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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

국진우 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수
이시훈
발행연도
2015
저작권
전북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수10

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

초록· 키워드

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7-8wt%의 황을 함유하고 있는 석유 코크스는 유독성 폐기물로 분류되어 처리되고 있으나, 최근 석유가격의 급상승과 친환경적인 에너지전환이 강조되면서 단순 소각에서 벗어나 친환경적인 에너지 전환을 시도하고 있다. 또한 석탄과의 혼합을 통해 열량제어 및 황 함유량저하 등의 연료적 성상을 보완할 수 있다. 그러나 아직까지 석유코크스 및 혼합 연료의 열화학적 전환 반응 특성에 대한 자료가 부족하여 널리 이용되지 못하고 있다. 특히 친환경 에너지 전환 공정인 가스화 공정에 석유코크스 및 혼합연료를 이용하기 위해서는 반응기의 설계, 운전 조건 결정, 반응 해석 등에 이용되는 반응속도론적 해석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 석유코크스와 석탄 6종의 촤(Australia의 BENGALLA, WH, Russia의 TADINSKY, Indonesia의 KPU, LG, MSJ)를 무게비에 따라 3:1, 1:1, 1:3의 비로 혼합하여 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 통해 1100-1400℃의 온도범위에서 char-CO2 가스화의 반응온도 및 반응특성을 비교하였으며, 기-고체반응속도 모델인 Volumetric reaction model, Shrinking core model, Modified volumetric reaction model에 적용하여 각 모델별 석탄함량에 따른 가스화반응의 거동을 묘사하고 이산화탄소 가스화에 적합한 모델을 선정하였다. 더불어 Arrhenius plot으로부터 가스화공정에 필수적인 kinetic 정보를 도출하였다. 석유코크스는 996℃에서 이산화탄소 전환반응이 시작되었으며 BENGALLA, WH, TALDINSKY, KPU, LG, MSJ 시료들은 각각 547, 609, 775, 565, 612, 575℃의 온도에서 가스화 반응이 시작되었다. 혼합연료는 석탄의 함량이 증가할수록 이산화탄소 가스화 반응에 소요되는 반응시간이 단축되었으며, KPU, LG, MSJ, BG, WH, TALDINSKY탄의 혼합 순으로 빠르게 이산화탄소 가스화반응은 진행되었다. 기-고체반응속도 모델은 Modified volumetric reaction model, Shrinking core model 순으로 이산화탄소 가스화 반응을 잘 모사 하였으며, 석탄의 함량이 증가할수록 Shrinking core model보다는 Modified volumetric reaction이 본 반응을 잘 대변하였다. 반면 Volumetric reaction model은 본 반응을 잘 대변하지 못했다. 각 연료에 대하여 Modified volumetric reaction model과 Shrinking core model에 적용하여 활성화 에너지를 도출하였으며, 이를 통해 가스화공정 설계의 기초데이터로서 반응속도식을 제시하였다.

목차

List of Figures iv
List of Table ⅵii
Nomenclature ix
Abstracts x
1. Introduction 1
2. Theoretical Background 4
2.1. Gasification 4
2.2. Types and Characteristics of Gasifiers 6
2.3. Gas-solid Reaction Model 10
2.3.1. VRM(Volumetric reaction model) 12
2.3.2. SCM(Shinking core model) 13
2.3.3. MVRM(Modified volumetric reaction model) 17
2.3.4. Reaction Rate Equation 18
3. Experimental Methods 20
3.1. Analysis of Fuel Characteristics 20
3.2. Production of Char and Mixed Fuel 24
3.2.1. Production of Char 24
3.2.2. Separation of Grain-Size Distribution 25
3.2.3. Production of Mixed Fuel 26
3.3. Experimental Equipment 27
3.4. Gasification Experiment 28
4. Results and discussion 30
4.1. Comparison of Gasification Reaction Temperature and Characteristics of Char-CO2 of Petroleum Coke, Bituminous Coal, and Sub bituminous Coal 30
4.1.1. Reaction Temperature of Petroleum Coke, Bituminous Coal, and sub bituminous Coal 30
4.1.2. Reaction Characteristics of Petroleum Coke, Bituminous Coal, and sub bituminous Coal 31
4.2. Overview of Carbon Conversion Rate of CO2 Gasification Reaction of Petroleum Coke, 6 Types of Coal, and Mixed Fuel with Different Mix Rates 33
4.2.1. Carbon Conversion Rate of Petroleum Coke and 6
Types of Coal 34
4.2.2. Carbon Conversion Rate of 3:1 Mixed Fuels Composed of Petroleum Coke/Coal 35
4.2.3. Carbon Conversion Rate of 1:1 Mixed Fuels Composed of Petroleum Coke/Coal 37
4.2.4. Carbon Conversion Rate of 1:3 Mixed Fuels Composed of Petroleum Coke/Coal 38
4.3. Reaction Model Application for VRM(Volumetric Reaction Model), SCM(Shrinking Core Model), and MVRM(Modified Volumetric Reaction Model) 40
4.4. Activation Energy when Applying Petroleum Cokes, 6 Types of Coal, Petroleum Coke/Coal Mix Fuel to VRM, SCM, and MVRM using Arrhenius Plot 54
4.5. Change in Activation Energy per Model as a Function of Alkali index and Coal Content 63
4.6. Selection of Appropriate Reaction Rate Model 67
5. Conclusion 81
References 83
Acknowledgements 89

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