• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권1호
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• pp.99-106
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• 2017

본 연구에서는 인도네시아 저등급 석탄인 Kideco탄을 이용하여 질소 분위기 하에 등온상태에서 촤(char)를 생성한 후 반응가스(스팀,이산화탄소)를 주입하여 합성가스를 생성하는 가스화를 진행하였다. 온도가 반응속도에 미치는 영향을 알아보기 위해 $850^{\circ}C$ 이하의 운전온도(700, 750, 800, $850^{\circ}C$)에서 반응을 진행하였다. 촉매가 미치는 영향을 알아보기 위해 알카리계 촉매인 탄산칼륨과 금속촉매인 니켈을 이용하였으며 두가지 촉매의 혼합비율(1:9, 3:7, 5:5, 7:3, 9:1)을 다르게 하여 연구를 수행하였다. 탄산칼륨은 물리적 혼합을 통해 니켈은 이온교환법을 통해 준비하였다. 기-고체 반응 특성을 알아보기 위해 열중량분석기와 가스크로마토그래피를 통해 얻은 실험결과를 shrinking core model (SCM), volumetric reaction model (VRM), random pore model (RPM) and modified volumetric reaction model (MVRM)에 적용하여 비교하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.493-499
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• 2013

저급탄의 가스화에서 얻은 비산재를 활용하기 위한 목적으로 비산재의 열분해와 비산재 촤의 $CO_2$ 가스화반응에 대한 실험을 비등온의 승온 조건(10, 20, $30^{\circ}C$/min)에서 TGA를 이용하여 수행하였다. 비산재의 열분해 속도는 1차의 열분해 모델(Kissinger법)에 의해 해석하였지만, 비산재에 포함된 휘발분의 함량이 낮아 모델의 신뢰도는 낮게 평가되었다. 비산재 촤의 $CO_2$ 가스화반응에 대한 실험결과는 미반응핵 모델, 균일반응 모델 및 랜덤 기공 모델 등으로 해석하여 석탄 촤의 $CO_2$ 가스화반응 결과와 비교하였다. 저탄소가 함유된 비산재 촤(LG탄)는 200.8 kJ/mol의 활성화 에너지로 균일반응 모델의 의해 잘 모사되었으며, 고탄소가 함유된 비산재 촤(KPU탄)의 경우에는 198.3 kJ/mol의 활성화 에너지로 석탄 촤의 $CO_2$ 가스화 특성과 유사하게 랜덤 기공 모델의 의해 잘 모사되었다. 결과로서, 두 비산재 촤의 $CO_2$ 가스화반응에 대한 활성화 에너지는 큰 차이를 나타내지는 않았지만, 고정탄소의 함량에 따라 적용할 수 있는 모델이 다르다는 것을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.114-119
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• 2011

인도네시아 아역청탄인 ABK탄과 중국 갈탄(lignite)과 같은 저급탄에 대한 열분해와 촤-$CO_2$ 가스화반응에 대한 실험을 비등온의 승온 조건에서 열중량분석기(Thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 열분해 속도는 2단계, 1차의 열분해 모델(Kissinger 법의 변형)에 의해 잘 모사되었다. 촤의 $CO_2$ 가스화반응은 수축 핵 모델에 적용하여 초기의 활성화 에너지가 ABK탄은 189.1 kJ/mol, lignite는 260.5 kJ/mol의 값을 얻었으며, 수축 핵 모델에 의해 잘 모사되었다. 특히, 촤의 $CO_2$ 가스화반응에서 활성화 에너지는 무연탄의 결과와 유사하였으며, 다른 모델이나 석탄의 종류에 따라 큰 차이를 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1015-1020
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• 2012

석탄 및 pet coke (petroleum coke)는 그 이용이 제한적이지만 공급이 풍부한 에너지원이므로, 가스화공정에 적용하여 고급연료인 수소나 액체연료를 생산할 수 있다. 본 연구에서는 열천칭반응기와 실험실규모의 유동층반응기(내경 0.02 m, 높이 0.6 m)에서 갈탄, 무연탄, pet coke의 수증기 가스화 반응특성을 조사하였다. 가스화 온도 $600{\sim}900^{\circ}C$, 수증기 분압 0.15~0.95 atm 및 수증기/연료 비의 조업변수가 가스화반응속도 및 생성가스의 발열량에 미치는 영향을 조사하였다. 기체-고체 반응모델로서 modified volumetric reaction model을 적용하여 가스화반응의 거동을 묘사하고 kinetic 인자들을 도출하였다. 가스화 반응온도가 높을수록 생성가스 중의 수소농도와 가스의 발열량은 증가하였다. 생성가스 발열량은 무연탄 > 갈탄 > pet coke의 순으로 높게 나타났는데, 반응온도 $900^{\circ}C$, 수증기분압 95%의 조건에서 10.0 > 6.9 > 5.7 $MJ/m^3$로 각각 얻어졌다. 본 연구를 통하여 갈탄과 pet coke에 대해 가스화공정의 잠재적인 연료로서의 가능성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권5호
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• pp.653-662
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• 2015

일반적으로 가스화는 고온($1300{\sim}1400^{\circ}C$), 고압(30~40 bar)에서 공정이 가동되나 이를 유지하기 위해 과도한 에너지가 사용된다. 본 연구에서는 공정 온도를 줄이기 위해 알칼리 촉매 중 $K_2CO_3$과 $Na_2CO_3$을 저등급의 사이프러스(Cyprus) 탄에 첨가하였고, 이산화탄소 분위기에서 가스화시켰을 때 나타나는 반응특성을 연구하였다. 열중량분석기를 활용하여 촉매의 함량, 촉매의 종류, 온도를 변수로서 가스화 공정조건을 결정하였다. 고체상 물리적 혼합법으로 촉매를 도입 시, 7 wt%의 $Na_2CO_3$가 첨가된 시료가 원탄보다 높은 활성을 보였다. 탄소전환율 거동을 예측하기 위해 시료별로 반응모델을 적용해본 결과, volumetric reaction model(VRM)이 탄소전환율 거동을 가장 잘 묘사하였다. 7 wt%의 $Na_2CO_3$을 첨가한 사이프러스 탄의 활성화 에너지는 63 kJ/mol로 원탄보다 낮으며, 이는 이산화탄소 분위기에서 석탄가스화의 반응성을 향상시킨다는 것을 보여주었다.

• 에너지공학
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• 제16권1호
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• pp.32-39
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• 2007

석탄 열분해 공정은 석탄의 종류와 산지에 따른 변화가 커서 반응특성을 석탄의 모든 종류에 일반화시키기는 어려우며, 열분해, 가스화 및 연소현상이 동시에 발생하므로 석탄의 종류에 따라 운전조건을 변화시켜 실험장치로부터 최적의 반응 조건을 찾는 것이 중요하다. 본 연구에서는 키데코탄을 대상으로 압력 $2kg_{f}/cm^{2}$ 온도 $735{\sim}831^{\circ}C$의 가압유동층 반응기에서 가스화 반응을 수행하였으며 스팀공급량, 석탄공급량, 공기공급량 등 실험 변수에 따른 가스화 반응의 변화를 관찰하였다. 또한 여러 실험변수들의 변화에 따른 생성가스 성분의 변화를 정량적으로 분석하고, 생성가스 중 $H_{2}$와 CO의 농도를 기준으로 최적의 반응 조건을 결정하였다. 본 실험에서의 최적의 반응 조건은 공기/석탄 비 4.45, 스팀/석탄 비 0.21이었다. 가스화 반응보다 연소반응이 활발하게 일어나면 반응온도가 급격히 증가하므로 안정적인 가스화를 위하여 석탄과 스팀의 주입속도 조절이 매우 중요하였다. 연속운전을 위한 안정적인 운전조건에서 생산되는 발생가스의 CO의 농도는 약 18%, $H_{2}$의 농도는 약 17%였다.

• 한국광물학회지
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• 제23권3호
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• pp.219-225
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• 2010

저등급 석탄인 갈탄(lignite)을 순환 유동층 가스화기(circulating fluidized bed gasifier)의 효과적인 가스화를 위한 공급탄으로 제조하기 위하여 모든 조건들은 동일하고 스크린의 크기만을 변경하여 목적하는 입도분포 특성을 달성하는 최적조건을 찾기 위한 실험을 수행하였다. 가스화기 공급탄은 0.045~1 mm 크기로 85 wt% 이상이 요구되며 이러한 입도분포를 갖는 공급탄을 제조하기 위해서는 경제적이면서도 효과적인 공정 설계가 반드시 필요하다. 따라서 본 연구는 중국산 갈탄을 해머밀로 효과적으로 분쇄하기 위하여 다구치 설계를 사용하였으며, 설계조건에 따른 실험결과 및 통계분석 결과 95% 유의수준에서 1차 스크린의 크기는 3 mm, 2차 스크린의 크기는 1.3 mm인 경우가 최적화된 조건인 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제12권3호
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• pp.231-240
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• 2003

국내 발전용으로 수입되는 5개 석탄 촤의 이산화탄소 가스화 반응성을 전압력 0.5∼2.0 MPa, 반응온도 850∼100$0^{\circ}C$의 범위에서 가압열중량분석기를 사용하여 고찰하였다. 석탄 등급, 촤의 초기 물성, 그리고 압력이 반응속도에 미치는 영향을 평가하였다. 낮은 등급의 석탄 촤의 반응성이 높은 등급의 석탄 촤보다 좋았으며 이는 촤의 기공구조와 반응 표면적의 항으로 설명되었다. 기공특성 데이터중 대/중간 기공이 반응성에 미치는 영향이 켰으며 이는 반응가스가 촤 표면적으로 확산하는 통로를 제공하기 때문인 것으로 보인다. $CO_2$ 분압 0.18∼0.495 MPa 범위에서 촤의 반응속도는 분압에 비례하였으며 반응 차수는 약 0.4∼0.7의 범위에 있었다. 반응속도에 대한 전압력의 영향은 작은 것으로 나타났으며 미반응핵 모델에 근거한 5개 촤의 반응성 지수를 구하였다.

• 청정기술
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• 제21권1호
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• pp.53-61
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• 2015

본 연구는 인도네시아 아역청탄인 키데코(Kideco)탄의 촤(char)-이산화탄소 촉매가스화 kinetic분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 탄산칼륨 및 탄산나트륨을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-이산화탄소 촉매가스화반응은 탄산나트륨 7 wt%, 850 ℃에서 이산화탄소 농도가 60 vol%일 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. 750~900 ℃ 등온조건에서 촤-이산화탄소 촉매가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model (SCM), random pore model (RPM), volumetric reaction model (VRM) 및 modified volumetric reaction model (MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM이 키데코탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 또한 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 탄산나트륨을 첨가한 촤가 탄산 칼륨을 첨가한 촤보다 더 우수한 촉매 활성을 보여주었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권4호
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• pp.544-552
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• 2014

본 연구는 인도네시아 갈탄인 로토(Roto) 탄의 촤(char)-$CO_2$ 촉매가스화 kinetic 분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 $Na_2CO_3$, $K_2CO_3$, $CaCO_3$ 및 천연광물 촉매로 dolomite을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-$CO_2$ 촉매가스화반응은 $850^{\circ}C$에서 $CO_2$ 농도가 60 vol%, 촉매 함량은 $Na_2CO_3$를 7 wt% 혼합할 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. $750{\sim}900^{\circ}C$ 등온조건에서 촤-$CO_2$ 촉매 가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model(SCM), volumetric reaction model(VRM), modified volumetric reaction model(MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM 이 로토 탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 특히 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 $Na_2CO_3$와 $K_2CO_3$를 혼합한 촤의 활성화에너지가 각각 67.03~77.09 kJ/mol, 53.14~67.99 kJ/mol으로 우수한 촉매 활성을 보여주었다.