바이오연료 반응기 설계

목차

1. 설계목표

2. 에너지에 관련된 자료 조사 및 분석

3. 가스연소로 설계

4. 설계 평가

5. 참고문헌

본문내용

공기의 온도는 서로 같고 각반응의 전화율은 100%로 가정한다.
△HR
100℃
110℃
120℃
130℃
140℃
150℃
H2
-432.8831617
-490.6497636
-548.4317303
-606.230257
-664.0465284
-721.8817189
CO
-438.3249059
-497.1611469
-556.0935852
-615.1233335
-674.2514782
-733.4790788
CO2
-289.7384777
-329.9832555
-370.5905324
-411.5550496
-452.8715927
-494.5349923
CH4
-141.5268357
-161.5668759
-181.8823939
-202.4733763
-223.3397768
-244.481516
N2
-3452.515014
-3914.889631
-4377.793654
-4841.242023
-5305.249407
-5769.830205
O2
-670.4460628
-761.1972105
-852.2570862
-943.6223157
-1035.289548
-1127.255457
H2O
Total
-5425.43446
-6155.44788
-6887.04898
-7620.24635
-8355.04833
-9091.46297
H1+Hrxn
100℃
110℃
120℃
130℃
140℃
150℃
-150504.73
-151235
-151966.349
-152699.546
-153434.348
-154170.763
3) 출구가스의 유량 변화
원료가스의 도입량을 100kgmol/h로 가정하고 40% excess Air가 연소될 때 전화율이 0.5에서 1까지 변화할때의 출구가스의 유량을 계산한다. 각반응의 전화율은 같다고 가정한다.
conversion
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
출구가스유량(kgmol/h)
92
90
88
86
84
82
모든 반응식의 전화율을 1로 가정하고 도입가스량이 100kgmol/h로 일정할 때 공기량의 변화에 따라서 출구가스 변화량을 측정한다.
공기량
100%
110%
120%
130%
140%
150%
출구가스유량(kgmol/h)
222.857143
237.1429
251.428571
265.714286
280
294.285714
4) 발열량조사
발열량은 참고문헌을 통하여 조사하였다.
바이오매스 가스 연료의 조성은 일산화탄소 13%, 수소 17%, 메탄 2%, 이산화탄소 14%, 질소 48% 의 조성을 보여주고 있으며, 이때 이론공기비는 약 0.91 이며 발열량은 935kcal/Nm3이다.또한비교대상으로 삼은 석탄 가스 연료의 조성은 일산화탄소 30%, 수소 20%, 이산화탄소 5%, 질소 45% 의 조성을 보여주고 있으며, 이때 이론공기비는 약 1.18 이며 발열량은 1,424kcal/Nm3이며, 이러한 석탄가스는 고등기술연구원이 보유하고 있는 건식 분류층( dry feeding entrained-bed type ) 가스화기로부터 얻어진 결과이다.
4. 설계 평가
공기량의 변화에 따른 출구가스의 조성에서는 공기량이 이론공기량보다 증가할수록 N2와 O2의 비율이 증가하고 CO2와 H2O의 비율은 감소하는 것을 알 수 있었다.
전화율에 따른 출구가스의 조성에서는 전화율이 증가할수록 N2, CO2, H2O는 증가하였고 H2, CO, O2, CH4의 비율은 감소하였다.
공기량의 변화에 따른 출구가스의 온도변화에서는 공기량이 증가할수록 출구가스의 온도가 감소하였고
도입원료와 공기의 온도변화에 따른 출구가스의 온도변화에서는 도입원료와 공기의 온도가 증가할수록 출구가스의 온도가 증가하는 것을 알 수 있었다.
출구가스의 유량은 전화율이 증가할수록 감소하였고 도입공기량이 증가할수록 증가하였다.
1) 경제성평가
바이오매스의 처리비용이 에너지단위를 기준으로 화석연료 처리비용보다 낮게 책정된다면 경제적인 강점을 가질수 있다. 또한 최근 국제 유가 급등으로 석유류 난방시설 및 유가에 연동되는 LNG관련 난방시설에 의한 열공급 가격이 증가함에따라 상대적으로 바이오매스가 경제성을 확보할 가능성이 존재하게 되었다. 각 온실가스및 오염물질별 단위당 환경피해비용을 살펴보면 CO2 는 평균 0.01원/g, CH4 는 0.076원/g, SO2는 0.89원/g 인데 비해 바이오매스는 화석연료보다 세가지 물질의 배출량을 감소시키므로 피해비용도 적다 할 수 있다.
2) 환경에의 영향
바이오매스는 화석연료와 달리 황함량이 작기 때문에 SO2 발생을 절감시키는 친 환경적인 연료이다.
그리고 바이오매스의 질소 성분은 NH radical로 전환되기 때문에 NO를 환원시켜 제거하는데 사용되므로 NOx를 감소시킨다. 온실가스인 CH4와 CO2에 대하여 알아보면 바이오매스를 매립하면 CH4를 생성하지만 전화율 1로 연소하면 CH4를 만들지 않는다. 또한 CH4가 반응하는 전화율이 증가할수록 출구가스에서 CH4의 함량은 줄어든다. 연소할 때 과량의 공기를 도입함으로써 CO2의 비율이 감소하고 연소과정에서 배출한 CO2 만큼 성장과정에서 CO2를 소모하기 때문에 CO2에 관한한 zero-sum 이다. 따라서 두가지 온실가스를 발생시키지 않으므로 환경 친화적 이라 할 수 있다.
5. 참고문헌
Annual Energy Review 2006 - Energy Information Asministration
International Energy Annual 2001 - Energy Information Asministration
대체에너지 - 한국에너지기술연구소
석탄과 바이오매스의 혼합연료 연소 - 이시훈
바이오매스의 열분해 및 가스화를 통한 수소생산 - 이승재 (한국에너지기술연구원)
바이오매스 및 폐기물 에너지 기술 - 박돈희, 박순철
석탄 바이오매스 혼합연소를 위한 바이오매스 전환가스의 발열량 제어 - 안성율 외 3명
바이오매스에 의한 열에너지 보급 지원방안 - 에너지경제연구원
저발열량 합성가스의 가스엔진 내 연소 특성에 대한 해석 - 이찬, 조상목
Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering - David M. Himmelblau

키워드

바이오연료,   바이오매스,   바이오디젤,   바이오부탄올,   바이오에탄올,   화학공학,   설계,   화공양론