축분 고형연료의 열분해 동역학 연구 (Kinetic Analysis for the Pyrolysis of Solid Refues Fuel Using Livestock Manure)

서지정보

· 발행기관 : 한국공업화학회
· 수록지 정보 : 공업화학 / 31권 / 4호 / 443 ~ 451페이지
· 저자명 : 장은석, 송은혜, 윤종혁, 김영민

초록

본 연구에서는, 축분 고형연료의 연료적 가치를 판단하기 위해 물리화학적 특성과 열분해 동역학 분석을 수행하였다.
원소분석과 공업분석결과는 축분 고형연료는 휘발성 물질(64.94%), 탄소(44.35%) 및 수소(5.54%)의 함량이 높았다. 축분 고형연료의 저위발열량(3,880 kcal/kg) 또한 가축분뇨 고형 연료 기준(3,000 kcal/kg)보다 높았다. 열중량분석결과축분연료는 3개의 분해온도구간을 가졌다. 첫 번째 온도구간(130~330 ℃)은 추출물의 기화, 헤미셀룰로우스 및 셀룰로우스의 분해로 구성되었다. 두 번째(330~480 ℃)와 세 번째(550~800 ℃) 온도 구간들은 리그닌의 분해와 carbonaceous materials 분해에 의한 것이었다. Friedman, FWO, KAS 같은 model free 분석방법에 의해 구해진 축분 고형연료의 열분해에 대한 활성화 에너지 값은 전환율 0.1에서 0.9 범위에서 173.98에서 525.79 kJ/mol로 나타났다. 특히, 전환율이 0.6 보다 높은 구간에서 활성화에너지가 크게 증가하였다. Curve fitting 방법을 사용한 동역한 분석은 축분 고형연료가5단계의 분해 단계로 구분될 수 있는 다단계 반응에 의해 분해됨을 제안하였다.

영어초록

In this study, the physico-chemical properties and pyrolysis kinetics of livestock mature solid fuel were investigated to know its feasibility as a fuel. Ultimate and proximate analysis results showed that livestock mature solid fuel has high contents of volatile matter (64.94%), carbon (44.35%), and hydrogen (5.54%). The low heating value of livestock mature solid fuel (3880 kcal/kg) was also higher than the standard requirement of solid fuel (3000 kcal/kg). Thermogravimetic analysis results indicated that livestock mature solid fuel has three decomposition temperature regions. The first temperature zone (130~330 ℃) was consisted with the vaporization of extracts and the decomposition of hemicellulose and cellulose. The second (330~480 ℃) and third (550~800 ℃) temperature regions were derived from the decomposition of lignin and additional decomposition of carbonaceous materials, respectively. The activation energy derived from model free kinetic analysis results including Friedman, Flynn-Wall-Ozawa (FWO), and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) methods for the pyrolysis of livestock mature solid fuel was in the range of 173.98 to 525.79 kJ/mol with a conversion rate of 0.1 to 0.9. In particular, the activation energy increased largely at the higher conversion than 0.6. The kinetic analysis using a curve-fitting method suggested that livestock mature solid fuel was decomposed via a multi-step reaction which can be divided into five decomposition steps.

참고자료

· 없음