목차
[표제지 등]=0,1,2
제출문=0,3,1
요약문=i,4,2
Summary=iii,6,4
Contents=vii,10,2
목차=ix,12,2
그림목차=xi,14,5
표목차=xvi,19,2
제1장 서론=1,21,1
제1절 매체순환식 가스연소기술 개요=1,21,3
제2절 기존 연소방법과의 비교=4,24,3
제3절 매체순환석 가스연소기술의 성능 및 경제성 검토=6,26,1
1. 천연가스복합발전(NGCC)과 CLC의 성능 및 경제성 비교=6,26,6
2. 석탄가스화복합발전(IGCC)과 CLC 시스템의 비교=11,31,4
3. 고체산화물연료전지(SOFC) 시스템과 CLC 시스템의 비교=15,35,3
4. 순수산소에 의한 수소연소 고온증기 시스템(HTSC)과 CLC 시스템의 비교=17,37,3
5. 매체순환식 가스연소기의 성능 및 경제성 비교결과 검토=20,40,1
제4절 연구개발 목표, 추진전략 및 방법=21,41,1
1. 연구개발 목표=21,41,2
2. 연구개발 추진전략 및 단계별 추진체계=23,43,3
3. 연구개발에 따른 기대성과=26,46,2
제2장 매체순환식 가스연소기술 연구동향=28,48,3
제1절 연구내용별 국내외 연구동향=31,51,1
1. 공정해석 및 경제성평가 연구동향=31,51,4
2. 산소공여입자 개발 및 반응성 실험 연구동향=34,54,9
3. 공정개발 연구동향=43,63,3
4. 연구내용별 선도연구팀=45,65,3
제2절 향후 발전방향=47,67,1
1. 매체순환식 가스연소기술의 발전방향=47,67,3
2. 국내 매체순환식 가스연소기술의 발전방향 및 제언=49,69,5
제3장 산소공여입자 성능평가 및 천연가스연소 실종=54,74,1
제1절 산소공여입자 제조=54,74,6
제2절 실험장치 및 실험방법=60,80,1
1. 열중량분석기(Thermo-Gravimetric Analyzer, TGA)=60,80,4
2. 내마모도 측정장치=64,84,2
3. 회분식 유동층 반응기=66,86,5
제3절 산소공여입자의 성능평가 항목=71,91,1
1. 열중량분석기를 이용한 산소공여입자의 성능평가=71,91,3
2. 산소공여입자의 내마모도 측정=74,94,1
3. 회분식 유동층 반응기를 이용한 산소공여입자 성능평가=75,95,2
제4절 열중량분석기를 이용한 산소공여입자 성능평가 결과=77,97,1
1. 반응온도의 영향=77,97,4
2. 금속산화물 함량의 영향=81,101,3
3. 금속산화물과 지지체의 종류에 따른 반응특성=84,104,3
4. 탄소침적특성=87,107,5
제5절 내마모성 평가 결과=92,112,3
제6절 최소유동화속도=95,115,3
제7절 유동층 반응기를 이용한 산소공여입자의 성능평가 결과=98,118,3
1. 산소공여입자 종류에 따른 반응특성=101,121,7
2. 체류시간에 따른 반응특성=108,128,4
3. 금속산화물 함량에 따른 반응특성=112,132,2
제8절 매체순환식 가스연소기 산소공여입자의 천연가스연소 실증=114,134,11
제4장 50kWth 매체순환식 가스연소기 장기연속운전 실증=125,145,1
제1절 실험장치 및 실험방법=125,145,5
제2절 장기연속운전 실험결과=130,150,18
제5장 결론 및 향후추진계획=148,168,1
제1절 연구내용 요약 및 결론=148,168,4
제2절 연구목표 달성도 및 선진국과의 기술수준 비교=152,172,4
참고문헌=156,176,7
서지정보양식=163,183,2
[그림 1-1] Conceptual Diagram Of Chemical-Looping Combustor=3,23,1
[그림 1-2] Comparison Between CLC And Previous Combustion Methods=4,24,1
[그림 1-3] 발전방식에 따른 NOx 배출량 비교=5,25,1
[그림 1-4] 발전방식에 따른 CO₂ 배출량 비교=6,26,1
[그림 1-5] Flowsheet Of (a) NGCC, (b) NGCC+CLC And (c) NGCC+CLC+CO₂Tubine=9,29,1
[그림 1-6] Flowsheet Of Process Diagram (a) CLC-GT System With NiO As Oxygen Carrier And Syngas As Fuel (b) CLC-GT System With Fe₂O₃ As Oxygen Carrier And Syngas As Fuel (c) IGCC-GT System With Combustion Of The Syngas=14,34,1
[그림 1-7] Schematic Diagrams Of SOFC And SOFC+CLC (a) SOFC And Gas Turbine (b) SOFC And Gas Turbine Integrated With A CLC Cycle=16,36,1
[그림 1-8] Schematic Diagram Of (a) H₂O₂ Gas Turbine Cycle, (b) H₂-Fueled Gas Turbine Cycle With CLC=18,38,1
[그림 1-9] 단계별 연구추진체계=25,45,1
[그림 2-1] 매체순환식 가스연소기술에 대한 각국의 연구기간 J: Japan, S: Sweden, U: USA, N: Korea=29,49,1
[그림 2-2] 산소공여입자의 반응성과 설계 및 조업변수와의 상관관계=35,55,1
[그림 2-3] 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구팀의 공정개발 현황=44,64,1
[그림 2-4] 국내외에서 개발중인 매체순환식 가스연소기 공정의 용량 비교=45,65,1
[그림 2-5] 매체순환식 가스연소기술의 연구분야별 발전방향 및 현재 기술수준 (V로 표시)=48,68,1
[그림 2-6] 매체순환식 가스연소기술의 효율적 개발을 위한 연구협력체 구성방안=52,72,1
[그림 3-1] Preparation Procedure Of NiO/Bentonite Particles=53,77,1
[그림 3-2] Preparation Procedure Of NiO/NiAl₂O₂ Particles=58,78,1
[그림 3-3] Preparation Procedure Of LaAl(11)O(18)(이미지 참조)=59,79,1
[그림 3-4] Preparation Procedure Of NiO/LaAl(11)O(18) Particles(이미지 참조)=59,79,1
[그림 3-5] Schematic Diagram Of Thermo-Gravimetric Analyzer=62,82,1
[그림 3-6] Photo Of Thermo-Gravimetric Analyzer=62,82,1
[그림 3-7] Schcmatic Diagram Of Attrition Tester=65,85,1
[그림 3-8] Schematic Diagram Of Batch Type Fluidized Bed=67,87,1
[그림 3-9] 소형 유동층 반응기 사진=68,88,1
[그림 3-10] 자료수집-제어시스템 사진=68,88,1
[그림 3-11] Definitions Of Four Attrition Indexes=74,94,1
[그림 3-12] Typical Weight Change Of Oxygen Cerrier Particle During 1st Reduction-Oxidation Cycle(NiO/Bentonite(60%) Particle=78,98,1
[그림 3-13] Effect Of Temperature On Reduction Reactivity. (NiO/LaAl(11)O(18)(60%))(이미지 참조)=79,99,1
[그림 3-14] Effect Of Temperature On Maximum Conversion(NiO/LaAl(11)O(18)(60%))(이미지 참조)=79,99,1
[그림 3-15] Effect Of Temperature On Reduction Rates (NiO/LaAl(11)O(18)(60%))(이미지 참조)=80,100,1
[그림 3-16] Effect Of Temperature On Oxidation Rates (NiO/LaAl(11)O(18)(60%))(이미지 참조)=80,100,1
[그림 3-17] NiO Weight Percent In The Oxygen Carrier Particle vs Oxygen Transfer Capacity(NiO/LaAl(11)O(18), 900℃)=82,102,1
[그림 3-18] Effect Of NiO Weight Percent On Rcduction Reactivity. (NiO/LaAl(11)O(18) 900℃)(이미지 참조)=82,102,1
[그림 3-19] Effect Of NiO Weight Percent On Maximum Conversion. (NiO/LaAl(11)O(18) 900℃)(이미지 참조)=83,103,1
[그림 3-20] Effect Of NiO weight Percent On Maximum Reduction Rates. (NiO/LaAl(11)O(18) 900℃)(이미지 참조)=83,103,1
[그림 3-21] Maximum Conversion Of Oxygen Carrier Particles. (At 800℃ ANd 900℃)=85,105,1
[그림 3-22] Maximum Conversion Difference Of Oxygen Carrier Particles Beween 800℃ And 900℃=86,106,1
[그림 3-23] Reduchon Rates Of Oxygen Carrier Particles(900℃)=86,106,1
[그림 3-24] Typical Weight Trend During Reduction And Oxidation With Carbon Deposition=88,108,1
[그림 3-25] Effect Of NiO Weight Percent In NiO/LaAl(11)O(18) Particles On Carbon Deposition Characteristics At 800℃=89,109,1
[그림 3-26] Effect Of NiO Weight Percent In NiO/LaAl(11)O(18) Particles On Carhnn Denositinn Characteristics At 900℃=89,109,1
[그림 3-27] Effect Of Reduction Gas On Oxygen Transfer Capacity (NiO/LaAl(11)O(18) Particle,900℃)(이미지 참조)=91,111,1
[그림 3-28] Carbon Deposition Characteristics Of Oxygen Carrier Particles At 900℃=91,111,1
[그림 3-29] Effect Of NiO Weight Percent In NiO/Bentonite Particles On Attrition Loss=93,113,1
[그림 3-30] Effect Of NiO Weight Percent In NiO/LaAl(11)O(18) Particles On Attrition Loss(이미지 참조)=93,113,1
[그림 3-31] Effect Of Kinds Of Oxygen Carrier Particles On Attrition Test=94,114,1
[그림 3-32] Typical Pressure Drop Profiles In Batch Type Fluidized Bed With Increasing Of Temperature And Gas Velocity. (Co(x)O(y)/CoAl₂O₄(70%))(이미지 참조)=96,116,1
[그림 3-33] Effect Of Temperature On Minimum Fluidzation Velocity In Batch Type Fluidized Bed Reactor For Three Oxygen Carrier Particles=97,117,1
[그림 3-34] Typical Gas Concentrations And Pressure Drop Profiles In Batch Type Fluidized Bed Reactor During Reduction(I), Purging(II), Oxidation(III) And Purging(IV) For Co(x)O(y)/CoAl₂O₄(70%) Particle At 900℃(이미지 참조)=99,119,1
[그림 3-35] Typical Gas Concentration Profiles CH₄ CombusiOon In Batch Type Fluidized Reactor During Successive 10 Cycles Reduction-Oxidation Test(Co(x)O(y)/CoAl₂O₄)(이미지 참조)=100,120,1
[그림 3-36] Effect Of The Number Of Cycles On Gas Conversion For Four Kinds Of Oxygen Carrier Particles(CH₄, 900℃)=103,123,1
[그림 3-37] Comparison Of Average Gas Conversion For Four Kinds Of Oxygen Carrier Particles(CH₄, 900℃)=103,123,1
[그림 3-38] Effect Of The Number Of Cycles On CO₂ Selectivity For Four Kinds Of Oxygen Carrier Particles(CH₄, 900℃)=104,124,1
[그림 3-39] Comparison Of Average CO₂ Selectivity For Four Kinds Of Oxygen Carrier Paticles(CH₄,900℃)=104,124,1
[그림 3-40] Effect Of The Number Of Cycles On CO Concentration For Four Kinds Of Oxygen Carrier Particles(CH₄,900℃)=105,125,1
[그림 3-41] Comparison Of Average CO Concentration For Four Kinds Of Oxygen Carrier Paticles(CH₄,900℃)=105,125,1
[그림 3-42] Effect Of The Number Of Cycles On NOx Emissions For Four Kinds Of Oxygen Carrier Particles (CH₄, 900℃)=106,126,1
[그림 3-43] Variation Of Gas Conversion With The Number Of Cycles At Different Gas Residence Time(NiO/Bentonite(60%), CH₄, 900℃)=109,129,1
[그림 3-44] Effect Of Gas Residence Time On Average Gas Conversion(NiO/Bentonite(60%), CH₄,900℃)=109,129,1
[그림 3-45] Variation Of CO₂ Selectivity With The Number Of Cycles At Different Gas Residence Time(NiO/Bentonite(60%), CH₄, 900℃)=110,130,1
[그림 3-46] Effect Of Gas Residence Time On Average CO₂ Selectivity (NiO/Bentonite(60%), CH₄, 900℃)=110,130,1
[그림 3-47] Variation Of CO Concentration With The Number Of Cycles At Different Gas Residence Time(NiO/Bentonite(60%), CH₄, 900℃)=111,131,1
[그림 3-48] Effect Of Gas Residence Time On Average CO Concentration (NiO/Bentonite(60%), CH₄, 900℃)=111,131,1
[그림 3-49] Comparison Of Gas Conversion, CO₂ Selectivity And CO Concentration Between NiO/LaAl(11)O(18)(70%) And NiO/LaAl(11)O(18)(90%) Particles(이미지 참조)=113,133,1
[그림 3-50] Typical Gas Concentration Profiles In Batch Type Fluidized Bed Reactor During Successive 10 Cycles Reduction-Oxidation Test With LNG And Air(NiO/NiAl₂O₄(70%),900℃)=115,135,1
[그림 3-51] Effect Of The Number Of Cycles On Gas Conversion For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles(LNG, 900℃)=116,136,1
[그림 3-52] Comparison Of Average Gas Conversion For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles(LNG, 900℃)=116,136,1
[그림 3-53] Effect Of The Number Of Cycles On CO₂ Selectivity For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles (LNG, 900℃)=118,138,1
[그림 3-54] Comparison Of Average CO ₂Selectivity For Three Kinds Of Oxygen Carrier Paticles(LNG\, 900℃)=118,138,1
[그림 3-55] Effect Of The Number Of Cycles On CO Concentration For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles(LNG, 900℃)=119,139,1
[그림 3-56] Comparison Of Average CO Concentration For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles(LNG, 900℃)=119,139,1
[그림 3-57] Effect Of The Number Of Cycles On NOx Emissions For Three Kinds Of Oxygen Carrier Particles(LNG, 900℃)=120,140,1
[그림 3-58] Comparison Of Gas Conversion, CO₂ Selcctivity And CO Concentration Between CH₄Reduction And LNG Reduction=122,142,1
[그림 3-59] Comparison Of Reactivity Of Oxygen Carrier Particles Between CH₄-Reduction And LNG-Reduction(Gas Conversion, CO₂ Selectivity, CO Concentration)=123,143,1
[그림 3-60] Comparison Of Average NOx Emissions Between CH₄-Reduction And LNG-Reduction For Three Oxygen Carrier Particles=124,144,1
[그림 4-1] 50kWth 매체순환식 가스연소기 PNID=126,146,1
[그림 4-2] 50kWth 매체순환식 가스연소기의 배치도 및 각 부분의 사진=127,147,1
[그림 4-3] 50kWth 매체순환식 가스연소기 공정제어를 위한 콘트롤 화면=129,149,1
[그림 4-4] 산화-환원 연속반응 동안 산화반응기에서의 압력강하 분포(NiO/Bentonite(60%) 입자)=132,152,1
[그림 4-5] 산화-환원 연속반응 동안 환원반응기와 수평고체흐름관에서의 입력강하 분포(NiO/Bentonite(60%) 입자)=133,153,1
[그림 4-6] 산화-환원 연속반응 동안 Loopseal에서의 압력강하 분포(NiO/Bentonite(60%) 입자)=134,154,1
[그림 4-7] 매체순환식 가스연소기 공정제어를 위한 콘트롤 화면의 예(산화반응기, 수평고체흐름관 및 Loopseal을 중심으로 표시)=135,155,1
[그림 4-8] 매체순환식 가스연소기 공정제어를 위한 콘트롤 화면의 예(환원반응기를 중심으로 표시)=136,156,1
[그림 4-9] 산화-환원 연속반응에서 환원반응기에서 배출되는 기체의 농도변화 (NiO/Bentonite(60%) 입자)=138,158,1
[그림 4-10] 산화-환원 연속반응에서 산화반응기에서 배출되는 기체의 농도변화(NiO/Bentonite(60%) 입자)=139,159,1
[그림 4-11] 산화-환원 연속반응 동안 산화반응기에서의 압력강하 분포(CoxOy/CoAl₂O₄(70%)입자)=141,161,1
[그림 4-12] 산화-환원 연속반응 동안 loopsea1에서의 압력강하 분포(CoxOy/CoAl₂O₄(70%)입자)=142,162,1
[그림 4-13] 산화-환원 연속반응 동안 환원반응기에서의 압력강하 분포(CoxOy/CoAl₂O₄(70%)입자)=143,163,1
[그림 4-14] 산화-환원 연속반응에서 환원반응기에서 배출되는 기체의 농도변화(CoxOy/CoAl₂O₄(70%)입자)=145,165,1
[그림 4-15] 산화-환원 연속반응에서 산화반응기에서 배출되는 기체의 농도변화(CoxOy/CoAl₂O₄(70%)입자)=146,166,1
[그림 5-1] Research History=148,168,1
[그림 5-2] 각 연구국가별 공정실증규모 비교=155,175,1
[그림 5-3] 각 연구국가별 연속운전시간 비교=155,175,1
[그림 5-4] 각 연구국가별 연료전환율(CH₄) 비교=155,175,1
[그림 5-5] 각 연구국가별 CO₂선택도 비교=155,175,1
(표 1-1) Energy Penalties For CO₂ Capture=1,21,1
(표 1-2) 발전방식에 따른 발전효율 비교=5,25,1
(표 1-3) Data For The Compressor, Gas Turbine And Steam Turbine At A Pressure 13 Bars In The Top Cycle=8,28,1
(표 1-4) Maximum Thermal Efficiency=10,30,1
(표 1-5) Comparison Of NGCC And (NGCC+CLC) System=11,31,1
(표 1-6) Summary Of Assumptions For Exergy Analysis=12,32,1
(표 1-7) Proximate And Ultimate Analysis Of Coal=13,33,1
(표 1-8) Composition Of Syngas From Gasifier=13,33,1
(표 1-9) Exergy Analysis And ASPEN Simulation Results In IGCC And CLC=13,33,1
(표 1-10) Comparison Of Cost Parameters In A 500MWe Plant=17,37,1
(표 1-11) Comparison Of HTSC-GT Cycle And H₂-Fueled CLC System=19,39,1
(표 1-12) 연구개발 목표 및 내용=22,42,1
(표 2-1) 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구팀 및 연구분야=28,48,1
(표 2-2) 엑서지 분석 및 ASPEN 프로그램에 의한 매체순환식 가스연소기의 성능예측=32,52,1
(표 2-3) 매체순환식 가스연소기 산소공여입자 개발 및 반응성 실험에 대한 기존 연구=38,58,4
(표 2-4) 국내외 산소공여입자 개발연구 동향=42,62,1
(표 2-5) 국내외 매체순환식 가스연소기술 관련 연구현황 종합=46,66,1
(표 2-6) 주요 연구분야별 선진국과의 기술수준 비교 및 대응방법=50,70,1
(표 2-7) 매체순환식 가스연소기술관련 선진국 R&D 프로그램=53,73,1
(표 3-1) Summary Of Oxygen Carrier Particles Characteristics=56,76,1
(표 3-2) Experimental Conditions And Methods In TGA=63,83,1
(표 3-3) ComposiOon Of LNG=69,89,1
(표 3-4) Experimental Conditions And Methods In Batch Type Fluidized Bed=70,90,1
(표 3-5) Comparison Of Reactivities Of Oxygen Carrier Particles Between Previous Results And Those Of This Study=107,127,1
(표 4-1) Equipments Of 50kWth Chemical-Looping Combustion System=126,146,1
(표 4-2) 50kWth 매체순환식 가스연소기의 상세규격=128,148,1
(표 4-3) 장기연속 실증운전에 사용된 NiO/Bentonite(60%), CoxOy/CoAl₂O₄(70%) 입자의 대표적 물성치)=130,150,1
(표 4-4) 장기연속운전 실증실험의 실험조건=131,151,1
(표 4-5) NiO/Bentonite 입자와 CoxOy/CoAl₂O₄ 입자에 대한 장기연속운전 실증실험 결과비교=147,167,1
(표 5-1) 목표대비 달성도 및 선진국과의 기술수준 비교=152,172,1
(표 5-2) 본 연구에 의한 매체순환식 가스연소기술 개발내용 및 선진국과의 연구성과 비교=153,173,1
(표 5-3) 공정개발 및 반응성 제어 측면에서 선진국과의 기술수준 비교=154,174,1