• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.298-305
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• 2014

석탄에 포함되어 있는 회분은 환경오염을 유발시킬 수 있으며, 고온에서 운전되는 발전 설비에 융착되어 열전달 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 알칼리나 산, 또는 유기 용매를 이용하여 석탄 내의 회분을 제거하기 위한 연구와 함께 무회분 석탄을 이용한 석탄화력 발전 및 석탄가스화 복합발전에 대한 타당성 연구가 활발히 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 200 ppm급 무회분 석탄을 석탄가스화 발전에 이용하기 위해서 필요한 가스화기 운전조건을 ASPEN $Plus^{(R)}$ 공정모사의 민감도 해석을 바탕으로 도출하였다. 특히 석탄가스화 공정은 열분해, 휘발분 연소, 촤 가스화 공정으로 나누어 해석을 진행하였으며, 1.5 톤일급 비용융(non-slagging) 가스화기의 크기 및 운전 조건을 반영하여 모델링 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.457-460
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• 2007

석탄가스화 기술은 석탄을 고온/고압 조건에서 가스화 반응시켜 CO와 $H_2$가 주성분인 합성가스(syngas)로 전환시키는 기술이다. 그러나 가스화 반응으로 인해 합성가스 내에는 불순물인 $H_2S$, COS, $NH_3$ 등의 오염 물질이 발생하게 되며, 가스터빈의 부식, 촉매의 피독, 전극의 성능 저하 현상 등을 일으켜 효율을 저하시키게 된다. 이에 본 연구에서는 FeMgO 촉매를 제거용매로 사용하여 $H_2S$를 효과적으로 제거하기 위하여 Lab-scale 탈황 설비를 제작하였으며, 석탄 가스화 운전에 연계하여 합성가스 내 포함된 산성가스 정제 특성에 관한 연구를 진행하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권2호
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• pp.129-139
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• 2010

석탄으로부터 수소, 일산화탄소 등의 가스 연료를 생산하기 위하여 개발된 석탄 가스화 공정은 이산화탄소 저장, 환경 유해 물질 저감 등의 우수성으로 인하여 최근 세계 각국에서 앞다투어 개발에 나서고 있다. $75{\mu}m$ 이하의 미분탄을 이용하는 분류층 가스화 공정은 용량의 대형화가 쉽고, 에너지 전환 효율이 우수하여 석탄가스화복합발전(IGCC) 등에 널리 이용되고 있다. 특히 석탄슬러리를 원료로 사용하는 습식 분류층 가스화 공정은 기술적으로 성숙되어 가장 많이 보급되고 있다. 본 논문에서는 습식 분류층 가스화 공정을 이루는 석탄전처리, 버너, 가스화기, 슬래그용융, 가스화 운전 특성과 설계 및 해석을 위한 수치모사 등의 요소기술 개발 현황을 고찰하였다. 습식 석탄가스화는 IGCC 플랜트에서 뿐만 아니라 합성석유, SNG, 화학원료 제조용으로 활용될 수 있으며 융합 공정, 연료 다변화 등에 대응하기 위하여 요소기술별 추가적인 기술개발이 이루어져야 할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2953-2961
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• 2008

습식 석탄가스화란 석탄을 물과 혼합한 슬러리 형태(CWM, Coal Water Mixture)로 사용하는 것을 말하며, 분류층 가스화기에 빠르게 적용되었던 이유는 석유류 가스화와 공급방식이 유사하다는 점에서 출발하였다고 볼 수 있다. 1950년도에 사용되어 왔던 석유류 가스화 이용은 1970년 이후로는 유가 상승의 영향으로 석탄가스화로 바뀌게 되었다. 합성가스의 활용공정인 화학물질 제조 또는 복합발전의 운전 압력이 대부분 높기 때문에 가스화 압력을 높게 유지하기 위하여 슬러리 공급 방식이 많이 이용되었다. 슬러리 형태의 석탄 연료는 석유류가스와 시스템을 유사하게 활용할 수 있는 장점이 있으며, 특별히 고압을 필요로 하는 경우에도 비교적 간단한 시스템을 이용하여 공급 가능하다. 본 고에서는 현재까지 한국에너지기술연구원에서 수행된 습식 석탄가스화 기술개발 내용에 대하여 기술하고자 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.76.2-76.2
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• 2011

석탄으로부터 합성석유를 생산하는 상용기술을 도입하여 건설하고 이와 더불어 원천기술 개발을 위한 국산화 기술 개발을 병행하여 향후 고유가 시대를 대비한 국가 에너지 안보 확립과 국내 기술 개발의 가속화를 추구해야 할 필요성이 대두되고 있다. 본 타당성 조사는 3종류의 석탄(호주 Wyong탄, 인도네시아 NTC탄, 인도네시아 KBB탄)으로부터 가스화에 의하여 합성석유스를 생산하는 공정에 대한 타당성 조사(Feasibility Study, FS)를 Class 5(하한 -50~-20%, 상한 30~100%)의 정확도로 수행하는 것을 내용으로 하고 있다. 플랜트의 규모는 합성석유 기준으로 20,000배럴/일이다. 플랜트의 건설을 위해서 광양제철소 슬래그처리장 내 12만평 부지에 조성 중인 포스코 SNG 생산공장 부지의 일부를 사용하는 것을 기준으로 하였다. 일반적으로 석탄의 종류에 따라서 가스화기의 종류 및 성능이 결정된다. 본 타당성 조사 연구에서 선정된 3종류의 석탄의 조성, 발열량, 회분 함량 등의 특성을 고려하여 각각의 석탄에 적합한 현존하는 상용급 가스화기를 선정하였다. 해당 석탄이 가스화기 종류에 따라 적절한 전처리 과정(건조, 분쇄, 슬러리화)을 거친 후 가스화기에 공급되는 것을 가정하여 석탄의 원소분석 조성, 발열량, 회분함량, 회분조성, 회 용융점 등의 변수에 따라서 각각 해당 가스화기에서 가스화되었을 때의 생성되는 합성가스의 조건을 시뮬레이션을 통하여 얻었다. 가스화기 시뮬레이션 결과를 토대로 합성석유 및 합성천연가스 생산을 위한 공정의 물질수지식 및 에너지수지식이 계산되었으며 이로부터 각 공정에서 발생되는 부생성물과 폐기물에 대한 양이 결정되고 이를 처리하는 방안 등도 제시되었다. 실증시설은 20,000배럴/일 규모의 CTL 및 전기 병산 시설이 적합하다. 더 큰 규모 공장은 투자비가 너무 커서 유가 또는 석탄가 변동에 따라 사업의 수익성이 크게 변하여 위험도가 큰 단점이 있기 때문이다. CTL 공장에 전기 병산이 추천되는 이유는 산소생산공장(APU), 압축 등 석탄전환공장에는 자체적인 전기수요가 막대하여 따로 스팀터빈용 발전소를 운영하므로 이를 효율적으로 대체하고자 하기 때문이다. 즉, 석탄가스화에 의해 기름을 최대한 만들고 미반응가스는 가스터빈 및 스팀터빈의 복합발전에 의해 고효율로 전기를 생산하면 최소의 비용으로 최대한 전기를 생산하여 자체소비 전력을 충당하고 남는 전기는 판매하여 수익률을 높일 수 있다.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.3-8
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• 1998

석탄을 이용한 차세대 발전 시스템으로 석탄가스화 복합발전(IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)이 하나의 대안으로 제시되고 있다. 기존 석탄화력 발전소의 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. (중략)

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1995년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.27-32
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• 1995

석탄가스화 복합발전은 최소 14기압이상의 가압상태에서 석탄을 가스화시킨다. 이에 따른 가압상태의 석탄가스화반응을 규명하기 위하여 고압 Thermogravimetry를 사용하여 열분해특성을 측정하였고, 생성물질은 on-line으로 연결한 Gas Chromatography/Mass Spectrometry로 분석하였다. 가압상태에 따른 열분해특성은 char 분해반응 단계에서 현격한 차이를 나타내었고, 수증기 주입에 따른 가스화반응에 의하여 80$0^{\circ}C$이상에서 큰 질량변화 차이를 보여줌을 확인하였다. 또한, Pittsburgh탄에서는 가압의 조건이 bitumen의 열분해시작을 늦추고 스팀은 전 열분해반응에서 방출되는 나프탈렌의 양을 증가시킨다. 유시 벨리탄에서는 char의 가스화에 의하여 나프탈렌 및 벤젠류의 발생이 스팀이 없는 상태에 비해 지연되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.105.2-105.2
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• 2010

석탄의 직접 연소 대신 고온/고압의 조건에서 불완전연소 및 가스화 반응을 통하여 일산화탄소(CO)와 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조하여 이용하는 석탄 가스화 기술은 현실적인 에너지원의 확보를 위한 방법인 동시에 이산화탄소를 저감할 수 있는 기술이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 non-slagging 방식의 pilot급 분류층 석탄가스화기를 대상으로 고압 미분탄공급장치, 합성가스 냉각장치, 고온 집진장치 등을 연계하여 상용급 석탄가스기와 유사한 $1,300^{\circ}C$, 20 kg/$cm^2$의 운전조건에서 미분탄의 안정적인 공급을 통한 양질의 합성가스 제조 및 제조된 합성가스의 분기 공급특성 시험을 진행하였다. 그리고, 고압 미분탄공급장치는 공급호퍼에 저장된 미분탄을 고온/고압 조건으로 운전되는 석탄가스화기에 공급하기 위한 설비로서, 이러한 고압 미분탄공급장치를 이용한 기류수송 방식의 미분탄 공급 기술은 가스화기 설계 및 운전제어 기술과 더불어 석탄가스화기 시스템의 안정적 연속운전을 위한 가장 핵심적인 기술 중 하나라고 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 아역청탄인 인도네시아 ABK탄을 대상으로 향후 dense phase 고압 기류수송을 목적으로 하는 고압 미분탄공급장치의 성능특성을 시험을 진행하였는데, 시험 결과 73 kg/h 조건에서 20 kg/$cm^2$의 가스화기에 대한 안정적인 미분탄 공급특성을 확인할 수 있었으며, 이러한 미분탄 공급 조건에서 CO 40～45%, $H_2$ 16~20%, $CO_2$ 5~8% 조성의 양질의 합성가스를 평균적으로 $230{\sim}50Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.71.1-71.1
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• 2011

석석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 미분탄과 산소의 가스화 반응에 의해 CO와 $H_2$가 주성분인 합성가스를 제조하는 기술로서 차세대 화력발전 뿐만아니라 다양한 화학원료 제조를 위한 분야에서 각광을 받고 있다. 또한, 가스화 기술은 향후 CCS기술, CTL(Coal To Liquid, 석탄액화)기술, SNG(Synthetic Natural Gas, 합성천연가스)생산, 수소생산, 각종 화학원료 생산 등과 연계가 가능한 미래 석탄이용 분야의 핵심 기술이라 할 수 있다. 따라서, 고등기술연구원에서는 이러한 석탄가스화를 통해 양질의 합성가스를 제조하기 위한 기술 개발의 일환으로 pilot급 고온, 고압 건식 분류층 가스화기, 기류수송 방식의 미분탄공급장치, 수냉자켓 구조의 합성가스 냉각장치, 합성가스 중 분진제거를 위한 금속필터 장착 집진장치 등을 연계하여 20기압의 고압 조건에서 장시간 연속운전을 진행하였다. 본 연구에서는 미분탄 공급을 위하여 상부공급 버너를 적용하였고 석탄가스화기는 $1,300{\sim}1,350^{\circ}C$ 정도의 온도에서 운전을 진행하였으며 미분탄을 75 kg/h의 조건에서 연속적으로 공급하였다. 그리고, 이러한 조건에서 5.5일 정도의 연속운전을 진행하는 동안 CO 44~48%, $H_2$ 20~21%, $CO_2$ 4~5% 조성의 석탄 합성가스를 $200Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제9권4호
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• pp.295-302
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• 2000

증발열량 석탄가스 연료를 사용하는 석탄가스와 복합 발전 플랜트의 성능 및 NOx 배출량을 동시에 예측하기 위한 모사 방법을 제시하였다. 본 방법은 복합 사이클의 열역학적 해석 기법을 토대로, 석탄가스화 복합발전 플랜트의 시스템 연계 및 석탄가스 연소에 의한 탈설계점 효과를 예측하는 모델들을 포함하고 있다. 본 방법에 의한 전산 모사 결과와 천연가스를 사용하는 복합발전소의 실제 시험 결과를 비교함으로써, 본 방법의 예측정확도를 검증하였다. 본 모사 방법을 이용하여, 서로 다른 4가지 석탄가스 연료에 대해, 공기 분리장치와의 다양한 연계 설계 조건에 따른 석탄가스화 복합발전 플랜트의 전체 성능, 운전 안전성 및 NOx 배출 특성들을 비교, 검토하였다.