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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.
하수슬러지의 효율적인 재활용을 위한 열분해 및 Char 특성 연구
한건호 ( Gun-ho Han ),이상엽 ( Sang-yeop Lee ),이은송 ( Eun-song Lee ),김정훈 ( Jeong-hun Kim ),조수진 ( Sue-jin Cho ),김우현 ( Woo-hyun Kim ),이원식 ( Won-sik Lee ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2019 No.-
산업의 발달과 생활수준의 향상으로 국내 하수도 보급률은 2017년 기준 93%에 달하며 그에 따른 하수 처리량 및 하수처리 공정을 통해 발생하는 하수슬러지의 발생량 또한 매년 증가하는 추세이다. 하수슬러지의 처리는 2003년 하수슬러지의 직매립 금지 및 2012년 런던협약에 의한 해양배출이 전면 금지됨에 따라 지상에서의 재활용 및 전처리를 통해 최종 처분되고 있다. 하수슬러지의 처리기술은 주로 혐기성소화와 같은 생물학적 처리와 건조, 소각, 열분해 및 탄화와 같은 열적 처리를 통해 이루어지며, 열적처리 방법 중 열분해 기술은 하수슬러지의 감량 및 gas, oil을 통한 에너지 회수와 부산물인 char의 재활용이 용이하다는 장점이 있다. 그러나 국내 하수슬러지의 경우 계절, 지역, 처리공정 등에 따라 성상이 다양하게 나타나는 특징 때문에 열분해 공정적용의 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 하수슬러지의 효율적인 재활용을 위해 각기 다른 지역에 위치한 하수처리장(A, B, C, D)를 선정하여 탈수슬러지를 채취하여 공업분석, 열중량분석, 원소분석, 발열량분석과 같은 열화학적 기초특성을 분석하였으며, 건조된 하수슬러지를 사용하여 lab-scale 고정층 열분해 반응기를 통해 500~800℃ 구간에서 1 g/min, 30분간 열분해 공정을 적용했을 시 발생하는 syngas의 조성 및 유량, oil 수율 및 char 발생량을 측정하였다. 또한 효율적인 char의 재활용 방안을 제시하기 위하여 char의 열화학적 분석 및 SEM, XRD, 흡착성능을 분석하였다.
폐기물의 시멘트 소성로 대체 연료 활용 확대를 위한 분석 표준운영절차(안) 도출
한건호 ( Gun Ho Han ),기동원 ( Dongwon Ki ),강신영 ( Shin Young Kang ),오대성 ( Dae Sung Oh ),김명기 ( Myoung Kee Kim ),박세원 ( Se Won Park ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.5
Since the 1970s, waste tires have been used as auxiliary fuel in Korea, and the Korean cement industry has employed various wastes as auxiliary fuels and alternative materials. The main fuels used in cement kiln are bituminous coal and coke, and as of 2018, the rate of waste tires used as auxiliary fuel in Korea was only 23% (based on the heating value by the fossil fuel). This value was almost half of that of Europe (46%) and one-third of that of Germany (68%). Owing to the high temperature conditions of the gas and solid (materials) in cement kilns (2,000 and 1,450°C, respectively), most harmful pollutants, such as heavy metals, are volatilized; thus, eliminating the environmental impact of waste fuel. However, the use of waste fuel and materials in cement production process has garnered the negative perceptions of people. To address this problem, the Korean government and cement industry established the “Waste Use and Management Standard for Cement Kilns” in 2009; however, this had no significant effect on the negative perceptions of the people. The effective disposal of waste in Korea has remained a challenge owing to lack of additional landfill areas and incinerators; particularly, China’s ban on waste imports in April 2018 has compounded this problem. To actively utilize combustible waste as alternative fuels for cement production process, this study proposed thermal/environmental and quality/environmental analysis candidates and standards, and suggested a standard operating procedure for cement kilns. The standard operating procedure of waste proposed in this study included heating value, elementary, and heavy metals content analyses, and that of cement included physical and chemical composition, heavy metals content and leaching, and radioactivity analyses. We believe that the proposed standard operating procedure can be employed in the future to ensure the reliability and enhancement of the utilization of waste as alternative fuels for cement production. Additionally, the standard proposed in this study may solve problems related to domestic waste disposal.
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.
하수슬러지의 연료개선을 위한 수열처리기법 적용 가능성 평가
이상엽 ( Sang-yeop Lee ),박세원 ( Se-won Park ),정연욱 ( Yean-ouk Jeung ),한건호 ( Gun-ho Han ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),김우현 ( Woo-hyen Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7
Conventional sewage sludge is treated through incineration, landfill, and fertilization. However, interest in sludge treatment has increased due to problems with treatment costs after the generation of environmentally hazardous materials such as heavy metals, viruses, and high moisture content. Therefore, in this study, a hydrothermal treatment was applied to properly treat and use the sludge as an energy source. The reaction was carried out for 1 hour at the optimum temperature of 200℃ to reduce the moisture content of the sample, and increase the calorific value to improve the fuel quality. The improved sample was used to determine the value of the fuel by applying it to a gasification technique, which is a thermal treatment. The calorific value of syngas of sludge gasification was 1,041.57 kcal/kg, and the lower calorific value of syngas after hydrothermal treatment was 1,242.59 kcal/kg. In addition, the cold gas efficiency increased from 39.5% to 45.3%, and pollutants such as HCN, HCl, NH<sub>3</sub>, and tar decreased. As a result of the overall characteristics, the hydrothermaltreated sludge is considered to be of sufficient value as a fuel for gasification technology.
하수슬러지의 효율적 에너지화를 위한 수열탄화 및 가스화 특성 연구
정연욱 ( Yean-ouk Jeong ),박세원 ( Se-won Park ),이상엽 ( Sang-yeop Lee ),한건호 ( Gun-ho Han ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
국내에서는 가스화기술을 이용하여 석탄가스화복합발전소를 건설해 실증운전을 성공적으로 완료하였으며, 이외에는 바이오매스, 슬러지, 폐기물 고형연료 등 다양한 연료를 활용하여 가스화기술을 적용하기 위해 다양한 연구를 진행하고 있다. 하지만, 이중에서 하수슬러지는 80%이상의 수분함량 때문에 열적처리공정 적용에 한계가 있으며, 수분함량을 줄이고 동시에 효율적인 열적처리공정 적용을 위해 물리적 탈수, 탄화, 수열탄화, 다른 시료와의 혼소 등 다양한 전처리 방법을 연구중에 있다. 특히, 수열탄화는 고온·고압을 이용하여 아임계수의 조건을 이용해 유기물의 분해 및 탄화를 진행하여 빠른 시간에 다른 촉매 없이 진행되는 기술을 말하며, 저비용, 저에너지 소비 등 다양한 장점을 가진 기술이다. 본 연구에서는 수열탄화를 이용하여 하수처리시설에서 발생하는 하수슬러지를 180~240℃ 조건에서 연료화 특성 변화 및 에너지회수효율에 관하여 평가하였다. 또한, 생 하수슬러지와 적용후 하수슬러지를 이용하여 실험실규모의 고정층 반응기에서 가스화특성을 연구하였다. 수열탄화 후 공업분석결과 고정탄소가 증가하여 발열량이 증가하였으며, 기계적탈수를 하였을 때 최대 수분 함량이 34%까지 감소되었다. 수열탄화 시료 중 최적시료를 가스화공정에 적용하였을 때, ER (Equivalent Ratio) 0.3에서 최적조건을 보였으며, 냉가스효율, 탄소전환율은 각각 50%, 84% 또한, 주요오염물질 중 하나인 타르발생량은 6 g/m3을 보였다. 이 수치값은 생하수슬러지와 비교하였을 때 높은 효율을 보였다. 사사: 이 논문은 한국에너지기술평가원의 No. 20184030202240 과제에서 지원받았으며 이에 감사드립니다.
다양한 자원을 활용한 가스화 특성 연구 : 폐기물 가스화 적용 가능성 평가
박세원 ( Se-won Park ),이상엽 ( Sang-yeop Lee ),정연욱 ( Yean-ouk Jeong ),한건호 ( Gun-ho Han ),서용칠 ( Yong-chil Seo ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7
In this study, the gasification process was operated using various feedstocks, including biomass, waste, and fossil fuel. Sawdust, waste solid refuse fuel, and coal were selected as the representative for the feedstocks. In the case of waste fuel, it must be utilized as a new and renewable energy, rather than a disposed target. A comparative study on feedstock type was conducted, and the feedstocks were applied to a lab-scale downdraft fixed bed gasification process. The experimental conditions were maintained for the assessment of the gasification process’s applicability, and the deduction of the optimum equivalent ratio of feedstock. The results of the study revealed that the waste solid refuse fuel was more applicable to the gasification process than coal and sawdust, with an optimal equivalent ratio of 0.4 in all feedstocks, and the highest cold gas and carbon conversion efficiency. Detailed results showed that cold gas efficiency was 50.94%, and carbon conversion ratio was 54.66% from waste gasification. In further studies or researches, gasification technologies using waste, biomass or coal were continuously conducted for development of high efficient technology. This study could potentially be used as reference data for gasification operations at commercial plants.