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요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 서론 15
제1절 연구목적 및 내용 15
제2절 연구필요성 15
1. 고유가시대의 도래 15
2. 일본의 에너지정책과 저등급 석탄의 활용 17
3. 국내 에너지 환경 17
제3절 연구개요 20
제4절 국내 기술개발 계획 및 추진체계 22
제2장 문헌적 고찰 24
제1절 석탄의 구조 및 분류체계 24
제2절 갈탄의 특성 및 국내외 이용기술 26
1. 갈탄의 특성 26
2. 국외 기술 현황 27
3. 국내 기술개발 현황 30
4. 국내외 기술 개발 프로그램 32
5. 기술의 문제점 및 개선방향 35
제3절 초 청정석탄 개발의 역사적 고찰 35
1. UCC(Ultra Clean Coal) 36
2. Hyper Coal 38
3. Hypercoal의 경제성 39
4. Hypercoal process 분석 40
제3장 연구 결과 42
제1절 초 청정석탄 제조 기술 개발 42
1. 개요 42
2. 초청정 석탄 후보탄 선정 42
3. 석탄 추출에 사용되는 용매 특성 43
4. 실험 및 방법 47
5. 실험 결과 53
6. 결론 및 향후 연구방향 71
제2절 석탄용매추출물에서 금속이온 제거 연구 72
1. AAS 73
2. AAS 분석을 위한 전처리 75
3. 이온교환체의 전처리 76
4. 이온교환체 특성분석 77
5. 실험 결과 84
6/7. 요약 및 향후 연구방향 90
제3절 석탄의 용매추출반응 특성 규명 91
1. 서론 91
2. 문헌연구 92
3. 연구 방법 101
4. 연구 결과 및 고찰 104
5. 요약 및 향후 연구방향 114
제4절 벤치규모 초청정석탄 제조 장치 개발 및 운전 116
1. 장치제작 개요 116
2. 실험 및 방법 116
3. 실험결과 119
제4장 결론 및 향후 연구 과제 120
제1절 요약 120
제2절 향후 과제 121
참고문헌 122
서지정보양식
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET
〈표 1-1〉 고유가 시대의 국내경제 전망 17
〈표 1-2〉 1차 에너지 소비추이 18
〈표 1-3〉 산업부문 에너지원별 소비현황 19
〈표 2-1〉 석탄의 등급과 특성 및 용도 25
〈표 2-2〉 세계 석탄 매장량 분포 26
〈표 2-3〉 갈탄 원탄과 UBC 처리후 석탄의 물성 비교 28
〈표 3-1〉 석탄 분석 결과 43
〈표 3-2〉 석탄 화학성분 분석 43
〈표 3-3〉 용매 원료와 비점범위에 따른 특성 44
〈표 3-4〉 용매의 종류에 따른 추출수율 및 용매회수율 특성 45
〈표 3-5〉 석탄의 추출에 사용되는 용매들 46
〈표 3-6〉 석탄 물성 분석 결과 50
〈표 3-7〉 원료탄의 특성 61
〈표 3-8〉 1-MN(1-methylnaphthalene) 용매를 적용하였을 경우 분석결과들. 61
〈표 3-9〉 LCO(Light Cycle Oil)용매를 적용하였을 경우 분석결과들 62
〈표 3-10〉 추출방법에 따른 추출탄과 잔탄의 분석결과 66
〈표 3-11〉 비표면적 분석 결과 70
〈표 3-12〉 선정된 무기이온교환체의 조성과 분자식 72
〈표 3-13〉 용매추출에서의 추출탄과 잔류탄의 Na+(이미지참조) 이온 농도 76
〈표 3-14〉 무기이온교환체의 전처리에 사용된 용액내의 Na+(이미지참조) 이온 농도 77
〈표 3-15〉 추출탄과 잔류탄 내의 나트륨 이온 농도. 84
〈표 3-16〉 ZTP를 사용한 이온교환실험 결과 85
〈표 3-17〉 석탄 시료의 사양 102
〈표 3-18〉 사용한 용매의 특성 102
〈표 3-19〉 Soxhlet Extraction 결과 106
〈표 3-20〉 RC세척을 도입한 Soxhlet Extraction의 결과 108
〈표 3-21〉 각 용매의 Hansen Parameter와 fractional parameter 109
〈표 3-22〉 fractional parameter에 의한 석탄의 분류 110
〈표 3-23〉 석탄 시료의 공업분석 자료 111
〈표 3-24〉 세척을 도입한 Soxhlet Extraction 후 EC와 RC의 공업분석 결과 111
〈표 3-25〉 FT-IR Peak에 대한 Grouping과 석탄 각각의 추출 수율 (NMP, EDA, PRD) 113
〈표 3-26〉 Bench scale 실험장치의 추출탄과 잔탄의 공업분석결과. 119
[그림 1-1] 고유가가 국내 경제에 미치는 영향 예측 16
[그림 1-2] 일본의 석탄 수입 및 사용현황(2003) 18
[그림 1-3] 년도별 1차 에너지 소비 비중 20
[그림 1-4] 연소 중 보일러 튜브 표면에서의 융착현상과 융착사진 21
[그림 1-5] 초 청정 석탄 효과 22
[그림 2-1] 고휘발분 석탄과 역청탄의 구조 25
[그림 2-2] UBC 공정 흐름도 27
[그림 2-3] UBC 공정에서 갈탄내의 기공과 oil이 대체되는 과정 28
[그림 2-4] 갈탄을 대상으로 하는 upgrading process들의 공정 조건 비교 29
[그림 2-5] 석탄 종류별 MTE 처리조건에 따른 수분 제거율 29
[그림 2-6] 부분산화/가스화와 촤의 연소 공정 32
[그림 2-7] 미국 EERC (North Dakota)에서 개발하고 있는 열분해/부분가스화/연소시스템인 transfer reactor 33
[그림 2-8] 일본의 UBC 생산기술의 개발 계획 34
[그림 2-9] 일본에서 인도네시아 현지에 가동하고 있는 UBC demonstration plant(5t/day, 2005) 34
[그림 2-10] 인도네시아의 갈탄 활용 기술개발 time schedule 34
[그림 2-11] CEN Fuel 공정도 37
[그림 2-12] CEN Fuel 특성 37
[그림 2-13] 호주와 일본이 공동으로 개발하고 있는 UCC 공정도 37
[그림 2-14] HyperCoal Project 공정개념도 38
[그림 2-15] 일본의 CO₂ reduction scenario(Road-Map) 39
[그림 2-16] HyperCoal과 기존 석탄의 가격 비교 40
[그림 2-17] 초청정연료 생산 종합 공정도 41
[그림 3-1] 석탄 추출 공정도 47
[그림 3-2] Batch type autoclave 석탄 추출실험장치 48
[그림 3-3] 실험장치 모습(Magnetic 교반기, 초음파) 49
[그림 3-4] 실험 과정 50
[그림 3-5] TGA/DTA/DSC 동시 측정 열분석 시스템 52
[그림 3-6] 퓨리에변환 적외선분광기(FT-IR) 52
[그림 3-7] 역청탄 집합체의 화학적 구조 54
[그림 3-8] 열적이완에 의해 집합체에서 분리된 형상 모사 54
[그림 3-9] 아역청탄 집합체의 화학적 구조 56
[그림 3-10] 아역청탄에 있어 온도변화에 따른 집합체의 분리된 형상 모사 56
[그림 3-11] 산처리할 경우 석탄의 분해과정 제안 메커니즘 56
[그림 3-12] 추출온도와 추출수율과의 관계 58
[그림 3-13] 추출온도와 추출탄에 함유된 회분함량과의 관계 59
[그림 3-14] 추출온도와 잔탄에 함유된 회분함량과의 관계 60
[그림 3-15] Plots of Krevelen's Coal band 63
[그림 3-16] 다양한 추출 방법에 따른 추출수율 비교 64
[그림 3-17] 다양한 추출 방법에 있어 추출탄의 회분함량 비교 65
[그림 3-18] 추출방법에 따른 잔탄 회분함량 비교 66
[그림 3-19] Kideko coal의 FT-IR 결과 68
[그림 3-20] Roto south coal의 FT-IR 결과 68
[그림 3-21] Sunhwa coal의 FT-IR 결과 69
[그림 3-22] 조건변화에 따른 Sunhwa coal의 FT-IR 결과 69
[그림 3-23] 추출방법에 따른 원탄과 추출탄의 FT-IR 분석 70
[그림 3-24] 제조된 표준용액을 사용하여 얻어진 보정곡선, 그리고 표준용액의 흡광도와 측정된 농도값 74
[그림 3-25] 시료전처리의 온도 조건 (산소분위기) 75
[그림 3-26] ZP의 FT-IR 스펙트라 패턴... 78
[그림 3-27] TP의 FT-IR 스펙트라 패턴... 79
[그림 3-28] FT-IR spectra of ZTP... 79
[그림 3-29] Z1T3P의 FT-IR 스펙트라 패턴... 80
[그림 3-30] Z3T1P의 FT-IR 스펙트라 패턴... 80
[그림 3-31] TPD/TPR 장치 (Bel Japan) 81
[그림 3-32] NH₃-TPD 실험 조건 및 절차 :... 82
[그림 3-33] 인산금속화합물의 NH₃ TPD 결과 83
[그림 3-34] 무기이온교환체를 이용한 온도에 따른 Na+이온 제거 실험 결과 86
[그림 3-35] 재생된 무기이온교환체를 이용한 온도에 따른 Na+이온 제거 실험 결과 87
[그림 3-36] 이온교환 속도 측정(NMP내 Na+(이미지참조)농도: 17.8 ppmw) 88
[그림 3-37] 이온교환 속도 측정(NMP내 Na+(이미지참조)농도: 17.8 ppmw) 88
[그림 3-38] 연속흐름 공정 89
[그림 3-39] 연속흐름 공정 실험결과 (상온/상압) 89
[그림 3-40] 석탄의 화학적 구조 94
[그림 3-41] 석탄의 구조를 알기 위한 연구기술들 94
[그림 3-42] 용매 추출에 의한 석탄의 분류 96
[그림 3-43] Coal Extraction Model 99
[그림 3-44] DN, AN 크기에 의한 용매의 분류 100
[그림 3-45] Marzec Solvent Group의 용매와 추출 수율 100
[그림 3-46] 연구 공정도 101
[그림 3-47] Soxhlet Extractor의 원리와 실제 모습 103
[그림 3-48] Kideco 석탄의 여러 용매에 대한 수정된 추출 수율 107
[그림 3-49] NMP의 Swelling에 대한 추출 수율 109
[그림 3-50] RotoSouth 석탄의 Fraction Parameter에 대한 추출 수율 110
[그림 3-51] EC의 Ash 함유량에 대한 추출 수율 112
[그림 3-52] Berau 석탄 NMP 용매 44시간 추출 후 EC(좌), RC(우)의 FT-IR 그래프 113
[그림 3-53] Bench scale 초청정석탄 제조 실험장치 공정도. 117
[그림 3-54] Bench scale 초청정석탄 제조 실험장치 설치 모습 118