개요1. 개념석탄가스화·액화기술(Gasification and Liquefaction)은 저급연료(석탄 및 중질잔사유)를 산소 및 스팀에 의해 가스화시켜 얻은 합성가스(일산화탄소와 수소가 주성분)를 정제하여, 전기, 화학물질, 액체연료 및 수소 등의 고급에너지로 전환시키는 종합기술로 가스화기술, 합성가스 정제기술, 합성가스 전환기술로 구분된다. 석탄가스화·액화기술의 요체는 연소에 근거한 방식보다 높은 에너지 이용효율을 얻으면서도 향후 강화된 환경규제치를 만족할 정도로 깨끗하게 고유황, 고회분의 저급 연료를 에너지원으로 활용할 수 있다는 점이다.석탄가스화의 가장 대표적인 활용 방식은 가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle: IGCC)으로서, 이 시스템에서는 석탄을 고온고압에서 가스화시켜 합성가스를 만든 다음 정화공정을 거쳐 가스터빈에서 1차 발전, 증기터빈에서 2차 발전하는 고효율의 복합발전을 한다. 석탄가스화 시스템은 가스화기, 산소공급장치인 공기분리설비, 가스정제설비로 구성되며, 최종 활용목적에 따라 다른 설비가 연계된다. 최종 목적이 비료를 생산하는 경우에는 석탄을 가스화 시킨 후 정제가정을 통한 다음 암모니아 가스로 합성하여 비료의 원료로 사용한다. 이는 주로 중국과 일본에서 현재 많이 활용하는 방안이다.석탄액화의 방식에는 직접액화와 간접액화 방식이 있다. 직접액화의 가장 핵심인 고온고압하에서 석탄에 수소를 첨가하는 기술과 간접액화의 핵심인 일산화탄소의 소첨반응은 독일에서 1930년대에 개발되었다. 최대의 상용급 액화설비로는 70년대 남아공에서는 간접액화 방식을 사용하여 연간 1천만톤의 연료유를 생산하여 남아공 원유 수급량의 60%를 담당하기도 하였다. 2. 특징가스화반응에서는 석탄 전환방응 자체에서 주요 공해물질인 SOx와 NOx가 발생치 않는다. 따라서, 미분탄 연소와 같이 연소반응에 근거한 공정에서 발생하는 SOx, NOx의 발생량을 최소화할 수 있다. 가스화반응이 산소가 불충분한 불완전연소이므로 화학반응 자체에서 S와 N성분이 H2S와 NH3로 대부분 발생되므로 후단공정에서의 처리가 용이하다. 또한 석탄 내에 황성분이 많을수록 가스화 방식이 기존 연소방식보다 유리하다. 유황성분은 가스화반응에 의해 황화수소(H2S) 가스로 주로 발생되는데 정유공정에서 50년 이상 사용되어 오고 있는 Claus 공정을 통하면 황화수소가스로부터 유황이나 황산을 생산해낼 수 있다. 이들 유황이나 황산은 유상판매가 가능하게 되므로 시료내의 유황성분을 공해물질인 SOx로 발생시키는 대신 판매할 수 있는 제품으로 추출해내게 되기 때문에 시료에 유황성분이 많을수록 연소처리공정에 비해 더욱 경제적으로 유리하게 된다. 또한 최근의 가스화기술은 모두 1,300℃씨이상의 고온을 사용하므로 원료내의 무기물질은 용융 슬랙으로 생성되어 환경문제가 없는 건자재로 활용이 되기 때문에 석탄 내에 중금속 성분 등 불순물이 많이 있을수록 가스화기술이 유리하게 된다. 석탄을 가스화하여 활용하면 환경적인 우수한 특성이 많은데, 요약하면 다음과 같다.공해가스 측면의 장점을 보면, 환원성 분위기 반응으로 인해 공해물질인 SOx, NOx이 발생하지 않는 대신 H2S, NH3가 발생하여 후처리가 용이하고 공해 처리가스량이 저감되며, 유황 시료일수록 연소공정에 비해 경제성이 유리하고, 고온반응이므로 다이옥신 생선이 억제된다. 회재(ash)처리 측면에서 보면, 슬래그로 발생하기 때문에 중금속 용출문제가 없고 재활용이 가능하며, 미연탄소가 0.5% 이내이고, 회재 내 유기물질이 완전히 연소된다는 장점이 있다. 가스화 방식은 석탄이 갖고 있는 에너지의 대부분을 화학에너지로 바꾸어 발생케 되므로 후단 정제공정에서의 온도변화에 전체공정의 효율감소가 적게 된다. 연소반응에 의한 생성가스는 주로 CO2이고 CO2는 발열량이 없기 때문에 다이옥신 등의 저감을 위해 급속세정을 하게 되면 가스내의 현열이 거의 없어지게 되어 에너지의 손실이 크게 된다. 반면에 가스화 반응의 주요 생성물은 CO와 수소이므로 이들 가스는 연소 시 큰 발열량을 내게 된다. 즉, 가스화반응에 의해서는 시료내의 상당부분 에너지가 CO나 수소같이 화학에너지를 가진 가스로 발생되고 이들 가스는 급속 냉각을 시키더라도 자체의 화학에너지가 그대로 유지되어 필요시 연소를 시키면 가스터빈이나 증기터빈을 통해 에너지를 재회수할 수 있다는 유리한 점이 있다.가스화를 이용하면 석탄을 환경에 적합하게 처리하면서 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하는 합성가스를 생산할 수 있으므로, 이 가스의 정제와 농축정도에 따라 연료전지, 도시가스로 이용할 수 있고, 액화에 의한 원유 생산, 비료 생산 등 기존 원유를 사용하는 정유공장에서 공급하였던 화학원료를 대체할 수 있다.가스화복합발전 방식으로 석탄을 활용하면 환경친화적이면서도 장기적으로는 최대 60%까지 고효율로서 활용이 가능하며, 지구온난화 및 공해문제를 동시에 해결할 수 있다. 석탄의 경우에는 지금까지 미분탄연소발전기술을 적용하여 발전을 하고 있는데, 최근 부각되고 있는 환경문제와 CO2 문제 등에 효과적으로 대처키에는 기술적으로 한계가 부각되고 있는 상황이다. 가스화복합발전기술은 기존기술 대비 15~25%의 CO2 저감효과를 얻을 수 있고 SOx를 95% 이상, NOx도 90% 이상 저감할 수 있다.

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