KR101453326B1

KR101453326B1 - 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치

Info

Publication number: KR101453326B1
Application number: KR1020140104445A
Authority: KR
Inventors: 송대빈; 서경섭; 정대홍; 박준형
Original assignee: 경상대학교산학협력단; 엔디티엔지니어링(주)
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2014-10-22

Abstract

본원 발명은 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 연속식 열분해 처리장치에 관한 것으로 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등과 같은 바이오매스 자원을 연료로 사용하기 위한 연속식 열분해 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는 상기 연속식 열분해 처리장치는 석탄, 석유 및 가스와 같은 기존 화석연료를 대체하기 위하여 발열량을 크게 향상시킨 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등 초본계 바이오매스를 열분해 공정으로 자원화 하는 것이고, 이를 산업용 또는 가정 등에서 연소 연료로 사용함으로써 연료의 가격경쟁력을 제고시킨 산업용 연속식 열분해 처리장치에 관한 것이다.

Description

초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치{Large scale industrial continuous pyrolysis processing unit using plant biomass sources}

최근 이산화탄소 저감과 석탄 등의 화석연료 연소 후에 발생되는 부산물 및 폐기물의 해양 투기를 금지하는 규정이 제정되는 등 환경에 대한 관심이 급증하고 있으며, 특히 화석연료의 고갈과 원자력 에너지의 위험성이 증대되면서 친환경 에너지원으로서 바이오매스에 대한 관심이 급증하고 있다.

바이오매스(Biomass)란 어느 시점에서 임의의 공간에 존재하는 특정 생물체의 양을 중량 또는 에너지지량으로 나타낸 것으로 생물체량이라고도 하며, 지구상에서 1년간 생산되는 바이오매스는 석유의 전체 매장량과 맞먹어 적정하게 이용하면 고갈될 염려가 없는 이점이 있다.

바이오매스의 많은 부분을 차지하는 목재는 분말 형태로 쉽게 얻을 수 있고 발열량이 높아 석탄을 대체할 수 있는 에너지원으로 인식되어 농업시설의 난방용 보일러에 최근 많이 사용되고 있으며, 그 동안 목재 보일러에 관한 연구개발이 활발히 진행되어 왔으며, 정부에서도 많은 지원이 있어 왔다. 그러나 한정된 목재 자원과 분말화를 위한 추가비용 발생으로 인한 목재 원료 가격 문제가 제기되면서 국내 연구가 거의 중단된 상태이며, 난방용 목재 보일러의 경우 목재 분말 연소 시 발생되는 연소 가스의 영향으로 보일러 가동에 많은 문제를 일으켜 현장 적용에 어려움을 겪고 있다.

바이오매스의 원료로 사용되는 부레옥잠은 아메리카대륙 열대지방이 원산지인 다년생 물옥잠과의 관상식물로 국내에서는 수질정화용 식물로 잘 알려져 있다. 부레옥잠은 20℃ 이상의 수온에서 별도의 양분 공급 없이 1개체의 수가 752개 정도로 증식되는 번식력이 매우 빠른 식물로 국내의 경우 4월부터 10월까지 저수지 등에서 재배가 가능하다. 2009년 용인에 소재한 저수지에서 연구를 위해 재배한 결과 1ha에서 약 50 톤의 건물(乾物;함수율 0%) 생산이 가능한 것으로 나타났다.

따라서 국내의 저수지 등 수면을 적절히 이용하면 저렴한 비용으로 부레옥잠을 안정적으로 대량 확보할 수 있기 때문에 가격 측면에서 목재를 대체하는 훌륭한 바이오매스로 활용할 수 있다.

또한 낙엽은 전통적인 화력공급 수단으로 사용되었으나 석탄 및 석유의 공급으로 지금은 거의 사용되지 않고 있다. 가을철 대도시에 발생되는 낙엽은 수거한 후 소각 처리되는데 그 발생량 때문에 각 지방자치단체마다 처리에 많은 예산을 투입하고 있는 실정이다. 따라서 이러한 낙엽을 열분해처리한 후 연소용 연료로 활용한다면 부레옥잠과 더불어 매우 유용한 바이오매스 공급원으로 활용될 수 있다.

열분해처리(pyrolysis)는 목질계 바이오매스를 무산소 또는 저산소 상태에서 400℃ ~ 1000℃ 온도로 가열하여 가스나 분해유와 같은 기체 또는 액체연료 및 타르나 목탄 등과 같은 고체 연료를 얻기 위한 처리방법이다.

그러나 현재 유럽, 미국 등에서 사용되는 목재를 대상으로 하는 열분해장치는 나무를 일정한 크기의 판재로 가공하고 상기 판재를 열분해시켜 열분해과정에서 발생되는 연소용 가스 및 목탄액을 회수하는 것을 목적으로 하기 때문에 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등과 같은 초본계 식물의 열분해장치로 직접 사용하는 것은 불가능하다.

따라서 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하고자 많은 연구를 계속한 끝에 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 열분해장치를 개발하여 특허등록 제10-1231812호를 통해 실용화 시켰으나, 이는 배치식으로 개발되어 산업용으로 사용함에 있어 효율적인지 못한 문제점이 있었다.

즉, 종래의 배치식 열분해장치의 작업공정은 ① 바이오매스를 열분해장치에 투입-> ② 건조-> ③ 열분해-> ④ 냉각 및 배출-> ⑤히터 냉각-> ① 다시 바이오매스를 열분해장치에 투입의 과정을 반복하게 되는데, 이렇듯 종래의 열분해장치는 하나의 탱크본체부 내에서 모든 공정이 배치적으로 이루어짐에 따라 한번의 작업프로세스가 마무리된 후 다시 새로운 작업프로세스를 시행하기 위해서는 탱크본체부에 잔존하는 원료를 완전히 제거한 상태에서 상기 히터가 식을 때까지 장시간 대기해야 하기 때문에 장치 활용의 측면에서 매우 효율적이지 못한 문제점이 있었다. 그렇다고 상기 히터냉각 과정을 무시하고 바로 바이오매스 원료를 투입할 경우 온도의 불균열로 인해 원료의 발열량이 불균열해져 전체적인 원료 이용효율이 낮아지는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-123812호 대한민국 등록특허공보 제10-0883952호 대한민국 등록특허공보 제10-0995134호 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0039835호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치는 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등과 같은 초본계 식물을 열분해하여 연료 자원으로 활용할 수 있는 열분해장치를 개발하되, 이를 산업용에 적합하도록 24시간 연속 이용이 가능한 연속식 열분해장치를 개발하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 열분해 처리장치에 있어서, 상기 열분해 처리장치는 상부에 투입구 및 배기구가 설치되고 건조 및 예열부(A), 열분해 처리부(B), 및 냉각 및 배출부(C)를 포함하는 열분해 탱크 본체부(1)와 상기 열분해 탱크를 지지해 주는 프레임부(10)를 포함하고, 상기 건조 및 예열부(A)는 교반장치(3) 및 회전형 개폐장치(5)를 포함하고, 상기 열분해 처리부(B)는 상기 건조 및 예열부(A) 저부에 형성되어 히터(6), 교반장치(17) 및 회전형 개폐장치(7)를 포함하며, 상기 냉각 및 배출부(C)는 상기 열분해 처리부(B) 저부에 형성되어 스크류 컨베어(8), 및 냉각 및 배출부측 질소투입구(15)를 포함하여 이루어지고, 상기 회전형 개폐장치(5, 7)에 의해 상기 건조 및 예열부, 열분해 처리부, 및 냉각 및 배출부가 각각 구획되되, 상기 투입구를 통해 투입된 바이오매스 원료는 상기 회전형 개폐장치(5, 7)의 개구에 의해 저부로 자유낙하하여 상기 냉각 및 배출부를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다

또한, 상기 건조 및 예열부(A)의 체적은 열분해 처리부(B)의 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 건조 및 예열부(A)에 형성된 회전형 개폐장치(5)에 적용되는 판은 타공 처리를 하여 상기 열분해 처리부(B)에서 발생된 고온의 가스가 상기 건조 및 예열부(A)로 상승되어 쉽게 통과될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교반장치(3) 부근 탱크 본체부에는 레벨계(4)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열분해 처리부(B)에 상기 히터(6)의 과열로 인한 원료의 발화를 방지하기 위하여 열분해 처리부측 질소투입구(14)를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각 및 배출부(C)에는 상기 스크류컨베어(8)에 의해 이송되는 원료가 배출되는 배출구(20)가 형성되며, 상기 배출구에는 수분 공급용 노즐(16)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 배출구(20)에는 외부공기가 본체 내부로 유입되는 것을 막기 위해 기밀형 로터리 밸브(9)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 바이오매스가 투입 저장되어 건조 및 예열이 일어나는 건조 및 예열부, 열분해처리가 일어나는 열분해 처리부, 열분해 된 원료를 냉각시키고 배출하는 냉각 및 배출부, 및 열분해장치를 지지해주는 프레임부로 열분해장치의 구성을 구획시키므로써 연속식 열분해 처리장치가 실현됨에 따라 24시간 연속 사용이 가능해지는 효과가 있다.

둘째, 열분해 처리 시 발생되는 고온의 배출공기를 원료의 건조 및 예열에 사용하도록 장치를 구성하여 에너지 효율을 증가시킴과 동시에 생산 원가를 절감시키는 효과가 있다.

셋째, 열분해 처리부에 열처리 분해부측 질소투입구를 설치하므로써 삽입형 히터의 과열로 인한 원료의 발화를 방지하고 히터의 내구성을 크게 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열분해 처리장치의 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 열분해 처리장치의 측면도.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시 예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등을 열분해하여 연료 자원으로 활용하기 위해서는 열분해된 연료자원이 석탄 및 목재 수준의 발열량이 확보되어야 한다. 그러나 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등과 같은 초본계 원료는 발열량이 석탄 또는 목재에 비해 낮기 때문에 발열량 개선을 위해 무산소 상태에서 200℃ ~ 500℃의 고온으로 1～3 시간 동안 조직 내 수분 등의 성분을 제거하고, 소수성의 탄화펠릿(biocoal) 상태로 만드는 열분해처리가 반드시 필요하다. 본원발명에서는 아래 표 1에서와 같이 열분해 처리 전후의 발열량을 사전에 실험한 결과 부레옥잠을 열분해처리하면 발열량 측면에서도 목재를 대체할 수 있음을 확인했다.

<열분해처리 전/후 발열량 비교(선행 연구결과 2011. 3/2013. 12)>

종류	처리 전	처리 후
부레옥잠	3,053 kcal/kg	5,300 kcal/kg
낙엽	3,000 kcal/kg	5,100 kcal/kg
목재	4,000 kcal/kg	5,000 kcal/kg
석탄	약 6,000 kcal/kg

공업용 전기로(Lab. scale, 처리량 100 g)를 이용한 예비실험 결과 열분해처리 공정 중 원료 함수율, 처리온도, 처리시간, 압력 및 산소량이 발열량 향상에 영향을 끼치는 것으로 나타났으며 특히 열처리 공정 중 처리장치 내부를 무산소, 대기압 상태로 유지하는 기술 및 장치 개발이 반드시 필요한 것으로 파악되었다.

따라서 부레옥잠, 낙엽, 농업부산물 등을 열분해하여 연소용 연료로 자원화 하는 경우 석탄, 석유, 가스 등과 같은 기존 연료와의 가격경쟁력을 갖기 위해서는 발열량이 높은 연료를 대량으로 생산하여야 한다.

이를 위해 열분해 공정 중 열분해 탱크 내부의 상태가 무산소 상태이어야 하고, 열분해 온도를 일정하게 유지하면서 원료의 투입, 열분해, 배출이 동시에 이루어져야 한다.

도 1에 나타난 바와 같이 본 발명의 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 연속식 열분해 처리장치는 대용량 산업용 연속식 열분해 장치에 관한 것이며, 크게 열분해 본체(1)를 지지해주는 프레임부(10)로 구성되며, 열분해 본체(1)는 상기 바이오매스 자원이 투입 저장되어 건조 및 예열이 이루어지는 건조 및 예열부(A), 건조 및 예열부(A) 저부에 형성되어 열분해처리가 진행되는 열분해 처리부(B), 열분해 처리부(B)에 저부에 형성되어 열분해 된 고온의 원료를 냉각하고 배출시키는 냉각 및 배출부(C)로 구성된다.

상기 건조 및 예열부(A)는 교반장치(3), 레벨계(4) 및 회전형 개폐장치(5)를 포함하고, 상기 열분해 처리부(B)는 히터(6), 교반장치(17) 및 회전형 개폐장치(7)를 포함하며, 상기 냉각 및 배출부(C)는 스크류 컨베어(8), 로터리밸브(9), 냉각 및 배출부측 질소투입구(15) 및 노즐(16)을 포함한다.

즉, 상기 연속식 열분해 처리장치의 투입된 원료는 건조 및 예열부, 열분해 처리부, 냉각 및 배출부에 열분해 처리 시간 동안 체류하다가 자중에 의해 하부로 이송되어야 하기 때문에 각 공간 사이에 수시 개폐가 가능한 회전형 개폐장치(3, 7)를 포함한다.

이로서, 상기 건조 및 예열부(A), 열분해 처리부(B) 및 냉각 및 배출부(C)는 각각 회전형 개폐장치(5) 및 회전형 개폐장치(7)에 의해 자연스럽게 구획되는 것이다.

또한, 상기 연속식 열분해처리장치는 건조 및 예열부(A), 열분해 처리부(B), 냉각 및 배출부(C)의 체적을 적절히 분배해야 원료흐름을 연속적으로 유지하며 연속적으로 열분해 처리가 가능하기 때문에 원료의 수분함량을 고려하여 건조 및 예열부(A)의 체적은 열분해 처리부(B)의 약 1.5배로 하는 것이 바람직하다.

이에, 연속식 열분해처리장치의 구성을 구체적으로 살펴보면,

상기 열분해 본체(1)는 상부에 투입구(2)가 설치되며, 상기 프레임부(10)는 상기 열분해 본체(1)를 지면으로부터 이격 시켜주기 위하여 4개의 지지부(도면기호 미표시)로 구성된다.

상기 본체부(1)에서 열분해되는 초본계 바이오매스 자원은 투입구(2)를 통해 자중에 의해 원료 탱크 내부에 적재되어 건조 및 예열부(A)로 투입된다.

적재된 원료는 회전식 교반장치(3)에 의해 적재 높이를 탱크 전 면적에 대해 고르게 해주고 상기 교반장치 부근 탱크 본체부에는 부착된 레벨계(4)를 통해 적재높이를 제어하여 투입량을 정확하게 단속한다. 투입구까지의 원료 이동은 스크류컨베어, 벨트컨베어 등 다양한 이송 수단이 적용될 수 있으며, 투입구 개폐는 직선 운동식 또는 회전식 등이 적용 될 수 있고, 적재 높이를 고르게 하기 위해 회전식 균분기 등의 공지된 다양한 수단이 사용될 수 있다.

건조 및 예열이 끝난 원료는 회전식 개폐장치(5)의 회전에 의해 개구되어 열분해 처리부(B)로 자중에 의해 이송된다. 건조 및 예열부(A)와 열분해처리부(B)를 단속하는 회전식 개폐장치(5, 7)는 유압 및 에어실린더를 사용하는 직선 운동식 등 공지된 다양한 수단이 사용될 수 있다.

특히 상기 회전식 개폐장치(5)에 적용되는 판(도면 미표시)은 타공(도면 미표시) 처리를 하여 열분해 처리부(B)에서 발생된 고온의 가스가 상기 건조 및 예열부(A)로 상승되어 쉽게 통과될 수 있도록 구성한다.

즉, 상기 판이 건조 및 예열부(A)에서 예열되는 바이오매스 원료를 받치고 있는 동안 바이오매스 원료의 열분해를 위해 열분해 처리부(B)의 삽입형 히터(6)에서 발생하는 고온의 가스는 상기 타공을 통해 건조 및 예열부(A)의 건조와 예열에 사용된다.

이로서, 열분해 처리 시 발생되는 고온의 배출공기를 원료의 건조 및 예열에 사용함에 따라 에너지 효율을 증가시킴과 동시에 생산 원가를 절감시키는 효과가 있다.

열분해 처리부(B)로 원료가 투입되면 삽입형 히터(6)에 의해 상기 원료가 가열되면서 열분해 공정이 진행된다. 상기 바이오매스 자원이 탱크 내부의 혐기성 조건에서 열처리 되는 온도는 200℃ ~ 500℃, 바람직하게는 300℃ ~ 500℃로 처리할 때 발열에너지가 높으며, 처리 시간은 1~3시간 동안 처리하는 것이 바람직하다.

열분해 처리시 투입된 원료(부레옥잠 등 초본계 바이오매스)의 발열량을 최대로 하기 위해서는 열분해 처리 온도와 시간을 일정하게 유지시키는 것이 중요하기 때문에 삽입형 히터(6)를 탱크 내부에 높이별로 하단부, 중간부, 상단부 및 길이별로 벽면부, 중앙부에 위치하도록 입체적으로 설치하여 탱크 내부의 온도가 균일하게 유지하도록 구성한다.

상기 삽입형 히터(6)는 발열체가 노출되는 경우 원료와의 접촉으로 인한 단락으로 파손될 우려가 있어 스테인레스 파이프(SUS 310S) 내부에 설치하였고 고온으로 인한 파이프의 산화로 인한 히터의 단락을 막고, 온도분포를 균일하게 하기 위해 파이프 아랫부분 표면에 타공형 공간을 형성하였으며, 삽입형 히터의 과열로 인한 원료의 발화를 방지하기 위해 열분해 처리부측 질소투입구(14)를 상기 삽입형 히터 근방의 열분해 처리부(B)에 설치하였다. 이러한 구성은 히터의 내구성을 크게 향상시킨다.

열분해 처리가 진행되는 동안 원료의 균일한 열분해를 위해 회전식 교반장치(17)를 회전시켜 상하 간 원료가 지속적으로 섞이도록 한다. 열분해 처리가 끝난 원료는 회전식 개폐장치(7)의 회전에 의해 개구되어 냉각 및 배출부(C)로 자중에 의해 이송된다.

냉각 및 배출부(C)는 상기 스크류컨베어(8)에 의해 이송되는 원료가 배출되는 배출구(20)를 포함하며, 냉각 및 배출부로 이송된 원료는 스크류컨베어(8)에 의해 배출구(20)로 이송되어 배출구(20) 상부에 설치된 수분 공급용 노즐(16)에서 공급되는 물과 혼합되어 냉각된다. 즉, 열분해 처리가 끝난 원료를 바로 배출할 경우 외부 공기 중 산소와 반응하여 연소되기 때문에 이를 방지하기 위해 냉각 및 배출부의 배출구(20)에 수분 공급용 노즐(16)을 설치하는 것이다.

이어서, 냉각된 원료는 배출구(20)에 부착된 로타리밸브(9)의 회전에 의해 밖으로 배출되는데, 배출구(20)로부터 외부공기가 본체 내부로 유입되는 것을 막기 위해 기밀형 로터리 밸브(9)를 설치한다.

본원 발명에서 바이오매스 자원이 열분해 처리과정에서 연소를 방지하기 위해 탱크 내부의 산소를 제거해 주어야 한다. 이를 위해 질소발생기로부터 발생된 질소를 탱크 아래쪽에 설치된 냉각 및 배출부측 질소투입구(15)를 통해 공급하게 되면 본체부 내부에 있던 산소는 배기관(16)을 통해 외부로 배출된다.

상기 배기관(16)에는 산소 농도 측정용 감지기(11)를 부착하여 탱크 외부로 배출되는 가스 중 산소의 농도를 측정하여 본체 내부의 산소 농도를 예측하고, 본체 내부의 산소가 완전히 제거될 때까지 질소를 투입하여 준다.

상기 본체 내부의 벽면 및 중앙부의 열처리 온도를 감시하고 제어하기 위하여 온도감지용 센서(13)를 본체부의 벽면부와 중앙부에 높이별로 하단부, 중간부, 상단부에 설치하여 열처리 온도를 감시하고 동시에 히터의 가동량을 조절하여 전체적인 열분해 처리 온도를 정밀하게 제어하도록 구성한다.

상기 본체의 외부는 열손실을 막기 위해 단열재(17)로 피복한다. 상기 본체부를 피복하는 단열재에는 석면과 유리섬유를 혼합시킨 단열재에 성형제를 사용하여 고형화 시킨 것과 단열 섬유를 사용하여 본체외부형상에 맞게 재단한 것 등을 사용한다.

또한 본체는 열분해 처리 시 고온과 발생 가스 등으로 부식이 일어날 가능성이 크기 때문에 스테인레스 스틸과 같은 내식성 재질의 자재를 사용하는 것이 바람직하다.

이로서, 작업자가 본 발명에 따른 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치를 가동하는 과정을 살펴보면,

열분해 처리장치의 최초 가동시에는 건조 및 예열부(A)에 원료를 적정량 채운 후 상기 회전식 개폐장치(5)를 개구하여 이를 바로 열분해 처리부(B)로 이송한 후 상기 회전식 개폐장치(5)를 폐쇄하고 다시 건조 및 예열부(A)에 원료를 적정량 채운 다. 이로서, 열분해 처리부(B)에 투입된 원료에 대한 열분해를 시작하면, 여기서 발생하는 고온의 가스가 상기 타공을 통과하여 상기 건조 및 예열부(A)에 적재된 원료를 건조 및 예열시킨다.

이를 공정별로 기술하면, 하나의 공정을 시작하기 위해 바이오매스 원료를 상기 투입구(2)를 통해 투입하면, ① 일정시간 동안 건조 및 예열부(A)에서 교반장치(3)에 의해 교반되면서 건조 및 예열된 후 회전형 개폐장치(5)의 작동에 의해 개구되면, ② 열분해 처리부(B)로 자중에 의해 자유낙하한 후 교반장치(7)에 의해 교반되면서 히터(6)에 의해 열분해가 완료되면 다시 회전형 개폐장치(7)의 작동에 의해 개구되어, ③ 냉각 및 배출부(C)로 자중에 의해 자유낙하한 후 배출구(20)를 통해 배출되어 하나의 작업프로세스가 마무리된다.

이때, 새로운 작업 프로세스의 시작은 앞선 프로세스가 진행되는 중에도 가능한데, 즉, ① 공정이 끝나고 ② 공정으로 원료가 이동하는 즉시 ① 공정에 원료가 투입되는 과정이 연속적으로 가능하게 되는 것이다.

즉, 건조 및 예열부(A), 열분해 처리부(B), 냉각 및 배출부(C)로 구분되는 각 공정마다 각각의 작업 프로세스를 연속식으로 수행할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치를 이용한 실험예를 나타낸다.

(실험예 1)

본 발명의 부레옥잠 등 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 연속식 산업용 연속식 열분해 처리장치를 사용한 열분해 처리 실험 결과를 정리 한 것을 표 2에 나타냈다.

열분해 처리 온도는 350℃ ~ 450℃, 처리시간 2 ~ 3시간을 기준으로 실시하였다. 표 2에서 발열량은 5074.6, 4588.8, 4297.5, 4250.2, 4521.3 kcal/kg 로 각각 나타났다. 에너지 비율은 생산된 부레옥잠의 발열량을 투입된 전력 에너지로 나눈 것으로 투입에너지에 대한 에너지 창출 정도를 나타내는 것이다. 표 2에서 보는 바와 같이 에너지 비율이 2.23 ~ 3.78로 1.0 이상을 나타내 에너지 창출 면에서 상당한 효과가 있는 것으로 판명되어 상업적으로 충분히 기존화석연료에 대한 대체효과가 기대된다.

<열분해 처리 특성>

실험 차수	열분해 온도 (?)	열분해 시간 (hr)	소요 전력량 (kwh)	열분해 처리량 (kg)	발열량 (kcal/kg)	에너지비
1	400	2	41.6	65.5	5074.6	3.09
2	350	3	30.8	62.5	4588.8	3.78
3	400	2	50.4	69.2	4297.5	2.23
4	450	3	58.4	83.7	4250.2	2.28
5	400	2.5	60.0	76.5	4521.3	2.36

* 에너지비 = 발열량(kcal/kg)× 열분해처리량(kg)/소요전력량(kwh)× 860(kcal/kwh)

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 탱크 본체부 2: 투입구 3: 교반장치
4: 레벨계 5: 회전형 개폐장치 6: 히터
7: 회전형 개폐장치 8: 스크류컨베어 9: 로타리밸브
10: 프레임 11: 산소검출기 12: 공압실린더
13: 온도센서 14: 열처리 분해부측 질소투입구
15: 냉각 및 배출부측 질소투입구
16: 가스 배출구(20) 20: 배출구

Claims

초본계 바이오매스 자원을 이용하는 열분해 처리장치에 있어서,
상기 열분해 처리장치는 상부에 투입구 및 배기구가 설치되고 건조 및 예열부(A), 열분해 처리부(B), 및 냉각 및 배출부(C)를 포함하는 열분해 탱크 본체부(1)와 상기 열분해 탱크를 지지해 주는 프레임부(10)를 포함하고,
상기 건조 및 예열부(A)는 교반장치(3) 및 회전형 개폐장치(5)를 포함하고,
상기 열분해 처리부(B)는 상기 건조 및 예열부(A) 저부에 형성되어 히터(6), 교반장치(17) 및 회전형 개폐장치(7)를 포함하며,
상기 냉각 및 배출부(C)는 상기 열분해 처리부(B) 저부에 형성되어 스크류 컨베어(8), 및 냉각 및 배출부측 질소투입구(15)를 포함하여 이루어지고,
상기 회전형 개폐장치(5, 7)에 의해 상기 건조 및 예열부, 열분해 처리부, 및 냉각 및 배출부가 각각 구획되되,
상기 투입구를 통해 투입된 바이오매스 원료는 상기 회전형 개폐장치(5, 7)의 개구에 의해 저부로 자유낙하하여 상기 냉각 및 배출부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치
청구항 1에 있어서,
상기 건조 및 예열부(A)의 체적은 열분해 처리부(B)의 체적보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 건조 및 예열부(A)에 형성된 회전형 개폐장치(5)에 적용되는 판은 타공 처리를 하여 상기 열분해 처리부(B)에서 발생된 고온의 가스가 상기 건조 및 예열부(A)로 상승되어 쉽게 통과될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 교반장치(3) 부근 탱크 본체부에는 레벨계(4)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 열분해 처리부(B)에 상기 히터(6)의 과열로 인한 원료의 발화를 방지하기 위하여 열분해 처리부측 질소투입구(14)를 설치하는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각 및 배출부(C)에는 상기 스크류컨베어(8)에 의해 이송되는 원료가 배출되는 배출구(20)가 형성되며, 상기 배출구에는 수분 공급용 노즐(16)이 형성되는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.
청구항 6에 있어서,
상기 배출구(20)에는 외부공기가 본체 내부로 유입되는 것을 막기 위해 기밀형 로터리 밸브(9)가 형성되는 것을 특징으로 하는 초본계 바이오매스 자원을 이용하는 대용량 산업용 연속식 열분해 처리장치.