Ash remaining after coal combustion was used as a catalyst support for tar steam reforming with various proportions of $Al_2O_3$ added for higher reforming efficiency. At a constant Ni content of 12 wt%, a coal ash and $Al_2O_3$ were mixed at a ratio of 5:5, 7:3, 9:1. As a result, the catalytic activity for toluene steam reforming was improved by adding $Al_2O_3$ at $500-600^{\circ}C$. The catalysts with ratio 7:3 and 5:5 reached toluene conversion of 100% above $700^{\circ}C$. When comparing the catalysts in which the coal ash and $Al_2O_3$ mixed at a ratio of 5:5 and 7:3 with the Ni/Al catalyst, it was concluded that this coal ash catalyst has efficient catalytic performance.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.10
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pp.710-716
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2013
New and renewable energy sources have drawn attention because of climate change. Many studies have been carried out in waste-to-energy field. Fast pyrolysis of waste lignocelluosic biomass is one of the waste-to-energy technologies. Bubbling fluidized bed (BFB) reactor is widely used for fast pyrolysis of the biomass. In BFB pyrolyzer, bubble behavior influences on the chemical reaction. Accordingly, in the present study, hydrodynamic characteristics and fast pyrolysis reaction of waste lignocellulosic biomass occurring in a BFB pyrolyzer are scrutinized. The computational fluid dynamics (CFD) simulation of the fast pyrolysis reactor is carried out by using Eulerian-Granular approach. And two-stage semi-global kinetics is applied for modeling the fast pyrolysis reaction of waste lignocellulosic biomass. To summarize, generation and ascendant motion of bubbles in the bed affect particle behavior. Thus biomass particles are well mixed with hot sand and consequent rapid heat transfer occurs from sand to biomass particles. As a result, primary reaction is observed throughout the bed. And reaction rate of tar formation is the highest. Consequently, tar accounts for 66wt.% of the product gas. However, secondary reaction occurs mostly in the freeboard. Therefore, it is considered that bubble behavior and particle motions hardly influences on the secondary reaction.
During the biomass gasification, tar generation is typically accompanied, which causes many problems, such as pipe plugging and equipment fouling. In the experiments, activated carbon was applied to the upper reactor of the two-stage gasifier in order to remove the tar generated during gasification. In addition, the effects of the upper-reactor temperature and equivalence ratio on the producer gas characteristics (composition, tar content and lower heating value) were investigated. To investigate the effect of the upper reactor-temperature, experiments were performed at 743, 793, $838^{\circ}C$, respectively. To examine the influence of the equivalence ratio, a comparison experiment was carried out at a equivalence ratio of 0.17. In all experiments, tar contents in the producer gases were below $2mg/Nm^3$. The maximum LHV of the producer gas was above $10MJ/Nm^3$, which is much higher than the typical LHV($3\sim6MJ/Nm^3$) in the air gasification of biomass.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.37
no.10
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pp.573-577
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2015
There are difficulties in removing wood tar wastewater coming from the power plants that use wood-based fuels due to its intermittent occurrences and severe changes in the amount and concentration. This study investigated the treatment characteristics through physicochemical treatment, an improved method from the existing ones using bag filters and activated carbons to treat wood tar wastewater. In the case of chemical properties of wood tar wastewater, the content of phenols was found to be more than two times higher than that of guaiacols and carbohydrates. Installation is done to ensure that NaOH and PAC are injected automatically according to the change of pH, and then pH, turbidity and SS of the final treated water were examined. The results were 5.9, 12.6 NTU and 15.1 mg/L respectively, which confirmed the possibility of the treated water as circulation water of power plants. In the physical treatment process using a conventional bag filter, removal efficiency of chemicals was about 20%, but the treatment efficiency was improved to show chemical removal efficiency of about 80% through flocculation and sedimentation.
Park, Seongbum;Lee, Jeoungwoo;Song, Jaehun;Pak, Daewon
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.34
no.1
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pp.58-65
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2017
Fluidized bed gasification is technically and economically proven technology, which shows the high possibility of realization and commercialization. However, in Korea, development of FBG to the commercial scale for power generation and industry is mainly blocked by the fact that there is no experience of design, troubleshooting and operation of even pilot scale fluidized bed gasifier. In this study, a $3MW_{th}$ circulating fluidized bed(CFB) was newly developed for biomass gasification. The fluidized bed was mainly composed of circulating and bubbling fluidized reactors integrating in-situ tar removal step in the system. For cleaning of the tar and acid gas in the product gas, the sequential gas cleaning process comprised of a ceramic filter, rapid quencher and wet scrubber was adopted. Effect of equivalence ratio was investigated to find the optimal operating conditions for the $3MW_{th}$ integrated system of fluidized bed gasification.
Jo, WooJin;Jeong, SooHwa;Park, SungJin;Choi, YoungTai;Lee, DongHyun
Korean Chemical Engineering Research
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v.53
no.6
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pp.783-791
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2015
A fluidized-bed reactor with an inside diameter of 0.1 m and a height of 1.2 m was used to study the effect of steam and catalyst additions to air-blown biomass gasification on the production of producer gas. The equipment consisted of a fluidized bed reactor, a fuel supply system, a cyclone, a condenser, two receivers, steam generator and gas analyzer. Silica sand with a mean particle diameter of $380{\mu}m$ was used as a bed material and calcined dolomite ($356{\mu}m$), which is effective in tar reduction and producer gas purification, was used as the catalyst. Both of Korea wood pellet (KWP) and a pellet form of EFB (empty fruit bunch) which is the byproduct of Southeast Asia palm oil extraction were examined as biomass feeds. In all the experiments, the feeding rates were 50 g/min for EFB and 38 g/min for KWP, respectively at the reaction temperature of $800^{\circ}C$ and an ER (equivalence ratio) of 0.25. The mixing ratio (0~100 wt%) of catalyst was applied to the bed material. Air or an air-steam mixture was used as the injection gas. The SBR (steam to biomass ratio) was 0.3. The composition, tar content, and lower heating value of the generated producer gas were measured. The addition of calcined dolomite decreased tar content in the producer gas with maximum reduction of 67.3 wt%. The addition of calcined dolomite in the air gasification reduced lower heating value of the producer gas. However The addition of calcined dolomite in the air-steam gasification slightly increased its lower heating value.
Park, Seong-Kyu;Choi, Sang-Jin;Kim, Jin-Yun;Park, Gun-Jin;Hwang, Ui-Hyun;Lee, Jeong-Joo;Kim, Tae-Sik
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.29
no.5
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pp.601-614
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2013
The commercial charcoal kiln was projected the largest source of biomass burning sector in Korea. Commercial charcoal kiln was operated to emit air pollutants into the air without any air pollution prevention equipment. The object of this field survey was to understand characteristics of air pollutants concentration and emission factors and to provide preliminary data for effective processor from oak charcoal manufacturing process. As result of field survey, TSP, $PM_{10}$ and $PM_{2.5}$ concentration from charcoal kiln were 400~37,000 $mg/m^3$. These values were over the 100 $mg/m^3$ in TSP, this value was effluent quality standard of Clean Air Conservation Act. The average concentration of CO, $SO_2$ and TVOC were 2~5%. 0~110 ppm and 820~10,000 ppm respectively. The emission factors were 42.4 g-PM/kg-oak in TSP, 40.3 g-PM/kg-oak in $PM_{10}$, 38.2 g-PM/kg-oak in $PM_{2.5}$, 182.5 g-CO/kg-oak, 1.0 g-NO/kg-oak, $SO_2$ 0.2 g-$SO_2/kg$-oak and 104.4 g-TVOC/kg-oak. The part of commercial charcoal kiln had air pollution prevention equipment but it was difficult to work properly. Much wood tar excreted in exhaust emissions from oak charcoal manufacturing process. This wood tar was cause of many troubles sticking in the air pollutant prevention equipment. For handling particulate matters and gaseous air pollutants from oak charcoal manufacturing process in biomass burning, air pollutant prevention equipment design and management needs preprocessor for removal wood tar.
Biomass-derived tar and waxy compounds have a highly negative effect on the separation and purification of paclitaxel and should be removed prior to final purification. Adsorbent treatment is a simple, efficient method for removal of tar and waxy compounds from plant cell cultures. In this study, we optimized the important process parameters (adsorption temperature, time, solvent type and adsorbent amount) of adsorbent treatment with Sylopute to remove the tar and waxy compounds in a pre-purification step. The optimal adsorption temperature, adsorption time, solvent type, and crude extract/Sylopute ratio were $30^{\circ}C$, 15 min, methylene chloride, and 1:1(w/w), respectively. This result could be confirmed by HPLC analysis of the absorbent after treatment and TGA of the organic substances that were bound to the adsorbent. In adsorbent treatment step, the purity seemed to show a small improvement but this treatment had a significant effect on convenience and feasibility of following steps by the removal of tar and waxy compounds.
지속가능한 바이오매스 자원으로부터 열, 전력을 비롯하여 연료부터 화학원료까지 다양한 제품들을 생산하는 열화학적 전환 공정들이 높은 관심을 받고 있다. 특히 수소, 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하고 이를 전력, 연료 등을 동시에 생산하는 가스화 공정에 대한 학계, 산업계, 정부의 관심이 매우 높다. 그러나 바이오매스 가스화를 통해 생산된 합성가스는 타르, 황산화물 등의 오염물질들을 함유하고 있어 후속 공정들의 이용을 위하여 정제 공정을 반드시 거쳐야 한다. 본고에서는 바이오매스 가스화 기술에 적용되는 일반적인 정제 과정에 대해서 서술하였으며 세부적으로 불순물 제거 공정, 산성가스 제거 공정, 타르 제거 공정 등의 연구 개발 동향을 살펴보았다.
바이오매스 가스화 프로세스 개발에 있어서 가장 기본적인 해결과제는 고발열량의 합성가스 제조, 냉가스 효율의 향상, 타르 발생량 저감 및 제거이다. 가스화 효율 향상에 대한 연구는 국내외 적으로 많이 이루어지고 있으나, 타르 발생량 저감에 대한 연구는 많이 이루어져 있지 않다. 타르는 분자량이 큰 방향적 탄화수소로 응축되면 점성이 높아 배관폐쇄, 정제설비의 압력손실 증가로 인해 운전정지 및 가스화율 저하의 원인이 된다. 가스화로에서 타르 발생량을 저감시키는 방법 중에는 Ni계 촉매를 이용하는 방법이 있으나, 카본 누적에 의한 활성저하, 알칼리금속에 의한 응집 등의 문제가 발생할 수 있다. 한편 철산화물은 합성가스 중의 C2-C3계의 타르를 분해하는데 효과가 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 적벽돌, 염색슬러지 회재 등에는 철산화물이 다량 함유되어 있는 것에 착안하여 폐기물중의 폐금속을 이용한 바이오매스 가스화에 대한 연구를 수행하였다. 점토광물계 폐기물인 적벽돌 파쇄물($SiO_2$ 67.2%, $Al_2O_3$ 19.7%, $Fe_2O_3$ 8.7%, $K_2O$ 2.0%, $TiO_2$ 1.2%, MgO 0.7%)을 전처리 한 후 유동매체로하여 우드펠렛을 가스화한 결과, 가스 생성량이 증가하고, 타르 및 탄화수소류가 감소하는 경향을 나타내었다. 특히 타르는 후단의 타르 트랩에서 타르가 거의 검출이 되지 않았다. 전처리를 하지 않은 적벽돌 파쇄물은 반응시간이 경과한 후에 가스화율이 증가함에 따라 철화합이 가스화로내에서 환원되어 타르를 분해하는데에는 어느 정도의 반응시간이 필요한 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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