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미응축가스 재순환에 따른 팜 부산물 급속열분해 반응 공정 특성
Effect of the Recycling of Non-condensable Gases on the Process of Fast Pyrolysis for Palm Wastes 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.24 no.3, 2018년, pp.233 - 238  

오창호 (대경에스코) ,  이장훈 (호서대학교 환경공학과)

초록
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급속열분해를 통한 바이오-오일 생산 공정은 무산소 조건에서 바이오매스를 급속열분해하여 얻어진 열분해가스를 급속 냉각 시켜 열분해오일을 생산한다. 이에 공정 내부의 산소 농도를 0 ~ 3% 이하로 유지하기 위해 캐리어 가스로 질소를 사용한다. 그러나 공정의 규모가 커질수록 질소의 사용량이 증가하고, 이는 공정 운전비용 증감 및 지속적인 질소 가스 충전을 위한 설비비 증감 할 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 팜 부산물 열분해에서 질소 사용량 감소를 위해 미응축가스 재순환 공정을 적용하여, 가스재순환율에 따른 질소 사용량과 미응축가스의 가연성 성분의 농도 변화를 측정하고 이에 따른 바이오-오일의 품질 수율 변화를 측정하여 가스재순환 공정의 활용 가능성을 연구하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Bio-oil is produced by the fast quenching of hot vapor produced by fast pyrolysis of biomass in an inert atmosphere. Nitrogen is used as carrier gas to control the concentration of oxygen less than 3%. The consumption of nitrogen should be increased with increasing process size, and leading to incre...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 재순환공정을 적용한 pilot plant의 실험 결과를 토대로 가스 재순환율에 따른 질소 사용량 변화를 확인하였고, 미응축성 가스를 유동층 반응기로 재순환시킴으로서 열분해 반응으로 생성되는 가연성 성분의 농축을 통한 농도 변화를 측정하였다. 그리고, 바이오-오일의 품질과 수율 변화를 측정하여 급속 열분해 과정에서의 가스 재순환 공정 활용 가능성을 평가하였다.
  • 이런 연구 결과들을 토대로 본 연구에서는 pilot-scale에서는 바이오매스로부터 얻은 열분해 가스에서 바이오-오일로 응축되는 가스를 제외한 미응축 가스(non-condensable gases)를 재순환 시켜 유동층 반응기로 투입시킴으로서 질소의 사용량을 줄이고, 이에 따른 운전비 및 시설비 감축에 대한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 재순환공정을 적용한 pilot plant의 실험 결과를 토대로 가스 재순환율에 따른 질소 사용량 변화를 확인하였고, 미응축성 가스를 유동층 반응기로 재순환시킴으로서 열분해 반응으로 생성되는 가연성 성분의 농축을 통한 농도 변화를 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
급속 열분해 공정의 특징은? 급속 열분해 공정은 바이오매스로부터 생산하는 바이오오일의 수율을 최대화하기 위하여 고안된 공정이며, 고분자 물질의 분해에 의한 1차 생성물에 대해 적절한 온도조건 및 체류시간 설정에 따라 바이오-오일 회수율을 극대화 할 수 있다. 현재 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)에 적합한 열분해 온도, 기체 유속, 열교환기 방식 등의 운전 조건에 따른 lab-scale 및 pilot-scale에 대한 연구가 진행되었다.
급속열분해를 통한 바이오-오일 생산 공정에 대해 알아보면? 급속열분해를 통한 바이오-오일 생산 공정은 무산소 조건에서 바이오매스를 급속열분해하여 얻어진 열분해가스를 급속 냉각 시켜 열분해오일을 생산한다. 이에 공정 내부의 산소 농도를 0 ~ 3% 이하로 유지하기 위해 캐리어 가스로 질소를 사용한다.
팜 부산물 바이오매스의 급속 열분해를 위한 공정을 알아보면 무엇인가? 팜 부산물 바이오매스의 급속 열분해를 위한 pilot plant는 1 ton d-1급으로 설계 되었으며, 공정은 크게 3부분으로 구성되어 있다. 먼저, 바이오매스를 열분해 시키는 열분해 반응공정, 생성된 열분해 가스를 급속 냉각시켜 오일을 회수하는 오일 회수공정, 미응축 가스(non-condensable gases)를 재순환 시키고 잉여가스(excess gases)를 저장하는 가스재순환 공정으로 구성되어 있다. 열분해 반응공정은 바이오매스가 투입되어 열분해 되는 공정으로 최적의 운전 조건인 500 ℃에서 운전되며, 바이오매스 시료가 투입되는 피더(feeder) 부분이 결합되어 있다.
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참고문헌 (14)

  1. Upton Jr., G. B., and Snyder, B. F., "Funding Renewable Energy: An Analysis of Renewable Portfolio Standards," Energ. Econ., 66, 205-216 (2017). 

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  3. http://www.motie.go.kr/motie/ne/rt/press/bbs/bbsView.do?bbs_seq_n79293&bbs_cd_n16. 

  4. Bridgwater, A. V., and Peacocke, G. V. C., "Fast Pyrolysis Processes for Biomass," Renew. Sust. Energ. Rev., 4, 1-73 (2000). 

  5. Bridgwater, A. V., Toft, A. J., and Brammer, J. G., "A Techno-Economic Comparison of Power Production by Biomass Fast Pyrolysis with Gasification and Combustion," Renew. Sust. Energ. Rev., 6, 181-248 (2002). 

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  10. Kim, S.-S., Ly, H. V., Kim, J., Choi, J. H., and Woo, H. C., "Thermogravimetric Characteristics and Pyrolysis Kinetics of Alga Sagarssum sp. Biomass," Bioresour. Technol., 139, 242-248 (2013). 

  11. Choi, J. H., Kim, S.-S., Ly, H. V., Kim, J., and Woo, H. C., "Effect of Water-Washing Saccharina Japonica on Fast Pyrolysis in a Bubbling Fluidized-Bed Reactor," Biomass Bioenerg., 98, 112-123 (2017). 

  12. Varhegyi, G., Bobaly, B., Jakab, E., and Chen, H., "Thermogravimetric Study of Biomass Pyrolysis Kinetics. A Distributed Activation Energy Model with Prediction Test," Energ. Fuel., 25, 24-32 (2011). 

  13. Yang, H., Yan, R., Chen, H., Lee, D. H., and Zheng, C., "Characteristics of Hemicellulose, Cellulose and Lignin Pyrolysis," Fuel, 86, 1781-1788 (2007). 

  14. ASTM D7544-12 (2017), "Standard Specification for Pyrolysis Liquid Biofuel". 

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