열분해는 산소가 없거나 완전 연소에 필요한 산소보다 훨씬 적은 양의 산소가 있는 상태에서 바이오매스를 열분해하는 것을 말합니다.
이 과정을 통해 바이오매스는 탄화수소가 풍부한 가스 혼합물, 기름과 같은 액체, 탄소가 풍부한 고체 잔류물인 숯과 같은 보다 유용한 형태로 전환됩니다.
5가지 핵심 사항을 설명합니다: 바이오매스의 열분해 분해에 대한 이해
1. 과정 및 조건
열분해는 산소가 제한된 환경에서 일반적으로 550°C를 초과하는 고온으로 바이오매스를 가열하는 과정을 포함합니다.
이렇게 제어된 가열을 통해 바이오매스는 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌과 같은 구성 성분으로 분해되며, 각 성분은 서로 다른 온도에서 분해됩니다.
2. 구성 성분과 분해
헤미셀룰로오스 는 250~400°C에서 분해되며 720°C로 가열하면 약 20%의 세미코크를 생성합니다.
셀룰로오스 는 310~430°C의 더 높은 온도에서 분해되어 8%의 세미코크스가 생성됩니다.
리그닌 은 300~530°C에서 분해되어 약 55%의 세미코크스를 생성합니다.
이러한 분해는 해중합을 통해 더 작은 탄화수소 입자를 형성하고 탈수를 통해 불포화 폴리머와 세미코크스를 생성합니다.
3. 열분해 생성물
열분해 공정에서는 세 가지 주요 제품이 생성됩니다:
가스: 고온에서 C-C 및 C-H 결합이 파열되어 형성된 CO, CO2, H2 및 CH4를 포함한 휘발성 탄화수소의 혼합물.
액체(바이오 오일): 탄화수소가 풍부한 기름과 같은 물질로, 중간 온도와 높은 가열 속도에서 생성됩니다.
고체(숯): 탄소가 풍부한 잔여물로, 숯 생산에 중점을 두는 저속 열분해와 같은 공정에서 최대화됩니다.
4. 열분해의 유형
저속 열분해: 낮은 가열 속도와 긴 체류 시간이 특징이며, 숯 생산을 극대화합니다. 역사적으로 숯, 아세트산, 메탄올 및 에탄올을 생산하기 위해 산업에서 사용되었습니다.
빠른 열분해: 더 높은 가열 속도와 더 짧은 체류 시간을 포함하며, 바이오 오일의 수율을 극대화하는 데 중점을 둡니다.
초고속 열분해: 더 높은 가열 속도와 매우 짧은 체류 시간으로 작동하며, 주로 가스 생산을 목표로 합니다.
5. 역사적 및 산업적 활용
열분해, 특히 목재 증류 형태의 열분해는 고대부터 사용되어 왔으며, 특히 이집트인들은 방부 처리와 선박 코킹을 위해 열분해를 사용했습니다.
1800년대에는 주로 숯 생산을 통해 산업 혁명에 연료를 공급하는 중요한 산업이었습니다.
요약하자면 열분해는 바이오매스를 가치 있는 에너지 제품으로 전환하는 데 있어 기체, 액체, 고체 등 원하는 최종 제품에 따라 방법론을 조정하는 다목적의 필수 공정입니다.
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