• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권5호
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• pp.672-677
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• 2014

반탄화는 $200{\sim}300^{\circ}C$의 불활성분위기에서 바이오매스를 전처리하는 열처리공정이며 이러한 반탄화 공정은 바이오 매스에 함유된 섬유질성분의 분해온도에 크게 영향을 받은 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 사탕수수 부산물의 반탄화 특성에 관한 연구를 수행하였으며 반탄화 온도 및 반탄화 시간에 따른 에너지 수율, 발열량 및 발생가스 그리고 가연분과 회분의 관계에 중점을 두었다. 또한 본 연구에서는 TGA(Thermogravimetric Analyzer)를 이용한 사탕수수 부산물의 반탄화 반응에 대한 활성화 에너지의 변화도 함께 고찰하였다. 본 연구로부터 반탄화 온도에 따라 회분 및 발열량은 증가하였으나 가연분 및 에너지 수율은 감소하였으며 또한 산소성분을 함유한 일산화탄소가 탄화수소 화합물, $C_xH_y$ 보다 더 낮은 온도에서 분해되기 시작하는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.280-291
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• 2018

Torrefaction is one of the methods to increase combustion calorific value and hydrophobicity of biomass. In this study, the effects of torrefaction on devolatilization, char reactivity and biomass structure were analyzed. Empty fruit bunch (EFB) and Kenaf biomass were used as fuels to be torrefied in the N2 environment at 200, 250 and $290^{\circ}C$. Devolatilization and char kinetics were analyzed by using TGA and biomass structure was investigated through petrography image. The reactivity showed different trends depending on the torrefaction temperature and biomass structure. The herbaceous biomass, Kenaf, was shown as high reactivity and thin wall structure. On the contrary, the woody biomass, EFB, had relatively low reactivity and thick wall structure.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.32-32
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• 2017

2012년부터 도입된 "신재생에너지 의무할당제(RPS)"로 인하여 500MW이상의 설비 용량을 갖춘 발전소의 경우 총발전량에서 일정 비율을 신재생에너지로 공급하여야 한다. 이러한 신재생에너지 중 농업부산물은 목질계 바이오매스의 한 종류로 '탄소중립(Carbon Neutral)' 연료이며 기존 화석연료와 혼소로 활용 할 수 있는 장점을 지니고 있다. 그러나 낮은 발열량, 운송 및 저장비용, 일정하지 않은 연소특성의 문제로 인하여 대부분 노지에 방치되거나 버려지고 있다. 이러한 버려지는 농업부산물을 효율적으로 활용하기 위한 방법 중 하나로 반탄화(Torrefacation) 처리가 대두되고 있다. 반탄화 처리 시, 발열량이 증대되며, 저장과 이송에서의 이점을 갖게 된다. 그러나, 반탄화는 공정 과정중 질량손실에 따른 에너지 총량의 감소한다는 단점을 가지고 있다. 이에 본 연구에서는 효율적인 반탄화공정을 위한 질량감소모델을 제시 하고자한다. 승온 속도(heating rate)를 $7.5^{\circ}C/min$, $15^{\circ}C/min$, $22.5^{\circ}C/min$의 조건에서의 열중량분석 결과를 토대로 속도모델식(Arrhenius method, Ingraham & Marrier method 등)을 적용하여, 반응속도상수를 도출하였다. 이 반응속도상수를 이용하여 질량감소 모델을 정립하였고, 이를 실험결과와 비교, 검증하였다.

• 공업화학
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• 제29권3호
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• pp.350-355
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• 2018

본 연구에서는 굴참나무의 열분해 및 촉매 열분해에 바이오매스 반탄화가 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 굴참나무와 반탄화된 굴참나무의 열분해 및 촉매 열분해 거동은 열중량분석 결과와 회분식반응기를 이용한 급속열분해 반응에서 얻어진 바이오오일의 생성물분포를 비교하여 평가하였다. 굴참나무와 반탄화된 굴참나무의 열중량 곡선 및 미중열중량곡선은 굴참나무 내 헤미셀룰로오스의 제거량은 반탄화 온도 및 시간을 증가시킴에 따라 증가됨을 나타내었다. 굴참나무의 반탄화과정에서 헤미셀룰로오스의 제거로 굴참나무 내 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 증가되기 때문에 열분해 과정에서 오일의 수율은 감소하고 고형 촤 수율은 증가하였다. 반탄화 굴참나무의 열분해 오일 중 레보글루코산과 페놀류의 선택도는 굴참나무 열분해 오일에 비해 높았다. 바이오오일 중 방향족 화합물의 함량은 HZSM-5 ($SiO_2/Al_2O_3=30$) 상에서 굴참나무 및 반탄화된 굴참나무의 촉매열분해를 적용함으로써 증가되었다. 굴참나무에 비해, 반탄화 굴참나무는 HZSM-5를 이용한 촉매 열분해를 통한 방향족화합물 형성에 더 높은 효율을 보였고 더 높은 반탄화 온도($280^{\circ}C$) 및 반응온도($600^{\circ}C$)를 적용함으로써 극대화되었다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.190-199
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• 2017

Air-blown Gasification of coal and torrefied biomass mixture is conducted on fixed-bed gasifier. The various ratio (9:1, 8:2, 7:3) of coal and torrefied biomass mixture are used. The contents of $H_2$, CO in the syngas were increased with gasification temperature. Carbon conversion tend to increase with temperature and equivalence ratio (ER). However, cold gas efficiency showed maximum point in ER range of 0.26-0.36. The torrefied biomass showed highest cold gas efficiency of 67.5% at $934^{\circ}C$, ER 0.36. Gasification of 8:2 mixture showed the highest carbon conversion and cold gas efficiency and synergy effect.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.49-57
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• 2019

Biomass, a carbon-neutral fuel, has great advantages because it can replace fossil fuels to reduce greenhouse gas emissions. However, due to its low density, high water content, and hydrophilicity, biomass has disadvantages for transportation and storage. To improve these properties, a pretreatment process of biomass is required. One of the various pre-treatment technologies, torrefacion, makes biomass similar to coal through low-temperature pyrolysis. In this study, torrefacion treatment was carried out at 200, 230, 250, 280, and $300^{\circ}C$ for wood pellet, empty fruit bunch (EFB) and kenaf, and the feasibility of replacing coal with fuel was examined. Hygroscopicity tests were conducted to analyze the hydrophobicity of biomass, and its chemical structure changes were investigated using Infrared spectrum analysis. It was confirmed that the hygroscopicity was decreased gradually as the torrefacion temperature increased according to the hygroscopicity tests. The hydrophilicity was reduced according to the pyrolysis of hemicellulose, cellulose, and lignin of biomass.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.465-469
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• 2013

본 연구는 반탄화된 OPF(oil palm fronds)의 연료로써 이용가능성을 알아보았다. OPF는 200, 250, 300, $350^{\circ}C$에서 각각 1시간과 2시간 동안 반탄화를 진행하였다. 반탄화된 OPF는 온도가 높아짐에 따라 그리고 반탄화 시간이 증가됨에 따라 발열량이 증가하였다. 또한, 반탄화 시간보다는 반탄화 온도가 더 중요한 요소였다. 하지만 반탄화 온도가 높아질수록 반탄의 수득률이 감소함으로 적절한 반탄화 온도가 요구되었다. $250^{\circ}C$에서의 반탄화로는 헤미셀룰로오스의 분해가 상당히 진행되고 $300^{\circ}C$에서는 셀룰로오스의 분해까지도 거의 진행됨을 OPF의 열분해 거동으로부터 알 수 있었다. 또한, 반탄화된 OPF는 바이오매스의 grindability를 향상시킴으로 분쇄에 소모되는 에너지를 감소시킴을 예측할 수 있었다.

• 자원리싸이클링
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• 제30권1호
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• pp.77-82
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• 2021

철강 산업에 있어서 CO2 배출량 감소는 중요한 이슈이며, CO2 배출 감소를 위해 코크스를 일부 대체할 수 있는 탄재 연료의 연구는 필요하다. 한편, 바이오매스 연료는 고정 탄소를 일부 함유하고 있으며, 반탄화 공정을 통해 연료내 탄소의 함량을 증가시킬 수 있다. 바이오매스 연료 중 커피박은 약 55 mass%의 탄소를 함유하고 있으며, 국내에서 연간 약 27만 ton이 매립 또는 소각되고 있다. 또한, 연간 커피 소비량의 증가로 인한 재활용 공정에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 반탄화 공정을 통한 커피박 내 고정 탄소의 농도에 미치는 온도의 영향을 연구하였다. 또한, 반탄화 커피박의 용해 실험을 통해 금속 샘플 내 탄소 농도와 용해 효율에 대한 코크스와 혼합비의 영향을 조사하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제43권3호
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• pp.381-389
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• 2015

본 연구에서는 반탄화된 낙엽송 칩을 분쇄한 후 그 입자를 이용한 펠릿성형에서 함수율과 입자크기의 영향을 반탄화 조건($220^{\circ}C$-50분, $250^{\circ}C$-50분, $250^{\circ}C$-120분)에 따라 조사하였다. 반탄화 후 함수율은 0.69~1.75%로 반탄화 처리전의 5.26%보다 낮았으나, 회분이나 발열량은 증가하였다. 또한 반탄화에 의한 중량감소율은 크게 증가하였는데 이는 헤미셀룰로오스의 분해가 활발하게 일어났기 때문으로 생각된다. 반탄화 낙엽송 칩에 포함된 탄소함량은 반탄화 처리 전 낙엽송 칩과 비교하여 증가하였으며 수소와 산소함량은 감소하였다. 반탄화 낙엽송 칩에 포함된 리그닌과 글루칸 함량은 반탄화 정도가 증가할수록 증가하였으며 헤미셀룰로오스는 감소하였다. 반탄화 칩을 분쇄하여 입자크기분포를 비교한 결과 높은 반탄화 조건은 낮은 반탄화 조건에서보다 1 mm 이하의 미세분 함량이 높았고 $500{\AA}$ 이상의 macropore가 생성되었다. 반탄화 분쇄 입자를 이용한 펠릿성형 과정에서 입자크기와 관계없이 반탄화 분쇄 입자의 함수율이 증가할수록 투입된 반탄화 분쇄 입자가 받는 압력은 감소하였으며 펠릿길이는 증가하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제28권6호
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• pp.683-690
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• 2017

Wood pellet (WP), empty fruit bunch (EFB) and palm kernel shell (PKS) which are biomass fuels for power generation are selected to study the characteristics of torrefaction process. These biomass fuels are torrefied at $220^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, and $280^{\circ}C$. The heating value of biomass fuels is increased depending on the torrefaction temperature. However, due to energy yield decline, it is not always desirable to torrefy biomass at higher temperature. Considering the mass yield and energy yield after torrefaction, the most proper temperature conditions for torrefaction of WP is $250-280^{\circ}C$ and for EFB, PKS are $220-250^{\circ}C$. Additionally, to investigate the phenomenons of chlorine release during torrefaction process, Ion Chromatography (IC) method was used. In the case of EFB and PKS torrefied at $300^{\circ}C$, the chlorine component has been reduced by 97.5% and 95.3% compared to the raw biomass, respectively. In conclusion, torrefied biomass can be used as alternative fuels in replacement of coals for both aspects of heating value and chlorine corrosion problems.