2. 아시아 가. 일본 1) 기술수준및 R&D 동향 일본은 1920년과 1930년사이에 South Manchurian Railway 주식회사가 Bergius Process를이용한석탄액화에대하여기본적인연구를시작한것이석탄액화에대한연구의시작이었으며, 1935년 bench-scale의 PDU (process development unit) plant의운영을시작하였다. 이연구를바탕으로중국의 Wushun 탄광지대에매년석유 2만톤을생산하는플랜트가건설되었고이플랜트는 1943년까지운전되었다. 그러나 2차세계대전이후군사목적으로사용되었다는이유로미국에의해일본의석탄액화연구는중지되었고, 1955년에국가연구소와대학등에의해석탄액화연구가다시시작되었으나, 석탄의고압수소화분해법에의한석유생산연구가아니라화학물질생산에관한연구이었고이러한연구는약 1975년까지계속된다. 이후일본은 1974년제1차오일쇼크의막바지에석유대체에너지개발프로그램의부분으로일본의독자적인석탄액화기술개발프로젝트인 Sunshine 프로젝트를발족하게된다. Sunshine 프로젝트에의하여 NEDO (New Energy Development Organization, 현재는 New Energy and Industrial Technology Development Organization) 의주관하에크게역청탄과갈탄의액화효율상승을위한 2가지연구과제가국가적인지원하에수행되었다. 그연구과제에의해 NEDOL 공정과 BCL 공정이만들어졌으며그내용은다음과같다. (1) NEDOL 공정 1978년부터 1983년까지일본에서는 3개의회사가서로다른석탄직접액화공정 ( 직접수소화공정 (direct hydrogenation), 용매추출 (solvent extraction) 공정, 가용매 (solvolysis liquefaction) 분해공정 ) 을개발하였으며, NEDO의주도하에 3개공정을조합하여아역청탄과저급역청탄
의전환을목표로 NEDOL 공정을개발하였다 ( 그림 6). 이공정의핵심은석탄의액화반응을위한단위공정과용매의수소화처리반응을위한단위공정으로이루어진 two stage process로서수송연료제조가목적이라할수있다. 이공정의연구는 0.1톤 / 일규모의 bench unit와 1톤 / 일규모의 PDU와 PSU가한공정씩있으며, 1988년 1톤 / 일규모의 PSU급석탄액화장치를건설하여운전하였고, 150톤 / 일규모의파일럿장치를 1996년 Kashima에건설하고 6,200시간동안시운전하였다. 이때액화유의수율은 58% 였다. 그림 1. NEDOL 액화공정도 NEDOL 공정에서는석탄가루가 2-4% 의합성철촉매와함께재순환된액화유에슬러리화되어 150-200기압, 435-465 o C로유지된반응기에수소와함께주입된다. 슬러리의반응기체류시간은 1시간이다. 용매수소화처리반응단위공정은반응온도가 320-400 o C이며, 반응압력은 100-150기압, gas/solvent 비율이 28(scf/lb), 반응시간은 60분이며 Ni-Mo 촉매가사용된다. 반응기출구물질은식혀서상압증류탑에서경질유를분리하고탑저제품은감압증류탑으로보내진다. 감압증류탑에서분리된중질유의일부는수소화반응기에서수소가첨가되어석탄액화용매로재순환되며감압증류탑저제품은수소제조용도로사용된다. NEDOL공정의액화유는다른공정액화유에비해저급이어서강도높은 upgrading을필요로한다.
(2) BCL 공정 BCL (Brown Coal Liquefaction) 공정은호주에있는수분함량이높은 Victoria 석탄을액화시키기위하여일본-호주상호연구개발계획의일환으로호주의 Victoria, Mornsell에 50톤 / 일규모의공정을건설하여 1987년부터 1990년 10월까지가동완료하였으며실제연속안정가동시간은 1726시간이었다. 이공정은 2단수소화공정으로서각단사이에탈회장치 (deasher) 가설치되어있다 ( 그림 7). 우선첫번째반응기는철성분의함유량이높은슬러리촉매를사용하며, 두번째반응기에서는 Ca-Ni-Mo 촉매가충진된고정층반응기가이용된다. 첫째단의반응압력은 150-200 기압이고반응온도는 427-448 o C 이고대상석탄의수분함량 (60% 이상 ) 이높기때문에특수한탈수건조시스템이필요하다. 두번째단의반응압력은첫번째단과같으며반응온도는첫단보다낮은 360-400 o C 이다. 생성액화유수율은약 50% (daf 석탄기준 ) 의경 중 ( 中 ) 간증류유가된다. 또한파일럿테스트가종료후에도 0.1 톤 / 일규모의벤치급장치를이용한연구가계속수행되어파일럿에비해 24% 이상의효율증가가능성을확인하였다. 그림 2. BCL 액화공정도
2) 주요기술개발 Project 중국이석유의대체에너지원으로석탄액화를선택함에따라일본의 NEDO도국제적협력프로그램의한부분으로중국석탄의액화테스트, 액화촉매개발및인적자본육성을위해 1982년에 0.1톤 / 일규모의석탄액화설비를중국에설치하였다. 1997년이후에는 Heilongjiang 지역의 Yila 석탄을사용하는액화플랜트의실행가능성조사를중국으로부터요청받아수행하였으며, 내몽고지역의매장된 2000억톤가량의석탄에대한액화사업가능성평가조사를위탁받았다. 또한 1992년에인도네시아정부로부터인도네시아갈탄의액화협동연구를부탁받았다. 이에 NEDO는인도네시아기술평가응용국 (Assessment and Application of Technology of Indonesia, BPPT) 과인도네시아갈탄을이용한상용석탄액화플랜트설립을목적으로새로운석탄액화연구를시작하였다. 일본은 1974년 Sunshine project 발족이후석탄액화분야의기술개발을계속진행해왔으며, 그결과현재중국및인도네시아등의국가들과함께상용화석탄액화플랜트개발에박차를가하고있다. 나. 중국 1) 주요기술개발 Project 중국은 2007년까지석탄직접액화에의한생산규모를연간 1백만톤으로계획하고있고, 2013년까지중국전체원유수입량의 10% 를석탄액화유로대체코자하고있다. 2002년중국최대석탄회사인 Shenhua Group Corp. 이내몽골자치구 Baotou 130 km 남부에위치한 Majiata에석탄직접액화공장을짓기로발표한이후현재건설이완료되었으며 2007년하반기에운전을시작할예정이다. 1단계석탄직접액화프로젝트에는총 20억불이소요되고, 정부은행인 Bank of China에서자금을지원하고독일의 ABB Lummus Global이전체프로젝트관리를수주하여진행하고있다. 이건설사업은
2005년도중국개혁개발위원회에서 2005년도중국 10대핵심건설사업의하나로고려되고있다. 2단계프로젝트는정부승인단계에있다고알려져있고 3개의석탄직접액화공장을더건설할계획이다. 직접액화프로젝트의기술은미국과일본의기술들이경합하여미국 DOE에서개발된직접액화방식이고미국유타주소재 Hydrocarbon Technologies, Inc. (HTI) 에서기술라이센스와공정설계, 3개의액화반응기 (2단슬러리 phase) 로구성될반응기기술이제공된다. Shenhua사는 HTI 기술의 15% 지분도매입하여, 기술의안정적인지원과향후개발될기술의소유에대한대비도한상태이다. 반응조건은 2,500 psig (170기압), 427 o C이고 HTI사의 GelCat 촉매 ( 분산나노크기인철기반촉매 ) 를사용한다. 하루에 13,000톤의석탄을사용하여최종적으로는하루 5만배럴의저유황디젤과휘발유를생산할예정이다. 이프로젝트에서중요한한부분은, 1단계에서는설비의 60% 를중국산으로하고 2 단계에서는중국국산화율을 80% 로예상하고있다는점이다. 또다른석탄액화프로젝트는중국남서부지역인 Yunnan 지구에 1995년부터시작되었는데, 총 12.5억불을투입하여연간 510만톤 ( 일일 14,000톤 ) 의석탄을사용하여 88.3만톤의디젤및휘발유와 67,500톤의 LPG를생산할계획이다. 이프로젝트에서 9.5년의자금회수기간을예상하고있다. 석탄액화에대한중국의기술개발내용을살펴보면, Helongjang 지구의 Yilan에파일롯급직접액화플랜트를 1995년부터운영중이다. 또한, Shenhua그룹은상하이 Huayuan그룹, 상하이전기그룹과공동으로석탄액화센터를 2004년상하이에 1,200만불을투자설립하여중국에서건설중인석탄액화공장의기술지원과운전원훈련을목적으로운영을시작하고있다. 중국은석탄액화를통한합성연료유생산만이아니라최근 LPG 나디젤유대체가가능한청정연료인 DME (di-methyl ether) 생산에도투자를하여이미석탄과천연가스로부터 DME를생산하고있다. 적용한기술은일본기술이었다.