• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.298-305
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• 2014

석탄에 포함되어 있는 회분은 환경오염을 유발시킬 수 있으며, 고온에서 운전되는 발전 설비에 융착되어 열전달 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 알칼리나 산, 또는 유기 용매를 이용하여 석탄 내의 회분을 제거하기 위한 연구와 함께 무회분 석탄을 이용한 석탄화력 발전 및 석탄가스화 복합발전에 대한 타당성 연구가 활발히 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 200 ppm급 무회분 석탄을 석탄가스화 발전에 이용하기 위해서 필요한 가스화기 운전조건을 ASPEN $Plus^{(R)}$ 공정모사의 민감도 해석을 바탕으로 도출하였다. 특히 석탄가스화 공정은 열분해, 휘발분 연소, 촤 가스화 공정으로 나누어 해석을 진행하였으며, 1.5 톤일급 비용융(non-slagging) 가스화기의 크기 및 운전 조건을 반영하여 모델링 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.395-400
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• 2017

본 연구에서는 무회분 석탄을 바인더로 첨가한 코크스의 물리적 및 화학적 성질들을 실험적으로 분석하고 강도 향상 메커니즘에 대해 고찰하였다. 또한 제철소에서의 $CO_2$ 저감을 위해 반탄화 과정을 거친 바이오매스 연료를 이용하였다. 무회분 석탄과 함께 팽윤현상(Swelling)이 일어나지 않는 발전용 석탄을 함께 탄화시켜서 전자현미경(SEM)을 이용하여 인터페이스를 관찰하였다. 또한 코크스의 강도 분석을 위하여 I.T.T (Indirect Tensile Test)와 함께, 화학적 구조 고찰을 위하여 $^1H$ NMR 및 $^{13}C$ NMR 분석을 사용하였다. 무회분 석탄의 $^1H$ NMR 및 $^{13}C$ NMR 분석으로 도출된 분자 구조와 코크스 강도의 관계를 도출하였으며, 그 결과 코크스의 강도는 무회분 석탄을 바인더로 첨가함으로써 증가될 수 있음을 확인하였다.

• 청정기술
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• 제20권3호
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• pp.218-225
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• 2014

석탄의 가스화는 촉매 도입 시 온순 조건에서 가능하나, 석탄 내 회분에 의한 비활성화에 의해 반복적인 촉매 활용이 힘들다. 이에 본 연구에서는 삼화 원탄에서 회분을 제거하여 삼화 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조한 후 가스화 반응성을 원탄과 비교하여 알아보았다. 우선 원탄을 대상으로 고정층 반응기에서 수증기 공급량, 공간 속도(space velocity), 온도 및 촉매를 변수로서 가스화 조건을 결정하였다. 고체상 혼합법으로 다양한 촉매 도입 시, 유동성을 갖는 $K_2CO_3$가 가장 높은 활성을 보였다. 무회분탄은 원탄보다 낮은 반응성을 보였으며, 이는 용매(1-methylnaphthalene, 1-MN)를 이용한 고온 추출 및 건조 공정 중에 소모된 산소 기능기 함량과 증가된 탄화도(carbonization)에 기인한다. $K_2CO_3$ 가 혼합된 무회분탄의 반응성은 급격히 증가하여 낮은 온도 ($700^{\circ}C$)에서도 높은 전환율을 보였다. 이때 $H_2/CO$와 $CO_2/CO$ 비율도 증가하는데, 이는 촉매에 의해 수성가스전환(water-gas shift) 반응이 활성화됨에 기인한다. 본 연구에서는 무회분탄의 저온 촉매 가스화 반응을 통해 석탄 가스화 공정의 경제성이 개선될 수 있음을 확인하였다.

• 에너지공학
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• 제4권1호
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• pp.5-12
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• 1995

본 연구에서는 자력 및 정전기 선별법에 의한 발전용 석탄의 연소전 탈황탈회 가능성 조사를 미국 PETC와 공동으로 수행하였다. 정전기 선별법에 의한 석탄의 탈황실험은 국내무연탄 및 미국 유연탄 시료를 대상으로 수행하였으며, 본 선별법은 석탄으로부터 유황을 함유하는 광물은 물론 회분을 제거하는데 매우 효율적임을 확인하였다. 또한 본 연구에서는 고강도 자력선별기를 이용하여 국내무연탄에 대한 건식자력선별 가능성을 검토하였다. 삼척 및 동원탄광 시료에 대한 입도별 2단계 선별실험을 수행하였으며, 본 실험 결과 동원탄광 시료가 삼척탄광 시료보다 회분제거가 용이하였으며 유황분의 경우는 두 시료 모두 40∼50% 제거가 가능하였다. 기초실험을 통하여 향후 발전용 석탄의 연소전 탈황탈회처리시스템 개발에 필요한 기초자료를 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권2호
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• pp.234-238
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• 2016

본 연구에서는 용매추출 공정 중 최종 건조 과정에서 회수방식을 달리하여 무회분석탄을 제조한 후 물리적 특성과 화학적 구조를 비교하였다. 무회분석탄 제조에는 아역청탄 등급의 Kideco coal과 극성용매인 N-methyl-2-pyrrolidone(NMP)를 사용하였으며, 회수방식으로는 감압건조, 희석침전, 분무건조 방식을 사용하였다. 제조된 무회분석탄의 물성변화를 확인하기 위해 공업분석, 원소분석, 발열량분석을 실시하였고, 화학적 구조를 알아보고자 FT-IR, NMR 분석을 하였다. 공업분석을 통해 무회분석탄의 회분함량이 원탄에 비해 줄어든 것을 확인하였다. FT-IR 분석 결과 감압건조로 회수한 샘플은 추출용매의 피크가 나타나는 반면 희석침전방식으로 제조한 무회분석탄에는 추출용매 피크가 사라지는 것을 확인하였다. 희석침전방식을 사용할 경우 다른 회수방식에 비해 저온공정이 가능하였고, 추출용매로부터 무회분석탄을 보다 확실하게 분리할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.89-96
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• 2015

최근 화력발전 보일러의 운전에 있어서 저등급 석탄의 성분 중 ash의 영향으로 보일러 후단부에서 생성되는 slagging/fouling 문제가 많이 보고 되고 원인 규명 및 해결책을 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 환경적 측면에서도 NOx등 환경적인 문제를 발생시키는 부분에 대해 규제를 가하고 있는 상황이다. 이런 문제점을 해결하기 위한 방법 중 하나인 석탄의 ash를 제거한 AFC(Ash Free Coal)을 활용한 연구가 진행되고 있다. AFC는 저등급탄의 발열량을 높여 기존의 고등급탄을 보완하고 slagging/fouling 문제 및 배출가스의 오염성분을 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는, DTF를 이용하여 KCH 원탄과 원탄에서 추출된 무회분탄1, 무회분탄2, 잔탄, Glencore, Glencore과 잔탄을 85:15 비율로 한 혼탄을 이용하여 미연분, NOx 배출특성의 변화와 회 점착 특성을 확인하였다. 그 결과 무회분탄은 원탄과 잔탄에 비해 NOx 배출량이 현저히 낮고, 잔탄은 원탄에 비해 고등급화 되면서 반응성이 훨씬 좋아짐을 확인 하였다. 잔탄과 혼탄의 경우 일반적인 저열량탄 수준보다 낮은 점착성을 나타내는 것을 확인 하였다.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.47-49
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• 2014

발전소에서 설계 규격을 벗어나는 저등급 석탄을 사용하기 시작하면서, 보일러에서의 연소특성을 예측하기 어려운 다양한 성질의 석탄이 들어오게 되어 각종 연소 문제가 증가하고 있다. 이 중 약 점결 특성을 가지는 저등급 석탄의 사용은 대형 클링커로 인한 보일러 하부의 튜브 손상 사고, 재열증기온도 상승으로 인한 출력감발 등의 문제를 발생시켰다. 또한 현재 개발 중인 무회분석탄 역시 점결 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있어 보일러 내부의 다양한 문제를 일으킬 것으로 예상되고 있다. 발전소에서는 강점결탄 수입 규제를 위해 CSN(Crucible Swelling Number)를 이용하여 제철용으로 사용되는 강점결 석탄의 도입을 규제해왔으나, 발전소 운영에 악 영향을 미치는 약 점결탄에 대한 규제 및 대응으로는 그 효과가 미미한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 석탄의 점결 특성 중 팽창 특성을 분석할 수 있는 Microdilatometer와 TGA를 이용한 연소반응성 분석을 통해 석탄의 점결 특성이 연소반응성에 미치는 영향을 분석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.449-454
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• 2012

본 연구에서는 석탄의 연화온도보다 낮은 온도에서의 무회분 석탄 제조공정인 온순조건 용매추출 공정의 경제성을 분석하였다. 이를 위해 인도네시아 석탄 산지에 6,000 톤/일 규모의 온순조건 용매추출 플랜트를 건설하는 것으로 가정하였으며, 이 설비에 대하여 $96백만의 투자비용과, 내용년수 15년에 대한 IRR, B/C ratio, NPV, DPP를 계산하였다. 계산 결과 이 플랜트의 IRR은 31%, NPV는 $87백만, B/C ratio는 1.08, DPP는 3.9년인 것으로 계산되었으며, 이를 통해 석탄의 온순조건 용매추출 플랜트는 충분한 경제성이 있는 것으로 판단하였다. 민감도 분석 결과 무회분 석탄의 판매가격보다는 원료탄의 구입가격과 고품위 잔탄의 판매가격이 온순조건 용매추출 플랜트의 경제성을 크게 좌우하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.555-560
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• 2008

저등급 석탄으로부터 무회분 초청정 석탄 제조를 위하여 온도 $200-430^{\circ}C$, 0.1MPa에서 추출실험을 수행하였다. 세 가지의 서로 다른 등급의 석탄시료를 사용하였으며 추출용매는 극성용매 N-methyl-2-pyrrolidinone(NMP)와 비극성 용매 1-methyl naphthalene(1-MN), Light Cycle Oil(LCO)를 사용하였다. 실험결과 NMP에 의한 추출율이 1-MN이나 LCO에 의한 추출율 보다 높게 나타났다. 그러나 회분농도는 1-MN에 의한 추출탄이 가장 낮았다. 세가지 추출 운전모드, 즉 무교반운전모드, 교반운전모드, 그리고 초음파를 이용한 운전모드를 각각 수행하였다. 추출온도 $350^{\circ}C$에서 NMP를 사용한 추출실험에서, 교반운전모드에서의 추출율 및 추출탄의 회분농도는 각각 70.09wt%(daf), 1.03wt%(db) 이었으며, 초음파를 이용한 운전모드에서의 추출율 및 추출탄의 회분농도는 각각 80.70wt%(daf), 0.76wt%(db) 이었다. 1-MN를 사용한 추출에서도 NMP의 경우와 같이 초음파 추출이 가장 우수한 추출특성을 나타냈다. 초음파를 이용한 추출방법은 교반추출과 비교하여 추출율을 15-20%, 회분 저감은 최대 26% 까지 향상시킬 수 있었다.

• 청정기술
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• 제18권4호
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• pp.426-431
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• 2012

탄소가 다량 포함된 석탄을 직접탄소연료전지(direct carbon fuel cell, DCFC) 연료로 사용 시 무기물인 회분은 반응 후 남아 접촉계면을 물리적으로 덮어 연료전지 성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 회분이 제거된 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조하고 이를 증기 가스화 촉매와 함께 도입한 후 DCFC 연료로써의 특성을 알아보았다. 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC) 기반의 DCFC에 무회분탄과 가스화 촉매인 탄산칼륨을 연료로 도입한 경우와 무회분탄만을 도입한 경우를 비교하였다. 열분해 반응 조건에서는 두 경우의 전력밀도 차이가 크지 않으나, 증기 가스화 조건에서는 촉매가 도입된 무회분탄이 상대적으로 높은 전력밀도 상승을 나타냈다. 이것은 증기 가스화 반응이 촉매에 의해 활성화되어 더 많은 양의 수소가 생산되었기 때문이다. 촉매 유무에 따른 수소 생성양의 차이를 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)로 정량 분석한 결과, 탄산칼륨첨가는 수소 생산 속도를 증가시킴을 확인하였다. 시간 경과에 따른 전력밀도의 감소는 촉매가 첨가된 연료에서 더 빠르게 나타났는데, 이는 촉매의 칼륨성분이 전해질과 반응하여 이성질 화합물을 형성하기 때문으로 생각된다. 얇은 두께의 전해질(30 ${\mu}m$) 도입에 의해 전력밀도가 향상되었다.