열분해 오일

Pyrolysis oil
이 기사는 바이오매스로부터 열분해로 인해 파생된 합성 액체 연료에 관한 것이다. 다른 용도는 열분해 오일(동음이의)을 참조하십시오.

열분해성 기름은 때때로 바이오 크러드 또는 바이오 오일이라고도 알려져 있으며, 석유 대용으로 조사 중인 합성 연료다. 원자로 내 산소 없이 건조된 바이오매스를 후속 냉각으로 약 500℃의 온도로 가열하여 얻는다. 열분해 오일은 타르의 일종으로 보통 너무 높은 산소를 함유하고 있어 순수한 탄화수소라고 보기 어렵다. 이 높은 산소 함량은 비탄성, 부식성, 화석 연료와의 투명성, 열 불안정성, 그리고 공기에 노출되었을 때 중합하는 경향을 초래한다.[1] 그만큼 석유제품과는 확연히 다르다. 바이오 오일에서 산소를 제거하거나 알갈 바이오 오일에서 질소를 제거하는 것을 업그레이드라고 한다.[2]

표준

열분해유에 대한 표준은 거의 없다. 왜냐하면 그것을 생산하려는 노력이 제한되어 있기 때문이다. 몇 안 되는 기준 중 하나는 ASTM에서 나온 것이다.[3]

공급원료 분해

열분해술은 산소가 석유와 다른 성분으로 들어가지 않을 때 높은 온도에서 유기물질을 분해하기 위한 잘 확립된 기술이다. 2세대 바이오 연료 애플리케이션(숲 및 농업 잔류물, 폐목재, 야드 폐기물 및 에너지 작물)에서는 공급 원료로 사용할 수 있다.

우드 필리시스

수지목재에서 목타크레오소테의 유래

Derivation of wood-tar creosote.svg

나무가 270 °C 이상으로 가열되면, 그것은 탄산화라고 불리는 분해 과정을 시작한다. 산소가 없을 때 최종 산물은 숯이다. 충분한 산소가 있으면 약 400~500℃의 온도에 이르면 나무가 타들어 가고, 포화·연료 생산물은 목재 재다. 목재를 공기로부터 멀리 가열하면 먼저 수분이 빠져나가고 이것이 완성될 때까지 목재 온도는 약 100-110 °C에 머무른다. 나무가 건조하면 온도가 상승하고, 약 270 °C에서 자연 분해되어 열을 발생시키기 시작한다. 이것은 숯을 태울 때 일어나는 잘 알려진 발열 반응이다. 이 단계에서 탄산화 부산물의 진화가 시작된다. 이러한 물질들은 온도가 상승함에 따라 서서히 발산되며 약 450℃에서 진화가 완료된다.

고체 잔류물인 숯은 주로 탄소(약 70%)이며, 나머지는 타르와 같은 물질로, 약 600 °C 이상으로 온도를 높여 오늘날 현대적인 열분해 공정을 통해 생성되는 고탄소 미세한 잔류물인 바이오차를 생산해야 완전히 분해되거나 배출될 수 있다.연소를 방지하는 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 분해하여 고체(바이오차), 액체—피롤리시스 오일(바이오오일/피롤리시스 오일), 가스(싱가스) 제품의 배열을 얻는다. 열분해에서 발생하는 특정 수율은 공정 조건에 따라 달라진다. 에너지 또는 바이오차 생산에 최적화될 수 있다.[4] 400–500 °C(752–932 °F)의 온도는 더 많은 에너지를 생성하는 반면 700 °C(1,292 °F) 이상의 온도는 액체 및 기체 연료 구성 요소의 수율을 선호한다.[5] 열분해증은 더 높은 온도에서 더 빨리 일어나며, 일반적으로 몇 시간이 아닌 몇 초가 필요하다. 고온 열분해효소는 기체화라고도 하며, 주로 승아를 생산한다.[5] 대표적인 수율은 바이오오일 60%, 바이오차 20%, 승라 20% 등이다. 그에 비해, 느린 열분해는 실질적으로 더 많은 char(~50%)를 생산할 수 있다. 일반적인 입력의 경우, "빠른" 화염방사기를 구동하는 데 필요한 에너지는 출력하는 에너지의 약 15%이다.[6] 현대의 열분해 식물은 열분해 과정에 의해 생성된 승라를 사용할 수 있으며, 작동에 필요한 에너지의 3~9배를 출력할 수 있다.

알갈 피롤리시스

조류는 고온(약 500 °C)과 정상적인 대기압에 노출될 수 있다. 결과물에는 기름과 질소, 인, 칼륨과 같은 영양소가 포함되어 있다.

리그노셀룰로오스 바이오매스의 열분해에 관한 많은 논문들이 있다. 그러나 열분해를 통한 알갈 바이오 오일 생산에 대한 보고서는 거의 없다. 먀오 외 (2004b) 500℃에서 찰로렐라 원소화합물과 마이크로시스티스 아류기노사(Microcystis areuginosa)를 고속 열분해하여 각각 18%, 24%의 바이오오일 수율을 얻었다. 바이오 오일은 목재 바이오 오일보다 산소 함량이 낮은 탄소 및 질소 함량이 높았다. 찰로렐라 원소화물을 이성질적으로 경작했을 때 바이오 오일 수율은 41 MJ/kg의 가열 값으로 57.9%로 증가했다(Miao 등, 2004a). 최근 미세조류가 3세대 바이오연료로 뜨거운 연구 화두가 된 상황에서 녹조 바이오연료 생산의 잠재적 전환방법으로 열분해 현상이 더욱 주목받고 있다. 팬 외 연구진(2010)은 HZSM-5 촉매 유무 및 무첨가 나노클로로피스 sp. 잔류물의 느린 열분해를 조사했으며 촉매 열분해로부터 방향족 탄화수소가 풍부한 바이오 오일을 얻었다. 녹조 열융제 액체는 바이오 오일이라고 하는 상위 단계와 함께 두 단계로 분리된다(Campanella et al., 2012; Jena et al., 2011a). 녹조 바이오 오일의 높은 가열 값(HHV)은 31-36 MJ/kg으로 일반적으로 리그노셀룰로오스 피드의 값보다 높다. 열성 바이오 오일은 평균 분자량이 낮은 화합물로 구성되며 열액화 작용으로 생성된 바이오 오일보다 끓는 양이 더 많다. 이러한 특성은 일리노이 셰일 오일(Jena et al., 2011a; Vardon et al., 2012)과 유사하며, 이는 열성 바이오 오일이 석유를 대체하는 데 적합함을 나타낼 수 있다. 또 미세조류에 함유된 단백질 함량이 높아 바이오오일의 N 함량이 높아 기존 10개 원유 정제소에서 공동 가공할 때 연소와 산성촉매 불활성화 시 바람직하지 않은 NOx 배출이 발생했다. 알갈 바이오 오일은 리그노셀룰로오스 바이오매스에서 생산된 것보다 많은 면에서 더 좋은 품질을 가지고 있었다. 예를 들어, 알갈 바이오 오일은 가열 값이 더 높고 산소 함량이 더 낮으며 pH 값이 7pH보다 크다. 그러나 바이오 오일의 질소와 산소를 제거하기 위한 업그레이드는 여전히 필요하다.[7]

알갈 열수액화

열액화(HTL)는 350°C(662°F)의 온도와 고압[8], 평방인치당 3,000파운드(21,000kPa)의 온도와 고압에서 젖은 바이오매스를 석유(바이오일 또는 바이오 크러드라고도 함)로 변환하는 데 사용되는 열적 고밀화 과정이다. 원유(또는 바이오 오일)는 에너지 밀도가 높아 가열 값이 33.8-36.9 MJ/kg, 산소 및 재생 화학 물질은 5-20%로 낮다.[9][10]

HTL 공정은 습식 바이오매스를 처리할 수 있고 열분해 오일의 에너지 밀도가 약 2배인 바이오 오일을 생산할 수 있기 때문에 열분해와 다르다. 열분해(Pyrolyisis)는 HTL과 관련된 과정이지만 수율을 높이기 위해서는 바이오매스를 가공하고 건조시켜야 한다.[11] 열분해에서 물의 존재는 유기물질의 기화열을 급격히 증가시켜 바이오매스를 분해하는 데 필요한 에너지를 증가시킨다. 일반적인 열분해 공정은 바이오매스를 바이오 오일로 적절하게 전환하기 위해 40% 미만의 수분 함량을 필요로 한다. 이를 위해서는 최고 80~85%의 수분 함량을 가진 열대풀과 같은 습식 바이오매스를 상당히 사전처리해야 하며, 90% 이상의 수분 함량을 포함할 수 있는 수생종에 대한 추가처리가 필요하다. Algal HTL에 따르면, 결과 생물 오일의 성질은 미임계 물 반응 조건에서 온도, 반응 시간, 조류종, 조류 농도, 반응 대기 및 촉매의 영향을 받는다.

바이오 크루드

바이오 오일은 석유, 석탄-석유 또는 콜타르에서 파생된 원유를 대체할 정유 공급원료로 적합하게 만들기 위해 일반적으로 상당한 추가 처리가 필요하다.

타르는 파괴적 증류를 통해 다양한 유기 물질에서 얻은 탄화수소와 자유 탄소의 검은 혼합물이다.[12][13][14][15] 타르는 석탄, 나무, 석유 또는 이탄으로부터 생산될 수 있다.[15]

우드타르 크레오소테는 연기와 함께 노랗게 질린 기름기 많은 액체에 무색이며, 태우면 그을린 듯한 불꽃을 발생시키며, 타는 맛이 있다. 물속에서는 비부유성이며, 비중 1.037~1.087로 매우 낮은 온도에서 유동성을 유지하며, 205~225℃에서 끓는다. 투명하면 가장 순수한 형태다. 물에 용해되기 위해서는 기초 크레오소테의 최대 200배의 물이 필요하다. 크레오소테는 천연 페놀의 조합이다: 주로 과이아콜과 크레오솔 (4-메틸과이아콜)은 일반적으로 오일의 50%를 구성한다; 유병률, 크레졸, 실로놀에서는 두 번째, 나머지는 모노페놀과 폴리페놀의 조합이다.

피치는 다수의 점탄성 중합체의 이름이다. 피치는 석유, 석탄 타르[16] 또는 식물에서 파생된 자연적이거나 제조될 수 있다.

검은 술과 톨 오일은 목재 펄프 제조의 점성 액체 부산물이다.

고무유는 중고 타이어를 재활용하기 위한 열분해 방식의 산물이다.

바이오 연료

바이오 연료는 기존 공급원료, 1세대 및 2세대 바이오 연료와 관련된 공정에서 동일한 방법을 사용하여 승라와 같은 중간 제품에서 합성된다. 눈에 띄는 특징은 궁극적인 오프 테이크(Off-take)가 아닌 중간 제품을 생산하는 데 관여하는 기술이다.

바이오레퍼니(Biorefinery)는 바이오매스 전환 공정과 장비를 통합해 바이오매스로부터 연료, 전력, 열, 부가가치 화학물질을 생산하는 시설이다. 생물 재질의 개념은 석유로부터 여러 가지 연료와 제품을 생산하는 오늘날의 석유 정제소와 유사하다.[17]

  • 바이오디젤은 동물이나 식물 지질(오일과 지방)에서 파생된 디젤 연료다. 다양한 오일은 바이오디젤 공급원료로 사용될 수 있다.
  • 목재 디젤. 새로운 바이오 연료는 조지아 대학교에 의해 나무 찹으로부터 개발되었다. 오일을 추출한 다음 개조되지 않은 디젤 엔진에 첨가한다. 새 식물은 오래된 식물을 대체하기 위해 사용되거나 심어져 있다. 숯 부산물은 비료로 흙 속에 다시 넣는다. 이 생물연료는 사실 탄소중립만이 아니라 탄소중립이 될 수 있다. 탄소 음성 과정은 공기 중의 이산화탄소를 감소시켜 온실 효과를 역전시킨다.[18][19]
  • 조류 연료는 다양한 종류의 해조류로부터 생산될 수 있으며, 기술과 사용되는 세포의 부분에 의존하고 있으며, 일부 종의 해조류는 기름의 형태로 건조 중량의 50% 이상을 생산할 수 있다. 조류 바이오매스의 지질 또는 기름진 부분은 다른 식물성 기름에 사용되는 것과 유사한 과정을 통해 추출되어 바이오디젤로 변환되거나 정유 공장에서 석유 기반 연료를 위한 "드롭인" 대체물로 변환될 수 있다.[20][21] 조류독감은 현재 식량 생산에 사용되는 토지를 대체하지 않고 하수[22] 등 폐자재를 사용할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ Crocker, Mark (2010). Thermochemical Conversion of Biomass to Liquid Fuels and Chemicals. Royal Society of Chemistry. p. 289. ISBN 978-1-84973-035-8.
  2. ^ Lee, James W. (30 August 2012). Advanced Biofuels and Bioproducts. Springer Science & Business Media. p. 175. ISBN 978-1-4614-3348-4.
  3. ^ 열분해 액체 바이오 연료 표준 사양 http://www.astm.org/Standards/D7544.htm
  4. ^ 고온트&레만 2008년,를 대신하여 서명함. 4152,4155harvnb 오류:노 타깃:CITEREFGauntLehmann2008( 도와 주)("은 syngas의 에너지는 전기 35%의 효율성 라이프 사이클 에너지 균형 범위에서 92274kg까지 회복과 전환된다고 가정할 때(203에 BC604년 lb)이산화 탄소 MW-1 전기는 열 분해 과정 최적화하도록 생성된.를 에너지 및 120 ~ 360kg(790lb) CO2MW-1
    (바이오차르 적용)     이는 화석 연료 기반 기술의 경우 600–900kg(1,300–2,000lb) COMW-1
    2     배출량과 비교된다.)
  5. ^ Jump up to: a b Winsley, Peter (2007). "Biochar and bioenergy production for climate change mitigation". New Zealand Science Review. 64. (고속, 중급, 저속 및 가스화에 대한 출력 차이는 표 1 참조).
  6. ^ Laird 2008, 페이지 100, 페이지 178–181 없음:( "빠른 화로리저 작동에 필요한 에너지는 건식 바이오매스에서 도출할 수 있는 총 에너지의 15%까지입니다. 현대식 시스템은 화력자가 생성하는 승라를 사용하여 화력자의 모든 에너지 수요를 제공하도록 설계되어 있다."
  7. ^ ZHENYI DU (January 2013). "THERMOCHEMICAL CONVERSION OF MICROALGAE FOR BIOFUEL PRODUCTION" (PDF). p. 8. Retrieved 15 October 2016.
  8. ^ Akhtar, Javaid; Amin, Nor Aishah Saidina (2011-04-01). "A review on process conditions for optimum bio-oil yield in hydrothermal liquefaction of biomass". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 15 (3): 1615–1624. doi:10.1016/j.rser.2010.11.054.
  9. ^ Elliott, Douglas C. (2007-05-01). "Historical Developments in Hydroprocessing Bio-oils". Energy & Fuels. 21 (3): 1792–1815. doi:10.1021/ef070044u. ISSN 0887-0624.
  10. ^ Goudriaan, F.; Peferoen, D.G.R. (1990-01-01). "Liquid fuels from biomass via a hydrothermal process". Chemical Engineering Science. 45 (8): 2729–2734. doi:10.1016/0009-2509(90)80164-a.
  11. ^ Bridgwater, A.V; Peacocke, G.V.C (March 2000). "Fast pyrolysis processes for biomass". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 4: 1–73. doi:10.1016/s1364-0321(99)00007-6.
  12. ^ Daintith, John (2008). "tar". A dictionary of chemistry (6th ed.). Oxford University Press. doi:10.1093/acref/9780199204632.001.0001. ISBN 9780199204632. Retrieved 14 March 2013.
  13. ^ "Tar: Definition". Miriam Webster. Retrieved 14 March 2013.
  14. ^ "Tar: Definition". Collins Dictionary. Retrieved 14 March 2013.
  15. ^ Jump up to: a b "tar and pitch" (6th ed.). The Columbia Electronic Encyclopedia. Retrieved 14 March 2013.
  16. ^ 콜타르 피치, 고온
  17. ^ 닥터 W J 스미스, 타무텍 컨설턴시. NNFCC, 2007-06-20의 웨이백머신에 보관된 2016-04-02 영국 바이오레퍼니 복합단지 개발 지도. 2011-02-16일에 검색됨.
  18. ^ "New Biofuel From Trees Developed". www.sciencedaily.com. May 20, 2007. Retrieved 17 October 2016.
  19. ^ Ojus, Doshi (May 2007). "New Method Developed to Extract Biofuel from Wood JYI – The Undergraduate Research Journal". www.jyi.org. Retrieved 17 October 2016. According to the researchers, the process is very easy to carry out. Wood chips—Adams and his colleagues used pine,are subjected to pyrolysis, or heating in the absence of oxygen to cause decomposition, which generates a wood-charcoal and gas. The gas is rapidly condensed to yield a liquid categorized as bio-oil. "You cannot use bio-oil as crude fuel because it has too much oxygen and water,it's soluble in water. That's why it has not been used in engines," Adams said. In order to be used in diesel engines, the bio-oil must dissolve in bio-diesel, an alternative diesel fuel that is produced from animal fats or vegetable oils. High water and oxygen content, however, prevents this from happening. After Adams's team conducted chemical treatments, most of the water was removed, and the bio-oil was blended with bio-diesel and tested in conventional diesel engines.
  20. ^ "Renewable Fuels from Algae Boosted by NREL Refinery Process - News Releases NREL". www.nrel.gov. Retrieved 16 October 2016.
  21. ^ Dong, Tao; Knoshaug, Eric P.; Davis, Ryan; Laurens, Lieve M. L.; Van Wychen, Stefanie; Pienkos, Philip T.; Nagle, Nick (2016). "Combined algal processing: A novel integrated biorefinery process to produce algal biofuels and bioproducts". Algal Research. 19: 316–323. doi:10.1016/j.algal.2015.12.021.
  22. ^ Errol Kiong (May 12, 2006). "NZ firm makes bio-diesel from sewage in world first". The New Zealand Herald. Retrieved 2007-01-10.

외부 링크