초록 ▼

전 지구적으로 지구온난화 문제를 해결하기 위해 CO₂로 대표되는 온실기체의 제거기술이 요구되는 상황에서 그 방법으로 순산소연소(oxy-PC combustion)의 연구가 활발이 진행되고 있다. 순산소연소 방식은 다른 방법에 비해 경제적으로 우수하고 고농도의 CO₂ 를 회수할 수 있다는 장점이 있지만 SO₂, SO₃등의 황산화물의 발생이 많고 수은 등의 중금속 제거가 중요해지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 본 연구단은 순산소연소 분위기에서S

전 지구적으로 지구온난화 문제를 해결하기 위해 CO₂로 대표되는 온실기체의 제거기술이 요구되는 상황에서 그 방법으로 순산소연소(oxy-PC combustion)의 연구가 활발이 진행되고 있다. 순산소연소 방식은 다른 방법에 비해 경제적으로 우수하고 고농도의 CO₂ 를 회수할 수 있다는 장점이 있지만 SO₂, SO₃등의 황산화물의 발생이 많고 수은 등의 중금속 제거가 중요해지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위한 방법으로 본 연구단은 순산소연소 분위기에서SO₂, SO₃, 수은의 3가지 제거목표대상에 각각 적용되는 3가지 흡착제입자를 이용하여 로 내에서 동시 제거하는 기술을 제안하고 연구하였다.
1차년도에는 반응온도, 반응시간, 흡착제 입자 투입량, 황산화물 투입량을 조절할 수 있는 고온반응기를 개발 및 제작하였고 이를 이용하여 CaCO₃3흡착제 입자의 거동특성을 연구하고 조건에 따른 SO₂의 제거효율을 살펴보았다. 잘 연구 되어 있는 공기연소 분위기의 로 내 제거 특성과 비교하여 순산소연소 분위기에서 CaCO₃흡착제 입자의 반응온도와 반응시간의 변화에 따른 거동특성의 변화와 제거 특성을 살펴보았다. 공기연소분위기와 다르게 순산소연소 분위기에서는 약900-1000°C에서 최대 SO₂제거 효율을 보이고 반응시간은 공기연소 분위기에 비해서 훨씬 많이 요구되는 것을 알 수 있었다. 그리고 그 원인을 살펴보기 위해서 반응이 끝난 CaCO₃흡착제 입자의 단면을 살펴본 결과 순산소연고 분위기에서는 공기연소 분위기와 다르게 외부에서 내부로 서서히 흡착영역이 확산되는 메커니즘임을 발견하였다. 뿐만 아니라 CaCO₃흡착제 입자의 크기가 거동특성에 미치는 영향을 살펴 보았다.
SO₃제거 특성을 살펴보기 위해서 SO₃생성장치를 설계 및 제작하였다. SO₃ 생성은 반응로 내 촉매에서 SO₂와 O₂를 반응시키는 방법으로 촉매 종류와 반응온도를 바꿔가면서 실험을 수행하였다. 촉매의 종류로 Fe₂O₃를 이용하면 약 700°C의 온도에서 약 20%정도의 효율로 안정적으로 생성되는 것을 확인할 수 있었다.
2차년도에는 본격적으로 MgO와 MinPlus흡착제 입자를 이용한 SO₃와 수은의 제거기술을 개발하고 1차년도에서 연구한 흡착제 입자의 거동 특성 및 메커니즘을 적용하여 동시제거특성을 살펴볼 예정이다.

Abstract ▼

Recently, as greenhouse gas emission regulations have become stricter to solve the global warming, the oxy-PC combustion system, also known as O₂/CO₂ combustion system, was introduced.
Compared to the conventional combustion systems, it is economical and it can recover the C

Recently, as greenhouse gas emission regulations have become stricter to solve the global warming, the oxy-PC combustion system, also known as O₂/CO₂ combustion system, was introduced.
Compared to the conventional combustion systems, it is economical and it can recover the CO₂ gas from the exhaust gas with high purity via the exhaust gas recirculation (EGR). However, due to the nature of the system, concentrations of the sulfur oxides (e.g., SO₂, SO₃) and micropollutant (e.g., heavy material) become higher in the system. To solve aforementioned problems, research of our group aimed for the simultaneous removal of SO₂, SO₃, and Hg in oxy-PC combustion environment by employing respective sorbent particles acting on each gaseous pollutant.
At first year, high temperature reactor, which controls reaction temperature, reaction time, injected quantity of the sorbent particle, and injected concentration of the sulfur oxides, was designed and manufactured. Behavior characteristics of CaCO₃ particle, sorbent for SO₂ removal, were evaluated and SO₂ removal rate was measured by varying the reaction temperature and the reaction time in a reactor when in-furnace desulfurization technique employed in an oxy-PC combustion environment.
Experiments were also performed in a conventional air-combustion system to compare each system. SO₂ removal rate showed maximum value at 900-1000°C and the reaction time for the maximum SO₂ removal became longer in an oxy-PC combustion system, compared to the conventional air combustion system. It was attributed to the difference of the reaction mechanism. In an oxy-PC combustion system, adsorption diffused from the outside to the inside of the particle, while it was
arisen all over the particle in a conventional air combustion system. Effect of the particle size on the behavior characteristics was measured.
For the SO₃ removal experiment, SO₃ generation equipment was developed. SO₃ can be obtained through the reaction between the SO₂ and O₂ with the assistance of the specific catalyst. Experiments were performed by varying the reaction temperature and catalyst type. By using Fe₂O₃ (catalyst) SO₃ was generated stably with the conversion rate of 20% from SO₂ to SO₃.
At second year, removal of SO₃ and Hg by using MgO and Minplus, respectively, will be investigated. Finally, characteristics of simultaneous removal of three different gaseous pollutants will be evaluated.

목차 Contents

• EEWS Research 2013 Final Report ... 1
• Summary ... 2
• 국문 요약문 ... 3
• 1. Research Purpose ... 5
• (1) Global warming and greenhouse gases ... 5
• (2) CCS and oxy-PC combustion system ... 5
• (3) Oxy-PC combustion and removal of gaseous pollutants ... 7
• (4) Relation with energy issue ... 7
• 2. Research Target and Achievement ... 8
• 3. Research Method ... 9
• (1) Research during first year (2012.01.01-2012.12.31) ... 9
• 4. Research Results ... 10
• (1) Outcome results ... 10
• (2) Further research required ... 29
• (3) Findings deserve to press ... 30
• 5. Research Outcomes ... 30
• (1) Publication ... 30
• (2) Conference presentation ... 31
• (3) Patents ... 31
• 6. Reference ... 31
• 1. 연구목적 ... 33
• (1) 지구온난화와 온실기체 ... 33
• (2) CCS 와 순산소연소 ... 34
• (3) 순산소연소와 환경오염물질 제거 ... 35
• (4) 에너지문제와의 연관성 ... 37
• 2. 연구목표와 성과 ... 37
• 3. 연구방법 ... 40
• (가) 1차년도의 연구 수행 ... 40
• 4. 연구결과 및 고찰 ... 42
• (1) 연구결과 ... 42
• (2) 수반되어야 할 (후행)연구내용 ... 67
• (3) 보도할 만한 내용 ... 67
• 5. 연구결과물 발표실적 ... 68
• (1) 논문 ... 68
• (2) 학술대회 ... 68
• (3) 특허 ... 69
• 6. 참고문헌 ... 69
• 끝페이지 ... 70