초록 ▼

본 연구과제에서는 차세대 신 발전기술로 알려지고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC) 및 가스화 연료전지 등에 적용할 수 있는 초정밀 정제용 고온건식 탈황제 및 탈황촉매를 개발하고자 하였다. 연구내용과 결과는 다음과 같이 요약된다.
1 . 고효율 유동층용 고온건식 탈황제의 개발 및 적용
(1 ) 압출성형 및 분무건조법에 의한 탈황제 제조 : 1 50 - 3 00㎛ 크기의 아연계 탈황제 대량제조
(2 ) 아연계 탈황제의 비활성화 원인규명 : 산화아연의 환원/소결 및 환원된 아연의 표면이동
(3 ) 다양한 지지체 및

본 연구과제에서는 차세대 신 발전기술로 알려지고 있는 석탄가스화복합발전(IGCC) 및 가스화 연료전지 등에 적용할 수 있는 초정밀 정제용 고온건식 탈황제 및 탈황촉매를 개발하고자 하였다. 연구내용과 결과는 다음과 같이 요약된다.
1 . 고효율 유동층용 고온건식 탈황제의 개발 및 적용
(1 ) 압출성형 및 분무건조법에 의한 탈황제 제조 : 1 50 - 3 00㎛ 크기의 아연계 탈황제 대량제조
(2 ) 아연계 탈황제의 비활성화 원인규명 : 산화아연의 환원/소결 및 환원된 아연의 표면이동
(3 ) 다양한 지지체 및 첨가제를 적용하여 탈황제의 내구성 및 내마모성 개선
2 . 초정밀 정제용 탈황제 개발 및 적용
(1 ) 초정밀 정제공정의 개념설계 : 2단계 탈황공정 개념설계(1단계:고효율 탈황+ 2단계:초정밀정제)
(2 ) 초정밀 정제용 탈황제 설계 및 제조 : Zn-Cu 계 탈황제 제조(H2S leakage : < 1 ppmv)
(3 ) 신개념 초정밀 정제용 탈황제 개발 : High surfa ce area ZnO, ZnO nano wire, monolith 탈황제
3 . 선택적 촉매산화반응에 의한 H2S 제거
(1 ) 석탄가스 정제용 H2S 산화용 촉매 개발 : 제올라이트-1 3X + V2O5 촉매
(2 ) 석탄가스 정제를 위한 촉매활성 개선 : H2S 전화율 9 8% 이상, 원소 황 수율 95% 이상
4 . 직접 황 회수용 촉매 개발
(1 ) 다양한 촉매 개발 : 전이금속담지촉매(Cu/$\gamma-Al_2O_3$ , Ni/$\gamma-Al_2O_3$ , Zn/$\gamma-Al_2O_3$ , Co/$\gamma-Al_2O_3$)
복합금속산화물촉매($\Ce_1-xZrxO_2 , $\SnO_2-ZrO_2)
(2 ) 다양한 환원제를 적용하여 촉매반응조건의 최적화 : $\SO_2전화율 95%이상, 원소 황수율 75%이상
(3 ) 직접 황 회수기술의 실증화 가능성 확보

Abstract ▼

1st year: Development of the high efficient sorbent for the HGD process
- Development of the high efficient sorbent for a fluidized-bed reactor
- Study on the reactivity of the sorbents in a fixed-bed reactor
- Study on the deactivation of the sorbents
- Improvement of the thermal st

1st year: Development of the high efficient sorbent for the HGD process
- Development of the high efficient sorbent for a fluidized-bed reactor
- Study on the reactivity of the sorbents in a fixed-bed reactor
- Study on the deactivation of the sorbents
- Improvement of the thermal stability of the sorbents
- Improvement of attrition resistance
Basic study on catalyst for a direct sulfur recovery process
- Formulation of catalysts
- Study on the reactive characteristics of the catalyst
- Study on the reaction mechanism
2nd year: Development of the high efficient sorbent for the HGD process
- Improvement of attrition resistance
- Study on the reactivity of the sorbents in a fluidized-bed reactor
Development of the sorbents for the ultra hot gas cleanup
- Design of a process for the ultra hot gas cleaning
- Formulation of the sorbents for the ultra hot gas cleaning
- Development of the catalysts for the ultra hot gas cleaning
Development of catalysts for DSRP
- Design and formulation of catalysts
- Study on the temperature dependence of the catalysts
- Investigation on the influence of coal gas composition
- Optimization of the operating conditions for the catalysts
3rd year: Development of manufacturing skill for the mass production
- Mass production of sorbents using the spray dryer
- Study on the slurry formulation
- Performance test of the developed sorbents
Development of the sorbents for the ultra hot gas cleaning process
- Design of the sorbents for the ultra hot gas cleaning
- Evaluation of the possible application to zero emission plant
Development of the catalyst for the selective oxidation of H2S
- Study on the reaction mechanism of zeolite-based catalysts
- Reactivity test and optimization
Development of the high performance catalyst for the direct sulfur recovery process
- Study on the reaction between 502 and reducing agent on the surface of catalysts
- Improvement of catalytic activity
4th year: Development of sorbents for the single-step sulfur recovery process
- Conceptual design of the process
- Screen test
Achievement of zero emission with the sorbents for the ultra hot gas cleaning process
- Preparation of sorbents for the ultra hot gas cleaning
- Evaluation of the possible application to zero emission plant
Development of catalysts for the direct sulfur recovery process
- Study on the reaction between 502 and reducing agent on the surface of catalysts
- Improvement of catalytic activity
Development of the catalyst for the selective oxidation of H2S
- Study on the catalytic activity in terms of H2S concentration
- Study on the influence of water contained in the coal gas
- Study on the possible application to the ultra hot gas cleaning
Development of the process for the recovery of valuable metals from the waste sorbents and the waste catalysts
- Perform the fundamental experiments
5th year: Achievement of zero emission using the sorbents developed for the ultra hot gas cleaning
- Evaluation of various technologies for the ultra hot gas cleaning process
- Design of the optimized ultra hot gas cleaning process
Development of the process for the ultra hot gas cleaning

목차 Contents

• 제 출 문...1
• 보고서 초록...2
• 요 약 문...3
• S U M M A R Y...11
• C O N T E N T S...18
• 목 차...23
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...28
• 1-1절 연구배경 및 연구목적...28
• 1. 연구배경...28
• 2. 연구의 필요성...29
• 3. 해결하고자 하는 문제...29
• 4. 연구개발 목표...29
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...30
• 2-1절 국내외 IGCC 기술개발 현황...30
• 2-2절 국내외 고온건식 탈황제 개발현황...32
• 1. 국외현황...32
• 2. 국내현황...32
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...34
• 3-1절 고온건식 탈황제의 고효율화 기술 개발...34
• 1. 탈황제의 요구 조건...34
• 2. 연구내용...36
• 3. 연구결과...48
• 3-2절 초정밀 정제 개념 정립...101
• 1. 초정밀 정제의 개념 설계...101
• 2. 초정밀 정제 공정을 위한 탈황제 제조 및 반응성 실험...101
• 3. 탈황제 제조 결과 ...107
• 4. 제조된 탈황제에 대한 반응성 실험 결과 ...130
• 3-3절 고효율 탈황시스템과 초정밀 정제 시스템의 2 단계 연계...152
• 1. 2 단계 탈황공정 개념 및 정제 수준 ...152
• 2. 초정밀 정제를 위한 2 단계 탈황공정 시스템 ...154
• 3. 2 단계 연계공정 (고온건식 탈황-초정밀 정제) 운전 ...156
• 3-4절 직접 황 회수용 촉매 개발 ...166
• 1. IGCC 시스템에서 적용가능한 DSRP 개념 정립 및 실증화 방안 모색 ...166
• 2. DSRP용 촉매 개발 및 적용 ...167
• 3. DSRP 용 촉매 상에서 진행된 SO2 환원반응...173
• 3-5절 선택적 촉매산화반응에 의한 H2S 제거...283
• 1. H2S 선택적 산화반응 공정에 대한 이론 및 개념 설계...283
• 2. 연구내용...285
• 3. 연구결과...290
• 3-6절 단일 단계 황회수공정용 (SSRP) 촉매 개발...310
• 1. 단일 단계 황 회수공정 개념 정립...310
• 2. 촉매 제조 및 반응성 실험...312
• 3. 촉매 반응성 실험 및 촉매 특성 분석...314
• 3-7절 실증용 고온건식 탈황시스템의 2 단계 연계공정...342
• 1. 고효율 탈황 및 직접 황 회수 공정의 2 단계 연계공정 개념...342
• 2. 2 단계 연계 공정 수행...342
• 3. 2 단계 연계 탈황시스템 운전 결과...348
• 3-8절 폐촉매로부터 유가금속 회수공정 개발...361
• 1. 폐촉매로부터 유가금속 회수에 대한 개념 설계...361
• 2. 연구내용...361
• 2. 연구성과...365
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...382
• 4-1절 연차별 목표달성도...382
• 4-2절 관련연구분야에 기여도...390
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...391
• 5-1절 국내외 관련분야의 환경변화...391
• 5-2절 연구결과의 활용계획...391
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...393
• 6-1절 Clean Coal Technology...393
• 6-2절 Vision 21 Project...393
• 6-3절 FutureGen 프로그램...395
• 6-4절 고온건식 탈황기술...395
• 제 7 장 참고문헌...400