초록 ▼

핵심기술
석탄 슬러리 제조시 물과 석탄의 혼합을 증대하기 위하여, 공동현상 방법에 의해 물을 미립화하여 석탄과 혼합하는 기술
최종목표
공동현상(空洞現像)을 이용한 석탄 슬러리 제조기술 개발 및 제조된 석탄 슬러리의 가스화를 위한 분사(噴射) 특성 시험
개발내용 및 결과
ㅇ 공동현상을 이용한 석탄 슬러리 제조를 위하여, 해외기관인 모스크바에너지공과대학교(MPEI)에서 설계한 석탄 슬러리 제조용 캐비테이터를 입수하여 상세설계 및 제작 진행하고, 1톤/일급 석탄 슬러리 제조시스템과 공급시스템을 설계, 제작 및

핵심기술
석탄 슬러리 제조시 물과 석탄의 혼합을 증대하기 위하여, 공동현상 방법에 의해 물을 미립화하여 석탄과 혼합하는 기술
최종목표
공동현상(空洞現像)을 이용한 석탄 슬러리 제조기술 개발 및 제조된 석탄 슬러리의 가스화를 위한 분사(噴射) 특성 시험
개발내용 및 결과
ㅇ 공동현상을 이용한 석탄 슬러리 제조를 위하여, 해외기관인 모스크바에너지공과대학교(MPEI)에서 설계한 석탄 슬러리 제조용 캐비테이터를 입수하여 상세설계 및 제작 진행하고, 1톤/일급 석탄 슬러리 제조시스템과 공급시스템을 설계, 제작 및 구축함
ㅇ 구축된 석탄 슬러리 제조시스템에 대한 운전 조건 및 특성을 파악하고, 역청탄 2종(BA탄, Shenhua탄)과 아역청탄 4종(ABK탄, MSJ탄, LG탄 및 KPU탄) 등 총 6종(과제목표 석탄 3종 이상)에 대한 석탄슬러리 제조시험을 진행하고 점도, BET 등 물성분석을 수행함
ㅇ 역청탄인 BA탄과 Shenhua탄의 경우 석탄입자 크기 100 mesh 이상, 아역청탄인 LG 탄의 경우 100 mesh 이하에서, 석탄:물 무게비 6:4일때 점도 2,000 cP 이하인 석탄 슬러리를 제조하여 과제 목표인 석탄:물 무게비 6:4를 달성함 (계면활성제는 사용하지 않거나 석탄 무게의 0.33% 사용, 기존 기술은 석탄 무게의 1% 사용)
ㅇ 석탄 슬러리 분사시험 장치 및 주입버너를 설계, 제작 및 운전하여 석탄 슬러리의 분무화 및 분사가 안정적으로 진행되는 것을 확인함
ㅇ 해외기관인 모스크바에너지공과대학교에서 scale-up된 캐비테이터 설계 자료를 입수한 후, CFD 전산해석을 진행하고, 50톤/일급 석탄슬러리 제조시스템에 대한 scale-up 설계를 수행함
기술개발배경
ㅇ 석탄가스화 기술은 석탄의 주입 형태에 따라 크게 습식과 건식으로 분류되며, 습식 가스화 기술은 석탄을 물과 혼합하여 에멀젼 상태의 석탄․물 혼합연료(CWM, Coal Water Mixture)인 슬러리를 제조한 후 펌프를 이용하여 가스화기로 주입하는 방법이고, 건식방법은 석탄을 미분/건조하여 질소로 공압 이송 및 가스화기로 주입하는 방법임
ㅇ 석탄과 물을 혼합하여 슬러리 제조시 에멀젼 상태를 용이하게 하기 위하여, 기존 기술의 경우 계면활성제를 첨가한 후 교반(stirring)하여 제조하고 있음
ㅇ 교반에 의한 슬러리 제조방법 대신 공동현상을 이용하여 물입자를 미세화하여 석탄 슬러리를 제조할 경우, 계면활성제를 첨가하지 않거나 기존에 비해 50% 이하로 사용하면서도 입자들의 미립화를 통해 혼합도를 증가시켜, 용이하게 균일한 형태의 석탄 슬러리를 제조할 수 있음
ㅇ 현재 세계적으로 건식 석탄 주입방식과 더불어 습식 석탄주입 방식에 의한 가스화 플랜트 수요가 급증하고 있어, 공동현상을 이용하여 석탄슬러리를 제조하는 기술이 개발될 경우, 충분한 경쟁력을 가지고 시장에 진입할 수 있을 것으로 예상됨
핵심개발기술의 의의
ㅇ 공동현상을 이용하여, 기존 기술에 비해 계면활성제의 사용량 감소 및 교반에 소요되는 에너지를 저감하면서도 균일한 형태의 석탄 슬러리를 용이하게 제조할 수 있는 기반 기술을 확보함
ㅇ 본 연구를 통하여 개발된 공동현상을 이용한 석탄 슬러리 제조 기술은 고체인 석탄뿐만 아니라 고점도 액상연료인 잔사유, 오일샌드, bitumen 등과 중유 등 저점도 액상연료에 spin-off 적용 가능하여 이들 연료들을 용이하게 에멀젼화할 수 기반을 확보함
ㅇ 향후 50톤/일급 이상 Demo급 규모의 공동현상 이용 석탄 슬러리 제조시스템에 대한 기술개발이 진행될 경우, 습식 가스화플랜트의 석탄 전처리 설비를 대체할 수 있는 기반을 확보할 수 있으며, 습식 IGCC 플랜트 및 가스화 플랜트의 국내 도입시 연료공급 장치를 국내기술로 대체하여 시장진출이 가능함
ㅇ 또한 본 연구에서 개발된 공동현상 이용 석탄 슬러리 제조시스템의 핵심 기술은 입자성 유기폐기물의 미세화 및 가용화, 하수슬러지의 소화효율 향상 등 입자와 물이 혼합된 저급연료의 전처리 분야에도 spin-off 적용이 가능함
적용분야
습식 IGCC 플랜트, 습식 석탄가스화 플랜트, 중질잔사유/오일샌드/bitumen 가스화 플랜트

목차 Contents

• 에너지국제공동연구 기술개발사업 최종보고서 제출서 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 9
• 목 차 ... 13
• 표 차례 ... 14
• 그림 차례 ... 17
• 제 1 장 서론 ... 22
• 제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 22
• 제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 25
• 1. 국외 기술 현황 ... 27
• 2. 국내 기술 현황 ... 32
• 제 3 절 기술개발시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 35
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 36
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 36
• 1. 최종목표 ... 36
• 2. 평가방법 ... 36
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 36
• 1. 1차년도 ... 36
• 2. 2차년도 ... 37
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 38
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 38
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 38
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 40
• 3. 연구수행 세부 내용 및 결과 ... 42
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 176
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 177
• 참고문헌 ... 180