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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 14
제1절 연구필요성 14
1. 고유가시대의 도래 14
2. 일본의 에너지 정책과 저등급 석탄의 활용 15
3. 국내 에너지 환경 17
제2절 연구개요 20
제2장 갈탄 활용기술 24
제1절 석탄의 구조 및 분류체계 24
제2절 갈탄의 특성 27
제3절 갈탄 이용기술의 개요 및 특성 28
1. 국외 기술 현황 28
2. 국내 기술개발 현황 33
3. 국내외 기술 개발 프로그램 34
4. 기술의 문제점 및 개선방향 38
제3장 초 청정석탄 개발의 역사적 고찰 39
제1절 UCC(Ultra Clean Coal) 39
제2절 Hypercoal 43
1. Hypercoal의 경제성 45
2. Hypercoal process 분석 및 연구개발 내용 47
제4장 국내 기술개발 계획 및 추진체계 50
제5장 실험 장치 및 방법 54
제1절 석탄 선정 54
1. 초청정 석탄 후보탄 선정 54
2. 석탄 분석 55
제2절 석탄 추출에 사용되는 용매 특성 57
1. 석탄 추출에 있어 용매 특성 57
2. 주로 사용되는 용매 59
제3절 용매 추출에 의한 석탄 추출 실험 60
1. 석탄 추출 공정 60
2. 실험장치 61
3. 실험방법 69
제4절 금속 이온 제거 실험 74
1. 실험장치 75
2. 실험방법 79
제6장 실험결과 및 고찰 89
제1절 석탄의 용매 추출실험 결과 89
1. 석탄의 추출 메커니즘 89
2. 석탄의 용매 추출 영향인자에 따른 결과 93
3. 회분의 화학성분 분석 결과 109
4. SEM 분석 결과 110
5. 공업 분석 결과 114
6. Semi-continuous type 용매 추출 실험 결과 116
제2절 금속 이온 제거 실험 결과 118
1. 무기이온교환체 분석 118
2. 이온교환용량 측정 실험 결과 125
3. 유기용매 내에서의 알칼리금속이온제거 실험 결과 132
제3절 연속식 초청정석탄 제조 벤치규모 개념설계 134
제7장 결론 및 향후 계획 136
참고문헌 138
서지정보양식 141
〈표 1-2〉 고유가 시대의 국내경제 전망 15
〈표 1-3〉 1차 에너지 소비추이 18
〈표 1-4〉 산업부문 에너지원별 소비현황 19
〈표 2-1〉 석탄의 등급과 특성 및 용도 26
〈표 2-2〉 세계 석탄 매장량 분포 27
〈표 2-3〉 갈탄 원탄과 UBC 처리후 석탄의 물성 비교 30
〈표 4-1〉 원료 석탄, 초 청정석탄, 그리고 석탄 제조 후 residue의 물성 비교 51
〈표 4-2〉 초 청정석탄 생산가격비교와 plant 건설비용 추산 결과 51
〈표 5-1〉 석탄 종류별 매장량 55
〈표 5-2〉 석탄 물성 분석 결과 56
〈표 5-3〉 화학성분 분석 56
〈표 5-4〉 석탄의 중금속 분석 결과 57
〈표 5-5〉 용매 원료와 비점범위에 따른 특성 58
〈표 5-6〉 용매의 종류에 따른 추출수율 및 용매회수율 특성 59
〈표 5-7〉 석탄의 추출에 사용되는 용매들 60
〈표 5-8〉 인산금속산화물의 조성 82
〈표 6-1〉 Kideko coal의 추출실험 및 공업분석 결과 94
〈표 6-2〉 Kideko coal의 추출실험 및 공업분석 결과(계속) 95
〈표 6-3〉 Roto south coal의 추출실험 및 공업분석 결과 96
〈표 6-4〉 Sunhwa coal의 추출실험 및 공업분석 결과 97
〈표 6-5〉 Analysis results of extracted coal and residual coal 98
〈표 6-6〉 원료탄, 추출탄, 잔탄의 화학성분 분석결과 109
〈표 6-7〉 실험장치 변경에 따른 공업분석 결과 116
〈표 6-8〉 1-MN 적용시 추출탄과 잔탄의 공업분석 결과 117
〈표 6-9〉 ZTP 시료의 원소비율 분석 결과 125
〈표 6-10〉 무기이온교환체들과 측정된 초기산세기 126
〈표 6-11〉 재생에 의한 무기이온교환체의 초기산세기 변화 130
[그림 1-2] 고유가가 국내 경제에 미치는 영향 예측 15
[그림 1-3] 일본의 석탄 수입 및 사용현황 (2003) 16
[그림 1-4] 21st international pittsburgh coal conference (2004)에 발표된 논문들의 분야별 논문 수:석탄 분야 국제기술 동향 17
[그림 1-5] 년도별 1차 에너지 소비 비중 20
[그림 1-6] 연소 중 보일러 튜브 표면에서의 융착현상과 융착사진 21
[그림 1-7] 초 청정 석탄 효과 22
[그림 1-8] 발전용 보일러와 배가스 처리설비의 개념도 23
[그림 2-1] 고휘발분 석탄과 역청탄의 구조 25
[그림 2-2] UBC process 공정 단계 29
[그림 2-3] UBC 공정 흐름도 29
[그림 2-4] UBC 공정에서 갈탄내의 기공과 oil이 대체되는 과정 30
[그림 2-5] 갈탄을 대상으로 하는 upgrading process들의 공정 조건 비교 31
[그림 2-6] 석탄 종류별 MTE 처리조건에 따른 수분 제거율 32
[그림 2-7] 부분산화/가스화와 촤의 연소 공정 35
[그림 2-8] 미국 EERC (North Dakota)에서 개발하고 있는 열분해/부분가스화/연소시스템인 transfer reactor 36
[그림 2-9] 일본에서 인도네시아 현지에 가동하고 있는 UBC demonstration plant (5t/day, 2005] 37
[그림 2-10] 일본의 UBC 생산기술의 개발 계획 37
[그림 2-11] 인도네시아의 갈탄 활용 기술개발 time schedule 37
[그림 3-1] TRW의 Graviment Coal Process 39
[그림 3-2] Battelle's coal digestion process 40
[그림 3-3] CEN Fuel 공정도 41
[그림 3-4] CEN Fuel 특성 41
[그림 3-5] 호주와 일본이 공동으로 개발하고 있는 UCC 공정도 42
[그림 3-6] 호주 Hunter Valley에 설치되어 있는 UCC Project의 Pilot Plant(10 ton/day, 1500만USD) 42
[그림 3-7] HyperCoal Project 공정개념도 43
[그림 3-8] HyperCoal firing power generation system 44
[그림 3-9] 일본의 CCT(Clean Coal Technology) program 45
[그림 3-10] 일본의 CO₂reduction scenario (Road-Map) 45
[그림 3-11] Hyper-coal 제조 과정 46
[그림 3-12] HyperCoal과 기존 석탄의 가격 비교 46
[그림 3-13] 초청정연료 생산 종합 공정도 49
[그림 4-1] Road map for ash free coal production process in KIER 52
[그림 4-2] 1단계 추진계획 53
[그림 5-1] 세계의 자원 매장량 54
[그림 5-2] 석탄 추출 공정도 61
[그림 5-3] Batch type autoclave 석탄 추출실험장치 조립도(2 set 구성) 63
[그림 5-4] 2 set 석탄 추출 실험장치 설치 모습 64
[그림 5-5] Semi-continuous type 석탄 추출 실험장치 조리도 65
[그림 5-6] Semi-continuous type 석탄 추출실험장치 P&ID 66
[그림 5-7] Seml-continuous type 석탄 추출 실험장치 부분별 도면 67
[그림 5-8] Seml-continuous type 석탄 실험장치 68
[그림 5-9] 정돈된 석탄 추출 실험실 모습 68
[그림 5-10] 용매 특성 69
[그림 5-11] 실험 과정 70
[그림 5-12] 추출물의 여과, 건조 및 분석 72
[그림 5-13] 상등액 만을 빼내기 위한 실험 모습 73
[그림 5-14] 추출 종료후 회수된 용매 73
[그림 5-15] 이온교환용량 측정장치 76
[그림 5-16] 오토클레이브 장비 사진과 설계도면 76
[그림 5-17] 원자흡광분석기 (atomic absorption spectrophotometer) 78
[그림 5-18] 상업용 제올라이트의 TGA 분석결과 (열분해 온도 측정) 81
[그림 5-19] 인산금속산화물의 합성법 81
[그림 5-20] Activated carbon surface treatment system 84
[그림 5-21] 이온교환용량 측정 방법 86
[그림 6-1] 역청탄 집합체의 화학적 구조 90
[그림 6-2] 열적이완에 의해 집합체에서 분리된 형상 모사 90
[그림 6-3] 아역청탄 집합체의 화학적 구조 92
[그림 6-4] 아역청탄에 있어 온도변화에 따른 집합체의 분리된 형상 모사 92
[그림 6-5] 산처리할 경우 석탄의 분해과정 제안 메커니즘 92
[그림 6-6] 추출 운전온도 변화에 따른 추출수율 99
[그림 6-7] 운전 초기압력 변화에 따른 추출수율 100
[그림 6-8] 추출 운전시간 변화에 따른 추출수율 101
[그림 6-9] 추출 운전온도 변화에 따른 추출탄의 회분농도 102
[그림 6-10] 초기 압력변화에 따른 추출탄의 회분농도 103
[그림 6-11] 운전 시간 변화에 따른 추출탄의 회분농도 104
[그림 6-12] 추출 운전온도 변화에 따른 잔탄의 회분농도 105
[그림 6-13] 초기 압력변화에 따른 잔탄의 회분농도 106
[그림 6-14] 운전 시간 변화에 따른 잔탄의 회분농도 106
[그림 6-15] 추출온도 변화에 따른 추출탄에서의 고정탄소량 107
[그림 6-16] 추출온도 변화에 따른 잔탄에서의 고정탄소량 107
[그림 6-17] 추출온도 변화에 따른 추출탄에서의 휘발성분량 108
[그림 6-18] 추출온도 변화에 따른 잔탄에서의 휘발성분량 108
[그림 6-19] Kideko coal SEM 분석 111
[그림 6-20] Roto south coal SSM 분석 112
[그림 6-21] Sunhwa coal SEM 분석 113
[그림 6-22] 공업분석 결과 회의 형상 115
[그림 6-23] ZP의 소성온도에 따른 X-선 회절도 119
[그림 6-24] TP의 소성온도에 따른 X-선 회절도 119
[그림 6-25] ZTP의 소성온도에 따른 X-선 회절도 121
[그림 6-26] Z1T3P의 소성온도에 따른 X-선 회절도 122
[그림 6-27] Z3TIP의 소성온도에 따른 X-선 회절도 122
[그림 6-28] 75℃에서 건조된 금속인산화합물의 X-선 회절도 비교 124
[그림 6-29] 300℃에서 2시간 동안 소성된 금속인산화합물의 X-선 회절도 비교 124
[그림 6-30] ZTP의 적정곡선과 종말점(end point) 127
[그림 6-31] 무기이온교환체들의 적정곡선 (first cycle) 128
[그림 6-32] 제올라이트의 이온교환과 재생 129
[그림 6-33] 무기이온교환체들의 적정곡선 (second cycle) 131
[그림 6-34] NMP 내 나트륨이온 제거 실험 결과 (NMP 내 잔류 나트륨이온 농도) 133
[그림 6-35] 연속식 초청정석탄 제조 벤치규모 개념 공정 135