• 청정기술
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• 제25권2호
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• pp.168-176
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• 2019

Spent coffee is one of biomass sources to be converted into bio-oil. However, the bio-oil should be further upgraded to achieve a higher quality bio-oil because of its high oxygen content. Deoxygenation under hydrotreating using different catalysts (catalytic hydrodeoxygenation; HDO) is considered as one of the promising methods for upgrading bio-oil from pyrolysis by removal of O-containing groups. In this study, the HDO of spent coffee bio-oil, which was collected from fast pyrolysis of spent coffee ($460^{\circ}C$, $2.0{\times}U_{mf}$), was carried out in an autoclave. The product yields were 72.16 ~ 96.76 wt% of bio-oil, 0 ~ 18.59 wt% of char, and 3.24 ~ 9.25 wt% of gas obtained in 30 min at temperatures between $250^{\circ}C$ and $350^{\circ}C$ and pressure in the range of 3 to 9 bar. The highest yield of bio-oil of 97.13% was achieved at $250^{\circ}C$ and 3 bar, with high selectivity of D-Allose. The carbon number distribution of the bio-oil was analyzed based on the concept of simulated distillation. The $C_{12}{\sim}C_{14}$ fraction increased from 22.98 wt% to 27.30 wt%, whereas the $C_{19}{\sim}C_{26}$ fraction decreased from 24.74 wt% to 17.18 wt% with increasing reaction time. Bio-oil yields were slightly decreased when the HZSM-5 catalyst and dolomite were used. The selectivity of CO was increased at the HZSM-5 catalyst and decreased at the dolomite.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.676-682
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• 2009

본 연구에서는 국내 원주에서 생산되고 있는 RDF의 열분해 특성을 조사하기 위해 열중량 분석기(TGA)를 이용하여 비등온 실험(10, 20, $30^{\circ}C/min$)을 수행하여 분석하였다. 다양한 성분의 물질을 함유한 RDF는 승온 속도에 따라 차이가 있으나, 대체로 $350{\sim}700^{\circ}C$ 사이에서 열분해 및 연소되었으며, 최대 열분해 반응속도를 나타내는 온도는 석탄의 그것에 비해 매우 빠름을 알 수 있었다. Friedman 및 Flynn-Wall-Ozawa의 방법을 이용하여 평균한 활성화에너지 값은 각각 14.44, 18.40 kcal/mol이었으며, Friedman의 방법을 통해 반응 차수는 1.219, 빈도인자 $3.02{\times}10^5(s^{-1})$의 값을 얻었다. 또한 Coats Redfern의 방법을 통해 앞서 계산한 활성화에너지 값과의 유사성을 비교하여 고체상의 연소반응 메커니즘을 판단할 경우, 개별 입자들 사이에서 하나의 핵에서 핵화되는 반응인 1차 화학 반응($F_1$)이 가장 유사한 반응 메커니즘으로 판단되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1015-1020
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• 2012

석탄 및 pet coke (petroleum coke)는 그 이용이 제한적이지만 공급이 풍부한 에너지원이므로, 가스화공정에 적용하여 고급연료인 수소나 액체연료를 생산할 수 있다. 본 연구에서는 열천칭반응기와 실험실규모의 유동층반응기(내경 0.02 m, 높이 0.6 m)에서 갈탄, 무연탄, pet coke의 수증기 가스화 반응특성을 조사하였다. 가스화 온도 $600{\sim}900^{\circ}C$, 수증기 분압 0.15~0.95 atm 및 수증기/연료 비의 조업변수가 가스화반응속도 및 생성가스의 발열량에 미치는 영향을 조사하였다. 기체-고체 반응모델로서 modified volumetric reaction model을 적용하여 가스화반응의 거동을 묘사하고 kinetic 인자들을 도출하였다. 가스화 반응온도가 높을수록 생성가스 중의 수소농도와 가스의 발열량은 증가하였다. 생성가스 발열량은 무연탄 > 갈탄 > pet coke의 순으로 높게 나타났는데, 반응온도 $900^{\circ}C$, 수증기분압 95%의 조건에서 10.0 > 6.9 > 5.7 $MJ/m^3$로 각각 얻어졌다. 본 연구를 통하여 갈탄과 pet coke에 대해 가스화공정의 잠재적인 연료로서의 가능성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.631-635
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• 2006

석탄의 수소가스화 반응에 따른 합성천연가스(substitute natural gas, SNG) 제조 특성을 고찰하기 위하여 연속식 lab-scale 분류층 수소가스화기(지름 : 0.025 m, 높이 : 1.0 m)를 이용하였다. 수소가스화 시스템은 고압 가스 주입부, 석탄 주입시스템, 분류층 수소가스화 반응기, 미반응물 분리장치로 이루어졌다. 실험은 반응온도 $600{\sim}800^{\circ}C$, 수소/석탄비 0.2~0.4, 석탄주입량 0.8~2.5 g/min의 범위에서 수행되었다. 6종류의 석탄시료를 사용한 실험결과로부터 반응온도가 증가하면 메탄화에 의한 탄소 전환율은 증가하였지만 증가하는 경향은 석탄의 종류에 따라서 각각 다르게 나타났다. 또한 수소/석탄비가 증가할수록 탄소 전환율이 증가하는 반면, 메탄농도는 감소함을 보였다. 석탄 시료 중에 포함된 탄소함량이 증가할수록 탄소 전환율이 증가하였으며, 석탄중 휘발분 함량이 35 wt％일 때 최대의 탄소전환율을 얻을 수 있었다.

• 공업화학
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• 제10권7호
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• pp.1052-1060
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• 1999

열분해 공정을 이용하여 원료고무(SBR)와 타이어를 분해한 결과 온도가 증가함에 따라 액상 생성물의 수율이 전반적으로 증가하고 기상 생성물은 수율은 감소하는 경향을 보였다. SBR의 경우 $700^{\circ}C$에서 액상 생성물의 수율이 86%로 최대값을 보인후 $700^{\circ}C$ 이상에서는 액상 생성물의 수율이 약간 감소하였으며, 타이어의 경우 $700^{\circ}C$에서 액상 생성물의 수율이 55%로 최대값을 보였다. 가열 속도에 따른 SBR과 타이어의 생성물 수율 변화는 가열 속도가 증가할수록 액상 생성물의 수율은 증가하고 기상 생성물의 수율은 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. SBR과 타이어의 열분해 후 생성된 액상 생성물의 수평균 분자량은 740~2486, 740~1719로 나타났으며, 39~40 kJ/g의 발열량을 나타내었다. 또한 GC-MSD로 분석한 결과 50 여 가지의 유기화합물이 생성되는 것으로 나타났으며 대부분 방향족 화합물이 많이 형성되는 것을 확인하였다. 분해 잔류물의 SEM 분석 결과 열분해 온도가 증가함에 따라 입자의 크기는 감소하며 입자가 균일함을 알 수 있었으며, BET로 표면적을 측정한 결과 열분해 온도가 증가함에 따라 비표면적은 증가하는 경향을 보였으며 $47{\sim}63m^2/g$의 표면적을 나타내었다. 따라서 열분해 공정의 경우 열분해 온도는 $700^{\circ}C$ 가열 속도는 높게 조업하는 것이 바람직하며 비활성 기체를 계속 흘려주는 것이 액상 생성물의 수율을 높일 수 있으며, 액상 생성물은 연료로써 사용이 가능하고 잔류물은 카본 블랙이나 활성탄으로 사용이 가능할 것으로 사료된다.

• 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.

• 에너지공학
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• 제6권1호
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• pp.96-103
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• 1997

0.5~1.0톤/일 용량의 BSU급 분류층 가스화기에서 중국산 Datong탄에 대한 석탄가스화 특성실험을 하였다. 가스화기의 반응온도는 1300~155$0^{\circ}C$를 유지하였으며, 실험에 사용된 슬러리농도는 62.5wt% ($H_2O$/Coal=0.6)였다. 산소 및 슬러리는 버너에 주입되기전 예일을 실시하였으며 $O_2$/Coal의 공급비는 0.8~l.2를 유지하였다. 또한 슬러리의 점도를 낮추고 유동성을 향상시키기 위하여 첨가제로서 CWM 1002와 NaOH를 각각 0.3%와 0.05% 추가하였다. 석탄가스화 실험에서 측정된 생성기체는 주로 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소로 구성되어 있으며 미량의 메탄도 생성되었다. 생성된 가스는 반응온도가 증가함에 따라 H$_2$와 CO의 생성량은 증가하는 반면 $CO_2$의 양은 감소하였다. 산소의 공급량이 증가함에 따라 $CO_2$의 생성량은 지속적으로 증가하고 CO 및 H$_2$의 생성량은 $O_2$/Coal의 비가 약 0.9에서 최대치를 나타낸 후 감소하였으며, 생성가스 발열량은 1700~2400 kcal/N㎥을 나타내었다.

• 에너지공학
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• 제26권3호
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• pp.78-89
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• 2017

미분탄화력발전소에서 사용되는 각종 발전연료의 탄화도에 따른 발열개시온도(CPT;Cross Point Temperature), 발화온도(IT; Ignition temperature) 및 발화온도 승온속도(CPS;Cross Point Slope)는 전기로 내부에 설치된 백금망에 $74{\mu}m$이하 입도의 시료를 넣고 공기분위기, $25^{\circ}C$에서 $600^{\circ}C$까지의 승온조건에서 평가하였다. 발열개시온도 및 발화온도는 탄화도에 대한 의존성이 크지 않은 반면, 발화온도 승온속도는 탄화도에 크게 의존하는 것으로 나타났다. 탄화도가 낮은 우드펠렛의 발화온도 승온속도는 $20.995^{\circ}C/min$으로 기장 높은 자연발화성을 가지며, 아역청 KIDECO탄은 $15.370^{\circ}C/min$인 반면, 가장 높은 탄화도를 가지는 석유코크스는 $20.950^{\circ}C/min$로 나타냈다. 자연발화 경향성은 석탄 표면의 산화반응에 주요한 변수로서 작용하는 휘발분 함량 및 산소관능기의 농도 뿐만 아니라 촤의 비표면적, 정압몰비열이 높을수록 증가하는 것으로 확인되었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권2호
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• pp.106-113
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• 2010

화재특성을 보다 현실감 있게 분석하기 위해서는 관련된 화재 역학의 정확한 물성 정보를 필요로 하게 되며, 이러한 화재물성을 획득하는 하나의 방법으로서 역물성 분석이 고려될 수 있다. 본 연구에서는 역물성 해석의 한가지 방법으로서 역열전달 해석 등에 많이 응용되고 있는 유전 알고리즘을 이용하였다. 고체 형태의 화재 물질로서 비교적 단순한 반응 특성을 나타내는 탄화물이 외부로부터 열을 받아 열분해되는 과정을 비정상 상태의 일차원문제로 간략화하여 해석하였으며, 이 과정에서 관계되는 반응역학의 물성을 추정하기 위하여 유전 알고리즘을 이용하였다. 이러한 역물성 분석의 입력 자료로서는 주어진 물성값을 이용하여 1차원 비정상 문제의 해석 결과인 탄화물의 열분해 표면 온도와 질량소모율 등이 되며, 이들 입력 자료에 해당하는 8개의 화재 물성치를 추정하여 보았다. 추정된 8개의 물성치 중 최대, 최소 상대오차는 각각 151%(탄화물의 비열), 1.81%(탄화 전 초기재료의 비열)이며, 추정된 8개의 화재 물성치를 입력하여 계산한 표면 온도와 질량소모율의 가상실험값에 대한 평균 상대오차는 각각 0.99773%, 3.087802%로 비교적 정확한 값을 추정한 것으로 나타났다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제24권1호
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• pp.31-46
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• 2007

This study was focused on the maximization of flame-retardancy of polyesters by a synergism of simultaneously introduced chlorine and phosphorus into polymer chains of modified polyesters. To prepare modified polyesters, reaction intermediates, TD-adduct (prepared from trimethylolpropane/2,4-dichlorobenzoic acid (2,4-DCBA)) and TMBO (prepared from tetramethylene bis(orthophosphate)), were prepared first, then condensation polymerization of the prepared intermediates, adipic acid, and 1,4-butanediol were carried out. In the condensation polymerization, the content of phosphorus was fixed to be 2%, and the content of 2,4-DCBA that provides chlorine component was varied to be 10, 20, and 30wt%, and we designated the prepared modified polyesters containing chlorine and phosphorus as ABTT-10C, -20C, -30C. Two-component PU flame-retardant coatings (ABTTC, ABTTC-10C, ABTTC-20C, ABTTC-30C) were prepared by the curing of synthesized ABTTs with a curing agent of allophanate/trimer at room temperature. To examine the film properties of the prepared PU flame-retardant coatings, film specimens were prepared with the prepared coatings. The film properties of ABTTC, ABTTC-10C and ABTTC-20C, which contain 0, 10 and 20wt% 2,4-DCBA, respectively, were proved to be good, whereas the film properties of ABTTC-30C, which contains 30wt% 2,4-DCBA, was proved to be a little bit poor. Two kinds of flame retardancy tests, $^{\circ}45Meckel$ burner method and LOI method were performed. With the $^{\circ}45Meckel$ burner method, three flame-retardant coatings except ABTTC showed less than 3.4cm of char length, and showed less than 2 seconds of afterflaming and afterglow. From this result, the prepared flame-retardant coatings were proved to have the 1st grade flame retardancy. With the LOI method, the LOI values of the coatings containing more than 10wt% 2,4-DCBA were higher than 30%, which means that the coatings possess good flame retardancy. From these results, it was found that synergistic effect in flame retardancy was taken place by the introduced phosphorus and chlorine.