본 연구에서는 합성가스 CO를 생산하기 위해 저급 석탄-CO2 촉매 가스화 실험을 수행하였 다. 제조된 CO가스 특성은 키데코 탄과 신화 탄에 KOH, K2CO3, Na2CO3 촉매들의 화학적 활성화 방 법을 이용하여 조사되었다. CO 제조공정은 석탄과 화학약품 활성화 비율, 가스 유량, CO2 전환 반응온 도와 같은 실험 변수 분석을 통해 최적화되었다. 제조된 합성 가스는 가스 크로마토그래피(GC)에 의해 분석 되었다. 실험조건 T = 950 °C, CO2 유량 100 cc/min에서, 20 wt% Na2CO3가 혼합된 키데코 탄 에 대해 98.6%, 20 wt% KOH가 혼합된 신화탄에 대한 98.9% CO2 전환율을 얻었다. 또한, 저급 석탄-촉매 가스화 반응은 동일한 공급 비와 반응 조건에서 97.8%, 98.8%의 CO 선택도를 얻었다.

본 연구는 석탄가스화 슬래그를 재활용하기 위한 방안으로 콘크리트용 혼화재로서 사용하기 위해 석고혼입유무에 따른 콘크리트 건조수축 길이변화량을 측정하였다. 실험결과 석고 미혼입타입에서는 최대 15x10-3 의 길이변화량을 나타내어 OPC에 비해 굉장히 큰 변화량을 보이는 반면, 석고 혼입타입에서는 최대 10x10-3 의 길이변화량을 나타내어 OPC와 거의 동일한 수준으로 나타났고, 치환율에 따라서 적은 수준의 길이변화량도 확인하였다. 따라서 고로슬래그 미분말을 콘크리트 혼화재로 사용하는 것과 마찬가지로 CGS를 콘크리트용 혼화재로 사용하기 위해서는 석고의 혼입이 수반되어야 할 것으로 판단된다.

This study is a basic study to CGS, which originates from the IGCC, as fine aggregate for concrete. The study measured density, water absorption ratio, solid volume percentage for grain shape, fineness modulus, grading curve of physical properties of fine aggregate. As a result, the density and solid volume percentage for grain sheet were found to be satisfactory in the aggregate for content (KS F 2527).Water evaluation ratio, fitness modulus, and grinding curve did not meet KS standards. Therefore, it is deemed necessary to adjust the grain size through sieving in case of fineness modulus and grinding curve.

석탄가스화 복합발전(IGCC)은 석탄을 고온 고압의 조건에서 산화제(산소 또는 공기) 또는 수증기와 반응시켜 합성가스(CO + H2)로 전환시키는 공정과 유해가스 정제공정 그리고 전력을 생산하는 발전 공정 등의 싸이클이 결합된 복합 시스템이다. 이러한 IGCC 발전방식에 의한 효율향상은 기존의 미분탄 발전방식에 비해 CO2 와 SOx와 NOx 발생을 현실적으로 저감시킬 수 있는 방법이며 기타 바이오매스나 폐기물 연료에도 적용이 가능한 기술로서 이에 대한 일련의 연구가 지속적으로 수행되어오고 있다. 분류층 가스화기는 고정층 가스화기와 같이 뚜렷하지는 않지만 일반적으로 열분해와 휘발화 물질 연소영역, 가스화와 연소가 동시에 발생하는 영역 그리고 순수한 가스화 영역 등 3개의 특성을 가진 영역으로 구분된다. 이렇게 다른 영역에서 석탄 입자나 검댕이 그리고 수증기를 포함하는 가스화기내의 온도분포는 당연히 다양한 입자 구성 매질특성 때문에 복사열전달에 큰 영향을 받는다. 이러한 복사 열전달의 효과는 본격적으로 온도가 상승하지 않은 미연지역보다는 온도가 높으며 검댕이(soot)와 CO2나 H2O와 같이 복사에 관여하는 물질이 많은 화염대 후류 영역에서 복사열전달이 더욱 중요한 인자가 되는 것으로 나타나고 있다. 본 연구에서는 습식 석탄가스화 장치에서 석탄입자의 크기분포에 따른 내부 열유동 분포 변화와 가스화 효율에 미치는 영향에 대한 상관관계를 살펴보았다. 석탄 가스화를 위한 수치해석은 가스와 입자의 2상 반응유동에 대한 많은 물리적인 모델들을 포함하고 있으며 모델검증에 필요한 석탄의 반응성과 실제 가스화기의 운전결과와 같은 방대한 실험적인 자료를 필요로 한다. 본 연구에서는 1.0ton/day 용량의 가스화기를 대상으로 석탄의 입도분포에 따른 전산해석을 수행하였다. 계산결과는 물리적으로 의미 있는 결과를 나타내었으며 특히 평균입도보다 큰 입자의 존재는 그 질량 분율이 크게 많지 않은 경우에도 가스화의 성능에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타나고 있다.

In order to ensure the high carbon conversion in a short residence time in a coal slurry entrained gasifier, the objectiveof this study lies in to investigate the effect of important variables to influence on the complex reacting flow and therebyto clarify the physical feature occurring inside the gasifier using a comprehensive gasifier computer program. To this end,the gasification process of a 1.0ton/day gasifier is numerically modeled using the code of Fluent and systematicallyinvestigated with the change of major design and operation parameters. Special emphasis is given on the effect of theparticle size distribution on the gasification process, since it is associated with various length and time scales via multi-phase and with complex reacting flows. Three different particle sizes are tested for a given coal mass flow rate, the firstis 70µm mean diameter with Rosin-Rammler distribution based on the actual measurement. But in the other two casestwo uniform mean particle diameters are employed, that is, very fine 1µm and 70µm with mean diameter itself. Thecalculation results of these three cases show quite different flow pattern, temperature and reacting flows probably causedby the different particle trajectory as well as reaction rate. However, the results obtained can be explained in a consistentmanner with particle size. Especially, it is noted that the presence of coal particle, the diameter of which is larger thanthat of mean diameter of Rosin-Rammler distribution, shows a significantly retarded gasification reaction in a gasifier,even if its mass fraction is less than 50%.

바이오매스는 효과적으로 바이오 연료를 얻을수 있는 신재생에너지로서 대체에너지로 각광 받고 있다. 특히, 본 연구에서 사용된 팜 부산물(EFB)은 주로 말레이시아, 인도네시아 등에서 팜 오일 생산 공정의 부산물로, 팜열매로부터 증기를 이용해 팜 오일을 추출한 후에 발생되는 부산물로 알려져 있으며, 팜 열매의 약 20%가 EFB로 배출된다. EFB를 포함한 바이오매스에 대해 국내에서는 2030년까지 바이오에너지 공급을 전체 에너지의 3.4%로 그 목표를 설정 하였으나 국내에서는 바이오매스 수급이 어려운 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 이러한 바이오매스 수급 문제와 효율 증대를 해결하기 위해 이미 가스화 공정에 적용가능성이 입증된 화석 연료인 석탄과 바이오매스인 EFB를 혼소 가스화 연구를 진행하였으며, 혼소가스화의 효율성을 확인하기 위해 EFB가스화 공정과 특성을 비교하였다. 본 연구에서 사용된 반응기는 유동층 반응기로서 BFB(Bubbling Fludized Bed) 조건으로 진행 되었으며, EFB와 석탄의 혼소 가스화 적용 가능성을 평가하기 위해 EFB의 기초특성분석을 실시하였다. 기초특성분석에는 원소분석과 공업분석, 발열량 분석을 실시하였으며, 원소분석의 결과 탄소 41.81%, 수소 5.73%, 산소 37.36%, 질소 0.84% 로 분석 되었으며, 발열량(고위발열량 기준)은 3,930 kcal/kg 으로 나타났으며, 마지막으로 공업 분석의 결과 수분 9.03%, 휘발분 64.95%, 고정탄소 19.48%, 회분 5.94%의 함량을 보였다. EFB의 가스화의 각 조건의 합성가스 조성, 건조가스 수율, 냉가스 효율결과를 비교하였을 때, 최적 온도 조건은 900 ~ 1,000℃, ER비는 0.6 으로 나타났다. 이에 비해 혼소가스화의 최적 조건 도출의 경우에도 EFB 가스화 최적 조건 도출과 마찬가지로 비교하였을 때, 온도의 경우 EFB 가스화 반응에 비해 고온에서 최적조건을 보였으며, EFB와 석탄의 혼합비는 석탄의 비율을 10%, 20%, 30% 로 총 3가지 조건을 비교하였다. 이 결과 가장 경제적이며 효율이 있는 혼합비의 조건은 석탄 20% 혼합으로 나타났다. 이러한 결과를 토대로 바이오매스인 EFB와 화석연료 중하나인 석탄의 혼소 가스화 가능성을 판단할 수 있었으며, 최적 조건을 도출 할 수 있었다.

세계적으로 석유의 사용량이 급증하면서 석유 에너지원의 고갈문제가 대두됨에 따라 잉여 에너지 자원으로 분류되었던 석탄의 사용 역시 새로운 에너지원으로 관심 받고 있다. 화석에너지 자원의 고갈을 해결할 수 있는 대체 에너지원 역할을 바이오매스 연료가 대체 할 수 있다고 믿어진다. 여기에 국내 하수슬러지의 해양투기가 금지됨에 따라 육상에서의 하수슬러지의 처리가 핵심문제로 부각되면서 국내 발생 하수슬러지의 에너지화는 반드시 필요한 숙제이다. 본 실험은 2stage 가스화기를 이용하여 하수슬러지, 석탄의 가스화를 수행하였다. 실험의 목표는 각각 또는 혼소 시료를 가지고 가스화 반응시켜 생성되는 producer gas의 성상을 비교하고, 활성탄의 사용 유무에 따른 producer gas 변화를 통해 활성탄의 역할을 연구하는 것에 있다. 유동층 물질로는 모래를 사용하였고 air flow late는 15L/min이다. 혼소 비율은 1:1이고 시료의 공급은 스크류식 피더를 사용하였다. 후단에서 채취한 발생 가스는 GC - TCD, FID를 통해 분석하였다. 활성탄 사용에 따라서 수소의 vol%가 급증하는 것을 확인 할 수 있었고 고분자 탄화수소류의 분해로 tar의 양 역시 감소하는 경향을 보였다.

석탄가스화는 청정석탄이용기술의 한 분야로 최근 국제 유가의 급격한 변동과 더불어 매우 각광을 받고 있는 기술이다. 본 연구에서는 중국 내몽고 지역의 저급석탄을 출발물질로 가스화를 위한 광학적 특성, X선 분광특성, X선 회절특성, 광물학적 특성, 건조특성 등을 분석하였다. 분석결과 석탄의 등급은 slagging성과 fouling성이 매우 낮으며 착화온도가 250℃ 정도인 brown coal인 것으로 조사되었고, 석영, 능철석, 점토광물 등이 주요 불순물로 혼재하는 것을 알 수 있었다. 또한 초기 수분이 28%로 매우 높기 때문에 이를 쉽게 건조하기 위한 방법으로 열풍건조와 마이크로웨이브 건조기술을 적용하여 비교한 결과, 마이크로웨이브를 이용한 건조가 좀 더 효과적인 것을 알 수 있었다.

The coal gasification fuel is important to replace petroleum fuel. Also they have many benefits for reducing the air pollution. Measurements on the combustion characteristics of synthetic gas from coal gasification have been conducted as compared with LPG in constant volume combustion chamber. The fuel is low caloric synthetic gas containing carbon monoxide 30%, hydrogen 20%, carbon dioxide 5%, and nitrogen 45%. To elucidate the combustion characteristics of the coal gasification fuel, the combustion pressures, combustion durations, and pollutants(NOx, CO2, CO) are measured with equivalence ratios(ø), and initial pressures of fuel-air mixture in constant volume chamber. In the case of the coal gasification fuel, maximum combustion pressure and NOx concentration are lower rather than LPG fuel. However CO and CO2 emission concentration are similar to that of LPG fuel.