초록 ▼

1세부과제:연소배가스설비를 활용한 산업기술개발 지원사업

Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
『연소배가스 R&D 실증설비』를 활용한 연구사업은 공공성이 있는 기본연구사업과 기후변화협약을 대비한 온실가스 감축기술개발, 환경오염물질을 효율적이고 경제적인 방법으로 처리할 수 있는 기술개발사업을 수행하고, 실증시험은 주로 국내에서 개발된 환경 처리기술을 대상으로 하며, 더불어 일반기업체의 연구개발을 위한 기술지원을 수행할 수 있다.
또 정부의 전문 인력양성 프로그램을 적극적으로 대응하여 교육기관의 면모를 갖춘 본

1세부과제:연소배가스설비를 활용한 산업기술개발 지원사업

Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
『연소배가스 R&D 실증설비』를 활용한 연구사업은 공공성이 있는 기본연구사업과 기후변화협약을 대비한 온실가스 감축기술개발, 환경오염물질을 효율적이고 경제적인 방법으로 처리할 수 있는 기술개발사업을 수행하고, 실증시험은 주로 국내에서 개발된 환경 처리기술을 대상으로 하며, 더불어 일반기업체의 연구개발을 위한 기술지원을 수행할 수 있다.
또 정부의 전문 인력양성 프로그램을 적극적으로 대응하여 교육기관의 면모를 갖춘 본 평가시스템에서 기후변화협약을 대비한 공무원 교육을 비롯하여 산업연수생, 산업체의 인력위탁교육, 이공계 대학생의 현장교육을 담당하는 역할을 수행하여 공공기반 연구시설 역할을 다하여 본 평가시스템이 국가 과학기술발전에 지대한 역할을 할 수 있기를 기대한다.

2세부과제:저급탄 이용 소규모 에너지전환용 핵심 요소기술 개발

Ⅳ.연구개발 결과 및 활용에 대한 건의
석탄 가스화 반응성은 T ≤ 800 ℃에서 열처리된 K₂CO₃에 의해서도 fresh한 K₂CO₃와 마찬가지로 크게 향상되었다. 하지만 K₂CO₃는 고온에서 기화되거나 석탄 회분과의 반응에 의해 활성이 낮은 무기물로 전환될 수 있다.
휘발분 53.8 ± 3.4 wt.% 및 71.6 ± 1.2 wt.% 탄소를 함유하는 4종류의 인도네시아 산 저등급 석탄은 K₂CO₃ 촉매 유무에 무관하게 상호 비슷한 가스화 반응성을 보였다. XRD 및 FT-IR 결과는 수분 및 회분에 의한 차이를 제외하고는 탄화도 및 작용기에서 에는 유의할만한 차이는 없었다. 또한 열분해 (N₂) 및 CO₂ 가스화 분위기의 TGA 결과는 석탄 종류에 관계없이 800 ℃까지 매우 유사한 행동을 보여 스팀 가스화 결과와 일치하였다. 이는 석탄 가스화반응성에 대한 평가는 상기 분석에 의해 간접적으로 이루어질 수 있음을 확인시켜준다.
저등급 석탄이 700 ℃ 이하의 열에 노출된 경우 가스화 반응성은 fresh한 석탄 대비 유의 할만한 차이는 나타나지 않았다. 하지만 800 ℃ 이상의 온도에서 열분해된 경우 큰 폭의 반응성 저하가 나타났다. 이것은 저온 촉매 가스화를 통해 큰 kinetics 증가를 기대할 수 있음을 의미한다.
석탄 촉매 유동층 가스화 연구에서 탄소전환율 98%와 냉가스 효율 60% 이상을 얻을 수 있었다. 장치의 개선 및 TGA 및 고정층 반응을 통해 규명하는 메카니즘을 연속식 장치에서 구현하면서 기술성 및 경제성을 향상시키고, 상업화에 필요한 대형화를 시도하는 것이 필요한 단계이다. 내부순환을 위한 가스주입식 draft관을 이용하고 촉매를 분무하는 기술, 분할유동층의 응용, 바이오매스와의 동시 가스화 및 촉매의 회수 및 재순환을 실증하는 파일럿 단계의 연구가 필요하다. 장기적인 운전을 통하여 안정적인 기술확보와 장치별 최적화, 확보하여야 할 기술을 찾아내는 단계가 필요하다.
고효율 컴팩트 액체 연료 생산 기술개발 연구를 통하여 필요한 촉매 및 반응기 기술을 확보하였다. 특히, 신규 개발된 고분산 되어진 코발트 나노 촉매를 활용하여 C₃₊ 탄화수소화합물의 생산성을 최대화 할 수 있었으며, 열교환형 단위 모듈 반응기를 설계 및 제작하여 안정적으로 장기간 동안 피셔-트롭쉬 합성 반응을 고온 (210∼280 ℃), 고압 (10∼20 bar)의 반응 조건하에서 수행할 수 있도록 하였다. 향후 이런 촉매와 반응기를 이용하여 최적화 된조건들이 청정 액체 연료 생산을 위한 상용 피셔-트롭쉬 합성 반응 공정에 효과적으로 적용될 수 있으리라 기대된다.

3세부과제:합성가스로부터 DMC를 생산하기 위한 반응-탈수 동시 공정 기술 개발

Ⅱ 과제의 목표 및 내용
1. 배경 및 필요성
▢ 연구배경 (국내외 기술현황)
- DMC 합성공정은 상용화가 완료된 1세대 (포스겐 공정), 2세대 (메틸아질산염법, 에스테르교환법,액상 메탄올 산화법 등) 공정에 이어 현재 3세대공정(직접 메탄올 합성법, 기상 메탄올 산화법, 이온성 액체법 등)들이 개발 중에 있음.
- 1세대 공정 중 포스겐 공정은 맹독성 및 공정 안정성 등의 문제로 중국등 에서만 일부 상용화 공정이 조업 중에 있음.
- 2세대 공정의 경우, 이태리 EniChem社의 액상 메탄올 산화법, 일본 Ube社의 Methyl Nitrite법, 독일 Bayer社, 일본 Asahi社의 에스테르교환법 등의 사용화 공정들이 조업 중에 있음.
- 현재 3세대 공정 중 직접 메탄올 합성법(direct synthesis), 미국 Dow chem의 기상메탄올 산화법,이온성 액체법 등이 산, 학, 연을 중심으로 활발히 연구되고 있음.

▢ 연구의 필요성
- 포집한 CO2를 수송이 용이한 고부가가치 액상연료로 전환시키는 기술의 개발이 필요함.
- 현재까지 개발된 CO2전환 기술의 경우, 열역학적 한계로 인해 전환율과 선택도가 매우 낮음.
- 생성물(DMC)을 부산물(H2O) 및 불순물(DMM, MF)로부터 원천분리 시켜, 전환율 및 선택도를 극대화 시킬 수 있는 공정기술의 개발이 필요함.

▢ 과제 개요
- 이산화탄소와 메탄올을 반응시켜 DMC를 생산하는 직접합성공정을 개발하고자 함.
- 물리적, 화학적 탈수방법을 적용하여 전환율을 상향 시키고자 함.
- DMC 전환용 나노기공성촉매 및 in-situ water removal용 분리막 공정을 개발하고자 함.

Abstract ▼

1. Development of combustion technologies and using the verification facility for flue gas treatment technologies

Ⅳ.Result and Recommendations
Suitable operating expenses is indispensable for the stable operation of『flue gas R&D verification Facility』and smoothly accomplishment of the proj

1. Development of combustion technologies and using the verification facility for flue gas treatment technologies

Ⅳ.Result and Recommendations
Suitable operating expenses is indispensable for the stable operation of『flue gas R&D verification Facility』and smoothly accomplishment of the project. Projects using this system carried out publicable basic research and the technology development which can treat environmental contaminants efficiently and economically preparing for climate change agreement. An actual test is for domestically developed environmental treatment technology and performs technology support for research development of general industries.
As a educational counterplan of a promoting program for making professionals in the government, this system can play a role of education for public service workers, industrial trainees, trustees, and undergraduate students against climate change agreement. This system is expected to perform a major role for korean science and technology




2.Developments Energy Conversion Technologies using Low Rank Coal for Industrial Scale

Ⅳ.Result and Recommendations
Reactivity of coal gasification was greatly improved by fresh K₂CO₃ as well as K₂CO₃ heat-treated at T ≤ 800 ℃. However, K₂CO₃ can be vaporized at the higher temperatures and also deactivated by reactions with coal ashes.

Four Indonesian low rank coals containing 53.8 ± 3.4 wt.% volatile matter and 71.6 ±1.2 wt.% carbon, showed similar gasification reactivity with or without K₂CO₃ catalyst. The XRD and FT-IR results showed no significant difference in degree of carbonization and functional groups. In addition, TGA results of pyrolysis (N₂) and CO₂ gasification atmosphere showed very similar behavior up to 800 ℃, regardless of coal type. This confirms that the evaluation of coal gasification reactivity can be indirectly done by the above analyses.

When low rank coals were exposed to heat below 700 ℃, there was no significant difference in gasification reactivity compared to fresh coal. However, when pyrolyzed at a temperature of 800 ℃ or higher, a large decrease in reactivity was observed. This means that catalytic gasification at the lower temperature can be very advantageous regarding the reaction kinetics.

In the coal bed catalytic fluidized bed gasification study, 98% carbon conversion and 60% cold gas efficiency were obtained. It is a necessary step to improve technological and economical efficiency while attempting to improve the apparatus and to identify mechanisms through TGA and fixed bed reactor, also, in a continuous apparatus, and apply to scale-up for commercialization. There is a need for pilot study to prove the technology of the use of a gas injection type draft tube for internal circulation, a technique for spraying a catalyst, application of a partitioned fluidized bed, co-gasification with biomass, and recovery and recycling of the catalyst. It is necessary to acquire stable technology through long-term operation, to optimize each processes, and to find a new cutting technology to be research.

We obtained a new compact Fischer-Tropsch synthesis technology with a new-type cobalt catalyst and reactor system. In particular, the highly dispersed cobalt nanocatalyst showed supreme catalytic performance in C₃₊ hydrocarbon productivity and stability using heat-exchanger type reactor in a module for the long-term Fischer-Tropsch synthesis reactions under high pressure (10∼20 bar) and temperature conditions (210∼280 ℃). It is anticipated that the optimum reaction conditions for this catalyst and reactor could be effectively applied to commercial Fischer-Tropsch synthesis for producing clean liquid fuel.

3.Development of in-situ water removal process for DMC production from synthesis gas

목차 Contents

• 표지 ... 1제 출 문 ... 3목차 ... 5Ⅰ연소배가스설비를 활용한 산업기술개발 지원사업 ... 7 요 약 문 ... 9 SUMMARY ... 11 CONTENTS ... 13 목차 ... 14 그림목차 ... 15 표목차 ... 17 제 1 장 서론 ... 19 제 2 장 연소개가스 R&D 실증설비 운전 ... 21 제 3 장 연소배가스 실증시험 지원 ... 38 제 4 장 연소배가스 R&D 실증설비 Maintenance ... 44II 저급탄 이용 소규모 에너지전환용 핵심 요소기술 개발 ... 49 요약문 ... 51 SUMMARY ... 54 CONTENTS ... 58 목차 ... 62 그림목차 ... 66 표목차 ... 72 제 1 장 서론 ... 73 제 2 장 저급탄에 촉매 적용 석탄 가스화 반응 연구 ... 79 제 3 장 석탄 촉매 유동층 가스화 ... 103 제 4 장 고효율 컴팩트 액화 기술 개발 ... 171 제 5 장 경제성 분석 ... 204 제 6 장 결 론 ... 212 참고문헌 ... 217III 합성가스로부터 DMC를 생산하기 위한 반응-탈수 동시 공정 기술 개발 ... 223 목차 ... 225 Ⅰ 일반현황 ... 227 Ⅱ 과제의 목표 및 내용 ... 228 Ⅲ 추진 전략 ... 230 Ⅳ 추진 실적 ... 232 Ⅴ 향후 계획 ... 250끝페이지 ... 251