KR101599358B1 - 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법 - Google Patents

미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 바이오매스를 열분해하여 바이오 오일을 생산하는 장치에 있어서, 열분해 반응기에서 유출되는 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리한 후, 분별 송풍장치를 이용하여 상기 분리한 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하고, 이 중 상기 열전달 매질 및 미분해 바이오매스는 상기 열분해 반응기에 재공급하고, 상기 바이오 촤는 제거하며, 상기 열분해 가스는 후속 분리 공정 및 응축 공정으로 공급하여 미소입자를 제거한 후 냉각하여 바이오 오일을 회수함으로써, 바이오 오일의 질 및 생산수율을 향상시킬 수 있는 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING BIO-OIL BEING ABLE TO RECYCLE UNDECOMPOSED BIOMASS AND THE METHOD THEREOF}
본 발명은 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 열전달 매질과 바이오매스를 접촉시켜 바이오매스를 열분해하는 방법을 이용하여 바이오매스로부터 바이오 오일을 생산하는 장치에 있어서, 완전히 열분해 되지 못한 미분해 바이오매스를 재활용할 수 있도록 함으로써, 바이오 오일의 수율을 향상시킬 수 있는 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
최근 신재생에너지로서 바이오매스 연료의 우수성이 새롭게 인식됨에 따라서 세계 각국에서 바이오매스의 에너지 전환기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있고, 이에 따라 현재 빠른 속도로 기술개발이 이루어지고 있다. 이러한 바이오매스의 에너지 전환기술 중 최근 주목받는 기술로서 바이오 오일 생산 기술이 있다. 바이오 오일은 목본계 및 초본계 바이오매스로부터 생산한 오일로서, 석유연료나 석유화학제품의 원료가 되는 원유와 같이 화학제품의 원료물질이 될 수 있으며, 뿐만 아니라 고체 원료에 비하여 에너지 밀도가 높아 운반 및 저장 비용이 적게 소모되고, 액체상이기 때문에 취급이 용이하여 난방용, 발전용 연료로서 이용가치가 높은 장점이 있다.
현재 바이오매스로부터 바이오 오일을 생산하기 위한 기술로서, 열분해(pyrolysis)가 주로 사용되고 있는데, 상기 열분해란 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 열로 분해하여 액체상 및 고체상 유도체와 기체상 연료 등의 유용한 생성물을 회수하는 방법이다. 이때 회수되는 생성물의 형태, 조성, 수율 등은 바이오매스 원료의 형태와 조성, 반응온도와 압력조건, 체류시간, 촉매의 존재 여부 등의 공정조건에 따라 민감하게 영향을 받게 된다. 따라서 연료, 용매, 화학물질 등 목적하는 생성물을 회수하기에 적합한 공정조건을 파악하고 제어하기 위한 연구가 꾸준히 진행되어왔다. 특히 액상생성물 회수를 중심으로 하는 연구가 가장 활발하게 이루어졌고, 약 500℃ 정도의 온도조건에서 시료의 반응기 체류시간이 짧을수록 액상생성물의 수율이 높아지게 된다는 결과에 이르게 되어 급속열분해 분야가 집중적으로 발전하게 되었다.
상기와 같은 급속열분해를 위한 장치로는 버블유동층(bubbling fluidized-bed), 순환유동층(circulating fluidized-bed) 그리고 융제형(ablative, rotating cone, vortex) 반응기가 있다. 이와 같은 종래의 급속열분해 장치에서는 바이오매스를 분쇄한 후 반응기에 투입하여 열분해를 수행하는데, 이때 분쇄과정에서 발생한 큰 입자의 바이오매스는 반응기에서 완전히 열분해 되지 못하고 배출되게 된다. 이와 같이 배출된 미분해 바이오매스는 이후 분리공정에서 바이오 촤와 함께 분리 및 제거되기 때문에, 결과적으로 바이오매스로부터의 에너지 회수율이 떨어지게 되는 문제가 있었다.
더욱이, 상기와 같이 배출된 미분해 바이오매스는 바이오 촤와 함께 섞여 배출되기 때문에 바이오 촤를 이용하여 생산된 연료나 활성탄의 연료효율이 떨어지는 문제가 있었고, 또한 반응기에서 배출된 열분해 결과물로부터 열전달 매질을 회수 및 재가열하여 다시 반응기로 공급하는 데 있어서도 상기 미분해 바이오매스가 열전달 매질에 섞여 공급되기 때문에 열전달 매질이 비균일하게 가열되어 반응기로 공급됨으로 인해, 바이오매스의 연소가 제대로 이루어지지 않아 바이오 오일의 질과 수율이 떨어지는 문제가 발생하였다.
상기와 같은 실정에 따라 본 발명은 열분해 반응기에서 배출되는 열분해 결과물로부터 완전히 열분해 되지 못한 미분해 바이오매스를 분리함으로써, 미분해 바이오매스로 인하여 바이오 촤 및 바이오 오일의 순도가 떨어지게 되었던 종래의 문제점을 해소하고, 더불어 상기 분리한 미분해 바이오매스를 재활용함으로써, 바이오매스의 낭비를 최소화하고 바이오매스로부터 바이오 오일의 생산효율을 극대화시킬 수 있는 새로운 바이오 오일 제조 장치에 대한 기술을 제시하고자 한다.
다음으로 본 발명의 기술이 속하는 분야에 존재하는 선행기술에 대하여 간략하게 설명하고, 이어서 본 발명이 상기 선행기술에 비하여 차별적으로 이루고자 하는 기술적 사항에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 한국공개특허 제2013-0021827호(2013.03.06)는 팜 바이오매스 열분해 바이오 오일 추출 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 분쇄된 EFB 입자에 미생물과 수분 조절제를 투입하여 발효건조장 내에 투입한 후, 15~30일 동안 발효 건조 및 분해하고, 건조 및 분해된 유기물은 낮은 압력 환경에서 저온 가열시켜 수증기와 오일로 분리하고, 상기 수증기는 증류탑에서 냉각시켜 수분(카본액비)과 오일이 액화 및 분리되도록 하며, 분리된 오일은 진공저장탱크로 수집한 후 원심분리기를 이용하여 정제함으로써, EFB, 부산물퇴비 등과 같은 유기물을 처리하면서 액비(카본액비), 바이오 오일, 활성탄(카본)을 얻을 수 있도록 하는 바이오 오일 추출 장치에 관한 기술을 제시하고 있다.
또한, 미국등록특허 제8574404호(2013.11.05)는 낮은 산소 농도의 액체성 바이오 오일을 생산하는 급속 열분해 프로세서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 가스의 생산을 최소로 하기 위해 맞춤화됨과 동시에, 바이오매스의 급속 열분해를 위한 열을 제공하고, 생산되는 액체성 바이오 오일의 산성도와 산소 농도를 낮추기 위해 구운 석회석을 사용하는 등의 반응조건을 갖는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 생산을 위한 열분해 공정에 관한 기술을 제시하고 있다.
또한, 미국등록특허 제8317883호(2012.11.27)는 겨자 씨, 겨자 프레스케이크 및 겨자 씨 프레스케이크로부터 안정적으로 열분해 바이오 오일을 생산하기 위한 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 바이오 오일, 바이오 숯(촤) 및 비응축성 가스를 생산하기 위해 공급연료를 열분해하는 단계, 바이오 숯을 바이오 오일에서 제거하는 단계, 바이오 오일 응축단계 및 바이오 오일을 침전시키는 단계를 포함한 열분해 바이오 오일 생산공정에 관한 기술을 제시하고 있다.
상기 선행기술문헌들은 분쇄한 바이오매스 원료를 열분해하여 바이오 오일을 생산하는 공정에 있어서, 열분해 공정, 열분해한 결과물로부터 바이오 촤를 제거하는 공정, 열분해 결과물을 냉각하여 바이오 오일을 응축하는 공정을 포함하는 기술이라는 점에서 본 발명과 일부 유사점이 있지만, 본 발명과 같이 열분해한 결과물로부터 완전히 열분해 되지 못한 미분해 바이오매스를 분리하여 열분해 공정으로 재공급하여 바이오매스의 손실을 최소화하고 바이오 오일의 생산 오일의 생산 효율을 향상시키는 기술은 기재되어 있지 않다는 점에서 상기 선행기술문헌들은 본 발명과는 차이점이 있다.
본 발명은 상기된 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 바이오매스 열분해 반응기에서 유출된 열분해 결과물 내에 포함되어 있는 미분해 바이오매스를 분리하여 상기 열분해 반응기 내로 공급하여 재활용함으로써, 바이오매스의 불필요한 낭비를 방지하여 바이오 오일의 생산수율을 향상시킬 수 있는 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 열분해 반응기에서 유출되는 열분해 결과물로부터 미분해 바이오매스를 분리할 때, 바이오 촤도 함께 분리하여 제거함으로써, 최종 생산되는 바이오 오일의 질을 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치는, 불활성 가스에 의해 유동화 된 열전달 매질이 바이오매스와 접촉하는 방법을 통해 바이오매스의 열분해를 수행하는 반응기; 상기 반응기에서 유출되는 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리하는 제1 분리기; 일정한 속도로 가스를 송풍하는 분별 송풍장치를 이용하여 상기 제1 분리기에서 분리된 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하는 분별기; 상기 제1 분리기에서 분리된 열분해 가스를 공급받아 냉각 공정을 통해 바이오 오일로 액화하는 적어도 하나 이상의 응축기;를 포함하며, 상기 분별기에서 분리된 열전달 매질 및 미분해 바이오매스를 상기 반응기로 공급하여 재활용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치에서, 상기 분별 송풍장치는, 외부에서 공급되는 불활성 가스 또는 상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 분별기 내부의 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 송풍하고, 상기 분별기 하단은 열전달 매질 취합부, 미분해 바이오매스 취합부 및 바이오 촤 취합부가 형성되며, 상기 분별기 내부의 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 가스를 송풍하는 데 있어서, 분별기의 수평선으로부터 측정하여 1° 내지 15° 각도로 분별기 상부를 향해 가스를 송풍하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치는, 상기 분별기에서 분리된 열전달 매질를 가열하는 연소기;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치는, 상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 반응기 또는 상기 분별기 중 어느 하나 이상으로 공급하는 비응축 열분해 가스 순환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법은, 불활성 가스에 의해 유동화 된 열전달 매질이 바이오매스와 접촉하는 방법을 통해 바이오매스의 열분해를 수행하는 열분해 반응단계; 상기 반응단계를 거친 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리하는 분리단계; 일정한 속도로 가스를 송풍하는 방법을 이용하여 상기 분리단계에서 분리된 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하는 분별단계; 상기 분리단계에서 분리된 열분해 가스를 공급받아 냉각공정을 통해 바이오 오일로 액화하는 응축단계; 및 상기 분별단계에서 분리된 열전달 매질 및 미분해 바이오매스를 상기 열분해 반응단계를 수행하는 반응기로 공급하는 재활용 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법에서, 상기 분별단계에서 일정한 속도로 가스를 송풍하는 방법은, 상기 분별단계를 수행되는 분별기 내부에 위치한 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 가스를 송풍하되, 분별기의 수평선으로부터 측정하여 1° 내지 15° 각도로 분별기 상부를 향해 가스를 송풍하며, 상기 가스는 외부에서 공급되는 불활성 가스 또는 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법은, 상기 분별단계에서 분리된 열전달 매질을 재가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법은, 상기 응축단계에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 반응단계 또는 상기 분별단계 중 어느 하나 이상의 단계에서 이용하도록 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 열분해 반응단계에서 완전히 열분해 되지 못한 미분해 바이오매스를 분리하여 반응기로 재공급함으로써, 바이오매스의 불필요한 낭비를 방지하고 바이오 오일의 수율을 증가시키게 되어 비용 및 생산의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 열분해 반응단계에서 배출된 반응물로부터 열전달 매질만 따로 분리함으로써 열전달 매질의 일정한 재가열 조건을 유지할 수 있고, 더불어 열전달 매질과 미분해 바이오매스가 포함되지 않은 순수한 바이오 촤와 고품질의 바이오 오일을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치의 분별기에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치 및 그 제조 방법의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)는 원재료 공급부(110), 반응기(120), 분별기(130), 분별 송풍장치(131), 연소기(140), 제1 분리기(150), 제2 분리기(152), 응축기(160,161), 비응축 열분해 가스 순환부(170), 송풍기(171), 바이오 촤 저장부(180) 및 바이오 오일 저장부(190)를 포함하여 구성된다.
상기 원재료 공급부(110)는 상기 반응기(120) 내로 바이오매스를 공급하는 것으로서, 분쇄된 바이오매스를 반응기(120)로 공급하거나 혹은 직접 바이오매스를 분쇄하여 반응기(120)로 공급할 수 있으며, 이를 위해 내부에 분쇄기를 포함하고 있을 수도 있다. 또한, 바이오매스 원료를 투입하는 방식은 스크루와 같은 기계적 방식과 압력을 이용하는 공압 방식을 모두 포함한다.
상기 반응기(120)는 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)에서 바이오매스의 열분해를 수행하는 장치로서, 상기 원재료 공급부(110)로부터 분쇄된 바이오매스를 공급받아 가열된 열전달 매질(예: 모래 등)과 접촉시켜 열분해를 수행한다. 보다 상세하게는, 상기 반응기(120) 하단으로 가열된 열전달 매질이 공급되고 그 위로 바이오매스 원료가 공급되며, 상기 열전달 매질이 공급되어 채워져 있는 곳의 하단에서 캐리어 가스(carrier gas)가 공급된다. 반응기(120) 내부로 공급되는 상기 캐리어 가스는 가열된 열전달 매질과 바이오매스를 유동화 시키고, 이 과정에서 열전달 매질 입자가 바이오매스 입자와 짧은 시간 접촉하여 열을 전달함으로써 바이오매스의 열분해가 이루어진다. 이와 같이 열분해를 수행한 후 생성되는 열분해 결과물은 고온의 증기상태로 배출되며, 상기 제1 분리기(150)로 공급되게 된다.
또한, 상기 반응기(120)는 상기와 같이 원재료 공급부(110)로부터 바이오매스를 공급받는 것뿐만 아니라 이 후 분별공정(분별기)에서 분리된 미분해 바이오매스 및 열전달 매질을 공급받아 열분해를 수행할 수 있다. 도 1에 도시된 반응기 구조는 설명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 표현한 것일 뿐, 본 발명의 상기 반응기(120)의 기술적 요지는 미분해 바이오매스를 재공급받아 다시 열분해 시킬 수 있도록 설계되어 있는 것이다.
한편, 상기 열분해가 수행될 때의 반응온도는 400℃ 내지 600℃ 이며, 바람직하게는 500℃가 적합하다. 또한, 반응압력은 상압을 유지하며 열분해 반응시간은 5초 이내의 급속 열분해 방식을 사용한다. 상기 반응기(120) 내부로 공급되는 캐리어 가스는 산소가 포함되어 있지 않은 불활성 가스(예: 질소 등)를 사용하여야 한다.
참고로, 급속 열분해 반응조건과 이에 대한 제어방법 및 열분해 장치에 일반적으로 사용되는 구성은 통상의 급속 열분해 장치와 다르지 않으며, 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 설명하는 데 반드시 필요한 부분이 아니므로 생략하기로 한다.
상기 제1 분리기(150)는 상기 반응기(120)에서 배출된 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리하는 것이다. 상기 제1 분리기(150)에서 분리된 고체입자는 상기 분별기(130)로 공급된다.
상기 제1 분리기(150)의 분리방식은 원심력을 이용하여 기체에 포함되어 있는 입자를 분리하는 통상의 사이클론 집진기의 방식을 포함하며, 내부 유동 방향의 반전이 일어나는 사이클론 방식과 그렇지 않은 유니-플로우 집진기 또는 스웰 튜브 방식을 모두 포함한다.
상기 분별기(130)는 상기 제1 분리기(120)에서 분리된 고체입자를 열전달 매질, 완전히 열분해 되지 못한 미분해 바이오매스 및 바이오 촤로 분리하는 것이다. 보다 상세하게는, 상기 분별기(130)는 일정한 속도로 가스를 송풍하는 분별 송풍장치(131)를 포함하며, 상기 분별 송풍장치는 상기(120)에서 제1 분리기에서 분리 및 공급되는 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하며, 상기 분리된 열전달 매질과 미분해 바이오매스는 반응기(120)에 재공급하여 재활용한다. 상기 분별기(130)에 대한 상세한 설명은 아래 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
상기 제2 분리기(151)는 상기 제1 분리기(130)에서 고체입자가 제거된 열분해 가스를 공급받아 한 번 열분해 가스 내에 포함되어 있는 미소입자(바이오 촤)를 분리 및 제거하는 것으로, 상기 제2 분리기(151)에서 분리된 미소입자는 상기 분별기(130)에서 분리된 바이오 촤와 함께 바이오 촤 저장부(180)에 저장된다. 미소입자가 제거된 열분해 가스는 상기 바이오 오일 액화공정(응축기)으로 공급된다. 이처럼 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)는 추가의 분리공정을 포함함으로써 바이오 오일의 순도를 높일 수 있는 장점이 있다. 한편, 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)는 상기 제2 분리기(151) 없이 상기 제1 분리기(150)에서 분리된 열분해 가스를 상기 응축기로 바로 공급할 수도 있다.
상기 응축기(160,161)는 상기 제2 분리기(151)로부터 공급받은 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 액화 및 회수하는 것으로, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 적어도 하나 이상의 응축기(1차 응축기, 2차 응축기)(160, 161)를 포함한다. 상기 응축기(160,161)에서 회수한 바이오 오일은 바이오 오일 저장부(190)에 저장된다.
또한, 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)는 상기 응축기(160,161) 외에도 응축기에서 응축되지 못한 비응축 열분해 가스를 전기 집진기를 이용하여 한 번 더 바이오 오일을 회수하도록 설계할 수도 있다.
상기 비응축 열분해 가스 순환부(170)는 응축기에서 배출되는 비응축 열분해 가스를 바이오 오일 제조 공정에 재활용 할 수 있도록 하는 것으로, 이를 통해 상기 응축기에서 배출되는 비응축 열분해 가스를 상기 반응기(120)에 캐리어 가스 가스로 공급하거나, 혹은 상기 분별 송풍장치(131)에 공급할 수 있다.
참고로, 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100) 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 장치의 분별기에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 분별기(130)는 제1 분리기(150)에서 배출되는 고체입자를 공급받아 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하는 것으로서, 이를 위해 분별 송풍장치(131)를 이용한다.
상기 분별 송풍장치(131)는 외부에서 공급되는 불활성 가스 또는 상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 분별기(130) 내부에 공급할 수 있는 팬, 비응축 열분해 가스 공급관 등을 포함하며, 상기 분별기(130) 내부에 일정한 풍속의 가스를 공급하기 위한 제어장치가 더 포함되어 있을 수 있다.
상기 분별 송풍장치(131)로부터 공급되는 가스는 분별기(130) 내부의 고체입자가 투입되는 고체입자 투입구에서 가스가 배출되는 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 송풍되고, 이렇게 일정한 속도로 공급되는 가스에 의해 생성되는 바람(기체흐름)이 고체입자들을 열분해 가스 배출구 방향으로 밀어내게 된다. 상기 분별 송풍장치(131)는 효과적으로 고체입자들을 종류별로 분리하기 위하여 분별기의 수평선으로부터 측정하여 1° 내지 15° 각도로 분별기(130) 상부를 향해 가스를 송풍할 수도 있다.
상기 분별기(130)는 고체 입자가 그 중량에 따라 분별기(130) 하단으로 떨어지기 전 가스에 의해 밀려나가는 거리가 다르게 되는 것을 이용하여 고체 입자를 종류별로 분리하는데, 이를 위해, 상기 분별기(130) 하단은 중량이 큰 순서대로 고체 입자를 분리 및 취합할 수 있도록, 열전달 매질 취합부, 미분해 바이오매스 취합부 및 바이오 촤 취합부가 형성되어 있다. 상기 각 취합부의 위치는 중량이 큰 입자 순으로 분별 송풍장치(131)에서 가스가 공급되는 방향으로 형성해야 할 것이다.
상기 바이오 촤 취합부에서 수집된 바이오 촤는 바이오 촤 저장부(180)로 이동되어 저장되고, 상기 열전달 매질 취합부에서 수집된 열전달 매질과 상기 미분해 바이오매스 취합부에서 수집된 열분해 바이오매스는 상기 반응기(120)로 공급된다. 이때, 열전달 매질은 연소기(140)를 거쳐서 열분해 반응 적정온도로 가열된 후 반응기(120)로 공급될 수도 있다.
한편, 미분해 바이오매스는 상기와 같이 반응기(120)로 공급되는 것 이외에도 열전달 매질을 재가열하기 위한 연소체로서 연소기(140)에 공급되도록 할 수도 있을 것이다.
또한, 상기 분별 송풍장치가 상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 이용하는 경우에는, 상기 비응축 열분해 가스가 분별기를 통과하면서 어느 정도의 미세입자와 섞여서 분별기(130)의 가스 배출구로 배출되는데, 이렇게 배출되는 미세입자가 포함된 비응축 열분해 가스는 상기 제2 분리기로 공급되어 미소입자를 제거하며 지속적으로 본 바이오 오일 제조공정에 사용되도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 미분해 바이오매스의 재활용이 가능한 바이오 오일 제조 방법은, 먼저 원재료 공급부에서 분쇄된 바이오매스 원료를 반응기 내로 공급하고(S101), 상기 반응기는 불활성 가스에 의해 유동화 된 열전달 매질이 바이오매스와 접촉하는 방법을 통해 바이오매스의 열분해를 수행한다(S102).
상기 반응기의 열분해 결과물은 제1 분리기로 이동되며, 제1 분리기는 상기 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리한다(S103).
상기 제1 분리기에서 분리된 고체입자는 분별기로 이동되며, 분별기는 상기 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리한다(S104).
상기 분별기에서 분리된 열전달 매질 및 미분해 바이오매스를 반응기로 재공급하며, 이때, 상기 열전달 매질은 반응기로 공급되기 전에 열분해 반응에 필요한 온도로 가열한 후 공급한다(S105).
한편, 상기 제1 분리기에서 분리한 열분해 가스는 제2 분리기로 공급되고, 상기 제2 분리기는 열분해 가스 내에 포함되어 있는 미소입자를 분리 및 제거한다(S106).
상기 제2 분리기에서 미소입자가 제거된 열분해 가스는 응축기에서 냉각과정을 거쳐 바이오 오일로 액화되고(S107), 상기 응축기에서 응축되지 못한 비응축 열분해 가스는 상기 반응기 또는 분별기 중 어느 하나 이상으로 공급된다(S108).
이상으로 본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 바이오 오일 제조 장치
110 : 원재료 공급부 120 : 반응기
130 : 분별기 131 : 분별 송풍장치
140 : 연소기 150 : 제1 분리기
151 : 제2 분리기 160 : 1차 응축기
161 : 2차 응축기 170 : 비응축 열분해 가스 순환부
171 : 송풍기 180 : 바이오 촤 저장부
190 : 바이오 오일 저장부

Claims (8)

  1. 불활성 가스에 의해 유동화 된 열전달 매질이 바이오매스와 접촉하는 방법을 통해 바이오매스의 열분해를 수행하는 반응기;
    상기 반응기에서 유출되는 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리하는 제1 분리기;
    일정한 속도로 가스를 송풍하는 분별 송풍장치를 이용하여 상기 제1 분리기에서 분리된 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하는 분별기;
    상기 제1 분리기에서 분리된 열분해 가스를 공급받아 냉각 공정을 통해 바이오 오일로 액화하는 적어도 하나 이상의 응축기;를 포함하며, 상기 분별기에서 분리된 열전달 매질 및 미분해 바이오매스를 상기 반응기로 공급하여 재활용하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분별 송풍장치는,
    외부에서 공급되는 불활성 가스 또는 상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 분별기 내부의 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 송풍하고, 상기 분별기 하단은 열전달 매질 취합부, 미분해 바이오매스 취합부 및 바이오 촤 취합부가 형성되며, 상기 분별기 내부의 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 가스를 송풍하는 데 있어서, 분별기의 수평선으로부터 측정하여 1° 내지 15° 각도로 분별기 상부를 향해 가스를 송풍하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분별기에서 분리된 열전달 매질를 가열하는 연소기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 반응기 또는 상기 분별기 중 어느 하나 이상으로 공급하는 비응축 열분해 가스 순환부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 장치.
  5. 불활성 가스에 의해 유동화 된 열전달 매질이 바이오매스와 접촉하는 방법을 통해 바이오매스의 열분해를 수행하는 열분해 반응단계;
    상기 반응단계를 거친 열분해 결과물을 열분해 가스와 고체입자로 분리하는 분리단계;
    일정한 속도로 가스를 송풍하는 방법을 이용하여 상기 분리단계에서 분리된 고체입자를 중량에 따라 열전달 매질, 미분해 바이오매스, 바이오 촤로 분리하는 분별단계;
    상기 분리단계에서 분리된 열분해 가스를 공급받아 냉각공정을 통해 바이오 오일로 액화하는 응축단계; 및
    상기 분별단계에서 분리된 열전달 매질 및 미분해 바이오매스를 상기 열분해 반응단계를 수행하는 반응기로 공급하는 재활용 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 분별단계에서 일정한 속도로 가스를 송풍하는 방법은,
    상기 분별단계를 수행되는 분별기 내부에 위치한 고체입자 투입구에서 가스 배출구 방향을 향하여 일정한 속도로 가스를 송풍하되, 분별기의 수평선으로부터 측정하여 1° 내지 15° 각도로 분별기 상부를 향해 가스를 송풍하며, 상기 가스는 외부에서 공급되는 불활성 가스 또는 응축기에서 유출되는 비응축 열분해 가스인 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 분별단계에서 분리된 열전달 매질을 재가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 응축단계에서 유출되는 비응축 열분해 가스를 상기 반응단계 또는 상기 분별단계 중 어느 하나 이상의 단계에서 이용하도록 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 제조 방법.
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