• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.120.2-120.2
• /
• 2014

플라즈마 토치를 이용한 시료의 가스화용융 기술에 대하여 원리, 적용 분야, 그리고 현황에 대하여 소개한다. 플라즈마 토치는 아크방전이나 고주파에 의하여 상압 조건에서 기체를 열플라즈마로 만드는 장치이며, 산업적으로 대규모의 시료를 처리할 때는 주로 아크방전을 이용한 토치가 사용된다. 최근에는 이 플라즈마 토치가 주로 폐기물의 가스화 용융에 활용되고 있는데 이는 폐기물을 고온에서 처리할 경우 친환경적인 처리가 가능하며 경우에 따라서는 발생되는 합성가스를 이용하여 고효율로 전기를 생산할 수도 있기 때문이다. 또한 플라즈마 토치는 밀폐된 로에서 소량의 가스로 고온에서 동작할 수 있기 때문에 방사성폐기물이나 플럭스 등을 친환경적으로 용융하는 것이 가능하므로 이러한 적용 분야도 증가하고 있다. 이 발표에서는 플라즈마 토치기술과 이를 이용한 가스화/응용기술의 기본적인 소개와 함께 플라즈마 가스화용융기술을 이용한 폐기물의 가스화용융기술의 세계 현황과 국내현황, 그리고 GS플라텍의 기술 현황에 대하여 소개한다. 아울러 몇가지 구체적인 실제 플랜트를 소개하고 실제 가동 데이터와 상업적 운전 결과에 대하여도 소개하고자 한다.

• 에너지공학
• /
• 제25권4호
• /
• pp.214-225
• /
• 2016

목재 바이오매스를 이용한 가스화 공정은 고열량의 합성가스를 통해 알콜류, SNG 등 다양한 에너지 자원으로 변환시킴으로써 자원의 재순환에 기여할 수 있으며, $CO_2$ 등의 온실가스를 감소시킴으로써 지구온난화 방지에 기여할 수 있다. 본 연구에서는 이중유동층 가스화기에 목재 바이오매스를 투입하여 가스화기의 최적운전 조건을 도출하고, SNG 생산효율을 검증함으로써 이중유동층 가스화기에 대한 국내 상용화 기반을 마련하고자 하였다. 목재 바이오매스에 대한 가스화기의 최적 운전조건 도출 결과, 운전온도 $826^{\circ}C$에서 Steam 투입량 1,334g/hr, Air 투입량 5.56L/min일 때 탄소전환율이 81%로 확인되었으며, SNG 생산을 위한 $CH_4$가스 농도를 확인한 결과, 92%로 나타났다.

• 한국가스학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.46-51
• /
• 2014

이 논문의 목적은 자동차 램프의 초음파 접합 공정을 합성한 자동차 램프 생산시스템에 관한 연구이다. 램프어셈블리를 생산할 때 독립된 단순 공정에 의해 사출과 초음파 접합, 항온풀림, 조립과 포장을 하던 분리된 작업공정을 원스텝(One-step) 일관공정으로 합성하여 초음파 접합시 발생되는 미세한 발생가스와 소음에 대하여 작업자에게 미치는 영향을 최소화하였다. 또한, 합성 공정에 의한 에너지 저감과 이를 자동공정에 의해 생산함으로써 생산 효율을 극대화하였다. 이 방식은 제어시스템의 타당성을 검토하기 위해 수학적 모델링을 하였고, 이들 수식을 이용하여 플랜트의 전달함수와 필요에 따라 bode선도를 이용하여 안정성과 적합한 제어기를 선정하였다. 이 연구에서 사출 물을 뒤집기 위한 $180^{\circ}$ 회전 제어장치는 중력의 영향으로 비선형 항 $M_{eq}\;lcos{\theta}(t)$이 나타났고, 이를 해결하기위해 피드포워드 제어기법을 적용하여 시스템의 선형화 및 안정화를 확보하였다.

• 청정기술
• /
• 제24권2호
• /
• pp.99-104
• /
• 2018

본 연구에서는 합성천연가스(synthetic natural gas, SNG)를 생산하기 위한 공정 개발을 위해 RIST-IAE에서 제안한 공정의 4차 반응기에 대하여 합성가스($H_2/CO_2$)를 이용하여 메탄화 반응을 수행하였다. 실험의 조건은 온도, 압력, 공간속도 등을 변화시켰으며, 이때 $CO_2$ 전환율, $CH_4$ 선택도, 반응 후 $H_2$의 농도에 대해 고찰하였다. 그 결과 $CO_2$ 메탄화반응에 의한 $CH_4$의 선택도는 공간속도가 낮을수록, 그리고 압력이 높을수록 증가하였다. 한편, 온도의 경우에는 $320^{\circ}C$에서 최대 값을 보였다. 이러한 결과로부터 SNG 공정에 적합한 4차반응기의 최적 조건을 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.106.1-106.1
• /
• 2010

석탄가스화기술은 매장량이 풍부하여 안정적인 공급이 보장되는 석탄을 이용함과 동시에 환경오염물질 감소라는 사회적 요구조건을 충족시키면서 화학제품, 석탄-가스화, 석탄-디젤화, 연료전지, 복합발전 등 다양한 분야에 응용이 가능한 장점이 있다. 특히 석탄가스화복합기술(Intergrated Coal Gasification Combined Cycle, IGCC)은 석탄을 고온, 고압하에서 가스화시켜 일산화탄소(CO), 수소($H_2$)가 주성분인 합성가스를 제조, 정제 후 가스터빈 및 증기터빈을 복합으로 구동하여 전기를 생산하는 친환경 차세대 발전기술로 주목을 받고 있다. 현재 IGCC 기술은 세계적으로 볼 때 상용화단계에 있고, 우리나라의 경우 한국형 IGCC 기술의 확보를 위한 연구사업이 진행중에 있다. 본 연구는 IGCC 발전플랜트의 발전효율을 결정하는 가장 중요한 부분이라 할 수 있는 가스화반응기의 모델링 기술을 개발하는 목적으로 진행되었다. 본 연구에서는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 석탄의 휘발화와 Char의 표면반응 그리고 기상에서의 가스화반응등의 현상을 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 모델링하는 방법론이 연구되었다. 해석을 위한 형상은 해석에 소요되는 시간을 줄이고, 형상이 해석결과에 미치는 영향을 줄이고자 2차원으로 구성하였다. 해석을 위한 수학적모델으로는 난류모델, 가스화반응모델, Lagrangian particle tracking, Char reaction 등을 포함하였고, 해석을 위한 Solver는 Fluent를 이용하였다. 모델링결과에 의해 예측되는 합성가스의 조성을 상용급 IGCC 가스화기의 운전결과와 비교해 본 결과 본 연구에서 설정한 모델로 예측되는 온도 및 가스농도가 실험치와 유사하게 나타남을 알 수 있었고 이를 통하여 본 연구에서 설정한 모델링방법이 적절함을 알 수 있었다.

• 공업화학
• /
• 제20권4호
• /
• pp.391-395
• /
• 2009

폐목재의 에너지 전환을 위하여 2톤/일 규모의 고정층 가스화기($0.9m{\times}2.4m$)를 제작하여 실험하였다. 고정층 가스화 설비는 3~5 cm의 목재칩을 이용하였으며 하부에는 회전식 스토커가 설치되어있다. 목재칩 연료 투입은 다단 나이프밸브 방식으로 되어 있으며 관성력 집진설비, 가스냉각용 열교환기, ID Fan 및 Cooling tower 등으로 구성되어져 있다. 가스화기는 $700{\sim}1000^{\circ}C$ 사이에서 조업하였으며 CO: 25~40 vol%, $H_2$: 7~12 vol%, $CH_4$: 2~4 vol%, $CO_2$: 12~24 vol%의 조성을 가지는 합성가스가 생성되었다. 합성가스 발열량은 $1100{\sim}1500kcal/Nm^3$으로 나타나 공업로의 적용이 가능하였다. 또한 합성가스의 가스 엔진을 통한 전력 생산도 가능하여 1~4 kW의 전력을 생산하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제52권6호
• /
• pp.796-806
• /
• 2014

석탄가스화를 기반으로 한 발전(IGCC 발전) 및 화학원료 제조공정의 상업화 관건은 화석연료인 원유 또는 천연가스를 기반으로 생산되는 경우와 비교하여 경제성을 확보할 수 있는지 여부이다. 경제성 확보를 위한 가장 현실적인 방법으로는 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터 2개 이상의 생산물(예: 발전과 화학원료를 동시 생산)을 병산(coproduction 또는 poly-generation)하는 것이다. 본 연구에서는 석탄 가스화를 기반으로 하여 발전과 수송용, 발전용 및 가정용 연료로 사용이 가능한 DME(dimethyl ether)를 병산하는 공정에 대한 경제성 분석을 실시하였다. 경제성 분석을 위한 병산 공정에서는 250 MW 전력생산 연간 30만 톤의 DMZ 생산을 기준으로 하였다. 병산 공정에서 DME 판매가격이 50만원/ton인 경우, 전기 생산원가는 34.8~58.4원/kWh으로 SMP(계통한계가격) 가중평균인 150.69원/kwh(2013년 1월~12월까지의 평균값)의 33~58% 수준으로 산정되었다. 따라서, DME 판매가격이 적정하게 유지될 경우 석탄 IGCC+DME 병산공정은 IGCC 단독 발전과 비교하여 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다. 현재 중국에서 DME 판매가격이 900,000원/톤 내외이므로, 전력과 DME를 병산할 경우, IGCC 단독으로 전력을 생산할 경우와 비교하여 전력 생산 원가를 월등하게 낮출 수 있음을 알 수 있다. 이와 같이 석탄 가스화를 기반으로 한 병산 공정을 통해 전력과 DME를 병산하는 시스템에서, 시장 여건에 따라 전력과 DME 생산비율 제어가 가능하고, 석탄 가스화기 및 정제 시스템을 공통 설비로 활용함으로써, 개별적으로 생산하는 것보다 생산 원가를 낮출 수 있다는 결과를 얻었다.

• 한국가스학회지
• /
• 제8권3호
• /
• pp.16-23
• /
• 2004

현재 많은 연구가 진행되고 있는 막반응기를 이용한 수소 생산기술은 열역학적 평형의 한계(thermodynamic equilibrium limit)를 뛰어 넘는 생산성을 얻을 수 있음과 동시에 생산되는 수소를 별다른 과정이나 장치 없이 분리할 수 있다는 점에서 경제적으로 매우 기대되는 공정이다. 메탄의 개질반응에서 생성되는 합성가스에 수증기를 첨가하면 널리 알려진 수성가스전환반응이 이루어진다. 이 반응은 수소 생산 공정에 사용되는 주요 반응 중 하나이다. 본 연구에서는 새롭게 제안된 cell을 이용한 해석 기법을 통해 막반응기를 모사하여 막을 이용하지 않은 반응기의 모사 결과와 비교 분석하였으며, 막반응기의 우수성을 검증해 보았다. 막을 사용하지 않은 반응기에서 압력의 영향에 따른 반응속도의 변화는 수성가스전환반응에서 무시할 수 있을 만큼 작았다. 막반응기에서 튜브 측(tube side)의 압력은 높을수록, 쉘 측(shell side)의 압력은 낮을수록 CO의 전환율이 좋았다. 낮은 온도에서 반응의 속도가 낮았으며, 온도가 증가함에 따라 점차 증가하여 600$\pm$30K에서 최대의 CO전환율을 가졌으며 더 증가하면 열역학적 평형의 감소로 인하여 점차 감소하였다. Cell을 이용한 막반응기 모델은 미분방정식을 이용한 모델보다 간단하게 모사를 할 수 있었으며, 신뢰할만한 모사 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
• /
• pp.788-791
• /
• 2007

기존의 미분탄 화력발전을 대체할 수 있는 차기 주자인 가스화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle) 기술은 단순히 열과 전기를 얻는데 그치지 않고 $CO_2$ 저감뿐만 아니라 다양한 형태의 2차 에너지원과 화학원료를 생산할 수 있는 기술이다. 상용화 운전 중인 기존의 IGCC 플랜트는 석탄 공급에 있어 건조된 미분탄(dry pulverized coal) 형태로 공급하는 건식 형태와 석탄슬러리(Coal water slurry)의 액상으로 공급하는 습식 형태로 대별되고 있다. 본 연구에서는 ASPEN plus를 이용하여 상용화 IGCC 플랜트에 대한 기본 모델을 구축하였으며, 산지별로 대상 탄종을 illinois #6(미국), Shenhua(중국), Drayton(호주)로 선정하여 가스화공정에 대한 성능을 해석하였다. 동일한 발전 출력을 얻고자 하였을 때, 석탄의 공급방식에 따라 필요한 석탄과 유틸리티 공급량과 가스화기 전${\cdot}$후단에서의 운전특성과 생성되는 합성가스(syngas) 조성, 냉가스(cold gas) 효율 및 탄소 전환율을 통해 각 case에 대한 플랜트 특성을 비교하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
• /
• pp.598-601
• /
• 2007

셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성된 목질계 바이오매스를 이용한 가스화의 경우 30%의 리그닌 성분이 열에 안정한 상태인 타르로 형성되면서 가스화 후단공정에서의 정제, 발전 등에 직접 사용하기 어려우며, 가스화 효율을 저하시키는 원인이 된다. 이의 문제 해결을 위하여 본 연구에서는 촉매를 이용한 수증기 개질 반응을 통하여 타르를 합성가스로 개질시킬 수 있는 방법을 모색하기 위하여 다양한 온도, 촉매, 스팀 주입량 및 촉매크기에 따른 전환율, 생성가스 특성을 알아보았다. 타르 대상 물질로는 타르 내 상당부분을 차지하고 있는 톨루엔을 이용하였다. 일반적으로 반응온도, 스팀 주입량이 증가할수록 수소 생성량이 증가하였으며, 지르코니아로 증진된 니켈 촉매의 경우 600$^{\cdot}C$ 에서도 100%의 높은 전환율을 보였다. 일반적인 가스화기에서 배출되는 타르의 농도보다 10배 높은 조건에서도 100%의 높은 전환율을 얻을 수 있었으며, 이를 통하여 실제 공정으로의 적용시에도 후단 공정의 부담을 줄일 수 있는 개질기로 적용 가능할 것으로 보인다.