고유황 석탄의 황 형태별 정량 연구
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2013
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Korean
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학술저널
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134-134(1쪽)
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자원 고갈로 인해 원자재 가격 상승과 고유가 문제를 해결하기 위한 대안 중 하나로 저가의 고유황 석탄의 사용이 고려되고 있다. 생산공정에서 고유황 석탄의 사용은 원가절감의 큰 효과를 얻을 수 있다. 하지만 높은 황함량에 따른 다량의 황화합물의 배출로 대기오염 및 설비의 부식에 대한 문제가 예상된다. 그렇기 때문에 최근 고유황 석탄으로부터 발생되는 화합물에 대한 특성을 파악하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 고유황 석탄의 유기황, 무기황의 분포를 파악하였다. 일반적으로 석탄에 함유된 황성분은 크게 무기질과 유기질의 두가지 형태로 나눌 수가 있다. 무기황 성분은 대부분 pyrite 형태로 존재하고, 유기황 성분은 크게 thiols, sulfides, disulfides, thiopenes의 혼합형태로 존재하게 된다. 이와 같이 다양한 화합물의 혼합형태로 석탄에 함유된 황성분은 석탄전환 과정에서 분해 및 화학반응을 거치게 된다. 석탄이 고온에서 열분해가 일어나면 석탄중에 함유된 무기질 및 유기질 황성분이 분해를 시작하여 H₂S, COS, CS₂ 등으로 변환되어 각 반응기 내에서 고체물질과 반응하여 순환된다. 여기서 저가 고유황 석탄의 사용량을 증가시킬 경우에 수처리 설비 및 가스 청정계에 부하를 더 심화될 수 있다. 따라서 저가 고유황 석탄의 열전환과정에서 석탄으로부터 방출되는 황화합물에 대한 특성 연구를 통하여 황의 반응특성 해석 및 순환과정을 정량적으로 파악할 수 있어야 한다. 석탄의 황 형태별 분포 비율을 알기 위해서 총 황함량과 무기황의 함량을 분석해야 한다. 이때 무기황의 분석은 아래와 같은 4단계의 과정을 거쳐서 진행이 된다. 석탄 시료를 묽은 염산 및 질산 환류 용액 내에서 황산염과 황철광의 용해도 차이를 이용하여 용액 내에서 연속적으로 취하고 직접 정량한다. 1단계는 황산염 및 황산철의 황 성분 분리 단계, 2단계는 황산염 황 정량 단계, 3단계는 황철광 황의 정량 단계, 4단계는 유기황의 정량 단계로 구분이 된다. 고유황 역청탄의 실험결과 총 황함량은 2.82wt.% 이고, pyritic sulfur 함량은 1.186wt.%, sulfate sulfur 함량은 0.026wt.%, 유기황 함량은 1.608wt.% 이다. 총 황함량 중에서 황 형태별 분포 비율을 보면 유기황 함량 비율이 57.09%, pyritic sulfur 함량 비율이 42.2%, sulfate sulfur 함량 비율이 1.06%로 총 황함량 중에서 유기황 함량 비율이 약 57%로 무기황 함량 비율보다 약간 높음을 알 수가 있다. 또한 무기황과 유기황의 비율(Inorganic S/Organic S)은 0.754, pyritic sulfur와 유기황의 비율(Pyritic S/Organic S)은 0.738을 나타내었다.
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