바이오매스 물질의 열분해 메커니즘에는 1차 및 2차 메커니즘이 모두 포함되어 바이오 오일, 숯, 가스를 생산합니다. 1차 메커니즘에는 숯 형성, 해중합 및 단편화가 포함되며, 2차 메커니즘에는 균열, 재결합 및 2차 숯의 형성이 포함됩니다.
1차 메커니즘:
- 숯 형성: 이 단계에서 바이오매스가 가열되어 벤젠 고리가 형성됩니다. 그런 다음 이 고리들이 결합하여 방향족 다환 구조인 숯으로 알려진 고체 잔여물을 형성합니다. 이 과정에서 물이나 불응축 가스가 방출되기도 합니다.
- 해중합: 이 단계에서는 바이오매스의 폴리머, 특히 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 내의 화학 결합이 끊어집니다. 이 단계는 복잡한 유기 구조가 더 단순한 분자로 분해되기 시작하기 때문에 매우 중요합니다.
- 조각화: 해중합 후, 바이오매스는 더 작은 휘발성 화합물로 조각화됩니다. 이러한 화합물은 기체로 방출되거나 바이오 오일로 응축됩니다.
2차 메커니즘:
- 크래킹: 1차 메커니즘에서 생성된 휘발성 화합물 중 일부는 불안정하여 크래킹으로 알려진 추가 반응을 거칩니다. 이 과정은 큰 분자를 더 작고 안정적인 분자로 분해합니다.
- 재결합: 이 단계에서는 더 작은 분자가 재결합하여 더 복잡한 화합물을 형성할 수 있으며, 이는 2차 숯 또는 추가 가스의 형성에 기여할 수 있습니다.
- 이차 숯의 형성: 여기에는 다양한 화학 반응을 통해 1차 숯이 추가로 변형되어 특성과 안정성이 향상됩니다.
열분해의 전체 과정은 바이오매스를 건조하여 수분을 제거한 다음 산소가 없는 상태에서 일반적으로 300~900°C 사이의 온도로 가열하는 것으로 시작됩니다. 특정 온도와 가열 속도는 주요 생성물(바이오 숯, 바이오 오일 또는 가스)에 영향을 미칩니다. 열분해 후 생성물은 냉각되어 각각의 형태로 분리됩니다.
바이오매스 열분해의 효율성과 제품 분포는 온도, 체류 시간, 바이오매스 공급 원료의 물리적 및 화학적 특성과 같은 운영 조건에 따라 크게 영향을 받습니다. 이러한 요인에 따라 생산되는 바이오 오일, 숯, 가스의 수율과 품질이 결정됩니다.
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