볏짚 fast pyrolysis 상에서 바이오 오일

(1)

볏짚 fast pyrolysis 상에서 바이오 오일

최대수율 조건 도출에 관한 연구

(2)

목 차



연구 배경



국내 볏짚의 발생량과 처리 현황



볏짚의 열분해 실험 내용 및 방법



실험 결과



결 론

(3)

연구 배경



화석연료 고갈을 대비한 대체자원은 인류의 과제



바이오 매스 일종인 볏짚은 화석연료와 같은 유 기성 화합물의 형태로 지속적으로 재생되어지는 에너지 저장고



고부가 가치의 연료 및 생화학물 활용

 경제적, 환경적 측면 지속 발전 가능

(4)

식물성 자원의 유용성

FUELS

Pyrolysis Oils

Liquid &

Gaseous Fuels

Ethanol CHEMICALS

Terpenes

Phenolics Drugs&

Agro Chemicals

Levoglucosan

Agricultural Crops

Soybean Printing

Inks

Nylons

FATS &OILS

Automobile Fluids

Solvents For Coatings MATERIALS

Protein Polymeric

Materials

Starch Polymeric Materials &

Chemicals

Lignocellulosic Composites Plastics

Cellulosic Polymers

Linear Polyurethanes

&Polyesters

Light&

Low MW Rubber

(5)

볏짚의 발생량

년 도 면 적(ha) 발생량(ton) 1995 1,055,337 6,566,281 1996 1,048,987 6,829,603 1997 1,051,659 6,897,951 1998 1,058,555 7,218,575 1999 1,055,034 7,251,664 2000 1,055,034 7,246,018 2001 1,055,750 7,148,062

<표-1> 국립 농산물 품질 관리원 농업통계정보-논. 벼 관련 통계자료-볏짚 발생량

(6)

국내 볏짚 처리 현황

처리현황 (%)

퇴 비 53.1

사 료 26.6

연 료 11.6

시장매매 2.1

폐 기 0.3

기 타 2.9

자료: 볏짚을 이용한 농가형 분해성 포장용기 제조 시스템 개발?농림부, 1996,11. pp.46

(7)

온 도 에 따 른 생 성 물 수 율(전체질량 기준)

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00

412 443 516 545 _temp(℃) 598

w t %

oil yield(wt%) gas yield(wt%) char yield(wt%)

실험 결과

(8)

- Bio-Oil

(a) bio-oil 중 상등액 (b) bio-oil 중 tar

외견상 맑은 액과 tar 상으로 상이 분리

생성물 분석

(9)

- Bio-oil 분석 결과

 pH : 4.07~5.26

 상등액 발열량(HHV) : 10~12 MJ/kg (412도 기준)

 Tar 발열량(HHV) : 21~25 MJ/kg (412 기준)

 생성 수분량 : 22.4~40.1wt%(Karl-Fisher titration)

 GC-MS 정성분석 : acetic acid, 다당류, Phenolics, levoglucosan

등 다량 함유

(10)

(a) reactor char (b) cyclone char

- Char

발열량(HHV) : 14~17MJ/kg

(c) hot filter 전 후

(d) hot filter char

(11)

 Particle distribution of cyclone char

cyclone char particle distribution

0 1 2 3 4 5 6

0.04 0.16 0.66 2.66 10.78 43.67 176.9

particle size( ㎛ )

vol u m e (% )

cyclone char particle distribution

filtration char particle distribution

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

0.06 0.28 1.15 4.66 18.86 76.42

particle size( ㎛ )

vol u m e (% )

filtration char particle distribution

 Particle distribution of hot filter char

(vo%)) 10 25 50 75 90

㎛ ^10.61 ^21.05 ^36.28 ^54.49 ^75.16

(vol%) 10 25 50 75 90

㎛ ^2.51 ^4.97 ^10.1 ^18.24 ^29.72

(12)

0 10 20 30 40 50 60 70

412 443 516 545 598

wt %

Te mpe rature(℃ )

CO CO2 CH4 C2-C4 H.C

 온도에 따른 가스 성분

(13)

Higher temperature

Lower temperature

De-polymerizing Biomass

Gas(C4이하) + CO

Gas(C4이상) + Tar/levoglucosan + CO

₂

+ Char

M+ Catalyst

(14)

결 론



열분해 조건 중 중요 parameter인 반응온도를 달리하여 실험을 한 결과 바이오 오일의 최적 반응온도는 약

400~450℃사이 였다.



hot-filter의 도입으로 char평균 입자 10.1㎛에서 최소 2.5

㎛까지 잡아 생성 오일 내에 char성분은 상당량 감소하게 나타나 오일의 질을 한층 높였다.



전처리를 통해 회분을 제어해서 char, gas생성을 억제하 여 보다 높은 오일 수율을 얻고자 한다.



액상 물질 안에 고가 화합물이 존재하는 것으로 확인 되었 다.

볏짚 fast pyrolysis 상에서 바이오 오일