이중관형 매체순환식 반응기에서 산소공여입자의 수력학적 및 산화-환원반응 특성

Abstract

매체순환식 연소기술은 연소효율은 유지하면서 이산화탄소를 고농도로 농축할 수 있는 최신기술이다. 매체순환식 연소기술은 산화반응기와 환원반응기의 두 개의 반응기로 이루어져 있으며, 산소공여입자가 두 반응기 사이를 순환한다. 본 연구에서는 이중관형 매체순환식 반응기에서 메탄을 이용한 산소공여입자들의 반응 특성을 살펴보았다. 환원반응기는 내경 $0.8 m$ 높이 $2.2 m$ 이고,산화반응기는 내경 $1.5 m$ 높이 $1.7 m$ 의 이중관형으로 구성되었다. 고체순환속도는 두개의 룹실에 의해서 조절된다. 산소공여입자는 $106-212 \microm$ 입자 사이즈의 OCN703 ($106-212 \microm$) 와 NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) 를 사용하였다. 고온 반응실험에 앞서 상온에서 수력학적 특성을 고찰해 보았다. 상승관의 기체유속을 고정하고, 룹실의 기체유속을 증가시켰을 때, 고체순환속도는 $5 - 30 kg/m^{2}s$ 범위에서 선형적으로 증가했으며, 반응기 사이의 기체 누출은 두 개의 룹실과 dipleg 설치해서 차단하였다. 24시간 이상의 연속 조업을 해서 장기 연속 운전이 가능함을 확인했다. $99%$ 이상의 연료전환율과 98%$ 이상의 이산화탄소 선택도가 $0.015 - 0.030 m/s$ 와 $1173 K$ 에서 측정되었다. OCN703 입자의 탄소침적은 온도가 증가하면서 감소하는 경향을 보였다. 고체순환속도를 바꿔가면서 연속조업을 한 결과 $99-100%$의 연료전환율과 $96-98%$의 이산화탄소선택도를 보였다. 비산율은 OCN703 가 $0.114%/h$, NiO/bentonite ($60%$) + $Co_xO_y/CoAl_2O_4$ ($70%$) 가 $0.138%/h$ 를 보였다.