SRF 가스화 합성가스 조성 및 성능 계산을 위한 프로그램 개발

국문 초록 (Abstract)

지구의 온도가 지속적으로 상승하는 기후 변화가 가속화되고 있는 현재 상황에서 신재생에너지의 활용을 적극적으로 검토하여 한다. 또한 1차 에너지원의 대부분을 수입하고 있는 국내의 현실을 감안하면 저급자원이고 필연적으로 발생하고 있는 폐기물 또는 바이오매스의 적극적인 활용에 관심을 기울여야 할 필요성이 강하다고 판단된다. 특히 SRF 가스화를 통하여 합성가스를 생산하여 활용할 경우 발전, CO/H2 생산 및 각종 화학물질생산 등 넓은 산업 분야에서 환경 친화적임과 동시에 고효율로 활용할 수 있으므로 전 세계적으로 연구개발이 활발하게 진행되고 있다. SRF를 가스화할 때에 발생하는 합성가스의 조성 및 성능 예측을 통하여 미리 설계조건 또는 운전조건에 반영할 수 있다면 연구 개발 및 상업용 플랜트 설계 시에 유용하게 활용될 수 있다. 그러나 SRF 가스화의 경우 비교적 낮은 출구온도, 이에 따라 화학적 평형상태로 보기 어려운 점 등으로 인하여 조성 및 유량 등의 합성가스의 특성을 사전에 예측하기에 어려운 점이 있다. 이에 본 연구에서는 SRF 가스화 시의 합성가스 조성과 유량 계산, 성능 예측 및 운전조건 사전 설정 등을 가능하게 하여 연구 및 상업용 플랜트개발에 도움을 줄 수 있는 프로그램을 개발하고자 하였다. 우선 평형상태 계산으로부터 일반적인 SRF 가스화 운전조건에서 화학적 평형상태에서는 CH4, C2 이상 물질 및 타르 등이 생성되지 않으므로 이들 물질의 생성에 대한 관계식이 필요함을 알 수 있었으며, 이에 본 연구의 선행연구에서 진행된 각종 실험결과를 이용하여 관계식을 만들고, 합성가스 내에 가장 중요한 조성인 CO, CO2, H2, H2O에 대해서는 화학적 평형상태 계산을 수행할 수 있도록 하였다. 또한 가스화 시스템의 에너지 정산을 수행할 수 있는 각종 보조 수식을 적용하여 에너지정산을 수행하고, 합성가스 조성 계산과 에너지 정산이 완벽하게 맞게 되는 산소공급량을 반복계산법으로 구할 수 있도록 프로그램을 구성하였다. 개발된 프로그램을 활용하여 SRF의 발열량, 가스화기의 열손실 및 산소부화조건 등의 운전조건 변화에 따른 합성가스 조성 및 가스화 시스템의 성능 변화를 비교 및 고찰하였다. 열손실 및 탄소전환율이 가스화 시스템의 성능에 아주 큰 영향을 미치는 인자임을 알 수 있었다.