• Environmental Engineering Research
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• 제24권2호
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• pp.202-210
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• 2019

In order to maximize the utilization of sewage sludge, a waste from wastewater treatment facility, the residual sewage sludge generated after lipid and carbohydrate extraction for biodiesel and bioethanol production was used to produce bio-oil by pyrolysis. Thermogravimetric analysis showed that sludge pyrolysis mainly occurred between 200 and $550^{\circ}C$ (with peaks formed around 337.0 and $379.3^{\circ}C$) with the decomposition of the main components (carbohydrate, lipid, and protein). Bio-oil was produced using a micro-tubing reactor, and its yield (wt%, g-bio-oil/g-residual sewage sludge) increased with an increase in the reaction temperature and time. The maximum bio-oil yield of 33.3% was obtained after pyrolysis at $390^{\circ}C$ for 5 min, where the largest amount of energy was introduced into the reactor to break the bonds of organic compounds in the sludge. The main components of bio-oil were found to be trans-2-pentenoic acid and 2-methyl-2-pentenoic acid with the highest selectivity of 28.4% and 12.3%, respectively. The kinetic rate constants indicated that the predominant reaction pathway was sewage sludge to bio-oil ($0.1054min^{-1}$), and subsequently to gas ($0.0541min^{-1}$), rather than the direct conversion of sewage sludge to gas ($0.0318min^{-1}$).

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2014년도 제49회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
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• pp.29-32
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• 2014

The practical route for disposal of sewage sludge becomes energy recovery by combustion after its ocean dumping is banned in 2012 in Korea. Due to the high moisture content, however, sewage sludge is required to be dried before transport and combustion. In this study, pyrolysis and combustion characteristics of dried sewage sludge was investigated in a small-scale fixed bed reactor in order to provide fundamental data for energy recovery of the fuel. As the first step of combustion, the primary products of pyrolysis were analyzed in a fixed bed reactor for the condensable volatiles (tar), non-condensable gases, and char. For the combustion characteristics, another fixed bed reactor was constructed to monitor the weight and temperature of the fuel particles during ignition and combustion under different air flow rates. The test results were used to derive the ignition and burning rates.

• 유기물자원화
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• 제12권2호
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• pp.52-60
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• 2004

본 연구는 슬러지처분을 위해서 유기성페기물 감량화, 에너지 회수기술 공정시도, 자연순환형 슬러지 처분을 위한 최종 시스템개발의 기초연구이다. 본 연구는 full-규모의 건조시스템과 반자동식 로타리 킬른식 열분해로를 이용하여 실험하였다. 운전매개변수는 온도를 건조는 $160{\sim}175^{\circ}C$와 열분해온도는$450{\sim}800^{\circ}C$로 변화시켜 실험을 실행하였고, 고형물의 열분해 공정의 체류시간은 9min으로 실험을 t실행하였다. 본 연구에서 중요한 실험매개변수는 운전시간, 슬러지 수분함량, 고형물량에 따라 온도를 변화시켜 열분해특성을 연구하였다. 운전시간 9분의 일정한 상태에서 $670^{\circ}C$조건은 탄소쇄 $C_1{\sim}C_3$의 물질의 생성은 증가하였지만, $C_4{\sim}C_6$를 함유한 오일성분은 감소하는 것으로 나타났다.

• 자원리싸이클링
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• 제23권6호
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• pp.47-53
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• 2014

런던협약으로 인하여 하수 슬러지 및 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지되어 이의 효과적인 처리 및 에너지 전환 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 하수 슬러지의 빠른 감량과 에너지화가 가능한 열적 에너지 전환 기술의 적용을 위해서는 하수 슬러지의 열분해 및 연소 특성에 대한 기본적인 kinetics 자료가 필수적이다. 본 연구에서는 열중량 분석기(thermogravimetric analyzer, thermobalance)를 이용하여 하수 슬러지의 열분해 및 연소 kinetics를 도출하였다. 열분해의 경우 총 세 단계의 반응이 일어나 각각에 대하여 subtraction method에 의하여 activation energy와 빈도 인자를 도출하였다. 촤 연소의 경우 반응 kinetics 해석은 기체-고체 화학반응의 세 가지 모델이 이용되었고 shrinking core model이 연소 특성을 가장 잘 나타내어 이 모델을 기준으로 activation energy와 빈도 인자를 도출하고 산소농도 영향을 살펴보았다.

• 유기물자원화
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• 제10권4호
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• pp.65-74
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• 2002

본 연구는 하수처리장에서 발생되는 슬러지를 열분해공정에 대한 운전특성을 연구하였다. 운전조건의 중요한 변수로는 열분해시간, 건조와 열분해 공정의 시간비율, 슬러지 함수율, 슬러지 고형물량(TS비율), 열분해 온도조건의 영향을 조사하였다. 슬러지 열분해 단계의 반응속도는 1차 반응으로 나타났다. 이 반응식은 슬러지 열분해반응의 메카니즘의 기초가 된다. 열분해 온도증가에 따라서 생산물은 오일 및 타르 변화가 일어났고, 열분해 가스화에 의해서 생산된 생성물의 조성도 변화가 일어났다. 열분해 온도변화에 따라서 주요 부산물인 가스와 탄소성분은 다르게 분포되어졌다. 생성가스 구성성분은 대부분이 $CH_4$, $C_2H_4$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$, toluene, $C_6H_6$, $SO_2$, CO와 타르로 구성되었다. 열분해 온도 $670^{\circ}C$의 조건에서는 $C_1-C_4$탄소계열의 가스 생성이 증가되어졌고, $600^{\circ}C$의 열분해 조건에서는 $C_1-C_4$탄소계열의 가스생성량은 감소하는 반면 톨루엔과 벤젠 성분을 가진 오일류 생성이 증가되었다. 특히 고형물의 산물인 타르는 $670^{\circ}C$일 때 슬러지 1t당 134kg으로 낮게 발생된 반면, 열분해온도가 $600^{\circ}C$일 때 134kg/t으로 생성량이 감소되었다. 타르는 분석결과 대부분이 탄소성분이었고, 슬러지의 열분해에서 가스로 생성되는 과정은 온도가 높은 경우 효과적임이 밝혀졌다.

• 유기물자원화
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• 제11권3호
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• pp.42-50
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• 2003

본 연구는 bench-규모의 반자동식 로타리 킬른식 열분해로를 이용하여 실험하였다. 운전매개변수는 온도를 $450-800^{\circ}C$로 변화시켜 실험을 실행하였고, 고형물의 열분해 공정의 체류시간은 7~20min내외로 변화하여 실험을 하였다. 본 연구에서 중요한 실험매개변수는 운전시간, 슬러지 수분함량, 고형물량에 따라 온도를 변화시켜 열분해특성을 연구하였다. 운전시간 9분의 일정한 상태에서 $670^{\circ}C$ 조건은 탄소쇄 $C_1-C_3$의 물질의 생성은 증가하였지만, $C_4-C_6$를 함유한 오일성분은 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구결과에서 온도변화에 따른 열분해 온도에 의해서는 미치는 영향은 크지만, 최적의 온도상태의 운전시간의 변화에 따라 발생량의 차이가 무시할 정도로 나타났다.

• Environmental Engineering Research
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• 제17권2호
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• pp.89-94
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• 2012

Pyrolysis/gasification technology utilizes an energy conversion technique from various waste resources, such as biomass, solid waste, sewage sludge, and etc. to generating a syngas (synthesis gas). However, one of the major problems for the pyrolysis gasification is the presence of tar in the product gas. The tar produced might cause damages and operating problems on the facility. In this study, a gliding arc plasma reformer was developed to solve the previously acknowledged issues. An experiment was conducted using surrogate benzene and naphthalene, which are generated during the pyrolysis and/or gasification, as the representative tar substance. To identify the characteristics of the influential parameters of tar decomposition, tests were performed on the steam feed amount (steam/carbon ratio), input discharge power (specific energy input, SEI), total feed gas amount and the input tar concentration. In benzene, the optimal operating conditions of the gliding arc plasma 2 in steam to carbon (S/C) ratio, 0.98 $kWh/m^3$ in SEI, 14 L/min in total gas feed rate and 3.6% in benzene concentration. In naphthalene, 2.5 in S/C ratio, 1 $kWh/m^3$ in SEI, 18.4 L/min in total gas feed rate and 1% in naphthalene concentration. The benzene decomposition efficiency was 95%, and the energy efficiency was 120 g/kWh. The naphthalene decomposition efficiency was 79%, and the energy yield was 68 g/kWh.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 1999년도 제19회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.81-91
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• 1999

Fuel characteristics of sewage sludge as required for the fluidized bed incinerators have been evaluated. Sewage sludge is basically a solid fuel with high percentage of moisture. Moisture content of the fuel directly affects the heating value of the fuel and the exhaust gas composition. When the sludge of transported into the incinerator, sludge cake is subject to the mixing, break-up and heat-up. Fluidization process would enhance these physical processes. The sludge fuel could then undergo the moisture evaporation and devolatilization process. Subsequent oxidation of volatiles as well as the remaining char would then follow. Sludge samples are characterized with high percentage of volatiles out of total combustibles. Quantitative understanding of above listed subprocesses would certainly help in the utilization of fluidized bed incinerators. A limited set of fuel characterization tests including calorimetric analysis, proximate analysis, elemental analysis and thermogravimetric analysis were conducted for the selected sludge samples. The measurement reasults of sludge samples were reported along with some published data. Limited experience in the actual incinerator plant is also presented.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제35권2호
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• pp.540-559
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• 2018

액상 바이오연료를 생산할 수 있는 하수슬러지는 자국의 에너지 안보와 지속가능한 생산이 가능하고 경제적인 원료로 여겨지고 있다. 열화학적 기술은 하수슬러지를 에너지화, 연료화할 수 있는 가장 효과적인 방법이다. 일반적으로 하수슬러지는 수분 함량이 80% 이상으로 높은 금속 함량과 14 ~ 20 MJ/kg의 발열량을 갖고 있다. 본 논문에서는 하수슬러지를 활용한 액상 바이오연료를 생산하는 열분해 반응, 전이에스테르화 반응, 초임계 반응 기술에 대해 살펴보고자 한다. 또한, 하수슬러지 유래 액상 바이오연료의 연료적 특성과 액상 바이오연료와 관련한 국내 법에 대해 검토하였다.

• 유기물자원화
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• 제16권3호
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• pp.29-37
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• 2008

본 연구는 연속적 연풍건조와 열분해 장치를 이용한 Full Scale 최적조건 하에서 하수슬러지 케익를 처분하는 방안을 제시하는데 목적이 있다. 본 연구는 P시 N하수처리장의 탈수슬러지 케익를 사용하였으며, 열풍건조와 열분해로의 연계 공정에서 운전조건은 건조온도가 $130{\sim}180^{\circ}C$와 열분해 장치의 온도는 $650{\sim}750^{\circ}C$의 조건에서 장치를 실행하였다. 열풍식 컨베이어식 열풍건조 온도는 $130{\sim}180^{\circ}C$. 부하량 600~750kg/h(W =79.5%)와 체류시간은 110~120분대에서 최적조건을 연구하였다. 연속적 로타리식 열분해공정의 온조조건은 $650{\sim}750^{\circ}C$, 유입부하량 100~158kg/h와 체류시간은 20~40분대에서 최적운전 조건을 평가하기 위해서 실험을 실행하였다. 하수슬러지 케익의 함수율은 78~80%의 조건에서 운전을 실행한 결과 내부수 세포벽 파괴로 인하여 최종적으로 1~3%범위 내까지 수분이 감소하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 증발건조와 열분해의 연속공정에 발생되는 동역학적인 변화에 영향을 미치는 주요 매개 변수는 체류운전시간, 슬러지내 수분함량, 슬러지 고형물량, 컨베이어속도, 회전속도 등의 결과에 따라서 최적조건을 산출하였다.