탄화 공정은 산소가 없거나 제한적으로 존재하는 상태에서 열을 가하여 바이오매스나 석탄과 같은 유기물을 탄소가 풍부한 물질로 전환하는 과정을 말합니다. 이 과정에는 여러 단계가 포함되며 여러 단계로 나눌 수 있습니다.
목재 톱밥 연탄이나 코코넛 껍질과 같은 바이오매스의 경우 탄화 공정은 건조, 초기 탄화, 종합 탄화의 세 단계로 나눌 수 있습니다.
1. 건조 단계: 이 단계에서는 온도가 상승함에 따라 바이오매스에 존재하는 수분이 증발합니다. 이 단계에서는 화학적 변화가 일어나지 않습니다.
2. 초기 탄화 단계: 온도가 더 상승하면 바이오매스가 열분해되기 시작합니다. 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌과 같은 바이오매스의 구성 성분이 분해되어 CO, CO2, CH4, "타르"와 같은 휘발성 물질이 방출됩니다. 이러한 휘발성 물질에는 고탄수화물, 아세트산, 메탄올이 포함됩니다.
3. 종합적인 탄화 단계: 300~650°C 범위의 온도에서 바이오매스는 화학적 분해를 거칩니다. 이 단계에서는 아세트산, 카비놀, 우드 타르, 메탄 및 에틸렌과 같은 가연성 가스가 생성됩니다. 이러한 가스는 고온의 연탄 생산에 기여하고, 바이오매스 연탄은 증류되어 숯으로 만들어집니다.
석탄의 경우 탄화는 4가지의 일치하는 단계와 부분적으로 경쟁하는 단계로 구성됩니다. 이 단계에는 산소가 없는 상태에서 석탄을 고온으로 가열하여 휘발성 가스를 방출하고 거의 순수한 탄소인 코크스를 형성하는 과정이 포함됩니다.
탄화 공정은 일반적으로 높은 탄화 속도, 에너지 효율성, 무연 작동 및 작동 용이성을 달성하도록 설계된 탄화로에서 수행됩니다. 탄화로는 내부에 바이오매스 또는 석탄을 밀봉하고 제어된 가열을 가하는 방식으로 작동합니다.
탄화로 사용의 장점은 높은 탄화율, 에너지 효율성, 무연 작동 및 쉬운 작동을 포함합니다. 용광로는 연탄의 분해와 탄화를 촉진하여 숯의 품질을 보장합니다. 이 과정에서 발생하는 열은 연소로의 온도를 유지하고 연탄 분해에 필요한 에너지를 제공합니다. 또한 연소로를 통해 가연성 가스, 타르, 숯을 생산할 수 있으며, 이를 추가로 활용할 수 있습니다.
전반적으로 탄화 공정은 유기물을 숯과 같이 탄소가 풍부한 물질로 전환하는 중요한 단계로, 연료, 여과 및 산업 공정과 같은 다양한 응용 분야에 기여합니다.
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