초록 ▼

습식 가스화는 장치가 간단하고 운전이 쉬워 현재 세계 가스화 시장의 50%를 점유하고 있으며 화학제품을 제조하는데 중요한 기술로 활용되고 있다. 또한 기존 분류층가스화기술이 고온에서 운전되어 에너지의 손실이 크므로 장기적으로는 저온가스화가중요한 기술로 대두되고 있다. 자원 빈국인 우리나라는 석탄 청정이용기술 관련 선진기술 개발을 통해 다국적으로 원료 확보를 추진하여 에너지 안보 확보가 필수적인 상황이다. 이와 같은 상황을 고려하여 매장량이 풍부하고, 수급이 원활한 저급탄의 표면개질을 통해 하이브리드 석탄 제조를 위한 혁신 원천 기술

습식 가스화는 장치가 간단하고 운전이 쉬워 현재 세계 가스화 시장의 50%를 점유하고 있으며 화학제품을 제조하는데 중요한 기술로 활용되고 있다. 또한 기존 분류층가스화기술이 고온에서 운전되어 에너지의 손실이 크므로 장기적으로는 저온가스화가중요한 기술로 대두되고 있다. 자원 빈국인 우리나라는 석탄 청정이용기술 관련 선진기술 개발을 통해 다국적으로 원료 확보를 추진하여 에너지 안보 확보가 필수적인 상황이다. 이와 같은 상황을 고려하여 매장량이 풍부하고, 수급이 원활한 저급탄의 표면개질을 통해 하이브리드 석탄 제조를 위한 혁신 원천 기술을 확보하고자 하였다. 음식물쓰레기는 높은 함수율과 염분 등의 환경인자 저해 및 열화학적인 접근에 문제가 있어 유기성 폐기물의 효율적 처리가 어려운 실정이다. 기존의 유기성폐기물 처리와 관련된 연구과제는 생물, 촉매, 화학 등 단일 기술만이 적용되었으나, 본 연구에서 개발하고자 하는 기술은 생물학적 변환 기술을 기반으로, 촉매기술과 융합하여 차량용 수송연료와 화학원료를 추가적으로 생산하는 것이다. FT 합성기술은 석탄가스화를 통해 얻어진 합성가스(H2+CO)를 액체 탄화수소로 전환시키는 기술로, 석유 공급 부족 시 우리나라 영토에서 대량으로 경제성 있게 합성석유를 제조할 수 있는 매우 유망한 기술이다. FT합성기술의 2대 주요기술은 반응기기술과 촉매기술이 있다. 암모니아는 상온 10기압에서 액체로서 저장 및 이송이 용이하다. 또한 암모니아 무탄소 연료이기 때문에 온실가스 배출을 획기적으로 저감할 수 있다. 이 연구에서는 물과 질소를 원료로 하여 전기화학적으로 암모니아를 합성하는 기술과 암모니아 자동차를 연구하였다.

Abstract ▼

Of the coal gasification methods, a wet gasifier is simple and easy to operate, therefore accounting for 50 % of the world market and being actively utilized in manufacturing of chemical products. The existing entrained-flow gasifier bears low energy efficiency, which should be run at a high tempera

Of the coal gasification methods, a wet gasifier is simple and easy to operate, therefore accounting for 50 % of the world market and being actively utilized in manufacturing of chemical products. The existing entrained-flow gasifier bears low energy efficiency, which should be run at a high temperature gasification technology. Therefore, a low temperature gasification technology is becoming an important alternative as a long-term solution. In Korea, having poor resources, securing a supply of energy resources from other countries by developing clean coal utilization technology is an essential issue. The objective of this research is set to secure the innovative core technology of Hybrid coal by means of surface modification of low grade raw coal which is abundant in reserves and supplies. High moisture content and salty characteristics of food waste is the obstacle for the application of thermo-chemical process. Therefore, in this research, a catalytic pro cess was combined with biological process to obtain valuable gasoline-additives and chemical materials in addition to methane from food waste. FT(Fischer-Tropsch synthesis) is a technology to produce liquid hydrocarbons from H2 and CO obtained via coal gasification. Thus, the FTS is a key technology for economical production of synthetic fuels with large scale in a Korean territory when the supply of crude oil becomes insufficient. There are two major issues in the FT technology such as well-designed reactors and high-performance catalysts. The objective of research is development of top-class catalysts which can be readily used for commercial applications. Since ammonia can be liquified at room temperature and 10 atm, it can be easily stored and transported. Also the ammonia can significantly reduce greenhouse gas emission according to carbon-free fuel. In this study, electrochemical ammonia synthesis from water and nitrogen was experimentally studied and an ammonia-fueled vehicle was developed.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 23
• 목차 ... 35
• 그림목차 ... 45
• 표목차 ... 65
• Ⅰ. 저등급석탄 가스화 기술 개발 ... 69
• 제 1 장 서 론 ... 71
• 제 1 절 기술개요 ... 71
• 1. KIER-Model 가스화 플랜트 개발 ... 71
• 2. 저온가스화 기술개발 ... 72
• 제 2 절 기술개발의 필요성 ... 74
• 1. 기술적 측면 ... 74
• 2. 경제산업적 측면 ... 75
• 3. 정책적 측면 ... 76
• 제 3 절 당해연도 목표 및 연구내용 ... 76
• 제 2 장 KIER model 가스화 plant ... 77
• 제 1 절 습식분류층 석탄가스화 plant ... 77
• 1. 저등급석탄 건조 ... 77
• 가. 다중방해판 석탄건조기 ... 78
• 나. 다중방해판 석탄건조기 수치해석 ... 79
• 다. 실험 ... 102
• 라. 실험결과 ... 105
• 2. 저등급석탄 CWF 제조기술 ... 110
• 가. 이론 ... 110
• 나. 실험 ... 110
• 다. 결과 및 고찰 ... 111
• 3. 습식 분류층 저등급 석탄 가스화 기술 ... 114
• 가. 이론 ... 114
• 나. 실험 장치 및 실험 방법 ... 129
• 다. 결과 및 고찰 ... 139
• 라. 결론 ... 175
• 제 2 절 CO2 저감 가스화 기술 ... 177
• 1. 서 론 ... 177
• 가. 연구 배경 및 목적 ... 177
• 나. 연구개발 목표 및 내용 ... 178
• 2. 연구 개발 장치 및 방법 ... 180
• 가. 연구 개발 실험 장치 ... 180
• 나. 연구 개발 실험 방법 및 조건 ... 185
• 다. High Temperature Viscometer(HTV) ... 189
• 3. 연구 개발 결과 ... 190
• 가. TMA를 통한 석탄 Slagging 특성 규명 ... 190
• 나. 고온 점도계를 통한 석탄 Slagging 특성 규명 ... 197
• 4. 결 론 ... 202
• 제 3 장 저온 가스화 기술 ... 203
• 제 1 절 촉매가스화 ... 203
• 1. 고정층 촉매가스화 ... 203
• 가. 수증기 가스화 ... 203
• 2. 저급탄 석탄촉매가스화용 촉매개발 및 특성 규명 ... 270
• 가. 촉매 및 시료의 선정 ... 270
• 나. 실험방법 ... 272
• 다. 시료선정 결과 ... 274
• 라. 가스화 활성분석 및 반응특성 분석 ... 275
• 마. 결론 ... 290
• 3. 유동층 촉매가스화 ... 292
• 가. 연구배경 및 목적 ... 292
• 나. 유동층 가스화 ... 293
• 다. 연구 목적 ... 295
• 라. 가스화이론 및 용어정리 ... 296
• 마. 기포유동층 석탄가스화 장치 ... 297
• 바. 실험 방법 ... 304
• 사. 석탄 종류 및 층물질 ... 304
• 아. 실험 결과 ... 306
• 자. 요약 및 결론 ... 336
• 제 2 절 초임계수 가스화 ... 338
• 1. 초임계수 가스화 ... 338
• 가. 이론 ... 338
• 나. 실험 ... 342
• 다. 결과 및 고찰 ... 344
• 제 4 장 결 론 ... 351
• 1. KIER-Model 습식분류층 가스화 플랜트 개발 ... 351
• 2. 저온가스화 기술개발 ... 352
• 참고문헌 ... 354
• Ⅱ. 저급탄 열분해에 의한 친환경적 연료생산 및 고부가가치화 기술 개발 ... 365
• 제 1 장 서 론 ... 367
• 제 1 절 기술개발의 개요 및 필요성 ... 367
• 1. 기술의 개요 ... 367
• 2. 개발기술의 이론 및 개요 ... 374
• 가. 석탄의 구조 ... 374
• 나. 석탄 열분해 ... 376
• 3. 기술개발의 필요성 ... 378
• 가. 기술적 측면 ... 378
• 나. 경제산업적 측면 ... 379
• 다. 정책적 측면 ... 382
• 제 2 절 국내․외 관련기술 및 특허 현황 ... 383
• 1. 기술개발 현황 ... 383
• 2. 특허 현황 ... 389
• 제 2 장 석탄 열분해에 의한 고부가가치화 기술 개발 ... 393
• 제 1 절 연구 배경 ... 393
• 제 2 절 1톤/일 규모 석탄 열분해 pilot 공정 ... 394
• 1. 시스템 구성 ... 394
• 2. 실험 방법 ... 401
• 가. 대상탄 특성 ... 401
• 나. 생성가스 ... 402
• 다. 탈휘발 실험 ... 403
• 3. 실험 결과 ... 404
• 가. 실험조건 ... 404
• 나. 가스 생성 ... 407
• 다. 탈휘발 및 촤생성 ... 410
• 제 3 절 석탄 촤를 이용한 성형연료 제조 ... 411
• 1. 실험 방법 ... 411
• 2. 실험 결과 및 고찰 ... 413
• 가. 유기바인더 ... 413
• 나. 무기바인더 ... 418
• 다. 유동층 보일러용 Biocoal 제조 ... 426
• 제 3 장 저급탄과 무연연료의 특성 분석 및 Database 구축 ... 429
• 제 1 절 무연연료 생성 조건 변화에 따른 열 특성 변화 ... 429
• 1. 연구 개발 실험 장치 ... 429
• 가. Thermo-gravimetry Analyzer (TGA) ... 429
• 나. Drop Tube Furnace (DTF) ... 431
• 다. BET equation analyzer (BET) ... 433
• 2. 연구 개발 실험 이론적 고찰 및 조건 ... 434
• 가. Thermo-gravimetry Analyzer (TGA) - 이론적 고찰 ... 435
• 나. Thermo-gravimetry Analyzer (TGA) - 실험 조건 ... 437
• 다. Drop Tube Furnace (DTF) - 이론적 고찰 ... 439
• 라. Drop Tube Furnace (DTF) - 실험 조건 ... 442
• 마. BET equation anlayzer (BET) ... 443
• 3. 실험 결과 ... 445
• 가. 무연연료의 생성 ... 445
• 나. 탄종별 착화온도 및 Pore 생성 변화 규명 ... 446
• 제 2 절 분류층 반응기에서의 무연연료 연소 반응 특성 도출 ... 453
• 1. 연구 개발 실험 장치 ... 453
• 2. 연구 개발 실험 이론적 고찰 및 조건 ... 453
• 가. 이론적 고찰 ... 453
• 나. 실험 조건 ... 455
• 3. 실험 결과 ... 456
• 제 4 장 결 론 ... 458
• 참고문헌 ... 461
• 부 록 - 20만톤/년 석탄 열분해설비 설계 데이터 및 설계도 ... 465
• Ⅲ. 음식물쓰레기로부터 생물/촉매 복합기술에 의한 바이오연료 및 화학원료 생산 원천기술개발 ... 473
• 제 1 장 서 론 ... 475
• 제 1 절 기술개요 ... 475
• 제 2 절 연구개발 목표 및 내용 ... 478
• 1. 연구개발 목표 ... 478
• 2. 연구개발 내용 ... 479
• 제 3 절 연구개발 파급효과 ... 481
• 1. 기술적 효과 ... 481
• 2. 경제산업적 효과 ... 481
• 3. 환경적 효과 ... 482
• 4. 기술개발결과 활용방안 ... 482
• 제 2 장 음식물쓰레기로부터 생물 복합기술에 의한 바이오연료생산 ... 484
• 제 1 절 선택적 산발효조 운전 ... 484
• 1. 음식물쓰레기를 이용한 유산발효 장기간 운전 ... 484
• 가. 연구의 개요 ... 484
• 나. 실험 방법 ... 484
• 다. 실험결과 ... 488
• 라. 결 론 ... 498
• 제 2 절 건식 메탄 발효조 최적화 ... 499
• 1. 건식 메탄 발효조 최적 조건 도출 ... 499
• 가. 연구 개요 ... 499
• 나. 실험방법 ... 500
• 다. 실험결과 ... 504
• 라. 결 론 ... 524
• 제 3 절 혐기성 소화조내 악취유발 물질의 탐사 및 제거 ... 524
• 1. 혐기성 소화조내 악취 유발 물질의 측정 ... 524
• 가. 연구의 개요 ... 524
• 나. 실험방법 ... 529
• 다. 실험결과 ... 532
• 라. 결론 ... 539
• 제 3 장 촉매 복합기술에 의한 화학원료 생산 ... 540
• 제 1 절 저에너지소비 친환경 유산 추출/정제 ... 540
• 1. 실험 장치 및 방법 ... 540
• 가. 유기성 폐기물 발효액 전처리 ... 540
• 나. 유기성 폐기물 발효액의 나노여과 공정 ... 540
• 다. 유기성 폐기물 발효액의 물분해 전기투석 공정 ... 541
• 2. 실험 결과 및 고찰 ... 543
• 가. 유기성 폐기물 발효액의 나노여과 공정 ... 544
• 나. 유기성 폐기물 발효액의 물분해 전기투석 공정 ... 547
• 제 2 절 유기산의 촉매 전환 반응에 의한 가솔린 첨가제 생산 ... 550
• 1. 실험 장치 및 방법 ... 550
• 2. 실험 결과 및 고찰 ... 552
• 제 4 장 결 론 ... 556
• 1. 선택적 산발효 장기간 운전 ... 556
• 2. 건식 메탄 발효조 최적화 ... 556
• 3. 혐기성 소화조 내 악취 물질의 탐사 및 제거 ... 556
• 4. 촉매 복합기술에 의한 화학원료 생산 ... 557
• 참고문헌 ... 558
• Ⅳ. 고성능 Fischer-Tropsch 촉매 제조를 위한 원천핵심기술 개발 ... 561
• 제 1 장 서 론 ... 563
• 제 1 절 기술의 개요 ... 563
• 1. 석탄액화 기술 ... 563
• 2. Fischer-Tropsch 합성기술 ... 564
• 3. Fischer-Tropsch 촉매 ... 564
• 4. 국내외 특허 현황 ... 565
• 제 2 절 기술개발의 필요성 ... 566
• 1. 기술적 측면 ... 566
• 2. 경제산업적 측면 ... 567
• 3. 정책적 측면 ... 568
• 제 3 절 연구목표 및 추진전략 ... 569
• 1. 연구목표 ... 569
• 2. 추진전략 ... 569
• 제 2 장 LTFT용 고성능 촉매 개발 ... 571
• 제 1 절 SiO2 첨가경로 제어를 통한 조촉매 고분산 기술 개발 ... 571
• 1. 전구체 물질의 특성분석 ... 572
• 2. 반응 전 촉매의 특성분석 ... 574
• 3. 촉매의 성능평가 ... 576
• 4. 환원 후/반응 후 촉매의 특성평가 ... 578
• 제 2 절 반응조건에 따른 LTFT용 Fe계 촉매의 성능변화 ... 580
• 1. H2/CO 분율 제어에 따른 LTFT용 Fe계 촉매의 성능변화 ... 580
• 2. CO2 함량에 따른 LTFT용 Fe계 촉매의 성능변화 ... 583
• 제 3 장 HTFT용 고성능 촉매 개발 ... 585
• 제 1 절 활성 철-카바이드 촉매 제조 ... 585
• 1. 용융함침법을 통한 철 수화물염의 담지 ... 585
• 2. 외부 활성화 과정을 통한 활성 철-카바이드 촉매 제조 ... 587
• 3. 칼륨 조촉매 첨가 방식 개발 ... 592
• 4. 촉매 대량 제조 기술 개발 ... 595
• 제 2 절 촉매 반응성 테스트 ... 597
• 1. 모델 반응 조건 설정 ... 597
• 2. 반응 결과 ... 598
• 3. 조촉매 칼륨 첨가에 의한 반응성 개선 결과 ... 600
• 제 4 장 결 론 ... 605
• 참고문헌 ... 607
• Ⅴ. 암모니아 연료 생산 및 활용 ... 609
• 제 1 장 서 론 ... 611
• 제 1 절 연구 목적 ... 611
• 제 2 절 기술의 개요 ... 612
• 1. 암모니아 합성 ... 612
• 가. Harber-Bosch 법 ... 612
• 나. SSAS (Solid State Ammonia Synthesis, 전기화학적 암모니아 생산) ... 612
• 2. 암모니아 자동차 ... 617
• 가. 자동차 연료로서 암모니아의 특징 ... 617
• 나. 국내외 연구동향 ... 619
• 제 2 장 전기화학적 암모니아 합성 연구 ... 621
• 제 1 절 암모니아 농도 분석법 ... 621
• 제 2 절 SSAS (Solid State Ammonia Synthesis) ... 627
• 1. 실험 장치 및 방법 ... 627
• 가. SSAS (Solid State Ammonia Synthesis) 셀 제조 ... 627
• 나. SSAS (Solid State Ammonia Synthesis) 실험 ... 627
• 2. 결과 및 고찰 ... 628
• 가. 신규 고체산 전해질 KH2PO4-KH5(PO4)2-SiO2의 특성 분석 및 전극촉매에 따른 암모니아 합성 실험 결과 ... 628
• 나. 고온 산소이온전해셀인 Pt/GDC/Pt의 특성 분석 및 암모니아 합성 실험 ... 636
• 제 3 절 MSAS (Molten Salt Ammonia Synthesis) ... 644
• 1. 실험 장치 및 방법 ... 644
• 가. Ag+/Ag reference 전극 ... 645
• 나. Li+/Li potential 전극 ... 645
• 다. Glassy carbon electrode 제작 ... 646
• 라. Al plate (Al-Li) 전극 ... 647
• 마. Molten salt 준비 ... 647
• 바. Molten salt 정제 ... 648
• 2. 결과 및 고찰 ... 648
• 가. N2 질소이온화 ... 648
• 나. 용융염 암모니아 합성 ... 650
• 다. 산소 이온 제거 ... 653
• 제 4 절 암모니아 자동차 ... 655
• 1. 실험 장치 및 실험 방법 ... 655
• 가. 실험 엔진 및 시제작 차량 구축 ... 655
• 나. 암모니아 연료 부식성 및 대책 ... 656
• 2. 암모니아 엔진 성능 개발 ... 660
• 가. LPG 베이스라인 성능 평가 ... 660
• 나. 암모니아-가솔린 혼소 엔진 제어기 개발 ... 662
• 3. 암모니아-가솔린 혼소 엔진 성능 개발 ... 671
• 4. 암모니아 자동차 시제작 ... 675
• 제 4 장 결론 ... 677
• 참고문헌 ... 680
• 끝페이지 ... 683