깻대의 열분해를 통한 바이오오일의 회수 연구 = Recovery of Bio-Oils from Pyrolysis of Sesame Stalk
저자
발행사항
울산 : 울산대학교 대학원, 2009
학위논문사항
학위논문(석사)-- 울산대학교 대학원 : 건설환경공학과 환경공학 전공 2009. 2
발행연도
2009
작성언어
한국어
주제어
발행국(도시)
울산
형태사항
ⅵ, 69 p. ; 26cm
일반주기명
지도교수:이병규
소장기관
현대사회에서 화석연료는 산업 및 수송을 비롯한 인류 문명사회의 주요한 에너지원으로 사용되고 있다. 그러나 최근 개발도상국에서의 대기오염 현상심화, 유류가격의 급등과 포스트 교토의정서체제에 대한 발리 협약 등 기후변화협약 당사국회의(COP7)에서 교토의정서의 실행방안의 타결, 세계 정책 및 경제 상황 변화에 따라 에너지 문제가 최대 이슈로 떠오르고 있다. 따라서 신·재생에너지원의 보급 및 상업화가 가속화 되고 있는 실정이며 자연계에서 손쉽게 얻을 수 있는 자생식물 및 농업 부산물을 이용한 바이오에너지가 화석연료의 수입 의존도 해소와 환경 문제의 해결을 위한 대안 중의 하나로 떠오르고 있다.
바이오매스를 이용한 다양한 에너지전환 기술 중에서 열화학적 전환방법인 열분해공정은 대체에너지 혹은 화학원료로 이용 가능한 생성물을 획득할 수 있는 기술로서 전 세계적으로 활발한 연구가 진행 중이다. 특히, 급속 열분해공정은 빠른 열전달률과 안정된 반응온도를 유지할 수 있어 주목받고 있는 열분해 기술이다.
본 연구에서는 우리나라에서 전국 각지에서 다량 발생하는 농업부산물 중 하나인 깻대를 유동층열분해 공정으로 급속열분해 하였다. 실험에 사용된 열분해반응 장치는 크게 시료주입시스템, 유동층반응기, 가스냉각시스템으로 구성되어있다. 온도, 질소가스유량, 시료입자크기, 시료주입속도를 실험변수로 두어 실험하였으며 목적생성물인 액체생성물이 최대로 발생하는 최적 조건을 찾고자 하였다.
실험결과 반응온도 470 ℃, 질소가스의 주입유량 3 L/min에서 액상생성물로의 전환율이 가장 높았으며, 최대 52.02 %의 액상생성물 수율을 나타내었다. 또한 시료입자 크기가 작을수록 입자 내부로의 열전달률이 좋아 액상생성물의 수율이 높게 나타났다. 깻대의 열분해 액상생성물은 유동성이 큰 상등액과 점성이 강한 하등액으로 뚜렷하게 분리 되었다. 상등액과 하등액의 고위발열량은 각각 17.97 MJ/kg(4,297 kcal/kg)와 25.33 MJ/kg (6,054 kcal/kg)으로 원료인 깻대 보다 높은 발열량을 나타내었다. 특히 하등액의 경우 매우 높은 발열량을 가지므로 개질을 통하여 연료로서의 이용 가치가 있을 것으로 판단된다. GC-MS로 액상생성물의 성분을 분석한 결과 상등액은 주로 산, 알콜류로 구성되어져 있고, 하등액의 경우 페놀류화합물이 대부분을 차지하였다. 이 물질들은 추출과 정제를 통하여 화학원료물질로서의 사용이 가능하다. 고체생성물인 char는 50 %이상이 탄소로 이루어져 있고 발열량이 18.56 MJ/kg(4,436 kcal/kg)로서 고형연료화 하여 보조연료로서의 사용가능성이 있으며 비표면적을 확장 등을 통하여 활성탄과 같은 흡착제로서의 이용이 가능 할 것이다.
In this study, sesame stalk was pyrolyzed using a fluidized bed reactor (FBR), to obtain bio-oils. The used FBR system in this study was equipped with an injection system of sample, a cyclone for char removal, and a cooling system of gases and vapors to collect pyrolyzed liquid products. The purpose of this study was to search for optimum conditions to get maximum yields of liquid products.
The tested parameters for the pyrolysis of sesame stalk were reaction temperature, flow rate of nitrogen gas, particle size and injection rate of sample. The maximum yield of liquid products was obtained at a reaction temperature of 470 ℃ and a flow rate of nitrogen gas of 3 L/min. When compared particle size effect of sample, the smaller size below 0.425 mm showed a higher yield as compared the larger size with a range of 0.425~1 mm. This is because the smaller sample may have more effective heat transfer than the larger one. Also, the higher injection rate of sample, the higher yield of liquid products was obtained.
Liquid product was separated into both the upper phase and the sticky lower phase. The heating values of the upper and the lower phases were 17.97 MJ/kg (4,297 kcal/kg) and 25.33 MJ/kg (6,054 kcal/kg), respectively, which were higher than those of raw sesame stalk. The identified, using GC-MS analysis, main components of the liquid products were acetic acid, alcohols and phenolics. The char remained in the FBR mainly consisted of carbon more than 50 wt% and its high heating value was 18.56 MJ/kg (4,436 kcal/kg).
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