촉매 석탄 가스화

Abstract

실험에 사용할 석탄은 열중량분석, 공업분석, 원소분석, 발열량분석을 하였고 분석결과는 등급에 따라 유사한 경향을 띄었으며 결과를 토대로 하여 총 6개의 석탄을 선정하였다. 석탄은 갈탄에 해당하는 Samhwa, Roto, Eco와 준역청탄에 해당하는 Cyprus, Drayton 그리고 철 제련용 coking coal에 해당하는 Posco로 결정하였다. 수증기 가스화는 고정층 반응기를 제작하여 실험하였으며 적합한 실험조건을 결정하기 위해서 수증기의 양, 온도, 촉매의 양을 다르게 하여 가스화 반응을 비교하였다. 그 결과를 토대로 수증기는 30 vol%를 공급하고 온도는 700 ℃에서 진행하였고 촉매는 10 wt%를 첨가하기로 결정하였다. 그 후에 선정된 석탄 6개의 가스화 반응성을 비교하였는데 등급이 낮은 석탄일수록 반응성이 뛰어났다. 촉매의 활성을 알아보기 위해서 8개의 촉매를 첨가하여 실험하였고 그 결과 K2CO3가 가장 높은 활성을 가졌으며 NiOX가 다음으로 높은 활성을 띄었고 다른 6개의 촉매는 원탄과 차이가 미비하였다. 다음으로 무회분 석탄의 가스화를 비교하기 위해 선정한 6개의 석탄을 열추출법으로 무회분 석탄을 제조하였으며 가스화 반응을 비교하였다. 무회분 석탄의 반응성은 원탄과는 다르게 등급에 의존하지 않았으며 고등급 석탄과 유사하게 낮은 반응성을 보였다. 예상대로 온도 증가에 따라 모든 석탄들의 반응성도 높아졌다. 무회분석탄의 촉매반응성을 알아보기 위해 K2CO3를 첨가하여 실험하였고, 그 결과 700 °C 이상에서 촉매의 활성에 의해 무회분탄의 가스화 반응이 증가함을 관찰하였다. 또한K2CO3의 존재 하에서 추가적인 온도 증가에 의해 급격한 반응성 향상을 관찰하였다. 마지막으로 Char 제조온도에 따른 영향을 알아보기 위해서 Roto의 원탄, 무회분 석탄, 잔탄을 각각 300 - 900 ℃ 로 다양하게 열분해 한 후 가스화 반응성을 비교하였다. 그 결과 원탄이 가장 높은 반응성을 보였으며 무회분 석탄이 가장 낮은 반응성을 가졌다. 잔탄의 경우 원탄과 유사하거나 약간 낮은 반응성을 가졌고 무회분 석탄보다는 높은 반응성을 가졌다. 또한 Char 제조 온도가 높을수록 가스화 반응성이 떨어졌으며 500 ℃ 이하에 서 열분해 된 경우 유사한 반응성을 나타냈다.