목차
표제지=0,1,1
제출문=0,2,1
요약문=i,3,2
SUMMARY=iii,5,3
CONTENTS=vi,8,3
목차=ix,11,3
그림목차=xii,14,3
표목차=xv,17,2
제1장 서론=1,19,1
제1절 매체순환식 가스연소기술 개요=1,19,3
제2절 기존 연소방법과의 비교=4,22,3
제3절 매체순환식 가스연소기술의 성능 및 경제성 검토=6,24,1
1. 천연가스복합발전(NGCC)과 CLC의 성능 및 경제성 비교=6,24,6
2. 석탄가스화복합발전(IGCC)과 CLC 시스템의 비교=11,29,5
3. 고체산화물연료전지(SOFC) 시스템과 CLC 시스템의 비교=16,34,3
4. 순수산소에 의한 수소연소 고온증기 시스템(HTSC)과 CLC 시스템의 비교=18,36,3
5. 매체순환식 가스연소기의 성능 및 경제성 비교결과 검토=21,39,1
제4절 연구개발 목표, 추진전략 및 방법=22,40,1
1. 연구개발 목표=22,40,2
2. 연구개발 추진전략 및 단계별 추진체계=24,42,3
3. 연구개발에 따른 기대성과=27,45,2
제2장 매체순환식 가스연소기술 연구동향=29,47,3
제1절 연구내용별 국내외 연구동향=32,50,1
1. 공정해석 및 경제성 평가 연구동향=32,50,4
2. 산소공여입자 개발 및 반응성 실험 연구동향=35,53,8
3. 공정개발 연구동향=43,61,3
4. 연구내용별 선도연구팀=45,63,3
제2절 향후 발전방향=47,65,1
1. 매체순환식 가스연소기술의 발전방향=47,65,3
2. 국내 매체순환식 가스연소기술의 발전방향 및 권고사항=49,67,4
제3장 산소공여입자의 수력학특성, 산화-환원 반응성, 재생성 및 탄소침적특성 측정 및 해석=53,71,1
제1절 소형 유동층 반응기 설계 및 제작=53,71,7
제2절 대량생산된 산소공여 입자의 최소유동화속도=59,77,4
제3절 대량생산된 산소공여 입자의 재생성=63,81,1
1. 실험장치 및 실험방법=63,81,2
2. 환원반응 반복실험 결과=64,82,11
3. 산화반응 반복실험 결과=75,93,9
제4장 50kWth 매체순환식 가스연소기에서 산소공여입자의 장기연속운전 실증=84,102,1
제1절 회분식 유동층에서 Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄ 입자의 산화-환원 반응실험=84,102,1
1. 실험장치 및 실험방법=84,102,4
2. 환원반응특성=88,106,10
3. 산화반응특성=98,116,5
제2절 50kWth 매체순환식 가스연소기에서 산화-환원 장기연속반응실증=103,121,1
1. 실험장치 및 실험방법=103,121,5
2. 장기 연속운전 실험결과=108,126,8
제5장 매체순환식 가스연소기 적용을 위한 산소공여입자의 금속산화물 선정기준=116,134,2
제1절 매체순환식 가스연소기의 공정구성=117,135,3
제2절 산소공여입자의 금속성분 선정=119,137,1
1. 적용 가능한 금속성분의 종류=119,137,2
2. 공정단순화를 위한 열역학적 고려=121,139,2
3. 안정적인 공정운전을 위한 고려-산소전달능력=123,141,6
4. 기존 실험결과와의 비교=129,147,2
5. 최적 금속성분 결정=130,148,3
제3절 공정성능에 미치는 다른 변수들의 영향=133,151,1
1. 산소공여입자에 포함된 금속산화물 함량의 영향=133,151,2
2. 공정 성능에 미치는 압력의 영향=134,152,2
제6장 결론 및 향후추진계획=136,154,1
제1절 연구내용 요약 및 결론=136,154,3
제2절 연구목표 달성도 및 선진국과의 기술수준 비교=139,157,4
참고문헌=143,161,8
영문목차
[title page etc.]=0,1,7
CONTENTS=vi,8,11
Chapter 1 . Introduction=1,19,1
Section 1 An Introduction to Chemical-Looping Combustion technology=1,19,3
Section 2 Comparison with previous combustion methods=4,22,3
Section 3 Investigation of capacity and economical efficiency=6,24,1
1. Comparison with Natural Gas Combined Cycle=6,24,6
2. Comparison with Integrated Gasification Combined Cycle=11,29,5
3. Comparison with Solid Oxide Fuel Cell=16,34,3
4. Comparison with H₂/0₂fired high-temperature steam cycle=18,36,3
5. Summary of capacity and economical efficiency investigation results=21,39,1
Section 4 Purpose, strategy, and plan of this study=22,40,1
1. Purpose of this study=22,40,2
2. Research strategy=24,42,3
3. Expected results=27,45,2
Chapter 2. The recent trend of CLC R&D=29,47,3
Section 1 Research trend=32,50,1
1. Process analysis and economical efficiency estimation=32,50,4
2. Development of oxygen carrier particles and reaction test=35,53,8
3. Process development=43,61,3
4. Leading research teams=45,63,3
Section 2 Future research directions=47,65,1
1. The nght direction to development chemical-looping combustor=47,65,3
2. Future research directions and advices=49,67,4
Chapter 3. Hydrodynamic characteristics, oxidation-reduction reactivity, regenerative ability and carbon deposition characteristics of oxygen carrier Particles=53,71,1
Section 1 Design and installation of small-scale fluidized bed=53,71,7
Section 2 Minimum fluidization velocity of oxygen carrier particles=59,77,4
Section 3 Regenerative ability of oxygen carrier particles=63,81,1
1. Experimental apparatus and methods=63,81,2
2. Results of cyclic reduction reaction=64,82,11
3. Results of cyclic oxidation reaction=75,93,9
Chapter 4. Demonstration of long-term operation in a 50kWth chemical-looping combustor=84,102,1
Section 1 Oxidation and reduction experiment in a batch type fluidized bed with Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂0₄ Particle=84,102,1
1. Experimental apparatus and methods=84,102,4
2. Reduction reaction=88,106,10
3. Oxidation reaction=98,116,5
Section 2 Demonstration of long-term operation in a 50kWth chemical-looping combustor=103,121,1
1. Experimental apparatus and methods=103,121,5
2. Results from long-term operation=108,126,8
Chapter 5. Criteria for selection of metal component in oxygen carrier particles for chemical-looping combustion=116,134,2
Section 1 Review of chemical-looping combustion process=117,135,3
Section 2 Determination of metal composition in the oxygen carrier particle=119,137,1
1. Applicable metal components=119,137,2
2. Consideration of thermodynamic properties to simplify the process=121,139,2
3. Consideration of stable operation of process-oxygen carrier capacity=123,141,6
4. Comparison of applicable metal components with previous results=129,147,2
5. Selection of the best metal component=130,148,3
Section 3 Effects of other variables on the performance of process=133,151,1
1. Effect of metal oxide content in oxygen carrier partlcle=133,151,2
2. Effect of pressure on performance of pressure=134,152,2
Chapter 6. Conclusion and future Prospect=136,154,1
Section 1 Summary and conclusions=136,154,3
Section 2 Achievement of research target and comparison of technology level with other countries=139,157,4
References=143,161,8
[그림 1-1] Conceptual diagram of chemical-looping combustor=3,21,1
[그림 1-2] Comparison between CLC and previous combustion methods=4,22,1
[그림 1-3] 발전방식에 따른 NOx 배출량 비교=5,23,1
[그림 1-4] 발전방식에 따른 CO₂ 배출량 비교=6,24,1
[그림 1-5] Flowsheet of (a) NGCC, (b) NGCC+CLC and (c) NGCC+CLC+CO₂ turbine=9,27,1
[그림 1-6] Flowsheet of process diagram=15,33,1
[그림 1-7] Schematic diagrams of SOFC and SOFC+CLC=17,35,1
[그림 1-8] Schematic diagram of (a) H₂/O₂gas turbine cycle, (b) H₂-fueled gas turbine cycle with CLC=19,37,1
[그림 1-9] 단계별 연구추진체계=26,44,1
[그림 2-1] 매체순환식 가스연소기술에 대한 각국의 연구기간=30,48,1
[그림 2-2]/[그림 2-4] 산소공여입자의 반응성과 설계 및 조업변수와의 상관관계=36,54,1
[그림 2-3] 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구팀의 공정개발 현황=44,62,1
[그림 2-4] 국내외에서 개발중인 매체순환식 가스연소기 공정의 용량 비교=45,63,1
[그림 2-5] 매체순환식 가스연소기술의 연구분야별 발전방향 및 현재 기술수준 (V로 표시)=48,66,1
[그림 2-6] 매체순환식 가스연소기술의 효을적 개발을 위한 연구협력체 구성방안=52,70,1
[그림 3-1] 소형 유동층 반응기의 개략적인 흐름도=54,72,1
[그림 3-2] 소형 유동층 반응기 사진=54,72,1
[그림 3-3] 자료수집-제어시스템 사진=54,72,1
[그림 3-4] 소형 유동층 반응기 자료수집 및 제어시스템의 주 화면=57,75,1
[그림 3-5] 소형 유동층 반응기 자료수집 및 제어시스템의 트렌드 화면=57,75,1
[그럼 3-6] 소형 유동층 반응기 자료수집 및 제어시스템의 schedule 화면=58,76,1
[그림 3-7] 소형 유동층 반응기 자료수집 및 제어시스템의 경보 화면=58,76,1
[그림 3-8] 소형 유동층 반응기 자료수집 및 제어시스템의 자료저장 화면=59,77,1
[그림 3-9] 세 가지 산소공여 입자의 사진=60,78,1
[그림 3-10] Determination of minimum fluidization velocity=62,80,1
[그림 3-11] 세 종류의 산소공여입자에 대한 온도변화에 따른=62,80,1
[그림 3-12] 환원반응에서 각 반복회수별 매출기체의 농도분포 (NiO/bentonite, 1-5 cycle)=65,83,1
[그림 3-13] 환원반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/bentonite, 6-10 cycle)=66,84,1
[그림 3-14] 환원반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/NiAl₂O₄, 1-5 Cycle)=67,85,1
[그림 3-15] 환원반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/NiAl₂O₄, 6-10 Cycle)=68,86,1
[그림 3-16] 환원반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄, 1-5 cycle)=69,87,1
[그림 3-17] 환원반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄, 6-10 cycle)=70,88,1
[그림 3-18] 환원반응에서 반복회수에 따른 CO₂, CO, CH₄의 평균 배출농도 변화=72,90,1
[그림 3-19] 환원반응에서 반복회수에 따른 CO₂ 선택도의 변화정도=73,91,1
[그림 3-20] 환원반응에서 각 입자의 반복회수별 CO₂, CO 배출농도 변화 비교=74,92,1
[그림 3-21] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/bentonite, 1-5 cycle)=76,94,1
[그림 3-22] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/bentonite, 6-10 cycle)=77,95,1
[그림 3-23] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/NiAl₂O₄, 1-5 Cycle)=78,96,1
[그림 3-24] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (NiO/NiAl₂O₄, 6-10 Cycle)=79,97,1
[그림 3-25] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄, 1-5 cycle)=80,98,1
[그림 3-26] 산화반응에서 각 반복회수별 배출기체의 농도분포 (Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄, 6-10 cycle)=81,99,1
[그림 3-27] 산화반응에서 반복회수에 따른 NO, NO₂, N₂O 평균 배출농도 변화=82,100,1
[그림 3-28] 산화반응에서 반복회수에 따른 O₂ 흡수량의 변화정도=83,101,1
[그림 4-1] 50kWth 매체순환식 가스연소기 전체 공정도 및 회분식 유동층 반응기의 확대도=85,103,1
[그림 4-2] 환원반응 동안의 층내 온도변화=89,107,1
[그림 4-3] 환원반응 동안의 층내 온도변화=90,108,1
[그림 4-4] 환원반응 동안의 층내 압력강하 변화=91,109,1
[그림 4-5] 환원반응 동안의 층내 압력강하 변화=92,110,1
[그림 4-6] 기체유속 변화에 따른 환원반응특성 변화=93,111,1
[그림 4-7] CH₄ 농도변화에 따른 환원반응특성 변화=95,113,1
[그림 4-8] 고체층 높이 변화에 따른 환원반응특성 변화 (U:0.05 m/s, CH₄:5 %)=96,114,1
[그림 4-9] 고체층 높이 변화에 따른 환원반응특성 변화 (U:0.1 m/s, CH₄:10 %)=97,115,1
[그림 4-10] 산화반응 동안의 층내 온도변화=99,117,1
[그림 4-11] 산화반응 동안의 층내 온도변화=100,118,1
[그림 4-12] 산화반응 동안의 층내 압력강하 변화=101,119,1
[그림 4-13] 산화반응 동안의 층내 압력강하 변화=102,120,1
[그림 4-14] 50kWth 매체순환식 가스연소기 PNID=104,122,1
[그림 4-15] 50kWth 매체순환식 가스연소기의 배치도 및 각 부분의 사진=105,123,1
[그림 4-16] 50kWth 매체순환식 가스연소기 공정제어를 위한 콘트를 화면=107,125,1
[그림 4-17] 장기연속운전 조건에서 산화반응기의 압력강하 분포=111,129,1
[그림 4-18] 장기연속운전 조건에서 loopseal의 압력강하 분포=112,130,1
[그림 4-19] 장기연속운전 조건에서 환원반응기의 압력강하 분포=113,131,1
[그림 4-20] 장기연속운전 조건에서 환원반웅기 배출기체의 농도분포=114,132,1
[그림 4-21] 장기연속운전 조건에서 산화반응기 배출기체의 농도분포=115,133,1
[그림 5-1] Schematic diagram of chemical-looping combustor=118,136,1
[그림 5-2] Effect Of ω on r oxi(이미지참조), r red(이미지참조), and G s(이미지참조)=128,146,1
[그림 5-3] Effect of NiO weight percent in the oxygen carrier particle on Ro, r oxi(이미지참조), r red(이미지참조), and G s(이미지참조)=134,152,1
[그림 5-4] Effect of Pressure on Ro, r oxi(이미지참조), r red(이미지참조), and G s(이미지참조)=135,153,1
[그림 6-1] Research history=136,154,1
[그림 6-2] 각국의 매체순환식 가스연소기 반응실험 결과 비교=142,160,1
[표 1-1] Energy Penalties for CO₂ capture=1,19,1
[표 1-2] 발전방식에 따른 발전효율 비교=5,23,1
[표 1-3] Data for the compressor, gas turbine and steam turbine=8,26,1
[표 1-4] Maximum thermal effciency=10,28,1
[표 1-5] Comparison of NGCC and [NGCC+CLC] system=11,29,1
[표 1-6] Summary of assumptions for exergy analysis=13,31,1
[표 1-7] Proximate and ultmate analysis of coal=14,32,1
[표 1-8] Composition of syngas from gasifier=14,32,1
[표 1-9] Exergy analysis and ASPEN simulation results in IGCC and CLC=14,32,1
[표 1-10] Comparison of cost parameters in a 50MWe plant=18,36,1
[표 1-11] Comparison of HTSC-GT cycle and H₂-fueled CLC system=20,38,1
[표 1-12] 연구개발 목표 및 내용=23,41,1
[표 2-1] 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구팀 및 연구분야=29,47,1
[표 2-2] 엑서지 분석 및 ASPEN 프로그램에 의한 매체순환식 가스연소기의 성능예측=33,51,1
[표 2-3] 매체순환식 가스연소기 산소공여입자 개발 및 반응성 실험에 대한 기존 연구=39,57,3
[표 2-4] 국내외 산소공여입자 개발연구 동향=42,60,1
[표 2-5] 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구현황 종합=46,64,1
[표 2-6] 주요 연구분야별 선진국과의 기술수준 비교 및 대응방법=50,68,1
[표 3-1] 소형유동층 PLC 시스템의 자료수집 및 제어 내용=56,74,1
[표 3-2] 세 가지 산소공여입자의 대표적인 물성치=60,78,1
[표 3-3] 세 가지 산소공여입자의 재생성 실험의 실험조건=64,82,1
[표 4-1] Experimental conditions and variables (batch type fluidized bed test)=87,105,1
[표 4-2] Equipments of 50kWth chemical-looping combustion system=104,122,1
[표 4-3] 50kWth 매체순환식 가스연소기의 상세규격=106,124,1
[표 4-4] 장기연속운전에 사용된 Co x(이미지참조) O y(이미지참조)/CoAl₂O₄ 입자의 대표적 물성치=108,126,1
[표 4-5] 장기 연속운전 실증실험의 실험조건=109,127,1
[표 5-1] Previous studies on oxygen carrier particle development=117,135,1
[표 5-2] Properties of applicable metal and metal oxide components=120,138,1
[표 5-3] Possible oxidation and reduction reactions for candidated metal components=122,140,1
[표 5-4] Variation of oxygen carrier capacity and operational values for each reaction=126,144,1
[표 5-5] Input data and parameters to calculate r oxi(이미지참조), r red(이미지참조) for each reaction=127,145,1
[표 5-6] Phase of metal oxide components identified with XRD in the previous studies=130,148,1
[표 5-7] Summary of rating results of possible oxidation and reduction reactions=132,150,1
[표 6-1] 목표대비 달성도 및 선진국과의 기술수준 비교=139,157,1
[표 6-2] 본 연구에 의한 매체순환식 가스연소기술 개발내용 및 선진국과의 연구성과 비교=140,158,1
[표 6-3] 공정개발 및 반응성 제어 측면에서 선진국과의 기술수준 비교=141,159,1