선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 석탄과 반탄화 바이오매스를 혼합 후 가스화를 수행하였다. 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합비율에 따라 가스화 결과를 관찰하고 최적 혼합비율과 혼합연료의 활용 가능성을 판단하였다.
제안 방법
- 57 범위에 맞추어 공급하였다. 1인치 직경의 인코넬(Inconel) 반응기를 사용하였고, 전기로를 이용하여 실험 온도 범위 800~950℃에 맞춰 가열하였다. 압력 및 온도 관찰을 위해 압력계와 K-type 열전쌍을 반응기 내부와 반응물 주입관에 설치하였다.
- 스크류 피더를 이용하여 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합물을 1 g/min 속도로 주입하였다. 가스화제인 공기는 질량유량제어기(mass flow controller, MFC)를 이용하여 공기비(equivalence ratio, ER) 0.26~0.57 범위에 맞추어 공급하였다. 1인치 직경의 인코넬(Inconel) 반응기를 사용하였고, 전기로를 이용하여 실험 온도 범위 800~950℃에 맞춰 가열하였다.
- 또한 반탄화 바이오매스의 사용은 CO2 저감의 효과가 있으므로 두 연료의 혼합은 장점이 된다. 따라서 본 연구에서는 석탄과 반탄화 바이오매스를 혼합 후 가스화를 수행하였다. 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합비율에 따라 가스화 결과를 관찰하고 최적 혼합비율과 혼합연료의 활용 가능성을 판단하였다.
- 압력 및 온도 관찰을 위해 압력계와 K-type 열전쌍을 반응기 내부와 반응물 주입관에 설치하였다. 본문에 표기된 가스화 반응온도는 TC3을 통해 가스화 반응층의 온도를 측정하여 사용하였다. 연료와 가스화제는 반응기 상부에서 만나 함께 반응기로 주입되며 반응기 중앙의 그물망(mesh) 위에 쌓이게 된다.
- 연료와 가스화제는 반응기 상부에서 만나 함께 반응기로 주입되며 반응기 중앙의 그물망(mesh) 위에 쌓이게 된다. 생성된 합성가스는 반응기 하부의 챔버와 필터를 거치며 회재 및 미연분이 제거되고 적외선 가스 분석기(VARIO PLUS, MRU)를 이용하여 조성을 분석하였다. 각 실험 조건에 따라 가스화 반응이 안정된 후 적외선 가스 분석기로 10회 측정된 값의 평균을 사용하였다.
- 석탄과 반탄화 바이오매스 원시료의 가스화를 수행하여 각 시료에 대한 가스화 특성을 확인하였다. 온도변화시 ER은 0.
- 석탄과 반탄화 바이오매스를 9:1, 8:2, 7:3의 질량비로 혼합하여 가스화를 수행하였다. Fig.
- 석탄과 반탄화 바이오매스를 비율에 따라 혼합하여 가스화를 수행하였다. 석탄 및 반탄화 바이오매스 가스화시 온도가 증가함에 따라 탄소전환율과 냉가스효율이 증가하는 경향을 보였다.
- 혼합연료로서 석탄과 반탄화 바이오매스는 9:1, 8:2, 7:3의 질량비로 혼합하였다. 석탄과 반탄화 바이오매스의 회재는 유도결합플라즈마 방출분광기(OPTIMA 8300DV, PERKINELMER)를 통해 조성을 분석하였다.
- 1인치 직경의 인코넬(Inconel) 반응기를 사용하였고, 전기로를 이용하여 실험 온도 범위 800~950℃에 맞춰 가열하였다. 압력 및 온도 관찰을 위해 압력계와 K-type 열전쌍을 반응기 내부와 반응물 주입관에 설치하였다. 본문에 표기된 가스화 반응온도는 TC3을 통해 가스화 반응층의 온도를 측정하여 사용하였다.
- 실험에 사용된 석탄과 반탄화 바이오매스(torrefied biomass, TB)의 공업(TGA-701, LECO), 원소(Trouspec CHN, LECO) 및 발열량(Parr 6300, Parr instrument company) 분석값을 Table 1에 나타내었다. 전나무 를 질소분위기의 300℃ 전기오븐에서 30분간 반탄화하여 반탄화 바이오매스를 제조하였다. 석탄과 반탄화 바이오매스는 250 ㎛ 이하의 사이즈로 분쇄하고 실험 전 105℃ 전기오븐에서 2시간 동안 건조 후 사용하였다.
- 석탄과 반탄화 바이오매스는 250 ㎛ 이하의 사이즈로 분쇄하고 실험 전 105℃ 전기오븐에서 2시간 동안 건조 후 사용하였다. 혼합연료로서 석탄과 반탄화 바이오매스는 9:1, 8:2, 7:3의 질량비로 혼합하였다. 석탄과 반탄화 바이오매스의 회재는 유도결합플라즈마 방출분광기(OPTIMA 8300DV, PERKINELMER)를 통해 조성을 분석하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 석탄과 반탄화 바이오매스(torrefied biomass, TB)의 공업(TGA-701, LECO), 원소(Trouspec CHN, LECO) 및 발열량(Parr 6300, Parr instrument company) 분석값을 Table 1에 나타내었다. 전나무 를 질소분위기의 300℃ 전기오븐에서 30분간 반탄화하여 반탄화 바이오매스를 제조하였다.
데이터처리
- 생성된 합성가스는 반응기 하부의 챔버와 필터를 거치며 회재 및 미연분이 제거되고 적외선 가스 분석기(VARIO PLUS, MRU)를 이용하여 조성을 분석하였다. 각 실험 조건에 따라 가스화 반응이 안정된 후 적외선 가스 분석기로 10회 측정된 값의 평균을 사용하였다. 공기비(ER), 탄소전환율(Xc) 및 냉가스효율(cold gas efficiency, CGE)은 다음 식으로 계산하였다14,15).
성능/효과
- 4b의 ER 변화에 따른 가스화 결과에서도 앞선 Figs. 2와 3의 결과와 유사한 경향을 보였으며, ER 0.57에서 탄소전환율 100%에 도달하였다.
- 앞선 Figs. 4~6의 결과를 종합해 볼 때, ER 0.36에서와 가스화 온도 증가시 높은 가스화 효율이 나타나므로, 혼합연료의 가스화 운전은 ER 0.36~0.42에서 운전하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
- Figs. 5a와 6a의 가스화 온도가 증가함에 따라 생성된 합성가스내 H2, CO의 조성이 증가 하였고, CO2는 감소하였다. 합성가스내 조성변화와 합성가스의 유량변화로 인해 탄소전환율과 냉가스효율은 온도증가와 함께 증가하는 경향을 보였다.
- Figs. 5b와 6b의 ER 변화에 따른 가스화 결과를 보면, ER 증가에 따라 탄소전환율은 증가하였으며, 8:2 혼합연료는 ER 0.51에서 100%에 도달하였다. 냉가스효율은 각각 ER 0.
- 석탄, 9:1, 7:3 혼합연료는 동일한 ER 조건에서 유사한 냉가스효율을 보였다. 8:2 혼합연료는 석탄 및 반탄화 바이오매스보다 높은 탄소전환율을 보였으며, 혼합비율에 따른 예상치보다 높은 냉가스효율을 나타냈다. 이는 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합에 따른 시너지 효과로 판단되며, 특정 비율에서 효과를 얻을 수 있는 것으로 확인된다.
- 석탄 및 반탄화 바이오매스 가스화시 온도가 증가함에 따라 탄소전환율과 냉가스효율이 증가하는 경향을 보였다. ER 증가에 따라 탄소전환율은 증가하였으며, 냉가스효율은 특정 ER 에서 최대값을 보였다. 9:1과 7:3 혼합연료는 예측값과 유사한 탄소전환율 및 냉가스효율을 보였다.
- 7에 나타내었다. Fig. 7a의 탄소전환율은 8:2 혼합연료가 ER 전 구간에서 가장 높은 탄소전환율을 보였으며, ER 0.42 이하에서 반탄화 바이오매스가 두 번째로 높은 탄소전환율을 나타냈다. 석탄, 9:1, 7:3 혼합연료는 유사한 탄소전환율이 확인되었다.
- 9:1과 7:3 혼합연료는 예측값과 유사한 탄소전환율 및 냉가스효율을 보였다. 그러나 8:2 혼합연료는 가장 높은 탄소전환율과 냉가스효율을 보이며, 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합으로 인한 시너지 효과가 확인되었다. 석탄과 반탄화 바이오매스 혼합연료의 에너지화 활용은 CO2 발생 저감 뿐만 아니라, 시너지 효과를 통한 가스화 효율 향상 효과를 기대할 수 있다.
- 따라서 Table 2와 같이 회재의 조성이 다른 두 연료는 연료의 혼합 비율에 따라 가스화 시 발생하는 촉매 효과가 달라질 수 있다. 그러나 본 연구에서 사용된 반탄화 바이오매스의 회재는 0.33%로 석탄에 비해 매우 작은 양이며, 연료의 회재량 차이로 인해 반탄화 바이오매스 혼합비율이 증가할수록 오히려 전체 알칼리 및 알칼리 토금속의 양이 감소하게 된다. 따라서 촉매 효과만으로 본 연구에서 확인된 8:2 혼합연료 가스화의 시너지 효과를 설명하기에 부족하다.
- 석탄과 반탄화 바이오매스를 비율에 따라 혼합하여 가스화를 수행하였다. 석탄 및 반탄화 바이오매스 가스화시 온도가 증가함에 따라 탄소전환율과 냉가스효율이 증가하는 경향을 보였다. ER 증가에 따라 탄소전환율은 증가하였으며, 냉가스효율은 특정 ER 에서 최대값을 보였다.
- 7b의 냉가스효율은 ER 전 구간에서 반탄화 바이오매스가 가장 높은 냉가스효율을 보였으며, 8:2 혼합연료가 두 번째로 높은 냉가스효율을 보였다. 석탄, 9:1, 7:3 혼합연료는 동일한 ER 조건에서 유사한 냉가스효율을 보였다. 8:2 혼합연료는 석탄 및 반탄화 바이오매스보다 높은 탄소전환율을 보였으며, 혼합비율에 따른 예상치보다 높은 냉가스효율을 나타냈다.
- 이에 반해, CO2는 지속적으로 감소하였으며 CH4은 1% 미만의 작은 생성량을 보였다. 합성가스 조성의 영향을 받는 탄소전환율과 냉가스효율은 온도 증가와 함께 지속 증가하여 930℃에서 83.4, 48.7%가 관찰되었다. 가스화시 진행되는 반응은 다음과 같다5,6).
- 5a와 6a의 가스화 온도가 증가함에 따라 생성된 합성가스내 H2, CO의 조성이 증가 하였고, CO2는 감소하였다. 합성가스내 조성변화와 합성가스의 유량변화로 인해 탄소전환율과 냉가스효율은 온도증가와 함께 증가하는 경향을 보였다. Figs.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.