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- 저자 : 윤용승 (검색결과 316 건)
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폐유정제유 가스화에서 운전변수에 따른 가스화 조성 변화 및 전환효율
윤용승,이승종 한국공업화학회 2002 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2002 No.0
90년대 들어 국내에서도 정차 환경에 대한 인식이 높아져 가능한한 폐기물의 매립이나 단순 소각처리에 의한 방법보다는 재활용과 에너지를 회수하고자 하는 접근방식을 선호하게 되었고, 강화되는 환경규제 추세에 따라 일부 폐기물 자원의 전환 활용방식이 경제성을 갖게되기 시작하고 있다. 자체 설계/제작한 1톤/일급 분류층 가스화기를 사용하여, 정제된 폐윤활유(C 87.6%, H 11.3%, N 0.18%, S 0.21%, O 0.53%, Ash 0.17%, 고위발열량 10,953 kcal)를 1400-1500°C, 3-4기압, 시료량 10~40kg/h의 운전조건에서 가스화반응 시켰을 때 발생한 가스의 농도와 전환효율을 고찰하고 최적의 운전조건을 도출코자 하였다. 시료는 80-150°C로 예열시킨 후, 고압펌프 및 유량계를 이용하여 가스화기 상부에 설치된 버너에서 공기/스팀를 이용하여 분무시켜 가스화기 내로 공급하였다. 가스화내 가스의 체류시간은 4-5초로 조절하였고, 가스화기에서 배출되는 1200°C 이상의 배출가스는 물분사기에 의해 급냉되고 wet scrubber에서 soot가 제거된 후에 최종 flare stack에서 처리하였다. 실험변수로는 스팀공급량, 산소공급량, 시료공급량을 선정하였고, 실험결과 스팀공급이 5 kg/h, 정제유 40kg/h 공급, 4기압, O<sub>2</sub>/정제유 무게비가 1의 조건에서 CO 48.5 %, H<sub>2</sub> 45.1 %(N<sub>2</sub>-free dry basis)인 가스조성을 얻을 수 있었으며, 이때 탄소전환율 및 냉가스효율은 각각 93.3 %, 71.4 %였다. 그리고, 스팀을 가스화반응에 과잉으로 공급하였을 때는 정제유 30kg/h 공급, 3기압, O<sub>2</sub>/정제유 무게비가 1의 조건에서 CO 32 %, H<sub>2</sub> 57 %(N<sub>2</sub>-free dry basis)인 가스조성을 보여 스팀공급이 증가됨에 따라 수청반응에 의해 수소가 증가함을 볼 수 있었고 이때의 탄소전환율은 97%였다
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윤용승 한국화학공학회 2007 화학공학의이론과응용 Vol.10 No.1
가스화기술은 수소에너지와 같은 지속가능한 에너지사회로 진입하는 과정에서 필요한 에너지 공급체계를 구축하는데 중단기적으로 필요한 기술이다. 궁극적으로는 풍력이나 태양광 같은 순수한 재생가 능에너지에 기반 하는 사회 시스템으로 발전될 것이나, 중단기적으로 대량 에너지 제조를 위한 경제성있는 기술로는 아직 한계가 있다. 적어도 향후 20년간은 순수한 재생가능 에너지를 통한 대량 대체에너지 생산 및 보급이 현실적으로 어려우므로, 대부분의 에너지는 아직 화석연료 등에 의존할 수밖에 없는 것이 현실이다. 이 경우에도 화석연료를 기존의 방식대로 사용함에 따른 SOx, NOx, 다이옥신 등의 공해문제를 야기한다던가 CO2를 대량으로 방출시켜 지구온난화 문제의 원인이 경우가 발생하지 않도록 신기술을 적용하는 것이 방안이다. 즉, 사회가 감내할 만한 경제적인 부담을 고려하여 환경적으로 가장 청정한 방식으로 활용을 하겠다는 것이다. 따라서, 공해물질 저감은 물론 CO2 발생도 최소화하면서 효율이 높은 기술로 발전시키는 노력이 선진국들을 중심으로 추진되고 있고 국내에서도 지난 10년간 연구가 진행되고 있다. 주요 내용은 천연가스, 석탄, 중질잔사유, 폐기물, 바이오매스 등의 시료를 가스화기술을 통하여 초청정 에너지로 생산하는 방안이다. 또한, 수소에너지를 포함한 초청정에너지 이슈가 부각되는 배경의 하나가 기후변화협약에 대응한 CO2 저감의 필요성이므로 이 시료들 의 초청정 에너지생산 기술들은 반드시 CO2 저감이 가능한 기술로서 개발되어야 한다.
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미국 실리콘밸리 벤처기업, 천연가스로부터 원유 대비 반값 휘발유 직접변환 촉매개발 중
윤용승 한국공업화학회 2014 공업화학전망 Vol.17 No.1
미국 캘리포니아 실리콘밸리에 있는 벤처기업 Siluria사는 미국 내 저렴한 천연가스를 사용해서 원유에서 생산되는 휘발유 대비 가격이 반값인 휘발유를 생산하는 촉매를 개발하고 있다. 이 회사는 벤처캐피털 6,350만 불을 투자 받았다. 지난 수십 년간 세계 최고 화학자들과 석유 가스회사들이 찾고자 노력했지만 모두 실패한 데 대한 새로운 시도를 하고 있다. 천연가스로부터 유용한 화학원료와 연료를 비싸지 않으면서 직접 변환하는 방법을 찾는 시도이다. 현재 미국의 천연가스 가격은 원유 배럴당 100불일 때 에너지환산으로는 20불에 해당하는 저렴한 가격이다. 지금까지 천연가스에서 휘발유와 같은 액상연료를 제조하는 데 매우 비용이 많이 들었다. 쉘사는 천연가스 가격이 거의 0인 카타르에 190억불을 들여 GTL (Gas-To-Liquid) 공장을 건설 운영 중이다. 남아공 사솔사는 미국 루이지아나주에 110-140억불을 투자해서 GTL 공장 건설을 고려하고 있다. 이들 GTL 공장에서 생산되는 전체 액상연료량을 다 합쳐도 하루 40만 배럴로서 전 세계 생산되는 하루 9,000만 배럴에 비하면 0.5% 정도에 불과하다. GTL 공정이 비싼 이유는 과정이 복잡하고 에너지 소모가 많기 때문이다. 일반적인 방법은 천연가스를 고온에서 분해해서 합성가스(CO와 수소)를 만들고 촉매반응을 거쳐 탄화수소 화합물을 제조하고는 최종 제품으로 분리 정제하는 단계를 거친다. 여기서 합성가스로 변환 단계를 거치지 않고 메탄에서 직접 화합물을 만드는 데 여러 화학자들이 노력한 바 있지만 성공하지 못했고 세계 유수의 석유회사들도 1980년대에 이 아이디어를 포기한 바 있다. Siluria사는 촉매개발에 다른 방법론을 제시하고 있다. 지금까지 촉매를 찾는 방법은 촉매가 어떻게 작동하는지 정밀 분석하고 어떤 성분 조합이 촉매 성능을 향상시킬지 계산 반영하는 방식이었다. Siluria사는 수백개 촉매를 각각의 반응기와 질량분석기에서 분석하는 자동화 시스템을 갖추어서 어떤 촉매에서 메탄이 에틸렌으로 많이 전환되는지 분석 비교하는 실험적 방식을 택했다. 촉매를 구성하는 성분 조성과 그 조합만이 아니라 대상 촉매의 미세구조 차이에 중요성을 부여하여 촉매를 개발하는 방식이 핵심이다. 이 아이디어는 MIT 생물공학과 Angela Belcher 교수가 개발한 무기물질 원자를 일정한 형태로 조합하는 바이러스 개발 원리를 원용한 것이다. 이 방법과 다른 방법을 사용해서 나노와이어 형태인 촉매를 제조 선별과정을 거치는 것이다. 이전에는 1년이 걸렸을 촉매 선별과정을 개발한 촉매선별 software를 통해서 수일 내에 하겠다는 것이다. 물론 반론도 있다. Caltech Beckman Institue의 Jay Labinger는 메탄과 산소 반응을 포함한 oxidative coupling 과정은 에틸렌으로 변환된 데서 끝나지 않고 계속 진행되어 CO2와 물에서 반응이 종결되는데 이 과정을 제어하기가 어렵기 때문에 Siluria사의 노력에 회의적이라고 말하고 있다. Labinger는 1980년대 말에 이 과정 제어가 불가능하다고 발표한 바 있다. 그럼에도 불구하고 Siluria사는 향후 4년 내에 첫 상용설비를 갖추고자 한다. 누군가가 기술의 break-through에 성공한다면 당연히 그 영향은 엄청날 것이다.
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