석탄가스화 발전의 원리 및 가스화 공정 비교

전기를 생산하는 발전의 종류의 종류에는 원자력, 화력, 수력, 복합발전 등이 있습니다.

이 중에서 석탄가스화 발전은 저급원료(석탄 등)를 가스화기에서 연소시키는 방식입니다.

석탄가스화 발전의 원리 및 종류, 여러 가스화 공정을 비교해 보도록 하겠습니다.

 

핵심요약입니다.

1. 석탄가스화 발전 : 가스화기술 + 가스터빈 복합발전기술
2. 가스화 반응 메커니즘 : 가스화, 수성화, 메탄화 반응
3. 가스화공정 종류 : Texaco, E-Gas, Shell, Prenflo

 

 

1. 석탄가스화 발전 원리 및 종류

 

 

 

#석탄가스화 발전

석탄 등의 저급원료를 고온·고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화시켜 합성가스(일산화탄소와 수소 주성분)를 만들어 정제공정을 거칩니다.

이후 가스터빈(1차 발전) 및 증기터빈(2차 발전)을 구동하여 발전하는 기술로 ‘가스화기술’과 ‘가스터빈 복합발전기술’의 통합하여 석탄가스화 발전이라 합니다.

 

석탄가스화 발전

 

#원리 및 종류

1. 석탄가스화 반응과정

 

• 석탄의 건조 → 열분해 → 휘발성 가스배출 → 가스화 반응

 

2. 가스화 반응 메커니즘

 

① 가스화 반응(Gasification reactions)

$C$ + $O_{2}$ ↔ $CO_{2}$, 발열

$C$  + $CO_{2}$↓ ↔ $2CO$↑, 발열

$C$  + $H_{2}O$ ↔ $CO$ + $H_{2}$ , 흡열

$C$  + $2H_{2}$ ↔ $CH_{4}$, 발열

 

② 수성화 반응(Water gas shift)

$CO$ + $H_{2}O$ ↔ $CO_{2}$ + $H_{2}$, 발열

 

③ 메탄화 반응(Methanation reactions)

$CH_{4}$ + $H_{2}O$ ↔ $CO$ + $3H_{2}$, 흡열

 

 

2. 주요 공정 비교

 

 

 

가스화 공정은 크게 4가지가 있습니다.

4가지는 Texaco(GE), E-Gas(ConocoPhilips), Shell(Shell), Prenflo(Uhde)입니다.

 

#1. Texaco, GE

- 형태 : 1단, 습식, 하향, 내화재, 워터퀜치 or 합성가스냉각기, 산소

- 압력 : 20 ~ 82 atm

- 온도 : 1370℃

- 효율 : 36.5%

- 특징

① 1984년 쿨워터 IGCC 프로젝트 세계최초 수행

② 높은 산소요구량과 열회수 설비 필요

③ 잔사유 IGCC 공정으로 가장 널리 사용

 

#2. E-Gas, ConocoPhilips

- 형태 : 2단, 습식, 상향, 내화재, 2단 가스화, 산소

- 압력 : 19.5 ~ 33.5 atm

- 온도 : 1단(1315 ~ 1430℃), 2단 1040℃

- 효율 : 39.7%

- 특징

① 2단 가스화기로 슬러리 급방식으로 저급탄 사용 가능

② 루이지애나 IGCC(160MW) 프로젝트 수행

 

TEX, E-GAS

 

#3. Shell, Shell

- 형태 : 1단, 건식, 상향, 멤브레인, 가스퀜치 & 합성가스냉각기, 산소

- 압력 : 25 ~ 42 atm

- 온도 : 1400 ~ 1480℃

- 효율 : 41.3%

- 특징

① 건식공급방식으로 산소요구량이 적어 가스화 효율 높음

② 다양한 연료(우드칩, 슬러지)의 혼합투입 가능

③ 연료 투입량 조절이 기술적 관건

 

#4. Prenflo, Uhde

- 형태 : 1단, 건식, 상향, 멤브레인, 가스퀜치 & 합성가스냉각기, 산소

- 압력 : 25 ~ 42 atm

- 온도 : 1400 ~ 1600℃

- 효율 : 41.5%

- 특징

① 초기 쉘과 공동으로 가스화공정 개발 후 독자 개발 시행

② 발전용, 화학용의 2가지 용도로 사용

 

Shell, Prenflo

 

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