타르의 제거방법

타르의 제거방법은 크게 두 가지 방법이 제시되고 있다. 가스화기 내에서 처리 되는 primary methods와 가스화 후 생성된 가스 중 타르를 제거하는 secondary methods가 있다. Fig. 4-4은 가스화 중 생성되는 타르의 제거 방법을 나타낸 것이 다¹²²⁾. Primary methods에는 가스화 공정 중 온도, 압력, 공기비 등을 최적의 운전 조건을 찾는 방법, 첨가제 또는 촉매 등을 사용하는 방법, 그리고 고정층 혹은 유 동층과 같은 적절한 가스화기의 디자인이 있다. Secondary methods에는 thermal cracking 혹은 촉매 분해와 같은 화학적 방법과 필터, 스크러버, 전기집진기 등을 사용하는 물리적 방법들이 있다.

Mechanical method Temperature (℃) Particle reduction (%) Tar reduction (%)

Sand bed filter 10±208 79-99 50-97

Wash tower 50±60 60-98 10-25

Venturi scrubber - - 50-90

Rotational atomizer <100 95-99

-Wet electrostatic

precipitator 40±50 >99 0-60

Fabric filter 130 70-95 0-50

Rotational particle separator 130 85-90 30-70

Fixed bed tar adsorber 80 - 50

Catalytic tar cracker 900 - >95

Fig. 4-4. Tar removal approach in biomass gasification.

물리적 방법은 타르 및 가스 중에 포함된 입자상 물질도 같이 제거하는 효과를 가지고 있다. 이 중 워터 스크러버는 타르와 입자상 물질 그리고 다른 오염물질들 을 제거하기 위해 많이 적용되고 있다. 워터 스크러버는 설치 및 제작 비용이 저 렴한 장점을 가지고 있지만 다량의 폐수를 생성하여 2차 오염을 유발하고 처리비 용이 증가되는 단점을 가지고 있다. 그리고 이러한 단점을 극복하기 위하여 물 대 신에 오일을 사용하였지만 경제성이 감소하는 문제를 가지고 있다.

그 외 다양한 물리적 방법에 의한 타르와 입자의 제거 효율을 Table 4-3에 나타 냈다¹⁴³⁾.

Table 4-3. Reduction of particles and tars in various producer gas cleaning systems

Thermal cracking 은 가스화기 및 열분해로에서 생성된 타르를 고온으로 분해하 는 방법이다. 하지만 바이오매스에 의해 형성된 타르는 900℃-1,150℃ 범위의 온 도에서 0.2g/Nm³까지 줄어드는 것을 확인되며, 타르의 체류시간을 증가시킬수록 감 소하는 것으로 알려져 있다. 따라서 장치 규모가 증가하게 되고 이에 열원 공급에

Catalyst Advantages Disadvantages

Calcined rocks

Inexpensive and abundant Attain high tar conversion 95%

conversion with dolomite Often used as guard beds for

expensive catalysts Most popular for tar elimination

Fragile materials and quickly eroded from fluidized beds

Olivine Inexpensive

High attrition resistance Lower catalytic activity than dolomite

Clay minerals

Inexpensive and abundant Fewer disposal problems

Lower catalytic activity than dolomite Most natural clays do not support the high temperatures (800-850℃) needed for

tar elimination (lose pore structure)

Iron ores Inexpensive Abundant

Rapidly deactivated in the absence of hydrogen

Lower catalytic activity than dolomite Alkali

metal based

Natural production in the gasifier Reduce ash-handling problems

Particle agglomeration at high temperatures

Lower catalytic activity than dolomite Activated

alumina

High tar conversion comparable to

that of dolomite Rapid deactivation by coke

Transition metal based

Able to attain complete tar elimination at 900℃

Increase the yield of CO2 and H2

Ni-based catalysts are 8-10 times more active than dolomite

Rapid deactivation because of sulfur and high tar content in the feed

Relatively expensive 대한 에너지 소모가 큰 문제를 가지고 있다.

촉매 분해방법은 상기 Thermal cracking보다 낮은 온도에서 타르 분해를 유도할 수 있기 때문에 많은 관심을 보여 왔다. 촉매 분해방법은 메탄 또는 다른 탄화수 소류 그리고 수분들은 금속 표면에 분리 흡착하여 금속촉매작용에 의해 수소 이탈 반응이 일으킨다. 그리고 적절한 온도에서 금속 표면에 있는 O, OH, H 래디컬들은 타르와 반응하여 탄화수소류 중간생성물로 전환된다. 그러나 탄소 침적 및 열에 대한 소결 현상이 적고 촉매 비활성화 환경에 강한 촉매의 선정이 필요하며, 재생 방법이 간단하고 비용이 저렴해야 하는 조건이 필요하다. 타르 분해 시 적용한 촉 매 종류에 따른 장단점을 Table 4-4에 나타냈다.

Table 4-4. Summary of catalysts advantages and disadvantages

추가적으로 화학적 전환 방법외에 높은 에너지 전환율을 얻고자 플라즈마를 이 용한 타르 전환 기술에 대하여 연구가 진행중에 있다^144,145). 코로나방전, 유전체 방전 및 고온 플라즈마등 다양한 플라즈마 기술 중 글라이딩 아크 플라즈마의 장 점은 장치가 컴팩트하고, 수초의 빠른 시동특성 및 응답시간, 타르 성분 중 탄화 수소를 포함한 다양한 성분의 연료 및 바이오 가스에 적용이 가능하며, 높은 전환 율과 가스 성상에 대해 최적 운전상태 유지 등이 알려져 있다¹⁴⁶⁾. 그러나 플라즈마 는 방전 영역의 크기와 전자 밀도를 증가시키기 위해 공급되는 전기 에너지가 증 가하는 문제점을 가지고 있다.