초록 ▼

가압유동층 공정을 활용하는 용융환원로, 석탄복합발전, 시멘트 소성로, 고분자 합성, 반도체 제조, 촉매반응공학, 수소제조 등 넓은 기반성을 갖고 있는 가압유동층 관련 공정의 운전, 기술개발에 필요한 기본특성자료의 제공을 목적으로 수행하였다.
가압에서 수력학적인 특성에 관한 software를 개발하고자, 가압유동층조건에서 기본특성인 최소유동화 속도, 열전달계수, 고체체류량등을 고찰하고, 수평관에서 경계유속의 측정 및 상관식을 도출하였다 가압유동층에서 수력학적 특성을 예측할수 있는 Software((DenVisGas 2001-01

가압유동층 공정을 활용하는 용융환원로, 석탄복합발전, 시멘트 소성로, 고분자 합성, 반도체 제조, 촉매반응공학, 수소제조 등 넓은 기반성을 갖고 있는 가압유동층 관련 공정의 운전, 기술개발에 필요한 기본특성자료의 제공을 목적으로 수행하였다.
가압에서 수력학적인 특성에 관한 software를 개발하고자, 가압유동층조건에서 기본특성인 최소유동화 속도, 열전달계수, 고체체류량등을 고찰하고, 수평관에서 경계유속의 측정 및 상관식을 도출하였다 가압유동층에서 수력학적 특성을 예측할수 있는 Software((DenVisGas 2001-01-12-3801, Visual FACE (Fluidization Advanced Calculation for Engineers 2001-01-12-2730))를 개발하였다.
가압유동층 기-고 반응모델해석과 공정설계 지침마련을 위하여 시범 반응을 선정하고, TGA실험을 통한 반응속도상수를 구하여 유동층모델을 개발하여 이를 가압조건까지 확장하였다. 가압유동층 설계자료 및 반응특성자료를 통한 가압반응장치를 설계, 제작, 시운전하였다. 실험장치의 운전과 자료를 토대로 가압유동층 설계변수를 확보하여 유동층모델과 실험결과를 비교분석 하였다.본 연구에서 시범반응으로 선정한 가스연료의 산화반응(매체순환식 가스연소)은 최근 국제적으로 관심이 높은 이산화탄소의 분리회수, 에너지의 효율적인 이용을 위한 핵심기술로, 세계적으로도 아직 공정화가 이루어지지 않은, 개념적으로만 정립된 기술이다. 이 기술의 연속적인 유동층 공정의 개발을 수행함으로서 상용화할 수 있는 기술확보와 대형화, 상용화를 통한 기술수출의 가능성을 가지고 있다 시범반응에 대한 kinetics 해석을 통해 대형화에 따른 유동층 설계지침 방법론을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 신기술의 개발 및 확보도 이룩할 수 있다.

Abstract ▼

The purpose of this work is to provide basic characteristic data needed for the process operation and technology development of PFB. PFB is widely used in many industrial processes including reduction fusion furnace, IGCC, cement calcining furnace, polymer synthesis, semiconductor production, cataly

The purpose of this work is to provide basic characteristic data needed for the process operation and technology development of PFB. PFB is widely used in many industrial processes including reduction fusion furnace, IGCC, cement calcining furnace, polymer synthesis, semiconductor production, catalysis engineering, hydrogen production, etc.
The basic characteristics such as minimum fluidization velocity, heat transfer coefficient, solid holdup are identified at PFB conditions to develop the software for hydrodynamic characteristics at pressurized conditions. Critical velocity In horizontal tube is measured and correlation equation is derived.
Softwares (DenVisGas 2001-01-l2-3801, Visual FACE (Fluidization Advanced Calculation for Engineers) 2001-01-12-2730) are developed to predict hydrodynamic properties in PFB.
The model reaction is selected for the analysis of gas-solid reaction model and preparation of design guidelines in PFB. Reaction rate constant is obtained with TGA.
Fluidized bed model is developed and extended to pressurized conditions. Pressurized reactor is designed, manufactured, and commissioned with design data and reaction characteristic data of PFB. PFB design parameters are obtained based on the operation data of experimental facility, and compared with those from PFB model.
Chemical-looping gas combustion selected as model reaction in this research is the core technology for the separation and recovery of CO₂, and efficient energy utilization. It is conceptually established, but not built as processes In a world-wide sense.
Development of continuous PFB process leads to security of technology resulting commercialization and the possibility of export through scale-up and commercialization.
Not only security of FB design guidelines for scale-up but also development of new technology can be achieved by kinetics analysis of model reactions.

목차 Contents

• 제 1 장 서 론...23
• 제 1 절 가압유동층 수력학특성 예측 Software 개발...25
• 제 2 절 가압유동층 시범반응 선정...28
• 1. 가압유동층 시범반응 선정의 배경...28
• 2. 매체순환식 가스연소...28
• 3. 기존 연소방법과의 비교...31
• 4. 연구개요...32
• 제 2 장 국내외 기술개발현황...35
• 제 1 절 가압유동층 수력학적 연구...35
• 제 2 절 가압유동층 시범반응(매체순환식 가스연소기술)...37
• 1. 공정 성능 및 경제성 평가 (열이용 공정해석)...39
• 2. 매체입자 최적조성 개발...40
• 3. 반응성 실험, 반응모델 개발 및 공정개발...43
• 4. 대응방안...45
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...46
• 제 1 절 가압유동층 수력학특성 예측 Software 개발...46
• 1. Software 개발...46
• 가. 프로그램 개요...46
• 나. 프로그램 구조 및 계산...47
• 다. 프로그램 계산의 이론적 배 경...49
• (1) 고온·고압에서 혼합기체의 점도와 밀도 계산...49
• (가) 혼합기체의 점도계산...49
• (나) 혼합기체의 밀도계산...54
• (다) 측정값과의 비교...56
• (2) 흐름영역 전이유속 계산...58
• (가) 유동화 흐름영역 변화에 따른 수력학특성 변화...61
• (나) 최소유동화속도...64
• (다) 최소슬러깅속도...67
• (라) 난류유동층 전이유속...71
• (마) 고속유동층 전이유속...75
• (바) 희박상수송영역으로의 전이속도(UDT)...78
• (사) 흐름영역 전이유속 상관식의 결정...80
• 2. 고속유동층 전이 유속...81
• 가. 실험...83
• 나. 결과 및 고찰...85
• (1) 고속유동층으로의 전이유속 결정...85
• (2) 고속유동층으로의 전이유속에 미치는 온도의 영향...87
• (3) 기존 상관식과의 비교...91
• 3. 열전달...94
• 가. 유동층에서 열전달특성...94
• 나. 가압유동층연소로 전열실험...99
• 다. 열전달 특성고찰...101
• (1) 열전달계수...101
• (2) 열전달계수의 상관식...102
• 4. 최소유동화속도...107
• 가. 수력학적 특성...107
• 나. 실험장치 및 방법...110
• 다. 결과 및 고찰...113
• 5. 가압유동층에서 기포특성...120
• 가. 기포의 크기...120
• 나. 기포의 상승속도...123
• 다. Cold mode 유동층 실험장치 및 방법...126
• 라. 기포특성고찰...128
• (1) 기포의 크기...129
• (2) 기포의 상승속도...132
• (3) Signal 해석...135
• (가) 자기상관함수(auto-correlation function, ACF)...140
• (나) Spectrum 해석...142
• 6. 순환공정의 수평관에서 농후상 기류수송의 경계유속...145
• 가. 실험...146
• (1) 압력변화가 경계유속에 미치는 영향...152
• (2) 입자물성이 경계유속에 미치는 영향...155
• (3) 입자수송량이 경계유속에 미치는 영향...157
• (4) 반응기와 상승관사이의 압력차가 순환공정에 미치는 영항...160
• (5) 고압에서의 경계유속 결정...163
• 제 2 절 가압유동층 모델링 및 설계지침...167
• 1. 시범반응 반응실험 및 kinetic 분석...167
• 가. 시법반응 선정 및 접근방법...167
• 나. 반응실험...168
• (1) 입자제조...168
• (2) 실험 장치 및 실험 방법...170
• (3) 결과 및 고찰...171
• (가) 산화반응...171
• (나) 환원반응...173
• 다. TGA 반응실험의 kinetic 분석 - 미반응핵 모델...177
• 2. 반응모델개발...182
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...193
• 제 1 절 연구 목표 및 내용...193
• 제 2 절 주요 연구개발결과...193
• 제 3 절 공공기능 수행 실적...201
• 1. 홈페이지 운영 및 활용...201
• 2. 산·학·연 협력거점 활동현황...201
• 3. 연구기자재의 공동활용...202
• 4. 국외 연구기관과의 협력정도...203
• 5. 단기강좌를 통한 기술협의, 기술교류...203
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...205
• 제 1 절 가압유동층 수력학특성 예측 Software...205
• 제 2 절 가압유동층 시범반응...206
• 제 6 장 참고문헌...207
• 부 록...225
• FACE Program Manual...227
• 1. FACE program의 개요...228
• 2. FACE program download...228
• 3. FACE program 설치방법...228
• 4. FACE program 사용방법...230
• 5. Upgrade...242