KR100946714B1 - 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법에 관한 것으로서, 반응기의 경사부에 바이오매스를 공급하고, 상기 경사부에 공급된 상기 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하며, 가열기가 상기 경사부를 가열한다. 따라서, 바이오매스의 급속 열분해 성능을 향상시켜 바이오 원유의 수율도 증대시킬 수 있다. 또한, 가열기의 연소 가스를 반응기의 내부에 공급하여 반응기의 내부를 간편하게 비산화성 분위기로 만들 수 있으며, 이러한 바이오 원유 제조 장치를 매우 간단한 구조로 제작할 수 있다.
Figure R1020090045920
바이오매스, 유동사, 바이오 원유, 급속 열분해, 반응기, 가열기, 응축기, 사이클론 기구

Description

바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법{DEVICE FOR MANUFACTURING BIO-OIL, SYSTEM FOR MANUFACTURING BIO-OIL AND METHOD FOR MANUFACTURING BIO-OIL USING THE SAME}
본 발명은 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급속 열분해 방법을 이용하여 바이오매스로부터 바이오 원유를 효과적으로 생산할 수 있는 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화석연료는 환경 오염을 유발시키며 매장량에도 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 각 국에서는 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
신재생 에너지는 수소, 연료전지, 석탄가스화와 같은 신에너지 및 태양에너지, 풍력, 수력, 폐기물, 해양, 바이오매스(biomass) 및 지열과 같은 재생에너지로 구분할 수 있다. 최근에는 목질계 바이오매스를 이용하여 바이오 원유를 생산하는 기술이 활발히 진행되고 있다.
바이오 원유는 목질계 바이오매스를 급속 열분해 또는 고온고압 가수분해 등의 방법을 적용하여 생산한 중유와 비슷한 액체연료이다. 특히, 급속 열분해 방법은 바이오 원유의 수율을 가장 높일 수 있는 열분해 기술이다. 하지만, 급속 열분해 방법은 반응시간을 매우 짧게 유지시키는 정확성을 필요로 하는 기술이고, 반응온도 폭도 비교적 좁은 편이다.
구체적으로 설명하면, 급속 열분해를 이용한 바이오 원유의 제조 방법은, 바이오 원유의 수율을 높이기 위해 반응계면에서 높은 열전달율이 필요하므로 재료의 크기를 작게 해야 하고, 반응온도를 500? 및 증기 상태의 온도를 400?~450? 정도에서 정밀하게 제어해야 한다. 또한, 생성물이 증기 상태로 존재하는 시간은 약 2초 이내가 되도록 제어하고, 증기는 짧은 시간 내에 냉각시켜야 한다. 뿐만 아니라, 촤(char)는 증기 상태의 생성물을 분해하는 촉매 기능을 하기 때문에 신속하게 분리 제거하는 것이 필요하다.
그러나, 상기와 같은 조건을 모두 충족시키는 급속 열분해 기술은 아직까지 연구 단계의 수준이며, 바이오 원유를 높은 수율로 제조할 수 있는 급속 열분해 타입의 제조 시스템에 대한 개발도 미흡한 실정이다.
본 발명의 실시예는 바이오매스를 급속 열분해시켜 바이오 원유를 높은 수율과 효율로 제조할 수 있는 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 바이오매스를 급속 열분해시키는 구조가 매우 간단하게 구성될 뿐만 아니라 저렴한 비용으로 간편하게 제작할 수 있는 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는 바이오 원유의 제조시 비용과 에너지의 절감 및 품질의 향상을 도모할 수 있는 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 어느 한 측면부에 경사지게 형성된 경사부가 구비된 반응기, 상기 반응기의 상부의 일측에 구비되고 상기 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기, 상기 경사부를 따라 이동되는 상기 바이오매스의 이동 방향을 기준으로 상기 바이오매스 공급기보다 전방에 배치되도록 상기 반응기의 상부의 타측에 구비되고 상기 경사부와의 사이에 상기 바이오매스가 배치되도록 상기 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기, 및 상기 경사부를 가열시켜 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 가열기를 포함하는 바이오 원유 제조 장치를 제공한다.
즉, 상기 바이오매스는 상기 가열기에 의해 가열된 경사부 및 상기 고온의 유동사 사이에서 급속 열분해될 수 있다. 그리고, 상기 바이오매스는 상기 유동사에 의해 덮인 상태로 상기 경사부를 따라 하측으로 슬라이딩 이동되면서 급속 열분해될 수 있다. 따라서, 상기 반응기는 상기 경사부를 따라 중력에 의해 이동되는 상기 바이오매스를 연속적으로 급속 열분해시킬 수 있으며, 상기 바이오매스와 상기 유동사를 이송시키기 위한 별도의 이송 수단은 불필요하다.
상기 경사부는 지면에서부터 20도 내지 80도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 따라서, 상기 반응기는 설계 조건에 따라 상기 경사부의 각도를 적절히 선택할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 반응기는 운전 조건에 따라 상기 경사부의 각도를 조절하는 구조로 형성될 수 있다.
상기 반응기의 상부에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정에서 생성된 가스를 배출시키는 적어도 하나의 가스 배출구가 형성될 수 있다. 상기 가스에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정에서 발생된 바이오 원유가 기체 상태로 포함될 수 있다.
상기 반응기에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정을 관찰하기 위한 투명창이 구비될 수 있다. 상기 투명창은 상기 경사부와 대향되게 배치된 측면부에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 상기 반응기에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정시 내부 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서가 구비될 수 있다. 상기 온도 감지 센서는 상기 경사부와 대향되게 배치된 측면부에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다.
즉, 상기 투명창들 또는 상기 온도 감지 센서들은 상기 경사부와 대향되는 상기 반응기의 측면부에 배치되기 때문에, 상기 경사부를 따라 하측으로 이동하는 상기 바이오매스와 상기 유동사에 비접촉될 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 투명창들 또는 상기 온도 감지 센서들은 상기 반응기의 측면부에 상하 방향으로 이격되게 배치되기 때문에, 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정이 순차적으로 확인될 수 있다.
상기 반응기의 경사부에는 상기 가열기가 제공하는 열을 공급받아 상기 경사부에 균일하게 전달하는 열 전달부가 구비될 수 있다. 즉, 상기 열 전달부는 상기 가열기에서 제공되는 열을 상기 경사부의 전면적에 고르게 전달하므로, 상기 바이오매스의 급속 열분해 성능은 상기 경사부의 위치와 상관없이 균일할 수 있다.
여기서, 상기 가열기는 상기 열 전달부에 고온의 열풍을 제공할 수 있고, 상기 열 전달부는 상기 열풍이 통과되는 통로 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 가열기에서 발생된 열은 연소 가스와 함께 열풍 형태로 상기 열 전달부에 전달될 수 있고, 상기 열풍이 상기 열 전달부를 통과하는 과정에서 상기 경사부가 상기 열풍에 의해 가열될 수 있다.
상기 열 전달부의 하부에는 상기 열풍이 흡입되는 열풍 흡입구가 형성될 수 있고, 상기 열 전달부의 상부에는 상기 경사부를 가열한 열풍이 배출되는 열풍 배출구가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 열풍 흡입구를 통해 흡입된 열풍은 상기 열 전달부를 따라 상측으로 유동되고, 이 유동 과정에서 상기 열풍의 열이 상기 경사부에 전달된다.
그리고, 상기 반응기의 경사부 또는 상기 열 전달부 중 적어도 하나에는 상 기 열풍과의 열전달 성능을 높이기 위한 열전달 구조물이 형성될 수 있다. 예들 들면, 열전달 구조물로는 핀(fin) 또는 블레이드(blade) 등이 있다. 핀 또는 블레이드는 바이오 원유 제조 장치의 설계 조건에 따라 다양한 패턴과 형상으로 형성될 수 있다.
상기 반응기의 경사부에는 상기 경사부를 가열하여 상기 바이오매스의 반응 온도를 조절하는 보조 가열기가 구비될 수 있다. 즉, 상기 바이오매스의 반응 온도는 상기 반응기의 작동 초기, 상기 가열기의 비정상적인 작동, 또는 상기 유동사와 상기 바이오매스의 온도 변화 등으로 인하여 급속 열분해를 위한 설정 온도보다 낮아질 수 있다. 상기 바이오매스의 반응 온도가 떨어지면, 상기 보조 가열기가 작동되어 상기 바이오매스의 반응 온도가 제1 설정 온도로 유지될 수 있다.
상기 유동사 공급기에는 상기 유동사를 가열하여 상기 유동사의 온도를 조절하는 유동사 가열기가 구비될 수 있다. 즉, 상기 유동사의 온도가 제2 설정 온도 미만으로 떨어지게 되면, 상기 유동사 가열기가 작동되어 상기 유동사의 온도가 제2 설정 온도로 유지될 수 있다.
상기 바이오매스 공급기에는 상기 바이오매스의 엉김을 방지하는 엉김 방지 기구가 구비될 수 있다. 따라서, 상기 바이오매스 공급기는 상기 엉김 방지 기구에 의해 엉김된 상태가 풀어져 상기 반응기의 내부로 원활하게 공급될 수 있다.
예를 들면, 상기 엉김 방지 기구는, 상기 바이오매스 공급기의 내부에 이동 가능하게 배치되고 상기 바이오매스 공급기의 외측으로 일단이 관통되게 배치된 봉부, 상기 봉부에 돌출되게 형성되고 상기 봉부의 이동시 상기 바이오매스의 엉김 상태를 풀어주는 복수개의 돌기부들, 및 상기 봉부의 일단에 연결되고 상기 봉부를 왕복 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
상기 봉부는 상기 반응기의 상부와 연결된 부위에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 바이오매스는 상기 반응기의 내부로 투입되기 직전에 상기 엉김 방지 기구에 의해 엉김 상태가 해소될 수 있다.
상기 돌기부들은 상기 봉부에서 상기 반응기를 향해 돌출되게 형성될 수 있다. 상기 돌기부의 단부는 상기 봉부와 상기 돌기부의 길이 방향에 교차되는 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 바이오 원유 제조 장치는, 상기 반응기의 상부에 구비되고 상기 유동사 공급기에서 공급되는 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급기를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이 반응기의 내부에 가연성 고분자 화합 물질이 공급되면, 상기 바이오매스의 급속 열분해시 생성되는 바이오 원유의 품질이 획기적으로 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 바이오 원유의 수율과 양도 증대될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 어느 한 측면부에 경사지게 형성된 경사부가 구비된 반응기, 상기 반응기의 상부의 일측에 구비되고 상기 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기, 상기 경사부를 따라 이동되는 상기 바이오매스의 이동 방향을 기준으로 상기 바이오매스 공급기보다 전방에 배치되도록 상기 반응기의 상부의 타측에 구비되고 상기 경사부와의 사이에 상기 바이오매스가 배치되도록 상기 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기, 상기 경사부를 가열시켜 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 가열기, 상기 반응기의 내부에서 발생된 가스를 전달받아 상기 가스에 함유된 이물질을 제거하는 사이클론 기구, 및 상기 사이클론 기구에서 이물질이 제거된 가스를 응축시켜 바이오 원유를 추출하는 응축기를 포함하는 바이오 원유 제조 시스템을 제공한다.
즉, 상기 바이오매스는 상기 가열기에 의해 가열된 경사부 및 상기 고온의 유동사 사이에서 급속 열분해될 수 있다. 그리고, 상기 급속 열분해된 가스는 상기 사이클론 기구에서 이물질을 제거한 후, 상기 응축기에서 바이오 원유를 추출할 수 있다.
상기 가열기는 상기 응축기에서 비응축된 가스 및 상기 반응기의 하부로 배출되는 촤와 유동사를 연소시킬 수 있다. 즉, 상기 비응축된 가스와 상기 촤는 상기 가열기에서 연소될 수 있고, 상기 유동사는 상기 가열기에서 고온으로 재생될 수 있다.
그리고, 상기 유동사 공급기는 상기 가열기에서 가열된 유동사를 공급받을 수 있으며, 상기 반응기는 상기 가열기에서 발생된 열풍을 내부에 공급받을 수 있다. 따라서, 상기 유동사를 반복적으로 재사용하기 때문에 상기 유동사의 비용을 절감할 수 있다. 또한, 상기 가열기에서 발생된 비활성의 열풍으로 상기 반응기의 내부를 채우기 때문에, 상기 반응기의 내부는 대기압 이상의 비산화성 분위기를 형성할 수 있다.
즉, 종래에는 반응기의 내부에 비활성 가스를 높은 압력으로 주입하여 반응기의 내부를 비산화성 분위기로 만들었지만, 본 발명의 실시예에서는 상기 비활성 가스 대신에 상기 가열로에서 발생되는 열풍의 일부를 상기 반응기의 내부에 공급한다. 따라서, 상기 바이오 원유 제조 장치는, 고가의 비활성 가스를 사용하지 않 아 비용을 절감할 수 있고, 비활성 가스를 고압으로 공급하는 추가 장치를 생략하여 제품 단가와 운전 비용을 절감할 수 있다. 즉, 종래의 비활성 가스 공급 장치는 제품 단가가 비쌀 뿐만 아니라 고압으로 가스를 공급하기 위해 다량의 유동화 에너지를 소모한다.
상기 바이오 원유 제조 시스템은, 상기 반응기의 하부와 상기 가열기 사이에 구비되고 상기 반응기에서 배출되는 촤와 유동사를 상기 가열기로 전달하는 컨베이어 기구를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 반응기에서 연속적으로 배출되는 촤와 유동사는 상기 가열기에 연속적으로 이송될 수 있다. 특히, 상기 촤는 상기 바이오매스의 급속 열분해 반응을 방해할 수 있으므로, 상기 반응기의 내부에 상기 촤를 장시간 방치하지 않고 실시간으로 신속하게 제거하는 것은 매우 중요하다.
상기 반응기의 경사부에는 상기 가열기가 제공하는 열을 공급받아 상기 경사부에 균일하게 전달하는 열 전달부가 구비될 수 있다. 즉, 상기 열 전달부는 상기 가열기에서 제공되는 열을 상기 경사부의 전면적에 고르게 전달하므로, 상기 바이오매스의 급속 열분해 성능은 상기 경사부의 위치와 상관없이 균일할 수 있다.
한편, 상기 바이오 원유 제조 시스템은, 상기 반응기 또는 상기 열 전달부에서 배출되는 폐열을 이용하여 상기 가열기에 공급되는 공기를 예열시키는 예열기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 바이오 원유 제조 시스템은 상기 예열기를 통해 상기 반응기 또는 상기 열전달부에서 버려지는 폐열 중 일부를 회수하므로, 시스템 전체의 에너지 효율을 높일 수 있고, 가열기의 부하를 줄여 연소 효율을 높일 수 있다.
상기 사이클론 기구는 상기 가스의 처리시 바이오 원유가 응축되지 않도록 내부 온도의 저하를 방지하는 보온 구조가 구비될 수 있다. 왜냐하면, 상기 사이클론 기구의 내부 온도가 저하되면, 상기 사이클론 기구의 내부에서 상기 가스에 함유된 바이오 원유가 응축되어 상기 바이오 원유의 수율이 크게 감소될 수 있기 때문이다. 상기 보온 구조는 상기 사이클론 기구의 내부 온도를 상기 바이오 원유가 응축되지 않는 온도로 유지하는 기능을 갖는 모든 구조가 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 보온 구조로는, 상기 사이클론 기구를 외부와 단열시키는 구조이거나, 상기 사이클론 기구의 내부 온도를 조절하는 구조가 있다.
상기 응축기는, 상기 사이클론 기구에서 이물질이 제거된 가스를 중온에서 응축시키는 중온 응축기, 상기 중온 응축기에서 비응축된 가스를 전기 집진하는 전기 집진기, 및 상기 전기 집진기에서 집진된 가스를 저온에서 응축시키는 저온 응축기를 구비할 수 있다.
따라서, 상기 중온 응축기와 상기 저온 응축기가 서로 다른 응축 온도에서 바이오 원유를 추출하기 때문에 바이오 원유의 수율을 높일 수 있다. 또한, 상기 전기 집진기가 상기 중온 응축기에서 비응축된 가스에 포함된 액적 상태의 바이오 원유를 전기 집진하기 때문에 바이오 원유의 수율을 높일 수 있다.
한편, 상기 바이오 원유 제조 시스템은, 상기 가열기에서 배출되는 연소 가스를 후처리하여 상기 연소 가스 내의 유해 물질을 제거하는 후처리 기구; 및 상기 후처리 기구에서 후처리된 상기 연소 가스의 성분을 분석하는 가스 분석기를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 반응기, 상기 바이오매스 공급기, 상기 유동사 공급기, 상기 가열기, 상기 사이클론 기구, 또는 상기 응축기 중 적어도 하나는 상기 가스 분석기의 분석값에 따라 작동이 조절될 수 있다. 따라서, 상기 바이오 원유 제조 시스템은 가스 분석기의 분석값에 따라 정상 작동 여부를 간편하게 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 비정상 작동되고 있는 기구도 용이하게 체크할 수 있다.
또한, 상기 바이오 원유 제조 시스템은, 상기 반응기의 상부에 구비되고 상기 유동사 공급기에서 공급되는 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급기를 더 포함할 수 있다. 상기와 같이 반응기의 내부에 가연성 고분자 화합 물질이 공급되면, 상기 바이오 원유의 수율과 양이 증대될 수 있고, 상기 바이오 원유의 품질이 향상될 수 있다.
한편, 본 실시예의 또 다른 측면에 따르면, 반응기의 측면부에 형성된 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급 단계, 상기 경사부에 공급된 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급 단계, 상기 경사부를 가열하여 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 급속 열분해 단계, 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정에서 발생되는 가스를 전달받아 상기 가스 내의 이물질을 제거하는 사이클론 단계, 상기 사이클론 단계에서 이물질이 제거된 가스를 응축시켜 상기 가스로부터 바이오 원유를 추출하는 응축 단계, 상기 응축 단계에서 비응축된 가스 및 상기 급속 열분해 단계에서 생성된 촤와 유동사를 연소시키는 연소 단계, 상기 연소 단계에서 재생된 고온의 유동사를 상기 유동사 공급 단계로 전달하는 유동사 회수 단계, 및 상기 연소 단계에서 발생 된 열풍을 상기 반응기의 내부에 공급하는 열풍 공급 단계를 포함하는 바이오 원유 제조 방법을 제공한다.
즉, 상기 바이오매스 공급 단계와 상기 유동사 공급 단계에서 바이오매스와 유동사를 공급하면, 상기 급속 열분해 단계에서 바이오매스와 유동사가 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되면서 바이오매스의 급속 열분해가 연속적으로 진행될 수 있다. 따라서, 상기 급속 열분해 단계에서는 바이오매스의 급속 열분해 과정이 별도의 동력없이 중력의 작용만으로 간편하게 실시될 수 있다.
상기 급속 열분해 단계에서는 상기 연소 단계에서 발생된 열을 이용하여 상기 경사부를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연소 단계에서 촤와 유동사 및 비응축성 가스를 연소시키는 열을 이용하여 상기 급속 열분해 단계에서 바이오매스의 급속 열분해시키므로, 에너지 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 연료비를 절감시킬 수 있다.
상기 연소 단계에서는 상기 급속 열분해 단계에서 버려지는 폐열을 이용하여 연소시 사용되는 외부 공기를 예열할 수 있다. 따라서, 상기 연소 단계에서 저온의 외부 공기로 인한 부하를 감소시킬 수 있어 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 응축 단계는, 상기 사이클론 단계에서 이물질이 제거된 가스를 중온에서 응축시켜 상기 가스로부터 고분자량의 바이오 원유를 추출하는 중온 응축 과정, 상기 중온 응축 과정에서 비응축된 가스를 전기 집진하여 상기 가스에 함유된 액적 상태의 상기 바이오 원유를 포집하는 전기 집진 과정, 및 상기 전기 집진 과정에서 전기 집진된 가스를 저온에서 응축시켜 상기 가스로부터 저분자량의 바이오 원유를 추출하는 저온 응축 과정을 구비할 수 있다. 즉, 중온 응축 과정과 저온 응축 과정에서는 응축점이 다른 고분자량의 바이오 원유 및 저분자량의 바이오 원유를 각각 추출할 수 있다. 전기 집진 과정에서는 액정 상태의 고분자량의 바이오 원유를 회수할 수 있다.
한편, 상기 바이오 원유 제조 방법은, 상기 연소 단계에서 발생된 연소 가스를 여과시켜 상기 연소 가스에 함유된 유해 물질을 제거하는 후처리 단계, 상기 후처리 단계에서 후처리된 상기 연소 가스의 성분을 분석하는 가스 분석 단계, 및 상기 가스 분석 단계에서 분석된 상기 연소 가스의 성분에 따라 바이오매스 공급 단계, 유동사 공급 단계, 급속 열분해 단계, 사이클론 단계, 응축 단계, 열풍 공급 단계 중 적어도 하나의 작동을 조절하는 작동 조절 단계를 더 포함할 수 있다. 하지만, 상기 가스 분석 단계에서는 상기 후처리 단계 이외의 다른 단계에서 생성된 가스도 분석할 수 있다.
또한, 상기 바이오 원유 제조 방법은, 상기 유동사 공급 단계에서 공급된 상기 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 가연성 고분자 화합 물질의 일예로는 잘게 분쇄된 폐플라스틱이 있다.
상기 반응기에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정시 내부 온도를 감지하는 온도 감지 센서가 구비될 수 있다. 상기 반응기에는 상기 경사부를 선택적으로 가열하는 보조 가열기가 구비될 수 있다. 그리고, 상기 급속 열분해 단계에서는 상기 온도 감지 센서의 감지값이 설정 온도 미만이면 상기 보조 가열기를 작동시킬 수 있다.
즉, 상기 바이오매스의 반응 온도는 상기 반응기의 작동 초기, 상기 가열기의 비정상적인 작동, 또는 상기 유동사와 상기 바이오매스의 온도 변화 등으로 인하여 급속 열분해를 위한 제1 설정 온도보다 낮아질 수 있다. 따라서, 상기 온도 감지 센서의 감지 온도가 제1 설정 온도 미만으로 떨어지면, 상기 보조 가열기가 작동되어 상기 바이오매스의 반응 온도를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 가열기에 의해 가열된 반응기의 경사부를 따라 고온의 유동사로 덮인 바이오매스를 하측으로 이동시켜 바이오매스를 급속 열분해시키므로, 바이오매스의 급속 열분해 성능을 안정적으로 확보할 수 있고, 바이오 원유의 수율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은 바이오매스를 급속 열분해시키는 구성과 공정이 간단하게 형성되므로, 제작과 운전이 용이할 뿐만 아니라 제품 단가와 운전 비용도 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치는, 반응기에 투명창 또는 온도 감지 센서가 구비되므로, 투명창을 통해 바이오매스의 급속 열분해 과정을 실시간으로 확인할 수 있고, 온도 감지 센서를 통해 바이오매스의 반응 온도를 실시간으로 체크할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 반응기의 경사부에 보조 가열기가 구비되므로, 바이오매스의 반응 온도를 설정 온도로 간편하게 유지시킬 수 있어 바이오 원유의 수율을 향상시킬 수 있다. 특히, 반응기의 작동 초기에는 보조 가열기와 가열기가 동시에 작동되어 바이오매스의 반응 온도가 설정 온도로 보다 신속하게 도달될 수 있다. 뿐만 아니라, 가열기의 작동 온도 변화 및 바이오매스와 유동사의 온도 변화로 인해 바이오매스의 반응 온도가 저하된 경우에도, 보조 가열기가 선택적으로 작동되어 바이오매스의 반응 온도가 설정 온도로 일정하게 유지될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치는, 바이오매스 공급기에 엉김 방지 기구가 구비되므로, 엉김 방지 기구에 의해 반응기로 투입되는 바이오매스의 엉김을 방지하여 바이오매스 공급기의 공급 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 반응기의 경사부에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급기가 구비되어 바이오매스의 급속 열분해시 가연성 고분자 화합 물질이 함께 분해되므로, 바이오 원유의 품질을 우수하게 개선시킬 수 있고, 바이오 원유의 수율 및 획득량을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 가열기로 공급되는 외부 공기를 반응기 또는 열 전달부에서 배출되는 폐열로 예열시키므로, 반응기 또는 열 전달부의 폐열을 회 수하여 시스템 전체의 에너지 효율을 높일 수 있고, 가열기의 부하를 줄여 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 바이오매스의 급속 열분해에 사용된 유동사를 가열기에서 재생시켜 바이오매스의 급속 열분해에 재사용하므로, 유동사를 반복적으로 재사용할 수 있어 유지관리 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 가열기에서 발생되는 비활성의 열풍을 반응기의 내부에 공급하므로, 반응기의 내부 압력을 상승시켜 반응기의 내부로 외부 공기가 유입되는 현상을 방지할 수 있다. 그로 인하여, 반응기의 내부는 열풍에 의해 비산화 분위기가 형성될 수 있고, 바이오매스의 급속 열분해시 바이오매스의 산화가 방지되어 바이오 원유 제조 장치의 수율과 효율이 향상될 수 있다.
뿐만 아니라, 가열기에서 발생된 열풍이 반응기의 내부에 제공되므로, 반응기의 내부에 비활성 가스를 높은 압력으로 주입하는 별도의 장치를 생략할 수 있다. 상기와 같이 비활성 가스를 공급하는 장치가 생략되면, 바이오 원유 제조 장치의 제품 단가를 낮출 수 있고, 장치를 운전하기 위한 에너지를 절감할 수 있다. 그리고, 고가의 비활성 가스가 사용되지 않으면, 바이오 원유 제조 장치의 운전 비용을 크게 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치, 바이오 원유 제조 시스템 및 바이오 원유 제조 방법은, 후처리 기구를 이용하여 최종적으로 배출되는 가스 내의 유해 물질을 제거할 수 있으며, 가스 분석기를 이용하여 후처리 기구에 의해 후처리된 가스의 성분을 분석할 수 있다. 특히, 바이오 원유 제조 공정은 가스 분석기의 분석 데이터에 따라 적절히 제어될 수 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 바이오 원유 제조 시스템의 바이오 원유 제조 장치를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 바이오 원유 제조 장치를 나타낸 좌측면도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 A-A선에 따른 단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 B-B선에 따른 단면을 나타낸 도면이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템(100)는 급속 열분해 기술을 이용하여 바이오매스(M)로부터 바이오 원유를 제조하는 장치이다. 일반적으로 바이오매스(M)는 목질계, 초본계, 수행식물, 유기성 슬러지, 가축분뇨, 및 음식폐기물 등을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 바이오 원유 제조 시스템(100)이 목질계 바이오매스(M)로부터 바이오 원유를 생산하는 것으로 설명하지만, 목질계 바이오매스(M)에 한정되는 것은 아니며 초본계 또는 하수슬러지 등이 모두 사용될 수 있다.
상기와 같은 바이오 원유 제조 시스템(100) 중에서 바이오매스(M)를 급속 열분해시키는 바이오 원유 제조 장치(110)(120)(130)(140)는, 반응기(110), 바이오매스 공급기(120), 유동사 공급기(130) 및 가열기(140)를 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 반응기(110)는 바이오매스(M)를 급속 열분해시켜 바이오매스(M)로부터 바이오 원유를 생성하는 장치이다. 반응기(110)는 바이오매스(M)를 수용하기 위하여 내부가 중공되게 형성될 수 있다. 반응기(110)의 상부에는 상부에 바이오매스(M)와 유동사(hot sand)(S)가 유입되는 입구(110a)가 형성될 수 있다. 반응기(110)의 하부에는 바이오매스(M)의 급속 열분해시 생성된 촤(C) 및 급속 열분해시 사용된 유동사(S)를 배출하는 출구(110b)가 형성될 수 있다.
또한, 반응기(110)는 적어도 어느 한 측면부에 경사지게 형성된 경사부(111)가 구비될 수 있다. 바이오매스(M)와 유동사(S)는 경사부(111)에 적층된 구조로 배치될 수 있으며, 중력에 의해 경사부(111)를 따라 하측으로 슬라이딩 이동될 수 있다. 즉, 반응기(110)는 바이오매스(M)와 유동사(S)를 이동시키기 위한 별도의 구동 수단 및 이동 수단이 생략될 수 있다. 따라서, 반응기(110)의 구조가 매우 간단하게 형성될 수 있고, 반응기(110)의 제조 단가 및 운전 비용이 절감될 수 있다.
상기와 같은 경사부(111)는 지면에서부터 20도 내지 80도의 각도로 경사지게 형성될 수 있다. 경사부(111)의 각도는 반응기(110)의 설계 조건에 따라 다양하게 선택될 수 있다. 또는 상기와 다르게, 경사부(111)의 각도가 반응기(110)는 운전 조건에 따라 선택적으로 조절될 수도 있다. 이하, 본 실시예에서는 경사부(111)의 각도가 50도 내지 60도로 형성된 것으로 설명한다.
그리고, 반응기(110)는 원형, 타원형, 또는 다각형 중 어느 한 형상의 단면으로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 반응기(110)가 사각형의 단면 형상으로 형성된 것으로 설명한다.
한편, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 경사부(111)는 반응기(110)의 후면부에 형성되고, 반응기(110)는 지면을 기준으로 후방을 향해 경사지게 기울어진 것으로 설명한다. 즉, 반응기(110)는 정면부, 좌측면부, 우측면부 및 후면부로 정의되는 네 측면부를 가지며, 후면부 전체가 경사부(111)를 형성한다.
또한, 반응기(110)의 상부에는 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정에서 생성된 가스를 배출시키는 적어도 하나의 가스 배출구(112)가 형성될 수 있다. 이하에서는 가스 배출구(112)가 경사부(111)와 대향되게 배치된 반응기(110)의 정면 상부에 좌우 방향으로 복수개가 이격되게 배치된 것으로 설명한다.
또한, 반응기(110)에는 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정을 육안으로 관찰할 수 있도록 투명창(113)이 구비될 수 있다. 반응기(110)에는 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정시 내부 온도를 감지할 수 있도록 온도 감지 센서(114)가 구비될 수 있다. 이와 같은 투명창(113)과 온도 감지 센서(114)는 경사부(111)와 대향되게 배치된 정면에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치될 수 있다. 즉, 투명창(113)들과 온도 감지 센서(114)들이 반응기(110)의 정면에 배치되면 경사부(111)에 배치된 바이오매스(M)와 비접촉될 수 있다. 그리고, 투명창(113)들과 온도 감지 센서(114)들이 상하방향으로 이격되게 배치되면 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정에 따른 바이오매스(M)의 상태와 반응 온도를 순차적으로 체크할 수 있다.
또한, 반응기(110)의 경사부(111)에는 경사부(111)를 가열하여 바이오매스(M)의 반응 온도를 조절하는 보조 가열기(115)가 구비될 수 있다. 보조 가열기(115)로는 전기 히터 및 가스 버너와 같이 제어가 용이한 다양한 가열 수단이 채용될 수 있다.
이러한 보조 가열기(115)는 경사부(111)에 복수개가 상하방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 보조 가열기(115)는 가열기(140)의 작동 여부와 상관없이 별도로 작동될 수 있다. 예를 들면, 급속 열분해 과정의 초기에는, 가열기(140)와 보조 가열기(115)들이 함께 작동되어 바이오매스(M)의 반응 온도가 신속히 상승될 수 있다. 뿐만 아니라, 가열기(140)의 비정상적인 작동 또는 바이오매스(M)와 유동사(S)의 온도 저하가 발생되는 경우에는, 보조 가열기(115)들 중 어느 하나가 선택적으로 작동되어 바이오매스(M)의 반응 온도 저하가 방지될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 바이오매스 공급기(120)는 반응기(110)의 경사부(111)에 바이오매스(M)를 공급하는 장치이다. 상기 바이오매스 공급기(120)는 반응기(110)의 상부에 연통되게 연결될 수 있다. 바이오매스 공급기(120)의 상부에는 바이오매스(M)를 투입하는 투입구(120b)가 형성될 수 있고, 바이오매스 공급기(120)의 하부에는 반응기(110)의 입구(110a)와 연통되게 형성되어 바이오매스(M)를 배출시키는 배출구(120a)가 형성될 수 있다. 바이오매스 공급기(120)의 배 출구(120a)와 반응기(110)의 입구(110a) 중 적어도 하나는 개폐 가능하게 형성될 수 있다.
바이오매스 공급기(120)에는 배출구(110b)로 배출될 바이오매스(M)의 엉김을 방지하는 엉김 방지 기구(122)가 구비될 수 있다. 즉, 바이오매스(M)는 잘게 분쇄된 목질계 바이오매스(M), 예를 들면 톱밥 또는 목재 칩이기 때문에 바이오매스 공급기(120)의 내부에서 엉겨 붙을 가능성이 매우 높다. 그런데, 바이오매스(M)가 바이오매스 공급기(120)의 내부에서 엉겨 붙게 되면, 바이오매스 공급기(120)의 배출구(110b)와 반응기(110)의 입구(110a)의 개방시 바이오매스(M)가 반응기(110)의 내부로 투입되지 못하거나 바이오매스가 덩어리 상태로 투입되는 문제점이 있다. 따라서, 바이오매스 공급기(120)에 바이오매스(M)의 엉김 상태를 해소할 수 있는 엉김 방지 기구(122)가 구비되면, 바이오매스 공급기(120)에서 반응기(110)의 내부로 바이오매스(M)가 원활하게 공급될 수 있다.
예를 들면, 엉김 방지 기구(122)는, 바이오매스 공급기(120)의 내부에 이동 가능하게 배치되고 바이오매스 공급기(120)의 외측으로 일단이 관통되게 배치된 봉부(123), 봉부(123)에 돌출되게 형성되고 봉부(123)의 이동시 바이오매스(M)의 엉김 상태를 풀어주는 복수개의 돌기부(124)들, 및 봉부(123)의 일단에 연결되고 봉부(123)를 왕복 이동시키는 구동부(125)를 포함할 수 있다.
봉부(123)는 바이오매스(M)의 배출구(110b) 상측에 배치될 수 있다. 봉부(123)의 일단은 바이오매스 공급기(120)의 좌측면과 우측면 중 어느 한 측면에 관통되게 배치될 수 있고, 봉부(123)의 타단은 바이오매스 공급기(120)의 다른 측 면에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이하에서는 봉부(123)의 일단이 바이오매스 공급기(120)의 좌측면에 관통되게 배치되고, 봉부의 타단이 바이오매스 공급기(120)의 우측면에 이동 가능하게 배치된 것으로 설명한다.
돌기부(124)들은 봉부(123)에서 반응기(110)를 향해 하측으로 돌출되게 형성될 수 있다. 돌기부(124)의 단부는 봉부(123)와 돌기부(124)의 길이 방향에 교차되는 방향으로 절곡될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 돌기부(124)의 단부가 봉부(123)와 돌기부(124)의 길이 방향에 모두 직교하는 방향으로 절곡된 것으로 설명한다. 따라서, 돌기부(124)는 ‘L’형상으로 형성된다.
이와 같은 돌기부(124)들은 봉부(123)의 길이 방향으로 복수개가 동일 간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 또한, 돌기부(124)의 단부는 이웃하는 돌기부(124)들의 단부와 절곡 방향이 반대로 형성되도록 돌기부(124)들이 봉부(123)의 길이 방향을 따라 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
구동부(125)는, 봉부(123)의 구동력을 발생하는 구동 모터(125a), 구동 모터(125a)에 의해 회전되는 회전체(125b), 및 봉부(123)의 일단과 회전체(125b)에 양단이 회전 가능하게 연결되고 회전체(125b)의 회전 운동을 봉부(123)의 직선 왕복 운동으로 동력 전달 링크(125c)를 포함할 수 있다. 하지만, 구동부(125)는 봉부(123)를 직선 왕복 운동시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 유동사 공급기(130)는 반응기(110)의 경사부(111)에 공급된 바이오매스(M)의 상면에 고온의 유동사(S)를 공급하는 장치이다. 유동사(S)는 바이오매스(M)의 상면에 덮여 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정을 촉 진시키는 물질이다. 유동사(S)는 급속 열분해 과정시 용융되지 않는 작은 입자의 물질, 일예로 모래 또는 금속구(steel ball)가 사용될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 유동사(S)로 모래가 사용되는 것으로 설명한다.
여기서, 유동사 공급기(130)의 상부에는 유동사(S)를 투입하는 투입구(130b)가 형성될 수 있고, 유동사 공급기(130)의 하부에는 반응기(110)의 입구(110a)와 연통되게 형성되어 유동사(S)를 배출시키는 배출구(130a)가 형성될 수 있다. 유동사 공급기(130)의 배출구(130a)와 반응기(110)의 입구(110a) 중 적어도 하나는 개폐 가능하게 형성될 수 있다.
그리고, 유동사 공급기(130)에는 유동사(S)를 가열하여 유동사(S)의 온도를 조절하는 유동사 가열기(140)가 구비될 수 있다. 유동사 가열기(140)로는 전기 히터 및 가스 버너와 같이 제어가 용이한 다양한 가열 수단이 채용될 수 있다. 즉, 유동사 가열기(140)는 바이오매스(M)의 급속 열분해에 최적화된 온도로 유동사(S)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 가열기(140)는 반응기(110)의 경사부(111)에 열풍(H)을 제공하여 경사부(111)를 가열하는 장치이다. 따라서, 바이오매스(M)는 경사부(111)를 따라 하측으로 이동됨에 따라 가열기(140)의 열풍(H) 및 유동사(S)의 열에 의해 급속 열분해될 수 있다. 이와 같은 가열기(140)로는 전기 히터, 가스 버너, 연소로 및 유동층 연소기 등이 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 연소로가 사용되는 것으로 설명한다.
이와 같은 가열기(140)은 경사부(111)에 고온의 열풍(H) 형태로 열을 전달하 며, 열풍(H)에는 연소시 발생되는 연소 가스가 포함될 수 있다. 따라서, 가열기(140)는 반응기(110)보다 상대적으로 낮은 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 그렇게 되면, 가열기(140)에서 발생되는 열풍(H)이 자연적으로 반응기(110)로 전달될 수 있다. 반면에, 가열기(140)의 위치가 반응기(110)보다 상대적으로 높게 배치되면, 가열기(140)에서 발생된 열풍(H)을 반응기(110)로 원활하게 공급하기 위하여 별도의 송풍기를 추가할 수 있다.
또한, 반응기(110)의 출구(110b)와 가열기(140) 사이에는 반응기(110)의 출구(110b)에서 배출되는 촤(C)와 유동사(S)를 가열기(140)로 전달하는 컨베이어 기구(142)가 배치될 수 있다. 컨베이어 기구(142)로는 스크류 컨베이어, 벨트 컨베이어, 버킷 컨베이어 등이 다양하게 채용될 수 있다.
상기와 같이 가열기(140)는 반응기(110)의 출구(110b)로 배출되는 촤(C)와 유동사(S′) 및 후술하는 응축기(160)에서 비응축된 가스(G4)를 연소시킬 수 있다. 따라서, 비응축된 가스(G4)와 촤(C)는 가열기(140)에서 연소되어 제거될 수 있고, 유동사(S′)는 가열기(140)에서 연소되어 고온의 유동사(S)으로 재생될 수 있다. 이후, 가열기(140)에서 재생된 유동사(S)는 유동사 공급기(130)로 회수될 수 있다.
가열기(140)는 연소시 발생되는 열풍(H)의 일부를 반응기(110)의 내부로 공급할 수 있다. 그렇게 하면, 바이오매스(M)의 급속 열분해시 반응기(110)의 내부 압력이 적당한 압력으로 증가되어 외기의 유입이 차단될 수 있고, 반응기(110)의 내부가 비산화성 분위기로 형성되어 바이오매스(M)의 연소가 방지될 수 있다. 따라서, 바이오매스(M)가 연소되는 것이 방지되므로, 바이오매스(M)가 모두 급속 열분 해되어 바이오원유의 수율이 향상될 수 있다.
또한, 반응기(110)의 경사부(111)에는 가열기(140)의 열풍(H)을 경사부(111)의 전체에 균일하게 전달하기 위하여 열 전달부(146)가 형성될 수 있다. 따라서, 보조 가열기(115)는 열 전달부(146)와 독립적으로 경사부(111)에 직접 열을 제공하도록 경사부(111)에 구비되거나, 또는 열 전달부(146)의 내부에 열을 제공하도록 열 전달부(146)에 구비될 수 있다. 이하에서는, 보조 가열기(115)가 열 전달부(146)에 구비된 것으로 설명한다.
열 전달부(146)는 경사부(111)의 배면에 형성된 통로 형상의 캐비티(cavity)일 수 있다. 즉, 가열기(140)로부터 전달된 열풍(H)이 열 전달부(146)의 내부에 소정 시간 정체되어 경사부(111)의 전체 면적에 열풍(H)의 열이 고르게 전달될 수 있다. 열 전달부(146)의 하부에는 열풍(H)이 흡입되는 열풍 흡입구가 형성될 수 있고, 열 전달부(146)의 상부에는 경사부(111)의 가열에 사용된 열풍(H′)이 배출되는 열풍 배출구가 형성될 수 있다. 따라서, 열풍 흡입구를 통해 흡입된 열풍(H)이 열 전달부(146)를 따라 상측으로 유동되고, 이 유동 과정에서 열풍(H)의 열이 경사부(111)에 전달된다.
한편, 열 전달부(146)의 내부에는 열풍(H)과의 열전달 성능을 높이기 위한 열전달 구조물(148)이 형성될 수 있다. 즉, 열전달 구조물(148)은 경사부(111) 또는 열 전달부(146) 중 적어도 하나에 형성될 수 있다. 예를 들면, 열전달 구조물(148)은 열풍(H)과의 접촉 면적을 증가시키도록 핀 또는 블레이드 형상으로 형성될 수 있으며, 설계 조건에 따라 다양한 패턴과 형상으로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 열전달 구조물(148)이 경사부(111)에 상하 방향으로 이격되게 형성된 복수개의 핀으로 한정하여 설명하지만, 그것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 가열기(140)에는 열 전달부(146) 또는 반응기(110)에서 외기로 배출되는 폐열(H′)을 이용하여 가열기(140)에 공급되는 공기를 예열시키는 예열기(144)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 폐열(H′)은 열 전달부(146) 또는 반응기(110)로 공급된 열풍(H)이 바이오매스(M)의 급속 열분해에 사용된 후 외기로 배기되는 열풍(H′)에 해당한다.
이와 같이 가열기(140)에 예열된 공기가 공급되면, 가열기(140)의 부하가 실질적으로 감소되어 가열기(140)의 연소 효율이 향상될 수 있다. 그리고, 예열기(144)는 전열교환기와 현열교환기 등으로 구성될 수 있다. 예열기(144)는, 가열기(140)의 내부로 외부 공기를 안내하는 경로 상에 배치될 뿐만 아니라, 열 전달부(146) 또는 반응기(110)에서 배출되는 폐열(H′)의 경로 상에 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템(100)는 사이클론 기구(150) 및 응축기(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 사이클론 기구(150)는 반응기(110)의 가스 배출구(112)를 통해 배출되는 가스(G)를 전달받아 가스(G)에 함유된 이물질을 사이클론 현상으로 제거하는 장치이다. 사이클론 기구(150)가 제거하는 이물질로는 바이오 원유의 제조 과정에 악영향을 끼치는 촤(C)가 대표적이다. 이러한 사이클론 기구(150)는 필요에 따라 한 번 또는 여러 번의 사이클론 과정을 통해 가스(G) 내의 이물질을 제거할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 여러 번의 사이클론 과정을 갖는 다단 사이클론 기구(150) 를 사용하는 것으로 설명한다.
그리고, 다단 사이클론 기구(150)에는 내부 온도의 저하를 방지하기 위하여 보온 구조가 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 보온 구조는, 단열재와 같은 보온용 소재를 이용하여 다단 사이클론 기구(150)로부터 방출되는 열을 차단하는 구조, 또는 히터와 같은 발열 소재를 이용하여 다단 사이클론 기구(150)의 내부 온도를 능동적으로 조절하는 구조 등이 있다.
상기와 같이 다단 사이클론 기구(150)의 온도 저하를 방지하는 이유는, 가스(G)에 함유된 바이오 원유가 다단 사이클론 기구(150)의 내부에서 비정상적으로 응축될 수 있기 때문이다. 즉, 다단 사이클론 기구(150) 내에 응축된 바이오 원유는 이물질과 함께 외부로 배출되므로, 응축기(160)에서 응축 가능한 바이오 원유의 함유량이 감소되어 바이오 원유의 수율이 크게 저하될 수 있다.
상기 응축기(160)는 다단 사이클론 기구(150)에서 이물질이 제거된 가스(G1)를 응축시켜 바이오 원유를 추출하는 장치이다. 이와 같은 응축기(160)는, 다단 사이클론 기구(150)에서 이물질이 제거된 가스(G1)를 중온에서 응축시키는 중온 응축기(162), 중온 응축기(162)에서 비응축된 가스(G2)를 전기 집진하는 전기 집진기(164), 및 전기 집진기(164)에서 집진된 가스(G3)를 저온에서 응축시키는 저온 응축기(166)를 구비할 수 있다.
여기서, 중온 응축기(162)는 가스(G1)를 중온에서 응축시켜 비교적 고분자량의 바이오 원유를 추출할 수 있고, 저온 응축기(166)는 가스(G3)를 저온에서 응축시켜 저분자량의 바이오 원유를 추출할 수 있다. 중온 응축기(162)의 응축 온도인 중온은 통상적으로 상온이며, 저온 응축기(166)의 응축 온도인 저온은 통상적으로 영하 근방의 온도이다.
그리고, 전기 집진기(164)는 중온 응축기(162)에서 비응축된 가스(G2)에 함유된 액적(液滴) 상태의 바이오 원유를 전기 집진시켜 고분자량의 바이오 원유를 완전히 추출할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템(100)는, 후처리 기구(170) 및 가스 분석기(gas analysis system)(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 후처리 기구(170)는 예열기(144)에서 열교환된 열풍(H′)를 후처리하여 열풍(H′) 내의 유해 물질을 제거하는 장치이다. 후처리 기구(170)는 대기 중으로 배기되는 열풍(H′)의 성분에 따라 다양한 구성의 필터로 구성될 수 있다. 예를 들면, 후처리 기구(170)는 활성탄 입자, 백금 촉매, 팔라듐 촉매 등을 함유한 수세미 구조의 필터를 구비할 수 있다. 상기와 같이 후처리 기구(170)는 대기 중으로 배기되는 열풍(H′)를 정화시켜 환경 오염을 예방하는 역할을 수행한다.
가스 분석기(180)는 후처리 기구(170)에서 후처리된 열풍(H′)의 성분을 분석하는 장치이다. 이와 같은 가스 분석기(180)에 의해 분석된 열풍(H′)의 분석 데이터를 이용하면, 바이오 원유 제조 시스템(100)의 작동이 정상적인지 아니면 비정상적인지를 간접적으로 파악할 수 있다. 예를 들면, 반응기(110), 바이오매스 공급기(120), 유동사 공급기(130), 가열기(140), 다단 사이클론 기구(150), 또는 응축기(160) 중 적어도 하나는 가스 분석기(180)를 통해 분석된 열풍(H′)의 성분에 따 라 작동이 제어될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템(100)의 바이오 원유 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법은 바이오매스 공급 단계(1), 유동사 공급 단계(2), 급속 열분해 단계(3), 사이클론 단계(4), 응축 단계(5)(6)(7), 연소 단계(11), 유동사 회수 단계(12), 및 열풍 공급 단계(13)를 포함한다.
상기 바이오매스 공급 단계(1)에서는 바이오매스 공급기(120)가 반응기(110)의 경사부(111)에 바이오매스(M)를 공급할 수 있다. 이때, 바이오매스 공급기(120)는 잘게 분쇄된 목질계 바이오매스(M)를 연속적으로 경사부(111)의 상부에 공급한다. 따라서, 바이오매스(M)는 중력에 의해 경사부(111)를 따라 하측으로 슬라이딩 이동될 수 있다.
그리고, 바이오매스 공급 단계(1)에서는 바이오매스(M)의 공급시 엉김 방지 기구(122)를 작동시켜 바이오매스(M)의 엉김을 방지할 수 있다. 즉, 엉김 방지 기구(122)의 구동부(125)가 작동되면, 구동부(125)가 봉부(123)를 좌우방향으로 직선 왕복 운동시키고, 봉부(123)와 함께 돌기부(124)들도 좌우방향으로 직선 왕복 운동한다. 그러므로, 돌기부(124)들이 바이오매스 공급기(120)의 배출구(110b)에 위치된 바이오매스(M)를 파쇄시켜 바이오매스(M)의 공급 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 유동사 공급 단계(2)에서는 유동사 공급기(130)가 경사부(111)에 배치 된 바이오매스(M)의 상면에 고온의 유동사(S)를 공급할 수 있다. 이때, 유동사 공급기(130)는 경사부(111)의 상부에 공급된 바이오매스(M)의 상면에 유동사(S)를 연속적으로 공급하기 때문에, 유동사(S)는 바이오매스(M)와 함께 중력에 의해 경사부(111)를 따라 하측으로 슬라이딩 이동할 수 있다.
또한, 유동사 공급기(130)에 구비된 유동사 가열기(140)는 유동사(S)를 제2 설정 온도로 일정하게 유지할 수 있다. 제2 설정 온도는 바이오매스(M)의 급속 열분해를 가장 활발하게 촉진시키는 유동사(S)의 온도이다. 따라서, 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정에서 유동사(S)가 바이오매스(M)에 작용하는 열이 일정하므로, 바이오매스(M)의 급속 열분해가 안정적으로 실시될 수 있다.
상기 급속 열분해 단계(3)에서는 가열기(140)가 경사부(111)에 열풍(H)을 제공하여 경사부(111)를 제1 설정 온도로 가열한다. 이때, 가열기(140)의 열풍(H)은 반응기(110)에 구비된 열 전달부(146)에 공급될 수 있다. 열 전달부(146)에 공급된 열풍(H)은 열 전달부(146)를 따라 상측으로 유동되면서 경사부(111)의 전체에 열을 고르게 전달할 수 있다. 따라서, 가열기(140)의 열풍(H) 및 유동사(S)의 열은 경사부(111)를 따라 하측으로 이동되는 바이오매스(M)를 급속 열분해시킨다.
이러한 급속 열분해 단계(3)에서는 바이오매스(M)를 가스(G)로 열분해시킬 수 있다. 급속 열분해 단계(3)에서 생성되는 가스(G)는, 바이오 원유 성분을 포함하고 있으며, 가스 배출구(112)를 통해 반응기(110)의 외부로 배출된다. 반면에, 급속 열분해 단계(3)에서 부산물로 생성되는 촤(C)는, 반응기(110)의 출구(110b)를 통해 유동사(S′)와 함께 컨베이어 기구(142)로 배출된다.
한편, 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정은 반응기(110)의 투명창(113)들을 통해 육안으로 확인할 수 있으며, 바이오매스(M)의 급속 열분해시 반응기(110) 내의 반응 온도는 온도 감지 센서(114)들을 통해 확인할 수 있다. 만약, 반응기(110) 내의 반응 온도가 급속 열분해에 필요한 제1 설정 온도보다 낮으면, 가열기(140)와 함께 보조 가열기(115)을 작동시켜 반응기(110) 내의 반응 온도를 높일 수 있다.
상기 사이클론 단계(4)에서는 다단 사이클론 기구(150)가 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정에서 발생되는 가스(G)를 반응기(110)로부터 전달받아 가스(G) 내의 이물질을 제거한다. 이러한 다단 사이클론 기구(150)는 여러 단계의 사이클론 현상을 이용하여 가스(G)에 함유된 입자 상태의 이물질을 제거한다.
사이클론 단계(4)에서 제거하는 이물질로는 가스(G)에 함유된 미세 입자 상태의 촤(C)가 대표적이다. 왜냐하면, 미세 입자 상태의 촤(C)는 바이오 원유의 제조 반응에 악영향을 주어 바이오 원유의 수율을 저하시키는 주요 원인이기 때문이다.
상기 응축 단계(5)(6)(7)에서는 응축기(160)가 사이클론 단계(4)에서 이물질이 제거된 가스(G1)를 다단 사이클론 기구(150)로부터 전달받아 가스(G1)를 응축시킨다. 즉, 응축기(160)가 가스(G1)를 응축시키면, 가스(G1)로부터 바이오 원유가 추출된다. 이와 같은 응축 단계(5)(6)(7)를 보다 상세히 설명하면, 응축 단계(5)(6)(7)는 중온 응축 과정(5), 전기 집진 과정(6), 및 저온 응축 과정(7)으로 이루어진다.
즉, 중온 응축 과정(5)에서는 중온 응축기(162)가 사이클론 단계(4)에서 이 물질이 제거된 가스(G1)를 다단 사이클론 기구(150)로부터 전달받아 가스(G1)를 중온에서 응축시킨다. 중온 응축기(162)가 가스(G1)를 중온 응축하면, 가스(G1)로부터 바이오 원유가 1차 추출된다. 이때, 중온 응축 과정(5)의 응축 온도는 상온이며, 중온 응축 과정(5)에서 추출되는 바이오 원유는 비교적 고분자 물질로 구성된다.
그리고, 전기 집진 과정(6)에서는 전기 집진기(164)가 중온 응축 과정(5)에서 비응축된 가스(G2)를 중온 응축기(162)로부터 전달받아 가스(G2)를 전기 집진한다. 전기 집진기(164)가 가스(G2)를 전기 집진하면, 가스(G2)에 함유된 액적 상태의 바이오 원유가 포집된다. 따라서, 전기 집진 과정(6)에서는 중온 응축 과정(5)에서 완전히 회수하지 못한 액적 상태의 바이오 원유를 회수하므로, 바이오 원유의 수율을 높일 수 있다.
또한, 저온 응축 과정(7)에서는 저온 응축기(166)가 전기 집진 과정(6)에서 전기 집진된 가스(G3)를 전기 집진기(164)로부터 전달받아 저온에서 응축시킨다. 저온 응축기(166)가 가스(G3)를 저온 응축시키면, 가스(G3)로부터 바이오 원유가 2차 추출된다. 이때, 저온 응축 과정(7)의 응축 온도는 영하 근방의 온도이며, 저온 응축 과정(7)에서 추출되는 바이오 원유는 저분자 물질로 구성된다.
상기 연소 단계(11)에서는 가열기(140)가 응축 단계(5)(6)(7)에서 비응축된 가스(G4) 및 급속 열분해 단계(3)에서 생성된 촤(C)와 유동사(S′)를 전달받아 가스(G5)와 촤(C) 및 유동사(S′)를 고온에서 연소시킨다. 즉, 가스(G4)는 응축기(160)에서 가열기(140)의 내부로 공급되고, 촤(C)와 유동사(S′)는 컨베이어 기 구(142)에 의해 가열기(140)의 내부로 공급된다. 따라서, 연소 단계(11)에서는, 가스(G4)와 촤(C)를 완전히 태워 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 유동사(S′)를 고온으로 다시 재생시킬 수 있다.
한편, 연소 단계(11)에서는 가열기(140)에서 발생된 열을 열풍(H)의 형태로 급속 열분해 단계(3)에 전달한다. 그리고, 가열기(140)는 반응기(110) 또는 열 전달부(146)에서 외부로 배출되는 폐열(H′)을 이용하여 외부로부터 공급되는 공기를 예열시킨다. 따라서, 가열기(140)의 연소 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 운전 비용도 절감시킬 수 있다.
상기 유동사 회수 단계(12)에서는 유동사 공급기(130)가 연소 단계(11)에서 재생된 고온의 유동사(S)를 가열기(140)로부터 전달받는다. 유동사 공급기(130)로 회수된 유동사(S)는 유동사 공급 단계(2)에서 재사용된다. 따라서, 유동사(S)가 소모되지 않고 계속적으로 재활용되므로, 비용을 매우 크게 절감시킬 수 있으며, 일정 품질의 유동사(S)를 지속적으로 사용할 수 있다.
상기 열풍 공급 단계(13)에서는 연소 단계(11)에서 발생된 열풍(H)의 일부를 가열기(140)로부터 반응기(110)의 내부에 공급한다. 이러한 열풍(H)은 고온의 열기와 함께 비활성 연소 가스를 포함할 수 있다. 따라서, 반응기(110)의 내부 온도는 열풍(H)에 의해 상승될 수 있으며, 반응기(110)의 내부 압력은 열풍(H)에 의해 대기압 이상의 압력으로 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 반응기(110)의 내부는 열풍(H)에 의해 비산화 분위기가 형성될 수 있다.
여기서, 반응기(110)의 내부 압력이 대기압보다 높으면, 반응기(110)의 내부 로 외부 공기가 유입될 수 없다. 따라서, 외부 공기와 바이오 매스(M)가 반응기(110)의 내부에서 반응되는 현상이 방지될 수 있다. 그렇기 때문에, 반응기(110)의 내부에 별도의 비활성 가스, 예를 들면 질소 가스를 주입할 필요성이 줄어 들게 된다. 즉, 비활성 가스 공급 장치의 생략이 가능하여 바이오 원유 제조 시스템(100)의 제품 단가 및 운전 에너지를 절약할 수 있고, 고가의 비활성 가스를 사용하지 않아 바이오 원유 제조 시스템(100)의 운전 비용을 낮출 수 있다.
그리고, 반응기(110)의 내부가 열풍(H)에 의해 비산화성 분위기로 형성되면, 바이오매스(M)의 급속 열분해 과정에서 바이오매스(M)의 불필요한 산화가 방지될 수 있다. 따라서, 반응기(110)에 투입된 바이오매스(M)가 급속 열분해 과정에 모두 사용될 수 있기 때문에, 바이오 원유의 수율이 향상될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법은 후처리 단계(8), 가스 분석 단계(9), 및 작동 조절 단계(10)를 더 포함할 수 있다.
상기 후처리 단계(8)에서는 후처리 기구(170)가 급속 열분해 단계(3)에서 외부로 배출되는 열풍(H′)를 예열기(144) 이후에 전달받아 열풍(H′)를 후처리시킨다. 즉, 후처리 기구(170)가 열풍(H′)에 함유된 유해 물질을 제거한다. 이와 같이 후처리 기구(170)에 의해 유해 물질이 제거된 열풍(H′)은 외부로 배기될 수 있다.
상기 가스 분석 단계(9)에서는 후처리 단계(8)에서 후처리 기구(170)에 의해 후처리된 열풍(H′)의 성분을 가스 분석기(180)가 분석한다. 물론, 가스 분석 단계(9)에서는 필요에 따라 바이오 원유를 제조하는 모든 단계에서 발생되는 각각의 가스(G)(G1)(G2)(G3)(G4)를 분석하는 것도 가능하다.
상기 작동 조절 단계(10)에서는 가스 분석 단계(9)에서 분석된 열풍(H′)의 성분에 따라 바이오매스 공급 단계(1), 유동사 공급 단계(2), 급속 열분해 단계(3), 사이클론 단계(4), 응축 단계(5)(6)(7), 열풍 공급 단계(13) 중 적어도 하나의 작동을 조절한다.
즉, 가스 분석기(180)가 분석한 가스(G5)의 성분에 이상이 발생되면, 바이오 원유 제조 과정이 비정상적으로 진행되는 것으로 판단하여 바이오 원유를 제조하는 단계들의 작동을 적절히 제어한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템이 개략적으로 도시된 구성도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치의 작동 상태를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8 내지 도 10에서 도 1 내지 도 7에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재 또는 동일한 작동 단계를 나타낸다. 이하에서는 도 1 내지 도 7에 도시된 바이오 원유 제조 시스템(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바이오 원유 제조 시스템(200)이 도 1 내지 도 6에 도시된 바이오 원유 제조 시스템(100)과 상이한 점은, 반응기(110)의 상부에 고분자 화합물 공급기(210)가 더 구비된다는 점이 상이하다.
즉, 반응기(110)의 상부에는 바이오매스 공급기(120) 및 유동사 공급기(130) 와 함께 고분자 화합물 공급기(210)가 구비될 수 있다. 고분자 화합물 공급기(210)는 반응기(110)의 경사부(111)에 공급된 바이오매스(M)와 유동사(S)에 가연성 고분자 화합 물질(P)을 공급하는 장치이다. 이와 같은 가연성 고분자 화합 물질(P)로는 잘게 분쇄된 폐플라스틱이 사용될 수 있다.
고분자 화합물 공급기(210)의 상부에는 유동사(S)를 투입하는 투입구(210b)가 형성될 수 있고, 고분자 화합물 공급기(210)의 하부에는 반응기(110)의 입구(110a)와 연통되게 형성되어 가연성 고분자 화합 물질(P)를 배출시키는 배출구(210a)가 형성될 수 있다. 고분자 화합물 공급기(210)의 배출구(210a)와 반응기(110)의 입구(110a) 중 적어도 하나는 개폐 가능하게 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 바이오 원유 제조 시스템(200)의 바이오 원유 제조 방법은, 도 7에 도시된 바이오 원유 제조 시스템(100)의 바이오 원유 제조 방법과 비교하면 유동사 공급 단계(2)와 급속 열분해 단계(3) 사이에 고분자 화합물 공급 단계(14)가 구비된다는 점이 상이하다.
즉, 고분자 화합물 공급 단계(14)는 바이오매스 공급 단계(1)와 유동사 공급 단계(2) 이후에 진행되며, 반응기(110)의 경사부(111)에 공급된 바이오매스(M)와 유동사(S)에 가연성 고분자 화합 물질(P)이 공급된다. 상기와 같이 반응기(110)의 내부에 가연성 고분자 화합 물질(P)이 공급되면, 바이오매스(M)의 급속 열분해시 고분자 화합 물질(P)이 함께 열분해되어 바이오 원유의 수율 및 품질을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템이 개략적으로 도시된 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 바이오 원유 제조 시스템의 바이오 원유 제조 장치를 나타낸 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 바이오 원유 제조 장치를 나타낸 좌측면도,
도 4는 도 3에 도시된 A-A선에 따른 단면을 나타낸 도면,
도 5는 도 4에 도시된 B-B선에 따른 단면을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치의 작동 상태를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법을 나타낸 순서도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 시스템이 개략적으로 도시된 구성도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 장치의 작동 상태를 나타낸 도면, 및
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 원유 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 간단한 설명>
100,200: 바이오 원유 제조 장치 110: 반응기
120: 바이오매스 공급기 130: 유동사 공급기
140: 가열기 150: 사이클론 기구
160: 응축기 170: 후처리 기구
180: 가스 분석기

Claims (32)

  1. 적어도 어느 한 측면부에 경사지게 형성된 경사부가 구비된 반응기;
    상기 반응기의 상부의 일측에 구비되고, 상기 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기;
    상기 경사부를 따라 이동되는 상기 바이오매스의 이동 방향을 기준으로 상기 바이오매스 공급기보다 전방에 배치되도록 상기 반응기의 상부의 타측에 구비되고, 상기 경사부와의 사이에 상기 바이오매스가 배치되도록 상기 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기; 및
    상기 경사부를 가열시켜 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 가열기;
    을 포함하는 바이오 원유 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 상부에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정에서 생성된 가스를 배출시키는 적어도 하나의 가스 배출구가 형성된 바이오 원유 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응기에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정을 관찰하기 위한 투명창이 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 투명창은 상기 경사부와 대향되게 배치된 측면부에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치된 바이오 원유 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반응기에는 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정시 내부 온도를 감지하기 위한 온도 감지 센서가 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 온도 감지 센서는 상기 경사부와 대향되게 배치된 측면부에 상하 방향으로 복수개가 이격되게 배치된 바이오 원유 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 경사부에는 상기 가열기가 제공하는 열을 공급받아 상기 경사부에 균일하게 전달하는 열 전달부가 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 열 전달부에 고온의 열풍을 제공하고, 상기 열 전달부는 상기 열풍이 통과되는 통로 형상으로 형성되며,
    상기 열 전달부의 하부에는 상기 열풍이 흡입되는 열풍 흡입구가 형성되고, 상기 열 전달부의 상부에는 상기 경사부를 가열한 열풍이 배출되는 열풍 배출구가 형성된 바이오 원유 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반응기의 경사부 또는 상기 열 전달부 중 적어도 하나에는 상기 열풍과의 열전달 성능을 높이기 위한 열전달 구조물이 형성된 바이오 원유 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 경사부에는 상기 경사부를 가열하여 상기 바이오매스의 반응 온도를 조절하는 보조 가열기가 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유동사 공급기에는 상기 유동사를 가열하여 상기 유동사의 온도를 조절하는 유동사 가열기가 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스 공급기에는 상기 바이오매스의 엉김을 방지하는 엉김 방지 기구가 구비된 바이오 원유 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 엉김 방지 기구는,
    상기 바이오매스 공급기의 내부에 이동 가능하게 배치되고, 상기 바이오매스 공급기의 외측으로 일단이 관통되게 배치된 봉부;
    상기 봉부에 돌출되게 형성되고, 상기 봉부의 이동시 상기 바이오매스의 엉김 상태를 풀어주는 복수개의 돌기부들; 및
    상기 봉부의 일단에 연결되고, 상기 봉부를 왕복 이동시키는 구동부;
    를 포함하는 바이오 원유 제조 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 봉부는 상기 반응기의 상부와 연결된 부위에 배치된 바이오 원유 제조 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 돌기부들은 상기 봉부에서 상기 반응기를 향해 돌출되게 형성되며,
    상기 돌기부의 단부는 상기 봉부와 상기 돌기부의 길이 방향에 교차되는 방향으로 절곡된 바이오 원유 제조 장치.
  16. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기의 상부에 구비되고, 상기 유동사 공급기에서 공급되는 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급기를 더 포함하는 바이오 원유 제조 장치.
  17. 적어도 어느 한 측면부에 경사지게 형성된 경사부가 구비된 반응기;
    상기 반응기의 상부의 일측에 구비되고, 상기 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기;
    상기 경사부를 따라 이동되는 상기 바이오매스의 이동 방향을 기준으로 상기 바이오매스 공급기보다 전방에 배치되도록 상기 반응기의 상부의 타측에 구비되고, 상기 경사부와의 사이에 상기 바이오매스가 배치되도록 상기 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기;
    상기 경사부를 가열시켜 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 가열기;
    상기 반응기의 내부에서 발생된 가스를 전달받아 상기 가스에 함유된 이물질을 제거하는 사이클론 기구;
    상기 사이클론 기구에서 이물질이 제거된 가스를 응축시켜 바이오 원유를 추출하는 응축기;
    상기 가열기에서 배출되는 연소 가스를 후처리하여 상기 연소 가스 내의 유해 물질을 제거하는 후처리 기구; 및
    상기 후처리 기구에서 후처리된 상기 연소 가스의 성분을 분석하는 가스 분석기;
    를 포함하는 바이오 원유 제조 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가열기는 상기 응축기에서 비응축된 가스 및 상기 반응기에서 배출된 촤와 유동사를 연소시키며, 상기 유동사 공급기는 상기 가열기에서 가열된 유동사를 공급받고, 상기 반응기는 상기 가열기에서 발생된 열풍을 내부에 공급받는 바이오 원유 제조 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 반응기의 하부와 상기 가열기 사이에 구비되고, 상기 반응기에서 배출되는 촤와 유동사를 상기 가열기로 전달하는 컨베이어 기구를 더 포함하는 바이오 원유 제조 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 반응기의 경사부에는 상기 가열기가 제공하는 열을 공급받아 상기 경사부에 균일하게 전달하는 열 전달부가 구비된 바이오 원유 제조 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 반응기 또는 상기 열 전달부에서 배출되는 폐열을 이용하여 상기 가열기에 공급되는 공기를 예열시키는 예열기를 더 포함하는 바이오 원유 제조 시스템.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 사이클론 기구는 상기 가스의 처리시 바이오 원유가 응축되지 않도록 내부 온도의 저하를 방지하는 보온 구조가 구비된 바이오 원유 제조 시스템.
  23. 제17항에 있어서,
    상기 응축기는,
    상기 사이클론 기구에서 이물질이 제거된 가스를 중온에서 응축시키는 중온 응축기;
    상기 중온 응축기에서 비응축된 가스를 전기 집진하는 전기 집진기; 및
    상기 전기 집진기에서 집진된 가스를 저온에서 응축시키는 저온 응축기;
    를 구비한 바이오 원유 제조 시스템.
  24. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기, 상기 바이오매스 공급기, 상기 유동사 공급기, 상기 가열기, 상기 사이클론 기구, 또는 상기 응축기 중 적어도 하나는 상기 가스 분석기의 분석값에 따라 작동이 조절되는 바이오 원유 제조 시스템.
  25. 제17항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기의 상부에 구비되고, 상기 유동사 공급기에서 공급되는 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급기를 더 포함하는 바이오 원유 제조 시스템.
  26. 반응기의 측면부에 형성된 경사부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급 단계;
    상기 경사부에 공급된 바이오매스의 상면에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급 단계;
    상기 경사부를 가열하여 상기 경사부를 따라 하측으로 이동되는 상기 바이오매스를 급속 열분해시키는 급속 열분해 단계;
    상기 바이오매스의 급속 열분해 과정에서 발생되는 가스를 전달받아 상기 가스 내의 이물질을 제거하는 사이클론 단계;
    상기 사이클론 단계에서 이물질이 제거된 가스를 응축시켜 상기 가스로부터 바이오 원유를 추출하는 응축 단계;
    상기 응축 단계에서 비응축된 가스 및 상기 급속 열분해 단계에서 생성된 촤와 유동사를 연소시키는 연소 단계;
    상기 연소 단계에서 재생된 고온의 유동사를 상기 유동사 공급 단계로 전달하는 유동사 회수 단계;
    상기 연소 단계에서 발생된 열풍을 상기 반응기의 내부에 공급하는 열풍 공급 단계;
    상기 연소 단계에서 발생된 연소 가스를 여과시켜 상기 연소 가스에 함유된 유해 물질을 제거하는 후처리 단계;
    상기 후처리 단계에서 후처리된 상기 연소 가스의 성분을 분석하는 가스 분석 단계; 및
    상기 가스 분석 단계에서 분석된 상기 연소 가스의 성분에 따라 바이오매스 공급 단계, 유동사 공급 단계, 급속 열분해 단계, 사이클론 단계, 응축 단계, 열풍 공급 단계 중 적어도 하나의 작동을 조절하는 작동 조절 단계;
    를 포함하는 바이오 원유 제조 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 급속 열분해 단계에서는 상기 연소 단계에서 발생된 열을 이용하여 상기 경사부를 가열하는 바이오 원유 제조 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 연소 단계에서는 상기 급속 열분해 단계에서 버려지는 폐열을 이용하여 연소시 사용되는 외부 공기를 예열하는 바이오 원유 제조 방법.
  29. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 응축 단계는,
    상기 사이클론 단계에서 이물질이 제거된 가스를 중온에서 응축시켜 상기 가스로부터 고분자량의 바이오 원유를 추출하는 중온 응축 과정;
    상기 중온 응축 과정에서 비응축된 가스를 전기 집진하여 상기 가스에 함유된 액적 상태의 상기 바이오 원유를 포집하는 전기 집진 과정; 및
    상기 전기 집진 과정에서 전기 집진된 가스를 저온에서 응축시켜 상기 가스로부터 저분자량의 바이오 원유를 추출하는 저온 응축 과정;
    를 구비한 바이오 원유 제조 방법.
  30. 삭제
  31. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동사 공급 단계에서 공급된 상기 유동사의 상면에 가연성 고분자 화합 물질을 공급하는 고분자 화합물 공급 단계를 더 포함하는 바이오 원유 제조 방법.
  32. 제26항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기에는, 상기 바이오매스의 급속 열분해 과정시 내부 온도를 감지하는 온도 감지 센서가 구비되고, 상기 경사부를 선택적으로 가열하는 보조 가열기가 구비되며,
    상기 급속 열분해 단계에서는 상기 온도 감지 센서의 감지값이 설정 온도 미만이면 상기 보조 가열기를 작동시키는 바이오 원유 제조 방법.
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