In this study, to cope with the renewable portfolio standard system, a thermochemical process was applied to coffee residues. After the basic thermal characteristics analysis, it was judged that the gasification process could be applied because the volatile matter in coffee residues was high. The temperature and equivalent air ratio were set by using the data and the gasification characteristics with varying equivalent ratios were evaluated. Also, the experiments were conducted in a downdraft fixed bed reactor which was easy to operate and generates less tar. The best experimental results at equivalent ratio of 0.3 were obtained with syngas composition, lower heating value of product gas, gas yield, and tar yield of 16.94%, 1,410 kcal/Nm3, 2.04 Nm3/kg and 33.33 mg/L respectively. Also, cold gas efficiency and carbon conversion rate as the most important indicators of gasifier performance were 63.83% and 88.59% respectively. Comparing the gasification characteristics with sawdust in the same reactor, the value of coffee residue was higher in the cold gas efficiency but the amount of tar was higher. However, we could apply the gasification technology to coffee residues if we carried out studies to improve the gasification efficiency and to reduce the amount of tar. Furthermore, we take into consideration the fact that the supply of coffee residues was insufficient to use as a single feedstock and the consequent necessity to study the means of using it with other available fuel materials.

The aim of this project was to explore the potential of the torrefaction treatment for upgrading sewage sludge into valuable product. An ancillary investigation on the cold fluidization and the behavior of sewage sludge was analyzed. The effects of the main torrefaction variables, temperature and residence time, on the performance parameters such as fixed carbon, calorific value; molar ratios, ultimate and proximate analysis, chemical exergy etc. were investigated for torrefied sewage sludge. Results for both the reactors showed that the thermochemical transformations that sewage sludge underwent, as a results of the release of volatile matter due to thermal decomposition of its organic constituents, resulted in significant improvement of their chemical and physical properties. Results obtained from this study showed that despite the leverage that fluidized bed offers (heat and mass transfer) fixed bed configuration was more pronounced for torrefaction of sewage sludge. However, a decisive conclusion cannot be made at this stage as more detail study would be required to draw a definitive conclusion over the preference of reactor for torrefaction.

전 세계적으로 자원의 고갈과 온실가스로 인한 기후변화가 지구의 환경을 위협하는 요인으로 작용하고 있다. 이에 국내에서는 폐기물의 재활용을 촉진하고, 더 높은 부가가치를 부여하기 위한 기술･정책적 노력들이 이루어지고 있다. 그 중 하나로 생활폐기물을 기계적 선별공정과 생물학적 처리 공정이 결합된 MBT(Mechanical Biological Treatment) 시설이 도입되었다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 SRF(Solid Refuse Fuel)로 생산할 경우 에너지 자원의 대체제로 사용 가능성이 크다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 국내에서 생산되는 SRF에 대하여 기초특성분석을 실시하고 효율적인 열에너지 회수를 위해 연소실험을 진행하였다. 시료의 기초특성분석결과, 수분, 회분함량이 낮고 탄소성분과 발열량이 높게 나타났다. 연소 특성 및 오염 물질의 발생 특성을 파악하기 위하여 고정층 반응기에서 공기비 1.8~2.6 범위에서 실험을 진행하였다. 뿐만 아니라 각 공기비에서의 배가스 성분을 연소가스측정기(MK9000)를 이용해 그 특성을 알아보았으며 가스상 오염물질 배출특성을 알아보기 위하여 오염물질인 HCN, HCl 에 대해 분석을 실시하였다. 배가스 특성에서 CO의 농도가 거의 0%로 나타난 것으로 보아 완전연소가 잘 일어나고 있음을 판단 할 수 있었다. 또한 배출된 가스상 오염물질의 경우 배출 허용기준(HCl 15ppm, HCN 5ppm)을 모두 만족하는 것으로 나타났지만 NOx의 경우, 배출 허용 기준(80ppm)에 비해 약간 높은 값을 보였다. 모든 조건을 고려하였을 때 연소 반응이 활발히 일어나는 것을 알 수 있었지만 SRF를 연소공정에 적용시 추가적인 NOx 제어 시설이 필수적으로 설치되어야 할 것으로 판단된다.

범지구적인 산업활동으로 인하여 발생된 지구온난화에 대처하기 위하여, 기후변화협약 당사국총회에서는 신 기후변화체제 합의문인 파리 협정을 채택하였다. 이를 위해 대부분 국가가 다양한 에너지 정책을 펼치고 있으며, 우리나라는 2035년까지 신재생에너지 보급률 11 % 달성을 위하여 제4차 신재생에너지 기본계획을 수립, 발표하였다. 이러한 신재생에너지는 다양한 에너지원으로 구성되어 있으며, 이 중 폐기물 에너지화 기술로부터 생산된 폐기물에너지는 신재생에너지 보급량 중 63.5 %로 가장 높은 보급량을 차지하고 있다. 현재 폐기물의 효율적인 자원화 기술 중 하나인 고형연료(SRF, solid refuse fuel)를 이용한 발전 사업이 추진되고 있다. 국내에서 생산되는 SRF의 경우, 생활폐기물 속 재활용 자원을 최대한 회수함으로써 가연분 함량이 높아 대체 에너지로서의 가능성이 높게 평가받고 있으며, 본 연구에서는 경제성을 확보하기 위해 성형 SRF가 아닌 비성형 SRF를 사용하여 연구를 진행하였다. 또한, 열 회수 및 합성가스(H2+CO) 생산을 위해 가스화 공정을 적용해보았으며, 고정층 반응기인 down draft fixed bed와 유동층 반응기인 bubbling fluidized bed의 가스화 특성을 알아보고자 하였다. 이뿐만 아니라 가스화 공정의 주요 운전 요인 중 하나인 ER(Equivalent Ratio)에 따른 합성가스 조성, 가스 수율, 고 탄화수소 물질인 C2-C6의 함량, 합성가스의 저위발열량 그리고 가스화 효율의 가장 중요한 지표라 할 수 있는 냉가스 효율과 탄소 전환율을 통해 최적 조건을 도출하고자 하였다.

In this study, fixed bed type CO2 gasification reactor was tested to enhance the production of synthetic gas (CO + H2) from low grade carbon source such as sewage sludge, wood chip, municipal waste, and low calofic valued coal. Various parameter effects on the 0.1 ton/day fixed bed gasifier operation were investigated. The parameters are reaction temperature, CO2/Air ratio, and total flow rate. Temperature was measured at the inlet and outlet of the reactor as well as at 18 positions along the reactor height and radius. The CO2 inlet concentration was tested between 0% and 30%. Total flow rate was varied from 40 L/min to 80 L/min at 20% CO2 inlet and 8 kg activated carbon packing. In the fixed bed CO2 gasification, CO2 took more parts in the gasification than combustion. But CO2 concentration higher than 40% made the two reactions unstable and the one between 20% and 40% did not give so much influence on the reaction time. The reaction time was shortened according to the total flow rate increase, and changed its slope gently above 50 L/min, illustarting CO2 gasification reaction is superior to combustion reaction in the low total flow rate condition.