보고서 정보
주관연구기관 |
홍익대학교 Hongik University |
연구책임자 |
오명숙
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700013540 |
과제고유번호 |
1711029077 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-11-18
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키워드 |
석유코크스.석탄.혼합원료.슬래그.가스화.점도.성분.Petroleum Coke.Coal.Mixed feed.Slag.Gasification.Viscosity.Composition.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700013540 |
초록
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□ 연구의 목적 및 내용
석유코크스 가스화 공정에서 슬래그의 연속적인 제거를 위해 석탄과의 혼합연료를 사용한다. 석유코크스와 석탄의 혼합원료의 회분의 유동성을 예측하기 위해서는 각 원료회분의 점도 거동뿐만 아니라, 혼합 시 형성될 수 있는 화합물이 점도에 미치는 영향이 연구되어야 한다. 본 연구에서는 석유코크스 슬래그의 유동성을 가스화기의 온도에서 슬래그 성분의 함수로 조사하여, 주어진 석유코크스의 회분 조성에 따라 적합한 석탄의 선택을 가능하게 하고, 회분에 의한 조업 장애를 예측하며, 그에 대한 방지책을 확립함을 목적으로
□ 연구의 목적 및 내용
석유코크스 가스화 공정에서 슬래그의 연속적인 제거를 위해 석탄과의 혼합연료를 사용한다. 석유코크스와 석탄의 혼합원료의 회분의 유동성을 예측하기 위해서는 각 원료회분의 점도 거동뿐만 아니라, 혼합 시 형성될 수 있는 화합물이 점도에 미치는 영향이 연구되어야 한다. 본 연구에서는 석유코크스 슬래그의 유동성을 가스화기의 온도에서 슬래그 성분의 함수로 조사하여, 주어진 석유코크스의 회분 조성에 따라 적합한 석탄의 선택을 가능하게 하고, 회분에 의한 조업 장애를 예측하며, 그에 대한 방지책을 확립함을 목적으로 한다. 본 연구에서는 문헌 조사를 통해 가스화 공정에 사용된 석유 코크스와 석탄의 조성을 조사하여 가스화 온도에서 슬래깅이 가능한 슬래그의 조성을 도출하였다. 도출한 5개의 주성분의 변화에 따른 석유코크스 슬래그의 점도 거동과 결정 분석을 통해 주성분의 슬래그 점도에 미치는 영향을 조사하였다. 슬래그의 주성분은 CaO, SiO₂, V₂O₃, Fe₂O₃, Al₂O₃으로 각각의 함유량을 변화시키면서 약1600 ℃부터 약 1300 ℃까지 온도를 낮추며 점도를 측정하였고, 냉각된 시료의 결정상이 분석되었다. 또한 조성분 MgO, Na₂O,K₂O을 첨가하여 각각의 농도를 독립적으로 변화시키며 조성분의 농다가 점도에 미치는 영향을 조사하였다.
□ 연구결과
낮은 점도 영역에서 측정된 시료는 대부분 결정형 점도 거동을 보여주었다. SiO₂와 Al₂O₃의 농도가 증가 할수록 점도가 증가하는 경향을 보여주었고, CaO의 경우 농도가 증가할수록 낮은 점도와 낮은 Tcv를 보여주었다. Fe₂O₃의 함량이 증가할수록 점도가 증가하는 경향을 보여주었지만 변화의 폭은 크지 않았다. V₂O₃의 농도가 증가할수록 점도는 유리형에서 결정형으로 변화하였고, Tcv도 증가하여는 경향을 보여주었다. 기준시료를 포함하여 많은 시료들이 상분리 현상을 보여주어 냉각된 시료 상, 중, 하부에서 다른 결정을 볼 수 있었다. 상,중부에는 anorthite과 V-Fe가 관찰되었으면 하부에서는 주로 V₂O₃결정이 관찰되었다. 슬래그의 바나듐은 Ca-V상, V-Fe, 용융 슬래그상을 형성한다. CaO가 증가에 따라 낮은 융점을 갖는 CaO-V₂O₃상이 늘어나 낮은 점도에 기여하는 것으로 보인다. Fe₂O₃함량이 증가 할수록 V-Fe의 형성이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 조 성분의 경우 세 성분 모두 작은 농도에서 점도를 낮추고, Tcv를 큰 폭으로 낮추는 것으로 나타났다. 그러나 Na2O는 2.5% 이상에서, MgO는 3%, and K2O는 2% 이상에서는 점도를 크게 변화시키지 않는 것으로 나타났다. 석유코크스-석탄 슬래그의 점도는 V₂O₃를 Fe₂O₃로 대체하여 시험한 모델 중 Si ratio 모델과 Watt-Fereday 모델이 Tcv 이상의 온도에서 점도를 가장 정확히 예측하였다.
□ 연구결과의 활용계획
석유코크스의 가스화는 값싼 저급원료 (환경적으로)를 친환경적으로 처리함으로서 가스화공정의 경제성을 증대시킬 수 있다. 또한 슬래그에 관한 기술의 축적은 슬래그와 내화재에 의한 조업 장애를 방지할 수 있고, 가스화기의 90%이상의 availability 달성에 기여할 것이며, 궁극적으로 경제성과 신뢰도 향상에 큰 기여를 할 수 있다. 본 연구를 통해 국내 가스화 공정 업체의 석유코크스 가스화 실용화에 기여할 수 있으며, 및 가스화공정 개발을 주도하는 엔지니어링사의 사업 확정에 기여 할 수 있다.
(출처:요약문 4p)
Abstract
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□ Purpose& contents
In the gasification process using petroleum coke, the feed is often mixed with coal in order to ensure the continuous removal of slag. In order to predict slagging behavior of petroleum coke and coal mixture ash, the viscosity of the ash and the formation of crystalline phases
□ Purpose& contents
In the gasification process using petroleum coke, the feed is often mixed with coal in order to ensure the continuous removal of slag. In order to predict slagging behavior of petroleum coke and coal mixture ash, the viscosity of the ash and the formation of crystalline phases must be understood. This study investigates the viscosity of ash as a function of temperature and composition so that coal can be chosen based on the coke ash composition, and predict and prevent the operation problems caused by slag. Based on the literature, the composition of the mixture ash consisting of 5 major components, CaO, Al₂O₃,SiO₂,Fe₂O₃ and V₂O₃ was selected and the viscosity of the molten slag was measured in the temperature range of 1300 - 1600 ℃while varying the concentration of each component. The crystalline phases formed in a cooled slag were examined. The effect of minor components such as MgO, Na₂O, K₂O was investigated by varying the concentration of each component independently.
□ Result
The most slag samples tested exhibited crystalline slag behavior. At higher concentrations of SiO₂ and Al₂O₃, the viscosity increased, while the increased CaO concentration showed low viscosity and low Tcv. As the concentration of Fe₂O₃ increased, the viscosity and the Tcv increased, but the difference was rather small. When the composition of V₂O₃ is increased, the viscosity behavior changed from the glassy to crystalline slag and also showed a higher Tcv. Most slag samples showed phase separations showing different phases from top to bottom. Anorthites and V-Fe phases were observed in the top and the middle section, while the bottom section mainly showed V₂O₃ phase. The vanadium in the slag form Ca-V and V-Fe phases and molten slag. As the Co concentration increased, a low melting CA-V phase was observed while more V-Fe phase was observed at higher Fe₂O₃. In the case of minor components, all three components lower the viscosity even at very low concentration. However, Na₂O above 2.5%, MgO 3%, and K2O at above 2% do not change the viscosity and Tcvmuch. The viscosity models were used to predict the petroleum coke-coal mixture by treating V2O3 as a Fe2O3and showed that the Si ratio model and Watt-Fereday predicted the viscosity closest to the data.
□ Expected Contribution
The gasification of petroleum coke can improve the economics of gasification by utilizing a low cost fuel without environmental problems. The understanding of the mixture slag can prevent the operating interruptions due to slag and refractory and will also improve the process economics and reliability. This study can contribute the commercialization of gasification, and can contribute to theengineering of the gasification plants.
(출처:SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 59
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 59
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 59
- 7. 참고문헌 ... 60
- 8. 연구성과 ... 61
- 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설.장비 현황 ... 61
- 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 61
- 11. 기타사항 ... 61
- 끝페이지 ... 61
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