가축분뇨, 하수슬러지 및 음폐수와 같은 유기성폐기물이 해양투기가 전면 금지되면서 육상처리 및 재활용처리가 관심이 되고 있다. 가축분뇨, 하수슬러지와 음폐수를 육상처리할 뿐만 아니라 신재생에너지를 생산할 수 있는 바이오가스화가 그 처리에 좋은 대안으로 부각되고 있다. 최근 가축분뇨 혐기소화시설에서 음폐수를 병합처리 하는 경향이 늘고 있다. 본 연구에서는 가축분뇨만 혐기소화하는 4개 시설과 가축분뇨 혐기소화시 음식물류폐기물을 병합처리하는 9개 시설을 대상으로 현장조사를 실시하였다. 현장조사의 목적은 병합처리 바이오가스화 시설의 설계 및 운전 기술지침서를 마련하기 위하여 기초자료를 수집하고 시설별 운전시 발생되고 있는 문제점들을 조사하여 개선방안을 마련하기 위한 것이다. 또한 계절별로 가축분뇨 바이오가스화 시설 3개와 병합처리시설 6개에 대하여 정밀모니터링을 실시하였다. 병합처리 바이오가스화는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 별도로 반입되어 각각의 전처리 및 이송설비를 거쳐서 혐기소화 전에 설치되어 있는 중간저장조에서 합쳐지게 된다. 중간저장조에서 혼합된 음식물류폐기물 및 가축분뇨는 두 유입물이 하나로 합쳐져 혐기소화 공정 이후의 공정들을 거쳐서 처리되게 된다. 따라서 본 연구에서는 병합처리 바이오가스화 시설에 대하여 중간저장조 이전 공정들까지는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 별도로 처리 공정을 거치므로 별도의 문제점들과 설계시 가이드라인을 제시하며, 중간저장조부터는 음식물류폐기물과 가축분뇨가 합쳐진 상태의 공통사항으로 문제점들과 가이드라인을 제시하고 있다.

Waste electrical and electronic equipment (WEEE) has been received much attention recently due to rapid changes in materials and shorter replacement of consumer products. Most of WEEEs are collected and recycled at the designated recycling centers in Korea, and final residues after recycling, sorting and shredding them to separate valuable and recyclable parts in series are left as forms of shredded plastic mixtures, which would be a problem to be resolved. By further plastics separation the polyurethane foams are mostly remained and becomes waste to be treated by appropriate methods. Gasification to produce syngas and incineration to recover energy for such polyurethane foam waste could be utilized instead landfill presently treated. In this study the experiment was conducted to evaluate such performance characteristics of thermal processes. Pelletized solid refuse fuel (SRF) was fabricated to feed into the test furnace even though it was light with low density. Thermogravimetric analysis, proximate analysis and higher heating value were made. During gasification and incineration, gas composition with gaseous pollutants were measured. Due to nitrogen content in polyurethane, nitrogen containing gaseous substances such as NH3 and HCN were observed with varying equivalent air ratios (ERs). The assessment of polyurethane waste foam to energy using incineration and gasification was made with finding out the optimal condition of air injection to emit less pollutants in both operations. Produced syngas could be utilized as energy fuels by lowering pollutants emission.

Nitrogen oxide (NOx) is one of air pollutants generated from the combustion of fuels, causing serious environmental problems. A novel externally oscillated staged combustion for RPF syngas was proposed in this work. The staged combustion could reduce NOx by the fuel-rich state combustion, while the external oscillation could achieve complete burn-out by stabilizing the flame. It also improved combustibility with an acceleration of the mass and heat momentum transfer. Parametric studies were achieved for the NOx reduction characteristics on the air staging and fuel staging in each case of with or without external oscillation. For the case of without oscillation, NOx reduction rate for the fuel staging had higher value as 75% than air staging as 67%. However, an application of external oscillation for both cases gives higher NOx reduction rate of 79%. The optimal condition for the oscillated fuel staging was that the air ratio in main burning zone, reburning zone and burnout zone were 1.1, 0.6 and 1.15, respectively, having 200 Hz of external oscillation.

연소기에서 연료 연소에 의해서 생성되는 것은 질소산화물의 대부분 NO와 NO2이며, 95%가 NO의 형태로 배출되고 이후 대기 중에 확산되어 공기 중의 산소와 결합하여 NO2가 된다. 질소산화물은 광화학 스모그의 원인으로 인체에 해를 끼칠 뿐 아니라 산성비의 원인이 되는 등 환경에 대한 심각한 문제를 야기하고 있기 때문에 실용 연소기에 대한 규제가 한층 강화되어 질소산화물 발생을 억제해야 하는 필요성이 점차 증대되고 있다. 최근에는 에너지 문제에 의해 폐기물 가스화에 의해 생성된 가스를 활용이 점차 증가하고 있으므로, 이에 대한 질소산화물의 저감 연구가 필요하다. 본 연구에서는 RPF 가스화 가스를 모사하여 연소시 발생되는 질소산화물을 저감시키기 위해 다단 연소와 음향가진 기술을 적용하였다. 이 때, 발생되는 질소산화물의 저감 특성을 파악하기 위하여 공기 다단 연소, 연료 다단 연소 그리고 외부가진을 주사하여 공기비 및 주파수 변화에 따른 변수별 연구를 수행하였다. Fig. 1은 공기 다단 연소를 적용하여 총공기비 변화에 따른 결과이다. 각각의 총공기비에 따른 주연소 영역의 공기비가 감소함에 따라 질소산화물 감소되는 경향을 보이며, 주연소총공기비 0.7에서 가장 낮은 값을 나타내었다. Fig. 2는 기존 조건에서 공기 다단 연소 및 외부가진을 적용하였을 때, 질소산화물과 중간생성물인 암모니아와 시안화수소를 나타낸 결과이다. 주연소 영역 공기비 0.7, 완전연소 영역 공기비 1.1, 체류시간 1.265 s 일 때 질소산화물 421 ppm으로 다단 연소 미적용한 경우에 비해 67% 저감되었다. 외부가진 적용시 400 Hz에서 273 ppm으로 다단 연소 및 외부가진 미적용하였을 때에 비해 79% 저감되었다.

Recently, the energy supply uses mostly fossil fuels such as coal, petroleum, natural gas etc... however, they are limited and they present an issue for the environment. Biomass derived energy is considered promising for reducing the emissions of CO2, the significant contributor to global warming. Also it can be converted to various forms of energy through thermochemical conversion processes. In this study, a screw gasifier has been engineered for wood biomass gasification. Waste wood chip was used as biomass and the producer gas, tar; char were then achieved by gasification in the presence of CO2. The results showed that with the increase of the gasification temperature, the producer gas increased and the tar decreased. Also, due to thermal cracking, the light tar increased by the decomposition of the gravimetric tar. And a development of char pore structure was confirmed by SEM. The gasification of biomass in the presence of CO2 at 800oC produced an increase in the concentration of carbon monoxide according to the Boudoudard reaction and an increase in the char pore surface as well as its adsorption capacity. Thus the biomass gasification in the presence of CO2 was confirmed to be effective for the production of CO and the development of char.

폐기물을 사용한 가스화용융 공정에서 발생되는 폐수와 슬랙은 폐기물의 특성상 납, 비소, 카드뮴, 수은, 구리, 크롬 등 다양한 종류의 중금속을 함유하고 있어 오염문제를 야기할 수 있다. 따라서 이러한 중금속들을 제어할 수 있는 정제 과정과 슬랙에서 배출되는 용출수의 중금속 분석이 필요하다. 본 연구에서는 Pilot 규모의 폐기물 가스화 공정에서 사용한 폐기물, 운전 시 사용한 폐수, 폐수를 여과 처리한 처리수, 생성된 슬랙 및 슬랙에서 나온 용출수의 중금속 함량을 비교함으로써 가스화 및 오염물질 정제 과정에서 관찰되는 중금속 물질의 거동을 확인하였다. 폐기물은 울산지역의 사업장폐기물과 용인지역의 사업장 폐기물 그리고 자동차파쇄잔재물(ASR)을 사용하였다. 폐기물 가스화 공정 중에 발생하는 바닥재는 용융되어 슬랙의 형태로 배출된다. 그리고 폐기물 가스화 공정 내 오염물질 정제 과정은 입자상물질 제거장치, 중화세정탑, 탈황세정탑 및 미세입자상물질 제거장치 순으로 진행된다. 각 시료의 중금속 함량 분석 결과 여과 처리를 거친 처리수의 경우 중금속 함량이 대부분 검출되지 않았으며, 구리 1.76mg/L, 니켈 0.46mg/L, 바륨 0.56mg/L로 환경부 배출 허용기준치에 미치지 못하는 극소량이 분석되었다. 또한 슬랙 내부에 대부분의 중금속이 포획되어 슬랙 용출수에서는 대부분 검출되지 않았으며 일부 중금속의 경우 0.1mg/kg 미만으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 Pilot 규모의 폐기물 가스화 공정을 거친 폐기물은 생명체에 치명적인 중금속 오염 문제를 야기하지 않음을 보여준다.

바이오매스 및 폐기물로부터의 합성가스 생산 기술 개발은 효율적인 에너지 생산 및 처리방법으로 각광받아오고 있다. 특히, 가스화 반응으로부터 생산되는 타르는 가스화 효율을 낮추고, 배관폐쇄에 따른 가스화 시스템의 연속운전 저해 요소로 작용하고 있다. 효율적인 합성가스 내 타르 저감 방안으로, 촉매를 활용한 수증기 개질 연구가 이루어져 오고 있다. 주로 수증기 개질 반응용으로 사용되는 Ni 계열의 상용 촉매는 높은 가격 및 낮은 열적안정성으로 인해 중금속 계열의 Fe 활용 연구에 관한 연구 결과가 보고되고 있다. 특히, 제련공정으로부터 생산되는 제강슬래그와 염색 산업단지에서 발생되는 염색슬러지의 주성분은 Fe로, 상용 촉매 대체 적용가능 여부를 판단하기 위해 타르 스팀 개질 특성을 확인할 필요가 있다. 본 연구에서는 제강슬래그의 비표면적 향상을 위해 고온 알칼리 처리를 하였으며, 염색슬러지의 활용을 위해 고온 소성 처리를 수행하였다. 전처리를 거친 각각의 시료는 타르의 대표 성분인 벤젠을 이용하여 다양한 반응온도 조건에서 촉매 성능 평가를 수행하였으며, 대조군으로 촉매가 없는 조건과 Fe계열의 상용촉매 상에서 수행을 하였다. 최대 활성을 나타내는 900℃에서 제강슬래그의 경우 상용촉매에 비해 약 15% 높은 촉매 활성을 나타내었으며, 염색슬러지의 경우 상용촉매와 동일한 활성을 나타내었다. 이를 통해, 상용 촉매를 대체 할 수 있는 폐자원을 활용한 타르 개질 공정에 적용함으로써 운전비용 절감과 자원재활용에 크게 기여할 것이라고 사료된다.

일반적으로 가스화는 고온에서 산소/공기 등을 이용하여 합성가스를 얻는다. 가스화로 후단에 위치한 정제공정에 의해 불순물이 제거된 합성가스는 메탄올의 합성 원료로 쓰이거나 터빈과 같은 발전시스템에 직접 이용되며, 더 나아가서는 연료전지에 이르기까지 다양한 범위에서 이용된다. 이러한 폐기물 가스화 기술은 폐기물을 에너지 자원으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 매립지의 부족으로 인한 폐기물처리 방법에 대한 대응책이될 수 있다. 가스화 공정에서 발생하는 미립자 상태의 불순물 특히, 분진은 각 단위 공정 설비 내부에 파울링 현상을 발생시키기 때문에 여러 단계의 정제 공정을 통해 분진을 제거해야 한다. 따라서 분진의 제거 효율을 높이기 위해서는 벤츄리 스크러버, 중화세정탑, 탈황세정탑 그리고 습식전기집진기를 이용하여 분진을 제거하는 방법이 있다. 본 연구에서는 사업장폐기물과 ASR폐기물을 각각 원료로 하여 5단계의 정제설비 후단에서 분진의 거동을 판단하였다. pilot급 가스화로 후단에서 발생하는 분진의 평균 농도는 7,708 mg/m3, 34,038 mg/m3 으로 ASR 폐기물이 사업장폐기물에 비해 4배 이상의 분진이 배출되었다. 하지만 습식전기집진기를 통과한 두 폐기물의 합성가스 모두 분진이 검출되지 않아 제거 효율이 100.0%에 가까운 것으로 분석되었다. 따라서 폐기물을 이용한 순산소 가스화 공정에서 발생하는 분진은 이와 같은 정제 설비를 통해 효율적으로 제거가 가능한 것으로 판단된다.

석탄가스화 복합발전(IGCC)은 석탄을 고온 고압의 조건에서 산화제(산소 또는 공기) 또는 수증기와 반응시켜 합성가스(CO + H2)로 전환시키는 공정과 유해가스 정제공정 그리고 전력을 생산하는 발전 공정 등의 싸이클이 결합된 복합 시스템이다. 이러한 IGCC 발전방식에 의한 효율향상은 기존의 미분탄 발전방식에 비해 CO2 와 SOx와 NOx 발생을 현실적으로 저감시킬 수 있는 방법이며 기타 바이오매스나 폐기물 연료에도 적용이 가능한 기술로서 이에 대한 일련의 연구가 지속적으로 수행되어오고 있다. 분류층 가스화기는 고정층 가스화기와 같이 뚜렷하지는 않지만 일반적으로 열분해와 휘발화 물질 연소영역, 가스화와 연소가 동시에 발생하는 영역 그리고 순수한 가스화 영역 등 3개의 특성을 가진 영역으로 구분된다. 이렇게 다른 영역에서 석탄 입자나 검댕이 그리고 수증기를 포함하는 가스화기내의 온도분포는 당연히 다양한 입자 구성 매질특성 때문에 복사열전달에 큰 영향을 받는다. 이러한 복사 열전달의 효과는 본격적으로 온도가 상승하지 않은 미연지역보다는 온도가 높으며 검댕이(soot)와 CO2나 H2O와 같이 복사에 관여하는 물질이 많은 화염대 후류 영역에서 복사열전달이 더욱 중요한 인자가 되는 것으로 나타나고 있다. 본 연구에서는 습식 석탄가스화 장치에서 석탄입자의 크기분포에 따른 내부 열유동 분포 변화와 가스화 효율에 미치는 영향에 대한 상관관계를 살펴보았다. 석탄 가스화를 위한 수치해석은 가스와 입자의 2상 반응유동에 대한 많은 물리적인 모델들을 포함하고 있으며 모델검증에 필요한 석탄의 반응성과 실제 가스화기의 운전결과와 같은 방대한 실험적인 자료를 필요로 한다. 본 연구에서는 1.0ton/day 용량의 가스화기를 대상으로 석탄의 입도분포에 따른 전산해석을 수행하였다. 계산결과는 물리적으로 의미 있는 결과를 나타내었으며 특히 평균입도보다 큰 입자의 존재는 그 질량 분율이 크게 많지 않은 경우에도 가스화의 성능에 매우 큰 영향을 미치는 것으로 나타나고 있다.

폐기물들을 통해 자원화 및 재생 가능한 원료를 활용하여 원료비용 및 처리에 따른 비용절감을 통해 폐기물 축적에 대한 환경영향을 줄이기 위한 방안을 모색할 필요가 있다. 그러나 현재 바이오매스 및 폐기물 각각의 원료에 대한 가스화 연구는 많이 수행되고 있으나 혼합원료에 대한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 바이오매스와 폐플라스틱을 혼합한 신연료(라디에타 소나무, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌)를 이용한 촉매･혼합가스화를 통해 에너지원으로 활용하는 데 기초자료를 제공하고자 한다. 바이오매스와 폐플라스틱의 촉매･혼합가스화 특성을 살펴보기 위해 배치반응기를 이용하여 실험을 수행하였다. 반응온도는 700~900℃, 공기비는 0.2, 바이오매스에 대한 플라스틱의 혼합비는 20%, 40%로 하였고, 활성탄, 돌로마이트, 올리빈 촉매를 이용하여 최적의 반응조건을 도출하였다. 실험결과 바이오매스와 폐 폴리프로필렌 혼합시료는 반응온도가 증가할수록 Boudouard reaction, Water gas reaction 등의 영향으로 H2, CO, CH4 등의 조성비가 증가하여 가스의 발열량이 증가하였다. 촉매를 이용한 가스화반응에서는 돌로마이트를 사용할 경우 H2 생성율(34.03~35.58%)이 가장 높았고, 그 외 CO 26.70~27.52%, C2H2 0.29~0.34% C2H4 7.85~11.56%가 생성되었다. 활성탄 역시 H2생성에 영향을 주었으나 다양한 크기의 세공들을 이용하여 흡착을 통한 촉매역할을 하는 활성탄보다 돌로마이트의 CaO, MgO가 Carbon formation reaction을 활발하게 진행시켜 고분자 물질들이 촉매분해를 통해 H2생성이 활발하게 진행된 것으로 사료된다. 올리빈의 경우 돌로마이트나 활성탄에 비해 크게 합성가스 조성의 긍정적인 역할을 하지 못하였다.

사업장에서 배출되는 폐기물은 음식물이 거의 없으며 액상의 경우 오니 또는 유기용제로 분류되어 지정폐기물로 따로 처리되고 있어 함수율이 비교적 낮다. 이러한 이유로 파쇄나 선별과 같은 비교적 간단한 전처리를 통해 효율적으로 재자원화가 가능하다. 이렇게 가공된 폐자원은 각종 산업설비의 보조연료로써 사용되기도 하며 기술적 선진국인 유럽과 일본에서는 전용 보일러가 도입된 발전시설의 연료로 사용될 수 있다. 최근에는 화석연료의 가격상승과 맞물려 화학원료의 생산단가 상승으로 이어지고 있으며 원가절감을 위한 화석연료의 대체에 폐자원의 활용이 효과적일 것으로 전망된다. 본 연구는 폐자동차를 재활용하고 남은 잔재물(ASR, Automobile Shredder Residue)과 폐기물 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)를 제조하는 과정에서 발생되는 부산물을 가스화용융 시스템에 적용하였다. 폐기물의 종류와 투입 속도, 산화제 및 보조연료의 공급 조건의 변화에 따라 합성가스의 생산에 미치는 영향에 대해 고찰하였으며 사용된 폐기물의 발열량은 약 4,000 ~ 6,500 kcal/kg이었으며 가스화용융로의 반응 온도는 약 1,200 ~ 1,500℃의 범위에서 운전되었다.

바이오매스의 가스화 기술은 바이오매스를 합성가스로 변환하여 보일러, 엔진, 가스터빈 등에 직접적으로 활용하거나 화학적 변환을 통해 연료를 생산하는 등 에너지 밀도를 높이고 수송, 저장을 용이하게 할 수 있는 기술이다. 가스화 공정에서 바이오매스는 열분해 과정을 거치며 타르(다양한 종류의 탄화수소)와 가스가 생성된다. 이때, 타르는 약 350℃ 내외에서 응축되기 시작하며, 가스화기 등 각종 설비의 후단에 배관 막힘, 부식, 열전달 저하, 촉매 반응성 저하 등의 문제를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가스화기 내부에서 일차적으로 타르를 저감하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 저속 열분해를 통해 생성된 타르의 특성에 대해 파악하였으며, 반응기 내부에서 가스의 체류시간 및 반응에 사용되는 촤(char)의 유/무 및 종류에 따른 타르의 분해 특성에 대해 분석하였다. 실험에 사용된 바이오매스 샘플은 전나무이며, 입자 크기는 1 cm³ 이고, 수분함량은 7.8%, 회분 함량 0.6%, 휘발분/고정탄소 비는 4.65으로 나타났다. 타르의 분해를 위해 사용된 촤는 미세 표면적, 기공분포, 밀도가 서로 다른 3 종류의 바이오매스(Paddy straw, PKS, 전나무)를 대상으로 열분해(800℃)를 통해 생산하였으며, 입자 크기를 0.5-1 mm 크기로 분류하여 실험하였다. 본 연구에서는 저속 열분해와 타르 분해 실험(열적 분해/촤 촉매반응)으로 나누어 실험을 진행하였다. 두 실험에 사용되는 반응기는 서로 직렬로 연결되어 있어 저속 열분해에서 생성된 열분해 증기(타르, 가스)가 타르 분해 반응기를 통과한다. 열분해는 고정층 반응기를 사용하여 최종 온도 500℃까지 약 10℃/min으로 승온 하였으며, 퍼지 가스는 질소(1.5 l/min)를 사용하였다. 타르 분해 반응기의 온도는 800℃로 유지하였고, 열분해 증기의 체류시간을 1, 3, 5초로 나누었고, 3종류의 촤를 사용해 타르의 전환 특성을 파악하였다. 저속 열분해의 생성물 수율은 촤 26.0%, 가스 22.8%, 수분/타르 51.2%로 나타났다. 열적 분해만 일어나는 경우 체류시간이 1-5 초로 증가할수록 수분/타르의 수율은 36.2-32.7%로 감소하였다. 반면, 고온 분위기에서 타르가 분해되어 가스로 변환되면서 가스의 수율은 38.0-42.1%로 증가하였다. 열적 분해에 비해 촤 촉매반응의 경우 수분/타르의 수율은 체류시간 1초에서 25.7-32.3%, 3초에서 17.8-23.4%, 5초에서 18.2-21.3%로 감소하였다. 3종류의 촤를 체류시간 3초에 대해 비교하면 수분/타르의 수율은 샘플별로 Paddy straw 23.4%, PKS 17.8%, 전나무 21.2%로 나타났다. 촤 촉매반응의 경우 고온에서 촤와 수분이 반응하여 CO, H2로 변환(C(s)+H2O⟶CO+H2)되어 수분/타르의 수율이 낮게 나타났다. 또한, 반응기 상단의 촤 입자 표면에 분자량이 큰 타르가 흡착되는 것으로 나타났다. 촤 종류에 따라 수분/타르의 수율의 차이는 각각 촤의 특성(미세표면적, 기공분포)에 따라 다양하게 나타났다. 결론적으로, 타르는 고온의 분위기에서 일차적으로 분해되며, 체류시작이 길고 촤를 사용할 때 농도가 낮아지며 타르의 저감 특성도 촤에 따라 변화하는 것을 확인하였다. 이 결과는 고정층 가스화기의 타르 저감을 위한 설계 개선에 활용될 수 있다.

석유, 석탄, 원자력, 천연가스 등 화석 연료의 고갈문제가 대두됨에 따라, 전 세계적으로 신･재생에너지에 대한 인식이 점차 증대되고 있으며, 이에 다양한 연구가 개발되고 있다. 신재생에너지 공급 비중은 2012년 기준으로 폐기물(67.77%), 바이오매스(15.08%), 수력(9.21%), 태양광(2.68%), 풍력(2.18%), 해양(1.11%), 연료전지(0.93%), 지열(0.74%), 태양열(0.30%)의 분포를 나타내고 있으며, 특히 이들 중 폐기물과 바이오매스가 80 %이상을 차지하고 있다. 한편, 국내의 경우, 폐기물은 가연분 함량이 높아 SRF (Solid Refuse Fuel)로 재생산하여 보조연료로 활용하고 있으며, 이미 기존 폐기물 소각로로부터 열을 회수하여 지역난방 또는 발전을 도모하는 용도로도 활용되어왔다. 그러나 앞선 통계에서 나타낸 바와 같이, 바이오매스는 국내에서 수급하는데 제한적이므로 신･재생에너지원으로 활용하기엔 공급량이 충분하지 못한 실정이다. 이에 본 연구에서는 팜 오일 산업이 활성화 되어 있는 말레이시아, 인도네시아와 같은 동남아시아 국가를 중심으로 배출되는 해당산업의 부산물을 바이오매스로써 활용하여 부족한 공급량을 충족하고자 EFB (Empty Fruit Bunch)를 이용하였다. 이에 대한 선행연구로부터 열화학반응공정에서의 효율 증가를 위해서는 EFB에 다량함유되어 있는 회분을 제거하여 균질하게 만들어 주는 공정과 바이오매스 가스화 공정에서는 원활한 연속운전을 위해 ‘Agglomeration’ 에 대한 적절한 제어가 필요하다는 것을 확인하였다. 이는 바이오매스 내 알칼리금속이 원인이 되는 것으로 알려져 있어, 이를 위해 본 연구에서는 EFB를 일반 수돗물과 질산용액을 이용하여 세척하여 총 3가지(raw EFB, washed EFB by tap water, washed EFB by nitric acid solution)로 나누어 공업분석과 ICP분석을 수행하였고, 이에 따라 회분 및 알칼리금속 제거 효과를 확인하였다. 이 후, 선행 연구를 통해 도출된 EFB의 가스화 최적조건에 적용하여, 랩 규모(1 kg/hr)의 기포유동층 반응기에서 가스화실험을 수행하였다. 이로부터 합성가스 수율변화, dry gas yield, 냉가스효율 등 가스화 특성변화를 평가하였고, 바닥재를 회수하여 최종적으로 ‘Agglomeration’ 의 저감효과를 정량화하였다.

In order to ensure the high carbon conversion in a short residence time in a coal slurry entrained gasifier, the objectiveof this study lies in to investigate the effect of important variables to influence on the complex reacting flow and therebyto clarify the physical feature occurring inside the gasifier using a comprehensive gasifier computer program. To this end,the gasification process of a 1.0ton/day gasifier is numerically modeled using the code of Fluent and systematicallyinvestigated with the change of major design and operation parameters. Special emphasis is given on the effect of theparticle size distribution on the gasification process, since it is associated with various length and time scales via multi-phase and with complex reacting flows. Three different particle sizes are tested for a given coal mass flow rate, the firstis 70µm mean diameter with Rosin-Rammler distribution based on the actual measurement. But in the other two casestwo uniform mean particle diameters are employed, that is, very fine 1µm and 70µm with mean diameter itself. Thecalculation results of these three cases show quite different flow pattern, temperature and reacting flows probably causedby the different particle trajectory as well as reaction rate. However, the results obtained can be explained in a consistentmanner with particle size. Especially, it is noted that the presence of coal particle, the diameter of which is larger thanthat of mean diameter of Rosin-Rammler distribution, shows a significantly retarded gasification reaction in a gasifier,even if its mass fraction is less than 50%.

In this study the production of methane gas and the removal efficiency of nutrients in the anaerobic co-digestion facilitieswith food waste/food waste leachate (FWL), animal manure and food waste leachate (A-MIX), and sewage sludge andfood waste leachate (S-MIX) were investigated. The average amount of the theoretical methane production was 578.4CH4·L/kg·VSin from the anaerobic digestion facilities with FWL, 606.0CH4·L/kg·VSin from those with A-MIX and 570.0CH4·L/kg·VSin from those with S-MIX, respectively. The amount of the practical methane production was 350.7CH4·L/kg·VSin from the anaerobic digestion facilities with FWL, 379.5CH4·L/kg·VSin from those with A-MIX and 348.8CH4·L/kg·VSin from those with S-MIX, respectively. The nutrient compositions of FWL were 3.2g/100g for carbohydrates, 1.8g/100g for proteins and 1.9g/100g for lipids. The nutrient compositions of A-MIX were 0.4g/100g for carbohydrates,2.55g/100g for proteins 0.4g/100g and 0.7g/100g for lipids, respectively. The nutrient compositions of S-MIX were0.4g/100g for carbohydrates, 2.4g/100g for proteins 1.6g/100g and 0.4g/100g for lipids, respectively. The removalratio of carbohydrate was very high over 75% in all facilities and that of lipid was very low below 25%.

The present research examined the technological trends in optimizing the gasification of waste. Generally, when the percentage of impurities in waste is high, the energy density is low. High-temperature and high-pressure steam is difficult to obtain during energy recovery in incineration. Therefore, the energy recovery rate is low. However, if reaction conditions were optimized in gasification technology, it would be possible to produce synthetic gas with a high percentage of CO and H2. With regard to synthetic gas, there are many different types of energy recovery (steam turbines, gas turbines, gas engines) other than incineration, and it is possible to improve the recovery ratio through gas cleaning. Technologies that have the potential to optimize gasification in each phase were studied. With regard to domestic industry, optimization technology should be applied when planning and operating waste gasification.

In this study, the waste gasification gas was co-fired with LNG and water electrolysis gas (or stoichiometrically well-mixed hydrogen oxygen gas) in order to see the change of flame characteristics compared to the standard case of wellknown LNG flame. In detail, a numerical study was made to figure out the fundamental combustion characteristics ofthe waste produced gas blended LNG or hydrogen-oxygen mixture gas flame in an existing industrial LNG combustor.As a preliminary study, the mixture of 70% synthetic gas blended with 30% LNG or hydrogen-oxygen mixture gas wascompared with pure LNG fuel with maintaining the same total input of heating value. Especially, the reason to includethe hydrogen-oxygen mixture gas, that is, the mixture of H2 and 1/2 O2, as a fuel is following:the hydrogen-oxygenmixture gas has a rather high heating value since it does not need air as oxidizer, which consists of 79% N2 as inertmaterial. The result shows that the case of mixture fuel with LNG exhibits more broadening flame shape than the 100%LNG flame. Further, it is observed that there is a phenomenon like a disappearance of CTRZ (Central ToroidalRecirculation Zone) and flame extinction showing partial lift-off of flame around strong swirl flow near burner. This kindof observation appeared in the case of blended fuel mixture is considered probably due to the increased effect of velocityand turbulence stress caused by the mass increase by the addition of low calorific fuel. However, the case of mixturefuel with hydrogen-oxygen mixture gas and water vapor does not show any flame instability phenomenon due to increasedflow rate as in LNG case.

This research performed physico-chemical analysis of MSW(municipal solid waste) for design and operation ofgasification generation system. The MSW sample was analyzed by proximate, ultimate, heat value method and sampledeach residential type classified apartment, house, urban and rural in by seasonal generation According to statistics of 2010MSW generation in Korea, On average, Namwon generated about 101.4 ton of trash and recycled almost 57.5 ton ofthis material per day, equivalent to a 56.7 percent recycling rate. It was recycled 0.73 kilograms out of individual wastegeneration of 1.29 kilograms per person per day. In 2011, On average, Namwon generated about 46.7 ton without recycledmaterial per day, and individual generation was 0.60 kilograms. It was virtually identical with statistics data in 2010. Inthe physico-chemical analysis results, it was composed of 84.1 percent of combustible and 15.9 percent of Non-combustible. On average, heat value was 2,529kcal per kilogram in condition of LHV and wet. The MSW sample wasincluded 32.0 percent of moisture, 21.9 percent of ash, 26.8 percent of carbon, 14.4 percent of oxygen, 3.7 percent ofhydrogen and 1.3 percent of others. Estimate of technical potential energy of MSW was 1,278 toe per year, equivalentto a 33.3 percent of total potential energy.

There have been a lot of efforts to increase recycling rate by more utilization of end of life vehicles (ELVs) in Korea.The target of recycling rate was set to 85% until 2014 and 95% after 2015 with including up to 10% of energy recovery,according to the law of “regulation about resource recycling of electrical and electronic products and automobiles”.Therefore, to achieve 95% of recycling rate by the year of 2015, the automobile and recycling industries should developan innovative technology to treat automobile shredder residues (ASRs) by efficient means of reduction or conversion toenergy, which were generated as final left-over after recovering all the valuables from ELVs. As one of the options toconvert to energy forms, the gasification of them was proposed. In this study the gasification experiment was performedusing ASRs at fixed-bed reactor with a capacity of 1kg/hr, at different temperatures of 800, 1,000 and 1,200oC, and atequivalence air ratios ranging from 0.1 to 0.5. The syngas (H2+CO) yield from ASR gasification experiment was obtainedup to 86% in maximum and about 40% in minimum in the experimental conditions given. There was a trend that theamount of syngas increased with elevated temperatures and the calorific value also showed similar trend with syngasproduction.

가스화로에서 생산되는 합성가스를 이용한 메탄올 생산 공정은 고부가가치 연료화 기술로서 각광 받고 있다. 특히, 메탄올 생산에 적합한 H₂/CO비를 안정적으로 제공하기 위한 water gas shift(WGS) 반응은 합성가스내의 CO와 외부에서 공급된 증기와의 반응으로 인해 H₂와 CO₂의 농도가 증가하게 된다. 따라서 본 연구에서는 고발열량 폐기물 가스화를 통해 얻어진 합성가스를 WGS 반응을 통해 H₂/CO조성 제어를 함으로써 메탄올 전환 공정에 적용 가능한 운전조건을 도출해보았다. 본 연구에 사용된 WGS 촉매는 Fe₂O₃-Cr₂O₃을 구성성분으로 하고 있는 상용 촉매를 사용하였으며, 15 Nm3/h급 WGS 반응 장치를 이용하여 가스화로부터 발생된 합성가스를 활용한 WGS 반응 실험을 수행 하였다. 사용한 WGS 상용촉매는 H₂-TPR를 이용하여 400℃에서 환원에 의한 H₂흡수를 통해 환원 온도를 설정할 수 있었다. 본 실험 장치로부터 수행하여 얻어진 각 온도에 따른 CO 전환율은 대체로 실험실 규모 장치에서 수행한 WGS 반응 결과와 유사함을 알 수 있었다. 발열반응을 수반하는 WGS 반응 특성으로 인하여 안정적인 운용 및 최대 활성을 얻기 위한 반응 온도영역이 400~450℃임을 알 수 있었다. 최종적으로, 메탄올 전환 공정 조건인 H₂/CO조성이 2.0을 충족시키는 바이패스 비율은 0.23임을 도출 할 수 있었다.