가스화 장치 기술 혁신 경로 전면 스캔

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가스화 장치 기술 혁신 경로 전면 분석
저자/출처: 날짜: 2016-08-11 클릭률: 10
가스화 기술 및 장비는 석탄을 청정하고 효율적으로 전환하여 활용하는 데 있어 매우 중요한 기반이 됩니다. 최근 몇 년간 지속적인 자주혁신과 기술 발전을 통해, 국내의 가스화로들은 점점 더 다양해지고 있습니다.가스화 기술의 발전 동향을 파악하고, 석탄의 종류에 적합하며 제품 수요에 부합하고, 에너지 소비가 적으며 투자 비용이 낮고, 신뢰성이 높으며 환경 친화적이고 안전한 가스화 기술 및 장비를 선택하는 것은 석탄화학 산업이 건강하게 발전하기 위한 중요한 방향입니다.7월 29일 베이징에서 열린 2016 중국 신형 가스화 및 관련 기술 혁신 발전 회의에서, 참석한 전문가들은 이러한 견해와 제안을 내놓았습니다. 각종 가스화로가 계속해서 등장하고 있습니다. “각종 가스화로는 가스화 과정에서 중요한 역할을 하는 장비이며, 우리나라에서 널리 사용되고 있습니다. 산업화 수준도 높으며, 기술의 종류도 다양하고, 가스화로의 수도 많습니다.”국내의 선진적인 대형 기류층 압력 가스화로의 가동 대수는 300대 이상에 달합니다.”석유화학공업기획원 에너지화학처 부처장 한홍메이가 설명했다. 　　알려진 바에 따르면, 가스화로는 물질의 접촉 방식에 따라 고정층(이동층), 유동층(분출층), 기류층의 세 가지 유형으로 나뉜다.쇄석 가압 고정층 가스화로(고체/액체 슬래그 배출형)의 주요 기술로는 루치 로, 사딩 로, BGL 로, 윈딩 YM 로 등이 있습니다.유동층에서 널리 활용되는 엔드 분말 가스화 기술에는 중국의 ICC로, 엔드로, 코다로(Newpower) 등이 있습니다.기류층 건식 압력 가스화의 주요 기술로는 쉘러 용광로, GSP 용광로, 콜린 용광로, 2단계 용광로(TPRI), HT-L 용광로, 동방 용광로, 화리 용광로, 오환 용광로, 닝메이 용광로, 류화-치야오 용광로, 심구 용광로, 금중 용광로 등이 있습니다.기화침대 습식 수석탄 슬러리 기화의 주류로 사용되는 로터형에는 GE-TCGP, 대치형 4노즐, 칭화로, 다원료 슬러리 기화를 위한 서북원 다원료 슬러리로 등이 있습니다. 　　현재 우리나라는 가스화로 분야에서 뛰어난 성과를 거두었습니다.항천장정화학공정주식회사의 총경리 보조인 주유영은, 항천회사가 개발한 항천HT-L로가 장기간의 운영 테스트를 거쳐 그 성능이 입증되었다고 말했습니다. 또한, 가스화로, 버너, 슬래그 분쇄기, 열풍로, 안전밸브, 특수밸브(산소밸브, 석탄분말밸브, 슬래그 잠금밸브, 석탄분말 조절밸브, 방향전환밸브, 흑수 조절밸브)와 같은 핵심 장비들도 모두 국내에서 생산되고 있으며, 독자적인 지식재산권도 확보되었다고 합니다. 　　화동이공대학교의 류하이펑 교수에 따르면, 중국석화닝보공정회사, 닝보기술연구원, 화동이공대학교가 공동으로 개발한 단노즐형 냉벽식 분말가스화 기술(SE 동방로)은 장쑤성 난징에 위치한 양자석화공장의 1,000톤/일 규모의 시범 설비에서 이미 운영되고 있습니다. 또한 중안연합의 연간 170만 톤 규모의 석탄을 이용한 올레핀 생산 프로젝트에서는 7대의 1,500톤/일 규모의 가스화로가 사용될 예정입니다.이 로터리형 보일러는 열교환용 관식 수냉벽을 채택하고, 점화, 가열, 공정이 통합된 일체형 버너를 사용합니다. 단계별 정화 유닛은 혼합기—회오리 분리기—수세 탑으로 구성되어 있으며, 증발식 온수탑은 플래시 증발과 열교환 기능을 동시에 수행함으로써, 검은 물질이 열교환기를 막아 열전달 효율에 영향을 주는 문제를 해결합니다. 　　칭화대학교 산시 청정에너지연구원, 산시 양메이 풍시, 그리고 산시 양메이 화공기계(그룹)유한회사가 공동으로 개발한 진화로(합성가스/증기 연산 가스화로)는 2016년 4월 1일, 양메이 풍시 린이 지사에서 성공적으로 가동되기 시작했습니다. 산시 지역의 ‘고탄소, 고열량, 고황’ 특성을 가진 석탄을 원료로 사용하여, 현재까지 100일 이상 안정적으로 운영되고 있습니다.이 가스화로는 슬래그 축적과 먼지 쌓임을 효과적으로 방지할 수 있습니다；독특한 구조 설계 덕분에 양면에서 열이 가해지는 현상이 줄어들어, 장비의 크기와 투자 비용도 감소합니다；고온 합성가스의 열을 회수하여 고온 고압 증기를 부생시킴으로써, 가스화로의 에너지 변환 효율을 높일 수 있다. 　　조사 자료에 따르면, 2015년 말 기준으로 고정층 상압 가스화로를 제외하고 국내에서 산업적으로 활용되고 있는 압력 가스화로는 총 392대에 달했습니다. 그 중 가장 많이 사용된 것은 고정층 석탄 분쇄 압력 가스화로로, 120대가 있어 전체의 77.9%를 차지했습니다. 유동층 엔드 파우더 가스화로는 20대로 55.5%, 기류층 GE 수소화 석탄 슬러리 가스화로는 75대로 37.1%를 차지했습니다. 기술 혁신으로 약점 보완하기 한홍메이는 가스화 기술이 수십 년에 걸친 연구와 실천을 통해 지속적으로 개선되어 왔으며, 현재 그 기술 수준은 상당히 높다고 말했습니다.하지만 국내에서의 가스화 적용 분야와 지역이 점점 더 확대됨에 따라, 가스의 성분에 대한 요구도 더욱 다양해지고 있습니다. 석탄의 종류도 많아지고, 석탄의 품질도 더욱 복잡해지고 있습니다. 또한 환경 보호 및 안전에 대한 요구도 점점 높아지고 있기 때문에, 가스화 기술은 그 특성과 생산 과정에서 발생하는 문제들을 고려하여 계속해서 개선되고 발전해야 합니다. 　　소개에 따르면, 현재 각 가스화로의 경우 해결해야 할 문제들은 다음과 같습니다: 특허가 필요한 장비나 핵심 장비의 구매를 줄이고 이러한 장비들을 더욱 국산화하는 것, 공정 및 제어 시스템의 설계를 최적화하는 것, 소프트웨어 관련 비용(특허료 + PDP 요금 + 기술 서비스 비용)을 줄이는 것, 수소화 석탄의 가스화 압력을 6.5~8.7MPa까지 높이는 것, 석탄 투입량을 늘리기 위해 장비의 규모를 더욱 확대하는 것, 부생 증기의 압력 수준을 높이는 것, 냉각 및 먼지 제거 시스템을 최적화하는 것, 에너지를 회수하는 것, 합성가스의 냉각 방식을 최적화하는 것, 유해 폐수를 효과적으로 처리하는 것, 회분 처리 시스템을 최적화하는 것, 회분 순환 공정을 개선하는 것, 가스 세척 방법을 개선하는 것, 먼지 발생량을 줄이는 것, 회분의 탄소 함량을 줄이는 것, 미세 회분의 배출을 줄이는 것, 그리고 미세 회분의 활용 방안에 대한 연구를 강화하는 것입니다. 　　“가스화로 장비의 미래 혁신점은 국산화 수준 향상, 투자 비용 절감, 가스화 압력 증대, 대형 가스화 장비 개발, 에너지 및 자원 절약 수준 향상, 절수 수준 향상, 환경 보호 수준 향상에 있습니다.”한홍메이가 말했다.예를 들어, 2016년 6월 기준으로 우리나라는 쉘의 폐보일러형 가스화로 28대를 도입했습니다.현재 쉘 공정의 10대 핵심 장비 중, 석탄 분말 속도계와 밀도계를 제외한 모든 장비에 대해 국내 인증을 받은 제조업체가 있거나 인증 절차가 진행 중입니다.앞으로는 핵심 장비의 국산화를 더욱 가속화해야 합니다. 이를 통해 **가스화 설비에 대한 투자와 운영 비용을 줄일 수 있으며, 국내 장비 제조 수준도 향상될 것입니다. 　　기자의 취재 결과에 따르면, 가스화 기술의 혁신 방향은 향후 촉매 가스화, 석탄 지하 가스화와 같은 분야에 집중될 것으로 보입니다.한홍메이는 촉매 기화를 통해 기화 온도를 200℃~300℃ 낮출 수 있어 온화한 기화와 방향성 있는 전환을 실현할 수 있다고 말했다. 현재는 촉매의 종류, 촉매 반응 메커니즘, 그리고 촉매 기화 공정에 대한 연구가 중점적으로 필요하다.석탄 지하 가스화 기술의 현재 중점은 공정 제어, 지하 가스화 보조 장치/설비, 점화 기술, 가스화로 설계를 포함한 기술적 세부 사항의 완성입니다；가스화 회수, 오염물질 제어와 같은 핵심 주변 기술도 강화해야 한다. 　　또한, 수소 가스화, 생물질 촉매, 단계별 기류식 가스화(고온 변환과의 결합), 고로 슬래그 내에서의 석탄 가스화, 초임계수 가스화, 비산회의 2차 가스화, 그리고 가스화와 다른 공정들의 열 통합(메탄화와의 통합 등)과 같은 다른 연구 분야들도 있습니다. 가스화 섬이 점차 보편화되고 있습니다. 가스화 기술의 빠른 발전과 함께, 산업단지(대형 기업들)의 규모가 확대되고, 산업 구조가 변화하며 고도화됨에 따라, 전문적인 가스화 섬을 활용하여 산업단지, 특히 대형 기업들에게 양질이면서도 저렴한 합성가스, 수소, 일산화탄소와 같은 산업용 가스를 공급하는 것이 추세가 되고 있습니다. 　　한홍메이는 전문화된 방식으로 운영되는 가스화 섬은 석탄의 품질 변화에 대응하고, 산업용 가스를 안정적으로 대량 공급할 수 있으며, 석탄 사용으로 인한 환경 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 최선의 방안이라고 말했다. 　　가스화섬은 서비스 대상 규모에 따라 기업용과 단지용으로 나뉘며, 공급되는 가스의 성분에 따라 합성가스형(CO+H2, H2, CO)과 산업용 가스형으로 구분됩니다. 또한 서비스 산업에 따라서는 화학공업용(정유/석탄화학/기타 화학공업 등)과 기타 산업용(세라믹/건축자재/시멘트 등)으로 나뉩니다.가스를 사용하는 기업들에게 가스를 공급하여 광범위하게 적용될 수 있는 ‘가스화 아일랜드’ 모델은, 그 규모의 확장성, 전문성, 유연성이라는 장점 덕분에 점점 더 많은 기업과 산업단지들의 관심을 끌고 있습니다. 　　“기업 수가 많고 산업용 가스 수요가 큰 산업단지의 경우, 대형 가스화 플랜트를 건설하고 운영함으로써 생산 과정을 효율적이고 집중적으로 관리할 수 있습니다. 또한 생산 서비스도 통합적으로 조절될 수 있어, 각 기업이 개별적으로 가스화 설비를 구축함으로써 발생하는 소규모 설비의 중복 건설 문제를 방지할 수 있습니다. 이는 산업단지의 전체적인 조율과 장기적인 발전에 도움이 됩니다.”한홍메이가 말했다. 　　알려진 바에 따르면, 현재 국내외의 대형 석유화학 단지들은 점차적으로 가스화 아일랜드 모델을 도입하고 있습니다.우리나라가 추진 중인 대형 현대 석탄화학 생산 기지에도 대형 가스화 단지를 통합적으로 계획할 예정입니다.2014년 7월, 총 투자액 30억 위안이 투입된 중원대화 가스화 섬 프로젝트가 푸양 개발구에서 착공되었습니다. 공사 기간은 약 36개월로 예상되며, 주로 석탄 분말을 원료로 사용하여 첨단 수소화 석탄 슬러리 압력 가스화 기술을 적용합니다. 또한 합성가스 정제 및 공기 분리와 같은 설비도 함께 건설됩니다. 이를 통해 석탄화학 산업의 중요한 원료들이 생산될 것입니다. 프로젝트가 완공되면 연간 생산 가치는 28억 위안, 세수는 2.2억 위안에 달할 것으로 예상됩니다. 　　중석 섬서회사 유린에너지화학유한공사의 유횡석화학공장 가스화 시설에서는 GE900입방체피트, 6.5×10^6Pa 압력의 가스화 공정이 사용됩니다. 가스화로는 5대가 가동되고 2대는 예비로 준비되어 있으며, 하루에 필요한 석탄의 양은 약 8,000톤입니다. 이 가스화 설비는 2014년 4월 말에 처음으로 성공적으로 가동되었습니다. 한홍메이는 전문화된 가스화 플랜트의 경우, 수요의 특성에 맞게 적절한 유동층 가스화, 기류층 가스화, 고정층 과산소 가스화와 같은 공정을 선택해야 하며, 동시에 석탄 공급 상황도 고려하여 전체 공정의 경제성을 비교해야 한다고 말했습니다. 즉, “석탄 공급원 + 가스화 기술 + 제품 가격”이 그것입니다.