바이오 원유 또는 바이오 오일이라고도 하는 열분해 오일은 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 열분해하여 얻은 복잡한 혼합물입니다.높은 산소 함량과 수분 함량, 다양한 유기 화합물을 함유하고 있는 것이 특징입니다.열분해 오일의 불순물은 산소화된 탄화수소, 물, 다양한 화합물을 포함하는 복잡한 구성에서 비롯됩니다.이러한 불순물은 부식성, 불안정성, 기존 석유 제품과 차별화되는 고유한 특성의 원인이 됩니다.이러한 불순물을 이해하는 것은 연료 또는 화학 원료로서의 잠재력을 평가하는 데 매우 중요합니다.
주요 요점 설명
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높은 수분 함량(20-30 wt-%):
- 열분해 오일에는 일반적으로 무게 기준으로 20%에서 30%에 이르는 상당한 양의 수분이 포함되어 있습니다.이러한 높은 수분 함량은 바이오매스 공급 원료에 존재하는 수분과 열분해 과정에서 물이 형성된 결과입니다.
- 물이 존재하면 오일의 발열량이 낮아져 화석 연료에 비해 에너지 밀도가 낮아집니다.또한 물은 상 분리와 화학 반응을 촉진하여 시간이 지남에 따라 오일을 분해할 수 있으므로 오일의 불안정성에 기여합니다.
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산소화 탄화수소:
- 열분해 오일에는 산소화 유기 화합물이 풍부하여 높은 산소 함량(최대 중량 기준 40%)의 원인이 됩니다.이러한 화합물에는 포름알데히드, 아세트산, 메탄올과 같은 저분자 분자뿐만 아니라 페놀, 무수당, 올리고당과 같은 보다 복잡한 분자가 포함됩니다.
- 이러한 화합물의 산소화 특성으로 인해 열분해 오일은 반응성이 높아 열 불안정성, 중합, 부식성 등의 문제를 일으킬 수 있습니다.이러한 특성으로 인해 분해 없이 보관 및 운송하기가 어렵습니다.
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방향족 및 지방족 탄화수소:
- 오일에는 바이오매스의 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스가 분해되어 생성되는 방향족 및 지방족 탄화수소가 혼합되어 있습니다.방향족 화합물은 특히 널리 퍼져 있으며, 오일의 스모키한 냄새와 짙은 갈색을 유발합니다.
- 이러한 탄화수소는 석유에서 발견되는 것과 유사하지만 산소 함유 작용기의 존재로 인해 더 복잡하고 안정성이 떨어지는 경우가 많습니다.
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유황 함량:
- 열분해 오일은 기존 디젤 연료에 비해 유황 함량이 높습니다.황 화합물은 바이오매스 공급 원료에서 발생하거나 열분해 과정에서 형성될 수 있는 불순물입니다.
- 황 함량이 높으면 오일이 연소될 때 유해한 대기 오염 물질인 이산화황(SO₂)을 생성하여 환경 오염에 기여하므로 바람직하지 않습니다.
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열 불안정성 및 중합:
- 열분해 오일은 열적으로 불안정하며 특히 공기나 높은 온도에 노출되면 중합되기 쉽습니다.이러한 불안정성은 활성산소 화합물과 불포화 탄화수소의 존재로 인해 발생합니다.
- 시간이 지남에 따라 오일은 응축 반응을 일으켜 점도가 증가하고 더 무거운 분자가 형성됩니다.이로 인해 추가 사용을 위해 오일을 재기화하거나 정제하기가 어려워집니다.
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부식성:
- 열분해 오일은 주로 아세트산과 같은 유기산의 존재로 인해 산도가 높기 때문에 금속 및 기타 물질에 부식성이 있습니다.이러한 부식성은 보관, 취급 및 장비 호환성에 문제를 일으킵니다.
- 또한 부식성 때문에 사전 처리나 업그레이드 없이 엔진이나 터빈에 열분해 오일을 직접 사용하는 것도 제한됩니다.
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표준화 부족:
- 열분해 오일의 생산과 상업적 사용이 제한적이기 때문에 품질과 구성에 대한 확립된 표준이 거의 없습니다.ASTM 표준은 몇 안 되는 참고 자료 중 하나이지만 열분해 오일의 모든 불순물과 특성을 포괄적으로 다루지는 않습니다.
- 표준화가 부족하기 때문에 다양한 열분해 오일 배치를 비교하거나 산업 응용 분야에서 일관된 품질을 보장하기 어렵습니다.
요약하면 열분해 오일의 불순물은 물, 산소화 탄화수소, 황 화합물, 반응성 유기 분자를 포함하는 복잡한 구성에서 발생합니다.이러한 불순물은 높은 부식성, 열 불안정성, 낮은 에너지 밀도 등 열분해 오일의 고유한 특성을 유발합니다.정제, 업그레이드 또는 다른 연료와의 혼합을 통해 이러한 불순물을 제거하는 것은 재생 에너지원으로서 열분해 오일의 유용성을 개선하는 데 필수적입니다.
요약 표:
| 불순물 | 설명 | 영향 |
|---|---|---|
| 높은 수분 함량(20~30%) | 바이오매스 수분 및 열분해 공정의 결과 | 발열량을 낮추고 불안정성을 촉진하며 상 분리를 유발합니다. |
| 산소화 탄화수소 | 포름알데히드, 아세트산, 페놀 포함 | 열 불안정성, 중합 및 부식성 유발 |
| 방향족/지방족 탄화수소 | 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 분해에서 파생됩니다. | 스모키한 냄새, 어두운 색상, 안정성 저하를 유발합니다. |
| 유황 함량 | 기존 디젤 연료보다 높음 | 연소 시 유해한 SO₂ 배출 발생 |
| 열 불안정성 | 반응성 화합물은 중합 및 점도 증가로 이어집니다. | 보관, 운송 및 정제가 어렵게 됨 |
| 부식성 특성 | 아세트산과 같은 유기산으로 인한 높은 산도 | 보관 및 취급 장비 손상, 직접 사용 제한 |
| 표준화 부족 | 열분해 오일에 대한 확립된 품질 표준이 거의 없습니다. | 일관된 품질 및 산업 적용을 저해 |
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