Moisture content (%)
Gasconcentrations(vol.%) Gasconcentration(vol.%)
0 10 20 30 40
0 20 40 60 80 100
0 5.23 11.40
H2 CO CH4 CO2 CnHx
Fig.4-12. The influence of moisture content on producer gas emission.
나. 타르
(1) 중질타르(gravimetric tar)
목질계 바이오매스의 CO2 가스화 반응에서 함수율의 단계적인 변화에 따라 발생 된 중질타르의 농도를 Fig.4-13에 나타내었다. 그 결과 바이오매스의 함수율은 타 르 감소에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 완전히 건조되어 함수율이 0%인 목 질계 바이오매스의 CO2 가스화 반응을 통해 발생된 중질타르의 농도는 약 4.01 g/m3이었다. 바이오매스의 함수율이 증가할수록 중질타르의 농도는 점차 감소하는 경향을 보였으며, 함수율이 5.23%일 때의 중질타르의 농도는 약 2.64 g/m3로서 약 34% 감소되었다. 마지막으로, 건조시키지 않은 시료의 함수율 11.40%일 때 발생된 중질타르의 농도는 약 2 g/m3로서 완전히 건조된 목질계 바이오매스에서 발생된 중 질타르와 비교하여 약 50% 감소되었다. 타르의 감소는 함수율의 증가에 따라 타르 수증기 가스화(반응식 3.6)에 의한 반응이 진행되어 감소를 보인 것으로 판단된 다.
G ra vi m e tr ic ta r co n ce n tr a tio n s (g /m
3)
0 1 2 3 4 5
moisture 11.40%
moisture 0%
moisture 5.23%
(2) 경질타르(light tar)
목질계 바이오매스의 CO2 가스화 반응에서 함수율의 변화에 따라 발생된 경질타 르의 농도를 Fig.4-14에 나타내었다. 경질타르의 농도 또한 중질타르의 결과에서 나타난 것처럼 함수율의 증가에 따라 감소하는 경향이 나타났으며, 각각의 농도는 링 순으로 높게 나타났다. 벤젠의 경우 함수율이 0%, 5.23%, 11.40%로 증가하였을 때 농도는 각각 5.95 g/m3, 5.70 g/m3, 4.53 g/m3로 나타났으며, 최대 약 24% 감소 되었다. 나프탈렌의 경우 함수율이 증가하였을 때 농도는 각각 0.92 g/m3, 0.79 g/m3, 0.67 g/m3로 나타났으며, 최대 약 27% 감소되었다. 안트라센의 경우 함수율 이 증가하였을 때 농도는 각각 0.29 g/m3, 0.21 g/m3, 0.16 g/m3로 나타났으며, 최 대 약 45% 감소되었다. 파이렌의 경우 함수율이 증가하였을 때 농도는 각각 0.10 g/m3, 0.06 g/m3, 0.04 g/m3로 나타났으며, 최대 약 60% 감소되었다.
L ig h t ta r co n ce n tr a tio n s (g /m
3)
0 2 4 6
Benzene Naphthalene Anthracene Pyrene
moisture 11.40%
moisture 0%
moisture 5.23%
Fig.4-14. The influence of moisture content on light tar emission.
(3) 링 타르(ring tar)
목질계 바이오매스의 CO2 가스화 반응에서 함수율의 변화에 따라 발생된 링 타르 의 농도를 Fig.4-15에 나타내었다. 링 타르의 농도 결과에서도 중질타르와 경질타 르의 결과에서 나타난 것처럼 함수율의 증가에 따라 감소하는 경향이 나타났다. 1 링의 경우 함수율이 0%, 5.23%, 11.40%로 순차적으로 변화하였을 때 농도는 각각 10.44 g/m3, 9.83 g/m3, 7.65 g/m3로 나타났으며, 최대 약 27% 감소되었다. 2링의 경우 함수율이 증가하였을 때 농도는 각각 4.82 g/m3, 2.98 g/m3, 1.67 g/m3로 나 타났으며, 최대 약 65% 감소되었다. 3링의 경우 함수율이 증가하였을 때 농도는 각각 3.35 g/m3,1.64 g/m3, 0.81 g/m3로 나타났으며, 최대 약 76% 감소되었다. 4링 의 경우 함수율이 증가하였을 때 농도는 각각 0.73 g/m3, 0.41 g/m3, 0.23 g/m3로 나타났으며, 최대 약 68% 감소되었다. 함수율에 따른 타르의 농도 결과는 경질타 르와 링 타르에서 나타난 것처럼 상대적으로 링 수가 증가 될수록 타르 농도의 감 소율이 큰 것으로 나타났다.
R in g ta r co n ce n tr a tio n s (g /m
3)
0 5 10 15 20
4-ring 1-ring 2-ring 3-ring
moisture 11.40%
moisture 0%
moisture 5.23%
다. 촤
가스화 온도 800℃, CO2량 1 L/min로 고정된 목질계 바이오매스의 CO2 가스화 반 응에서 함수율 변화에 따라 생성된 촤의 SEM 이미지를 Fig.4-16에 나타내었다. 분 석결과 함수율이 0%인 촤의 SEM 이미지에서는 비교적 큰 세공이 많이 관찰된 반면 함수율이 증가된 이미지에서는 중간 중간 비교적 작은 세공이 다량 관찰되었다.
이는 함수율 11.40%일 때 생성가스 데이터에서 확연히 드러난 것처럼 촤 가스화 반응의 수성가스 반응(반응식 3.8)에 의해 촤의 표면에 수분이 반응 중에 활성화 제로 작용하는 수증기활성화가 일부 진행되어 H2, CO을 생성하고 세공이 발달된 결 과가 나타난 것으로 판단된다.
(a)0% (b)5.23%
(c)11.40%
Fig.4-16. SEM photos of CO2 gasified char according to moisture content change.