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저등급 석탄 고품위화를 위한 건조 및 성형 공정 경제성 비교 연구: 인도네시아 GAM 광산 사례를 중심으로 : Feasibility Analysis on Drying and Briquetting Process for Upgrading Low Rank Coal

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Authors
이영우
Advisor
조희찬
Major
공과대학 에너지시스템공학부
Issue Date
2018-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
저등급 석탄석탄건조석탄 성형Steam Tube DryerCUPO Process
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 에너지시스템공학부, 2018. 2. 조희찬.
Abstract
앞으로의 석탄 공급은 과거에 주로 유통되었던 고열량 석탄이 점점 고갈됨에 따라 저열량 석탄의 생산이 점점 증가는 추세를 보일 것이다. 세계 저열량탄 신규 공급의 상당 부분은 인도네시아 저등급탄(Low Rank Coal, LRC)으로 이루어지고 있는데, 인도네시아 동부칼리만탄주(州)에 위치한 PT. Ganda Alam Makmur(이하 GAM) 광산은 저등급 석탄을 생산하는 대표적 탄광 중 하나이다. 본 연구는 인도네시아에 소재한 이러한 저등급 석탄 생산 기업이 건조 및 성형 기술을 활용한 품질 향상 공정을 효율적으로 활용하여 최적의 경제성을 가질 수 있는 운영 방안을 마련하고자 하였으며, GAM 광산을 대상으로한 사례 연구를 통해 운영조건별 경제성 비교 연구를 진행하였다.
먼저 1,500t 규모의 현장 모의 저탄장 실험을 통해 저등급석탄의 기본적인 물성을 분석하였다. 또한 석탄의 품질 향상을 통한 부가가치를 높일 수 있는 기술 중에 비용-효과 측면에서 가장 현실적이라고 볼 수 있는 Steam Tube Dryer(이하 STD) 기술과 CUPO Process 기술을 연구 대상으로 선정하였다. 이에 대한 검증을 위해 15t의 석탄으로 파일럿스케일(pilot scale)의 건조 및 성형 실험을 연속 공정으로 실시하였다. 세부적인 운전 조건으로는 팜오일잔사유(Palm Acid Oil: 이하 PAO)를 코팅제 및 성형바인더로 각각 0.0%, 0.5%, 1.0% 혼입하였을 때의 건조 및 성형 효과를 확인하였다.
현장 실험 분석 결과, 저등급 석탄을 직접 판매할 경우 저탄장에서 원탄 상태로 10일 정도 저탄 기간을 설정하고 최종소비자까지의 유통기한을 약 35일 정도로 조절하여야 하는 등의 세심한 관리가 필요한 것으로 나타났다.
건조 성형 관련 실증 실험에서는 약 50분간의 STD 건조 공정으로 성형탄의 총수분이 48%에서 9% 수준까지 감소하는 것을 확인하였고, 이후 수분 재흡수가 일부 나타났지만 10~17%에서 안정화됨을 확인하였다. 이 결과를 통해 성형탄이 시장에 유통 가능할 정도의 방수 성능과 강도를 보유하고 있음을 확인하였고, 향후 수분 재흡수를 고려한 평형 상태에서의 제품의 탄질을 확정하였다.
경제성 평가에서는 파일럿 실험 결과를 근거로, 단순 판매, 건조 후 판매, 건조 성형 후 판매의 경우를 각각 비교하였다. 또한 건조 및 성형 공정에 0%, 0.5%, 1.0%의 PAO를 혼입한 경우에 대하여 각각의 경제성을 비교 분석하였다. 경제성 평가는 인도네시아 정부 공시 원가 및 최근 시장 가격을 활용하여 조건별 예상 경상이익 및 당기순이익을 비교하였다. 세부적으로는, 공정별 단위 원가를 구분하여 GAM 광산 이외의 사례 및 석탄 가격의 등락 시에도 적용이 가능한 예시를 제시하였다. 평가 결과 PAO 0.5% 혼입 조건에서 저등급탄을 건조 후 성형하는 경우가 가장 경제성이 좋은 것으로 나타났다. 또한, 다른 종류의 공정과 경제성 비교를 위하여 Mine Mouth Power Plant(이하 MMPP라 한다)를 설치할 경우에 대한 분석도 실시하였다.
마지막으로, 석탄 시황 변화에 따른 단순판매, 건조, 성형, MMPP 공정의 경제성을 비교하였다. MMPP 공정은 시황변화에 따른 수익성 변화가 없는 반면, 단순판매, 건조, 성형 공정은 시황에 따른 변화가 컸으며, 건조/성형 공정을 할 경우 상대적으로 시황 변동에 대한 안정적 수익 확보가 가능한 것을 확인하였다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/140603
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Energy Systems Engineering (에너지시스템공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._에너지시스템공학부)
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