HWAHAK KONGHAK, Vol.25, No.4, 345-354, August, 1987
열천칭을 이용한 국내 무연탄의 고유 연소반응에 관한 실험 연구
An Experimental Study on Intrinsic Combustion Kinetics of Korean Anthracite by Thermogravimetric Analysis
초록
석탄고유의 연소반응 기초자료를 얻기 위하여서는 연소반응이 율속인 영역에서 미시적 연소실험을 하여야 한다. 국내산 무연탄 중 대천탄（저질탄）과 함태탄을 대표 시료로 하여 열천칭(Thermogravimetric Analyzer)으로 상압하, 온도 600∼680℃에서 열분석한 결과, 대천탄은 활성화에너지 28.5 kcal/g-mol, 빈도인자 8.3×106㎝2.1/g-mol0.7sec, 산소농도에 대한 반응차수 0.7을 가지며, 함태탄은 각각 27.0 kcal/g-mol, 3.8×108㎝3/g-mol.sec, 1.0으로 나타났다.
화학반응 율속조건을 만족시키기 위하여서는 시료의 크기를 탄종류에 따라 사전에 실험적으로 결정하는 것이 가장 중요하며, 석탄입자의 세공크기가 작을수록 시료의 크기도 작아야 한다. 연소반응 속도는 전환율에 따라 반응초기에는 증가하다가 최대값을 가진 후 서서히 감소하는 경향을 나타내는데, 이것은 반응유효 기공면적의 변화에 기인하는 것으로 판단된다.
화학반응 율속조건을 만족시키기 위하여서는 시료의 크기를 탄종류에 따라 사전에 실험적으로 결정하는 것이 가장 중요하며, 석탄입자의 세공크기가 작을수록 시료의 크기도 작아야 한다. 연소반응 속도는 전환율에 따라 반응초기에는 증가하다가 최대값을 가진 후 서서히 감소하는 경향을 나타내는데, 이것은 반응유효 기공면적의 변화에 기인하는 것으로 판단된다.
A microscale combustion experiment was performed under the chemical reaction control conditions in order to measure the intrinsic combustion kinetic data of coal. Daechon coal（low calorific value） and Hamtae coal(normal calorific value) are chosen as two representative Korean anthracites for thermogravimetric analysis.
Measured activation energy, frequency factor, and reaction order of oxygen concentration are 28.5 kcal/g-mol, 8.3×106㎝2.1/g-mol0.7·sec, 0.7 for Daechon coal ; 27.0 kcal/g-mol, 3.8×103㎝3/g-mol. sec, 1.0 for Hamtae coal, respectively, under atmospheric pressure, and between 600 ℃ and 680 ℃.
It is found the most important to predetermine the sample mesh size of each coal, so that the chemical reaction control conditions are guranteed. The reaction rates are observed to increase with time until they reach a maximum, then decrease slowly as reaction goes to completion. This phenomenon can be explained to be caused by the change of reaction surface area, i.e., by the change of pore structure as the reaction progresses.
Measured activation energy, frequency factor, and reaction order of oxygen concentration are 28.5 kcal/g-mol, 8.3×106㎝2.1/g-mol0.7·sec, 0.7 for Daechon coal ; 27.0 kcal/g-mol, 3.8×103㎝3/g-mol. sec, 1.0 for Hamtae coal, respectively, under atmospheric pressure, and between 600 ℃ and 680 ℃.
It is found the most important to predetermine the sample mesh size of each coal, so that the chemical reaction control conditions are guranteed. The reaction rates are observed to increase with time until they reach a maximum, then decrease slowly as reaction goes to completion. This phenomenon can be explained to be caused by the change of reaction surface area, i.e., by the change of pore structure as the reaction progresses.