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장은석 ( Eun-suk Jang ),김대기 ( Daegi Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.5
In this study, livestock manure was converted into fuel using hydrothermal carbonization, and the chemical composition of the resulting fuel was investigated. The results revealed that the hydrogen and oxygen content of the resulting fuel decreased, whereas the carbon content increased. In addition, there was a reduction in nitrogen content, which could be attributed to the gradual reduction in potential NOx emission, and the decomposition of organic nitrogen under thermal reaction conditions to liquid and gas. Furthermore, the hydrothermal carbonization removed some of the volatile matter in the manure and increased the proportion of fixed carbon content; thus, resulting in an increase in fuel ratio from 0.32 to 0.68 with an increase in the reaction temperature. These results indicated that the calorific value increased after hydrothermal carbonization. However, at hydrothermal carbonization temperatures above 250℃, the formed products exhibited a high ash content of 36.07- 41.54%, which had no effect on the increase in the calorific value. The storage and stability of the biomass fuel was investigated using a moisture reabsorption experiment. There was a sharp decrease in the moisture reabsorption value of the fuel, and only 75% of the raw reabsorption value was retained. This could be attributed to the removal of hydrophilic groups, such as OH (hydroxyl group) and C=O (carboxyl group), from the manure by the hydrothermal carbonization process.
다단 사이클론형 집진기에서의 분쇄 의료 폐기물 입자 거동 및 집진 효율에 관한 수치 해석적 연구
장은석(Eun Suk Jang),정대웅(Daewoong Jung) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
최근 급격한 도시화 및 산업화로 인해 국내 폐기물 발생량이 해마다 증가하고 있으며, 이에 따른 다양한 처리 방법 이 존재한다. 의료 폐기물은 감염성 물질을 포함하고 있기 때문에 2차 감염을 방지하기 위하여 가온 처리 및 멸균, 파쇄공정이 이루어져야 한다. 가온 및 멸균 공정의 경우 소각 처리에 비해 비교적 공기 오염 이 적고 악취를 최소화하지만, 파쇄 과정 에서 미세 입자들이 생성되기 때문에 입자를 포집하여 안정적으로 처리하는 기술이 요구된다. 다양한 처리 방법 중 원심력을 이용한 사이 클론형 집진기는 간단한 구조와 관리의 편의성, 유지비 등 경제적으로 입자를 포집할 수 있다. 하지 만 내부 비선형적인 유동 특성으로 인해 세부적인 입자 거동 및 유동 분석이 필요하다. 본 연구에서는 5가지 종류의 의료 폐기물을 대상으로 멸균 처리 후 분쇄한 입자를 채취하여 사이 클론형 집진기를 설계하였으며 , 상용 CFD 인 프로그램 인 Fluent를 이용하여 2단 사이클론형 집진기 내부 유동 해석을 수행하였다.
장은석 ( Eun-suk Jang ),송은혜 ( Eunhye Song ),윤종혁 ( Jonghyuk Yoon ),김영민 ( Young-min Kim ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.4
본 연구에서는, 축분 고형연료의 연료적 가치를 판단하기 위해 물리화학적 특성과 열분해 동역학 분석을 수행하였다. 원소분석과 공업분석결과는 축분 고형연료는 휘발성 물질(64.94%), 탄소(44.35%) 및 수소(5.54%)의 함량이 높았다. 축분 고형연료의 저위발열량(3,880 kcal/kg) 또한 가축분뇨 고형 연료 기준(3,000 kcal/kg)보다 높았다. 열중량분석결과 축분연료는 3개의 분해온도구간을 가졌다. 첫 번째 온도구간(130~330 ℃)은 추출물의 기화, 헤미셀룰로우스 및 셀룰로우스의 분해로 구성되었다. 두 번째(330~480 ℃)와 세 번째(550~800 ℃) 온도 구간들은 리그닌의 분해와 carbonaceous materials 분해에 의한 것이었다. Friedman, FWO, KAS 같은 model free 분석방법에 의해 구해진 축분 고형연료의 열분해에 대한 활성화 에너지 값은 전환율 0.1에서 0.9 범위에서 173.98에서 525.79 kJ/mol로 나타났다. 특히, 전환율이 0.6보다 높은 구간에서 활성화에너지가 크게 증가하였다. Curve fitting 방법을 사용한 동역한 분석은 축분 고형연료가 5단계의 분해 단계로 구분될 수 있는 다단계 반응에 의해 분해됨을 제안하였다. In this study, the physico-chemical properties and pyrolysis kinetics of livestock mature solid fuel were investigated to know its feasibility as a fuel. Ultimate and proximate analysis results showed that livestock mature solid fuel has high contents of volatile matter (64.94%), carbon (44.35%), and hydrogen (5.54%). The low heating value of livestock mature solid fuel (3880 kcal/kg) was also higher than the standard requirement of solid fuel (3000 kcal/kg). Thermogravimetic analysis results indicated that livestock mature solid fuel has three decomposition temperature regions. The first temperature zone (130~330 ℃) was consisted with the vaporization of extracts and the decomposition of hemicellulose and cellulose. The second (330~480 ℃) and third (550~800 ℃) temperature regions were derived from the decomposition of lignin and additional decomposition of carbonaceous materials, respectively. The activation energy derived from model free kinetic analysis results including Friedman, Flynn-Wall-Ozawa (FWO), and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) methods for the pyrolysis of livestock mature solid fuel was in the range of 173.98 to 525.79 kJ/mol with a conversion rate of 0.1 to 0.9. In particular, the activation energy increased largely at the higher conversion than 0.6. The kinetic analysis using a curve-fitting method suggested that livestock mature solid fuel was decomposed via a multi-step reaction which can be divided into five decomposition steps.