4 가지 탄종(Gunvor, Glencore, Noble, ECM)의 촤 산화반응 특성을 $900^{\circ}C$에서 $1300^{\circ}C$까지의 노내온도와 대기압 조건에서 DTF(drop tube furnace)를 이용하여 실험하였다. 촤 반응률은 FT-IR 장비로 측정한 CO, $CO_2$ 농도와 이색온도계로 측정한 입자온도를 통해 계산되었고 고회분탄의 활성화에너지(E)와 pre-exponential 상수(A)는 아레니우스 방정식을 기초로 계산되었다. 실험 결과는 석탄의 회분 함량이 늘어남에 따라, 입자온도와 면적반응성이 감소하였다. 이러한 결과는 회분의 큰 열용량, 회분의 기화잠열과 상대적으로 적은 고정탄소의 함량으로 인한 연소성 저하로 사료된다. 결과적으로 고회분탄은 높은 활성화 에너지(E)를 가진다.
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.
대두의 성분육종에 대한 기초재료를 얻기 위하여 대두의 주요7개품종과 이들 품종을 교배친으로하여 이면교잡에 의한 21개조합의 잡종종자 도합 28품종 및 계통종자를 재료로 단백질, 지방질, $\textrm{P}_2\textrm{O}_5$, $\textrm{K}_2\textrm{O}$, CaO, MgO, 회분 그리고 수분의 8개 화학성분을 분석하여 이들성분 상호간의 표현형상관, 유전상관 그리고 환경상관을 본바 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 단백질과 지방함량간에는 뚜렷한 상관관계가 보이지 아니하고 단백질과 $\textrm{P}_2\textrm{O}_5$ 간, 지방과 $\textrm{P}_2\textrm{O}_5$ 간에도 상관관계가 보이지 아니하였다. 2. 단백질과 $\textrm{K}_2\textrm{O}$, 단백질과 회분, 단백질과 수분간에는 정의 상관관계가 보이나 지방과 CaO, 지방과 회분 간에는 부의 상관관계가 보였다. 3. $\textrm{P}_2\textrm{O}_5$와 회분간에는 정의 상관이 보였으나 $\textrm{P}_2\textrm{O}_5$와 수분, CaO와 수분, MgO와 회분간에는 부의 상관관계가 보였다. 4. $\textrm{K}_2\textrm{O}$, CaO, 회분, 수분의 4개성분은 단백질과 지방질에 상반되는 경향을 보였다. 5. 환경상관에 있어서는 단백질과 회분간에 정의 상관의 유의성이 인정되었을 뿐 다른성분 상호간에는 아무런 상관관계를 보이지 아니하였다.
본 연구는 호기성 연속회분식반응기(SBR)에서 낙농폐수의 생물학적처리 과정에서 발생되는 휘발성 유기물질 발생량을 분석한 것이다. 호기성처리 상태에서 악취성분인 휘발성 지방산(VFAs) 및 휘발성 유기물질(VOCs)은 원래 상태보다도 크게 감소하였다 호기성 연속회분식반응기에서 휘발성지방산은 1,450 mg/L 이하를 나타내고 있었다. 축산폐수처리과정에서 악취처리는 호기성연속회분식반응기(SBR) 처리 기술이 효과적인 방법이라고 확인되었다. 호기성 연속회분식반응기 시스템은 고액분리된 액상물의 악취물질 제거에 사용될 수 있었다.
회분식 공정의 HAZOP 분석 전문가 시스템은 연속 공정의 HAZOP 분석 기법과는 달리 time과 sequence라는 이산적인 변수들을 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 이산 변수들과 연속 변수들의 관계를 이용하여 회분식 공정의 time과 sequence 해석을 수행하는 회분식 공정의 HAZOP 분석 자동화를 위한 전문가 시스템을 개발하였다. 제안된 전문가 시스템을 Latex 제조 공정에 적용하여 그 실효성을 검토하였다.
회분식 공정의 HAZOP 분석 기법은 연속 공정의 HAZOP 분석 기법과는 달리 time과 sequence라는 이산적인 변수들을 고려해야 한다. 회분식 공정의 time과 sequence 해석은 연속 공정의 HAZOP 분석 기법으로는 설명될 수 없으므로, 이산 변수들과 연속 변수들의 관계를 이용하여 회분식 공정의 HAZOP 분석을 수행하는 방법을 개발하였다 본 연구에서는 이 방법을 Latex 제조 공정에 적용하여 그 실효성을 검토하였다.
본 연구는 회분식과 연속식으로 나누어 숯의 농약 흡착 능력을 평가하였다. 실험에 사용된 농약은 Simazine, Diazinon, Fenitrothion, Butachlor, Malathion이다. 회분식 실험 결과에 따르면, 흑탄과 백탄 양을 0.1g, 1g, 10g, 50g씩 증가시킬수록 농약 성분의 제거율이 높아지는 것으로 나타났으며, 흑탄이 백탄 보다 농약 성분을 잘 제거하는 것으로 나타났다. 특히, 1g 주입시 흑탄은 백탄보다 Malathion을 약 15%, Rutachlor을 약 19%, Fenitrothion을 약 25%씩 제거율이 더 높게 나타난 것으로 보아 흡착이 잘된다고 판단된다. 반면에 회분식에서 Diazinon의 제거율은 상대적으로 낮게 나타났나. 연속식 실험에서도 흑탄이 백탄보다 더 높은 제거율을 나타내었으며, 특히 흑탄 칼럼에서는 흡착 시간$(21\sim31hr)$에서 농약 성분의 평균 제거율을 비교해 본 결과, Simazine은 90%, Fenitrothion은 82%, Butachlor은 81%로 나타났으며, 특히 Diazinon의 제거율은 55%로 나타나 상대적으로 흡착이 잘 되지 않는 것으로 나타났다.
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.
석탄의 가스화는 촉매 도입 시 온순 조건에서 가능하나, 석탄 내 회분에 의한 비활성화에 의해 반복적인 촉매 활용이 힘들다. 이에 본 연구에서는 삼화 원탄에서 회분을 제거하여 삼화 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조한 후 가스화 반응성을 원탄과 비교하여 알아보았다. 우선 원탄을 대상으로 고정층 반응기에서 수증기 공급량, 공간 속도(space velocity), 온도 및 촉매를 변수로서 가스화 조건을 결정하였다. 고체상 혼합법으로 다양한 촉매 도입 시, 유동성을 갖는 $K_2CO_3$가 가장 높은 활성을 보였다. 무회분탄은 원탄보다 낮은 반응성을 보였으며, 이는 용매(1-methylnaphthalene, 1-MN)를 이용한 고온 추출 및 건조 공정 중에 소모된 산소 기능기 함량과 증가된 탄화도(carbonization)에 기인한다. $K_2CO_3$ 가 혼합된 무회분탄의 반응성은 급격히 증가하여 낮은 온도 ($700^{\circ}C$)에서도 높은 전환율을 보였다. 이때 $H_2/CO$와 $CO_2/CO$ 비율도 증가하는데, 이는 촉매에 의해 수성가스전환(water-gas shift) 반응이 활성화됨에 기인한다. 본 연구에서는 무회분탄의 저온 촉매 가스화 반응을 통해 석탄 가스화 공정의 경제성이 개선될 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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