습식 분류상 가스화장치를 이용한 중질잔사유(Vacuum residue)의 가스화 특성연구

Experimental study on the characteristics of Vacuum residue gasification in an entrained-flow gasifier

우리나라 5개 정유사에서 일간 생산되는 중질잔사유 (Vacuum Residue) 량은 약 200,000 B/d이며, 일부는 Asphalt 또는 Sulfur fuel oil, 기타 탈황공정(RHD)둥에서 upgrading 되고 있다. 중질잔사유는 유황 및 중금속 물질의 함유량이 높아 가스화를 통한 효율적인 이용이 요구되고 있으며, 최근들어 효율적인 중질잔사유의 사용을 위하여 SK정유와 LG, Caltex에서 435-500 MWe IGCC 발전소 및 수소 제조공정을 위한 타당성 조사를 한 바 있다. 현재 한국에너지기술연구원에서는 습식분류상 가스화장치를 이용하여 중질잔사유가스화 특성에 관한 연구를 수행하고 있다. 실험은 반응온도 : 1,100~1,25$0^{\circ}C$, 반응압력 : 1~6kg/$ extrm{cm}^2$G, oxygen/V.R ratio : 0.8~0.9 and steam/V.R ratio : 0.4~0.5를 유지하며 수행되었으며, 실험을 통해 합성가스(CO+H$_2$) 조성 : 85~93%, 생성가스 유량 : 50~110Nm$^3$/hr., 발열량 : 2,300~3,000 ㎉/Nm$^3$, 탄소전환율 : 65~92 및 냉가스효율 = 60~70%를 얻을 수 있었다. 아울러, 평형모델을 이용하여 중질잔사유가스화 공정을 모형화 하였으며 계산결과를 실험결과와 비교하여 모델의 타당성을 검토하였다.

Approx. 200,000 bpd vacuum residue oil is produced from oil refineries in Korea. These are supplying to use asphalt, high sulfur fuel oil, and upgrading at the residue hydro-desulfurization unit. Vacuum residue oil has high energy content, however high sulfur content and high concentration of heavy metals represent improper low grade fuel. To meet growing demand for effective utilization of vacuum residue oil from refineries, recently some of the oil refinery industries in Korea, such as SK oil refinery and LG Caltex refinery, have already proceeded feasibility study to construct 435-500 MWe IGCC power plant and hydrogen production facilities. Recently, KIER(Korea Institute of Energy Research) are studing on the Vacuum Residue gasification process using an oxygen-blown entrained-flow gasifier. The experiment runs were evaluated under the reaction temperature : 1,100~1,25$0^{\circ}C$, reaction pressure : 1~6kg/$\textrm{cm}^2$G, oxygen/V.R ratio : 0.8~0.9 and steam/V.R ratio : 0.4-0.5. Experimental results show the syngas composition(CO+H$_2$) : 85~93%, syngas flow rate : 50~110Mm$^3$/hr, heating value : 2,300~3,000 ㎉/Nm$^3$, carbon conversion : 65~92, cold gas efficiency : 60~70%. Also equilibrium modeling was used to predict the vacuum residue gasification process and the predicted values were compared reasonably well with experimental data.