[논문 리뷰] Physicochemical characterization of low rank Nigerian coals

Bemgba Bevan Nyakuma|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 03.

Coal and Its By-products참고 문헌 17인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 복합비열량측정법, 원소분석 및 준화학분석을 이용하여 저등질 나이지리아烟煤의 물리화학적 성질을 특성화한다. 그 결과, GMG 연료는 가장 높은 반응성과 가장 낮은 오염물질 발생 잠재력을 보이며, AFZ는 가장 높은灰분 함량을, SKJ는 가장 높은 고정탄소 함량을 나타낸다. 반응성 순서는 GMG > SKJ > AFZ이다.

ABSTRACT

This study is aimed at investigating the physicochemical properties of low rank Nigerian coals. The coal samples were examined using bomb calorimetry, ultimate and proximate analyses to determine the heating value, elemental composition and physicochemical properties. The calorific values of the coals were; 23.74 MJ/kg for GMG; 27.34 MJ/kg for SKJ and 30.52 MJ/kg for AFZ. The results of elemental analysis showed high C, H, O and low N, and S content for the coals. The GMG coal displayed the lowest N, and S values emphasizing its low pollutant emission potential. The highest VM (51.16 %) and M (5.28 %) content was observed for GMG; AFZ coal displayed the highest ash content at 30.99 %; and SKJ the highest FC content. Consequently, the reactivity and maturity of the low rank Nigerian coals investigated increases in the order; GMG > SKJ > AFZ. Keywords: Physicochemical, Characterization, Low rank, Nigeria, Coal, Energy

연구 동기 및 목표

• 저등질 나이지리아 연료의 물리화학적 성질을 에너지 응용을 위해 평가하기 위해.
• 선택된 연료 샘플의 발열량, 원소 조성 및 준화학적 매개변수를 평가하기 위해.
• 물리화학적 특성에 기반하여 다양한 연료 샘플의 반응성과 성숙도 수준을 비교하기 위해.
• 질소 및 황 함량 분석을 통해 연료의 환경 영향 잠재력 평가하기 위해.
• 주요 물리화학적 지표를 바탕으로 산업적 에너지 사용에 적합한 순위를 매기기 위해.

제안 방법

• 연료 샘플의 발열량 측정을 위해 복합비열량측정법을 시행하였다.
• 연료의 원소 조성(C, H, O, N, S)을 결정하기 위해 원소분석을 수행하였다.
• 수분, 비탄소질량, 고정탄소 및 회분 함량을 정량화하기 위해 준화학분석을 실시하였다.
• 결과를 바탕으로 연료 샘플 간의 반응성 및 성숙도 경향을 계산하였다.
• 물리화학적 데이터를 비교하여 에너지 잠재력 및 환경 영향 측면에서 연료를 순위 매겼다.
• ASTM 및 ISO 지침에 따라 표준 분석 기법을 적용하여 연료 특성 분석을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 광산에서 채굴된 저등질 나이지리아 연료 샘플의 발열량은 무엇인가?
• RQ2 연료의 원소 조성(C, H, O, N, S)은 어떻게 비교되며, 배출에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 연료 샘플의 준화학분석 결과(수분, 비탄소질량, 고정탄소, 화산)는 무엇인가?
• RQ4 각 샘플 간의 반응성과 성숙도는 어떻게 순위가 매겨지는가?
• RQ5 질소 및 황 함량을 기반으로 볼 때, 어떤 연료 샘플이 가장 낮은 오염물질 배출 잠재력을 보이는가?

주요 결과

• GMG 연료의 발열량은 23.74 MJ/kg이었고, SKJ 연료는 27.34 MJ/kg, AFZ 연료는 30.52 MJ/kg이었다.
• GMG 연료는 가장 낮은 질소(N) 및 황(S) 함량을 보이며, 오염물질 배출 잠재력이 가장 낮음을 나타내었다.
• GMG 연료는 51.16%의 가장 높은 비탄소질량(VM) 함량과 5.28%의 수분(M) 함량을 보이며, 높은 반응성을 나타내었다.
• AFZ 연료는 30.99%의 가장 높은 화산 함량을 보이며, 연소 효율성에 영향을 줄 수 있다.
• SKJ 연료는 가장 높은 고정탄소(FC) 함량을 보이며, 연소 시 에너지 안정성이 높음을 시사한다.
• 물리화학적 특성의 종합적 지표를 바탕으로 반응성 및 성숙도 순서는 GMG > SKJ > AFZ였다.