• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권3호
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• pp.443-450
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• 2008

고유가 대응방안으로 저등급 석탄의 효과적인 활용기술에 대해 고찰하였다. 현재 산업체에서 사용하는 석탄 중에 갈탄과 아역청탄이 저등급 석탄에 속하며 매장량이 풍부하고 세계적으로 고르게 분포되어 있지만 높은 수분 함량과 자연발화 가능성으로 인해 활용이 많이 되지 않고 있다. 본 논문에서는 저등급 석탄으로부터 화학적 정제기술을 이용하여 초청정석탄을 제조하는 기술에 대하여 고찰하였다. 회분 제거기술인 UCC 공정과 가연성분 추출기술인 Hyper Coal 공정을 비교하였다. 회분 제거기술인 UCC(Ultra Clean Coal) 공정은 Hyper Coal 공정에 비해 단순하다는 장점이 있지만 생성물의 회분 농도가 0.1% 이상으로 높다. 가연성분 추출 기술인 Hyper Coal 공정은 용매추출과 이온제거공정 등 구성은 복잡하지만 회분이 200ppm 이하로 생성된다. 초청정석탄은 오일과 동일 등급의 초 청정연료로써 산업용 석유를 대체하고 장기적으로는 IGCC와 IGFC, 그리고 차세대 고도연소기술의 연료로 활용될 수 있을 것이다.

• 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.

• 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.

• 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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• 제26권1호
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• pp.1-8
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• 2017

에틸렌글리콜법을 활용하여 국내 순환유동층보일러형 발전소에서 발생되는 석탄회의 물리화학적 특성 및 Free CaO 평가를 수행하였다. 물리화학적 특성결과, 각 발전사마다 많은 CaO 함량 차이를 나타내었는데, 이는 황산화물 배출농도 규제 차이 및 보일러 제작사가 다른 발전소의 운전특성이 복합적으로 반영된 것으로 판단된다. Free CaO의 함량은, 비산재는 1.96 ~ 10.78 %, 바닥재는 0.07 ~ 4.24%로 비산재가 바닥재보다 높게 나타났으며, 원시료의 CaO 함량 이외에 입도 분포에 따라서도 크게 변화되는 것으로 확인되었다.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.207-213
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• 1992

본 연구는 비회와 저회를 5:5 또는 6:4 까지의 적정비로 혼합한 석탄회를 도로 성토 및 노상재로서 도로 축조에 사용하기 위하여 다짐할 경우의 강도 및 내구성에 대해 검토한 것이다. 다짐한 직후의 강도는 유연탄 석탄회가 무연탄 석탄회보다 다소 크다. 재령에 따른 현저한 일축압축강도 증가는 유리된 석회의 양이 많이 함유된 호남 화력발전소의 석탄회에서만 관찰될 수 있었고, 나머지 4개 화력발전소의 석탄회에서는 강도 증가가 없거나 매우 적었다. 수침에 대한 내구성에 있어서도 호남석탄회의 경우는 만족한 결과를 보였으나, 나머지 4개 화력발전소의 석탄회는 2% 정도의 시멘트를 첨가함으로서 만족할 수 있었다. 또한, 비회와 저회를 별도로 사용하는 것보다 적정비율로 혼합하여 사용하는 것이 시멘트 첨가에 의한 강도 증대효과가 크다는 사실을 알 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.63-70
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• 2016

In this study, ash free coals(AFCs) were produced with lignite and anthracite coals in a microwave. The AFCs were analyzed with proximate analysis, fourier transform infrared spectrometry (FTIR), X-ray diffraction analysis, and thermogravimetric analysis (TGA). The extraction yields of the AFCs were 16.4 wt%, 7.6 wt% at lignite and anthracite coal, respectively. The chemical and physical properties of the AFCs were similar regardless of the original coal types. Oxidation behavior of the AFCs was investigated by supplying a mixture of 3g of AFC and 3g of electrolyte into the coin-type molten carbonate fuel cell (MCFC). For the evaluation of AFC fuel performance, electrochemical analysis of the steady-state polarization and step-chronopotentiometry were conducted based on the standard hydrogen fuel (69 mol% $H_2$, 17 mol% $CO_2$, 14 mol% $H_2O$). The AFCs showed similar electrochemical oxidation behaviors regardless of the original coal types. The overvoltage of the AFCs was larger than the hydrogen fuel, although OCV of the AFCs was higher.

• 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.

• 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.