초록 ▼

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

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

Abstract ▼

In this study, it was 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/gas engine power generation/direct methanation technologie

In this study, it was 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/gas engine 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/gas engine power generation/direct methanation system is to adjust the ratio of the electricity production by indirect gasification combined with gas engine 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 syngas, ③ gas engine power generation from syngas.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 11
• 목차 ... 15
• 그림 목차 ... 19
• 표 목차 ... 25
• 제 1 장 서 론 ... 27
• 제 1 절 연구의 필요성 ... 27
• 제 2 절 연구 목표 ... 32
• 제 2 장 이중유동층 가스화 기술개발 ... 35
• 제 1 절 유동층 가스화기 요소기술 개발 ... 35
• 1. 서론 ... 35
• 가. 폐기물 에너지화 기술 ... 35
• 나. 가스화 기술 ... 37
• 1) 가스화기 종류 ... 38
• 2) 순환 유동층 가스화기 ... 40
• 다. 촉매 열분해 가스화 ... 45
• 1) 바이오매스 ... 45
• 2) 급속열분해 ... 48
• 2. 실험장치 및 방법 ... 56
• 가. 가스화 실험장치 ... 56
• 1) 열천칭 반응기 ... 56
• 2) 유동층 가스화기 ... 58
• 나. 촉매가스화 실험장치 ... 62
• 1) 고정식 반응기 ... 62
• 2) Py-GC/MS ... 63
• 3. 결과 및 고찰 ... 65
• 가. 열화학적 전환 특성 ... 65
• 나. 촉매가스화 실험 ... 68
• 1) 무산소 조건에서의 촉매 가스화 특성 ... 68
• 2) 부분산화 조건에서의 촉매 가스화 특성 ... 70
• 3) 감귤폐기물의 저온 열분해 가스화 특성 ... 72
• 다. 유동층 가스화 ... 89
• 라. 1 톤/일 가스화기 설계 ... 96
• 제 2 절 벤치규모 이중유동층 가스화기 개발 ... 101
• 1. 서론 ... 101
• 2. 이중유동층 가스화 기술 ... 101
• 3. 설계 ... 106
• 가. 설계자료 : 원료 및 생성가스 조성 ... 106
• 나. 수증기 주입량 계산 ... 107
• 다. 합성가스 발생량 계산 ... 110
• 라. Riser 및 Settling Chamber 설계 ... 110
• 마. 연소실 설계 ... 114
• 바. Riser 가스화기에서 필요한 열에너지 계산 ... 117
• 사. 연소기에서 발생되는 열에너지 계산 ... 120
• 아. 외부로부터 이중 유동층 가스화기로 공급되어야 하는 열에너지 ... 122
• 자. 유동사 순환속도 ... 123
• 차. 설계 요약 ... 123
• 4. 실험장치 및 방법 ... 125
• 가. 시스템 설치 및 보완 ... 125
• 1) 가스화로 Sealing 보완 ... 125
• 2) 유동사 순환 Non-Mechanical Valve 보완 ... 125
• 3) 원료공급장치 보완 ... 126
• 4) Air Distributor Nozzle 보완 ... 130
• 5) Blower 용량 증가 ... 130
• 나. 실험방법 ... 131
• 1) 이중 유동층 가스화 시스템 구성 ... 131
• 2) 실험방법 ... 132
• 5. 실험결과 및 논의 ... 133
• 가. 가스화 실험 ... 133
• 1) 목분을 원료로 사용한 가스화 실험결과 ... 143
• 2) 음식폐기물을 원료로 사용한 가스화 실험결과 ... 144
• 3) 하수슬러지를 원료로 사용한 가스화 실험결과 ... 145
• 4) 운전인자의 영향 ... 145
• 5) 요약 ... 147
• 나. 합성가스 정제 실험 ... 148
• 1) 세정시스템 구성 및 주요 실험결과 분석 ... 148
• 제 3 절 파일로트 규모 이중유동층 가스화 시스템 개발 ... 151
• 1. 0.5톤/일 처리규모 가스화기 설계 ... 151
• 가. 가스화기 (Riser 및 Settling Chamber) 설계 ... 151
• 나. 기포 유동층 연소장치 설계 ... 153
• 2. 0.5톤/일 처리규모 시스템 공정설계 ... 154
• 가. 설계단계 ... 154
• 나. 계산기준 ... 154
• 다. 기본 계산 및 결과 ... 154
• 3. 0.5톤/일 처리규모 가스화 시스템 상세설계 및 제작 ... 155
• 4. 0.5톤/일 처리규모 가스화 시스템 운전 ... 162
• 가. 실험방법 ... 162
• 나. 실험결과 ... 163
• 제 4 절 요약 ... 169
• 제 3 장 직접메탄화 촉매 개발 ... 173
• 제 1 절 서 론 ... 173
• 1. 수행내용 요약 ... 173
• 가. 촉매 반응성 향상기술 개발 ... 173
• 1) Supported Mo/AC 촉매 ... 173
• 2) Unsupported MoS2 촉매 ... 173
• 나. 촉매 가공기술 개발 ... 173
• 1) Supported Mo/AC 촉매 ... 173
• 2) Unsupported MoS2 촉매 ... 174
• 2. 이론적 고찰 ... 174
• 제 2 절 실험장치 및 방법 ... 179
• 1. 촉매합성 ... 179
• 가. Mo/AC 촉매 ... 179
• 나. MoS2 촉매 ... 180
• 2. 메탄화 반응실험 ... 181
• 3. 시료의 특성분석 ... 182
• 가. XRD ... 182
• 나. SEM ... 183
• 다. BET ... 183
• 라. CO-TPD ... 183
• 마. H2-TPR ... 184
• 바. XPS ... 184
• 제 3 절 결과 및 논의 ... 185
• 1. Mo-Co/AC 촉매 ... 185
• 가. 특성분석 ... 185
• 1) 금속 전구체 흡착특성 ... 185
• 2) XRD ... 188
• 3) XPS ... 190
• 4) SEM ... 193
• 나. 직접 메탄화 반응실험 ... 196
• 2. MoS2 촉매 ... 198
• 가. 특성분석 ... 198
• 1) 원소분석 ... 198
• 2) XRD ... 198
• 3) SEM ... 201
• 4) TEM ... 204
• 5) XPS ... 206
• 6) BET ... 207
• 7) CO-TPD ... 209
• 나. 직접메탄화 반응실험 ... 211
• 다. MoS2 합성시 ATTM/Water 현탁액 pH의 영향 ... 214
• 1) 촉매 특성분석 ... 214
• 2) 촉매 반응실험 ... 216
• 3. 촉매 가공기술 개발 ... 218
• 가. MoS2 촉매 성형 ... 218
• 1) 성형방법 ... 218
• 2) 메탄화 반응성 실험 ... 219
• 나. Mo-Co/ACHC ... 219
• 1) 촉매 하니콤 코팅 ... 219
• 2) 직접메탄화 반응실험 ... 221
• 제 4 절 요약 ... 222
• 제 4 장 결 론 ... 224
• 참고문헌 ... 227
• 끝페이지 ... 237