초록 ▼

한국에너지기술연구소와 한국전력연구원에서 1990. 9부터 국내 최초로 개발하고 있는 0.5 T/day 분류상 슬래그형 석탄가스화 장치(slurry feeding, entrained flow slagging coal gasifier)의 핵심 요소기술 지원을 위해 한국에너지기술연구소(KIER)와 호주 국립연구소(CSIRO)간에 호주탄을 포함한 각종 석탄에 따른 가스화 반응 특성, 석탄 연소후에 생성되는 slag의 점도 및 물리, 화학적 특성을 규명하여 석탄가스화 장치 개발을 위한 설계 및 운전 데이터로 활용하기 위하여 한.호 국제 공동

한국에너지기술연구소와 한국전력연구원에서 1990. 9부터 국내 최초로 개발하고 있는 0.5 T/day 분류상 슬래그형 석탄가스화 장치(slurry feeding, entrained flow slagging coal gasifier)의 핵심 요소기술 지원을 위해 한국에너지기술연구소(KIER)와 호주 국립연구소(CSIRO)간에 호주탄을 포함한 각종 석탄에 따른 가스화 반응 특성, 석탄 연소후에 생성되는 slag의 점도 및 물리, 화학적 특성을 규명하여 석탄가스화 장치 개발을 위한 설계 및 운전 데이터로 활용하기 위하여 한.호 국제 공동연구를 추진하였다. 본 연구를 통하여 석탄의 물성 시험 분석을 위한 연구원의 훈련및 가스화 장치 개발을 위한 아래와 같은 연구결과를 도출하였다.
- 공급석탄의 슬러리 농도를 계면활성제 CMW 1002의 0.3-0.4% 첨가시에 슬러리 점도를 4000-2000cp로 유지 가능했다.
- TGA및 DTR을 활용하여 500-1000℃에서 석탄 및 char의 가스화 반응성을 측정, reactivity가 높은 탄종을 선정할 수 있었다.
- 석탄중에 함유한 ash 성분의 슬래그 특성과 점도 특성을 측정하여 가스화 장치의 설계에 반영할 수 있었다.
- 소규모 Drop tube reactor(DTR)에서 가스화 반응 시험을 수행하므로서 O/sub 2//coal, steam/coal, 석탄슬러리 농도, 반응온도 및 압력하에서 각 탄종 및 공정변수에 대한 가스화 반응 특성을 규명할 수 있다.
- 가스화 반응시의 슬래그의 용융온도 및 슬래그 유동 온도는 탄종에 따라 1,200-1,600℃로 나타났으며 응융 온도를 낮추기 위한 Flux로 CaCO/sub 3/를 첨가하였으며, CaO 기준 20-30%로서 최저 응용온도를 나타내었다.
- 1,200- 1,500℃에서의 Datong, Roto탄의 생성가스 발열량은 1,800-2,500kcal/N㎥(HHV)로서, 산소/석탄 비율 0.9일 때 냉가스 효율은 64%로 나타났다.

목차 Contents

• 제1장 서론...29
• 제1절 연구개요...29
• 1. 연구개발의 필요성...29
• 2. 연구개발현환...33
• 제2절 연구 개발 목표...39
• 1. 연구개발의 최종목표...39
• 2. 연차별 연구개발 목표 및 내용...40
• 제3절 추진전략 및 방법...41
• 1. 추진전략...41
• 2. 연구개발 추진체계...44
• 제4절 국제 공동 연구 개발 추진일정...45
• 1. 추진 배경...45
• 2. 연구 개발비, 연구 개발 인력, 연구 시설 등의 이용 및 분담 내용...47
• 제5절 기대성과 및 활용방안...49
• 1. 기대효과...49
• 2. 활용방안...50
• 제2장 탄종 선정을 위한 기초 물성 실험...51
• 제1절 기초 실험용 석탄의 물성 실험...51
• 제2절 석탄 슬러리 제조 특성 분석...55
• 1. 농도에 따른 점도 특성...56
• 2. 첨가제 및 온도에 따른 점도 특성...57
• 제3장 석탄 가스화 반응 특성 연구...59
• 제1절 개요...59
• 제2절 석탄가스화 반응...62
• 1. 열분해 반응...63
• 2. Char의 구조...66
• 3. 석탄가스화 기-고 반응...67
• 제3절 석탄 가스화 반응 실험...71
• 1. TGA와 DTR에서 열분해에 의한 Char 제조 실험...71
• 2. 저속 및 급속 열분해 Char의 반응성 실험...84
• 제4장 슬래그의 용융 특성에 관한 연구...90
• 제1절 개요...90
• 제2절 시료 특성 고찰...93
• 제3절 고온에서의 Slag 특성 분석...94
• 1. Phase diagram으로부터 slagging 성향의 예측...94
• 2. Flux 투입에 의한 융점 강하 특성 실험...95
• 제4절 Slag viscosity의 측정...99
• 1. 개요...99
• 2. 장치 및 실험 방법...99
• 3. 실험 결과...101
• 제5장 flux첨가에 의한 슬래그의 용융 특성 연구...103
• 제1절 서론...103
• 제2절 무기물 조성에 따른 용융 특성 이론...104
• 제3절 실험...105
• 1. 시료 조제...105
• 2. 실험 장치 및 방법...106
• 제4절 결과 및 고찰...109
• 1. $CaCO_3$ 혼합비에 따른 ash의 용융점...109
• 2. 석탄가스화 반응시 Slag의 조성...112
• 3. $CaCO_3$ 투입량에 따른 Slag의 점도 변화...112
• 제5절 결언...119
• 제6장 Drop tube reactor에서의 가스화 실험...121
• 제1절 개요...121
• 제2절 실험...123
• 1. 석탄시료 및 시료 제조...123
• 2. 실험장치...124
• 3. 실험 조건...125
• 제3절 실험 결과 및 고찰...127
• 1. 반응기내의 온도 분포...127
• 2. 온도에 따른 가스 생성과 전환율...128
• 3. 산소의 영향...132
• 4. 수증기의 영향...134
• 5. 반응기 길이에 따른 영향...136
• 제4절 결언...139
• 제7장 석탄 가스화 장치의 기초 운전실험...143
• 제1절 개요...143
• 제2절 석탄가스화 시스템의 보완...146
• 1. Start-up 이전에 점검 및 장치보완...146
• 2. 가스 분석 시스템...149
• 제3절 시스템에 대한 Cold Tests...152
• 1. 시스템의 압력강하 실험...152
• 2. 반응로 내부의 유동특성의 수치모사...160
• 3. 반응로 내부의 유동특성의 실험...162
• 제4절 석탄 가스화 시운전을 위한 유량 결정 및 기타 사항 점검...165
• 1. 시료 주입 조건...165
• 2. 물과 석탄의 혼합 비율...166
• 3. 유량 조절 control program...166
• 4. 반응물 및 생성물의 조성 분석법 확립...166
• 제5절 반응물 및 생성물의 조성 분석법 확립...167
• 1. 가스 분석시스템 구성...167
• 2. 표준가스에 대한 TCD factor 산출...172
• 제6절 결언...173
• 제8장 0.5 T/D 분류상 석탄 가스화 운전 실험...175
• 제1절 Roto탄의 운전 실험...175
• 1. 대상탄...175
• 2. 실험 조건...176
• 3. 실험 결과...176
• 제2절 Datong탄의 운전 실험...187
• 1. 개요...187
• 2. 실험...188
• 3. 실험 결과 및 고찰...192
• 제3절 결언...200
• 제9장 결론...201
• 참고문헌...205