본 연구에서는 촉매를 이용한 다양한 방법을 통해 열분해바이오오일의 고품질화 및 안정화를 시도하였다. 첫 번째 방법으로 바이오오일에 메탄올을 첨가하여 촉매의 조건하에 점도와 전산가를 감소시키는 연구를 수행하였다. 메탄올 10 wt%, 촉매는 5 wt% 첨가하여 교반을 하였으며, 촉매는 ...
본 연구에서는 촉매를 이용한 다양한 방법을 통해 열분해바이오오일의 고품질화 및 안정화를 시도하였다. 첫 번째 방법으로 바이오오일에 메탄올을 첨가하여 촉매의 조건하에 점도와 전산가를 감소시키는 연구를 수행하였다. 메탄올 10 wt%, 촉매는 5 wt% 첨가하여 교반을 하였으며, 촉매는 텅스텐 지르코니아와 엠버리스트를 이용하였다. 텅스텐 지르코니아의 경우, XZO 2056을 900 ℃에서 소성하였을 때 점도와 전산가의 감소효과가 가장 컸다. 또한, 바이오오일을 에테르로 추출하여 층 분리 현상과 고형물을 없애고 수분량을 감소시켰다. 엠버리스트 36을 이용한 경우, 점도는 초기 대비 최대 70%까지 감소하였으며 전산가는 최대 49 %로 감소하였다. 또한, 안정화시킨 오일의 성분을 분석하여 에스터화와 아세탈화에 의한 산과알데하이드의 감소와 에스터의 증가를 확인하였다. 두 번째로, 용매첨가 방법으로는 여전히 바이오오일의 품질이 낮기 때문에 이를 개선하기 위해 lab 규모의 고정층 반응기를 이용한 촉매열분해를 진행하였다. 바이오매스는 굴참나무를 이용하였으며 금속산화물인 세리아, 지르코니아, 세리아-지르코니아를 촉매로 적용하였다. 반응온도는 500 ℃에서 오일의 수율이 가장 높았다, 촉매는 지르코니아를 이용하였을 때 케톤화반응에 의해 아세트산 감소가 가장 컸다. 또한, 고부가가치로 여겨지는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 인덴이 생성되어 바이오오일이 효과적으로 개질되었음을 확인하였다. 마지막으로 바이오오일의 고부가가치 물질의 형성과 촉매의 짧은 수명문제를 보완하기 위해 micro 반응기를 이용한 혼합 촉매열분해를 진행하였다. HZSM-5 촉매 하에 굴참나무와 굴참나무 바이오오일의 증류잔여물을 혼합물로 이용하여 열분해를 수행하였다. 500 ℃에서 HZSM-5(30)을 이용하여 혼합 촉매 열분해한 결과 방향족 화합물이 최대 4.39 wt% 생성되었다. 반응온도를 600 ℃, 700 ℃로 높일 경우에도 방향족 화합물의 생성에 대한 시너지 효과가 나타났다. 특히 600 ℃에서 혼합 촉매열분해를 진행 한 경우, 벤젠, 톨루엔, 인덴, 나프탈렌 등의 방향족 화합물이 최대로 생성되었다(약 5 wt%). 코크의 경우, 700 ℃에서 혼합 촉매열분해 했을 때약 5.7 wt%로 가장 적게 형성되었다. 코크의 감소 또한 온도에 상관없이 시너지효과가 나타났다. 결과적으로, 바이오오일의 방향족 화합물의 형성과 코크 감소에 있어서 시너지 효과를 확인하였으며 바이오오일의 증류잔여물이 혼합물로서 적합하다고 판단된다.
본 연구에서는 촉매를 이용한 다양한 방법을 통해 열분해 바이오오일의 고품질화 및 안정화를 시도하였다. 첫 번째 방법으로 바이오오일에 메탄올을 첨가하여 촉매의 조건하에 점도와 전산가를 감소시키는 연구를 수행하였다. 메탄올 10 wt%, 촉매는 5 wt% 첨가하여 교반을 하였으며, 촉매는 텅스텐 지르코니아와 엠버리스트를 이용하였다. 텅스텐 지르코니아의 경우, XZO 2056을 900 ℃에서 소성하였을 때 점도와 전산가의 감소효과가 가장 컸다. 또한, 바이오오일을 에테르로 추출하여 층 분리 현상과 고형물을 없애고 수분량을 감소시켰다. 엠버리스트 36을 이용한 경우, 점도는 초기 대비 최대 70%까지 감소하였으며 전산가는 최대 49 %로 감소하였다. 또한, 안정화시킨 오일의 성분을 분석하여 에스터화와 아세탈화에 의한 산과 알데하이드의 감소와 에스터의 증가를 확인하였다. 두 번째로, 용매첨가 방법으로는 여전히 바이오오일의 품질이 낮기 때문에 이를 개선하기 위해 lab 규모의 고정층 반응기를 이용한 촉매열분해를 진행하였다. 바이오매스는 굴참나무를 이용하였으며 금속산화물인 세리아, 지르코니아, 세리아-지르코니아를 촉매로 적용하였다. 반응온도는 500 ℃에서 오일의 수율이 가장 높았다, 촉매는 지르코니아를 이용하였을 때 케톤화반응에 의해 아세트산 감소가 가장 컸다. 또한, 고부가가치로 여겨지는 톨루엔, 에틸벤젠, 자일렌, 인덴이 생성되어 바이오오일이 효과적으로 개질되었음을 확인하였다. 마지막으로 바이오오일의 고부가가치 물질의 형성과 촉매의 짧은 수명문제를 보완하기 위해 micro 반응기를 이용한 혼합 촉매열분해를 진행하였다. HZSM-5 촉매 하에 굴참나무와 굴참나무 바이오오일의 증류잔여물을 혼합물로 이용하여 열분해를 수행하였다. 500 ℃에서 HZSM-5(30)을 이용하여 혼합 촉매 열분해한 결과 방향족 화합물이 최대 4.39 wt% 생성되었다. 반응온도를 600 ℃, 700 ℃로 높일 경우에도 방향족 화합물의 생성에 대한 시너지 효과가 나타났다. 특히 600 ℃에서 혼합 촉매열분해를 진행 한 경우, 벤젠, 톨루엔, 인덴, 나프탈렌 등의 방향족 화합물이 최대로 생성되었다(약 5 wt%). 코크의 경우, 700 ℃에서 혼합 촉매열분해 했을 때약 5.7 wt%로 가장 적게 형성되었다. 코크의 감소 또한 온도에 상관없이 시너지효과가 나타났다. 결과적으로, 바이오오일의 방향족 화합물의 형성과 코크 감소에 있어서 시너지 효과를 확인하였으며 바이오오일의 증류잔여물이 혼합물로서 적합하다고 판단된다.
In this study, upgrading and stabilization of pyrolysis bio-oil were carried out in various method. Firstly, the bio-oil upgrading process was carried out using a solvent (10 wt% methanol) and 2 kinds of catalyst (5 wt% WO3/ZrO2 and Amberlyst). For WO3/ZrO2, the decrease degrees of viscosity an...
In this study, upgrading and stabilization of pyrolysis bio-oil were carried out in various method. Firstly, the bio-oil upgrading process was carried out using a solvent (10 wt% methanol) and 2 kinds of catalyst (5 wt% WO3/ZrO2 and Amberlyst). For WO3/ZrO2, the decrease degrees of viscosity and TAN were highest when XZO 2056 was calcined at 900 ℃. Also bio-oil extraction using ether was performed to prevent phase separation and solid formation. Also, water content could be reduced. Maximum 70% of viscosity and 49% of TAN of bio-oil were reduced using Amberlyst 36. Compositional analysis for volatiles fraction of upgraded bio-oil showed that acids and aldehydes were efficiently converted during the upgrading process. Second catalytic reforming method was catalytic pyrolysis using lab scale fixed bed reactor to upgrade low quality of bio-oil. Cork oak was used as biomass, and metal oxide materials, such as ceria, zirconia, and ceria-zirconia were applied as catalysts for the experiment. At the reaction temperature of 500 ℃, liquid product yield was highest Most of acetic was converted to ketones by ketonization over zirconia. The creation of high value compound such as toluene, ethyl-benzene, xylene, and indene also stand for effective upgrading of bio-oil. For creation of high value product, and make up for short using term of bio-oil, catalytic co-pyrolysis using micro reactor was carried out for last catalytic reforming method. Mixture of cork oak and distilled residue of bio-oil from cork oak was pyrolyzed with HZSM-5. Yield of aromatic compounds was highest with HZSM-5(30) (maximum 4.39 wt%) at the 500 ℃ reaction temperature. Synergy effect on aromatic compounds was also shown at 600 ℃ and 700 ℃. Especially largest yield (5 wt%) of aromatic compounds including benzene, toluene, indene, and naphthalene was obtained at 600 ℃. On the other hand, coke yield was lowest (5.7 wt%) at 700 ℃. In addition, synergy effect on coke decrease was shown at all temperature ranges. Consequentially, distilled residue is suitable mixture for biomass which increases yield of aromatic compounds and decreases yield of coke.
In this study, upgrading and stabilization of pyrolysis bio-oil were carried out in various method. Firstly, the bio-oil upgrading process was carried out using a solvent (10 wt% methanol) and 2 kinds of catalyst (5 wt% WO3/ZrO2 and Amberlyst). For WO3/ZrO2, the decrease degrees of viscosity and TAN were highest when XZO 2056 was calcined at 900 ℃. Also bio-oil extraction using ether was performed to prevent phase separation and solid formation. Also, water content could be reduced. Maximum 70% of viscosity and 49% of TAN of bio-oil were reduced using Amberlyst 36. Compositional analysis for volatiles fraction of upgraded bio-oil showed that acids and aldehydes were efficiently converted during the upgrading process. Second catalytic reforming method was catalytic pyrolysis using lab scale fixed bed reactor to upgrade low quality of bio-oil. Cork oak was used as biomass, and metal oxide materials, such as ceria, zirconia, and ceria-zirconia were applied as catalysts for the experiment. At the reaction temperature of 500 ℃, liquid product yield was highest Most of acetic was converted to ketones by ketonization over zirconia. The creation of high value compound such as toluene, ethyl-benzene, xylene, and indene also stand for effective upgrading of bio-oil. For creation of high value product, and make up for short using term of bio-oil, catalytic co-pyrolysis using micro reactor was carried out for last catalytic reforming method. Mixture of cork oak and distilled residue of bio-oil from cork oak was pyrolyzed with HZSM-5. Yield of aromatic compounds was highest with HZSM-5(30) (maximum 4.39 wt%) at the 500 ℃ reaction temperature. Synergy effect on aromatic compounds was also shown at 600 ℃ and 700 ℃. Especially largest yield (5 wt%) of aromatic compounds including benzene, toluene, indene, and naphthalene was obtained at 600 ℃. On the other hand, coke yield was lowest (5.7 wt%) at 700 ℃. In addition, synergy effect on coke decrease was shown at all temperature ranges. Consequentially, distilled residue is suitable mixture for biomass which increases yield of aromatic compounds and decreases yield of coke.
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