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석탄가스화 기술의 최신 개발 동향 및 상업화 현황
The Newest Technology Development and Commercialization Status of Coal Gasification 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.24 no.3, 2015년, pp.150 - 163  

이진욱 (고등기술연구원 플랜트 엔지니어링 본부) ,  윤용승 (고등기술연구원 플랜트 엔지니어링 본부) ,  강원석 (한국지역난방공사 중앙연구원)

초록
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가스화 기술은 석탄, 중질잔사유, 펫코크, 등의 저급 화석연료를 고효율 및 고청정으로 활용할 수 있는 대표적인 차세대 화석연료 활용기술로서 관련 시장은 지속적으로 그리고 급속도로 팽창하고 있다. 수년전만 하더라도 기존 미분탄 활용 기술에 비하여 대용량화 및 이용률 등의 한계가 지적되어 왔으나 최근에는 이러한 한계들이 대부분 극복되고 있으며, 미래에는 가스터빈 또는 산소제조를 위한 이온전달 멤브레인 등의 관련 기술의 지속적인 발전으로 인하여 보다 경쟁력이 있는 기술이 될 것으로 예상된다. 초기에는 미국과 유럽에서 기술 개발 및 시장을 주도하여 왔으며 최근에는 중국이 매우 빠른 속도로 대용량화 기술 개발을 완료하여 자국에서 시장 확대 및 외국으로의 진출을 노리고 있다. 특히 석탄가스화 기술은 이산화탄소 포집 기술을 포함할 경우 매우 매력적인 기술이며, 우리나라와 같이 천연가스 가격이 비싼 나라에서는 석탄가스화에 의한 천연가스 생산 플랜트가 지금도 충분한 경제성을 가진다는 점 등을 고려하면 석탄가스화 기술은 지속적으로 관심을 가져야 하는 기술이다. 이에 본고에서는 가스화 기술에 관한 세계 최대의 컨퍼런스인 2014 가스화 기술 컨퍼런스에서의 자료와 최신 자료들을 활용하여 주요 기술 보유 업체들의 최근의 기술개발 및 상업화 동향을 살펴보았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Gasification technology is one of the representative next-generation fossil fuel utilization technologies, converting low grade fossil fuels such as coal, heavy residue oil, pet-coke into highly clean and efficient energy sources. Accordingly, related market demand for gasification technology is eve...

주제어

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문제 정의

  • 특히 MHPS사는 TEPCO(Tokyo Electric Power Company)와 함께 후쿠시마에 2기의 500 MWe(gross)급 IGCC 플랜트의 건설을 추진하고 있다[20]. 이 플랜트에는 산소부화형 (산소 농도 약 25% 예상) 가스화기와 산성가스 제거공 정으로서 Wet MDEA 공정을 채택하고자 계획하고 있으며 발전효율 48%(LHV 기준)를 목표로 하고 있다. 이전 Nakoso 250 MWe(gross)급 발전소에서의 효율이 약 42%(LHV 기준)인 점에 비하여 매우 높은 목표를 설정하였는데, 목표 달성에 성공한다면 USC 발전에 비하여 상당히 높은 발전 효율을 달성하는 IGCC 발전소가 탄생하게 되는 것이다.
  • 상기와 같은 기술에 의한 높은 효율 및 높은 이용률 등으로 Shell사는 가스화 기술의 세계 최강자 자리를 지켜왔으나 Shell사 가스화기의 가격이 높다는 이야기가 지속적으로 제기되었다. 이번 컨퍼런스에서는 본인들도 인정한 높은 가격과 특정한 석탄(주: 저급탄으로 판단됨)에서 발생하는 융착(fouling) 문제를 해결하기 위하여 합성가스 급랭 기술을 채택한 가스화 시스템을 소개하였다. 건설비(CAPEX)를 낮추기 위한 방안 으로서 그림 2(b)에 나타낸 바와 같이 일단계로 합성 가스 냉각기의 하류 부분에 물을 분사하여 합성가스 냉각기의 크기를 대폭 줄이는 기술을 채택하였다.
  • 국가별 시장으로는 중국, 시료로는 석탄, 생산품으로는 SNG 중심의 시장을 알 수 있으며, 특히 최근에 진행 중인 프로젝트로는 10기 이상의 가스화 기를 설치하는 대형 플랜트가 주를 이루고 있음을 알수 있다. 이와 같이 가스화 시장은 지속적으로 팽창할 것으로 예상되므로 이에 본고에서는 세계 최대의 가스화 기술 컨퍼런스인 2014년 Gasification Technology Conference에 발표된 자료를 중심으로 하여 석탄가스화 기술의 개발 동향 및 상업화 현황을 살펴보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스화 시스템이 상당히 안전하다고 생각되는 이유는 무엇인가? 멤브레인 벽에 얇은 두께의 내화재를 설치하고 내화재 위에 일부 슬랙이 응고되고 응고 슬랙 위로 용융 슬랙이 흐르게 되어 1,500~1,600oC의 고온에서 운전이 가능하여 이용율(availability)을 높일 수있다. 가스화기의 외부에는 별도의 압력용기를 추가로 설치하며, 가스화기와 외부 압력용기 사이의 공간에 질소를 공급하여 가스화기와 동압을 유지함으로써 실질적으로 가스화기의 멤브레인 벽은 내부와 외부가 동압을 이루게 되므로 이론적으로는 기계적인 응력을 전혀 받지 않게 되어 가스화 시스템은 상당히 안전하다고 할 수 있다.
가스화 기술은 어떠한 특징을 갖는가? 가스화 기술은 석탄, 원유공장 최종 잔류 제품(중질 잔사유, 펫코크 등), 폐기물 등의 저급 원료를 시료로 하여 완전연소에 비하여 충분하지 않은 산화제(산소, 수증기, 공기 등)를 공급하여 주성분이 일산화탄소(CO)와 수소(H2)인 합성가스를 생산하고 정제 공정을 거친 후 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle), CTL(Coal to Liquid, 합성석유 생산), SNG(Substitute Natural Gas, 대체천연가스 생산), 메탄올/DME/암모니아 등 화학물질 생산 등의 공정에 다양하게 응용되는 기술이다. 이 기술은 시료의 에너지화 변환 효율이 높고 가스 정제공정에서 저급 원료 속에 포함되어 있는 불순물(특히 황화합물)을 매우 청정한 수준으로 처리할 수 있는 특성으로 인하여 현재에도 대표적인 청정석탄 활용기술(CCT: Clean Coal Technology)로 인식되고 있으며, 석유와 천연가스의 가채년수가 점차 짧아질 차세대에는 더욱 효용성이 높은 기술이 될 것으로 예상 된다.
가스화 기술이란? 가스화 기술은 석탄, 중질잔사유, 펫코크, 등의 저급 화석연료를 고효율 및 고청정으로 활용할 수 있는 대표적인 차세대 화석연료 활용기술로서 관련 시장은 지속적으로 그리고 급속도로 팽창하고 있다. 수년전만 하더라도 기존 미분탄 활용 기술에 비하여 대용량화 및 이용률 등의 한계가 지적되어 왔으나 최근에는 이러한 한계들이 대부분 극복되고 있으며, 미래에는 가스터빈 또는 산소제조를 위한 이온전달 멤브레인 등의 관련 기술의 지속적인 발전으로 인하여 보다 경쟁력이 있는 기술이 될 것으로 예상된다.
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참고문헌 (38)

  1. C. Higman, State of the Gasification Industry: Worldwide Gasification Database 2014 Update, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  2. R. Berg, Demonstration of the Shell-Wison Bottom Quench Coal Gasification Process, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  3. J. Xu et al., Demonstration of the Shell-Wison Bottom Quench Coal Gasification Technology, 6th International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies, Coal Conversion and Syngas, Dresden/ Radebeul, Germany, May 2014 

  4. H. Dong, GE Gasification Global solution, China focus, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  5. 허려화 등, 중국 석탄가스화 기술 현황, KIC News, Volume 15, No. 1, 2012 

  6. K. White, Projects on 3 Continents, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  7. 이진욱 등, 2010 가스화 기술 컨퍼런스를 중심으로 살펴본 석탄 가스화 기술의 개발 동향 및 상업화 전개 현황, 에너지공학, 제20권 제2호, 2011 

  8. J. Sultz, Edwardsport Update to GUA, GUA Meeting, Washington DC, October 2014 

  9. P. Amick, E-GasTM Technology 2014 Outlook, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  10. P. Maitra & A. Francis, The Jamnagar Gasification Project, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  11. P. Amick, E-GasTM Technology 2010 Outlook, Gasification Technology Conference, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  12. M. Heinritz-Adrian Optimized Process Solutions from Feed to Product based on Uhde HTWTM and $PRENFLO^{(R)}$ gasification technologies, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  13. H. Morehead, Gasification Trends and Opportunities, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  14. H. Morehead, Siemens IGCC and Gasification Update, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  15. H. Liu, OMB Gasification -Industrial Application Updates of Slurry Feeding & Developments of Dry Feeding, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  16. Z. Zhou, Experience and Future Development of ECUST Gasification, 2012 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2012 

  17. J. Xu, ECUST Coal Gasification Updates: New Projects and Operations Experience, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  18. 이진욱 등, 석탄가스화 기술 소개 및 개발 동향, NICE, Vol. 31, 2013 

  19. N. Nagasaki et al., Progress toward Commercializing New Technologies for Coal Use, Hitachi Review, Vol. 59, No. 3, 2013 

  20. K. Sakamoto, MHPS IGCC Technology, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  21. T. Hashimoto, MHPS IGCC Power Plant, Clean Coal Seminar, Warsaw, Poland, June 2014 

  22. S. Ariyapadi, KBR's Transport Gasifier - Technology Advancements & Recent Successes, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  23. Q. Zhuang, TRIGTM for Low Rank Coal: A New Perspective on IGCC, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  24. C. Thompson, Cleanly Unlocking the Value of Low Rank Coal, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  25. R. Rigdon, Projects & Technology Initiatives, Gasification Technology Conference, 2013 Gasification Technologies Conference, Colorado Springs, USA, October 2013 

  26. R. Rigdon, SES Gasification: Update on Projects & Technology Initiatives, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  27. S. Toshiyuki et al., Gasification of Lignite Coal and Biomass Using Twin IHI Gasifier, IHI Engineering Review, Vol. 45, 2012 

  28. S. Watanabe, Twin IHI Gasifier( $TIGAR^{(R)}$ ) Technology for Chemical Feedstock, APEC Clean Fossil Energy Technical and Policy Seminar, Fukuoka, Japan, 2010 

  29. B. Daulay, Research and Development on Clean Coal Technology in Indonesia, Clean Fossil Energy Technical and Policy Seminar, Incheon, Korea, October 2009 

  30. M. Weiss, Lurgi FBDB Coal Gasification Co-Products: A High Value Economic Asset, 2013 Gasification Technologies Conference, Colorado Springs, USA, October 2013 

  31. M. Weiss, Lurgi advanced Mk $Plus^{TM}$ coal gasifier technology applied for SNG production, 20124 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2012 

  32. P. Zanno & F. Judas, Update on New Project and Design Developments With the Lurgi FBDB Gasification and Integrated Process Offer, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  33. Airliquide, Engineering & Construction: A New Lurgi- $MTP^{(R)}$ Unit for China, 2011(www.enginee ring-solutions.airliquide.com) 

  34. M. Weiss, Hydrogen for the NWR Upgrader by Lurgi- $MPG^{(R)}$ Technology: A challenging Project, 2014 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2014 

  35. H. Hirschfelder, The BGL Commercial Plants and Pilot Testing, 6th International Freiberg Conference on IGCC & XtL Technologies, Dresden/Radebeul, Germany, May 2014 

  36. H. Hirschfelder & M. Olschar, Further Developments and Commercial Progress of the BGL Gasification Technology, 2010 Gasification Technologies Conference, Washington DC, USA, October 2010 

  37. C. Higman, State of the Gasification Industry - the Updated Worldwide Gasification Database, 2013 International Pittsburgh Coal Conference, Beijing, China, September 2013 

  38. Gasification Technology Council, Gasification World Database, (www.gasification.org), 2014 

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