4-성분 Silicate 용융체의 열역학적 모델링에 의한 고체 분율 예측 = Prediction of Solid Fractions by Thermodynamic Modeling of 4-Component Silicate melts
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학술지명
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발행연도
1996
작성언어
Korean
KDC
505.000
자료형태
학술저널
수록면
623-645(23쪽)
제공처
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가스화 공정에서 Slag의 흐름은 Slag 성분과 온도에 영향을 받는다. 이 Slag에서의 결정체 형성은 Slag의 점도를 높여 주어 Slag의 원활한 흐름을 방해한다. 결정체 형성이 Slag 점도에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 각 온도에서 Slag안의 결정체 분율 측정할 수 있어야 한다. 본 연구는 가스화 공정의 주원료로 쓰이는 석탄의 성분을 SiO₂, Al₂O₃, FeO, CaO의 네 성분으로 단순화하여, 이 네 성분이 이루는 Melt에서의 결정체 형성을 열역학적 평형 계산에 의하여 예측함을 목적으로 하였다. 4-성분 Melt의 열역학적 성질을 계산하기 위하여 Blander와 Pelten의 Stoichiometric 방법과 Hastie와 Bonnell의 Speciation방법을 비교하여, 이중 다성분계의 평형 예측에 유리한 Speciation 방법을 선택하였다. Speciation 방법의 정확도는 Melt species의 적절한 선택과 그 species의 열역학적 data의 정확도에 큰 영향을 받는다. Anorthite이나 mullite과 같은 복합체의 액상 data는 Hastie and Bonnell이 제안한 근사값외에는 구할 수 없었다. 단순 산화물 중에서도 SiO₂의 경우에는 data source간의 약간의 차이가 있었는데 이 차이가 녹는점을 큰 폭으로 변화시켰다. Hastie와 Bonnell의 Speciation방법을 시험하기 위하여, SiO₂-Al₂O₃이 성분계의 평형 계산 결과를 실험적으로 측정된 상평형도와 비교하였다. 열역학적 data가 평형 계산 미치는 영향을 알아보기 위하여 세 source에서 추출된 SiO₂(s) data로 계산을 반복하였다. SiO₂(s) data 어느 것도 상평형도의 Eutectic Point의 조성 및 SiO₂(l)와 mullite(s)의 계에서 SiO₂(s) 와 mullite(s)계로의 전환온도를 정확히 예측하지 않았다. 또한 mullite(l)를 melt에 포함시키는 경우의 예측된 상평형도는 정확도가 감소하였다. SiO₂-Al₂O₃-CaO의 3-성분계와 SiO₂-Al₂O₃-CaO-FeO의 4-성분계의 계산도 예측된 결정체 형성온도 및 결정체 분율이 상평형도보다 낮은 값을 보여주어 전체적으로 예측된 Melt species 활성도가 낮음을 보여주었다. Hastie와 Bonnell 방법을 활용하기 위하여는 anorthite(l)과 mullite(l)같은 액상 복합체의 열역학 Data가 조정되어야 한다.
Slag안의 결정체 분율 예측은 3-성분계 상평형도를 활용하는 것이 가장 정확함을 보여 주었다. 이는 Slag의 성분 중 3개의 주성분을 다시 100%로 조정하여, 3-성분계 상평형도에서 결정체 형성 경로를 따라 각 온도에서 결정체 분율을 계산하는 방법이다.
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