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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박기영
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수20
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2014년도 우리나라의 소와 돼지의 부산물 생산량은 각각 66,216 톤, 190,077 톤으로 육류 및 육가공품의 소비가 증가함에 따라 가축류 (소, 돼지)의 사육 및 도축 관련 산업이 지속적으로 발전해왔다. 부산물 중 가죽을 비롯한 털, 발톱, 뿔, 그리고 이용가치가 없는 내장류와 비식용 지방들을 도축폐기물이라고하며, 도축폐기물은 소각이나 매립에 의존하여 처리됨에 따라 큰 처리비용과 침출수를 비롯한 악취 발생 등 2차적인 환경오염의 문제가 있다. 따라서 폐기물 처리 대안임과 동시에 에너지 생산 수단으로 활용할 수 있는 자원화 방법이 요구되고 있다.
고형연료화는 재활용 가치가 높은 유기성 자원인 도축폐기물을 폐기물 관리 측면에서 에너지 회수 가능성이 높은 유용한 하이드로차로 전환하는 자원화 방법이며, 수열탄화는 수분을 함유한 바이오매스를 개선된 연료로 전환시키는 방법으로, 무산소 조건에서 물의 임계점 (374℃, 22 MPa) 이하에 있는 아임계수를 이용하여 유기폐기물을 하이드로차로 전환시키는 열화학적 공정이다. 이 때 온도는 수열탄화 공정의 주요한 운전 인자로서, 아임계 영역에서 이온 반응을 일으키는 물 특성의 주요 결정 요인으로 작용하며, 반응속도에 있어서 결정적인 변수가 될 수 있다.
본 연구에서는 수열탄화 공정으로부터 생성된 하이드로차의 고형연료로서의 가치 평가를 통하여 에너지 회수 가능성을 확인하고, 고형 연료 생산에 있어 수열탄화의 운전 조건 (온도)이 생성된 하이드로차에 미치는 영향을 확인하여 최적 반응 온도를 결정하고자 하였다.
실험 결과 반응 온도 별 수열탄화를 통해 생성된 하이드로차는 고정탄소가 증가하여 연료비 및 발열량이 증가하였고, 탈수반응 (Dehydration)과 탈카르복실화 반응 (Decarboxylation)에 의해 H/C, O/C 비가 감소하면서 고형 연료로서의 품질이 개선되는 효과를 나타내었다. 결과적으로, 수열탄화를 통해 생성된 하이드로차는 연료특성과 연소특성이 개선되었고, 높은 발열량과 탈수능 향상에 따른 소수성 증가로 고형연료로서의 적용 가능을 확인하였다. 또한, 최적 반응 온도를 결정하기 위해 온도에 따른 에너지 회수 효율 (ERE)로 평가했을 때, 소의 경우 반응 온도에 따라 ERE의 큰 변화를 보이지 않았으며, 최종적으로 높은 온도에서의 수열탄화는 효율이 떨어짐에 따라 최적 반응온도는 200-250℃로 판단된다. 돼지의 경우 수열탄화의 반응온도가 높아질수록 ERE는 증가하였지만, 200℃, 250℃ 와 비교했을 때 비교적 큰 차이가 없었으며 에너지 비용을 고려하였을 때 최적 반응온도는 200-250℃로 판단된다.
소 도축폐기물의 경우 수열탄화시 원 시료보다 에너지 회수 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었으므로, 보다 높은 등급의 연료를 생산할 때 경제성이 있을 수 있을 것이라고 예상된다.
고형연료화는 재활용 가치가 높은 유기성 자원인 도축폐기물을 폐기물 관리 측면에서 에너지 회수 가능성이 높은 유용한 하이드로차로 전환하는 자원화 방법이며, 수열탄화는 수분을 함유한 바이오매스를 개선된 연료로 전환시키는 방법으로, 무산소 조건에서 물의 임계점 (374℃, 22 MPa) 이하에 있는 아임계수를 이용하여 유기폐기물을 하이드로차로 전환시키는 열화학적 공정이다. 이 때 온도는 수열탄화 공정의 주요한 운전 인자로서, 아임계 영역에서 이온 반응을 일으키는 물 특성의 주요 결정 요인으로 작용하며, 반응속도에 있어서 결정적인 변수가 될 수 있다.
본 연구에서는 수열탄화 공정으로부터 생성된 하이드로차의 고형연료로서의 가치 평가를 통하여 에너지 회수 가능성을 확인하고, 고형 연료 생산에 있어 수열탄화의 운전 조건 (온도)이 생성된 하이드로차에 미치는 영향을 확인하여 최적 반응 온도를 결정하고자 하였다.
실험 결과 반응 온도 별 수열탄화를 통해 생성된 하이드로차는 고정탄소가 증가하여 연료비 및 발열량이 증가하였고, 탈수반응 (Dehydration)과 탈카르복실화 반응 (Decarboxylation)에 의해 H/C, O/C 비가 감소하면서 고형 연료로서의 품질이 개선되는 효과를 나타내었다. 결과적으로, 수열탄화를 통해 생성된 하이드로차는 연료특성과 연소특성이 개선되었고, 높은 발열량과 탈수능 향상에 따른 소수성 증가로 고형연료로서의 적용 가능을 확인하였다. 또한, 최적 반응 온도를 결정하기 위해 온도에 따른 에너지 회수 효율 (ERE)로 평가했을 때, 소의 경우 반응 온도에 따라 ERE의 큰 변화를 보이지 않았으며, 최종적으로 높은 온도에서의 수열탄화는 효율이 떨어짐에 따라 최적 반응온도는 200-250℃로 판단된다. 돼지의 경우 수열탄화의 반응온도가 높아질수록 ERE는 증가하였지만, 200℃, 250℃ 와 비교했을 때 비교적 큰 차이가 없었으며 에너지 비용을 고려하였을 때 최적 반응온도는 200-250℃로 판단된다.
소 도축폐기물의 경우 수열탄화시 원 시료보다 에너지 회수 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었으므로, 보다 높은 등급의 연료를 생산할 때 경제성이 있을 수 있을 것이라고 예상된다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구배경 1제2절 연구목적 2제2장 이론적 배경 3제1절 도축폐기물 31. 가축 부산물 현황 32. 도축폐기물 53. 처리 현황 6제2절 수열탄화 81. 수열 처리 82. 수열탄화 운전인자 103. 하이드로차 특성 13제3절 고형연료 가치 평가 151. 에너지 회수 효율 평가 152. 폐기물 고형연료 163. 석탄화 21제3장 실험 재료 및 방법 23제1절 실험개요 23제2절 실험재료 23제3절 실험장치 및 방법 251. 수열탄화 25제3절 분석항목 271. 공업분석 272. 원소분석 293. 발열량분석 294. 열중량분석 305. 푸리에 변환 적외선 분광분석 31제4장 결과 및 고찰 32제1절 연료 특성 321. 성분변화 352. 연료비 및 발열량 373. van Krevelen diagram 404. FT-IR 분석 결과 43제2절 연소 특성 461. TGA/DTA 462. 에너지 회수 효율 49제5장 결론 52참고문헌 54ABSTRACT 62
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