이산화탄소 분위기에서 K₂CO₃, Na₂CO₃, CaCO₃ 및 Dolomite가 첨가된 저급탄의 가스화에 대한 반응특성연구

황순철,김상겸,박지윤,이도균,이시훈,이영우,Hwang, Soon Choel,Kim, Sang Kyum,Park, Ji Yun,Lee, Do Kyun,Lee, Si Hyun,Rhee, Young Woo 한국청정기술학회 2014 청정기술 Vol.20 No.1

열중량분석기를 이용하여 이산화탄소 분위기에서 알칼리계 염류가 에코(Eco)탄의 가스화 반응에 미치는 영향을 알아보았다. $750{\sim}900^{\circ}C$에서 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 백운석(Dolomite) 7 wt%의 알칼리염을 첨가한 것과 원탄을 이용하여 실험을 진행하였다. $850^{\circ}C$에서의 가스화 결과, 이산화탄소의 농도가 증가할수록 반응속도가 증가하는 경향을 관찰하였다. 그러나 70% 이상의 농도에서는 반응속도의 증가량이 크게 증가하지 않음을 관찰하였다. 가스화 반응속도는 7 wt% 탄산나트륨 > 7 wt% 탄산칼륨 > 원탄> 7 wt% 백운석 > 7 wt% 탄산칼슘 순으로 나타났다. $700^{\circ}C$, $800^{\circ}C$, $850^{\circ}C$ 그리고 $900^{\circ}C$의 등온, 상압조건에서 가스화 실험 결과, 온도가 증가할수록 반응속도가 증가함을 관찰하였다. 차(char)-이산화탄소 가스화 반응의 기-고체 모델은 volumetric reaction model (VRM)이 탄소 전환율 거동을 가장 잘 묘사했다. 이를 이용하여 얻은 탄산나트륨의 활성화 에너지는 83 kJ/mol로 가장 낮게 얻어졌다. We have investigated the effects of various additives on Eco coal gasification under $CO_2$ atmosphere. The temperature ranges from $750{\sim}900^{\circ}C$ and the gasification experimental was carried out with Eco coal adding 7 wt% $K_2CO_3$, $Na_2CO_3$, $CaCO_3$, Dolomite, and non-additive under $N_2$ and $CO_2$ gas mixture. At $850^{\circ}C$, we observed that the reaction rate increased when the concentration of $CO_2$ increased. However, we also observed that the increment of reaction rate was small at more than 70% of the concentration of $CO_2$. The additives activity was ranked as 7 wt% $Na_2CO_3$ > 7 wt% $K_2CO_3$ > non-additive > 7 wt% Dolomite > 7 wt% $CaCO_3$ at $850^{\circ}C$. At the temperatures of $750^{\circ}C$, $800^{\circ}C$, $850^{\circ}C$, and $900^{\circ}C$, when the temperature increased, the gasification rate increased. The gasification was suitably described by the volumetric reaction model. Using volumetric reaction model, the activation energy of Eco coal including 7 wt% $Na_2CO_3$ gasification was 83 kJ/mol, which was the lowest value among all the alkaline additives.

기-고체 반응모델을 이용한 Cyprus탄의 CO 저온촉매가스화 반응거동

황순철 ( Soon Choel Hwang ),이도균 ( Do Kyun Lee ),김상겸 ( Sang Kyum Kim ),이시훈 ( Si Hyun Lee ),이영우 ( Young Woo Rhee ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.5

일반적으로 가스화는 고온(1300~1400 oC), 고압(30~40 bar)에서 공정이 가동되나 이를 유지하기 위해 과도한 에너지가 사용된다. 본 연구에서는 공정 온도를 줄이기 위해 알칼리 촉매 중 K2CO3과 Na2CO3을 저등급의 사이프러스(Cyprus) 탄에 첨가하였고, 이산화탄소 분위기에서 가스화시켰을 때 나타나는 반응특성을 연구하였다. 열중량분석기를 활용하여 촉매의 함량, 촉매의 종류, 온도를 변수로서 가스화 공정조건을 결정하였다. 고체상 물리적 혼합법으로 촉매를 도입 시, 7 wt%의 Na2CO3가 첨가된 시료가 원탄보다 높은 활성을 보였다. 탄소전환율 거동을 예측하기 위해 시료별로 반응모델을 적용해본 결과, volumetric reaction model(VRM)이 탄소전환율 거동을 가장 잘 묘사하였다. 7 wt%의 Na2CO3을 첨가한 사이프러스 탄의 활성화 에너지는 63 kJ/mol로 원탄보다 낮으며, 이는 이산화탄소 분위기에서 석탄가스화의 반응성을 향상시킨다는 것을 보여주었다. In general, the coal gasification has to be operated under high temperature (1300~1400 oC) and pressure (30~40 bar). However, to keep this conditions, it needs unnecessary and excessive energy. In this work, to reduce the temperature of process, alkali catalysts such as K2CO3 and Na2CO3 were added into Cyprus coal. We investigated the kinetic of Cyprus char-CO2 gasification. To determine the gasification conditions, the coal (with and without catalysts) gasified with fixed variables (catalyst loading, catalytic effects of Na2CO3 and K2CO3, temperatures) by using TGA. When catalysts are added by physical mixing method into Cyprus coal the reaction rate of coal added 7 wt% Na2CO3 is faster than raw coal for Cyprus char-CO2 gasification. The activation energy of coal added 7 wt% Na2CO3 was calculated as 63 kJ/mol which was lower than raw char. It indicates that Na2CO3 can improve the reactivity of char-CO2 gasification.

이산화탄소 분위기에서 K₂CO₃, Na₂CO₃, CaCO₃ 및 Dolomite가 첨가된 저급탄의 가스화에 대한 반응특성연구

황순철(Soon Choel Hwang),김상겸(Sang Kyum Kim),박지윤(Ji Yun Park),이도균(Do Kyun Lee),이시훈(Si Hyun Lee),이영우(Young Woo Rhee) 한국청정기술학회 2014 청정기술 Vol.20 No.1

열중량분석기를 이용하여 이산화탄소 분위기에서 알칼리계 염류가 에코(Eco)탄의 가스화 반응에 미치는 영향을 알아보았다. 750~900 ℃에서 탄산칼륨, 탄산나트륨, 탄산칼슘, 백운석(Dolomite) 7 wt%의 알칼리염을 첨가한 것과 원탄을 이용하여 실험을 진행하였다. 850 ℃에서의 가스화 결과, 이산화탄소의 농도가 증가할수록 반응속도가 증가하는 경향을 관찰하였다. 그러나 70% 이상의 농도에서는 반응속도의 증가량이 크게 증가하지 않음을 관찰하였다. 가스화 반응속도는 7 wt% 탄산나트륨 > 7 wt% 탄산칼륨 > 원탄> 7 wt% 백운석 > 7 wt% 탄산칼슘 순으로 나타났다. 700 ℃, 800 ℃, 850 ℃ 그리고 900 ℃의 등온, 상압조건에서 가스화 실험 결과, 온도가 증가할수록 반응속도가 증가함을 관찰하였다. 차(char)-이산화탄소 가스화 반응의 기-고체 모델은 volumetric reaction model (VRM)이 탄소 전환율 거동을 가장 잘 묘사했다. 이를 이용하여 얻은 탄산나트륨의 활성화 에너지는 83 kJ/mol로 가장 낮게 얻어졌다. We have investigated the effects of various additives on Eco coal gasification under CO₂ atmosphere. The temperature ranges from 750~900 ℃ and the gasification experimental was carried out with Eco coal adding 7 wt% K₂CO₃, Na₂CO₃, CaCO₃, Dolomite, and non-additive under N2 and CO₂ gas mixture. At 850 ℃, we observed that the reaction rate increased when the concentration of CO₂ increased. However, we also observed that the increment of reaction rate was small at more than 70% of the concentration of CO₂. The additives activity was ranked as 7 wt% Na₂CO₃ > 7 wt% K₂CO₃ > non-additive > 7 wt% Dolomite > 7 wt% CaCO₃ at 850 ℃. At the temperatures of 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, and 900 ℃, when the temperature increased, the gasification rate increased. The gasification was suitably described by the volumetric reaction model. Using volumetric reaction model, the activation energy of Eco coal including 7 wt% Na₂CO₃ gasification was 83 kJ/mol, which was the lowest value among all the alkaline additives.

인도네시아 갈탄의 촤-CO2 촉매가스화 반응특성연구

이도균 ( Do Kyun Lee ),김상겸 ( Sang Kyum Kim ),황순철 ( Soon Choel Hwang ),이시훈 ( Si Hoon Lee ),이영우 ( Young Woo Rhee ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.4

본 연구는 인도네시아 갈탄인 로토(Roto) 탄의 촤(char)-CO2 촉매가스화 kinetic 분석을 열중량분석기(thermogravimetric analysis, TGA)를 이용하여 수행하였다. 촉매는 Na2CO3, K2CO3, CaCO3 및 천연광물 촉매로 dolomite을 선정하였으며, 석탄과 촉매의 물리적 혼합을 통하여 촤를 제조하였다. 촤-CO2 촉매가스화반응은 850 ℃ 에서 CO2 농도가 60 vol%, 촉매 함량은 Na2CO3를 7 wt% 혼합할 때 가장 빠른 탄소전환율을 보여주었다. 750~900 ℃ 등온조건에서 촤-CO2 촉매 가스화 반응결과, 온도가 증가할수록 탄소전환율 속도가 빨라졌으며, 기-고체 반응모델 shrinking core model(SCM), volumetric reaction model(VRM), modified volumetric reaction model(MVRM)을 실험결과에 적용하였을 때, MVRM이 로토 탄의 가스화반응 거동을 잘 예측하였다. 특히 Arrhenius plot을 통한 활성화에너지는 Na2CO3와 K2CO3를 혼합한 촤의 활성화에너지가 각각 67.03~77.09 kJ/mol, 53.14~67.99 kJ/mol으로 우수한 촉매 활성을 보여주었다. In this study, We have investigated the kinetics on the char-CO2 gasification reaction. Thermogravimetric analysis (TGA) experiments were carried out for char-CO2 catalytic gasification of an Indonesian Roto lignite. Na2CO3, K2CO3, CaCO3 and dolomite were selected as catalyst which was physical mixed with coal. The char-CO2 gasification reaction showed rapid an increase of carbon conversion rate at 60 vol% CO2 and 7 wt% Na2CO3 mixed with coal. At the isothermal conditions range from 750 ℃ to 900 ℃, the carbon conversion rates increased as the temperature increased. Three kinetic models for gas-solid reaction including the shrinking core model (SCM), volumetric reaction model (VRM) and modified volumetric reaction model (MVRM) were applied to the experimental data against the measured kinetic data. The gasification kinetics were suitably described by the MVRM model for the Roto lignite. The activation energies for each char mixed with Na2CO3 and K2CO3 were found a 67.03~77.09 kJ/mol and 53.14~67.99 kJ/mol.

국내산 계면활성제를 이용한 오일회수증진용 알칼리-계면활성제-폴리머용액의 제조 및 특성평가

이상헌(Sang Heon Lee),김상겸(Sang Kyum Kim),박지윤(Ji Yun Park),이도균(Do Kyun Lee),황순철(Soon Choel Hwang),배위섭(Wisup Bae),김인원(In Won Kim),이영우(Young Woo Rhee) 한국청정기술학회 2013 청정기술 Vol.19 No.4

국내산 계면활성제를 이용하여 오일회수증진용 알칼리-계면활성제-폴리머(alkali-surfactant-polymer, ASP)용액을 제조하였다. 계면활성제는 현재 애경에서 사용되고 판매되어지는 리니어알킬벤젠술폰산(linear alkylbenzene sulfonic acid, LAS)과 디옥틸설포석신나트륨(dioctyl sulfosiuccinate, DOSS)을 사용하였으며 LAS와 DOSS를 1:1, 2:1의 비율로 섞어 합성계면활성제를 제조하였다. 염도는 0.8 wt.%에서 3.6 wt.%까지 변화시킨 뒤 계면활성제 용액과 오일모사로 쓰인 데칸(decane)을 섞어서 마이크로에멀젼 형성을 알아보았다. 염도가 변하면서 마이크로에멀젼 층은 증류수에서 오일로 이동하였으며 최적의 염도일 때 가용화 값을 측정하였다. 또한 표면장력 측정기를 이용하여 표면장력을 측정하였으며 Huh 방정식을 이용하여 계면장력을 측정하였다. 이후에 각각의 계면활성제 비율에 대한 마이크로에멀젼의 특성을 비교하였다. Alkali-surfactant-polymer (ASP) solution was manufactured by using the domestic surfactants for enhanced oil recovery. Domestic surfactants such as linear alkylbenzene sulfonic acid (LAS) and dioctyl sulfosiuccinate (DOSS) were used. This surfactants were purchased from AK chemtech Co., Ltd. (Korea). LAS and DOSS were blended and the ratio of LAS to DOSS are 1:1 and 2:1. Decane was used as a model compound of the crude oil. Surfactant solution and decane were blended to analyze microemulsion. Brine-oil-surfactant are mixed at varying concentration of brine from 0.8 to 3.6 wt.%. Increasing salinity causes the phase transition of microemulsion from water to middle to oil. Also, by measuring the surface tension and interfacial tension using pendent drop tensiometer and Huh’s equation optimal ratio of the ASP solution was determined.