초록 ▼

본 연구의 최종목표는 석탄을 하루 10톤 가스화하여 15배럴/일의 석탄합성석유를 생산할 수 있는 국산 석탄간접액화 통합공정의 개발이다. 핵심 기술은 석탄가스화기, 석탄가스 정제기술, 촉매와 반응기를 포함한 액화기술 및 소재기술이다. 핵심기술을 원천 기술화하여 이들 기술을 조합, 15배럴/일 규모의 통합공정을 개발하고자 한다. 통합공정의 운전결과로부터 200배럴/일 규모의 파일럿 액화공정을 설계할 것이다. 1차년도에는 15배럴/일급 통합액화공정의 기본 설계를 수행하였다. 각 공정의 필수장비에 대한 설계를 수행하였고, 공정별 핵심 원천

본 연구의 최종목표는 석탄을 하루 10톤 가스화하여 15배럴/일의 석탄합성석유를 생산할 수 있는 국산 석탄간접액화 통합공정의 개발이다. 핵심 기술은 석탄가스화기, 석탄가스 정제기술, 촉매와 반응기를 포함한 액화기술 및 소재기술이다. 핵심기술을 원천 기술화하여 이들 기술을 조합, 15배럴/일 규모의 통합공정을 개발하고자 한다. 통합공정의 운전결과로부터 200배럴/일 규모의 파일럿 액화공정을 설계할 것이다. 1차년도에는 15배럴/일급 통합액화공정의 기본 설계를 수행하였다. 각 공정의 필수장비에 대한 설계를 수행하였고, 공정별 핵심 원천기술을 확보하였다. 설계의 완성도를 향상시키기 위해 기존 1톤/일급 가스화기에 연계하여 0.1배럴/일급의 정제장치 및 액화반응시스템을 설계하여 제작하였다.

Abstract ▼

The objective of this study is to develop a Korea`s own indirect coal liquefaction process with the capacity of gasifying 10 tons/day of coal and producing 15 barrels of synfuel per day. Key technologies are a coal gasifier, a coal gas cleaning system including particulate removal and sulfur compoun

The objective of this study is to develop a Korea`s own indirect coal liquefaction process with the capacity of gasifying 10 tons/day of coal and producing 15 barrels of synfuel per day. Key technologies are a coal gasifier, a coal gas cleaning system including particulate removal and sulfur compounds removal, a liquefaction reaction system (catalyst and reactor) and filter materials. The operation results of the integrated 15-bbl/day-capacity process will be used to design pilot-scale coal liquefaction process producing 200 bbl/day synfuel. In the 1st year, we have completed the design of the 15-bpd-capacity liquefaction process, including all the key equipments, piping and material balances. Several unique designs were devised in each technology sector. A 0.1-bpd-capacity integrated process was also designed and constructed to aid the better design of the 15-bpd process.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...30
• 제 1 절 연구 배경 및 목적...30
• 1. 고유가의 원인...30
• 2. 석유대 연료...31
• 3. 석탄액화기술 개요...33
• 4. 석탄액화기술 현황...35
• 가. 중국...36
• 나. 미국...36
• 다. 호주...37
• 라. 필리핀...37
• 마. 인도...37
• 바. 뉴질랜드...37
• 사. 인도네시아...38
• 아. 기타...38
• 5. 시사점...38
• 제 2 절 연구의 내용 및 범위...40
• 1. 최종 목표 및 계획...40
• 2. 금년도 추진 내용...42
• 제 2 장 석탄 가스화기 개발...44
• 제 1 절 연구개요...44
• 1. 가스화 반응...44
• 2. 가스화기의 종류 및 특성...45
• 3. 혼합 가스화 반응...56
• 4. 가스화기의 내화재...59
• 제 2 절 실험 장치 및 실험 방법...63
• 1. 기초 실험...63
• 2. Dual 가스화기 개발...64
• 3. 내화재 비교 평가...67
• 제 3 절 결과 및 고찰...72
• 1. 반응 특성...72
• 2. Dual 가스화기...78
• 3. 내화재 특성 비교...88
• 4. BSU 가스화 실험...98
• 제 4 절 결론...114
• 제 3 장 석탄가스 정제기술 개발...117
• 제 1 절 석탄가스 건식 정제공정...117
• 1. 고온 건식 정제공정의 개요...117
• 2. 고온 건식 정제공정의 기술 동향...117
• 3. 0.1배럴/일 규모 석탄가스 정제 설비...120
• 4. 15배럴/일 규모 석탄가스 정제공정 개념설계...122
• 제 2 절 석탄가스 습식 정제공정...125
• 1. 메탄을 용매를 이용한 $H_2S$와 $CO_2$ 제거 공정의 개요...125
• 2. 열역학 모델식의 선정...128
• 3. 공정 모사...132
• 가. 흡수탑에 대한 공정 모사...132
• 나. 탈거탑에 대한 공정 모사...135
• 다. 메탄올 분리탑에 대한 공정 모사...137
• 라. 프로필렌 냉매를 사용한 냉동 사이클의 공정 모사...138
• 제 3 절 석탄가스 집진장치 개발...139
• 1. 집진장치 개발의 필요성 및 연구배경...139
• 2. 현 집진공정의 기술적 문제점 및 해결 방안...141
• 3. 필터번들 탈진장치의 최적설계를 위한 컴퓨터 시뮬레이션...142
• 4. 15배럴/일 규모 석탄가스 집진시스템 설계...151
• 제 4 장 석탄액화공정 개발...153
• 제 1 절 연구의 개요...153
• 제 2 절 석탄액화공정 소개...153
• 1. 이론적 배경...153
• 가. 반응식 및 반응속도식...153
• 나. FT 합성반응에서 생성물 분포 모델링...154
• 다. 반응기...155
• 라. 촉매...158
• 2. 기술개발 현황...158
• 제 3 절 연구결과...162
• 1. 석탄액화 반응기 고유디자인 확보...162
• 가. 가스분배 기 (Gas Distributor, Sparger)...163
• 나. 반응기 냉각 시스템...167
• 다. 반응기내 순환 시스템...171
• 라. 촉매의 재생 및 순환...172
• 마. 촉매/합성 석유 분리장치...173
• 2. 0.1배럴/일 규모 석탄액화 설비 제작...179
• 가. 0.1배럴/일 규모 cold reactor 제작 및 성능평가...179
• 나. 0.1배럴/일 규모 석탄액화 설비 운전을 위한 기본 물성 측정...182
• 다. 0.1배럴/일 규모 석탄액화 설비 설계 및 제작...183
• 3. KIER 고유촉매 개발...184
• 가. 촉매 성능평가를 위한 실험실 규모 반응시스템 구축...184
• 나. KIER bench mark 촉매 개발...185
• 다. KIER 고유 촉매제법 개발...190
• 4. 액화유 upgrading...193
• 제 4 절 특허 분석 결과...202
• 1. 합성가스로부터 액체 연료 생산을 위한 피셔-트롭쉬 반응 분야 특허의 연도별 동향...202
• 2. 포트폴리오로 본 합성가스로부터 액체 연료 생산을 위한 피셔-트롭쉬 반응 분야의 위치...203
• 3. 국가별 특허 동향 및 점유율...204
• 가. 한국 특허에서의 국가별 특허 동향...204
• 나. 미국 특허에서의 국가별 특허 동향...204
• 다. 일본 특허에서의 국가별 특허 동향...205
• 라. 유럽 특허에서의 국가별 특허 동향...205
• 4. 전 세계 국가별 주요 출원인...207
• 5. 각국의 세부기술별 포트폴리오...209
• 6. 합성가스를 이용한 피셔-트롭쉬 반응 분야 기술별 동향...210
• 가. 기술분야별 주요 국가의 특허활동 및 역점 분야...210
• 나. 한국의 세부 기술분야별 출원 동향...211
• 다. 미국의 세부 기술분야별 등록 동향...212
• 라. 일본의 세부 기술분야별 출원 동향...213
• 마. 유럽의 세부 기술분야별 출원 동향...215
• 7. 세부 기술별 출원인 국적 분포...216
• 8. 주요 기업의 역점분야 및 공백기술...218
• 가. 한국특허의 기업별 역점분야 및 공백기술...218
• 나. 미국특허의 기업별 역점분야 및 공백기술...219
• 다. 일본특허의 기업별 역점분야 및 공백기술...219
• 라. 유럽특허의 기업별 역점분야 및 공백기술...220
• 9. 기술 분야별 주요 출원인...221
• 10. 기술 분야별 key inventor...224
• 11. 한국의 기술경쟁력 비교분석...225
• 가. 질적수준을 고려한 각국의 시장력 분석...225
• 나. 미국특허로 본 각국의 기술력 비교...226
• 다. 주요 국가별 합성가스를 이용한 피셔-트롭쉬 반응 분야 기술 경쟁력 추이...227
• 제 5 절 결론...229
• 제 5 장 집진용 필터 개발...230
• 제 1 절 무기 바인더 선정...231
• 1. 점토계 무기바인더 조합 재현성 실험...231
• 2. 비점토계 무기바인더 조합 선정 실험...232
• 제 2 절 무기바인더 조성별 소결 특성 및 미세구조...233
• 1. 소결밀도 및 기공율...233
• 2. 파단면 미세구조...236
• 제 3 절 캔들형 필터 형상화 조건 확립...238
• 1. 진공 압출성형 공정을 이용한 캔들 필터 성형...238
• 2. 캔들 필터 건조, 코팅 및 소결 장치의 설계 및 제작...240
• 제 6 장 15배럴/일 규모 통합공정 설계...241
• 제 1 절 공정 개요...241
• 1. 석탄 전처리 및 가스화 공정...241
• 2. 석탄가스정제 공정...241
• 3. 액화공정...242
• 제 2 절 15배럴/일 규모 통합공정 설계 기준...242
• 1. 석탄전처리 공정...242
• 2. 가스화 공정...243
• 3. 석탄가스정제 공정...244
• 4. 액화 공정...246
• 5. 유틸리티 공정...246
• 제 3 절 15배럴/일 규모 통합공정 기본설계안...247
• 1. 석탄전처리 공정...247
• 2. 가스화 공정...248
• 3. 석탄가스정제 공정...248
• 4. 액화 공정...249
• 참고문헌...250