본 연구에서는 파티클보드, 다시마와 같은 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 고정층 반응기를 이용하여 온도, 유속, 시료크기 등 다양한 실험조건 하에서 열분해 하여 최적의 실험 조건을 도출하고자 하였으며, 바이오매스와 플라스틱을 혼합하여 더 높은 발열량을 가지고 고품질의 바이오오일로 개질하기 위하여 ...
본 연구에서는 파티클보드, 다시마와 같은 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 고정층 반응기를 이용하여 온도, 유속, 시료크기 등 다양한 실험조건 하에서 열분해 하여 최적의 실험 조건을 도출하고자 하였으며, 바이오매스와 플라스틱을 혼합하여 더 높은 발열량을 가지고 고품질의 바이오오일로 개질하기 위하여 촉매열분해를 수행하였다.
그 결과 촉매의 cracking 반응에 바이오오일 내 oxygenates의 제거로 인하여 높은 발열량과 기존 탄화수소 연료와의 혼합에 유리한 양질의 바이오오일로 개질 할 수 있었다. 메조 기공을 갖는 Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, Al-SBA-16과 같은 촉매를 사용한 경우 열분해 생성물 중 고분자 성분의 분해에 좋은 성능을 나타냈지만 미세기공을 갖는 제올라이트 촉매인 HBETA, HY, HZSM5에 비하여 약산점을 지니고 있기 때문에 cracking 능력에는 상대적으로 부족한 면이 나타났다. 반면에 제올라이트 촉매의 경우 제올라이트 특유의 구조와 강산점 때문에 뛰어난 cracking 능력과 aromatics 성분에 대한 선택성을 보여주었다. 특히, MesoMFI는 강산점과 메조 기공을 갖는 구조로 고분자 성분의 분해와 aromatics 성분을 증가 시키는 결과를 나타내었다. 또한 HBETA, Mesoporous MFI 촉매에 각각 Ga, Pt를 담지한 결과 dehydrogenation 능력이 향상되면서 방향족화 반응이 촉진됨을 확인 할 수 있었다. 바이오매스와 플라스틱 혼합물의 촉매 개질 결과 zeolite와 같은 미세기공 촉매의 강산점으로 인하여 cracking 능력이 증가되면서 C5~C9의 가솔린 영역을 증가 시켰으며, Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, Al-SBA-16와 같은 메조기공 촉매는 낮은 산점을 갖지만 큰 기공을 갖고 있어 C10~C17의 디젤 영역을 증가 시켰다. ZSM-5와 같은 촉매는 강산점을 가지고 있지만 작은 기공 때문에 C17이상의 고분자 물질을 모두 분해 할 수는 없었다. 또한 Ga/HBETA, Pt/MesoMFI 촉매는 금속 물질을 담지 함으로써 HBETA, MesoMFI 촉매보다 산점은 감소하였지만 석유 산업에서 고부가 가치 물질 원료로 사용되는 aromatics 물질을 증가시키는 능력을 보였다. 바이오매스와 플라스틱을 혼합한 바이오오일의 발열량은 곧 바로 공정에 사용할 수 있을 정도의 플라스틱과 비슷한 높은 발열량을 얻을 수 있었다.
본 연구에서는 파티클보드, 다시마와 같은 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 고정층 반응기를 이용하여 온도, 유속, 시료크기 등 다양한 실험조건 하에서 열분해 하여 최적의 실험 조건을 도출하고자 하였으며, 바이오매스와 플라스틱을 혼합하여 더 높은 발열량을 가지고 고품질의 바이오오일로 개질하기 위하여 촉매열분해를 수행하였다.
그 결과 촉매의 cracking 반응에 바이오오일 내 oxygenates의 제거로 인하여 높은 발열량과 기존 탄화수소 연료와의 혼합에 유리한 양질의 바이오오일로 개질 할 수 있었다. 메조 기공을 갖는 Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, Al-SBA-16과 같은 촉매를 사용한 경우 열분해 생성물 중 고분자 성분의 분해에 좋은 성능을 나타냈지만 미세기공을 갖는 제올라이트 촉매인 HBETA, HY, HZSM5에 비하여 약산점을 지니고 있기 때문에 cracking 능력에는 상대적으로 부족한 면이 나타났다. 반면에 제올라이트 촉매의 경우 제올라이트 특유의 구조와 강산점 때문에 뛰어난 cracking 능력과 aromatics 성분에 대한 선택성을 보여주었다. 특히, MesoMFI는 강산점과 메조 기공을 갖는 구조로 고분자 성분의 분해와 aromatics 성분을 증가 시키는 결과를 나타내었다. 또한 HBETA, Mesoporous MFI 촉매에 각각 Ga, Pt를 담지한 결과 dehydrogenation 능력이 향상되면서 방향족화 반응이 촉진됨을 확인 할 수 있었다. 바이오매스와 플라스틱 혼합물의 촉매 개질 결과 zeolite와 같은 미세기공 촉매의 강산점으로 인하여 cracking 능력이 증가되면서 C5~C9의 가솔린 영역을 증가 시켰으며, Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, Al-SBA-16와 같은 메조기공 촉매는 낮은 산점을 갖지만 큰 기공을 갖고 있어 C10~C17의 디젤 영역을 증가 시켰다. ZSM-5와 같은 촉매는 강산점을 가지고 있지만 작은 기공 때문에 C17이상의 고분자 물질을 모두 분해 할 수는 없었다. 또한 Ga/HBETA, Pt/MesoMFI 촉매는 금속 물질을 담지 함으로써 HBETA, MesoMFI 촉매보다 산점은 감소하였지만 석유 산업에서 고부가 가치 물질 원료로 사용되는 aromatics 물질을 증가시키는 능력을 보였다. 바이오매스와 플라스틱을 혼합한 바이오오일의 발열량은 곧 바로 공정에 사용할 수 있을 정도의 플라스틱과 비슷한 높은 발열량을 얻을 수 있었다.
This study attempts to derive optimal reaction conditions of pyrolysis to achieve high yield of bio-oil and upgrade it. The first part of the study was related with to find the optimal reaction conditions by varying temperature, flow rate and size using fixed bed reactor for producing higher heating...
This study attempts to derive optimal reaction conditions of pyrolysis to achieve high yield of bio-oil and upgrade it. The first part of the study was related with to find the optimal reaction conditions by varying temperature, flow rate and size using fixed bed reactor for producing higher heating value bio-oil. In these experiments, biomass (particle board and laminaria) and mixure of biomass with plastic were used. Also catalytic pyrolysis was performed using microporous and mesoporous catalysts to obtain value added bio-oil.
As a result, in the catalytic pyrolysis of catalysts with mesopore (Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, and Al-SBA-16), high molecular components of biomass were decomposed effectively. However, due to their weak acid site, the cracking abilities of mesoporous catalysts were relatively lower. Zeolite catalysts (HZSM-5, HBETA, HY) showed excellent cracking ability and selectivity tor aromatic components due to their strong acidity. In particular, MesoMFI showed higher cracking ability and selectivity to aromatics than microporous zeolites. This was ascribed to its strong acidity and MFI structure. Also, for Ga/HZSM-5, Pt/MesoMFI catalyst, aromatization reaction has been accelerated with the improved dehydrogenation ability. The catalytic upgrading of mixture of biomass and plastic was carried out using microporous catalysts and improved C5~C9 of gasoline range hydrocarbons were obtained due to their high cracking ability. For mesoporous catalysts, (Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15 and Al-SBA-16), the upgraded bio-oil with higher amounts of C10~C17 of diesel range hydrocarbon was produced. Meanwhile for HZSM-5, some higher molecular components could not be decomposed due to their small pore size. Although Ga/HBETA and Pt/MesoMFI catalysts had lower acidity than HBETA and MesoMFI, these catalysts produced bio-oil with an improved selectivity to aromatics which is high-value chemicals in petroleum industry. Copyrolysis of biomass with plastic resulted in production of bio-oil whose higher heating value was similar to that of oil derived from pyrolysis of plastic.
This study attempts to derive optimal reaction conditions of pyrolysis to achieve high yield of bio-oil and upgrade it. The first part of the study was related with to find the optimal reaction conditions by varying temperature, flow rate and size using fixed bed reactor for producing higher heating value bio-oil. In these experiments, biomass (particle board and laminaria) and mixure of biomass with plastic were used. Also catalytic pyrolysis was performed using microporous and mesoporous catalysts to obtain value added bio-oil.
As a result, in the catalytic pyrolysis of catalysts with mesopore (Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15, and Al-SBA-16), high molecular components of biomass were decomposed effectively. However, due to their weak acid site, the cracking abilities of mesoporous catalysts were relatively lower. Zeolite catalysts (HZSM-5, HBETA, HY) showed excellent cracking ability and selectivity tor aromatic components due to their strong acidity. In particular, MesoMFI showed higher cracking ability and selectivity to aromatics than microporous zeolites. This was ascribed to its strong acidity and MFI structure. Also, for Ga/HZSM-5, Pt/MesoMFI catalyst, aromatization reaction has been accelerated with the improved dehydrogenation ability. The catalytic upgrading of mixture of biomass and plastic was carried out using microporous catalysts and improved C5~C9 of gasoline range hydrocarbons were obtained due to their high cracking ability. For mesoporous catalysts, (Al-MCM-41, Al-MCM-48, Al-SBA-15 and Al-SBA-16), the upgraded bio-oil with higher amounts of C10~C17 of diesel range hydrocarbon was produced. Meanwhile for HZSM-5, some higher molecular components could not be decomposed due to their small pore size. Although Ga/HBETA and Pt/MesoMFI catalysts had lower acidity than HBETA and MesoMFI, these catalysts produced bio-oil with an improved selectivity to aromatics which is high-value chemicals in petroleum industry. Copyrolysis of biomass with plastic resulted in production of bio-oil whose higher heating value was similar to that of oil derived from pyrolysis of plastic.
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