석탄의 가스화 / 액화 화학공학과목차 에너지원 이용변화 전세계 석탄의 사용처 별 구성 석탄 이용기술의 필요성 석탄가스화 석탄액화 국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향 참고문헌 세계 석탄 시장동향 석탄 이용기술의 선택에너지원 이용변화석탄 이용기술의 필요성 현 의 위험과 로 촉발된 지구의 환경에 대한 위기의식 에너지원 고갈 지구 온난화세계 석탄 시장동향전세계 석탄의 사용처 별 구성☑ 석탄가스화와 관련된 주요 반응 ☣ 건류 열분해 반응 coal - CO, H 2 , CH 4, C m H n ( 액상성분 , tar), C(char) ☣ Char 연소반응 2C + O 2 - 2CO C + O 2 - CO 2 ☣ 수성가스반응 C + H 2 O - CO + H 2 ☣ CO 2 환원반응 C + CO 2 - 2CO 석탄가스화 석탄가스화 반응 ☑ 1780 년대에 알려졌으며 1840 년대부터 산업적으로 활용된 오래된 기술 ☑ 산소 ( 공기 ), 물 또는 이산화탄소와 반응 , 수소 와 메탄 을 제조 를 목적석탄가스화 석탄가스화 반응 조건 ☑ 주 생성물은 CO, CO 2 , H 2 , CH 4 가스 ☑ CO 생성은 온도 , 압력 , H/O 비 증가 ☑ CH4 생성은 CO 생성과는 반대로 압력 , H/O 비 증가 온도의 영향은 H/O 비와 관련 ☑ 수성가스 전환반응에 의한 이산화탄소 생성은 온도가 낮을수록 유리 각 단계의 반응이 평형에 도달하지 않은 경우는 상대적인 반응속도가 생성물조성을 결정한다 . 이와 같이 전체적인 석탄가스화반응 생성물의 조성은 반응온도 , 압력 , 접촉시간에 따라 변한다 .석탄가스화 생성가스 발열량으로 구분한 석탄 가스화 반응공정 가스화공정 ( 열량 kcal/Nm^3) 가스화제 및 반응특징 생성가스 장점 단점 용도 저열량 가스화 ( 3000 이하 ) 스팀 , 공기 수소 , CO, CO 2 , 질소 단순한 공정 제조 용이 비용 저렴 저에너지밀도 수송 , 저장불리 CO 유독성 산업발전 스팀생산 중열량 가스화 (5000~6000) 스팀 , 산소 , 수소 수소 , CO, CO 2 질소가 없어서 발열량 증가 수송 , 저장불리 CO 유독성 범용공업연료 고열량 가스화 (8500 이상 ) 메탄화반응 이산화탄소 제거 합성천연가스 (SNG) 유사천연가스 무독성 복잡한 공정 높은 제조비용 가정용 연료석탄가스화 반응물의 접촉방식에 따라 구분한 석탄가스화 반응공정 가스화공정 석탄입자 공정특징 장점 단점 고정층법 3~50 mm 석탄 : 비연속적 상부투입 석탄 - 스팀 , 산소 역류흐름 dry ash, slag 배출 . (500~1500℃, 30 기압 ) 메탄 함유 높음 . 열효율 높음 . 탄소전환율 높음 . 분쇄석탄 , 성형탄 사용 . 점결방지 전처리 필요 낮은 처리 용량 ( 긴 석탄 체류시간 ) 유동층법 0.5~10mm 석탄 - 스팀 , 산소역류흐름 , char 배출 (850~1100℃) 균일한 유동층 온도 . 석탄 , 가스 혼합 양호 . 단위부피당 가스화 용량큼 . 다양한 탄종 , 입도 선정 가능 . 잔류 타르 없음 . 입자비산에 의한 탄소손실 생성가스의 현열손실 원료건조필요 ( 수분 15%) 점결방지 전처리 필요석탄가스화 분류층법 15mm 미세분탄 , 스팀 , 산소를 함께 분사 회분 용융점 (1400℃) 이상의 고온반응 체류시간 0.4 초 ~ 12 초 모든 석탄의 가스화 가능 단위부피당 가스화 용량 큼 . 잔류 타르없음 석탄 미분체화 전처리 필요 ( 분쇄기 동력비 ) 입자비산에 의한 탄소손실 고온반응에 의한 열손실 용융층법 3mm 미세분탄을 촉매와 열매로 사용되는 용융염 ( 용융철 / 용융탄산나트륨 , 용융탄산칼슘 ) 및 탈황제용 석회석과 함께 투입 (~1500℃) 생성가스에 회분과 유황성분 함유량이 낮음 모든 탄종 및 입도 사용가능 잔루 타르 없음 . 용융염에 의한 부식 복잡한 용융염 재생공정 용융염 보충석탄가스화 석탄가스화 반응공정의 예석탄액화 ☑ 석탄을 석유와 유사하게 증류가 가능한 액체연료로 변환시키는 기술로 , 크게 직접액화 기술 과 간접액화 기술 로 분류 석탄 액화 반응 ☑ 직접액화 는 고온 - 고압하에서 석탄과 수소를 반응시켜 복잡한 고분자 구조를 분해하고 수소함량이 높아진 저분자 탄화수소를 만드는 방법 ☑ 간접액화 는 일단 산소와 수증기를 이용하여 석탄을 메탄이나 일산화탄 소가스로 전화시킨 후 일산화탄소를 이용하여 피셔 트롭시 반응으로 탄 화수소를 제조하거나 메탄올 제조방법을 통해 메탄올과 가솔린 , 디젤유 , 제트유 , 난방용 유류 등을 제조 하는 방법석탄액화 석탄액화 반응공정의 예국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향 해외 현황 ☤ 강화되고 있는 국제 환경규제에 대비하여 전력의 안정적 공급과 환경오염물질 감소라는 조건을 만족시키고 기술개발에 따른 파급효과가 큰 기술로 인식이 확산되고 있음 ☤ 발전시장에서 매우 중요한 비중을 차지할 것으로 예상되며 유럽 , 미국 등에서 100∼250MW 급 대용량 석탄가스화복합발전시스템을 개발 , 운전하여 경험 축적으로 미래시장에 대비 ☤ 유럽 , 미국 , 일본 등지에서 이미 100∼250MW 급 대용량 석탄가스화 복합발전시스템을 개발 , 건설 계획국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향 국 내 현황 ( 기술개발 현황 ) ☤ '80 년대 초부터 대학과 연구소를 중심으로 연구를 시작하여 '88 년부터 대체에너지개발 촉진법에 따라 정부차원에서 기술개발 ☤ 한국전력공사에서 1988 년 타당성 , 경제성 등의 검토를 위한 기초연구 수행 , '92 년부터 정부차원의 대체에너지기술개발사업으로 아주대학교에서 3t/d 분류층 석탄가스화 반응장치를 설계 ☤ '90 년대 중반부터 한국전력공사를 중심으로 석탄가스 정제기술개발이 활발하게 추진되고 있음 -IGCC 용 고온 및 중저온 건식 탈황기술 개발 중 ( 에기연 , 전력연 ) ☤ 현재 고등기술연구원 , 에기연을 중심으로 가스화 장치에 대한 연속운전 , 신뢰성 확보를 위한 연구 수행 -3t/d 건식가스화로 및 1t/d 습식 가스화로 설치 및 운전 중국 내 현황 ( 향후 계획 ) 국내ㆍ외 기술개발 현황 및 동향석탄 이용기술의 선택참고문헌 1. 김상돈 , 김형택 , 박영철 , 이봉희 , 이영우 , 이인철 , 최정후 , 한춘 : 『 에너지공학 』, 제 3 장 , 한국화학공학회편 , 교보문고 , 서울 (1996) 2. 윤왕래 , 이인철 : 『 화학공업과 기술 』, (1993) 3. 서울대 유공연구실 동문 편저 : 『 촉매공정 』, 서울대학교출판부 (2002) 4. 에너지 관리공단 홈페이지 http://www.knrec.or.kr/index.jsp{nameOfApplication=Show}
