국내 각종 가스화 기술의 운영 현황

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국내 각종 가스화 기술의 운영 현황
저자/출처: 날짜: 2016-08-03 클릭률: 25
1. 고정층 가스화 기술의 운영 현황
고정층 가스화 기술은 우리나라에서 1950년대부터 사용되기 시작했으며, 주로 갈색석탄을 가스화하여 합성암모니아 생산에 필요한 원료 가스를 만드는 데 사용됩니다.원윈난 해방군 화학비료공장은 우리나라에서 최초로 석탄을 분쇄하여 압력을 가해 기화시키는 방식을 도입한 기업으로, 사용된 로의 형태는 1세대 루치 로였습니다.현재 윈난해화그룹은 라오루치로 14대를 보유하고 있으며, 그중 1대는 석탄 분쇄 슬래그 압력 가스화로(BGL로)로 개조되어 2006년에 성공적으로 가동되었습니다.1980년대 중반 이후, 우리나라에서는 석탄을 압축하여 가스화하는 설비가 크게 발전했습니다. 천지그룹, 란저우 가스공장, 하얼빈 가스공장, 허난 의마 등의 기업들도 이러한 설비를 보유하고 있으며, 이 설비들은 주로 도시용 가스, 합성암모니아, 메탄올, 디메틸에터, 천연가스 및 석탄의 간접 액화와 같은 제품들을 생산하는 데 사용됩니다. 그중 란저우 가스공장이 도입한 5대의 Mark-Ⅱ형 루치식 가스화기는 주로 도시용 가스를 생산하는 데 사용되었으나, 수요 부족으로 인해 현재는 생산이 중단된 상태입니다；하얼빈 가스화 공장은 1980년대 말에 기존 **독일로부터 PKM형 가스화로 5대를 도입했습니다(이는 3세대 루치 로와 동등한 것입니다)；나머지 기업들의 용광로는 모두 Mark-Ⅳ형 석탄 분쇄 압력 가스화로입니다. 최근 몇 년간, 석탄을 분쇄하여 압력을 가해 기화시키는 장치(루치 로)를 도입한 기업들로는 산시 루안, 신장 광후이, 내몽골 대당국제 케치, 신장 이리 칭화, 국전 청펑 화학비료, 진메이 진시, 대당국제 푸신, 이리 신탄, 하남 진메이 톈칭 등이 있습니다. 그중에서도 대당 케치의 기화장치는 세계 최초로 4.0MPa의 압력으로 석탄을 기화시키는 장치로, 2012년 5월에 성공적으로 시운전을 마쳤습니다；진메이진시의 파쇄석탄 압력가스화 장치의 가스화 원료는 진성 15호 석탄이며, 현재 투입에 성공하여 파쇄석탄 압력가스화 기술이 진성의 무연단석탄을 단독으로 처리할 수 있음이 입증되었습니다. 고정층 가스화 공정에서 흔히 발생하는 문제는 가스화 과정에서 배출되는 폐수의 양이 많다는 것입니다. 이 폐수에는 톨루엔, 암모니아, 페놀과 같은 물질들이 다량 포함되어 있습니다. 현재로서는 이러한 물질들을 효과적으로 처리할 방법이 없습니다. 비록 페놀과 암모니아를 회수하거나 물과 가스를 분리하는 방식을 사용하여 이러한 물질들을 분리한 뒤 처리장으로 보낼 수는 있지만, 처리가 매우 어렵고 기준에 부합하는 수준으로 처리하기도 힘듭니다. 또한 폐수 처리에 드는 투자와 비용도 상당히 큽니다. 고정층 가스화는 대당국제 케기, 신장 광후이 프로젝트의 운영 과정에서 로체 부식 문제가 발생했으며, 내몽골과 신장에서는 석탄의 열안정성이 낮아 설계된 생산량을 달성하지 못하는 문제가 있었습니다. 二、유동층 가스화 기술의 현황
유동층 가스화로는 구조가 간단하고, 운전 온도가 적당하며, 조작이 용이하고, 처리 능력이 높으며, 생성된 가스에 타르와 같은 물질이 포함되지 않으며, 사용 가능한 석탄의 종류가 다양하고, 광산에서 생산된 10cm 이하 크기의 석탄도 직접 사용할 수 있다는 장점들 때문에, 일부 기업들에 의해 주목받아 활용되고 있습니다. 상하이 코크스 공장은 1993년에 U-gas 가스화 기술 및 장비를 도입했습니다. 총 8대의 가스화로가 있으며, 그중 6대는 가동 중이고 2대는 예비용입니다. 각 가스화로의 설계 생산능력은 시간당 20,000m3의 가스입니다. 이 공장은 1995년 4월에 가동을 시작했으며, 이는 세계 최초의 U-gas 산업화 설비였습니다. 1995년부터 1996년 10월까지 총 15,000시간 동안 가동되었습니다. 가스화에 사용된 원료는 중국 신푸석탄으로, 총 5만 톤에 달합니다.이 장치의 실제 운영 결과는 설계 목표에 미치지 못했으며, 동시에 상하이시가 도시 가스 대신 천연가스를 사용함에 따라 U-gas 가스화로는 2002년 초에 운영이 중단되었습니다.2005년, SES사는 종능협싱(내몽골) 석탄화학유한회사와 협력하여 U-gas 가스화 기술을 활용해 연간 22.5만 톤의 메탄올과 15만 톤의 디메틸에터를 생산할 계획이었습니다.2008년 산둥성 자오장의 에신스 신가스 유한회사에서는 하나는 가동형이고 하나는 예비형인, 총 2대의 400t/일 처리량을 갖춘 U-gas 압력 가스화 장치가 건설되었습니다. 이 장치들은 연간 10만 톤의 메탄올을 생산하는 공장에 원료인 합성가스를 공급하는 역할을 합니다.허난 의마 1단계 30만 톤/년 메탄올 프로젝트는 2기 가동에 1기 예비로 총 3대의 1200톤/일 처리능력을 갖춘 U-gas 압력 가스화로를 도입했으며, 2012년 6월에 공사가 완료되었습니다. 12월에는 첫 번째 가스화로의 시운전에 성공했습니다. 국내에서는 2009년부터 TRIG 순환유동층 가스화 기술이 도입되기 시작했습니다. 현재까지 두 개의 프로젝트에서 이 기술이 사용되고 있는데, 하나는 동관중과(정우)가스화유한공사의 IGCC 개조 프로젝트로, 여기서는 1일 1700톤의 석탄을 처리할 수 있는 TRIG 가스화로가 도입되었습니다. 다른 하나는 보원그룹의 수니트 에너지 절약 및 소비 감소를 위한 개조 프로젝트로, 여기서는 1일 1200톤의 석탄을 처리할 수 있는 TRIG 가스화로가 도입되었습니다.현재 이 두 프로젝트는 아직 가동되지 않고 있습니다. 유동층 가스화 기술은 우리나라에서는 새로운 형태의 가스화 공정에 속하며, 아직 초기 단계에 있어 널리 보급되기까지는 아직 갈 길이 멉니다.유동층 가스화 기술은 희상단이 존재하기 때문에, 이 공정의 가스화 강도가 높지 않다.또한, 탄소 전환율은 고정층 및 기류층 가스화로에 비해 낮습니다. 삼. 기류층 가스화 기술의 현황 1. 수소화 석탄 슬러리 가스화 기술의 현황 수소화 석탄 슬러리 가스화 기술은 안정성과 신뢰성이 뛰어나다는 평가를 받고 있습니다. 이 가스화 공정에서는 석탄의 회분 융점이 1350℃ 미만이어야 하며(수냉식 청화로의 경우에는 약간 완화될 수 있음), 또한 석탄이 우수한 슬러리화 특성을 가져야 합니다. 일반적으로 58% 이상이 요구되며, 이 수치가 너무 낮으면 가스화로의 운영 효율에 영향을 미칩니다.미국의 텍사코 가스화 기술(현재는 GE 가스화 기술)은 중국에서 약 30년에 달하는 산업화 경험을 보유하고 있으며, 약 180대의 가스화로가 성공적으로 가동되고 있습니다. 따라서 산업화 수준이 높고 기술도 매우 성숙해 있습니다.상하이의 석탄을 이용한 도시용 가스/메탄올 생산, 웨이허의 석탄을 이용한 합성암모니아/요소 생산, 푸청의 청정에너지 생산 등과 같은 프로젝트들은 정상적으로 운영되고 있으며, 최장 180일간 연속으로 가동된 바 있습니다. 화동이공대학교의 다노즐 대치형 수석탄 슬러리 가스화 기술은 10년에 달하는 산업화 경험을 보유하고 있으며, 기술적으로 성숙하고 공정도 첨단화되어 있어 안정적으로 운영됩니다. 최장 연속 가동 시간은 90일에 달하며, 신화닝메이, 상하이조화, 안양잉더와 같은 프로젝트들도 모두 이 다노즐 대치형 수석탄 슬러리 가스화 기술을 사용하고 있습니다.이러한 가스화 기술의 주요 단점은 석탄의 품질에 높은 요구사항이 있다는 것입니다. 또한 가스화로의 버너나 내화블록에 문제가 생기기 쉬워 자주 교체해야 하며, 평균적으로 1~2개월마다 설비를 멈추고 점검을 해야 합니다. 다원 슬러리 가스화도 10년 이상의 산업화 경험이 있으며, 기술이 성숙해 운영이 안정적입니다.칭화로는 다른 수탄슬러리 가스화 방식에 비해 산업적 운영 기간이 짧으며, 기술적으로 개선이 필요합니다. 2. 건조 석탄분 가스화 기술의 운영 현황
건조 석탄분 압력 가스화 기술은 현재 석탄화학 산업에서 주류를 이루고 있으며, 다양한 종류의 석탄에도 비교적 잘 적용될 수 있다.로에 투입되는 석탄의 회분 융점 T4는 1400℃ 미만이어야 하며, 규소-알루미늄 비율은 1.6 이상이어야 합니다(하향식 수냉 공정의 경우 이 수치를 적절히 낮출 수 있음). 또한, 작동 온도 범위는 120℃ 이상이어야 합니다. GSP 기화 기술은 중국에서 약 몇 년간의 산업화 경험이 있으며, 현재 각 프로젝트는 정상적으로 가동되고 있습니다. 연속 가동 기록으로는 130일이 가장 길며, 예로 닝샤 석탄그룹의 연간 83만 톤 규모의 디메틸에터 생산 프로젝트나, 산시 란화 석탄화학 유한공사의 ‘진청 3052 프로젝트’가 있습니다. 셰브론의 가스화 기술은 중국에서 15년간의 산업적 실적을 가지고 있으며, 현재 세계에서 가장 선진적인 가스화 기술 중 하나입니다. 2000년부터 2009년까지 국내 기업들은 총 23대의 셰브론 가스화 장비를 도입했습니다. 하지만 일부 장비가 수입품이라는 점과 운영에 필요한 요구사항이 높다는 이유로, 그중 절반만이 시험 가동되거나 실제로 운영되었으며, 그 성능도 기대에 미치지 못했습니다.국내에서 쉘의 가동 이후 계속해서 발생해온 다양한 문제들을 해결하기 위해, 쉘과 사용 기업들은 부품의 국산화를 촉진하고, 기술 교류와 지적재산권 보호를 강화하며, 안정적인 운영을 실현하기 위해 끊임없이 노력해왔습니다. 그 결과 현재는 산업이 안정적으로 운영되고 있습니다.대당 다롄의 석탄을 이용한 올레핀 생산 프로젝트, 윈난 티안안의 합성암모니아 생산 프로젝트, 허난 허비의 메탄올 생산 프로젝트, 신화의 석탄을 이용한 석유 생산 프로젝트 등은 모두 단일 가마에서 120일 이상 연속으로 고부하 상태에서 운전되는 성과를 거두었으며, 100일 이상 정상적으로 가동되는 것이 일상화되었습니다；쌍환, 류화, 영성 등의 쉘 가스화 설비들은 총 320일 이상 가동되었으며, 그중 최장 기록은 341일입니다. 항공우주용 로는 산업화된 이후로 8년이 지났으며, 지속적인 실천과 개선을 통해 상당한 설계 및 운영 경험이 축적되었습니다. 그 결과 기술도 비교적 성숙해졌고, 운영 상태도 양호합니다. 분말가스화의 다른 공정들인 2단식 로, 동방로는 아직 1~2개의 프로젝트에만 적용되었으며, 산업적으로 운영된 기간이 짧아 기술적으로 더욱 개선과 보완이 필요합니다.닝메이로는 아직 가동되지 않았으며, 상황을 지켜봐야 합니다.