11장 석탄액화가스화

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

신에너지 석탄액화가스화

재생에너지 태양열 태양광 풍력 (소)수력

해양 지열 바이오매스 폐기물

신에너지 수소 연료전지 _{석탄액화가스화}

신&재생에너지

한국은 미래에 사용될 대체에너지로 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 에너지로 11개 분야를 지정 (대체에너지개발 및 이용·보급촉진법 제 2조)

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

문명과 주에너지

나무, 풀

석유

?

(수소, 지열..) 석탄

소,말

외연기관

내연기관

연료전지..

고체

액체, 기체

? (유체)

주에너지 수송수단 및 기관 에너지 상태

자동차, 항공기, 선박, 우주선, 발전소 기차 , 선박, 발전소

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

석탄

4. 가.석탄 16개 C (C 1개당 H1개) 육각형벤젠구조(안정) 2천-3천분자량 나.석유 6개 C (C1개당 H2개)

200-300분자량 5. 석탄의 구조

1)석탄은 피리딘에 30%정도까지 용해되며, 아탄·갈탄·아역청탄 등 석탄화가 진행되 지 않은 석탄은 구조가 그다지 변화되지 않은 채 거의 전부 피리딘에 용해됨.

2) 석탄골격구조는 벤젠고리 구조이며, 크기는 아탄·갈탄은 단일고리 정도, 아역청탄 은 2고리 정도, 역청탄은 3∼5고리 정도, 무연탄은 10고리 이상

*석탄화반응= 벤젠고리의 축합반응(=축합하여 점차로 큰 벤젠고리가 되고, 최후에 흑연 같은 2차원적으로 무한에 가깝게 확대된 벤젠고리구조를 형성)

3. 코크스를 만들 수 있는 석탄은 가열했을 경우에 용융되는 특수한 범위의 석탄이라 야 하고, 또 강도가 높은 코크스를 만들 수 있는 석탄은 범위가 더욱 좁은, 탄소함유량 90％ 부근의 석탄뿐이다.

4 . 석탄액화 :고온고압하 저분자구조로 분해후 수소와 결합시킴.

벨기우스법(수소첨가법), 용제처리액화법, 건류액화법, 가스화합성법-막대한 에너지와 설비가 소요됨--제회 5.1차에너지 중 26%의 비중 석유의 2배 매장

*”21세기 에너지 핸드북”, 쥬영흠, 대영사 등

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

석탄

마. 화석연료의 주성분

C_nH_n

C_nH_2(n+1) C_nH_2n

종류 대표성분

석탄 : 벤젠(C₆H₆) 천연가스 : 메탄(CH₄)

액화석유가스 : 프로판(C₃H₈) 부탄(C₄H₁₀ ) 가솔린 : 옥탄(C₈H₁₈)

산업혁명

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

11장 석탄액화가스화

석탄 등을 고온, 고압에서 불완전연소 및 가스화 반응시켜

CO, H²가 성분인 가스를 제조한 후 합성하거나, 수소와의 반응 등을 통하여 액화한 에너지

*고체인 석탄의 효율적인 사용

*황 등의 분술물 제거가 용이

*황산화물 등의 유해배출가스가 적음

*액체나 기체형태의 화석연료의 대체

*㈜삼천리E&E, GRACO

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

*1792년 영국 월리엄 머독 석탄가스화 기술 발명 -석탄가스를 가정용, 상업용 연료로 사용

*근대 독일 석탄가스화장치 개발

석탄액화의 벨기우스법(수소 첨가법) 등 개발 -항공기 연료

*1920년 이후 대기압 운전 소규모 고정층, 유동층 가스화기 상업화

*1930대 독일 직접/간접액화 사용화 (2차 대전 수요 90%충족)

*1930대 일본 액화공장 가동

*1973년 1차 석유파동 대형 석탄가스화 플랜트 상업화 -화학공업용 원료

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

*고효율 발전

*SOx를 95%, NOx를 90% 이상 저감하는 환경친화기술

*다양한 저질연료(석탄, 중질잔사유, 폐기물, 바이오매스)를 원료로 활용가능

*발전, 화학플랜트 활용, 기액상연료 생산 등 다양한 형태의 고부가가치의 에너지화

*소요 면적이 넓은 대형 장치산업으로

*시스템 비용이 고가로 초기 투자비가 높음

*복합설비로 전체 설비의 구성과 제어가 복잡하여 연계시스템의 최적화, 시스템 고효율화, 운영 안정화가 요구됨

11-1 석탄액화가스화 특징

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

164년

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

청정연료 가솔린엔진 디젤엔진 연료전지

(수소원) 복합발전 기타 전력생산 매탄올 적용 가능 불가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능

DME 불가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능 합성천연가

스 불가능 불가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능

간접액화유 적용 가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능 적용 가능 직접액화유 적용 가능 적용 가능 불가능 적용 가능 적용 가능

*”Profiles-Clean Fuels from coal”, IEA Clean Coal Centra, 2004

표. 석탄으로 부터 생산할 수 있는 청정연료 형태와 적용성

*”석탄이용”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

coal

Oxygen (O ² )

Steam (H O)

Synthesis gas (CO + H ² )

C H ² O CO H ²

C CO ²

C 1/2 ² CO

C ⁺ 2CO

Heat

coal

2

C + H ² O CO + H ²

C CO ²

C 1/2O CO

CO ²

+

O 2

+ +

•석탄가스화

*”Automobile Fuel Outlook”,Nobuhoko KUBOTA,

한국자동차공학회 대구경북지부 2006년 추계학술대회논문집,

A l t e r n a t e E n e r g y L a b .

Coal

Gasifier Natural gas

CO,H2

(Synthesis gas)

Shift reaction

Fuel cell

Ammonia (NH 3 ) H 2 for direct CTL

GT,GE fuel

Direct Reduction Iron Manufacture

Automobile fuel

Chemical Raw Material FTL

DME

Methanol CO, H2

Products Application

CO2

CO, H2

CO, H2

Synthesis

Synthesis

CH4

Synthesis Natural

Gas gas

liquid

Biomass

•석탄액화가스화

*”Automobile Fuel Outlook”,Nobuhoko KUBOTA,

한국자동차공학회 대구경북지부 2006년 추계학술대회논문집,