• Journal of Energy Engineering
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• v.10 no.2
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• pp.90-104
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• 2001

일일 최대 석탄처리 용략이 3톤인 건식 석탄가스화기를 사용하여 가스화에 미치는 주요 변수들중 산화제내 산소농도와 증기 주입량을 변경시켜 가스화성능을 조사하였고, IGCC용 대성석탄을 선정하는 입장에서의 주요 인자 및 고온고압 조건에서의 가스화기 운전상 특성과 문제점을 파악하여 운전상 문제에 대한 대책을 제시하였다. 사용한 석탄은 유연탄인 중국 대동탄과 아영청탄인 미국 알라스카의 유시벨리탄에었는데, 두 탄중 모두 건식 가스화기의 운전상에는 문제가 없었다. 가스화를 위한 산소의 농도는 90%까지 그리고 석탄시료 무게 대비 증가량 10∼12%까지는 가스화의 온도 유지와 가스조성 측면에서 무리 없이 적용할 수 있다고 판단되었다. 이들 가스화 시험을 통하여 생성된 슬랙은 가스화기 슬랙탭의 조업 온도와 대상석탄 회재의 용융특성에 따라 침상 또는 알갱이 형태로 배출되었으며, 슬랙으로부터 중금속 성분이 유출되는지를 분석해 본 결과 침출수에 의한 2차 오염은 없는 것으로 확인하였다. IGCC용 석탄을 선정하는 석탄특성에서는 미분탄의 수분함량, 회재함량, 회재용융온도, 발열량 측면에서 검토하였는데, 건식가스화기의 경우 미분탄의 표면수분의 제거가 중요하고 회재의 함량과 회재의 용융온도를 같이 고려하여 적정한 시료 석탄이 선정되어야 한다는 결론을 얻었다. 가스화기 운전측면에서는 여러 기계적인 문제점들이 발견되었는데 시료공급노즐의 막힘문제, 역화문제, 고온가스 누출문제, 추운 겨울 운전시 오링(O-ring)문제 등에 대한 논의와 대책을 제시하였다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 1999.11a
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• pp.3-9
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• 1999

IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)에서 석탄가스화기는 기존 석탄화력발전소의 보일러를 대체하는 설비로서, 석탄가스화 공정의 해석은 매우 중요하다고 할 수 있다. 석탄가스화 공정은 탄종과 운전조건에 따라 반응특성의 편차가 매우 크기 때문에 탄종별 가스화 특성에 대한 정보의 확보는 필수적이라 할 수 있다. 그러나 국내에는 수입되는 다양한 석탄에 대한 가스화 특성에 대한 정보가 없는 실정이다.(중략)

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.132.2-132.2
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• 2010

기후변화협약 등으로 인하여 기존 화력발전기술보다 효율이 높고 온실가스 발생을 줄일 수 있는 고효율 청정석탄 이용기술에 대한 사회적 요구가 높아짐에 따라 석탄 가스화와 관련된 기술 개발이 확대되고 있다. 석탄을 가스화하면 CO와 $H_2$가 주성분으로 구성된 합성가스를 얻을 수 있는데, 이를 청정가스연료로 사용하기 위해서는 합성가스에 포함된 분진의 제거가 필수적이다. 대부분의 석탄가스화 공정에서는 캔들형 필터를 사용한 여과식 집진시스템을 적용하여 합성가스에 포함된 분진을 제거하고 있다. 본 연구에서도 Pilot급 석탄 가스화기에서 제조된 합성가스에 포함된 분진 제거를 위하여 고온/고압 집진시스템을 구축하였으며, 다양한 운전조건과 필터 종류에 따른 집진시스템의 운전특성 파악을 수행하였다. 연구결과 석탄 합성가스를 안정적으로 정제 하기위한 집진시스템의 중요한 운전 기준과 방법을 도출할 수 있었으며, 이렇게 도출된 운전 기준과 방법은 용량이 증대된 집진시스템의 연속운전을 진행하여 향후 실증할 예정이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.71.1-71.1
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• 2011

석석탄가스화 기술은 고온, 고압 조건에서 미분탄과 산소의 가스화 반응에 의해 CO와 $H_2$가 주성분인 합성가스를 제조하는 기술로서 차세대 화력발전 뿐만아니라 다양한 화학원료 제조를 위한 분야에서 각광을 받고 있다. 또한, 가스화 기술은 향후 CCS기술, CTL(Coal To Liquid, 석탄액화)기술, SNG(Synthetic Natural Gas, 합성천연가스)생산, 수소생산, 각종 화학원료 생산 등과 연계가 가능한 미래 석탄이용 분야의 핵심 기술이라 할 수 있다. 따라서, 고등기술연구원에서는 이러한 석탄가스화를 통해 양질의 합성가스를 제조하기 위한 기술 개발의 일환으로 pilot급 고온, 고압 건식 분류층 가스화기, 기류수송 방식의 미분탄공급장치, 수냉자켓 구조의 합성가스 냉각장치, 합성가스 중 분진제거를 위한 금속필터 장착 집진장치 등을 연계하여 20기압의 고압 조건에서 장시간 연속운전을 진행하였다. 본 연구에서는 미분탄 공급을 위하여 상부공급 버너를 적용하였고 석탄가스화기는 $1,300{\sim}1,350^{\circ}C$ 정도의 온도에서 운전을 진행하였으며 미분탄을 75 kg/h의 조건에서 연속적으로 공급하였다. 그리고, 이러한 조건에서 5.5일 정도의 연속운전을 진행하는 동안 CO 44~48%, $H_2$ 20~21%, $CO_2$ 4~5% 조성의 석탄 합성가스를 $200Nm^3/h$ 안정적으로 제조할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2008.05a
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• pp.345-348
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• 2008

본 연구에서는 가스화 반응, 수성가스 전환 반응, 메탄화 반응 등으로 구성된 SNG제조 공정에 대한 해석을 통해, 석탄 촤의 가스화 반응에 의해 생성된 합성가스를 이용한SNG제조 공정 특성을 파악하고자 하였고, SNG제조 공정 중 가스화 공정에 대한 실험을 통해 가스화 공정의 조건에 따른 합성가스 발생 특성 및 메탄화 반응의 특성을 살펴보았다. 석탄 촤를 대상으로 하여 가스화 공정의 $O_2$/feed ratio와 steam/feed ratio 조건 변화에 따른 합성가스 발생 특성을 살펴본 결과 steam을 투입하지 않은 경우 발생되는 합성가스 중 CO의 농도는 55$\sim$65%, $H_2$ 9$\sim$11%, $CO_2$ 24$\sim$29% 범위였고, $O_2$/feed ratio가 증가할수록 CO의 농도는 증가하고, $H_2$와 $CO_2$의 농도는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한,steam을 투입하는 경우 합성가스 중 CO의 농도는 20$\sim$37%, $H_2$ 16$\sim$18%, $CO_2$ 42$\sim$55% 범위였다. 메탄화 공정 해석 결과 메탄의 농도를 최대로 얻을 수 있는 조건은 $H_2$/CO 비가 3인 조건이었고 온도가 낮을 수록 생성농도가 높아짐을 알 수 있었다. 가스화 특성 실험 결과 및 공정해석 결과, 메탄화 반응에 대한 실험 및 공정해석 결과는 고체시료의 가스화 반응을 통해 발생한 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정 특성 파악 및 SNG를 제조하기 위해 필요한 단위 공정에 대한 설계 자료 및 운전조건을 결정할 수 있는 주요 인자로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2000.11a
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• pp.33-38
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• 2000

IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) BSU(Bench Scale Unit) 석탄 가스화공정은 정상상태 조업시 약 145$0^{\circ}C$, 25기압의 고온 및 고압의 조건하에서 운전되기 때문에 설정된 운전조건을 안정하게 유지하기 위해서 이러한 조건에 상응하는 안정된 제어로직의 구성은 매우 중요한 요소이다.(중략)

• Journal of Energy Engineering
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• v.16 no.1 s.49
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• pp.32-39
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• 2007

Coal pyrolysis processes vary with the origin and rank of coal. It is difficult to generalize the characteristics of coal pyrolysis reaction because the process consists of numerous reactions including pyrolysis, gasification, and combustion. To find out the optimum process condition it is necessary to determine the condition fur each coal from the smatter scale experiment. In this study pressurized ($2kg_{f}/cm^{2}$) fluidized bed, low temperature ($735{\sim}831^{\circ}C$) gasification using Kideco coal was performed. The reaction condition and product gas composition were determined from the variables including steam flow rate, coal feed rate and air flow rate. Optimum reaction condition was determined from the concentrations of $H_{2}$, and CO in the product gas. The ratio of air/coal was 4.45 and that of steam/coal was 0.21 respectively. The concentrations of CO and $H_{2}$ decreased with the increase of $CO_{2}$. It is important to control the feed rates of coal and steam because the reaction temperature rapidly increased when the combustion reaction dominates over the gasification reaction. The concentrations of CO and $H_{2}$ were 18%, 17% respectively from the continuous operating condition.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.77.2-77.2
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• 2011

고온고압에서 운전되는 분류층 석탄가스화기에서 석탄의 회성분을 용융슬래그로 원활하게 배출하는 것은 석탄가스화기의 안정적인 운전을 위하여 매우 중요하다. 본 연구에서는 분류층 석탄가스화기에서 원활한 슬래그의 배출조건을 파악하기 위해서 여러 슬래그 점도예측 모델들을 사용하여 가스화기의 운전온도 변화에 따른 슬래그의 점도변화를 해석하여 점도해석모델들의 적용성을 비교분석하였다. 본 연구에서 선정한 가스화기 설계탄의 회 성분을 토대로 슬래그의 점도를 계산한 결과 점도해석 모델별로 온도에 대한 점도 값이 매우 상이하게 예측되었다. 또한 설계탄에 대한 점도예측 모델들을 적용한 계산결과로부터 슬래그의 점도가 80 poise가 되는 온도인 $T_{80}$이 매우 높은 값으로 예측되었다. 따라서 가스화기의 운전온도에서 용융 슬래그를 원활하게 배출하기 위해서 설계탄에 Flux를 첨가하여 슬래그의 점도를 낮추어 줄 필요가 있음을 알았다. 기존의 점도예측 모델들 중에 점도 예측 값이 중간치 정도의 경향을 보이는 Hoy가 개발한 모델을 기준으로 가스화기의 적정 운전온도에서 Flux로 첨가할 석회석 양을 산출하였다. 본 슬래그 점도모델들의 적용 결과로부터 실제 가스화기의 운전이나 설계에 슬래그의 특성을 파악하여 운전조건 도출이나 해석에 활용하기 위해서는 운전예정인 탄종에 대한 점도측정 실험을 병행하여 적정한 점도 예측모델을 선정하는 것이 중요함을 알 수 있었다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.22 no.2
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• pp.96-104
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• 2013

Coal gasification is considered as one of the best alternatives among clean coal technology and new concept next generation technologies are under being developed to achieve low cost as well as high efficiency. In this study we have developed double swirl multi-burner as part of the development of low cost compact gasifier. We installed new concept multi-burner with pulverized coal distributor to the body of existing gasifier for burner test. Gasification test was performed under the condition of $6.4{\sim}7.2kg/cm^2$ and $1170{\sim}1300^{\circ}C$ by using Indonesian ABK (sub-bituminous) coal to get operation condition of new concept multi-burner. Our interest was focused to ensure a stable operating condition rather than the gasifier performance evaluation. As a result, we were able to achieve the carbon conversion of 84% and the cold gas efficiency of 52.1% at the stable operating conditions.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.55 no.4
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• pp.107-119
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• 2013

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.