[논문]바이오매스 열분해 반응에서 다양한 촉매의 영향

박영철; 최주홍

doi:10.7316/khnes.2017.28.5.536

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of catalysts addition on the pyrolysis reaction of biomass have been studied in a thermogravimetric analyzer (TGA). The sample biomasses were Bamboo, Pine and Hinoki. The catalysts tested were K, Zn, Cu metal compounds. The pyrolysis reactions were tested in the nonisothermal condition f...

The effects of catalysts addition on the pyrolysis reaction of biomass have been studied in a thermogravimetric analyzer (TGA). The sample biomasses were Bamboo, Pine and Hinoki. The catalysts tested were K, Zn, Cu metal compounds. The pyrolysis reactions were tested in the nonisothermal condition from the room temperature to $550^{\circ}C$ at a heating rate $50^{\circ}C/min$ on the flowing of $N_2$ purge gases. Cellulose contents of Bamboo was higher than that of Pine and Hinoki. As the results, the pyrolysis reaction of volatile matter was finished near the temperature $450^{\circ}C$. The initial decomposition temperatures of the volatile matters ($T_i$) were $165^{\circ}C$ for Bamboo, $190^{\circ}C$ for Pine, and $193^{\circ}C$ for Hinoki. $T_i$ decreased with increasing the catalyst amounts in the sample biomasses. The temperature of maximum reaction rate ($T_{max}$) were $338^{\circ}C$ for Bamboo, $378^{\circ}C$ for Pine, and $377^{\circ}C$ for Hinoki. The effects of catalysts addition on the $T_{max}$ were to decreased it. The reducing effects about $T_{max}$ was the most effective for K metal compounds catalyst. The char amounts remained after pyrolysis at $550^{\circ}C$ were 26.2% for Bamboo, 20.7% for Pine, and 20.9% for Hinoki. The char amounts increased with the catalyst amounts.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 소나무, 대나무, 편백 나무를 시료로 하여 촉매량 변화, 촉매성분 변화, 음이온염 변화 등 다양한 촉매 조건에서 열중량 분석기를 사용하여 비등온 열분해 반응 특성을 살펴 보고자 한다. 이들은 열분해 반응에서 열분해 온도를 낮추어서 열분해 공정에 소요되는 에너지 를 저감시키는 최적의 촉매 선정의 기본 자료로 사용될 것이다.

제안 방법

바이오매스의 열분해 반응에서 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 열중량분석기에서 열분해 반응 실험을 하였다. 사용된 바이오매스는 대나무, 소나무, 편백이었고, 사용 촉매는 K, Zn, Cu 금속화합 물이었다.

대상 데이터

바이오매스의 열분해 반응에서 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 열중량분석기에서 열분해 반응 실험을 하였다. 사용된 바이오매스는 대나무, 소나무, 편백이었고, 사용 촉매는 K, Zn, Cu 금속화합 물이었다. 질소 분위기에서 상온에서 550℃까지 승온속도 50℃/min에서 열분해 실험이 행하여져 다음과 같은 결론을 도출하였다.

성능/효과

1)원료 분석에서 대나무는 소나무, 편백에 비하여 셀룰로오스 함유율이 높게 나타났다.
2)열분해 반응은 450℃ 근처에서 휘발분의 열 분해가 완료되었다. 휘발분이 열분해 되기 시작하 는 열분해 개시 온도(T_i)는 대나무 165℃, 소나무 190℃, 편백은 193℃였다.
3)최대열분해속도가 나타나는 온도(T_max)에 대 하여는 대나무 338℃, 소나무 378℃, 편백 377℃였 다. T_max에 대한 촉매의 영향으로 K 촉매와 ZnCl₂ 가 효과적이었다.
4) 550℃까지 열분해 되지 않고 남은 잔여 촤 성분은 대나무 26.2%, 소나무 20.7%, 편백 20.9%였 다. 촉매량이 증가할수록 잔존 촤의 생성량이 증가되는 경향성을 나타내었다.

후속연구

따라서 본 연구의 목적은 소나무, 대나무, 편백 나무를 시료로 하여 촉매량 변화, 촉매성분 변화, 음이온염 변화 등 다양한 촉매 조건에서 열중량 분석기를 사용하여 비등온 열분해 반응 특성을 살펴 보고자 한다. 이들은 열분해 반응에서 열분해 온도를 낮추어서 열분해 공정에 소요되는 에너지 를 저감시키는 최적의 촉매 선정의 기본 자료로 사용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오매스 자원은 어떤 형태로 대량 배출되는가?	화석연료의 고갈과 기후 변화 영향을 감소시키기 위하여 재생에너지의 이용은 피할 수 없다. 이들 재생에너지 중 바이오매스 자원은 건조한 초본이나 목재, 폐목재, 폐농산물, 하수슬러지 등의 형태로 대량 배출되며 이러한 바이오매스는 CO2 배출을 억제 할 수 있는 저탄소 녹색 성장의 큰 부분을 점하는 대체에너지로 유용하게 사용 가능하다.
	바이오매스를 사용한 에너지원 생산은 어떠한 방법을 이용하는가?	바이오매스를 사용한 에너지원 생산은 생물학적이나 열화학적 변환 방법을 이용한다. 생물학적 공정은 바이오 메탄화 공정이 적용되는데 이 경우 에너지와 농업용 사료도 생산이 가능하지만 체류 시간이 길다는 단점을 가지고 있다1).
	바이오매스의 열분해반응은 생성물질의 사용 용도에 따라 어떤 조건에서 이루어지는가?	바이오매스의 열분해반응은 생성물질의 사용 용도에 따라 여러 가지 조건에서 이루어진다. 즉 고체 연료의 제조시는 많은 고체 성분을 얻기 위하여 고정층에서 1-3℃/min 정도의 낮은 승온속도를 유 지하며 건류반응(carbonization reaction)이 이루어지고, 많은 휘발 성분이 필요한 경우에는 분류층에서 가열속도 106℃/s 이상의 급속 열분해에 의하여 열분해반응(devolatilization reaction)이 이루어진다. 또한 목적하는 생성물에 따라서 최종 열분해 온도도 달라진다. 따라서 열분해 공정의 설계와 공정관리에서 적정한 가열속도와 최종열분해온도를 유지하는 것은 매우 중요하다.

참고문헌 (17)

T. J. Park, "Biomass Gasification Technology", Korean News & Infomation for Chemical Engineers, Vol. 34, No. 5, 2016, pp. 541-545.
Y. C. Bak and S. S. Lee, "Thermal Analysis Study on Kinetics and Heat of Carbonization Reaction for the Imported Coking Coals", Korean Chem. Eng. Res., Vol. 41, No. 4, 2003, pp. 530-536.
D. Mohan, C. U. Pittman, and P. H. Steele, "Pyrolysis of Wood/Biomass for Bio-oil: A Critical Review", Energy & Fuels, Vol. 20, 2006, pp. 848-889.

상세보기
A. Demirbas, "The Influence of Temperature on the Yields of Compounds Existing in Bio-oils obtained from Biomass Samples via Pyrolysis", Fuel Processing Technology, Vol. 88, 2007, pp. 591-597.

상세보기
T. H. Liou, F. W. Chang, and J. J. Lo, "Pyrolysis Kinetics of Acid-Leached Rice Husk", Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 36, No. 3, 1997, pp. 568-573.

상세보기
C. Wang, Z. Du, J. Pan, J. Li, and Z. Yang, "Direct Convertsion of Biomass to Bio-petroleum at Low Temperature", J. Anal. Appl. Pyrolysis, Vol. 78, 2007, pp. 438-444.

상세보기
J. C. Choi, J. H. Ryu, B. Kang, J. Kim, J. Jeon, and Y. Park, "Bio-oil Production from Rice Straw by the Catalytic Pyrolysis over Zeolites", Korean Chem. Eng. Res., Vol. 44, 2006, pp. 382-386.
S. H. Lee, M. S. Eom, K. S. Yoo, N. C. Kim, J. K. Jeon, Y. K. Park, B. H. Song, and S. H. Lee, "The Yields and Composition of Bio-oil Produced from Quercus Acutissima in a Bubbling Fluidized Bed Pyrolyzer", J. Anal. Appl. Pyrolysis, Vol. 82, 2008, JAAP-2198.
S. H. Jung, B. S. Kang, and J. S. Kim, "Production of Bio-oil from Rice Straw and Bamboo Sawdust under various Reaction conditions in a Fast Pyrolysis Plant Equipped with a Fluidized Bed and a Char Separation System", J. Anal. Appl. Pyrolysis, Vol. 82, 2008, pp. 240-247.

상세보기
H. J. Park, Y. K. Park, and J. S. Kim, "Influence of Reaction Conditions and the Char Separation System on the Production of Bio-oil from Radiata Pine Sawdust by Fast Pyrolysis", Fuel Processing Technology, Vol. 89, 2008, pp. 797-802.

상세보기
H. A. Baloch, T. Yang, H. Sun, J. Li, S. Nizamuddin, R. Li, Z. Kou, Y. Sun, and W. Bhurro, "Parametric Study of Pyrolysis and Steam Gasification of Rice Straw in Presence of $K_2CO_3$ ", Korean J. Chem. Eng., Vol. 33, No. 9, 2016, pp. 2567-2574.

상세보기
S. Wang, Q. Liu, Y. Liao, Z. Luo, and K. Cen, "A Study on the Mechanism Research on Cellulose Pyrolysis under Catalysis of Metallic Salts", Korean J. Chem. Eng., Vol. 24, No. 2, 2007, pp. 336-340.

상세보기
A. Pattiya, J. Titiloye, and A. V. Bridgwater, "Fast Pyrolysis of Cassava Rhizome in the Presence of Catalysts", J. Anal. Appl. Pyrolysis, Vol. 81, 2008, pp. 72-79.

상세보기
Y. C. Bak, "The Equipment to Produce the Bamboo Oil Continuously", Korean Patent 10-1142654, 2012.
Y. C. Bak, K. J. Cho, and J. H. Choi, "Production and $CO_2$ Adsorption Characteristics of Activated Carbon from Bamboo by $CO_2$ Activation Method", Korean Chem. Eng. Res., Vol. 43, No. 1, 2005, pp. 146-152.
K. Raveendran, A. Ganesh, and K. C. Khilar, "Influence of Mineral Matter on Biomass Pyrolysis Characteristics", Fuel, Vol. 74, No. 12, 1995, pp. 1812-1822.

상세보기
M. I. Nokkosmaki, E. T. Kuoppala, E. A. Leppamaki, and A. O. I. Krause, "Catalytic Conversion of Biomass Pyrolysis Vapours with Zinc Oxide," J. Anal. Appl. Pyrolysis, Vol. 55, 2000, pp. 119-131.

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