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석탄가스화반응이론
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서론
석탄 가스 복합 발전 기술(IGCC)은 석탄 가스화 장치, 가스 정제 장치, 가스 연소 장치, 가스터빈, 폐열회수 보일러 및 증기터빈 등으로 구성되는 복합적인 발전개념이다. 석탄가스화 장치(coal gasifier)는 분쇄된 석탄을 직접 또는 물과 혼합하여 슬러리 상태로 반응기로 유입하고 가스화제로는 공기/수증기 또는 산소/수증기를 사용하여 석탄을 가스화하는 장치를 말한다.
석탄가스화 반응
석탄가스화의 기본원리는 석탄이 가스화기 내로 공급된 산화제(산소 혹은 공기)와의 산화반응 및 가스화기 내에서 생성된 이산화탄소, 수증기, 수소 등의 기체와의 산화/환원반응에 의하여 주성분이 수소와 일산화탄소인 합성가스를 생성하는 것이다. 가스화에 적합한 석탄은 휘발분이 많은 석탄으로서 역청탄(bitumimous) 및 아역청탄(sub-bituminous)이 적합하며 갈탄(lignite)도 가능하나, 휘발분이 적은 무연탄은 부적격하다. 석탄가스화기 내에서는 공급탄의 건조 및 예열, 휘발분이 분리되는 탈휘발분화(devolatilization), 촤(char)의 가스화 반응, 위의 세 반응에 필요한 열을 공급하는 연소반응 및 생성된 가스들의 상호반응 등의 복잡한 물리/화학 반응이 존재한다. 이와 같은 반응들의 상세한 설명은 다음과 같다.석탄은 가스화기 내로 유입됨과 동시에 고온가스에 의해 건조 및 예열되어 수분이 추출된다. 탈휘분화는 석탄 속에 존재하는 탄화수소 계열의 휘발성 물질이 매우 짧은 시간(미분탄의 경우 10 - 200ms) 내에 열분해에 의하여 분리되는 과정으로서 350 - 400℃이상의 온도에서 활성화되기 시작한다. 석탄입자의 가열에 의하여 거대분자 결합구조의 열적붕괴(thermal degradation)가 일어나며 주로 방향족 계열의 고분자 물질을 방출한다. 휘발분이 분리된 후, 촤(고정탄소)는 생성가스들과 다음의 반응에 의하여 연료로서 효용성이 있는 석탄가스를 생성하게 된다.
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2011.03.10
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