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문제 정의
- 본 논문에서는 당사의 시범시설 소개 및 운전 결과에 대해 논의하며, 수행 중인 폐기물로부터 수소 회수 기술개발 관련, 현재까지 진행된 설비 및 그의 특징에 대해 언급하고자 한다.
제안 방법
- WGS 시스템은 컨테이너 내장형으로 제작되어 시험 현장에 설치 완료되었으며 유틸리티 연결 및 기계, 전기적 테스트를 수행하였다. 현재 시스템 예열 및 촉매 전처리단계를 수행 중에 있으며 연이어서 본격 시운전이 진행될 예정이다.
- l, 300P, 3m3/min 의 가스를 180C까지 감온하는 기능을 한다. 그러나 가스쿨러를 통과한 배가스는 폐기물의 성상에 의한 과도한 냉각용량에 따라 온도가 낮아질 수 있기 때문에 가스쿨러 후단에는 쿨러 상부의 bypass 라인을 통한 고온의 배가스와 혼합되도록 가스믹서를 설치하여 백필터 전단의 온도를 180℃를 유지하도록 하였다,
- 다만, 합성가스나 원료 스팀 중에 포함되어 있을 수 있는 황 성분이나 염소성분은 미량일지라도 LTS의 촉매(구리-아연계)의 활성점을 덮어 sintering을 유발시킬 수 있어 촉매 활성에 치명적인 저하를 초래할 수 있다. 따라서 비슷한 형상의 견고한 guard bed 촉매탑을 LTS 전단에 설치하여 H2S 및 염소성분을 홉착시킴으로써 촉매 성눙 및 수명을 연장시카게 하였다.
- 압력이 너무 낮다. 때문에 피스톤 타입의 가스 컴프레서를 선정하여 95기압까지 승압하여 HTS에 공급하도록 하였다. 압축 운전 시발생되는 고열은 공냉 방식으로 배출하며 운전은 압력 센서에 의하여 on-off 방식으로 수행된다.
- 정상운전 시 2개의 방은 열려 있고 한 개의 방은 닫혀져 있게 되며, 닫혀진 방에서는 pulsing이 진행되도록 되어 있다. 또한 용융로에서 폐기물의 투입 및 열분해과정에서 생기는 fluctuation을 감안하여 일정한 압력을 유지할 수 있도록 압력 버퍼탱크를 설치하였다.
- 이는 WGS 공급 부의 압력 및 유량을 링브로워를 이용하여 제어/구동함으로써 되도록 일정량의 배가스가 WGS 로 주입되도록 하는 것이다. 또한 플라즈마 설비와의 연계부분에 버퍼링이 중요할 것으로 예상되어 WGS의 컴프레서 전단에 버퍼탱크를 설치하여컴프레서의 on-off 주기를 되도록 일정하게 유지함으로 시스템의 연계성을 높이도록 하였다.
- 크롬 계열의 촉매가 사용되며 통상 운전온도는 330~5300 이다. 또한, 40% 정도의 CO를 4.5% 수준으로 저감하여야 하는 고난이도 운전조건이므로 다단의 냉각시스템 및 촉매 반응 층을 최적화시켜 운전성능 최대화 및 컴팩트화를 기하게 하였다. HTS 반응기로 주입되는 합성가스의 온도제어 및 스팀생산을 위하여 HTS 전단에는 도시가스 연료로 가동하는 버너시스템 및 스팀 생산 장치가 놓여 있다.
- 따라서 폐기물 열분해 합성가스로부터 고순도 수소를 가눙한 경제적으로 많이 추출하려면, 원료중의 일산화탄소를 수소로 전환시키고, 또한 고순도 수소분리에 지장을 주는 질소를 가능한 줄이는 방법이 최적의 방안이 될 것이다. 먼저 합성가스중의 질소를 줄이는 방안은 폐기물 처리 시 공기 대신 고순도산소를 공급하는 것이다. 온사이트 산소발생기의 설치로 설비비가 증가하는 면이 있지만 고순도수소를 생산하게 됨으로써 전체적으로 경제적인 방안이 되는 것이다.
- 연소가스의 온도를 떨&뜨리는 스프레이 퀜처는 챔버 내부의 윗부분에 12개의 fog 노즐을 설치하여, 챔버를 통과하는 배출가스에 적당량의 분사가 이루어지도록 하여 배출가스의 온도를 제어한다.
- 있을 수 있다. 이를 위해 유인 송풍 기후 단에서부터 WGS 입력단 까지 1차 압력계-유량계-링브로워-체크 밸브-2차 압력계로 구성되는 합성가스 배분 시스템을 구성하였다. 이는 WGS 공급 부의 압력 및 유량을 링브로워를 이용하여 제어/구동함으로써 되도록 일정량의 배가스가 WGS 로 주입되도록 하는 것이다.
- 이에 따라 본 시스템의 WGS 공정은 가스 컴프레서를이용하여 최대 10기압까지 승압 시키고,HTS(High Temp. CO Shift) 및 LTS(Low Temp. CO Shift) 두 단계 공정을 연속 적용하여 고농도의 C0를 1.5%미만으로 낮추게 한다. 이후 고순도 수소 생산을 위한 PSA는 최대 9.
- 자동운전 항목으로는 원료 예열 및 스팀생산용 버너제어 시퀀스, 컴프레서 구동 시퀀스, HTS 및 LTS 운전 온도제어 시퀀스, 웅축수 자동배출 시퀀스, 원료 및 순수 유량제어 시퀀스, 기타 밸브제어 시퀀스 등을 포함하고 있으며, PC 상의 HMI S새에 의하여 운전자가 용이하게 취급할 수 있도록 구성하였다. 또한 수소 누설이나 온도 과열 둥 비상상황 발생 시 인터록이 동작하여 시스템을 안전하게 정지시켜 시스템 및 주변을 보호할 수 있는 시퀀스도 제공하고 있다.
- 되어 있다. 후단연소로는 배가스를 효과적으로 연소하여 일산화탄소의 유출을 방지하는 동시에 NOx의 추가발생을 억제하기 위하여 가능한 1,0001 이하로 작동하도록 하였다.
대상 데이터
- 연속운전이 필요한 경우에 사용된다. 본 시스템에서 사용되는 플라즈마 토치는 Fig. 3과 같은 100kw급 공동형 비이송식 플라즈마 토치이다. 토치 화염 중심부의 온도는 약 10, 000℃에 달하며 불꽃의 외부도 약 3, 000℃ 이상이다.
- 이 실험에 사용된 시료는 제지공장의리젝트로서 Table 1과 같은 특성을 가지고 있다. 성능시험 시 처리량은 50kg/hr 이었으며 100W급 플라즈마 토치를 사용하였고, 용융로 평균온도는 l, 420℃ 이었다.
후속연구
- 일반적인 뎨기물의 열분해 합성가스는 높은 일산화탄소 및 질소농도로 인하여 고순도 수소로의 전환이 어려워 대부분 에너지 회수 측면에서 보일러 연료 및 가스터빈 등의 발전용으로 활용되고 있다. 따라서 폐기물 열분해 합성가스로부터 고순도 수소를 가눙한 경제적으로 많이 추출하려면, 원료중의 일산화탄소를 수소로 전환시키고, 또한 고순도 수소분리에 지장을 주는 질소를 가능한 줄이는 방법이 최적의 방안이 될 것이다. 먼저 합성가스중의 질소를 줄이는 방안은 폐기물 처리 시 공기 대신 고순도산소를 공급하는 것이다.
- 현재 애드플라텍에서는 플라즈마 열분해 가스화에 의한 수소 회수시스템 개발이 진행되고 있으며, WGS 반응기 시스템이 설치 완료되어 시험 중에 있다. 조만간 WGS 후단에 수소 PSA 설비까지 완성되면 폐기물로부터 수소 생산 시스템의 구현이 가능할 것이다.
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