Lab-scale 기포유동층 반응기에서 커피찌꺼기와 폐스티로폼 혼합열분해에 관한 CFD 해석
저자
최상규(Sangkyu Choi) ; 최연석(Yeonseok Choi) ; 정연우(Yeonwoo Jeong) ; 한소영(Soyoung Han) ; 응웬 반 꾸잉(Quynh Van Nguyen)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
505
자료형태
학술저널
수록면
257-257(1쪽)
제공처
최근 세계적으로 커피 소비량이 증가하고 있어 폐기물로 발생하는 커피찌꺼기를 효율적으로 처리하는 방법이 중요해지고 있다. 커피찌꺼기는 기존에 펠렛 또는 퇴비화하여 사용하는 방법이 제안되었으나 그 성분의 특성상 펠릿 성형이 어렵고 퇴비로서의 활용성도 제한적이므로 대부분 매립 또는 소각되고 있다. 또한 플라스틱 폐기물 중에서 폐스티로폼은 이물질이 없는 경우에만 재활용되고 있어 많은 부분이 버려지고 있다. 급속열분해는 바이오매스 등의 폐기물을 약 500℃의 무산소 분위기에서 열분해하고, 생성된 열분해가스를 응축하여 액체상의 오일로 전환하는 기술로서, 고체상의 바이오매스 및 폐기물을 액상으로 변환할 경우 연료로서의 활용이 용이해지고, 고부가 화학물질 원료로도 활용 가능하므로 효과적인 폐기물 자원화 방안이 될 수 있다. 커피찌꺼기를 단독으로 열분해하여 생성되는 바이오원유는 일반적인 목질계 바이오매스로부터 형성된 바이오원유에 비하여 발열량이 50% 정도 높은 장점이 있으나, 점도가 매우 높아 저장 및 이송이 어려워지는 단점이 있다. Lab-scale 기포유동층 반응기에서 커피찌꺼기에 폐스티로폼을 혼합하여 열분해오일을 제조한 선행 연구에서, 커피찌꺼기를 단독으로 사용한 바이오원유에 비하여 오일 수율 및 발열량이 높아지고 점도가 낮아지는 효과가 확인되었다. 본 연구에서는 기포유동층 반응기에서 커피찌꺼기와 폐스티로폼의 혼합열분해에 관한 CFD 해석을 수행하였다. CFD 해석은 다상 유동 해석이 가능한 오픈소스 소프트웨어인 MFiX(Multiphase Flow with Interphase eXchanges)를 이용하였으며, Eulerian-Eulerian model을 적용하였다. 커피찌꺼기의 구성 성분은 원소분석 결과를 기반으로 하여 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 지방산 등이 포함된 8종의 성분으로 표현하였고, 열분해반응은 22종의 고체 성분, 28종의 가스 성분을 포함하는 25단계의 1차 반응으로 구성되었다. 커피찌꺼기와 폐스티로폼의 다양한 혼합 비율에서 열분해오일의 수율을 도출하였고, 열분해오일의 주요 구성 성분을 실험 결과와 비교하였다.
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