목차

Ⅰ. 서론 1
1. 연구 배경 1
1) 바이오매스의 활용 1
2) 반탄화 전처리 공정 3
2. 연구 목적 4
Ⅱ. 연구사 6
1. 국내 에너지실정 6
2. 바이오매스 10
1) 목질계 바이오매스 10
2) 국내 농업부산물 바이오매스 13
(1) 벼 부산물 14
(2) 과수 전정가지 14
(3) 밭작물 부산물 14
(4) 반탄화공정 활용 가능 농작물 15
3. 반탄화공정 16
1) 반탄화공정 기기 16
2) 반탄화공정 조건 19
4. 반탄화공정 분석 24
1) 전산유체역학을 통한 반탄화공정 분석 24
2) 반응속도상수를 통한 반탄화공정 분석 26
3) 바이오매스 입자에 따른 특성 분석 29
4) 바이오매스 내부 경계층 분석 31
5) 바이오매스 내 수분 특성 분석 33
6) 바이오매스 내 CO2/CO 발생비 분석 35
5. 반탄화 후 생성물 분석 38
1) 반탄화공정 적용 열 전환 기술 38
2) 반탄화 생성물 연소 특성 40
3) 발열량 분석 (원소 및 공업분석 43
Ⅲ. 재료 및 방법 46
1. 실험재료선정 46
1) 농업부산물 바이오매스 성분 분석 46
2) 1등급 펠릿 47
2. 실험장치구성 48
1) 열 중량 분석 장치 48
2) 반탄화 실험 장치 48
3) 시험 원형 캡슐 (Prototype Capsule) 49
3. 실험방법 51
1) 열 중량 분석 실험 51
2) 실험실 규모 (Lab-scale) 반탄화 실험 52
3) 실험실 규모 (Lab-scale) 변온조건 검증 실험 52
4) 실험실 규모 (Lab-scale) 지름변경 검증 실험 53
5) 중간 시험 규모 (Pilot-scale) 기기 검증 실험 53
4. 데이터수집방법 54
1) 질량감소량 55
2) 발열량 55
3) 함수율 55
4) 원소분석 55
5) 공업분석 56
Ⅳ. 실험 모델 정립 57
1. 바이오매스의 열전환 57
1) 목질계 바이오매스 열 전환 특성 57
2) 목질계 바이오매스 열 전환 분석방법 59
2. 반응속도상수 60
1) 요소반응 60
2) 아레니우스 경험식 63
3. 열분석 (TGA) 64
4. 발열량 분석 66
1) 고위 및 저위발열량 66
2) 기준발열량 선정 67
3) 목질계 바이오매스의 수분 특성 67
(1) 바이오매스내부 자유수 및 결합수 67
(2) 건조기작 68
4) 원소 및 공업분석 69
(1) 원물 조건 (As-received basis) 69
(2) 공기건조 조건 (Air-dry basis) 70
(3) 전건 조건 (Dry basis) 70
(4) 무수무회 조건 (Dry and ash-free basis) 70
5) 발열량 계산식 70
(1) Dulong 추정식 72
(2) Scheure-Kestner 추정식 73
(3) Steuer 추정식 73
(4) Channiwala-Parikh 추정식 74
5. 시뮬레이션 분석 방법 75
1) 1차원 (1-D) 열전환을 통한 질량감소량 예측모델 75
(1) 온도 예측 75
(2) 질량감소량 예측 78
(3) 발열량 예측 80
(4) 개발 모델 코드 82
2) 3차원 (3-D) 반탄화기기 내부유동해석 83
(1) 반탄화 설비 체류시간 분석 84
(2) 난류모델 (Turbulent Model) 85
(3) 다상모델 (Discrete Phase Model) 87
(4) 격자생성 89
(5) 3차원 시뮬레이션 분석 조건 90
6. 실험 및 시뮬레이션 결과 비교분석 방법 91
1) 결정계수 91
2) 평균 제곱근 편차 92
7. 실험 및 시뮬레이션 구성 93
Ⅴ. 결과 및 고찰 95
1. 열 중량 분석 실험 결과 95
1) 열 중량 분석 결과 : 고추대 95
(1) 아레니우스 그래프 98
(2) 구간 별 반응속도상수 99
2) 열 중량 분석 결과 : 들깨 & 포도 102
(1) 아레니우스 그래프 103
(2) 구간 별 반응속도상수 104
3) 열 중량 분석 결과 : 1등급 목재펠릿 105
(1) 아레니우스 그래프 106
(2) 구간 별 반응속도상수 107
2. 실험실 규모 반탄화 실험 결과 109
1) 정온 반탄화 실험 결과 : 고추대 109
(1) 질량감소 모델 및 실험결과 비교 112
(2) 수분 및 휘발분 발생 변화 116
(3) 최적 승온속도 선정 117
(4) 시뮬레이션 내부 온도 변화 118
(5) 노드 별 승온속도 119
(6) 모델 및 실험 원소분석 결과 비교 121
(7) 모델 및 실험 발열량 결과 비교 123
2) 변온 반탄화 실험결과 : 들깨 & 포도 127
(1) 중량감소모델 및 실험 결과 비교 127
(2) 모델 및 실험 원소분석 데이터 결과 비교 129
(3) 모델 및 실험 발열량 결과 비교 131
3) 지름변경 반탄화 실험결과 : 고추대 133
3. 중간 시험 규모 반탄화장비 실험 결과 135
1) 실증 반탄화장비 개발모델 적용 135
2) 정온 반탄화 실험 결과 : 1등급 목재펠릿 136
(1) 질량감소모델 및 실험 결과 비교 138
(2) 노드 별 승온속도 141
(3) 모델 및 실험 결과 비교 142
3) 실증 반탄화장비 적용 : 저급 목재펠릿 145
(1) 실증 반탄화 장비 실험결과 145
(2) 3차원 시뮬레이션 체류시간 결과 146
(3) 실험 및 시뮬레이션 결과 비교 147
4. 반탄화생성물 특성 분석 148
1) 사용가능에너지 : 저위발열량 148
2) 실험실 규모 기기 최적화 반탄화 조건 : 고추대 149
3) 실험실 규모 기기 최적화 반탄화 조건 : 1등급 펠릿 151
4) 중간 규모 기기 최적화 반탄화 조건 : 저급 펠릿 154
Ⅵ. 결론 156
1. 질량감소량모델 156
2. 발열량모델 158
1) 원소 함량 예측 모델 158
2) 발열량 예측 결과 159
3. 실증반탄화장비특성분석 160
4. 제언 161
Ⅶ. 참고문헌 163
Ⅷ. 부 록 180
부록 1. 아레니우스 구간 도출 모델 180
부록 2. 질량감소량 및 발열량 예측모델 184