초록 ▼

본 연구에서는 폐기물로부터 전력과 합성천연가스(메탄)을 동시에 생산할 수 있는 지능형 녹색에너지 생산기술을 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 시스템은 향후 「스마트그리드」에면업되어 궁극척으로 「지능형 복합에너지 그리드」를 구성하는 세부기술이 될 수 있는 폐기물의 지능형 간접가스화/연료천지 발천/직접 메탄화 시스템이다. 「지능형 복합에너지 그리드」에서 폐기물의 지능형 간접가스화/연료전지 발전/직접 메탄화 시스템의 운전방식은 그리드 내에서의 전력수요에 비례하여 「간접가스화/연료전지 발전 정로」에 의한 전력생산과 「간첩가스화/메탄생산 경

본 연구에서는 폐기물로부터 전력과 합성천연가스(메탄)을 동시에 생산할 수 있는 지능형 녹색에너지 생산기술을 개발하고자 한다. 개발하고자 하는 시스템은 향후 「스마트그리드」에면업되어 궁극척으로 「지능형 복합에너지 그리드」를 구성하는 세부기술이 될 수 있는 폐기물의 지능형 간접가스화/연료천지 발천/직접 메탄화 시스템이다. 「지능형 복합에너지 그리드」에서 폐기물의 지능형 간접가스화/연료전지 발전/직접 메탄화 시스템의 운전방식은 그리드 내에서의 전력수요에 비례하여 「간접가스화/연료전지 발전 정로」에 의한 전력생산과 「간첩가스화/메탄생산 경로」에 의한 메탄생산 비율을 조절하는 것으로, 간접가스화/연료전지 발전에 의한 전력생산으로 그리드 내의 전력 수요를 공급하고, 간접 가스화/직접 메탄화에 의한 메탄생산으로 폐기물을 가스화하여 생산된 합성가스를 칙접 메탄화 하여 합성천연가스(SNG: synthetic natural gas)를 생산한다. 본 연구를 통하여 개발되는 폐기물의 지능형 에너지화 시스템을 구성하는 핵심 요소기술은 ① 폐기물 간첩가스화, ② 합성가스 직접메탄화, ③ 합성가스 연료전지 발전, ④ 중고온 스팀 전기분해 등의 기술이다.

Abstract ▼

In this study, it is attempted to develop a green intelligent wastes-to-energy system for simultaneous production of electricity and SNG(synthetic natural gas) in a single plant. The system will intelligently integrate indirect gasification/SOFC power generation/direct methanation technologies into

In this study, it is attempted to develop a green intelligent wastes-to-energy system for simultaneous production of electricity and SNG(synthetic natural gas) in a single plant. The system will intelligently integrate indirect gasification/SOFC power generation/direct methanation technologies into s single unit. In the future, this system may be incorporated into a smart grid to become one of the elemental technologies of the future intelligent integrated energy network. The operation method of the intelligent integrated indirect gasification/SOFe power generation/direct methanation system is to adjust the ratio of the electricity production by indirect gasification combined with SOFe generation to the synthetic natural gas production by indirect gasification combined with direct methanation in proportional to the demands of electricity and synthetic natural gas within the intelligent integrated energy network. The core technologies constituting the system to be developed are ① indirect gasification of wastes, ② direct methanation of syogas, ③ SOFe power generation from syngas, and ④ mid-high temperature steam electrolysis technologies.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 6
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 15
• 그림 목차 ... 20
• 표 목차 ... 29
• 제 1 장 서론 ... 31
• 제 1 절 연구의 필요성 ... 31
• 제 2 절 연구 목표 ... 37
• 제 2 장 이중유동충 가스화 기술개발 ... 40
• 제 1 절 순환유동층 반응기 요소기술 개발 ... 40
• 1. 서 론 ... 40
• 가. 순환유동층 ... 40
• 나. 열분해 가스화 ... 45
• 2. 연구목표 및 내용 ... 49
• 3. 실험장치 및 방법 ... 50
• 가. 열천칭 반응기 ... 50
• 나. 급속 열분해 반응기 ... 53
• 다. 유동층 가스화기 ... 55
• 4. 결과 및 고찰 ... 59
• 가. 열화학적 전환 특성 ... 59
• 나. 급속 열분해 실험 ... 62
• 다. 유동층 가스화 ... 71
• 라. 1톤/일 가스화기 설계 ... 78
• 5. 요약 ... 83
• 제 2 절 이중유동층 반응기 요소기술 개발 ... 84
• 1. 수치 해석에 의한 Non-Mechanical Valve 설계 ... 84
• 가. 서론 ... 84
• 나. 수치해석 조건 ... 89
• 다. Non-Mechanical Valve without Air Injection ... 92
• 라. Non-Mechanical Valve with Air Injection ... 106
• 마. 요약 ... 129
• 2. 이중 유동층 가스화기 제작 및 실험 ... 131
• 가. 서론 ... 131
• 나. 설계 ... 132
• 1) 원료 및 생성가스 조성 ... 132
• 2) 수증기 주입량 계산 ... 133
• 3) 합성가스 발생량 계산 ... 135
• 4) Riser 및 Settling Chamber 설계 ... 136
• 5) 연소실 설계 ... 139
• 6) Riser 가스화기에서 필요한 열에너지 계산 ... 142
• 7) 연소기에서 발생되는 열에너지 계산 ... 145
• 8) 외부로부터 이중 유동층 가스화기로 공급되어야 하는 열에너지 ... 148
• 9) 유동사 순환속도 ... 148
• 10) 설계 요약 ... 148
• 다. 시스템 설치 및 보완 ... 150
• 1) 원료공급장치 ... 150
• 2) 유동사 순환용 Non-Mechanical Valve ... 153
• 3) 수증기 공급장치 ... 154
• 4) 응축장치 ... 156
• 라. 실험장치 및 방법 ... 157
• 1) 이중 유동층 가스화 시스템 구성 ... 157
• 2) 실험 방법 ... 157
• 마. 실험결과 및 논의 ... 161
• 1) 온도가 합성가스 조성에 미치는 영향 ... 161
• 2) 수증기/원료 비가 합성가스 조성에 미치는 영향 ... 163
• 3) 온도가 냉가스 효율에 미치는 영향 ... 164
• 바. 요약 ... 167
• 제 3 장 직접메탄화 촉매 개발 ... 169
• 제 1 절 서론 ... 169
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 174
• 1. 촉매합성 ... 174
• 가. Mo/AC 촉매 ... 174
• 나. Mo/γ-alumina 촉매 ... 175
• 다. MOS2 촉매 ... 177
• 2. 메탄화 반응실험 ... 178
• 3. 시료의 특성분석 ... 179
• 가. XRD ... 179
• 나. SEM ... 179
• 다. BET ... 180
• 라. CO-TPD ... 180
• 마. H2-TPR ... 180
• 바. XPS ... 181
• 제 3 절 결과 및 논의 ... 182
• 1. Mo/AC 촉매 ... 182
• 가. 촉매특성 분석 ... 182
• 1) XRD ... 182
• 2) SEM ... 185
• 3) BET ... 187
• 4) XPS ... 191
• 5) Raman ... 193
• 6) TEM ... 194
• 나. 메탄화 반응실험결과 ... 195
• 2. Mo/γ-alumina 촉매 ... 203
• 가. 시료 특성 분석결과 ... 203
• 1) XRD ... 203
• 2) SEM ... 206
• 3) BET ... 212
• 4) XPS ... 215
• 5) CO-TPD ... 217
• 나. 메탄화 반응실험 결과 ... 218
• 3. MOS2 촉매 ... 223
• 가. 시료 특성 분석결과 ... 223
• 1) XRD ... 223
• 2) SEM ... 225
• 3) BET 비표면적 및 기공부피 ... 231
• 4) CO-TPD ... 236
• 5) H2-TPR ... 236
• 6) XPS ... 238
• 나. 메탄화 반응실험결과 ... 241
• 제 4 절 요약 ... 244
• 제 4 장 고체산화물 연료전지 (SOFC) 발전 시스템 기술 ... 246
• 제 1 절 고체산화물 연료전지 개요 ... 246
• 제 2 절 고체산화물 연료전지의 단위전지 제작 및 실험 ... 250
• 1. 고체산화물 연료전지의 작동원리 ... 250
• 2. 고체산화물 연료전지의 단위전지 실험 ... 251
• 가. SOFC 단위전지 기본구조 ... 251
• 3. 고체산화물 연료전지의 실험 준비 ... 253
• 4. Type별 SOFC 단위전지 실험 및 평가 ... 254
• 제 3 절 고체산화물 연료전지의 스택 모듈 설계 및 제작 ... 256
• 1. 외부 Manifold형 고체산화물 연료전지 Stack 구성 ... 256
• 2. 내부 Manifold형 고체산화물 연료전지 Stack 제작 및 실험 ... 259
• 제 4 절 100W급 5Cells 내부 Manifold형 Stack 제작 및 실험 ... 261
• 1. 100W급 SOFC 5Cells Stack 조립 ... 261
• 2. 100W급 SOFC 5cell Stack 실험 ... 263
• 3. 100W급 SOFC 5cell Stack 실험 결과 ... 265
• 제 5 절 1kW급 2단(30Cell x 2) 내부 Manifold형 Stack 제작 ... 270
• 제 6 절 1kW급 SOFC 시스템 simulator 상세실험 ... 271
• 1. simulator 실험 장치 및 제작 ... 271
• 2. simulator 실험결과 ... 274
• 제 7 절 SOFC simulator 시스템 해석 ... 275
• 1. simulator 해석 프로그램 구현 ... 275
• 2. 시스템 해석조건 ... 278
• 3. 시스템 해석결과 ... 279
• 4. Real stack과 연계한 시스템 해석 ... 281
• 제 8 절 SOFC 시스템 예비 실험 ... 285
• 1. Real stack용 SOFC 시스템 제작 ... 285
• 2. Real stack용 SOFC 시스템 예비실험 ... 287
• 제 9 절 요약 ... 289
• 제 5 장 중온용 수증기 전기분해 소재 및 스택 개발 ... 290
• 제 1 절 중온 수전해용 고성능 단위 셀 및 스택 개발 ... 292
• 1. 수전해 단위셀 제작 ... 292
• 가. 단위셀 제작 공정 ... 292
• 나. 단위셀 밀봉구조 ... 292
• 다. 내부식성 집전체 ... 294
• 2. 수전해 스택 설계 및 제작 ... 295
• 가. 스택 형상 변경 및 최적화 ... 295
• 나. 스택 밀봉 개선 ... 296
• 다. 스택 하우징 개선 ... 298
• 제 2 절 수증기 전기분해용 스택 성능평가 ... 299
• 1. 단위셀 성능 및 특성평가 ... 299
• 가. 성능 평가 ... 299
• 나. 내구성 평가 ... 301
• 2. 스택 성능 및 특성평가 ... 302
• 가. 스택 가스 유동 전산모사 ... 302
• 나. 스택 수전해 모드 시험평가 ... 304
• 제 3 절 요약 ... 308
• 제 6 장 결론 ... 309
• 참고문헌 ... 314
• 끝페이지 ... 320