초록 ▼

핵심기술
이동식 형태의 바이오오일 생산장치 설계 및 운전 기술과 바이오오일의 초임계수 개질에 의한 무타르 합성가스 생산장치 설계 및 운전기술
최종목표
-4kg/h 바이오매스 급속 열분해에 의한 바이오오일 생산 기술 확보
-3ton/d 이동식 바이오오일 생산 시스템 기반기술 및 설계능력 확보
-0.3kg/h 바이오오일의 고압 수증기 개질에 의한 고농도 수소 생산 원천기술 확보
개발내용 및 결과
4kg/h 바이오매스의 급속 열분해에 의한 바이오오일 생산장치를 개발 하였다. 톱밥형태로 분쇄된 바이오매

핵심기술
이동식 형태의 바이오오일 생산장치 설계 및 운전 기술과 바이오오일의 초임계수 개질에 의한 무타르 합성가스 생산장치 설계 및 운전기술
최종목표
-4kg/h 바이오매스 급속 열분해에 의한 바이오오일 생산 기술 확보
-3ton/d 이동식 바이오오일 생산 시스템 기반기술 및 설계능력 확보
-0.3kg/h 바이오오일의 고압 수증기 개질에 의한 고농도 수소 생산 원천기술 확보
개발내용 및 결과
4kg/h 바이오매스의 급속 열분해에 의한 바이오오일 생산장치를 개발 하였다. 톱밥형태로 분쇄된 바이오매스를 스크류 피더를 이용하여 고온 (430-500℃)의 모래 매질이 유동화하고 있는 버블유동층 반응기에 투입함으로서 높은 열전달을 이용하여 고분자인 바이오매스를 저분자 유기물질로 분해한다. 생성물질은 반응기 후단에 설치된 사이클론을 통과시켜 char를 분리하고, 이어 열교환기를 통과시켜 액상(바이오오일)과 합성가스를 분리한다. 최적 운전조건은 원료 입도 0.25-0.5mm, 수분 함량 15wt% 이하, 원료투입유속 4-5kg/h, 열분해 온도 440-480℃, 반응기체류시간 1-2s, 프리보도 등 후단 온도 400-450℃, 운반가스 선속도 0.75m/s이었고 이때 생산된 바이오오일은 발열량 4,000-5,000kcal/kg, 수율 60-68wt%을 보였다. 실험에서 얻은 데이터를 이용하여 물질/에너지 수지를 세우고 3ton/d 규모의 실증장치에 대한 기초설계를 수행하였다. 바이오오일의 초임계수 개질에 의한 합성 가스 생산용 수직형 관형흐름 촉매 고정층 반응장치와 이의 운전기술을 최초로 개발하였다. 최적 운전조건은 예열온도 550℃ 이상, 촉매온도 680℃, 반응압력 25-28MPa, 반응물질 COD농도 150,000mgO₂/L, LHSV 20-50h^-1이었고, 이때 생산된 합성가스는 약 50vol%의 수소농도, 3,000kcal/Nm³의 발열량을 보였다. 고상 바이오매스의 2단계 가스화 핵심기술을 개발함으로서 분산전원용 바이오매스 가스화 상용화 기술개발의 기반을 마련하였다.
기술개발배경
목질계 바이오매스는 지역별, 연간 발생량이 일정하지 않고 에너지밀도가 낮아 운반비용이 원가의 50%에 달한다. 바이오오일은 액상이고 에너지밀도가 고상에 비해 4-7배 높으므로 바이오매스 발생지에서 바이오오일을 생산하여 운반하면 원가를 크게 절감할 수 있다. 또한 기존의 바이오매스 가스화 기술 문제점은 생산가스에 과량의 타르가 포함되어 있어 이를 정제하는데 어려움이 많다는 점이다. 초임계수에서 바이오오일을 개질하면 타르가 없고 발열량은 높은 합성가스를 생산할 수 있다.
핵심개발기술의 의의
벤치규모의 급속 열분해 반응장치를 자체 개발하여 이동식 바이오오일 생산시스템 상용화의 기반기술을 확보하였다. 향후 상용화 기술을 개발하면 국내 목질계 바이오매스의 효율적 이용뿐만 아니라 바이오매스 자원이 많은 동남아 국가에 기술수출도 유망하다. 바이오오일의 초임계수 개질에 의한 무타르 합성가스 생산용 수직형 반응장치기술은 세계 최초로 자체 개발한 기술로서 관련 시장 선점효과가 크다.
적용분야
고상 바이오매스로부터 바이오오일, 무타르 합성가스, 전기/열 생산

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 5
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 8
• 목차 ... 13
• 표 차례 ... 17
• 그림 차례 ... 19
• 제1장 서론 ... 23
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 23
• 1. 개발기술의 중요성 ... 23
• 가. 기술 개념 ... 23
• 나. 기술의 중요성 ... 30
• 2. 기술개발의 필요성 ... 33
• 제2절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황 ... 34
• 1. 바이오오일 생산기술 ... 34
• 2. 바이오오일 upgrading 기술 ... 42
• 가. 화학적 처리기술 ... 42
• 나. 물리적 처리기술 ... 48
• 다. 수증기 개질기술 ... 49
• 3. 바이오오일의 초임계수 개질 (가스화) 기술 ... 53
• 가. 아임계수가스화 기술 ... 53
• 나. 초임계수가스화 기술 ... 58
• 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적ㆍ경제적 파급 효과 ... 70
• 1. 기술적 측면 ... 70
• 2. 산업·경제적 측면 ... 70
• 3. 정책적 측면 ... 70
• 4. 활용방안 ... 70
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 71
• 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 71
• 제2절 단계목표 및 평가 방법 ... 72
• 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 73
• 1. 1차년도 ... 73
• 가. 개발목표 ... 73
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 73
• 2. 2차년도 ... 74
• 가. 개발목표 ... 74
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 74
• 3. 3차년도 ... 74
• 가. 개발목표 ... 74
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 74
• 4. 4차년도 ... 75
• 가. 개발목표 ... 75
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 75
• 5. 5차년도 ... 75
• 가. 개발목표 ... 75
• 나. 개발내용 및 개발범위 ... 75
• 제3장 결과 및 사업화 계획 ... 77
• 제1절 연구개발 최종 결과 ... 77
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 77
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 79
• 가. 열중량분석(TGA)을 통한 바이오매스의 열분해 특성 조사 ... 79
• 나. 버블 유동층 급속 열분해 반응장치를 이용한 바이오오일 생산 실험 ... 88
• 다. 바이오오일의 초임계수 개질에 의한 분산전원용 합성가스 생산 실험 ... 127
• 라. 3톤/일 이동식 바이오매스 급속 열분해 반응장치 기초설계 ... 169
• 마. 결론 ... 177
• 제2절 연구개발 추진 체계 ... 182
• 1. 연구개발 추진 체계 ... 182
• 2. 국제협력 추진 ... 183
• 가. 추진배경 ... 183
• 나. 상대국의 공동연구기관 및 공동연구책임자의 실적 · 연구능력 ... 184
• 다. 상대국 연구기관의 연구내용 ... 184
• 제3절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 185
• 1. 연구개발 사업성과의 사업화 가능성 ... 185
• 2. 시장규모 ... 186
• 가. 주시장(국가 또는 지역)：한국, 동남아시아 ... 186
• 나. 시장규모 ... 186
• 3. 사업화 계획 및 무역수지 개선 효과 ... 187
• 가. 사업화 추진현황 및 향후 추진계획 ... 187
• 나. 매출실적 및 계획 ... 187
• 다. 무역수지 개선 효과 ... 188
• 참고문헌 ... 189
• 부 록 ... 195