초록 ▼

본 연구는 저등급석탄 본 연구의 목적은 저등급석탄을 원료로 습식 분류층 가스화의 국산기술 개발과 저온가스화 기술을 개발하는 것이다. 습식 분류층 가스화의 KIERModel은 저등급석탄을 건조하여 CWM(Coal Water Mixture)을 제조하고 이를 이용하여 KIER에서 보유하고 있는 1톤/일 가스화기에 적용하여 고효율 가스화 플랜트를 개발하는 것이다. 저온가스화는 저등급석탄을 대상으로 다양한 촉매를 이용하여 가스화 반응성을 실험하여 최적의 촉매를 저가로 활용하는 방법을 찾고, 이를 유동층 가스화기술을 이용하여 온도 800 ℃,

본 연구는 저등급석탄 본 연구의 목적은 저등급석탄을 원료로 습식 분류층 가스화의 국산기술 개발과 저온가스화 기술을 개발하는 것이다. 습식 분류층 가스화의 KIERModel은 저등급석탄을 건조하여 CWM(Coal Water Mixture)을 제조하고 이를 이용하여 KIER에서 보유하고 있는 1톤/일 가스화기에 적용하여 고효율 가스화 플랜트를 개발하는 것이다. 저온가스화는 저등급석탄을 대상으로 다양한 촉매를 이용하여 가스화 반응성을 실험하여 최적의 촉매를 저가로 활용하는 방법을 찾고, 이를 유동층 가스화기술을 이용하여 온도 800 ℃, 압력은 상업에서부터 10기압까지 실험하여 역시 최적의 유동층 촉매 가스화 국산화 기술을 개발하고자 한다. 건조된 석탄을 대상으로 CWM을 제조하였으며 첨가제 NSWR을 이용하여 고체함유량 57 %를 달성하였다. 습식 분류층 가스화는 1차년도에는 건조탄을 대상으로 하지 않았으며 단지 저등급석탄에 적합하도록 버너와 슬랙탭을 개조하였고 스크러버를 개조하여 사용하였다. 유연탄을 대상으로 실험한 결과 냉가스 효율 63 %, 탄소전환율 92 %를 달성하였다. 저온 가스화는 다양한 종류의 저등급석탄과 촉매를 대상으로 실험하여 최적의 석탄과 촉매 조합을 찾았으며 인도네시아 수입탄인 ECO 석탄을 대상으로 했을 때 K₂CO₃, Ni이 가장 촉매효율이 높은 것을 알 수 있었다.
유동층 가스화는 촉매가 없는 상태에서 온도를 800 ℃까지 낮추어 실험한 결과 탄소전환율 65 %, 냉가스 효율 35 %를 달성하였다. 촉매를 사용하는 경우 효율이 더 증가할 것으로 예측되었다.

Abstract ▼

This work targets to develop an domestic low rank coal (LRC) gasification technology; an entrained-flow wet gasifier and a low temperature gasifier. For the development of an highly efficient entrained-flow wet gasifier (KIER-Model), a CWM (Coal Water Mixture) is to be formulated using a LRC and whi

This work targets to develop an domestic low rank coal (LRC) gasification technology; an entrained-flow wet gasifier and a low temperature gasifier. For the development of an highly efficient entrained-flow wet gasifier (KIER-Model), a CWM (Coal Water Mixture) is to be formulated using a LRC and which is to be applied to the 1 ton/day the gasifier retained in KIER. For the development of a low temperature gasification technology, low-price catalytic materials is to be screened, based on the gasification reactivity of the catalysts. This catalyst is then to be evaluated in a optimized fluidized-bed gasifier operating at ～800 ℃ and 1 - 10 bar.
Finally, a domestic fluidized-bed gasifier for catalytic LRC gasification is to be developed. A CWM of 57 % solid content was made using the dried coal and an additive named NSWR. For the first year, an entrained-flow wet gasifier wasn't aimed at the dried LRC. Just a burner and a slack tab was remodeled to suit for LRC and a scrubber was reconstructed as well. 63 % cold gas efficiency and 92 % carbon conversion was achieved for a bituminous coal. An optimal combination of a LRC and a catalyst was found for low temperature catalytic gasification. K₂CO₃ and Ni was the most efficient when tested using an ECO coal (indonesian coal). A fluidized-bed gasification was performed at as low as 800 ℃, where 65% carbon conversion and 35 % cold gas efficiency were attained in the absence of a catalyst.
Higher efficiency was expected when a catalyst is present.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 9
• 목차 ... 13
• 그림목차 ... 17
• 표 목차 ... 23
• 제 1 장 서 론 ... 27
• 제 1 절 기술동향 ... 27
• 1. 국외기술동향 ... 27
• 2. 국내기술동향 ... 32
• 제 2 절 기술개요 ... 36
• 1. KIER-Model 가스화 플랜트 개발 ... 36
• 2. 저온가스화 기술개발 ... 37
• 제 3 절 연구개발 목표 및 내용 ... 39
• 1. 연구개발 목표 ... 39
• 2. 연구개발 내용 ... 40
• 가. 한국형 저등급 석탄 가스화 플랜트 개발 ... 40
• 나. 저온/촉매가스화 기술개발 ... 41
• 제 4 절 연구개발 파급효과 ... 42
• 1. 기술적 효과 ... 42
• 2. 경제산업적 효과 ... 42
• 3. 환경적 효과 ... 43
• 4. 기술개발결과 활용방안 ... 43
• 제 2 장 KIER model 가스화 plant ... 45
• 제 1 절 습식분류층 석탄가스화 plant ... 45
• 1. 저등급석탄 건조기술 ... 45
• 가. 건조기술 개발 국내외 현황 ... 45
• 나. 기류건조의 특성 및 원리 ... 53
• 다. 실험 ... 54
• 라. 실험결과 ... 61
• 마. 결 론 ... 71
• 2. 저등급석탄 CWM 제조기술 ... 71
• 가. 이론 ... 71
• 나. 실험 ... 72
• 다. 결과 및 고찰 ... 73
• 라. 결론 ... 77
• 3. 습식 분류층 저등급 석탄 가스화 기술 ... 77
• 가. 이론 ... 77
• 1) 석탄 가스화 기술 ... 77
• 2) 국내 기술개발 현황 ... 79
• 3) 국외 기술개발 현황 ... 81
• 나. 실험 장치 및 실험 방법 ... 84
• 1) 가스화 장치 ... 84
• 2) 슬랙 탭 버너 ... 92
• 3) 습식 고압 스크러버 시스템 ... 98
• 다. 결과 및 고찰 ... 101
• 1) 석탄 가스화 실험 ... 101
• 2) 슬랙탭 버너 운전 특성 실험 ... 109
• 3) 습식 가스화기 전산 유동해석 ... 119
• 4) 슬랙탭 섹션 전산해석 ... 138
• 5) 퀜쳐 섹션 전산해석 ... 146
• 라. 결론 ... 150
• 제 2 절 CO2 저감 가스화 기술 ... 152
• 1. 저등급석탄 반응성 ... 152
• 가. 연구 배경 및 목적 ... 152
• 나. 실험 ... 153
• 1) 연구 개발 실험 장치 ... 153
• 2) 연구 개발 실험 방법 및 조건 ... 161
• 다. 연구 개발 결과 ... 168
• 1) 고정층상태(Fixed condition)에서의 저등급탄 가스화 반응성 규명 ... 168
• 2) 분류층 상태(Entrained condition)에서의 저등급탄 가스화 반응성 규명 ... 172
• 라. 결론 ... 183
• 2. CO2 가스화 기술 ... 184
• 가. 이론 ... 184
• 1) 기술의 개요 ... 184
• 2) 석탄 가스화 반응 특성 연구 ... 185
• 나. 석탄가스화 반응실험 ... 191
• 1) 사용석탄 ... 191
• 2) TGA와 DTR에서 열분해에 의한 Char 제조 실험 ... 192
• 다. 실험결과 및 고찰 ... 198
• 1) 저속가열 ... 198
• 2) 급속열분해 ... 199
• 3) 저속 및 급속 열분해 char의 반응성 실험 ... 200
• 라. 2차년도 연구 계획 ... 204
• 제 3 장 저온 가스화 기술 ... 205
• 제 1 절 촉매가스화 ... 205
• 1. 고정층 촉매가스화 ... 205
• 가. 수증기 가스화 ... 205
• 1) 실험 방법 ... 205
• 2) 실험 결과 및 토의 ... 208
• 나. CO2 가스화 ... 225
• 1) 실험 조건 파악을 위한 석탄 샘플 분석 ... 225
• 2) 실험조건 적용 및 촉매의 활성 비교 ... 230
• 3) 석탄 샘플의 승온 속도별 TGA특성 분석결과 ... 231
• 4) 가스변화에 따른 TGA특성분석 및 촉매활성분석 실험 ... 232
• 5) 저급탄의 TGA 특성 분석 및 우수탄 선정 ... 235
• 6) 선정된 석탄의 CO2 농도별 촉매의 활성분석 ... 236
• 다. 결론 ... 237
• 2. 유동층 촉매가스화 ... 238
• 가. 연구배경 및 목적 ... 238
• 나. 유동층 가스화 ... 239
• 다. 연구 목적 ... 241
• 라. 가스화 이론 및 용어정리 ... 241
• 마. 기포유동층 석탄가스화 장치 ... 242
• 바. 실험 방법 ... 244
• 사. 석탄 종류 및 층물질 ... 245
• 아. 실험 결과 ... 246
• 자. 요약 및 결론 ... 248
• 제 2 절 초임계수 가스화 ... 252
• 1. 초임계수 가스화 ... 252
• 가. 이론 ... 252
• 나. 실험 ... 256
• 다. 결과 및 고찰 ... 258
• 라. 결론 ... 263
• 제 4 장 결 론 ... 264
• 참고문헌 ... 267
• 서지정보양식 ... 273
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 274
• 끝페이지 ... 276