고정층 반응기를 이용한 저급탄 촉매가스화에서 촉매투입법과 CO2투입량에 따른 반응특성 연구

Abstract

본 연구에서는 기존의 석탄가스화에서 사용하는 가스화제인 O2 대신 CO2를 이용하여 합성가스의 조성 등 반응특성을 확인하고자 한다. CO2의 투입량을 각기 달리하고, 조업온도를 낮추기 위해 촉매를 사용하여 촉매의 투입방법에 대해 원탄과 비교하여 최적 CO2 투입량과 촉매투입방법을 선정하는 것에 목적 이 있다. 이를 위해서 먼저 열중량 분석을 이용하여 무게감소변화를 측정하였 다. 이때의 반응조건은 석탄 투입량 50mg, 최종온도 1000℃, 승온속도 10℃ /min, 총 기체유량은 100ml/min, CO2의 투입량은 총 유량 대비 20, 40, 60, 80%로 하였으며, 원탄과 함침탄을 비교하였다. 고정층 반응기를 이용한 가스 화 반응 조건은 석탄 투입량 400mg, 온도조건 700, 800, 900℃, 총 유량 1 ℓ/min, CO2 투입량은 총 유량 대비 20, 40, 60, 80%로 하였다. 또한, 석탄 의 입도는 300~425㎛로 하였는데, 이는 입도의 크기가 작을수록 반응성이 좋 기 때문이다. 고정층 반응기를 이용한 실험은 먼저 반응기를 설정 온도까지 승 온시킨 후 질소분위기에서 시료를 투입하였고, CO2를 투입하여 1시간 동안 반 응시켰다. 열중량 분석 및 고정층 반응기를 이용한 가스화에서는 CO2의 투입량이 20~60%까지 증가할수록 무게 감소량과 총 합성가스 생성량이 증가하는 경향 을 보였다. 하지만 80%의 무게감소량과 합성가스 생성량은 60%와 큰 차이가 없거나 약간 증가하는 경향을 보였다. 또한, 촉매 투입방법에 따른 반응의 활성 은 함침조건이 혼합보다 좋은 것으로 확인하였다. 이러한 결과를 토대로 KPU 탄의 CO2 촉매 가스화의 최적 운전조건은 반응온도 900℃, CO2 투입량은 60%, 촉매 투입방법은 함침법임을 확인할 수 있었다.