위한 슬랙탭 버너시스템의 설계를 진행하였으며, 안정적인 운전조건 도출을 위하여 보조연료(CNG)와 산소의 공급비율에 따른 화염특성 시험을 진행하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1996년도 춘계학술발표회 초록집
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• pp.49-52
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• 1996

3톤/일 미분탄 처리 용량을 갖는 석탄 가스화기에 대한 운전 조건 및 특성을 조사하기 위하여 먼저 ASPEN 모사를 통하여 얻은 최적 가스화 조건을 3톤/일 석탄 가스화기 초기 운전 조건으로 결정하였다. 모사 결과에서 산소/석탄의 무게비가 가스화기 운전에 중요한 변수임을 알 수 있었다. 모사 결과를 기초로 운전한 결과 산소/석탄의 무게비가 0.7 근처에서 일산화탄소 및 수소의 생성율이 최대임을 알 수 있었고 생성 가스의 발열량은 2500kcal/N㎥ 정도임을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.73.1-73.1
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• 2011

석탄가스화 복합발전(IGCC) 시스템은 고온 고압으로 운전되는 가스화기에서 미분탄을 산소와 함께 가스화하여 주로 CO 및 $H_2$를 생성하고 이때 발생되는 먼지 및 황성분은 각각 집진기 및 탈황장치에서 제거되며, 석탄 회분은 고온에서 용융되어 슬래그의 형태로 배출되는 방식을 사용하고 있다. 본 연구에서는 석탄가스화 복합발전시스템 설계에 필요한 기본자료를 파악하기 위해서, 고온 고압의 운전조건에서 1일 3톤의 석탄을 처리할 수 있는 Bench Scale급 석탄가스화기를 이용하여 가스화에 사용된 원탄 및 가스화기 설비의 각 지점에서 샘플링한 고체 시료를 중심으로 열화학적 특성을 살펴보았다. 가스화 실험은 아역청탄 계열의 ABK 석탄을 대상으로 가스화기 내부의 온도와 압력을 $1400{\sim}1450^{\circ}C$, $7.5{\sim}7.6Kg/cm^2$로 유지시키면서 실시하였다. 실험에 사용된 석탄 시료의 기본적인 물성치를 조사하기 위하여 표준방법에 따라 석탄의 공업분석, 원소분석, 발열량분석 등을 실시하였다. 석탄가스화기에서 배출된 슬래그와 대상 석탄 회분의 특성을 파악하기 위해서 XRF를 이용한 회분의 성분분석, Heating Microscope를 이용한 회분의 용융점 분석, XRD를 이용한 회분과 슬래그내의 화합물의 형태 및 결정구조 파악, SEM을 이용한 슬래그의 형상 등을 분석하였다. 또한 석탄가스화기 시스템을 구성하는 각 설비의 특성을 파악하기 위해서 관련 설비의 특정 지점에서 채취한 시료의 입도분석, 원소분석, 촤 회분 무게비, 슬래그중의 잔존탄소함량, 슬래그와 슬래그로부터 제조된 용출수내의 중금속 함량분석 등을 실시하였다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.49-53
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• 1999

석탄가스화복합발전시스템 설계기술 개발 연구의 일환으로 상용 공정설계 프로그램인 Aspen Plus, Tsweet, Gatecycle을 이용하여 계통구성 최적화 연구를 수행하였다. 석탄은 대동탄(Tatung Coal)을 사용하였으며 그 성상은 <표 1>과 같다. 대동탄은 국내화력발전설비에서 사용되고 있는 모든 석탄을 대상으로 석탄의 특성에 따른 가스화 반응특성을 분석한 결과, 석탄가스화에 가장 적합한 성상으로 나타난 바 있다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.361-363
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• 2008

탄소 개질반응은 $1200^{\circ}C$(도1) 이상에서 모든 탄화물질과 수분 또는 $CO_2$ 사이에서 흡열/환원반응이 일어나서 합성가스를 생성한다. 개질반응로는 산화반응로와 연결되어, 수소가스와 CO 가스의 혼합인,합성가스가 산화반응로 내에서 산소가스와 연소하여 열과 $H_2O+CO_2$를 생성하여 환원 반응로 내로 유입되어, 환원 반응로를 $1200^{\circ}C$ 이상으로 유지하고, $H_2O$와 $CO_2$는 석탄 속의 모든 탄소를 CO로 개질한다(도2). 동시에 수소가스가 생성되어 합성가스를 생성하게 된다. 석탄 속의 비탄소 물질인 슬래그(Slag)는 개질로 내에 남게 되는데, 개질로를 슬래그 융점(non-fluid point) 이하에서 고체상태로 포집함으로서 Fly-ash로 처리된다. 개질로 내의 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$(석탄 슬래그 융점)로 유지함으로서 개질반응이 지속되어 합성가스가 생성된다. IGCC 시스템에서는 합성가스를 가스터빈 속에서 $O_2E가스와 연소하여 고온의 가스를 생성하여 터빈을 가동해 발전을 하고 배출가스를 $1500{\sim}1700^{\circ}C$에서 배출한다. 재래식 IGCC(도4)에서는 ${\sim}1500^{\circ}C$의 배출가스를 열교환 시스템에 의해 증기를 생성하여 Steam turbine(증기터빈)을 가동하여 추가 전력을 생산했다. 그러나 본 시스템에서는 배출가스(증기와 $CO_2E 가스)를 위의 개질로에 유입하여 개질로 온도를 $1200{\sim}1300^{\circ}C$로 유지함으로서 더 많은 합성가스를 생성 하게 된다(도3). 이렇게 하여 Oxidation-reduction cycle을 형성하게 된다. 새로운 IGCC 시스템에서 가스 터빈의 배출가스가 석탄 개질로에 연결되고 석탄개질로의 합성가스 출구가 가스터빈의 가스 입구에 연결됨으로서,외부에너지 주입 없이 지속 가능한 가스화 반응과 터빈 사이클(Cycle)을 완성하여 IGCC 시스템의 석탄 열효율을 1단계 상승시켰다. 이렇게 설계된 석탄가스화기는 Lurgi형 석탄가스화 기와 달리 석탄개질반응의 효율을 높일 수 있고, 슬래그 처리가 간단하기 때문에 석탄가스화기가 소형화 될 수 있으며 슬래그(Slag)용융에 따른 석탄가스화기의 외벽손상을 피할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.250-253
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• 2008

최근 석탄 가스화 기술은 화석연료인 석탄을 기존의 공해물질 발생을 90%이상 줄이면서 고효율로 활용할 수 있는 방법으로 각광받고 있다. 본 연구는 당 센터에서 보유하고 있는 습식 석탄 가스화기의 성능 향상을 위하여 버너의 형태에 따른 미립화 특성을 파악하였으며, 가스화기의 버너로 적용하여 가스화 특성 실험을 실시하였다. 미립화 특성을 파악하기 위하여 개발되어진 3가지 형태의 버너를 Cold Test장치를 이용하여 $O_2$/Fuel Ratio 및 버너의 내부 혼합 방식, 분사각도에 따른 미립화 특성을 관찰하였으며, 입도 분석은 심파텍사의 입도 분석기를 이용하여 측정하였다. 실험 결과 이중혼합식 버너가 미립화 특성이 가장 우수하게 나타났으며, 외부혼합식 버너와 환형 버너의 경우 비슷한 미립화 특성을 나타내었다. 가스화기에 적용하여 실험한 결과 미립화 특성이 우수하게 나타나는 경우 가스화 특성 또한 우수하게 나타남을 확인하였다.

• NICE (News & Information for Chemical Engineers)
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• 제31권1호
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• pp.48-57
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• 2013

석탄가스화 기술은 석탄의 에너지원으로서의 중요성에 더하여 고효율 고청정 에너지화 기술이라는 측면에서 많은 기술선진국에서 시장 선점을 위하여 다양한 석탄가스화 기술을 개발하고 있다. 초기에는 미국과 유럽을 중심으로 기술개발이 이루어졌으나 최근에는 일본과 중국에서도 상업화 기술을 보유하는 수준에 이르렀다. 특히 중국은 우리나라보다 뒤늦게 기술개발을 시작하여 2000년 이전에만 하여도 석탄가스화 기술의 후진국이었으나 최근에는 ECUST와 TPRI 등이 주도적으로 기술개발을 진행하고 집중적인 연구개발 지원에 힘입어 이제 2,000톤/일급 이상의 가스화기 개발을 완료하고 수십기의 상업용 실적을 보유하는 등으로 비약적인 발전을 이루었다. 반면에 우리나라는 중국보다 이른 시점인 1990년대 초반부터 가스화 기술개발을 시작하여 많은 기술축적을 이루어 미분탄 기류 수송, 슬러리 제조, 탈황 기술 등의 일부 요소기술에서는 세계 수준급의 기술을 확보하고 있으나 연구비의 제한적인 투자로 인하여 규모의 측면에서는 아직 수톤~수십톤/일급 가스화기의 운전 또는 설계 진행 수준에 머무르고 있다. 우리나라의 경우 에너지의 대부분을 수입한다는 측면을 고려할 때에 저가의 에너지원 확보 및 에너지원의 다양성 확보 측면에서 석탄에너지 활용은 필수적이므로 석탄 활용 기술, 특히 석탄가스화 기술 개발에 많은 관심을 기울일 필요성이 아주 강하다고 판단된다.