이단 가스화기를 이용한 혼합 폐플라스틱의 공기 가스화로부터 저타르, 고발열량의 producer gas 생산 Production of a producer gas with low-tar and high heating value by air gasification of mixed plastic waste using a two-stage gasifier원문보기
전세계적으로 급속한 인구 증가와 산업 활동의 증가로 플라스틱의 사용량은 매년 증가하고 있다. 국내의 경우, 2012년 폐플라스틱 발생량은 555 만톤이며 재활용량은 280 만톤으로 약 50 %의 재활용률을 나타내고 있다. 폐기물로 발생되는 플라스틱 대부분은 소각이나 매립으로 처리 되고 있으나, 이러한 처리 방법들은 환경적 측면에서 많은 문제를 야기하고 있다. 이러한 까닭에 폐플라스틱의 친환경적 처리를 위한 다양한 기술 개발이 선진국뿐 아니라 국내에서도 꾸준히 시도되고 있다. 열화학적 전환공정 중 하나인 가스화 (...
전세계적으로 급속한 인구 증가와 산업 활동의 증가로 플라스틱의 사용량은 매년 증가하고 있다. 국내의 경우, 2012년 폐플라스틱 발생량은 555 만톤이며 재활용량은 280 만톤으로 약 50 %의 재활용률을 나타내고 있다. 폐기물로 발생되는 플라스틱 대부분은 소각이나 매립으로 처리 되고 있으나, 이러한 처리 방법들은 환경적 측면에서 많은 문제를 야기하고 있다. 이러한 까닭에 폐플라스틱의 친환경적 처리를 위한 다양한 기술 개발이 선진국뿐 아니라 국내에서도 꾸준히 시도되고 있다. 열화학적 전환공정 중 하나인 가스화 (gasification)도 그러한 새로운 시도 중 하나이다. 폐플라스틱의 가스화는 부분산화 (partial oxidation) 반응으로서 이를 통해 H2, CO, CO2, CH4 및 소량의 저분자탄화수소를 포함하는 가연성 가스가 폐플라스틱으로부터 생성 된다. 가스화로부터 얻어진 프로듀서 가스 (producer gas)는 보일러에서 연소되어 열 에너지를 생산하거나 가스엔진 (gas engine), 가스터빈 (gas turbine) 및 연료전지 (fuel cell)에서 활용되어 전기를 생산하기도 하고, 메탄올 및 다양한 탄화수소류의 합성원료로 이용될 수 있다. 그러나 폐플라스틱 가스화에서 얻어진 프로듀서 가스로 전력 생산이나 합성원료로 활용하고자 할 때는 프로듀서 가스 내의 다양한 불순물 예를 들어 타르 (tar), 입자상 물질 (particulate) 및 HCl의 처리가 반드시 이루어져야 한다.
본 연구에서는 혼합 폐플라스틱의 가스화를 수행하였다. 이 과정에서 프로듀서 가스 내 타르 및 HCl의 효율적인 제거 방안을 제시하고자 하였다. 연구에 활용된 가스화기는 유동층 반응기와 고정층 반응기가 직렬로 연결된 이단 가스화기로서 가스화 시 발생하는 타르를 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 형태의 가스화기이다. 이 가스화기는 유동층 반응기의 유동층 물질로서 타르 제거용 촉매를 활용할 수 있고 고정층 반응기에서는 같은 또는 다른 종류의 촉매 (또는 첨가제) 층을 활용하여 재차 프로듀서 가스 내 타르를 제거할 수 있는 특징을 지니고 있다. 모든 가스화 실험에서는 산화제로서 공기를 사용하였다.
본 연구에서 타르 제거를 위한 주요 실험 변수로서는 타르 제거를 위한 첨가제의 종류, 공기비 (equivalence ratio), 분산판 형태, 스팀 사용 유무, 니켈 도금 분산판 (Ni-plated distributor)의 사용 유무 등이었다. 프로듀서 가스 내 타르 제거 이외에도 타르 성분간의 반응에 의해 생성되는 코크 (coke) 발생 억제를 위한 다양한 시도 또한 이 연구의 주요한 부분이었다.
전체 연구는 크게 세 부분으로 나누어 졌다. 첫 번째 부분은 유동층 물질 (fluidized bed material)로 소성 돌로마이트 (calcined dolomite)를 사용한 일련의 실험이었다. 소성 돌로마이트 외에 프로듀서 가스에 존재하는 타르 제거를 위해 활성탄이 고정층에서 사용되어 이들의 조합에 의해 저타르 프로듀서 가스 생산을 유도하였다. 이 연구에서는 소성 돌로마이트, 공기비, 활성탄의 양 그리고 상•하부 반응기 (유동층 및 고정층 반응기) 온도가 프로듀서 가스 조성과 가스화 중 생성되는 타르 양에 미치는 영향이 고찰되었다. 이 일련의 실험 결과, 유동층 물질로 소성 돌로마이트가 사용되고 고정층에서 활성탄이 900 g 사용되었을 때 프로듀서 가스 내 타르 함량은 20-160 mg/Nm3으로 매우 낮았으며, 고정층에 활성탄 없이 유동층 물질로 모래를 사용한 실험에 비하여 총 응축 타르 양 (본 연구에서는 총 타르 양으로 표기)은 96 % 감소하였다. 가스 성분 변화를 살펴보면, 활성탄 양이 0에서 900 g으로 증가하였을 시, 프로듀서 가스 내 H2와 CO 함량은 각기 14.9에서 26.1 vol%로 9.4에서 16.8 vol%로 증가하였다. 이 첫 번째 연구에서 생성된 프로듀서 가스의 최대 저위발열량 (lower heating value, LHV)은 13.4 MJ/Nm3에 이르렀다.
두 번째 연구는 유동층 물질로 천연 올리빈 (natural olivine)을 사용한 일련의 실험이었다. 이 연구에서는 특히 공정의 경제성과 효율성을 제고하기 위하여 활성탄 필터의 사용 및 가스화 공정에서 전기집진기 (electrostatic precipitator)의 제거가 프로듀서 가스의 조성과 생성된 타르 양에 미치는 영향을 고찰하였다. 이와 더불어 가스화 시 생성되는 코크 형성에 공기비, 분산판 형태, 스팀 주입이 미치는 영향을 조사 하였다. 실험 결과, 활성탄 1500 g과 스팀이 함께 사용될 때 프로듀서 가스 내 타르 함량은 3 mg/Nm3였으며 96 %의 응축 타르 제거율을 나타내었다. 또한 이때 H2 함량은 약 25.5 vol%에 이르렀다. 스팀의 주입은 타르 제거뿐 아니라 H2 생산에도 매우 효과적인 것으로 나타났다. 공기비 0.31에서 천연 올리빈과 활성탄을 사용하여 생산된 프로듀서 가스의 저위발열량은 5.3-6.2 MJ/Nm3였다. 전기집진기 없이 시행한 가스화에서 생산된 프로듀서 가스의 타르 함량 및 응축 타르 제거율은 각기 3-296 mg/Nm3 및 96-98 %로서, 대부분의 타르가 전기집진기가 아닌 이단가스화 장치에서 제거됨을 알 수 있었다.
마지막 연구 부분은 유동층 물질로 천연 올리빈을 사용하고 고정층 반응기에서는 타르 크래킹을 위한 첨가제로서 활성탄뿐만 아니라 다른 첨가제 (소성 돌로마이트, 소성 제올라이트)를 사용하여 이들의 타르 제거능을 고찰하였고, 유동층과 고정층 사이의 분산판은 스테인레스 (stainless) 재질이 아닌 니켈 도금 분산판을 사용하여 그 가스화 특성을 고찰하였다. 이 일련의 실험 결과, 최대 타르 제거율은 98.2 %에 이르렀으며, 프로듀서 가스의 저위발열량은 6.1-9.0 MJ/Nm3의 범위를 나타내었다. 타르 제거용 첨가제로서는 활성탄이 매우 우수한 것으로 나타났고 투입된 활성탄 양의 증가는 타르 생성량 감소 및 상당한 H2 함량의 증가를 이끌어 내었다. 니켈 도금 분산판은 타르 제거에 매우 긍정적인 영향을 보여주었다. 소성 돌로마이트와 스팀의 동시 사용은 프로듀서 가스 내 HCl의 함량을 크게 감소시켰다. 이 때의 프로듀서 가스의 HCl 함량은 1 ppm 이하였다.
세 부분으로 구성된 본 연구 결과 저타르 및 저 HCl을 함유하는 청정 프로듀서 가스 생산이 이단 가스화 장치를 통해 가능하다는 것이 밝혀 졌으며, 이 프로듀서 가스는 가스엔진과 같은 내연기관 (internal-combustion engine)의 연료로서 사용 가능할 것으로 예상된다. 단지 향후 이단 가스화기를 활용한 폐플라스틱 가스화의 상업화를 위해서는 이 가스화기의 장시간에 걸친 안정적인 시험 운전 데이터가 필요할 것으로 보여진다.
전세계적으로 급속한 인구 증가와 산업 활동의 증가로 플라스틱의 사용량은 매년 증가하고 있다. 국내의 경우, 2012년 폐플라스틱 발생량은 555 만톤이며 재활용량은 280 만톤으로 약 50 %의 재활용률을 나타내고 있다. 폐기물로 발생되는 플라스틱 대부분은 소각이나 매립으로 처리 되고 있으나, 이러한 처리 방법들은 환경적 측면에서 많은 문제를 야기하고 있다. 이러한 까닭에 폐플라스틱의 친환경적 처리를 위한 다양한 기술 개발이 선진국뿐 아니라 국내에서도 꾸준히 시도되고 있다. 열화학적 전환공정 중 하나인 가스화 (gasification)도 그러한 새로운 시도 중 하나이다. 폐플라스틱의 가스화는 부분산화 (partial oxidation) 반응으로서 이를 통해 H2, CO, CO2, CH4 및 소량의 저분자 탄화수소를 포함하는 가연성 가스가 폐플라스틱으로부터 생성 된다. 가스화로부터 얻어진 프로듀서 가스 (producer gas)는 보일러에서 연소되어 열 에너지를 생산하거나 가스엔진 (gas engine), 가스터빈 (gas turbine) 및 연료전지 (fuel cell)에서 활용되어 전기를 생산하기도 하고, 메탄올 및 다양한 탄화수소류의 합성원료로 이용될 수 있다. 그러나 폐플라스틱 가스화에서 얻어진 프로듀서 가스로 전력 생산이나 합성원료로 활용하고자 할 때는 프로듀서 가스 내의 다양한 불순물 예를 들어 타르 (tar), 입자상 물질 (particulate) 및 HCl의 처리가 반드시 이루어져야 한다.
본 연구에서는 혼합 폐플라스틱의 가스화를 수행하였다. 이 과정에서 프로듀서 가스 내 타르 및 HCl의 효율적인 제거 방안을 제시하고자 하였다. 연구에 활용된 가스화기는 유동층 반응기와 고정층 반응기가 직렬로 연결된 이단 가스화기로서 가스화 시 발생하는 타르를 효과적으로 제거할 수 있는 새로운 형태의 가스화기이다. 이 가스화기는 유동층 반응기의 유동층 물질로서 타르 제거용 촉매를 활용할 수 있고 고정층 반응기에서는 같은 또는 다른 종류의 촉매 (또는 첨가제) 층을 활용하여 재차 프로듀서 가스 내 타르를 제거할 수 있는 특징을 지니고 있다. 모든 가스화 실험에서는 산화제로서 공기를 사용하였다.
본 연구에서 타르 제거를 위한 주요 실험 변수로서는 타르 제거를 위한 첨가제의 종류, 공기비 (equivalence ratio), 분산판 형태, 스팀 사용 유무, 니켈 도금 분산판 (Ni-plated distributor)의 사용 유무 등이었다. 프로듀서 가스 내 타르 제거 이외에도 타르 성분간의 반응에 의해 생성되는 코크 (coke) 발생 억제를 위한 다양한 시도 또한 이 연구의 주요한 부분이었다.
전체 연구는 크게 세 부분으로 나누어 졌다. 첫 번째 부분은 유동층 물질 (fluidized bed material)로 소성 돌로마이트 (calcined dolomite)를 사용한 일련의 실험이었다. 소성 돌로마이트 외에 프로듀서 가스에 존재하는 타르 제거를 위해 활성탄이 고정층에서 사용되어 이들의 조합에 의해 저타르 프로듀서 가스 생산을 유도하였다. 이 연구에서는 소성 돌로마이트, 공기비, 활성탄의 양 그리고 상•하부 반응기 (유동층 및 고정층 반응기) 온도가 프로듀서 가스 조성과 가스화 중 생성되는 타르 양에 미치는 영향이 고찰되었다. 이 일련의 실험 결과, 유동층 물질로 소성 돌로마이트가 사용되고 고정층에서 활성탄이 900 g 사용되었을 때 프로듀서 가스 내 타르 함량은 20-160 mg/Nm3으로 매우 낮았으며, 고정층에 활성탄 없이 유동층 물질로 모래를 사용한 실험에 비하여 총 응축 타르 양 (본 연구에서는 총 타르 양으로 표기)은 96 % 감소하였다. 가스 성분 변화를 살펴보면, 활성탄 양이 0에서 900 g으로 증가하였을 시, 프로듀서 가스 내 H2와 CO 함량은 각기 14.9에서 26.1 vol%로 9.4에서 16.8 vol%로 증가하였다. 이 첫 번째 연구에서 생성된 프로듀서 가스의 최대 저위발열량 (lower heating value, LHV)은 13.4 MJ/Nm3에 이르렀다.
두 번째 연구는 유동층 물질로 천연 올리빈 (natural olivine)을 사용한 일련의 실험이었다. 이 연구에서는 특히 공정의 경제성과 효율성을 제고하기 위하여 활성탄 필터의 사용 및 가스화 공정에서 전기집진기 (electrostatic precipitator)의 제거가 프로듀서 가스의 조성과 생성된 타르 양에 미치는 영향을 고찰하였다. 이와 더불어 가스화 시 생성되는 코크 형성에 공기비, 분산판 형태, 스팀 주입이 미치는 영향을 조사 하였다. 실험 결과, 활성탄 1500 g과 스팀이 함께 사용될 때 프로듀서 가스 내 타르 함량은 3 mg/Nm3였으며 96 %의 응축 타르 제거율을 나타내었다. 또한 이때 H2 함량은 약 25.5 vol%에 이르렀다. 스팀의 주입은 타르 제거뿐 아니라 H2 생산에도 매우 효과적인 것으로 나타났다. 공기비 0.31에서 천연 올리빈과 활성탄을 사용하여 생산된 프로듀서 가스의 저위발열량은 5.3-6.2 MJ/Nm3였다. 전기집진기 없이 시행한 가스화에서 생산된 프로듀서 가스의 타르 함량 및 응축 타르 제거율은 각기 3-296 mg/Nm3 및 96-98 %로서, 대부분의 타르가 전기집진기가 아닌 이단가스화 장치에서 제거됨을 알 수 있었다.
마지막 연구 부분은 유동층 물질로 천연 올리빈을 사용하고 고정층 반응기에서는 타르 크래킹을 위한 첨가제로서 활성탄뿐만 아니라 다른 첨가제 (소성 돌로마이트, 소성 제올라이트)를 사용하여 이들의 타르 제거능을 고찰하였고, 유동층과 고정층 사이의 분산판은 스테인레스 (stainless) 재질이 아닌 니켈 도금 분산판을 사용하여 그 가스화 특성을 고찰하였다. 이 일련의 실험 결과, 최대 타르 제거율은 98.2 %에 이르렀으며, 프로듀서 가스의 저위발열량은 6.1-9.0 MJ/Nm3의 범위를 나타내었다. 타르 제거용 첨가제로서는 활성탄이 매우 우수한 것으로 나타났고 투입된 활성탄 양의 증가는 타르 생성량 감소 및 상당한 H2 함량의 증가를 이끌어 내었다. 니켈 도금 분산판은 타르 제거에 매우 긍정적인 영향을 보여주었다. 소성 돌로마이트와 스팀의 동시 사용은 프로듀서 가스 내 HCl의 함량을 크게 감소시켰다. 이 때의 프로듀서 가스의 HCl 함량은 1 ppm 이하였다.
세 부분으로 구성된 본 연구 결과 저타르 및 저 HCl을 함유하는 청정 프로듀서 가스 생산이 이단 가스화 장치를 통해 가능하다는 것이 밝혀 졌으며, 이 프로듀서 가스는 가스엔진과 같은 내연기관 (internal-combustion engine)의 연료로서 사용 가능할 것으로 예상된다. 단지 향후 이단 가스화기를 활용한 폐플라스틱 가스화의 상업화를 위해서는 이 가스화기의 장시간에 걸친 안정적인 시험 운전 데이터가 필요할 것으로 보여진다.
With the rapid population growth and increase of industrial activity, the worldwide production and consumption of plastics has increased every year. In Korea, the annual generation of plastic waste amounts to about 5.5 million tonnes and the amount of recycling adds up to 2.8 million tonnes in 2012,...
With the rapid population growth and increase of industrial activity, the worldwide production and consumption of plastics has increased every year. In Korea, the annual generation of plastic waste amounts to about 5.5 million tonnes and the amount of recycling adds up to 2.8 million tonnes in 2012, which indicates around 50 % of recycling rate. Most of the plastic waste has been disposed by landfill and incineration, which causes many problems in the perspective of environment. Therefore, Korea as well as developed countries has been researching various eco-friendly technologies for plastic waste disposal. Gasification, one of thermo-chemical conversion processes, is a promising alternative for plastic waste treatment. Gasification as a partial oxidation reaction converts plastic waste into a combustible producer gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and low molecular weight hydrocarbons. Producer gas obtained from gasification can be used not only to generate electricity in gas engines, turbines or fuel cells, but also to produce chemicals that are useful as synthetic feedstock for methanol and hydrocarbons. However, the removal of organic (tar), inorganic (HCl) impurities, and particulates in producer gas should be considered for application of producer gas.
In this study, gasification of mixed plastic waste was carried out and attempted to suggest effective alternatives for tar and HCl removal. The gasifier used in the experiments was a new type of two-stage gasifier, consisting of a bubbling fluidized bed and a fixed bed connected in series, to remove tar efficiently. The two-stage gasifier used in this study is characterized by not only applying tar-cracking catalysts as a fluidized material, but also using same or different types of catalysts (or additives) to reduce tar in producer gas. Air was used as an oxidizing agent in all gasification experiments. The notable operational factors in this study for tar removal were the kind of bed materials, equivalence ratio (ER), type of distributor, introduction of steam, and using a Ni-plated distributor. In addition to tar removal in producer gas, a variety of attempts for suppression of coke formation caused by the reaction among tar compounds were also investigated in this study.
The entire work of this study is composed of three parts. The first part was a set of experiments using calcined dolomite as the fluidized bed material. In addition to calcined dolomite, activated carbon as the tar-cracking additive in the fixed bed was used to obtain low-tar producer gas. In this part, the effects of the calcined dolomite, ER, amount of activated carbon, and temperatures of the upper- and lower reactor (a bubbling fluidized bed and a fixed bed) on the composition of producer gas and the amount of tar generated during gasification were investigated. When calcined dolomite as the bed material and 900 g of activated carbon were applied, the tar content in the producer gas was very low, indicating 20-160 mg/Nm3. The total tar amount was about 96 % less than that obtained with only silica sand as the bed material and without activated carbon in the fixed bed. When the amount of activated carbon increased from 0 to 900 g using calcined dolomite as the bed material, the concentrations of H2 and CO in the producer gas increased sharply from 14.9 to 26.1 vol% and from 9.4 to 16.8 vol%, respectively. The maximum Lower Heating Value (LHV) of the producer gas was about 13.4 MJ/Nm3 in this part.
Second, natural olivine as the fluidized bed material was used in the experiments of this part. The effects of the use of an activated carbon filter, and the removal of an electrostatic precipitator (EP) from the process on the gas composition and tar amount generated were investigated to improve economic feasibility and efficiency. Furthermore, the effects of the ER, the type of distributor, and the use of steam on the coke removal were examined. As a result, the tar content in the producer gas was 3 mg/Nm3, achieving about 96 % total tar removal efficiency, and H2 concentration was 25.5 vol% with the application of 1500 g of activated carbon and steam. The injection of steam was verified to improve H2 production significantly as well as tar removal. The LHVs of the producer gases obtained with the natural olivine and activated carbon at ERs of about 0.31 were in the range of 5.3-6.2 MJ/Nm3. In the experiments which were performed without EP, the tar contents in the producer gases and total tar removal efficiency were 3-296 mg/Nm3 and 96-98 %, respectively. This result revealed that most of tar was removed in the gasifier, not in the EP.
Finally, the effects of the combination of natural olivine as the fluidized bed material and activated carbon with other additives (calcined dolomite or calcined zeolite) for tar cracking, as well as a Ni-plated distributor instead of a stainless steel distributor located between the lower and upper reactors were investigated. In the experiments, the maximum tar removal efficiency reached 98.2 %, and the LHVs of the producer gases were in the range of 6.1-9.0 MJ/Nm3. The activated carbon as the tar removal additive seemed to be excellent, and the increase in the activated carbon amount led to enhanced H2 production, as well as decrease in tar production. The Ni-plated distributor was found to be effective for tar removal. The application of calcined dolomite in the tar-cracking zone and the use of steam as a fluidizing medium resulted in a high rate of HCl removal. The minimum HCl concentration in the producer gases was under 1 ppm.
To summarize, the producer gases generated in the experiments with the two-stage gasifier were very clean in terms of tar and HCl contents, and appeared to be suitable for use as a fuel for devices that require clean gas, such as internal combustion engines. A further investigation with the two-stage gasifier, such as a long-term operation, however, seems to be needed for the commercialization of plastic waste gasification.
With the rapid population growth and increase of industrial activity, the worldwide production and consumption of plastics has increased every year. In Korea, the annual generation of plastic waste amounts to about 5.5 million tonnes and the amount of recycling adds up to 2.8 million tonnes in 2012, which indicates around 50 % of recycling rate. Most of the plastic waste has been disposed by landfill and incineration, which causes many problems in the perspective of environment. Therefore, Korea as well as developed countries has been researching various eco-friendly technologies for plastic waste disposal. Gasification, one of thermo-chemical conversion processes, is a promising alternative for plastic waste treatment. Gasification as a partial oxidation reaction converts plastic waste into a combustible producer gas mainly composed of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, methane, and low molecular weight hydrocarbons. Producer gas obtained from gasification can be used not only to generate electricity in gas engines, turbines or fuel cells, but also to produce chemicals that are useful as synthetic feedstock for methanol and hydrocarbons. However, the removal of organic (tar), inorganic (HCl) impurities, and particulates in producer gas should be considered for application of producer gas.
In this study, gasification of mixed plastic waste was carried out and attempted to suggest effective alternatives for tar and HCl removal. The gasifier used in the experiments was a new type of two-stage gasifier, consisting of a bubbling fluidized bed and a fixed bed connected in series, to remove tar efficiently. The two-stage gasifier used in this study is characterized by not only applying tar-cracking catalysts as a fluidized material, but also using same or different types of catalysts (or additives) to reduce tar in producer gas. Air was used as an oxidizing agent in all gasification experiments. The notable operational factors in this study for tar removal were the kind of bed materials, equivalence ratio (ER), type of distributor, introduction of steam, and using a Ni-plated distributor. In addition to tar removal in producer gas, a variety of attempts for suppression of coke formation caused by the reaction among tar compounds were also investigated in this study.
The entire work of this study is composed of three parts. The first part was a set of experiments using calcined dolomite as the fluidized bed material. In addition to calcined dolomite, activated carbon as the tar-cracking additive in the fixed bed was used to obtain low-tar producer gas. In this part, the effects of the calcined dolomite, ER, amount of activated carbon, and temperatures of the upper- and lower reactor (a bubbling fluidized bed and a fixed bed) on the composition of producer gas and the amount of tar generated during gasification were investigated. When calcined dolomite as the bed material and 900 g of activated carbon were applied, the tar content in the producer gas was very low, indicating 20-160 mg/Nm3. The total tar amount was about 96 % less than that obtained with only silica sand as the bed material and without activated carbon in the fixed bed. When the amount of activated carbon increased from 0 to 900 g using calcined dolomite as the bed material, the concentrations of H2 and CO in the producer gas increased sharply from 14.9 to 26.1 vol% and from 9.4 to 16.8 vol%, respectively. The maximum Lower Heating Value (LHV) of the producer gas was about 13.4 MJ/Nm3 in this part.
Second, natural olivine as the fluidized bed material was used in the experiments of this part. The effects of the use of an activated carbon filter, and the removal of an electrostatic precipitator (EP) from the process on the gas composition and tar amount generated were investigated to improve economic feasibility and efficiency. Furthermore, the effects of the ER, the type of distributor, and the use of steam on the coke removal were examined. As a result, the tar content in the producer gas was 3 mg/Nm3, achieving about 96 % total tar removal efficiency, and H2 concentration was 25.5 vol% with the application of 1500 g of activated carbon and steam. The injection of steam was verified to improve H2 production significantly as well as tar removal. The LHVs of the producer gases obtained with the natural olivine and activated carbon at ERs of about 0.31 were in the range of 5.3-6.2 MJ/Nm3. In the experiments which were performed without EP, the tar contents in the producer gases and total tar removal efficiency were 3-296 mg/Nm3 and 96-98 %, respectively. This result revealed that most of tar was removed in the gasifier, not in the EP.
Finally, the effects of the combination of natural olivine as the fluidized bed material and activated carbon with other additives (calcined dolomite or calcined zeolite) for tar cracking, as well as a Ni-plated distributor instead of a stainless steel distributor located between the lower and upper reactors were investigated. In the experiments, the maximum tar removal efficiency reached 98.2 %, and the LHVs of the producer gases were in the range of 6.1-9.0 MJ/Nm3. The activated carbon as the tar removal additive seemed to be excellent, and the increase in the activated carbon amount led to enhanced H2 production, as well as decrease in tar production. The Ni-plated distributor was found to be effective for tar removal. The application of calcined dolomite in the tar-cracking zone and the use of steam as a fluidizing medium resulted in a high rate of HCl removal. The minimum HCl concentration in the producer gases was under 1 ppm.
To summarize, the producer gases generated in the experiments with the two-stage gasifier were very clean in terms of tar and HCl contents, and appeared to be suitable for use as a fuel for devices that require clean gas, such as internal combustion engines. A further investigation with the two-stage gasifier, such as a long-term operation, however, seems to be needed for the commercialization of plastic waste gasification.
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