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문제 정의
- 11과 12에 각각 나타내었다. 본 실험에서 장치의 안정적 운전가능 조건을 찾기 위하여 여러 조건을 변화시켜가며 실험하였으므로 생성되는 기체의 조성에 단절 점이 있으나, 본 장치의 조건과 시료조건에서 최대생성 가능한 연소가스의 조성을 유추해 낼 수 있는 자료이다. 생성되는 기체의 조성 중 연료가스(CO+Hz)의 조성이 최대 약 35% 생산이 가능하였다.
가설 설정
- 주입된 석탄 중 일부는 유동화공기에 의하여 비산 유출된다. 고온의 가스화기에서 유출되었으므로 반응기 내부에서 건조, 휘발되어 수분과 휘발분의 조성은 0% 이고 기타 성분은 주입된 석탄의 공업분석 조성에서 변화가 없는 것으로 가정하였다. 층물질에 포함된 미연분의 석탄 함량은 미미하여 탄소 전환율의 계산에서 제외하였다.
제안 방법
- 장치 내부의 압력변화를 관찰하기 위하여 가스화기의 상부에 압력계를 설치하였고 시료를 상부를 통하여 주입할 수 있도록 별도의 주입구를 설치하였다. 각각의 영역에서 압력변동을 측정하기 위하여 분산판2로부터 -0.15 m, 0.12 m, 0.33 m, 0.59 m, 0.94 m에 압력 tat를 설치하였고 온도변화를 감지하기 위하여 K형 열전대를 설치하였으며 각각의 온도와 압력을 컴퓨터에 기록하였다.
- 반응조건을 결정하였다. 또한 여러 실험변수들의 변화에 따른 생성가스 성분의 변화를 탈황반응장치의 후단에서 포집하여 정량적으로 분석하고, 발생가스 중 H2 와 CC의 농도를 기준으로 최적의 반응 조건을 결정하였다.
- 본 연구에서 수행한 가스화 실험의 실험조건은 Table 1과 같다. 반응압력은 2기압의 가압상태를 유지하였고 온도의 영향을 살펴보기 위해 층의 평균온도를 735-831℃ 범위에서 변화시키며 발생가스의 성분을 분석하였다. 반응기내 겉보기 유속은 약 0.
- 본 가스화 실험은 유동화 기체 인 공기를 층물질인 모래의 최소유동화 속도로 주입하면서 반응기의 온도를 40(rc로 올려 온도가 정상상태에 도달하면 층물질을 상부의 투입구로 주입하여 가스화기 내부의 유동화 상태를 점검한다. 층물질이 투입됨에 따라 분산판, 유동층, 프리보드의 압력을 관찰하고, 유동화 상태가 원활하여 가스화기 내부에서 압력요동이 일어나게 되면 가스화기의압력을 2기압까지 서서히 상승시킨다.
- 본 실험에서 물질수지는 원소분석을 기준으로 계산하였다. 주입된 석탄 중 일부는 유동화공기에 의하여 비산 유출된다.
- 본 연구를 통하여 유동층석탄 열분해 반응실험(20시간, 12시간, 6시간, 8시간)을 수행하였으며 반응 조건의 변화에 따른 발생가스의 조성변화를 고찰하였다. 전체 실험에서 계산된 A/C(공기/석탄 비)는 4.
- 본 연구에서는 원탄 중 키데코탄을 대상으로 slagging ash와 clinker의 생성을 억제하기 위하여 유동층반응기를 이용해 비교적 낮은 온도 영역 (층의 평균온도; 735~ 83VC)에서 가스화 반응을 수행하여 스팀공급량, 석탄공급량, 공기공급량 등 가스화 변수에 따른 최적의 가스화 반응조건을 결정하였다. 또한 여러 실험변수들의 변화에 따른 생성가스 성분의 변화를 탈황반응장치의 후단에서 포집하여 정량적으로 분석하고, 발생가스 중 H2 와 CC의 농도를 기준으로 최적의 반응 조건을 결정하였다.
- 62 m)를 거쳐 포함된 수분을 응축시킨 후 배출시켰다. 석탄가스 배출부에 우회로를 설치하여 필터를 거쳐 분석기 (URAS)로 석탄가스가 유입되도록 하였으며 분석된 발생가스의 성분농도를 컴퓨터로 수집하였다.
- 도달하도록 조절한다. 석탄의 주입량이 충분하지 않으면 여러 단위반응 중 부분연소반응이 우세하여 CQ의 양이 증가하고 반응기 온도 또한 증가하므로 석탄의 주입량과 물의 주입량조절은 매우 중요하므로 반응기상태를 관찰해가며 조절한다. 사이클론과 응축기를거친 정제 가스는 가스유량계를 거쳐 일부는 분석기로유입되어 성분이 분석되고 나머지는 외기로 배출하였다.
- 예열기는 반응기로 들어가는 기체를 가열하기 위하여 설치하였으며 tempie 반응기 상단, temp2는 프리보드영역 , temp3는 유동층영역 , temp4는 분산판 아래의 air plenum 영역의 온도변화를 나타낸다. 실험시간이 증가함에 따라 반응온도를 서서히 상승시키면서 기체조성의 변화를 관찰하였다. 일반적으로 반응온도가 높아지면 가스화 효율도 높아지는 것으로 알려져 있으나, 키데코탄의 용융온도는 1, 020로 950℃ 이상으로 반응온도가 상승하면 유동화가 원활하게 이루어지지 않으며 용융되어 소결현상이 일어나게 된다.
- 실험조건의 온도와 유속이 일정하게 유지되면 screw feeder를 통하여 석탄을 반응기내 투입하면서 펌프를 통하여 물을 주입하여 가스화기의 반응온도와 압력이 정상 상태에 도달하도록 조절한다. 석탄의 주입량이 충분하지 않으면 여러 단위반응 중 부분연소반응이 우세하여 CQ의 양이 증가하고 반응기 온도 또한 증가하므로 석탄의 주입량과 물의 주입량조절은 매우 중요하므로 반응기상태를 관찰해가며 조절한다.
- 실험종료 후에 가스화기 내부에 남은 층물질과 회재를 포집하여 정량하여 호퍼에 잔류한 입자와 미반응으로 배출된입자들로 고체 물질 수지식을 통하여 전체 탄소전환율을 계산하였다.
- 일반적으로 반응온도가 높아지면 가스화 효율도 높아지는 것으로 알려져 있으나, 키데코탄의 용융온도는 1, 020로 950℃ 이상으로 반응온도가 상승하면 유동화가 원활하게 이루어지지 않으며 용융되어 소결현상이 일어나게 된다. 유동화 상태가 악화되면 반응열에 의한 국부가열현상이 발생하여 가스화 반응을 진행할 수 없으므로 본 실험에서는 temp3 의 온도를 900℃ 이하로 유지하였다. 석탄과 수분의 주입속도를 조절하여 장시간 운전에도 안정적인 온도 조절이 가능하였다.
- 발생가스의조성은 열분해, 가스화반응으로 CO, H2, CH4, 부분 연소로 C0, 미반응한 수증기와 유동화 공기로 공급된 N2 로 구성된다. 이 중 에너지원 및 합성원료로 사용할 수있는 CO와 H“ CH4 중 CH<의 양은 상대적으로 미미하며 발생;가:스는 CO, H2(CO : 67.6 kcal/g-mol, H2 : 68.3 kcal/g-mol)의 주요성분만을 고려하여 열량을 계산하였다. 생성가스의 조성을 기준으로 한 발생가스의 열량은 564 kcal/nr5 이었다.
- 025 m의 파이프를 통하여 비산된 입자와 함께 생성된 가스가 배출되며 외부에 사이클론을 거쳐 비산된 입자는 포집되고 가스는 응축기를 거쳐 분석되며 배출되도록 하였다. 장치 내부의 압력변화를 관찰하기 위하여 가스화기의 상부에 압력계를 설치하였고 시료를 상부를 통하여 주입할 수 있도록 별도의 주입구를 설치하였다. 각각의 영역에서 압력변동을 측정하기 위하여 분산판2로부터 -0.
대상 데이터
- 22 m 하부에 주입구를 설치하였다. 0.5 cm의 크기의 노즐이 삼각피치로 20개가 배치되어 있는다공판 형태의 분산판을 사용하였으며, 유동화 영역에는내경 0.05 m의 석탄주입부가 분산판으로부터 0.2 m에 수평으로 설치하여 주입되는 석탄이 유동화 물질과 원활하게 혼합되도록 하였다. 유동화 물질로는 모래를 사용하였으며, 프리보드 영역은 상부에 0.
- 가스화기에서 생성된 발생가스는 가스화로 상부의 내경 0.02 m의 파이프를 통하여 사이클론(내경 0.12 m)으로 주입되어 비산 유출된 미세입자를 포집하였다. 사이클론을 통과하여 걸러진 석탄가스는 응축기 (내경 0.
- 가스화로는 내경 0.01m, 높이 1.67 m의 원통형 SUS316 으로 제작되었고 air plenum, 분산판, 유동층영역, 프리보드 영역으로 구성되며 각각 반응온도까지 가열하기 위하여 3단 매몰히터(용량 6kW)가 가스화로의 외부에 장착하였다. Air plenume 장치의 하단으로부터 높이 0.
- 본 연구에 사용된 석탄의 성분을 Table 2, 석탄의 입도분포를 Fig. 2, 모래의 입도분포를 Fig. 3에 나타내었다. 석탄의 원산지는 인도네시아 키데코탄으로 원탄을 분쇄기에서 분쇄한 뒤 mesh로 크기를 구분하여 사용 하였다.
- 석탄은 내경 0.025 m, 길이 0.52 m, 피치가 0.01 m인냉각 jacket이 외부에 설치된 screw feeder를 이용하여정속을 유지하며 주입하였다. 석탄은 주입 시 압력요동을 막고 석탄의 원활한 주입을 위하여 압력계와 우회로가 설치된 급진기 상부의 호퍼에 투입된다.
- 3에 나타내었다. 석탄의 원산지는 인도네시아 키데코탄으로 원탄을 분쇄기에서 분쇄한 뒤 mesh로 크기를 구분하여 사용 하였다. Table 2에서 보는 바와 같이 회분은 21%, 고정탄소 35%, 휘발분이 33%였으며, 발열량은 5, 300 kcal/kg, 평균입도는 1, 525 #이였다.
- 2 m에 수평으로 설치하여 주입되는 석탄이 유동화 물질과 원활하게 혼합되도록 하였다. 유동화 물질로는 모래를 사용하였으며, 프리보드 영역은 상부에 0.025 m의 파이프를 통하여 비산된 입자와 함께 생성된 가스가 배출되며 외부에 사이클론을 거쳐 비산된 입자는 포집되고 가스는 응축기를 거쳐 분석되며 배출되도록 하였다. 장치 내부의 압력변화를 관찰하기 위하여 가스화기의 상부에 압력계를 설치하였고 시료를 상부를 통하여 주입할 수 있도록 별도의 주입구를 설치하였다.
성능/효과
- 또한 본 연구를 통하여 발생가스 중 부분연소로 인한 COj의 조성이 높으면 CO와 H의 조성이 감소하게 되고 이는 독립적인 반응이 아닌 경쟁반응으로 반응온도를 높게 유지하여 C(Q의 발생을 최소화하는 것이 가스화 효율을 높일 수 있을 것으로 사료된다. 연속운전을 위한 안정적인 운전조건에서 CO의 농도 약 18%, H우] 농도는 약 17%였다.
- 본 실험에서 장치의 안정적 운전가능 조건을 찾기 위하여 여러 조건을 변화시켜가며 실험하였으므로 생성되는 기체의 조성에 단절 점이 있으나, 본 장치의 조건과 시료조건에서 최대생성 가능한 연소가스의 조성을 유추해 낼 수 있는 자료이다. 생성되는 기체의 조성 중 연료가스(CO+Hz)의 조성이 최대 약 35% 생산이 가능하였다.
- 유동화 상태가 악화되면 반응열에 의한 국부가열현상이 발생하여 가스화 반응을 진행할 수 없으므로 본 실험에서는 temp3 의 온도를 900℃ 이하로 유지하였다. 석탄과 수분의 주입속도를 조절하여 장시간 운전에도 안정적인 온도 조절이 가능하였다.
- 그러나 지속적으로 증가하거나 감소하지 않으므로 반응기내에 축적되는 회재의 양이 비산 유출되는 층물질의 양과 거의 같은 양으로 유동층을 유지하여 일정하게 유지됨을 알 수 있다. 실험시작후 900 min 이후부터 발생된 수증기의 응축으로 인한 필터의 막힘현상으로 반응기 내부 압력이 증가하였다.
- 8에 나타내었다. 실험은 약 700분간 수행되었으며 H의 최고농도는 약 6%, COS] 농도는 약 12% 였다. 생성되는 가스 중 CO/ 농도가 16%로 다른 실험에 비해 약간 높았다.
- 4에 나타내었다. 실험초기 생산된 가스조성에서 CQ의 초기농도는 15%이었으나 반응이 진행됨에 따라 COj의 농도는 약간 감소하고 #스의 조성이 증가하였다. 반응초기에 열분해 반응보다 부분연소반응이 활발하게 일어났음을 알 수 있다.
- 연속운전을 위한 안정적인 운전조건에서 CO의 농도 약 18%, H우] 농도는 약 17%였다. 실험변수의 변화에 따라 생성되는 기체의 조성 중 연료가스# 조성은 최대 약 35% 생산이 가능하였다.
- 21 이었다. 유동층 석탄 가스 화기에서 열분해 반응보다 연소반응이 활발하게 일어나면 반응온도가 급격히 증가하므로 석탄과 스팀의 주입속도 조절이 안정적인 운전에 매우 중요한 인자임을 알 수 있었다.
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