[논문]굴참나무 촉매열분해에 바이오매스 반탄화가 미치는 영향

이지영; 이형원; 김영민; 박영권

doi:10.14478/ace.2018.1050

[국내논문] 굴참나무 촉매열분해에 바이오매스 반탄화가 미치는 영향
The Effect of Biomass Torrefaction on the Catalytic Pyrolysis of Korean Cork Oak 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.3, 2018년, pp.350 - 355

이지영 (한국생산기술연구원 국가산업융합지원센터) , 이형원 (서울시립대학교 환경공학부) , 김영민 (서울시립대학교 환경공학부) , 박영권 (서울시립대학교 환경공학부)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 굴참나무의 열분해 및 촉매 열분해에 바이오매스 반탄화가 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 굴참나무와 반탄화된 굴참나무의 열분해 및 촉매 열분해 거동은 열중량분석 결과와 회분식반응기를 이용한 급속열분해 반응에서 얻어진 바이오오일의 생성물분포를 비교하여 평가하였다. 굴참나무와 반탄화된 굴참나무의 열중량 곡선 및 미중열중량곡선은 굴참나무 내 헤미셀룰로오스의 제거량은 반탄화 온도 및 시간을 증가시킴에 따라 증가됨을 나타내었다. 굴참나무의 반탄화과정에서 헤미셀룰로오스의 제거로 굴참나무 내 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 증가되기 때문에 열분해 과정에서 오일의 수율은 감소하고 고형 촤 수율은 증가하였다. 반탄화 굴참나무의 열분해 오일 중 레보글루코산과 페놀류의 선택도는 굴참나무 열분해 오일에 비해 높았다. 바이오오일 중 방향족 화합물의 함량은 HZSM-5 ($SiO_2/Al_2O_3=30$) 상에서 굴참나무 및 반탄화된 굴참나무의 촉매열분해를 적용함으로써 증가되었다. 굴참나무에 비해, 반탄화 굴참나무는 HZSM-5를 이용한 촉매 열분해를 통한 방향족화합물 형성에 더 높은 효율을 보였고 더 높은 반탄화 온도($280^{\circ}C$) 및 반응온도($600^{\circ}C$)를 적용함으로써 극대화되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the effect of biomass torrefaction on the thermal and catalytic pyrolysis of cork oak was investigated. The thermal and catalytic pyrolysis behavior of cork oak (CO) and torrefied CO (TCO) were evaluated by comparing their thermogravimetric (TG) analysis results and product distributions of bio-oils obtained from the fast pyrolysis using a fixed bed reactor. TG and differential TG (DTG) curves of CO and TCO revealed that the elimination amount of hemicellulose in CO increased by applying the higher torrefaction temperature and longer torrefaction time. CO torrefaction also decreased the oil yield but increased that of solid char during the pyrolysis because the contents of cellulose and lignin in CO increased due to the elimination of hemicellulose during torrefaction. Selectivities of the levoglucosan and phenolics in TCO pyrolysis oil were higher than those in CO pyrolysis oil. The content of aromatic hydrocarbons in bio-oil increased by applying the catalytic pyrolysis of CO and TCO over HZSM-5 ($SiO_2/Al_2O_3=30$). Compared to CO, TCO showed the higher efficiency on the formation of aromatic hydrocarbons via the catalytic pyrolysis over HZSM-5 and the efficiency was maximized by applying the higher torrefaction and catalytic pyrolysis reaction temperatures of 280 and $600^{\circ}C$, respectively.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

In this study, the effect of torreaction on thermal and catalytic pyrolysis of CO was investigated to increase the amount of value added chemicals in the product oil. By applying the torrefaction of CO at higher temperature and time, the content of C and fixed carbon were increased together with the decrease of O and volatile contents due to the elimination of hemicellulose.

제안 방법

0 mm. Four kinds of torrefied CO (TCO) were prepared by applying different torrefaction temperature (250 and 280 ℃) and time (0.5 and 1.0 hour) under nitrogen atmosphere in a fixed-bed reactor (Figure 1) and assigned as TCO (250-0.5), TCO (250-1), TCO (280-0.5), and TCO (280-1), respectively. Physico-chemical and thermal properties of CO and TCOs were characterized by ultimate, proximate, and TG analysis.

성능/효과

[15] also reported the increase of carbon, fixed carbon, and ash content via the torrefaction of lignin. In our experiments, total weight of CO were decreased to 84.7 wt% for TCO (250-0.5), 80.0 wt% for TCO (250-1), 71.9 wt% for TCO (280-0.5) and 69.0 wt% for TCO (280-1), respectively. This also indicated that the considerable amounts of CO, up to 31.

참고문헌 (21)

J. S. Cha, S. H. Park, S. C. Jung, C. Ryu, J. K. Jeon, M. C. Shin, and Y. K. Park, Production and utilization of biochar: A review, J. Ind. Eng. Chem., 40, 1-15 (2016).

상세보기
H. W. Lee, Y. M. Kim, J. Jae, J. K. Jeon, S. C. Jung, S. C. Kim, and Y. K. Park, Production of aromatic hydrocarbons via catalytic co-pyrolysis of torrefied cellulose and polypropylene, Energy Convers. Manag., 129, 81-88 (2016).

상세보기
J. Corton, I. S. Donnison, M. Patel, L. Buhle, E. Hodgson, M. Wachendorf, A. Bridgwater, G. Allison, and M. D. Fraser, Expanding the biomass resource: sustainable oil production via fast pyrolysis of low input high diversity biomass and the potential integration of thermochemical and biological conversion routes, Appl. Energy, 177, 852-862 (2016).

상세보기
H. Shafaghat, P. S. Rezaei, D. Ro, J. Jae, B. S. Kim, S. C. Jung, B. H. Sung, and Y. K. Park, In-situ catalytic pyrolysis of lignin in a bench-scale fixed bed pyrolyzer, J. Ind. Eng. Chem., 54, 447-453 (2017).

상세보기
H. Lee, Y. M. Kim, I. G. Lee, J. K. Jeon, S. C. Jung, J. D. Chung, W. G. Choi, and Y. K. Park, Recent advances in the catalytic hydrodeoxygenation of bio-oil, Korean J. Chem. Eng., 33(2), 3299-3315 (2016).

상세보기
H. Kim, H. Shafaghat, J. K. Kim, B. S. Kang, J. K. Jeon, S. C. Jung, I. G. Lee, and Y. K. Park, Stabilization of bio-oil over a low cost dolomite catalyst, Korean J. Chem. Eng., 35(4), 922-925 (2018).

상세보기
J. Meng, J. Park, D. Tilotta, and S. Park, The effect of torrefaction on the chemistry of fast pyrolysis bio-oil, Bioresour. Technol., 111, 439-446 (2012).

상세보기
S. Sadaka and S. Negi, Improvements of biomass physical and thermochemical characteristics via torrefaction process, Environ. Prog. Sustain. Energy, 28, 427-434 (2009).

상세보기
Y. M. Kim, J. Jae, B. S. Kim, Y. Hong, S. C. Jung, and Y. K. Park, Catalytic co-pyrolysis of torrefied yellow poplar and high-density polyethylene using microporous HZSM-5 and mesoporous Al-MCM-41 catalysts, Energy Convers. Manag., 149, 966-973 (2017).

상세보기
S. Neupane, S. Adhikari, Z. Wang, A. J. Ragauskas, and Y. Pu, Effect of torrefaction on biomass structure and hydrocarbon production from fast pyrolysis, Green Chem., 17, 2406-2417 (2015).

상세보기
D. Chen, Y. Li, M. Deng, J. Wang, M. Chen, B. Yan, and Q. Yuan, Effect of torrefaction pretreatment and catalytic pyrolysis on the pyrolysis poly-generation of pine wood, Bioresour. Technol., 214, 615-622 (2016).

상세보기
L. E. Arteaga-Perez, O. G. Capiro, R. Romero, A. Delgado, P. Olivera, F. Ronsse, and R. Jimenez, In situ catalytic fast pyrolysis of crude and torrefied Eucalyptus globulus using carbon aerogel-supported catalysts, Energy, 128, 701-712 (2017).

상세보기
V. Srinivasan, S. Adhikari, S. A. Chattanathan, M. Tu, and S. Park, Catalytic pyrolysis of raw and thermally treated cellulose using different acidic zeolites, BioEnergy Res., 7, 867-875 (2014).

상세보기
S. Adhikari, V. Srinivasan, and O. Fasina, Catalytic pyrolysis of raw and thermally treated lignin using different acidic zeolites, Energy Fuels, 28, 4532-4538 (2014).

상세보기
R. Mahadevan, S. Adhikari, R. Shakya, K. Wang, D. C. Dayton, M. Li, Y. Pu, and A. J. Ragauskas, Effect of torrefaction temperature on lignin macromolecule and product distribution from HZSM-5 catalytic pyrolysis, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 122, 95-105 (2016).

상세보기
M. Atienza-Martinez, I. Rubio, I. Fonts, J. Ceamanos, and G. Gea, Effect of torrefaction on the catalytic post-treatment of sewage sludge pyrolysis vapors using ${\gamma}-Al_2O_3$ , Chem. Eng. J., 308, 264-274 (2017).

상세보기
H. W. Lee, Y. M. Kim, J. Jae, B. H. Sung, S. C. Jung, S. C. Kim, J. K. Jeon, and Y. K. Park, Catalytic pyrolysis of lignin using a two-stage fixed bed reactor comprised of in-situ natural zeolite and ex-situ HZSM-5, J. Anal. Appl. Pyrolysis, 122, 282-288 (2016).

상세보기
Y. M. Kim, B. S. Kim, K. S. Chea, T. S. Jo, S. Kim, and Y. K. Park, Ex-situ catalytic pyrolysis of Korean native oak tree over microporous zeolites, Appl. Chem. Eng., 27(4), 407-414 (2016).

원문보기 상세보기
E. Barta-Rajnai, L. Wang, Z. Sebestyen, Z. Barta, R. Khalil, O. Skreiberg, M. Gronli, E. Jakab, and Z. Czegeny, Effect of temperature and duration of torrefaction on the thermal behavior of stem wood, bark, and stump of spruce, Energy Procedia, 105, 551-556 (2017).

상세보기
A. Zheng, Z. Zhao, S. Chang, Z. Huang, X. Wang, F. He, and A. Li, Effect of torrefaction on structure and fast pyrolysis behavior of corncobs, Bioresour. Technol., 128, 370-377 (2013).

상세보기
A. Zheng, Z. Zhao, Z. Huang, K. Zhao, G. Wei, X. Wang, F. He, and H. Li, Catalytic fast pyrolysis of biomass pretreated by torrefaction with varying severity, Energy Fuel, 28, 5804-5811 (2014).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증