• 에너지공학
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• 제24권4호
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• pp.200-210
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• 2015

유동층반응기에서 바이오매스 급속 열분해의 모델화를 통해 열분해로부터 발생되는 바이오오일(Bio-oil) 및 비응축 가스(Non-condensable gas) 성분의 예측과, 이를 통한 수율 향상을 목표로 한다. 본 연구의 목적은 유동층반응기 내부에 투입된 바이오매스가 급속 열분해되는 동안 발생되는 생성물의 수율 예측과 실험 및 시뮬레이션 값을 비교 및 분석하는 것이다. 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 프로그램이 사용되었으며, 바이오매스의 급속 열분해의 시뮬레이션을 위해 바이오매스 하위 구성 성분의 상세한 열분해 반응 경로가 적용되었다. 이 열분해 반응은 세부적으로 셀룰로오스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose) 및 리그닌(Lignin)의 반응을 포함하고 있으며, 열분해로부터 발생되는 주요 가스 성분은 이산화탄소($CO_2$), 일산화탄소(CO), 메탄($CH_4$), 수소($H_2$), 에틸렌($C_2H_4$)이다. 본 모델의 예측치와 기존 문헌(Mellin et al., 2014)의 실험 및 시뮬레이션 결과를 비교하였으며, 그 결과, $CH_4$, $H_2$ 및 $C_2H_4$의 경우, 각각 3.7%p, 4.6%p 및 3.9%p로 비교적 일치하게 예측되었지만, $CO_2$ 및 CO의 경우, 각각 9.6%p 및 6.7%p로 높게 예측되었다. 이러한 차이가 발생하는 이유는 이차 열분해 반응에서의 세부 반응조건에 해당되는 각각의 인자의 부재에 기인한 것으로 판단된다. 연구 결과, 시뮬레이션을 통한 모델화 접근이 가능한 것으로 판단되며, 추후에 연구된 모델화를 통해 바이오오일 및 기타 성분들의 예측도 가능할 것으로 판단된다.

• 한국대기환경학회지
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• 제32권5호
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• pp.501-512
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• 2016

The study evaluated methods to measure condensable fine particles in flue gases and measured particulate matter by fuel and material to get precise concentrations and quantities. As a result of the method evaluation, it is required to improve test methods for measuring Condensable Particulate Matter (CPM) emitted after the conventional Filterable Particulate Matter (FPM) measurement process. Relative Standard Deviation (RSD) based on the evaluated analysis process showed that RSD percentages of FPM and CPM were around 27.0~139.5%. As errors in the process of CPM measurement and analysis can be caused while separating and dehydrating organic and inorganic materials from condensed liquid samples, transporting samples, and titrating ammonium hydroxide in the sample, it is required to comply with the exact test procedures. As for characteristics of FPM and CPM concentrations, CPM had about 1.6~63 times higher concentrations than FPM, and CPM caused huge increase in PM mass concentrations. Also, emission concentrations and quantities varied according to the characteristics of each fuel, the size of emitting facilities, operational conditions of emitters, etc. PM in the flue gases mostly consisted of CPM (61~99%), and the result of organic/inorganic component analysis revealed that organic dusts accounted for 30~88%. High-efficiency prevention facilities also had high concentrations of CPM due to large amounts of $NO_x$, and the more fuels, the more inorganic dusts. As a result of comparison between emission coefficients by fuel and the EPA AP-42, FPM had lower result values compared to that in the US materials, and CPM had higher values than FPM. For the emission coefficients of the total PM (FPM+CPM) by industry, that of thermal power stations (bituminous coal) was 71.64 g/ton, and cement manufacturing facility (blended fuels) 18.90 g/ton. In order to estimate emission quantities and coefficients proper to the circumstances of air pollutant-emitting facilities in Korea, measurement data need to be calculated in stages by facility condition according to the CPM measurement method in the study. About 80% of PM in flue gases are CPM, and a half of which are organic dusts that are mostly unknown yet. For effective management and control of PM in flue gases, it is necessary to identify the current conditions through quantitative and qualitative analysis of harmful organic substances, and have more interest in and conduct studies on unknown materials' measurements and behaviors.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제32권1호
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• pp.148-156
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• 2015

시료의 입경 및 투입량 차이에 따른 바이오오일의 특성변화를 알아보기 위하여 0.5~2.0 mm 크기의 굴참나무(Quercus variabilis) 시료 300~900 g을 $465^{\circ}C$에서 1.6초 동안 급속열 분해하여 바이오오일을 제조하였다. 입경 및 투입량 차이에 따른 열분해 생성물의 수율변화에는 눈에 띠는 경향은 없었지만, 바이오오일 수율이 가장 많아 약 60.3~62.1%를 차지하였고, 미응축가스, 바이오차 순이었다. 바이오오일을 냉각관으로 응축하여 얻은 1차 바이오오일과 전기집진장치로 얻은 2차 바이오오일로 구분하여 수율을 측정한 결과, 1차 바이오오일의 수율이 2차 바이오오일 수율의 약 2배 이상을 나타내었다. 그러나 발열량은 2차 바이오오일이 1차 바이오오일 보다 약 2배 이상 높았으며, 최대 5,602 kcal/kg을 나타내었다. 1차 바이오오일의 수분함량이 20%이상으로 2차 바이오오일의 수분함량 10% 이하였다. 또한 2차 바이오오일의 원소분석 결과, 1차 바이오오일보다 탄소함량이 높고, 산소함량이 낮았기 때문에 수분함량과 원소조성 특성도 발열량에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 바이오오일의 저장온도가 높을수록 또는 저장기간이 길수록 점도가 증가하며, 2차 바이오오일의 점도 증가 정도가 1차 바이오오일보다 컸는데, 저장기간 중에 바이오오일 성분 간의 화학적 결합에 의한 바이오오일의 고분자화가 진행되는 것으로 판단된다.