• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.445-448
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• 2007

석탄가스화 복합발전(IGCC)에서 석탄 가스화 기술이 전 공정의 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소이다. 연료 및 산화제의 공급방식, 가스화기의 기본 구조, 벽면의 구성 방식, 용융 슬랙 및 생산되는 합성가스 배출 방식 등에 따라 가스화의 성능이 영향을 받는다. IGCC plant의 정확한 성능 해석을 위해서는 석탄가스화기 공정 모델의 정밀도를 높일 필요성이 있다. 기존의 열병합 발전 사이클 해석에서 적용되었던 열 및 물질정산과 평형계산 방식을 통하여 석탄가스화기 공정을 해석하는 방법을 확인, 정리하고 이를 개선하기 위한 절차 및 방안을 제시하고자 한다. 가스화기 내부 공정을 크게 탈휘발과 가스화의 단계로 구분하여 가스화기 출구조건을 예측하였으며, ASPEN PLUS를 이용한 공정해석을 실시하였다. 가스화기 출구에서의 합성가스는 주생성가스인 CO, $H_2$를 위주로 하여 조성을 얻을 수 있고, 그 결과들을 선행연구들과의 비교를 통하여 가스화기 모델의 분석을 실시한다. 그리고 가스화기 해석의 정밀도를 높이기 위한 향후 고려될 가스화기 모델에 관하여 논의한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.75.2-75.2
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• 2011

고온고압에서 운전되는 IGCC용 분류층 석탄가스화기는 석탄에 포함된 회 성분을 대부분 용융 슬래그 형태로 가스화기 벽을 타고 흘러내리게 하여 가스화기 하부로 배출시킨다. 이러한 용융 슬래그를 원활하게 배출시키는 것은 가스화기의 안정적인 운전에 있어서 매우 중요하다. 본 연구에서는 슬래그 층 내의 물질수지, 운동량 및 에너지 보존을 고려하여 석탄가스화기내의 슬래그 거동을 해석할 수 있는 모델 식을 유도하였다. 유도된 슬래그 거동 모델 식들을 적용하고 가스화기의 형상을 고려하여 가스화기 내부에서의 슬래그 거동을 해석하였다. 또한 슬래그 물성치들인 슬래그 점도, 슬래그 비열, 슬래그 밀도, 슬래그 열전달 계수 등을 슬래그의 조성 변화에 따라 별도로 산정하여 슬래그 해석의 입력 데이터로 사용하였다. 슬래그에 첨가되는 석회석의 비율을 해석의 주요 변수로 사용하여 가스화기 하부에서 용융 슬래그 및 고체 슬래그 두께, 용융 슬래그 층 내부에서의 슬래그 점도분포 및 슬래그 속도분포 등 슬래그 거동의 주요 특성들을 예측하였다. 해석결과로 석탄에 석회석의 첨가량을 증가시키면 슬래그의 임계점도온도(temperature of critical viscosity)와 점도가 낮아지므로 가스화기 벽면에서의 용융 슬래그의 유동속도는 빨라지며, 고체 슬래그와 용융 슬래그의 두께가 감소하는 것을 정량적으로 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.285-292
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• 2012

The integrated gasification combined cycle (IGCC) system is well known for its high efficiency compared with that of other coal fueled power generation system. IGCC offers substantial advantages over pulverized coal combustion when carbon capture and storage (CCS) is required. Commercial plants employ different types of quenching system to meet the purpose of the system. Depending on that, the downstream units of IGCC can be modeled using different operating conditions and units. In case with $CO_2$ separation and capture, the gasifier product must be converted to hydrogen-rich syngas using Water Gas Shift (WGS) reaction. In most WGS processes, the water gas shift reactor is the biggest and heaviest component because the reaction is relatively slow compared to the other reactions and is inhibited at higher temperatures by thermodynamics. In this study, tehchno-econimic assessments were found according to the quench types and operating conditions in the WGS system. These results can improve the efficiency and reduce the cost of coal gasification.

• 에너지공학
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• 제13권4호
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• pp.281-290
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• 2004

석탄 가스화기에서 1000시간 이상 사용된 Cr$_2$O$_3$-Al$_2$O$_3$-ZrO$_2$ 내화물의 결정구조, 화학성분, 미세구조를 분석하여 석탄 슬래그에 의한 화학적 침식 메카니즘을 규명하였다 크로미아 내화물의 침식은 슬래그의 FeO와 $Al_2$O$_3$이 Cr$_2$O$_3$과 반응하며 일어나는 것으로 추정된다. 1차적으로 내화물의 슬래그 접촉면에서 슬래그의 FeO와 Cr$_2$O$_3$가 반응하여 FeCr$_2$O$_4$를 형성한다. 슬래그의 FeO가 모두 소모된 후 슬래그의 $Al_2$O$_3$이 Cr$_2$O$_3$ 입자와 반응하여 (Al, Cr)$_2$O$_3$를 형성하고, (Al, Cr)$_2$O$_3$상은 가장자리로부터 깨어져 미세한 입자를 형성한다. Cr$_2$O$_3$의 침식정도는 입자 크기와 치밀도에 따라 달라지며, 입자가 클수록, 치밀도가 높을수록 내침성이 증가하였다. ZrO$_2$는 화학적 성분의 변화 없었으나 슬래그 접촉면 부근에서 상 경계의 굴곡이 심해지거나 입자가 절단되는 물리적 침식의 영향을 받는다. 슬래그의 침투도는 일반적으로 석탄 주입구에서 아래로 내려갈수록 증가하나 슬래그 tap에서는 감소하였다.

• 공업화학
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• 제20권6호
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• pp.638-645
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• 2009

가스화기에서 사용된 고알루미나계 내화물을 분석하여 용융 슬래그에 의한 손상 메커니즘을 조사하였다. 내화물 시료에서 슬래그에 의해 심하게 손상된 부분의 깊이는 부착된 슬래그를 포함하여 12~40 mm이었으며 슬래그 접촉면과 평행 방향으로 형성된 균열을 가지고 있었다. 슬래그와 접촉한 내화물은 미세구조에 따라 손상도가 다르게 나타났다. Fused $Al_2O_3$ 그레인의 경우 경계에서만 깨짐과 기공형성이 관찰되었고, tablet $Al_2O_3$의 경우 슬래그가 입자사이로 침투하여 입자 테두리에 Fe-Al 화합물이 관찰되었다. 결합제로 쓰인 calcium aluminate는 고온의 슬래그 접촉면에서는 슬래그에 용해되어 관찰되지 않았다. 큰 grain 주변에는 냉각 시 재결정된 것으로 보이는 막대형의 $Al_2O_3$ 상이 형성되었고 큰 기공들이 관찰되었다. 따라서 고알루미나계 내화물은 고온의 슬래그 경계면에서 결합제가 석탄 슬래그에 용융되고, 냉각 시 막대형의 알루미나를 형성하며, 이 과정에서 구조적인 변화에 의한 크랙이 형성되면서 구조적 스폴링에 의한 물리적 손상의 영향을 받는 것으로 보인다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.462-465
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• 2007

석탄가스화 수소생산 기술 분야는 석탄 등의 화석연료를 이용하여 고온, 고압하에서 반응가스(산소, 수증기, 수소)와의 화학적 반응을 통해 생산된 연소성 가스 ($H_2$, CO, $CO_2$ 등)를 전환반응(WGS) 및 분리반응을 거쳐 효율적으로 청정하게 수소를 생산해 내는 기술이다. 전력산업에서 석탄가스화 수소생산은 그 사용 방법(연료전지, 수소 터빈, 분산 이용 등)에 따라 발전시스템의 고효율화를 지향하고, zero-emission을 실현하는 첨단 발전 시스템의 종합 구현을 목표로 하고 있으며, 더불어, 도래하는 수소 경제로의 전이에 대비에 석탄을 이용한 중앙(Central) 수소생산 시스템을 구현하여 이송 및 전환을 통한 지역적 분산 이용을 가능케 하는 종합적인 인프라를 구축하는 기술이다. 본 기술에는 석탄가스화 기술, 수성가스 전환기술, 수소/$CO_2$ 분리기술, 이송용 연료 전환기술 등이 포함된다. 석탄가스화 수소생산 기술은 급등하는 오일 가격과 이의 수입사용 증가에 대응하기 위한 에너지 안보 대책 마련 및 효율 극대화의 필요성과 더불어, 전력산업에서 화력 발전시스템의 궁극적 실현 목표인 고효율, 초청정의 전력생산 시스템의 구현을 가능케 하여, 향후 화석 연료를 이용한 미래 발전 기술을 선도 할 것으로 기대된다. 더불어, 수소 경제로의 전환 시 수소 수요의 급팽창에 대비한 경제적인 대규모 수소생산 기술의 개발이 필요하며, 이에 기술 실현성이 가장 높은 석탄가스화 수소생산 기술의 개발 구현이 요구된다.

• 한국환경보건학회:학술대회논문집
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• 한국환경보건학회 2005년도 Proceedings of KSEH.Minamata Forum
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• pp.66-71
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• 2005

The waste seashells were used for the removal of hydrogen sulfide from a hot gas stream. The sulphidation of waste seashells with $H_2S$ was studied in a thermogravimetric analyzer at temperature between 600 and 800$^{\circ}C$. The desulfurization performance of the waste seashell sorbents was experimentally tested in a fixed bed reactor system. Sulfidation experiments performed under reaction conditions similar to those at the exit of a coal gasifier showed that preparation procedure and technique, the type and the amount of seashell, and the size of the seashell affect the $H_2S$ removal capacity of the sorbents. The pore structure of fresh and sulfided seashell sorbents was analyzed using mercury porosimetry, nitrogen adsorption, and scanning electron microscopy.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.328-339
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• 2010

A new gasification model for coal char was developed considering the effects of pore structure and solid reaction product (ash) and compared with conventional models. Among various parameters reflecting microscopic pore structure, initial pore surface per unit volume of char was found to have the largest effect on carbon conversions. Reaction studies showed that the proposed model can predict carbon conversion more accurately over a broader range of reaction degree compared to the conventional models. Therefore the model proposed in this study would be useful for the design of pilot or commercial scale gasifiers.

• 한국에너지공학회:학술대회논문집
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• 한국에너지공학회 1998년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.15-20
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• 1998

전산유체역학 기법을 이용하여 석탄가스화기 내화재내에서의 온도분포 해석 및 열손실량 계산을 수행하였다. 일차원 이론적 해석, 이차원 전도열전달 해석 및 삼차원 대류-전도 복합열전달 해석 등 세 가지 방법론으로 전산해석을 수행하고 그 결과들을 서로 비교하였으며, 또한 해석결과들을 석탄가스화기 실험결과와 비교하였다. 결과의 정확성, 수치해석상의 편리성(수렴성 및 계산시간) 등을 종합적으로 검토하여, 이차원 전도열전달 해석이 공학적 설계에 적용하기 적절한 방법론임을 제시하였다. 전산해석 결과를 3톤/일급 석탄가스화기에 적용해 본 결과, 총 열손실량은 설계치 운전기준으로 약 1% 정도인 것으로 판별되었다.

• 에너지공학
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• 제4권3호
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• pp.331-337
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• 1995

석탄가스화 복합발전 시스템은 고효율 및 우수한 환경보전성으로 인하여 차세대 화력발전 시스템으로 각광받고 있다. 본 연구는 석탄가스화기내의 비반응 유동장에 대한 연구로서, 순수유동장 및 미분탄입자를 포함한 이상유동장에 대한 전산해석을 수행하였다. 가스화기내의 유동장을 기술하는 Navier-Stokes방정식을 유한차분법에 의하여 해석하고 그 결과를 나타내었다. 특히 선회유동의 영향에 의한 미분탄입자의 거동 및 재순환영역의 특성에 대하여 선회강도의 함수로 고찰하였다. 해석결과에 의하면 가스화기내에서는 며책의 재순환영역이 형성됨을 알 수 있었다. 비반응유동장의 해석결과이지만, 선회유동은 화염안정화에 긍정적인 영향을 줄 수 있을 것으로 추측되는 결과를 보였다.