나. 석탄 직접 액화

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나. 석탄 직접 액화

*고온고압에서 수소첨가법으로 독일의 Friedrich Bergius 가 개발

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

*석탄+액체용매+수소를 400도 이상, 100기압이상 촉매로 전환, 간접 액화 방식보다 전환수율이 높음

*연소시 검댕이가 많이 발생

*국내 없는 저급의 역청탄과 아역청탄의 유연탄이 원료 (국내는 회분함량이 높은 무연탄)

*2차대전 이후 직접액화 플랜트 가동이 없음

*2008년 가동 목표로 HTI사의 기술로 중국에 설치 중

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*석탄 직접액화 :

-저온건류법(Coal Oil Energy Development) : 400~600도의 비교적 낮은 온도에서 석탄을 건류하여 얻은 저온타르를 정제하여 액체 연료 생산 -촉매수소화분해법 : 2차 대전 이전에 독일 F. 베르기우스에 의해 개발.

미분탄을 석탄의 액화유와 혼합 슬러리로 만들어 황화철 또는 염화주석을 촉매로 수소공존하에 400~500도 고온, 200~700기압 고압에서 석탄을

수소화 분해, 수소 소비량이 큼

역청탄 3.6톤  1톤 가솔린, 경유, LPG

-비촉매 용매추출법 : 촉매 없이 수소공유성 용매 공존 하에서 열분해 반응 -SRC(Solvent refined coal)법 : 회분 제거를 위해 용매정제탄(고형)을

얻는 법을 개량하여 액화유를 생산

-EDR(Exxon donor solvent)법 : SCR법과 유사

-가용매 분해법 : SCR법과 유사

,

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-석탄 전처리 기술 : 효율적인 석탄 직접액화반응을 위하여

액화반응기 에 투입되기 전에 행하는 분쇄, 탈황, 클리닝 기술 - 액화용 촉매 제조 및 제조 기술 :

석탄직접액화반응의 수율을 증대하고 품질을 높이기 위해 필수적인 촉매의 제조및 제조하는 기술

- 공정 설계 및 최적화 기술 : 직접액화 공정의 설계 및 최적화 기술 - 액화 산물분리 및 upgrading 기술 :

직접액화반응기에서 생성된 액화산물을 분리, 개질하여 최종 합성석유를 생성하는 기술

- 유지 보수및 운전 기술 : 액화공정의 유지보수 및 운전기술

* 석탄의 직접액화 기술의 세분류

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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* 석탄 직접 액화 공정

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

-슬러리 혼합 공정 : 액화반응기에 넣기 위해 석탄과 재순환 용매를 혼합

-직접 액화 반응 공정 :

- 일차 액화 생성물 생성 : 석탄을 용해 분해반응(dissolution) , 증류, 분리를 위한 일차 액화

-경질-고급화 반응(upgrading) -석탄 액화 촉매, 석탄 분산 촉매 -Separation 공정

고체/액체의 물리적 분리 분리, 애하유 수율 증대에 영향 -Upgrading of Products 공정

촉매항목에 관련, 수소 개질 기술이 요구됨

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* 석탄 직접 액화 공정

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

-슬러리 혼합 공정 : 액화반응기에 넣기 위해 석탄과 재순환 용매를 혼합

-직접 액화 반응 공정 :

- 일차 액화 생성물 생성 : 석탄을 용해 분해반응(dissolution) , 증류, 분리를 위한 일차 액화

-경질-고급화 반응(upgrading) -석탄 액화 촉매, 석탄 분산 촉매 -Separation 공정

고체/액체의 물리적 분리 분리, 애하유 수율 증대에 영향 -Upgrading of Products 공정

촉매항목에 관련, 수소 개질 기술이 요구됨

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*” 석탄액화에 의한 액체연료 제조기술 동향 ”,정헌, 전환공정연구센터

11-9. 석탄 액화 비교

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11-10 Gas to Liquid

천연가스 : 취급성 문제

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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다이메틸 에테르(dimethyl ether;DME)

• 에테르의 일종

•저온에서 메탄올을 황산으로 탈수 제조

•조성식 C2H6O(시성식은 CH3OCH3 )

• 수소 결합을 만들지 않음, 끓는점이나 녹는점은 낮음,

•LPG보다 인화성이 낮고, 무독성이어서 스프레이 분사제

•높은 세탄가, 함산소연료로 매연이 적음

*백과사전

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11-11 기타 ^{*중질유 가스화발전}

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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프로젝트 Pernis (호주)

Plioro (이탈리아)

Falconara (이탈리아)

SARLUX (이탈리아)

네기시 (일본) 가스화로 방식 shell로 Texaco로 Texaco로 Texaco로 Texaco로

출력 127 MW 512 MW 233 MW 545 MW 342 MW

가스 터빈 GE6B 시멘스 V94, 2K Alstom13E2 GE9E 미쓰비시M701F

실제주체 Shell ISAB Mission API

ABB

SARAS

ENRON 신일본석유(주) 운전개시시기 1997년 10월 1999년 7월 1999년 8월 2000년 3월 2003년 6월

사용연료 비스브레이커

잔사유

장밋빛

아스팔트 Vis breaker tar Vis breaker tar

감압증류잔사유 감압증류잔사유

◆ 세계의 중질유 가스화발전(IGCC)프로젝트

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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1.Liquid fuel

FTL(GTL,CTL,BTL) DME

Ethanol Methanol 2.Natural gas 3.Hydrogen

4.Electricity

Diesel engine Gasoline engine

CNG engine Fuel cell Battery 경제적인 제조법?

*”Automobile Fuel Outlook”,Nobuhoko KUBOTA,

한국자동차공학회 대구경북지부 2006년 추계학술대회논문집,

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11-12 국내외 현황

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

사업명 소유주 시설용량 사용연료 운전개시년도

Polk Power Tampa/DOE 260MWE 석탄 1996

API - 220MWE 중질잔사유 1998

ISAP ISAB SPA 500MWE 중질잔사유 1996

AGIP AgipRaffinazione 250MWE 중질잔사유 1997

EI Dorado - 35MWE 코크스/폐유 1996

SARUS - 500MWE 중질잔사유 1998

표 GE Energy IGCC 플랜트의 대표적인 추진 현황

*IGCC 현황

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사업명 소유주 시설용량 사용연료 운전개시년도

LGTI Dow 161MWE 갈탄 및

아역청탄 1987

Wabash PSI/Destec 268MWE 고유황탄 1995

표 ConocdPhillips(E-Gas) IGCC 플랜트 추진 현황

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

사업명 소유주 시설용량 사용연료 운전개시년도

SCGP-1 Shell 250톤/일 갈탄 및 아역청탄 1987

Demkolec Demkolec 253MWE 석탄 1994

표 shell 플랜트의 대표적인 추진 현황

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

사업명 소유주 시설용량 사용연료 운전개시년도

Furstenhausen 파

일럿 플랜트 GKT 48톤/일 석탄 및 석유코크스 1986

Puertollano Elcogas 300MW 석탄 및 석유코크스 1997

표 Prenflo 플랜트의 대표적인 추진 현황

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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1970년대 설치 간접액화방식 연간 1천ton연료유 생산

-남아공 Sasol사 : 간접액화공정 15만배럴/일 규모 가동중 -네덜란드 Shell사 : 간접액화공정 1만5천배럴/일 규모 가동중

-미국 Rentech사 : 간접액화공정 235배럴/일 규모 시험시설 가동중

*간접 액화 현황

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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한국화학연구원 석유대체연구센턴 전기원박사와 한국에너지연구원 윤왕래박사가 공동으로 개발한

천연가스이용 합성석유 제조 GTL파이럿플랜트 반응 공정도

*매일경제, 한국일보, 2010년 2월

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