【전문】석탄의 분급 및 분질 활용을 위한 기술 연구개발과 응용이 긍정적인 진전을 보이고 있습니다

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서문: 자원과 환경에 대한 제약이 점점 더 심해지는 가운데, 특히 짙은 안개가 자주 발생하는 상황에서, 석탄을 청정하고 효율적으로 활용하는 것은 우리나라의 에너지 전략에서 매우 중요한 요소로 여겨지고 있습니다. 따라서 석탄을 분류하여 효율적으로 활용하기 위한 기술 개발도 빠르게 진행되고 있으며, 긍정적인 성과도 나타나고 있습니다. 석탄 열분해는 석탄의 분급 및 고품질 활용을 위한 선도적인 기술입니다.열분해에 요구되는 석탄의 입도에 따라, 블록석탄 열분해 기술과 분말석탄 열분해 기술로 나눌 수 있다.우리나라의 블록석 열분해는 직립로를 사용하며, 이 기술은 이미 성숙된 상태입니다. 산시성 유린이나 내몽골 우하이 등지에서 일정 규모로 활용되고 있으며, 생산능력은 연간 약 5천만 톤에 달합니다. 하지만 기술적으로는 다소 낙후되어 있어, 한 대의 설비당 생산능력은 연간 10만 톤 미만입니다. 또한 오염물질 관리 방법도 부족하여 환경에 큰 영향을 미칩니다.동시에, 우리나라에서 석탄을 대규모로 기계화하여 채굴하는 방식이 보편화됨에 따라, 광산에서 생산되는 블록형 석탄의 비중은 점점 줄어들고 있습니다(20% 미만). 전통적인 블록 석탄 열분해가 발전의 병목에 직면한 가운데, 분말 석탄 열분해 기술이 돌파구를 마련했다. 우리나라는 1950년대부터 석탄 열분해 기술에 대한 연구를 시작했습니다. **“863”, “973” 계획 등의 지원을 받아, 절강대학교에서는 순환유동층을 활용한 석탄 분류 및 다중 생산 기술을 개발했으며, 대련공과대학교에서는 고체 열매체를 활용하는 공정을 개발했습니다. 또한 베이징 콜린스다 과학기술유한회사는 벨트식 로를 이용한 석탄 개선 기술을 개발했으며, 대당화인전력유한회사와 중국우환공정유한회사는 협력하여 청정석탄 기술(LCC)을 개발했습니다. 베이징 신우환경에너지과학기술그룹유한공사는 열매체가 없는 회전식 건조 공정을 개발했으며, 신화모듈형 고체 열매체 기술도 개발되었습니다. 광동 자오칭시의 순신석탄화학공업유한회사는 갈색석탄의 열분해 촉매 기술을 개발했습니다. 이러한 석탄 열분해 관련 기술들은 모두 중간 규모의 시험을 통과했으며, 여러 중요한 기술적 문제들이 해결되었습니다.지적해야 할 점은, 이러한 기술들은 석탄 가루와 타르가 쉽게 혼합되어 열분해로의 벽면에 달라붙어 막힘을 일으키기 때문에, 대규모 산업화에는 이르지 못했다는 것입니다. 2014년, 하남 용성그룹은 저등급 석탄을 이용한 회전식 침대형 저온 열분해 기술을 개발하는 데 성공했습니다. 이를 통해 석탄의 열분해와 관련된 기술적 문제들이 해결되었습니다.다관로 연소 가열 기술 및 물질과 다연소관 간의 동적 열교환 기술을 통해, 가스를 이용한 다단계 난방과 지능형 정밀 온도 제어를 실현합니다；효율적인 사이클론-특수 막 조합 분리 공정을 통해 4마이크로미터 이상의 고체 입자를 회수하고 유가스를 분리함으로써, 석탄의 균일하지 않은 가열 문제와 열 전달이 느린 문제를 해결했습니다；고온 회전 동적 밀봉 기술을 통해 유가스 누출과 공기 내부 누출 문제를 해결했습니다.동시에 특수한 추출 공정과 추출제를 활용하여 오일페놀을 함께 추출함으로써, 열분해 폐수가 생화학적 처리 기준을 충족하도록 합니다. 또한 이를 성숙된 생화학적 처리 기술과 결합하여 순환 활용 및 거의 제로 배출을 실현합니다. 중국 석유화학공업연합회의 현장 검증에 따르면, 이 기술을 활용해 건설된 단일 시스템형 생산 라인은 연간 수백만 톤 규모의 원료 석탄을 처리할 수 있으며, 장기간 안정적으로 운영될 수 있다. 청정 석탄의 생산율은 71.53%, 석탄 타르의 생산율은 11.05%, 가스의 생산율은 9.87%에 달하며, 에너지 효율은 90.70%에 이른다；연간 1천만 톤 규모의 석탄을 분류·분질에 따라 효율적으로 활용하는 프로젝트가 이미 초기 단계에서 완성되었으며, 이는 우리나라의 석탄 분류·분질별 활용 발전에 있어 훌륭한 모범이 되고 있습니다. 또한, 기술 및 설비에 대한 투자 비용 측면에서는 주요 석탄화학 프로젝트에 비해 석탄의 분급·분질 활용의 투자수익률이 높고 경제성이 우수하다.석탄을 이용한 가스 및 석유 생산 기술과 장비에 드는 비용은 총 투자액의 80% 이상을 차지합니다. 반면, 석탄을 분류하여 다양하게 활용하는 프로젝트의 경우, 해당 기술과 장비에 드는 비용은 68%에 불과합니다. 게다가 핵심 장비들은 국내에서 생산되고 있어서, 수백 억 원이 넘는 비용이 드는 석탄화학 공장에 비해 비용이 낮으며, 비용 절감 가능성도 큽니다. 따라서 경제적인 면에서 상당한 장점이 있습니다.용성그룹의 저등급 석탄을 이용한 회전식 침대형 저온 열분해 기술을 예로 들면, 조사에 따르면 정제된 연료의 생산 비용은 톤당 1944.64위안으로, 석탄을 직접 액화하는 데 드는 비용의 절반도 되지 않습니다. 또한 LNG를 생산하는 데 드는 비용은 입방미터당 1.48위안으로, 석탄을 가스로 전환하는 데 드는 비용의 3분의 2에 해당합니다；그 투자 강도는 석유 1만 톤당 0.7억 위안에 불과한 반면, 신화와 이타이의 석탄을 이용한 석유 생산 프로젝트의 투자 강도는 각각 석유 1만 톤당 1.39억 위안과 1.75억 위안입니다.출처: 중국석탄공업협회 자문센터
저자: 이위밍, 박사, 국무원발전연구센터 자원 및 환경정책연구소 부연구원；임세화, 석탄과학연구총원 석탄전략기획연구원