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고정층 및 유동층에서의 비성형 고형 연료를 이용한 가스화 특성 연구
정연욱 ( Yeon-ouk Jeong ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),이장수 ( Jang-soo Lee ),양원석 ( Won-seok Yang ),박세원 ( Se-won Park ),이상엽 ( Sang-yeop Lee ),한건호 ( Gun-ho Han ),오종혁 ( Jong-hyeong Oh ),송동현 ( Dong-hyun Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
범지구적인 산업활동으로 인하여 발생된 지구온난화에 대처하기 위하여, 기후변화협약 당사국총회에서는 신기후변화체제 합의문인 파리 협정을 채택하였다. 이를 위해 대부분 국가가 다양한 에너지 정책을 펼치고 있으며, 우리나라는 2035년까지 신재생에너지 보급률 11 % 달성을 위하여 제4차 신재생에너지 기본계획을 수립, 발표하였다. 이러한 신재생에너지는 다양한 에너지원으로 구성되어 있으며, 이 중 폐기물 에너지화 기술로부터 생산된 폐기물에너지는 신재생에너지 보급량 중 63.5 %로 가장 높은 보급량을 차지하고 있다. 현재 폐기물의 효율적인 자원화 기술 중 하나인 고형연료(SRF, solid refuse fuel)를 이용한 발전 사업이 추진되고 있다. 국내에서 생산되는 SRF의 경우, 생활폐기물 속 재활용 자원을 최대한 회수함으로써 가연분 함량이 높아 대체 에너지로서의 가능성이 높게 평가받고 있으며, 본 연구에서는 경제성을 확보하기 위해 성형 SRF가 아닌 비성형 SRF를 사용하여 연구를 진행하였다. 또한, 열 회수 및 합성가스(H<sub>2</sub>+CO) 생산을 위해 가스화 공정을 적용해보았으며, 고정층 반응기인 down draft fixed bed와 유동층 반응기인 bubbling fluidized bed의 가스화 특성을 알아보고자 하였다. 이뿐만 아니라 가스화 공정의 주요 운전 요인 중 하나인 ER(Equivalent Ratio)에 따른 합성가스 조성, 가스 수율, 고 탄화수소 물질인 C<sub>2</sub>-C<sub>6</sub>의 함량, 합성가스의 저위발열량 그리고 가스화 효율의 가장 중요한 지표라 할 수 있는 냉가스 효율과 탄소 전환율을 통해 최적 조건을 도출하고자 하였다.
타르 저감 및 가스화 효율 향상을 위한 바이오매스 산소부화 가스화에 관한 연구
한건호 ( Gun-ho Han ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),박세원 ( Se-won Park ),이상엽 ( Sang-yeop Lee ),정연욱 ( Yeon-ouk Jeong ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
최근 주목을 받고 있는 바이오매스 가스화 기술은 기존의 열적처리 방법인 소각을 대체할 수 있는 기술로 가스화를 통해 생성된 합성가스를 이용하여 화학물질의 생산 및 전기 에너지 생산이 주된 목적이다. 그러나 바이오매스 가스화 공정에서 발생하는 오염물질인 타르는 가스화 공정에서 주된 문제로 알려져 있다. 일반적으로 가스화 공정에서 형성되는 타르는 응축에 의해서 장치 내 막힘 현상을 유발시키며, 타르 에어로졸 생성 및 복잡한 구조의 중합체를 형성한다. 그러므로 가스화 공정의 효율 향상 및 장치의 안정성을 위하여 타르발생을 저감시키는 노력이 필요하다. 본 연구에서는 바이오매스 가스화의 문제점으로 여겨지는 타르의 저감 및 가스화 효율 향상을 위해 가스화 공정에서 산화제로 투입되는 공기 중 산소의 농도를 대기 기준인 21%에서 25%, 30%, 35%로 변화를 주어 산소부화 조건을 형성하였다. 산소농도 증가에 따라 부분산화 반응이 활발하게 일어나게 되며 그로인한 타르의 열적 분해가 예상되었다. 타르의 분해에 의한 생성가스 내 합성가스 혹은 가연성 가스의 증가는 가스화 효율의 향상으로 이어진다. 실험 결과 타르 감소율은 표준 산소농도 21%에 비해 30% 산소농도에서 72.46% 감소하는 것으로 나타났으며, 생성가스 내 합성가스 및 가연성 가스의 농도 또한 증가하는 경향을 나타냈다. 따라서 산소농도 30% 조건에서 최적의 산소부화 가스화 효율 및 타르 감소율을 보였으며 이때의 냉가스효율 및 탄소전환율은 각각 78.00%, 80.24%를 나타내었다. 따라서 본 연구를 통해 lab-scale 바이오매스가스화 실험에서 산소부화를 통한 타르 저감 및 가스화효율 향상을 확인하였으며, 추후 대규모 바이오매스 가스화 설비 운용에 있어서 산소부화 가스화의 적용이 가능할 것으로 사료된다. 사사: 이 논문은 한국에너지기술평가원의 “에너지인력양성사업(No. 20184030202240)”에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.
비성형 SRF 가스화를 통해 발생한 바닥재의 재활용을 위한 Char-가스화에 관한 연구
한건호 ( Gun-ho Han ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),이장수 ( Woo-hyun Kim ),양원석 ( Jang-soo Lee ),박세원 ( Won-seok Yang ),이상엽 ( Se-won Park ),정연욱 ( Sang-yeop Lee ),김우현 ( Yeon-ouk Jeong ),( Woo-hyun Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
앞으로 다가올 자원고갈 사회를 대비하기 위한 국내 정책으로 폐기물의 발생을 억제하고 발생된 폐기물을 적정하게 재활용, 회수, 처리하는 자원순환사회의 형성을 목표로 하고 있으며, 폐기물로부터 에너지를 회수하는 방안에 관한 연구가 적극적으로 진행되고 있다. 폐기물의 에너지화 기술 중에서 폐기물 가스화 공정은 폐기물의 열적처리 공정 중 하나로서 H<sub>2</sub>와 CO로 이루어진 합성가스를 생산하는 기술로 단순소각을 통한 열에너지의 회수가 아닌 청정연료로의 전환을 통해 고부가가치 에너지원으로 활용이 가능하다는 장점이 있어 높은 관심을 받고 있다. 그러나 가스화 공정에 의해 배출되는 바닥재는 공정특성상 소각공정을 통해 배출되는 바닥재에 비해 미연분 수치가 높게 나타난다. 이러한 미연분 함량은 폐기물관리법 시행규칙에서 강열감량 수치로 규정하고 있다. 본 연구에서는 비성형 SRF(Solid Refuse Fuel)를 활용한 Pilot scale 가스화 공정을 통해 배출된 바닥재의 재활용 방안을 마련하기 위해 강열감량 및 기초특성분석을 진행하였다. 재활용 방안으로 Lab scale의 고정층 가스화 공정을 적용하였다. 바닥재는 800 ℃에서 분당 10g씩 투입되었으며, 공기비 조건에 변화를 주어 생성된 합성가스의 특성분석을 진행하여 바닥재의 에너지회수 가능성을 알아보았다. 또한, 최종으로 배출된 바닥재의 감열감량을 측정하여 최적 감량조건을 도출하였다.
효율적인 열에너지 회수를 위한 비성형 고형 연료의 연소 특성 연구
이상엽 ( Sang-yeop Lee ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),이장수 ( Jang-soo Lee ),양원석 ( Won-seok Yang ),박세원 ( Se-won Park ),정연욱 ( Yeon-ouk Jeong ),한건호 ( Gun-ho Han ),한상국 ( Sang-guk Han ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
전 세계적으로 자원의 고갈과 온실가스로 인한 기후변화가 지구의 환경을 위협하는 요인으로 작용하고 있다. 이에 국내에서는 폐기물의 재활용을 촉진하고, 더 높은 부가가치를 부여하기 위한 기술·정책적 노력들이 이루어지고 있다. 그 중 하나로 생활폐기물을 기계적 선별공정과 생물학적 처리 공정이 결합된 MBT(Mechanical Biological Treatment) 시설이 도입되었다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 SRF(Solid Refuse Fuel)로 생산할 경우 에너지 자원의 대체제로 사용 가능성이 크다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 국내에서 생산되는 SRF에 대하여 기초특성분석을 실시하고 효율적인 열에너지 회수를 위해 연소실험을 진행하였다. 시료의 기초특성분석결과, 수분, 회분함량이 낮고 탄소성분과 발열량이 높게 나타났다. 연소 특성 및 오염 물질의 발생 특성을 파악하기 위하여 고정층 반응기에서 공기비 1.8~2.6 범위에서 실험을 진행하였다. 뿐만 아니라 각 공기비에서의 배가스 성분을 연소가스측정기(MK9000)를 이용해 그 특성을 알아보았으며 가스상 오염물질 배출특성을 알아보기 위하여 오염물질인 HCN, HCl 에 대해 분석을 실시하였다. 배가스 특성에서 CO의 농도가 거의 0%로 나타난 것으로 보아 완전연소가 잘 일어나고 있음을 판단 할 수 있었다. 또한 배출된 가스상 오염물질의 경우 배출 허용기준(HCl 15ppm, HCN 5ppm)을 모두 만족하는 것으로 나타났지만 NOx의 경우, 배출 허용 기준(80ppm)에 비해 약간 높은 값을 보였다. 모든 조건을 고려하였을 때 연소 반응이 활발히 일어나는 것을 알 수 있었지만 SRF를 연소공정에 적용시 추가적인 NOx 제어 시설이 필수적으로 설치되어야 할 것으로 판단된다.