아역청탄 입도크기에 따른 흡착특성 분석 :The adsorption characteristics of sub-bituminous coal with different particle sizes

김동현

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김동현 (전북대학교, 전북대학교 일반대학원)

지도교수: 이영수

발행연도: 2018

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2018

아역청탄 입도 크기별 CH₄ 흡착 특성 분석

김동현 , 이영수 한국가스학회 학술대회논문집 2018.05 학술대회자료

아역청탄의 입자 크기별 CH₄-CO₂ 흡착 특성 분석

김동현 , 이장춘 , 이영수 한국자원공학회지 2018.02 학술저널

아역청탄 입도크기에 따른 흡착특성 분석

김동현 자원·에너지공학과 2018.01 학위논문

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석탄층메탄가스(Coalbed Methane; CBM)은 세계에서 점점 더 중요한 자원이 되었다. 따라서 CBM 매장량의 정확한 측정은 중요하다. 이 방법에는 크게 두 가지 방법이 있다. 하지만, 두 방법은 실험 방법과 목적이 다르다. 직접 측정법은 현장에서 수행되기 때문에 높은 신뢰도를 보이며, 전 세계적으로 간접 측정법보다 널리 사용되고 있다. 하지만 몇 가지 단점도 존재한다. 반면 실험실에서 수행되는 간접 측정법의 경우 낮은 신뢰도를 보이지만, 편리하고 신속한 장점이 있다.
본 연구에서는 간접 측정법을 사용하여 실험을 수행하였다. 간접 측정법을 이용한 석탄에 대한 가스 흡착특성은 다양한 변수들에 의하여 결정된다. 따라서 다양한 변수를 찾기 위한 연구가 필요하기 때문에 본 연구는 수행되었다. 아역청탄 등급의 석탄은 입도크기별로 분류되어 CBM 매장량을 결정하는 흡착 특성을 분석하였다. 각 시료는 180-254μm~20mm까지 6개의 그룹으로 분류되었다. 각 시료에 대하여 부피측정법을 적용하여 랭뮤어 압력(Langmuir pressure; PL), 랭뮤어 부피(Langmuir volume; VL) 및 흡착에 요구되는 가스 평형 시간을 측정하였다.
실험 결과 입자 크기가 감소함에 따라 불순물의 제거와 특정 표면적 증가로 인하여 흡착되는 가스량이 증가한다. 또한 순수 CH4보다 순수 CO2가스의 흡착 친화성이 크기 때문에 흡착되는 가스량의 차이가 발생한다. 반면 흡착 시간은 분탄의 경우 대부분의 시료가 유사한 기울기를 보이며, 비슷한 평형 압력 시간을 요구하였으나, 괴탄 시료의 경우 총 흡착 시간은 석탄 매트릭스를 통해 확산하는데 더 많은 시간이 소요되기 때문에 기타 분탄 시료에 비하여 굉장히 오랜 시간이 소요되었다. 결론적으로 흡착 실험에서는 적절한 입자 크기와 흡착 시간을 모두 고려해야함을 확인하였다.

Coalbde Methane(CBM) has become an increasingly important resources in the world. Therefore, accurate measurement of CBM reserves are important. There are two major ways of these methods. but, Both methods differ in purpose and method of experiment. In fact it is more widely used worldwide than direct side lawful indirect measurement method because the direct method is conducted at the site, so it shows high reliability. However, there are some drawbacks as well. On the contrary, the indirect measurement method conducted in the laboratory shows low reliability. However, there are convenient advantages.
In this study, we conducted an experiment using indirect measurement method. Adsorption contents measured by indirect measurement method are determined by various variables. Therefore, studies are needed to find various variables. These variables determine the adsorption characteristics.
So this study was run to search for these variables. The experiments performed to find the various variables are as follows.
Adsorption characteristics of sub-bituminous coal were analyzed by changing the particle size of coal to estimate the CBM production potential. By using proximate analysis, moisture and ash contents were analysed. Samples were divided into six groups with particle size from 180-254 μm to 20 mm. For each sample, volumetric method was applied to measure the Langmuir pressure(PL), volume(VL), and equilibrium time. As a result, as particle size decreases, VL increases due to the removal of impurities and increases of specific surface area. In case of CO2, adsorbed volume is higher than CH4 because of the adsorption affinity. In contrast, adsorption time was similar between small size of samples. However, in case of 2 mm sample, the total adsorption time was increased significantly because injected gas needs more time to diffuse through coal matrix. In conclusion, both appropriate particle size and adsorption time should be considered in sorption experiment.

#CoalBed Methane #adsorption #sub-bituminous #coal particle size #Langmuir

1. introduction 1
2. Theoreticalbackgroundsandmethods 6
2.1. Sorptionisotherm 7
2.1.1. ExtendedLangmuirisotherm 11
2.2. Gascontentmeasurement 13
2.3. Volumetricmeasurement 16
2.4. Gascompressibilityfactor 20
3. Resultanalysis 24
3.1. Adsorptioncharacteristicsaccording tosizeofcoal 25
3.2. Adsorptioncharacteristicsaccording togastypes 28
3.3. Adsorptioncharacteristicsaccording toequilibrium time 31
4. Conclusion 35
5. Reference 38
6. Abstract(국문) 41

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