Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.35
no.2
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pp.540-559
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2018
The utilization of sewage sludge for liquid biofuel production is considered as a approach for achieving better energy security, sustainable productivity and economical raw material. Thermochemical technologies of sewage sludge into energy and fuel has been considered as one of the most effective process. Generally, sewage sludge contains more than 80% of moisture, has high metal contents and 14 ~ 20 MJ/kg of calorific value. This paper reviews the technologies of converting sewage sludge to liquid biofuel via three main thermochemical conversion processes namely pyrolysis, transesterification and supercritical. The fuel properties of liquid fuels produced by different technologies from sewage sludge and definition in relevant laws for liquid biofuels in Korea are also discussed.
thermochemical methane reforming consisting of two steps on Cu/Fe/Zr mixed oxide media was carried out using a fixed bed infrared reactor. In the first step, the metal oxide was reduced with methane to produce CO, $H_2$ and the reduced metal oxide in the temperature of 1173 K. In the second step, the reduced metal oxide was re-oxidized with steam to produce $H_2$ and the metal oxide in the temperature of 973 K. The reaction characteristics on the added amounts of Cu in Cu/Fe/Zr mixed oxide media and the cyclic tests were evaluated. With the increase of the added amount of Cu in Cu/Fe/Zr mixed oxide media, the conversion of $CH_4$, the selectivity of $CO_2$ and the $H_2/CO$ molar ratio were increased, while the selectivity of CO was decreased in the first step. On the other hand, the evolved amount of $H_2$ was decreased with increasing the added amount of Cu in the second step. The $Cu_xFe_{3-x}O_4/ZrO_2$ medium added with Cu of x = 0.7 showed good regeneration properties in the 10th cyclic tests indicating that the medium had high durability. In addition, the gasification of the deposited carbon in the water splitting step was promoted with the addition of Cu in the media.
Characteristics of oxidation reaction of four lanthanide chlorides(Ce, Nd, Pr and $EuCl_3$) in a oxygen-eutectic(LiCl-KCl) salt bubble column was investigated. From the results obtained from the thermochemical calculations by HSC chemistry software, the most stable lanthanide compounds in the oxygen-used rare earth chlorides system were oxychlorides(EuOCl, NdOCl, PrOCl) and oxides($CeO_2$, $PrO_2$), which coincide well with results of the Gibbs free energy of the reaction. In this study, similar to the thermochemical results, regardless of the sparging time and molten salt temperature, oxychlorides for Eu, Nd and Pr and oxides for Ce and Pr were formed as a precipitant by a reaction with oxygen. The structure of the rare earth precipitates was divided into two shapes : small cubic(oxide) and large tetragonal (oxychloride) structures. The conversion efficiencies of the lanthanide elements to their molten salt-insoluble precipitates(or compound) were increased with the sparging time and temperature, and Ce showed the best reactivity. In the conditions of $650^{\circ}C$ of the molten salt temperature and 420 min of the sparging time, the conversion efficiencies were over 99% for all the investigated lanthanide chlorides.
Hemicellulose, consisteing of pentose as xylose and mannose, is usable as high octane fuels and heavy oil additives if depolymerized to monomer unit. In this study, thermochemical degradation by pyrolysis-liquefaction of hemicellulose, the effects of reaction temperature, conversion yield, degradation properties and degradation products were investigated. Experiments were performed in a tube reactor by varying reaction temperatures from $200^{\circ}C$ to $400^{\circ}C$ at 40 min of reaction time. The liquid products from pyrolysis-liquefaction of hemicellulose contained various kinds of ketones. Ketones, as 2,3-dimethyl-2-cyclopenten-1-one, 2,3,4-trimethyl-2-cyclopentan-1-one, and 2-methyl-cyclopentanone, could be used as high-octane-value fuels and fuel additives. However, phenols are not valuable as fuels. Combustion heating value of liquid products obtained from thermochemical conversion processes of hemicellulose was in the range of 6,680~7,170 cal/g. After 40 min of reaction at $400^{\circ}C$ in pyrolysis-liquefaction of hemicellulose, the energy yield and mass yield were as high as 72.2% and 41.2 g oil/100 g raw material, respectively.
This study evaluated the microbial conversion of coconut oil waste, a major agro-residue in tropical countries, into single cell oil (SCO) feedstock for biodiesel production. Copra cake was used as a low-cost renewable substrate without any prior chemical or enzymatic pretreatment for submerged growth of an oleaginous tropical mangrove fungus, Aspergillus terreus IBB M1. The SCO extracted from fermented biomass was converted into fatty acid methyl esters (FAMEs) by transesterification and evaluated on the basis of fatty acid profiles and key fuel properties for biodiesel. The fungus produced a biomass (8.2 g/l) yielding 257 mg/g copra cake SCO with ~98% FAMEs. The FAMEs were mainly composed of saturated methyl esters (61.2%) of medium-chain fatty acids (C12-C18) with methyl oleate (C18:1; 16.57%) and methyl linoleate (C18:2; 19.97%) making up the unsaturated content. A higher content of both saturated FAMEs and methyl oleate along with the absence of polyunsaturated FAMEs with ≥4 double bonds is expected to impart good fuel quality. This was evident from the predicted and experimentally determined key fuel properties of FAMEs (density, kinematic viscosity, iodine value, acid number, cetane number), which were in accordance with the international (ASTM D6751, EN 14214) and national (IS 15607) biodiesel standards, suggesting their suitability as a biodiesel fuel. The low cost, renewable nature, and easy availability of copra cake, its conversion into SCO without any thermochemical pretreatment, and pelleted fungal growth facilitating easier downstream processing by simple filtration make this process cost effective and environmentally favorable.
Lee, Yu Ri;Park, Hoon Chae;Choi, Myung Kyu;Choi, Hang Seok
Journal of Korea Society of Waste Management
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v.34
no.5
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pp.518-527
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2017
The development of renewable energy is currently strongly required to address environmental problems such as global warming. In particular, biomass is highlighted due to its advantages. When using biomass as an energy source, the conversion process is essential. Fast pyrolysis, which is a thermochemical conversion method, is a known method of producing bio-oil. Therefore, various studies were conducted with fast pyrolysis. Most studies were conducted under a lab-scale process. Hence, scaling up is required for commercialization. However, it is difficult to find studies that address the process analysis, even though this is essential for developing a scaled-up plant. Hence, the present study carries out the process analysis of biomass pyrolysis. The fast pyrolysis system includes a biomass feeder, fast pyrolyzer, cyclone, condenser, and electrostatic precipitator (ESP). A two-stage, semi-global reaction mechanism was applied to simulate the fast pyrolysis reaction and a circulating fluidized bed reactor was selected as the fast pyrolyzer. All the equipment in the process was modeled based on heat and mass balance equations. In this study, process analysis was conducted with various reaction temperatures and residence times. The two-stage, semi-global reaction mechanism for circulating fluidized-bed reactor can be applied to simulate a scaled-up plant.
Lee Seehoon;Kim Younggu;Hong JaeChang;Yoon Sangjun;Choi Youngchan;Lee Jaegoo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.467-470
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2005
지구온난화 현상과 화석연료의 고갈에 대한 두려움 때문에 재생에너지에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있다. 이에 따라 대체에너지, 합성가스, 화학 원료, 오일 등으로 전환할 수 있는 바이오매스 활용에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 바이오매스의 열화학적 전환 공정에는 열분해, 연소, 가스화 등이 이용되고 있다. 특히 열분해는 syringol, levoglucosan, guaiacol등의 고부가가치 물질들을 생산하기에 적합한 기술로 인정받고 있다. 본 연구에서는 국내에서 쉽게 구할 수 있는 톱밥, 폐목재 등의 바이오매스의 열화학적 전환 특성을 분석하였다. 사용된 바이오매스의 열분해 특성은 열중량 분석기 및 열천칭 반응기를 통해 분석하였으며 이를 통해 유동충 반응기(지름 0.2m, 높이 2m)를 설계 및 제작하였다. 반응온도 및 산소 농도가 증가할수록 levoglucosan 등의 고부가가치 물질들의 수율이 낮아지며 페놀류가 급격히 증가함을 알 수 있었다. 회재 성분이 높은 왕겨의 바이오오일 수율은 톱밥보다 $30\%$이상 낮게 나타났다
To develope chemical heat pump using available energy sources, solar heat and other kinds of waste thermal energy, we have studied the heat transfer rate in cylindrical bed reactor packed with calcined Dolomite. Two dimensional (radial and circumferential) Partial differential equations, concerning heat and mass transfer in packed bed of calcined Dolomite, are solved numerically to describe the characteristics of the reaction of calcined Dolomite and heat transfer. The results obtained by numerical analysis about two dimensional profiles of temperature and conversion of reactant in the packed bed reactor and the amount of exothermic heat released from the reactor are follows. It was found that all of calcined Dolomite packed bed kept the reaction temperature of about 750K throughout the entire part of the bed, immediately after the steam was introduced exothermic reaction of hydration was proceeded from the packed bed inpu to output and from wall side to center. The rate of thermochemical reaction depends on the temperature and concentration and it is also governed by the boundary conditions and heat transfer rate in the particle packed bed.
Kim, Do-Hyoung;Woo, Yong-Won;Lee, Hyun-Ho;Kim, Jeong-Suk
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.16
no.6
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pp.1-8
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2007
The ultra-fine tungsten carbide(WC) powders have been actively used in the cemented carbides industry, because they have excellent mechanical properties such as high hardness, strength, and toughness. In this study, ultra-fine WC-Co alloys powders have been fabricated by thermochemical and thermomechanical process such as spray conversion process or high energy ball milling. The non-coated end-mill which is made of ultra-fine tungsten carbide is investigated by measuring cutting force, tool wear, tool life, and surface roughness profile according to cutting length. The machining test was conducted with high hardened workpiece and their performances are investigated in high speed cutting conditions. Also, the relationship between the machining characteristics and the Co contents are investigated under various high speed cutting conditions.
Environmental problems caused by plastic waste have been continuously growing around the world, and plastic waste is increasing even faster after COVID-19. In particular, PP and PE account for more than half of all plastic production, and the amount of waste from these two materials is at a serious level. As a result, researchers are searching for an alternative method to plastic recycling, and plastic pyrolysis is one such alternative. In this paper, a numerical study was conducted on the pyrolysis behavior of non-condensable gas to predict the chemical reaction behavior of the pyrolysis gas. Based on gas products estimated from preceding literature, the behavior of non-condensable gas was analyzed according to temperature and residence time. Numerical analysis showed that as the temperature and residence time increased, the production of H2 and heavy hydrocarbons increased through the conversion of the non-condensable gas, and at the same time, the CH4 and C6H6 species decreased by participating in the reaction. In addition, analysis of the production rate showed that the decomposition reaction of C2H4 was the dominant reaction for H2 generation. Also, it was found that more H2 was produced by PE with higher C2H4 contents. As a future work, an experiment is needed to confirm how to increase the conversion rate of H2 and carbon in plastics through the various operating conditions derived from this study's numerical analysis results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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