바이오오일 가스화 반응에 대한 CFD 전산해석 및 공정해석 연구

CFD and Process Analysis Study on Bio-oil Gasification Reaction

인류의 지속 가능한 발전을 위한 신재생 에너지원으로써 바이오에너지는 최근 주목을 받고 있다. 그 중 바이오매스의 급속 열분해를 통해 생성된 바이오오일은 바이오매스에 비해 에너지 밀도가 높고 저장과 수송에 편리한 이점을 가지고 있다. 또한 바이오오일을 가스화하여 생산된 합성 가스는 수소를 이용한 연료전지 발전과 같은 여러 산업 분야에 활용 가능하다. 바이오오일은 바이오매스의 직접 가스화에 비해 타르와 촤의 생성이 적기 때문에 가스화 공정을 통해 고품질의 합성가스를 생산할 수 있으며, 불순물의 양이 적기 때문에 후단 정제 공정이 필수적이지 않은 장점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오오일의 가스화 반응을 해석하기 위하여 CFD 전산해석과 공정해석을 수행하였다. CFD 전산해석과 공정해석은 상용 프로그램인 Star-ccm+와 gPROMS를 사용하여 각각 수행하였다. 가스화 반응 조건으로 반응 온도, 바이오오일에 따른 공기 당량비(equivalence ratio)를 설정하여 CFD 전산해석을 먼저 수행하였으며, 도출된 최적 조건으로 공정해석을 수행하였다. 최종적으로, 바이오오일 가스화 반응으로 인해 생성된 합성가스의 조성과 그에 따른 냉-가스 효율, H2/CO 비율 등을 실제 실험 결과와 비교하였다.