• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.832-835
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• 2009

폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 가스화 용융 기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 용융 기술은 폐기물 내의 탄소 및 수소 성분은 가스화 하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하고, 불연물은 용융하여 환경적으로 무해한 슬래그 또는 금속으로 회수하는 기술이다. 본 연구에서는 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화를 통하여 생산된 합성가스를 합성가스 압축기를 통하여 유용한 원료물질을 제조하는 공정인 수성가스 전환 반응(water gas shift reaction)과 가스화 반응기의 보조연료로 투입하기 위한 합성가스 압축, 이송 시스템의 운전 특성을 고찰하였다. 그 결과 고발열량폐기물과 탈수슬러지 혼합가스화에서 합성가스는 안정적으로 발생하였으며, 합성가스 압축, 이송시스템을 위한 정제설비에서의 분진제거는 99.07 %의 효율을 얻었고, 또한 합성가스 재순환 장치의 성능시험을 통하여 대기 중의 산소가 유입이 안 되는 기밀성을 확인하였다. 합성가스 압축, 이송 공급 유량 제어 실험 결과로는 합성가스 압축기 기동 시 합성가스 압축압력과 공급유량은 비례적으로 증감하는 것을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.825-828
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• 2009

고형원료인 폐기물의 감량화 및 자원화 기술 중 가장 대표적인 기술로 폐기물의 소각(incineration)기술과 가스화(gasification)용융기술을 들 수 있다. 폐기물 가스화 기술은 폐기물 내의 탄소, 수소 성분을 가스화하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스(synthesis gas, syngas)로 전환하여 불연물은 용융되어 환경적으로 무해한 슬래그로 회수하는 기술이다. 폐기물 가스화 용융 시스템으로 발생된 합성가스를 재순환하여 사용하는 합성가스 재순환시스템을 통해 가스화에 필요한 열을 시스템 내에서 대체하여 사용하는 기술개발은 폐기물 가스화 용융기술의 경제성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 고형 폐기물 가스화반응에 의해 발생되는 합성가스를 재순환하여 폐기물 가스화 용융 시스템내의 자체 에너지원으로 활용할 수 있도록 하는 합성가스 재순환 시스템 및 버너의 운전특성을 고찰하였다. 합성가스의 재순환 장치에서의 운전 압력 제어 및 유량제어를 통해서 안정적인 합성가스 재순환 성능과 재순환버너의 연소 성능을 유지할 수 있었다. 합성가스 재순환버너에 의한 16,800 $kcal/Nm^3$ 조건 및 33,600 $kcal/Nm^3$ 조건에서 운전시에도 가스화기의 운전온도는 안정적으로 유지됨에 따라 생산된 합성가스의 가스화기 보조연료 대체 및 에너지절감이 가능한 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.129.1-129.1
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• 2010

석탄가스화로부터 얻어진 합성가스는 CO, $H_2$가 주성분으로, 그 자체를 연료로 사용하여 발전을 하거나 또는 적절한 정제, 분리 및 합성을 통해 다양한 원료물질을 생산할 수 있다. 이러한 석탄의 청정 사용 기술은 최근의 에너지 분야에서 많은 관심을 불러일으키고 있는 고유가 현상 및 석유자원 고갈에 대비할 수 있는 현실적인 방법의 하나로 여겨지고 있다. 석유를 대체할 에너지원으로서 석탄을 이용하는 다양한 응용 방법 중의 하나로 가스화 반응을 통해 발생하는 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정을 들 수 있는데, 이는 석탄 등의 고체 시료를 이용하여 메탄이 주성분인 연료가스를 생산하는 것이다. SNG(Synthesis Natural Gas 또는Substitute Natural Gas)는 합성천연가스 또는 대체천연가스로 불리어지는데 주로 석탄의 가스화를 통해 얻어진 합성가스(syngas 또는 synthesis gas)인 CO, $H_2$를 촉매에 의한 합성반응을 통해 얻을 수 있다. SNG 합성 반응(메탄화 반응)은 보통 수성가스 전환 공정과 가스 정제 공정을 거친 합성가스를 $CH_4$로 전환하는 것으로 석탄을 이용한 SNG 제조 공정에서 가장 핵심 공정인 메탄화 반응은 높은 발열반응으로 주로 니켈 촉매를 사용하며 $250{\sim}400^{\circ}C$에서 반응이 이루어진다. SNG 합성 반응은 공급되는 합성가스의 조성($H_2$/CO 비), 공급되는 합성가스의 유량과 반응기에 충진된 촉매의 부피와의 관계를 나타낸 공간속도, 반응온도 등의 조건에 따라 반응 특성이 달라질 수 있다. 가스화 반응을 통해 생성되는 합성가스를 이용한 SNG 합성반응(메탄화 반응)의 특성을 파악하기 위하여 Lab-scale 규모의 고정층 반응기를 이용하여 Ni 함량이 다른 2종류의 촉매를 대상으로 반응온도 및 압력에 따른 CO 전환율, $CH_4$ 선택도, $CH_4$ 생산성 변화를 파악하였다. 실험 결과 반응기의 온도가 350도 이상의 조건에서 CO 전환율은 99.8%이상, $CH_4$ 선택도는 90.7%이상으로 나타났으며, 공간속도가 2,000 1/h 이상의 조건에서는 $CH_4$ 생산성이 500 ml/g-cat, h을 만족하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.725-728
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• 2007

본 연구에서는 액상폐기물의 가스화를 통하여 합성가스를 생산하는 공정기술에 관하여 고찰 하였다. 폐기물의 가스화공정기술은 공기, 산소등과 액상폐기물을 고온하에서 가스화반응시켜 폐기물중에 포함된 가연성성분은 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스로 전환시키고, 폐기물내에 포함된 무기물은 용융시켜 slag의 형태로 배출시키는 기술이다. 폐기물투입장치, 가스화기 및 용융로, 슬랙배출장치, 합성가스 정제장치, 그리고 수처리장치등로 구성된 Bench급의 가스화용용시스템을 구성하고, 수분 16%, 발열량 4375kcal/kg의 액상폐기물을 가스화 실험한 결과 CO가 $31{\sim}35%$, $H_2$가 $28{\sim}36%$ 포함된 합성가스를 얻을 수 있었고, 합성가스의 발열량은 $1735{\sim}2160kcal/kg$로 나타났다. 또한 가스의 세정에 사용된 세정폐수의 분석과 무기물의 용융을 통하여 발생한 용용슬랙의 용출실험을 통해서 합성가스 생성과정에서의 이차오염 물질은 환경규제치 이하로 발생함을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.175.1-175.1
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• 2011

우드칩을 포함하는 화석연료대비 발열량이 낮은 바이오매스를 가스화를 통하여 활용하는 경우 타르 및 수트를 포함하는 저열량의 합성가스가 생성된다. 이러한 합성가스를 엔진을 통한 발전, 스팀, 수소 및 화학제품 생산으로 활용하기 위해서는 고효율의 타르 정제 및 제거가 필수적이다. 특히 착화가 어렵고 연소온도 및 연소율이 낮으며, 화염구간이 좁은 저열량의 합성가스를 이용하여 스팀을 생산하기 위해서는 많은 문제점으로 인하여 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 하향류식 가스화기를 이용하여 우드칩을 연료로 합성가스를 제조하였으며, 합성가스에 포함되어 있는 타르 및 수트와 같은 미반응 물질을 제거할 수 있는 집진, 세정장치를 설계 및 제작하였다. 특히 고효율 타르의 제거를 위하여 두 종류의 산화촉매를 이용한 합성가스 내 타르의 제거 연구를 수행하였다. Ru 촉매를 이용하는 경우 합성가스 내 타르의 농도를 100ppb 정도까지 저감이 가능하였다. 정제된 합성가스는 유류 혼소 버너를 통하여 보일러 연소실에서 혼합연소되어 30만kcal/h의 열을 공급함으로써 스팀을 생산 하였으며, 생성된 스팀은 블록 건조 시설에서 이용하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.829-831
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• 2009

폐기물, 석탄 등 다양한 시료의 가스화 반응을 통해서 발생되는 합성가스는 CO, $H_2$, $CO_2$가 주성분으로 가스엔진, 가스터빈 등의 연료로 사용하여 발전하거나 합성반응을 통해 다양한 화학원료로의 전환이 가능하다. 또한 폐기물, 석탄 등의 다양한 원료의 가스화 반응에 의해 발생한 합성가스로부터 F-T(Fischer-Tropsch) 합성을 통한 인조합성석유, Non F-T 합성을 통한 메탄올, DME(Dimethyl Ether) 등을 제조할 수 있으며, 메탄화 반응을 통해 대체천연가스(SNG, Substitute Natural Gas)로 제조하여 활용하는 방안도 가능하다. 또한 현재 상업용 규모의 수소 제조 방법 중에서 가장 경제적인 방법으로 천연가스를 개질하여 CO, $H_2$가 주성분인 합성가스를 만든 다음 수성가스 전환, PSA(Pressure Swing Adsorption)통해 $CO_2$와 $H_2$를 분리하여 생산하고 있으나, 천연가스 가격의 상승 및 다양한 시료로부터 향후 경제성 확보가 가능한 수소 제조 방법에 대한 연구가 진행되고 있으며, 석탄 가스화 및 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스로부터의 수소 제조 공정이 개발 및 상업화 추진되고 있다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통해 발생한 합성가스에 대하여 수성가스 전환 반응을 통한 수소 생산 특성 및 수성가스 전환 반응의 공간속도 변화 및 스팀주입량 변화에 따른 반응 특성을 고찰하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제55권4호
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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.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 2003년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.633-638
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• 2003

현재, 각종 산업공정에서 발생하는 부생가스, 도시폐기물, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 미활용 에너지원이나 석탄, 폐유 등을 가스화 혹은 열분해 하여 합성가스를 발생시켜 재활용하려는 연구가 활발히 진행하고 있다. 합성가스는 공업적으로 중요한 에너지원 및 화합물을 제조하는 가장 기초적인 반응가스인데, 합성가스를 제조하는 방법 중 가장 잘 알려진 천연가스 개질반응 이외에도 열분해/가스화 반응공정을 통해 제조되기도 한다.(중략)

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.71.2-71.2
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• 2013

천연가스를 화학적 전환에 의해 부가가치를 높이기 위해서는 리포밍에 의해 합성가스(CO/H2)를 경유하는 간접전환경로가 현재로서는 가장 현실적인 방법이라 할 수 있다. 천연가스를 이용한 합성가스 제조기술은 수증기개질법(SRM), 이산화탄소 개질법(CDR, dry reforming), 부분산화법, 촉매 부분 산화법, 자열개질법 등으로 구분되며, 최근에는 각각의 제조방법의 장점을 고려하여 혼합개질법 또는 일련의 리포머 조합 방법이 개발되고 있다. CDR은 촉매 하에서 메탄과 이산화탄소의 직접접촉에 의해 반응이 일어나며, 수소와 일산화탄소의 비가 같은 합성가스가 제조된다. SRM에 비하여 고온에서 반응이 일어나고 전환율이 더 낮으므로 에너지 소비가 상대적으로 높다. 하지만, SRM과 함께 사용하면 합성가스 비율을 F-T합성이나 메탄올 합성에 적절한 비율로 조절이 가능한 장점이 있으며, 온실가스를 저감시킬 수 있는 전환기술로도 각광받고 있다. 본 발표에서는 최근의 CDR을 이용한 가스로부터 합성석유(GTL)와 메탄올을 고효율로 생산하는 기술 개발 동향에 대해서 소개하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.792-795
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• 2007

본 연구 목적은 석탄 가스화를 통해 얻어진 합성가스를 이용하여 국내에서 개발된 DME 합성 촉매를 사용하여 DME 전환 공정에 대한 특성을 파악하는 것이다. 특히, DME 합성 반응에 가장 큰 영향을 미치는 합성 반응로의 온도 제어를 위하여 thermosyphon 시스템을 개발하여 DME 합성 반응에 최적온도로 알려진 $230{\sim}260^{\cdot}C$ 범위에서 제어가 가능함을 확인 하였다. 석탄 40 kg/h를 공급하였을 때 합성가스 유량은 $80{\sim}100$ $Nm^3/h$ 정도를 얻었다. DME 합성 반응에 사용한 촉매는 합성가스로부터 메탄올을 얻기 위한 촉매와 메탄올의 탈수 촉매(Cu/Zn/Al+r-$Al_2O_3$)를 혼합한 촉매를 사용하였다. DME 합성 반응로의 GHSV(1/kg$^{\cdot}C$cat h)는 $2500{\sim}3000$ 정도이며, 운전 압력 60기압에서 $H_2$ 전환율 $65{\sim}75%$, DME 선택도는 $69{\sim}79%$ 정도를 얻었다.