KR101599361B1 - 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상기된 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 바이오매스 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 회수하는 응축기에 있어서, 열분해 가스가 응축기 하단으로 공급되는 즉시 상기 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 냉각액을 분사하여 열분해 가스 내에서 후속 반응이 발생하는 것을 최소화하고, 상기 응축기의 구조를 하단에서 상단으로 갈수록(열분해 증기 이동 방향으로 갈수록) 넓어지도록 하고 상기 응축기 내부 상단에 미스트 분리 구조물을 설치하여 냉각액 또는 바이오 오일 중 어느 하나 이상이 미스트 형태로 가스와 함께 응축기 밖으로 배출되는 것을 최소화함으로써, 바이오 오일 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 응축기 및 그 응축 방법에 관한 것이다.

Description

바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법 {CONDENSER FOR RECOVERING BIO-OIL AND THE CONDENSING METHOD THEREOF}
본 발명은 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 바이오 오일 생산을 위한 급속 열분해 공정에서, 열분해한 바이오매스로부터 발생한 열분해 가스를 응축시켜 바이오 오일을 회수하는 응축 장치에 있어서, 냉각속도를 높여 열분해 가스 내에서 후속 반응이 발생하는 것을 방지하고 응축 공정에서 배출되는 가스에 미스트가 섞이는 것을 최소화함으로써, 바이오 오일 수율을 향상시킬 수 있는 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법에 관한 것이다.
최근 신재생 에너지 기술로서 목본계 및 초본계 바이오매스로부터 바이오 오일을 생산하는 기술에 대한 전 세계적인 관심도가 증가하고 있으며, 이에 따른 연구 개발도 활발히 진행되고 있다. 상기 바이오매스로부터 바이오 오일을 생산하는 기술 중 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.
상기와 같은 산소가 없는 열분해 반응조건에서 바이오매스의 고분자결합이 분해될 정도의 열에너지가 공급되면 상기 바이오매스는 각각의 고분자 물질을 구성하고 있는 성분이나 다른 저분자물질로 분해되는데, 이 1차 열분해 생성물이 반응로 내에 체류하는 동안 쪼개짐(cracking)이나 탈수반응을 동반하는 재축합(recondensation) 반응과 같은 후속반응이 일어나게 된다. 즉, 체류시간이 증가할수록 1차 열분해 생성물인 액상생성물(열분해 온도에서는 증기상임)의 수율은 줄어들고 대신 gas와 char의 수율이 증가하는 현상이 나타난다. 그러므로 만약 1차 열분해 생성물이 생성된 직후 반응로에서 머무르는 시간을 최소화한다면 후속적인 반응이 일어날 수 있는 기회를 최소화할 수 있다는 논리가 성립된다. 급속열분해 공정은 바로 이러한 원리에 입각하여 고분자 물질의 분해에 의한 1차 생성물에 대하여 적절한 온도조건에서 초(second) 단위의 극히 짧은 체류시간을 제공함으로써 액상생성물의 회수율을 극대화할 수 있도록 고안된 공정이다.
상기와 같은 원리에 따라 본 발명은 급속열분해 공정에서도 1차 열분해 생성물(이하, 열분해 가스)을 보다 빠르게 냉각하는 방법을 통해 열분해 가스의 공정 내 체류 시간을 줄여 바이오 오일 수율을 보다 향상시키고, 더불어 응축기 외부로 배출되는 비응축 열분해 가스에 포함되는 미스트의 량을 최소화할 수 있는 새로운 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법을 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, 한국등록특허 제1178486호(2012.08.24)는 고분자 복합폐기물의 열분해 과정 중 생성되는 기체를 액체로 응축시키는 응축기에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 기체상태의 분해증기가 냉각액에 의해 응축액이 되어 저장탱크로 포집되는 구성과 함께 특히, 고분자 복합폐기물의 분해증기가 응축되는 과정에서 냉각액의 이동통로인 냉각튜브의 외피에 부착된 비산 또는 타르 입자들을 제거하는 고압분사장치를 구성하여 더욱 효과적인 응축공정이 이루어지도록 한 응축기에 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 한국공개특허 제2011-0016609호(2011.02.18)는 바이오 원유 제조 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 오일을 분사하여 열분해 가스를 냉각하는 방식을 사용하고, 상기 오일은 응축기 상부에 배치된 적어도 하나의 노즐을 이용하여 응축기의 상부에서 하부를 향해 분사하여 오일과 열분해 가스가 반응하는 시간을 증대시키도록 하는 응축기에 관한 기술이 기재되어 있다.
또한, 미국등록특허 제7905990호(2011.03.15)는 바이오매스로부터 바이오 오일을 고수율로 얻기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 여기에 사용되는 응축기는 다중 응축실로 되어 있고, 상기 응축실에서는 수집된 바이오 오일을 열분해 증기를 냉각하기 위한 다운스트림 액체로서 사용하며, 또한 디미스터(demister)를 포함하고 있는 응축기에 관한 기술이 기재되어 있다.
상기 선행기술문헌들은 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 회수하는 응축기에 있어서, 직접 냉각액을 응축기 내부에서 열분해 가스로 분사하여 열분해 가스를 냉각하는 응축기 기술이라는 점에서 본 발명과 일부 유사점이 있으나, 본 발명과는 달리 열분해 가스의 냉각속도를 보다 앞당겨 후속 반응으로 인해 바이오 오일 수율이 떨어지는 것을 방지하는 기술 및 열분해 가스 이동방향에 따라 응축기 내부 넓이를 달리하여 열분해 가스의 이동속도를 제어하는 기술에 대한 언급은 없다는 점에서 본 발명과는 차이점이 있다.
본 발명은 상기된 과제를 해결하기 위해 창작된 것으로, 바이오매스 열분해 가스가 응축기 하단으로 공급되는 즉시 열분해 가스와 향류 되도록 분사되는 냉각액에 의해 냉각되도록 함으로써, 열분해 가스 내에서 후속 반응이 일어나는 것을 최소화하여 바이오 오일의 수율을 향상시킬 수 있는 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법에 관한 기술을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기 응축기 구조를 열분해 가스 이동방향 즉, 응축기 하단에서 상단으로 갈수록 넓어지도록 설계하여 응축기 내 열분해 가스의 속도를 감소시킴으로써, 분사된 냉각액 또는 응축된 바이오 오일 중 어느 하나 이상이 미스트 형태로 가스와 함께 응축기 밖으로 배출되는 것을 최소화 시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
더불어, 본 발명은 상기 응축기 내부 상단에 미스트 분리 구조물을 설치하여, 분사된 냉각액 또는 응축된 바이오 오일 중 어느 하나 이상이 미스트 형태로 가스와 함께 응축기 밖으로 배출되는 것을 최소화하는 효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기는, 응축기 하단에 설치되며 응축기 내부로 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급부; 상기 열분해 가스 공급부 상단에 인접하여 설치되며 응축기 상단으로 이동하는 열분해 가스에 냉각액을 분사하는 냉각액 분사부; 상기 냉각액 분사부 상단에 설치되며, 응축되지 않은 열분해 가스에 의해 응축기 상단으로 이동되는 냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상을 걸러주는 미스트 분리부; 및 상기 응축기 상단에 설치되며, 응축되지 않은 열분해 가스를 배출하는 비응축 열분해 가스 배출부;를 포함하며, 상기 응축기 내부는 하단에서 상단 방향으로 갈수록 넓어지는 구조로 되어 있어 열분해 가스의 이동 속도가 감소되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기에서, 상기 냉각액 분사부는, 응축기 내 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 냉각액을 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기에서, 상기 냉각액 분사부는, 상기 응축기에서 회수되는 바이오 오일을 냉각액으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기는, 응축기 하단부에서 회수되는 냉각액을 냉각하여 상기 냉각액 분사부로 공급하는 냉각펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기에서, 상기 미스트 분리부는, 응축기 상단을 향해 이동하는 비응축 열분해 가스에 섞여있는 냉각액 또는 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 맺혀 응축기 하단부로 흐를 수 있도록 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법은, 응축기 하단에서 응축기 내부로 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급단계; 상기 응축기 내부로 열분해 가스가 공급되는 위치와 인접한 위치에서 상기 열분해 가스에 냉각액을 분사함으로써, 상기 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 응축하는 열분해 가스 냉각단계; 응축되지 않은 열분해 가스에 의해 응축기 상단으로 이동되는 냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상을 걸러주는 미스트 분리단계; 및 상기 응축되지 않은 열분해 가스를 응축기 외부로 배출하는 비응축 열분해 가스 배출단계;를 포함하며, 하단에서 상단 방향으로 갈수록 넓어지는 응축기 내부 구조에 의해 상기 응축기 내부로 공급된 열분해 가스의 이동속도가 감소되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법에서, 상기 열분해 가스 냉각단계는, 응축기 내 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 냉각액을 분사하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법에서, 상기 열분해 가스 냉각단계는, 상기 응축기에서 회수되는 바이오 오일을 냉각액으로 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법은, 응축기 하단부에서 냉각액을 회수 및 냉각하고, 냉각된 냉각액을 상기 열분해 가스 냉각단계로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법에서, 상기 미스트 분리단계는, 응축기 상단을 향해 이동하는 비응축 열분해 가스에 섞여있는 냉각액 또는 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태의 미스트 분리부에 충돌한 후 맺혀 응축기 하단으로 흐르는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법에 관한 것으로, 응축기 내로 열분해 가스가 공급되는 즉시 냉각공정을 수행함으로써, 열분해 가스 내에서의 후속 반응을 최소화하여 바이오 오일의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 상기 응축기 구조를 하단에서 상단으로 갈수록 넓어지도록 설계하고 상기 응축기 내부 상단에 미스트 분리 구조물을 설치함으로써, 냉각액 또는 바이오 오일 중 어느 하나 이상이 미스트 형태로 가스와 함께 응축기 밖으로 배출되는 것을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 급속열분해 공정의 응축기에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기의 미스트 분리부에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이오 오일 회수용 응축기 및 그 응축 방법의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 일반적인 급속열분해 공정의 응축기에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 열분해 가스가 응축기 하단에서 상단으로 공급된다고 가정하였을 때, 일반적인 직접 분사식 응축기는 분사되는 냉각액과 열분해 가스의 반응시간을 늘리기 위하여 응축기 상단에서 하단을 향해 냉각액을 분사하는 방식을 사용하였다.
이와 같은 방법은 냉각액이 열분해 가스와 오랜 시간 동안 열 교환을 수행하도록 하는 장점이 있으나, 열분해 가스가 응축기 내부로 공급되는 응축기 하단의 냉각액은 어느 정도 열 교환을 수행한 이후기 때문에 냉각효과가 많이 상실된 상태가 되는 단점이 있었다. 보다 구체적으로는, 열분해 가스로부터 고수율로 바이오 오일을 회수하는 조건 중 하나가 열분해 가스를 보다 빠르게 냉각시켜야하는 것인데 응축기로 갓 공급된 열분해 가스는 냉각효과가 떨어진 즉, 온도가 비교적 높은 냉각액과 열 교환을 수행하기 때문에 급속 냉각되는 효과가 떨어져 바이오 오일 수율이 감소하는 문제가 있을 수 있었다.
또한, 종래의 응축기에서는 열분해 가스가 이동하는 힘에 의해 냉각액 또는 응축된 바이오 오일이 비응축 열분해 가스와 함께 응축기 외부로 배출되었기 때문에 이를 방지하기 위하여 디미스터(demister)를 응축기 상단에 설치할 수밖에 없었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 응축기가 가진 문제점을 해소하도록 고안된 것으로서, 도 2 내지 도 4를 통해 본 발명의 응축기 및 응축 방법에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기에 관해 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 바이오 오일 회수용 응축기(100)의 구조는 응축기 하우징(110)과 냉각펌프를 포함하여 구성되며, 상기 응축기 하우징(110)의 하부에는 바이오 오일 취합부가 형성되어 있고, 상기 바이오 오일 취합부는 오일탱크로 연결되어 있어 응축기 하우징(110) 내부에서 액화된 바이오 오일이 오일탱크로 수집되도록 한다.
또한, 상기 냉각펌프는 오일탱크에 저장되어 있는 바이오 오일을 끌어와서 냉각한 후, 열분해 가스를 냉각하는 냉각액으로 사용될 수 있도록 응축기 하우징(110) 내부로 공급하는 역할을 수행하는 것이다.
한편, 상기 응축기 하우징(110)은 열분해 가스 공급부(120), 냉각액 분사부(130), 미스트 분리부(140) 및 비응축 열분해 가스 배출부를 포함하여 구성되어 있다.
상기 열분해 가스 공급부(120)는 응축기 하우징(110) 하단부에 설치되며, 열분해 공정에서 생산된 바이오매스 열분해 가스를 응축기 하우징(110) 내부로 공급하는 역할을 수행한다. 상기 열분해 가스 공급부(120)는 여러 개의 가스 분사 노즐을 가지는 구조와 같이 상기 열분해 가스가 응축기 하우징(110) 내에 골고루 확산될 수 있도록 하는데 사용될 수 있는 일반적인 모든 구조를 포함한다. 상기 열분해 가스 공급부(120)를 통해 응축기 하우징(110) 내부로 공급된 열분해 가스는 응축기 하우징(110) 하단부에서 응축기 하우징(110) 상단부를 향해 이동한다.
상기 냉각액 분사부(130)는 상기 열분해 가스 공급부(120)의 상단부로 인접한 위치에 설치되며, 상기 열분해 가스 공급부(120)로부터 배출되는 열분해 가스에 직접 냉각액을 분사함으로써 열분해 가스를 빠르게 냉각한다.
종래의 냉각액 직접 분사식 응축기는 대부분 열분해 가스가 공급되는 곳과 냉각액이 분사되는 곳이 응축기 하우징(110) 내부의 양단으로 나뉘어져 있는 구조로 되어 있으나, 본 발명은 냉각액 분사부(130)를 열분해 가스 공급부(120)의 인접 위치에 설치되어 있다. 이 같은 구조는 짧은 시간동안만 냉각액과 열분해 가스가 열교환을 수행하는 대신 열분해 가스가 지속적으로 초기 냉각온도를 가진 냉각액과 접촉하기 때문에 짧은 시간 안에 열분해 가스의 온도를 낮추는 것이 가능하며, 또한 열분해 가스의 냉각되는 시점을 종전보다 앞당겨 열분해 가스 내에서 열분해 입자들 간에 후속 반응이 발생하는 것을 방지하여 바이오 오일 수율을 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 냉각액 분사부(130)는 응축기 내 열분해 가스와 분사된 냉각액이 향류로 반응할 수 있도록 냉각액을 분사한다. 참고로 상기 향류(counter-current)란, 2가지 유체 사이에서 열 이동과 물질 이동이 있을 때, 그 2가지 유체가 흐르는 방향이 반대인 경우를 말하는 것으로서, 양 유체의 방향이 같은 경우인 병류(co-current)에 비해 상기 열 이동과 물질 이동의 효율이 높은 것이다.
즉, 본 발명은 열분해 가스와 냉각액 간의 열교환 효율을 높이기 위하여 냉각액을 향류가 되는 방향 즉, 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 분사하는 것이다. 보다 상세하게는, 상기 열분해 가스 공급부(120)는 응축기 하우징(110) 하단에서 열분해 가스를 공급하고, 이렇게 공급된 열분해 가스는 응축기 상단을 향해 이동하기 때문에, 상기 냉각액 분사부(130)의 냉각액 분사 노즐에서 냉각액을 분사하는 방향은 응축기 하단 방향을 향하게 하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 냉각액 분사부(130)에서 분사하는 냉각액은 상기한 바와 같이 냉각펌프로부터 공급받은 냉각된 바이오 오일을 사용할 수도 있고, 별도의 냉각액을 사용할 수도 있다. 별도의 냉각액을 사용할 경우에는 응축기 하단의 바이오 오일 취합부에 바이오 오일과 냉각액이 섞여 취합되므로 이를 분리하기 위한 장치를 추가로 설치해야 할 것이다.
상기 미스트 분리부(140)는 상기 응축기 하우징(110)에서 배출되는 비응축 열분해 가스에 냉각액 또는 바이오 오일 입자가 섞여서 배출되지 않도록 비응축 열분해 가스에서 냉각액 또는 바이오 오일을 분리하는 역할을 수행한다.
상기 미스트 분리부(140)에 대한 자세한 설명은 아래 도 3을 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
또한, 상기 비응축 열분해 가스 배출구는 냉각 과정을 거쳐 바이오 오일이 응축된 후 남은 가스 성분들을 배출하는 것으로, 이렇게 배출되는 비응축 열분해 가스는 별도의 이용을 위해 외부로 배출될 수도 있고, 제2 응축기로 재공급되어 미처 액화되지 못한 바이오 오일 성분을 추출할 수도 있다.
즉, 상기 본 발명의 설명에서는 하나의 응축기를 일 실시예로 들어 그 구조에 대해 설명하고 있지만 필요에 따라서는 얼마든지 상기 응축기 하우징(110)을 복수개로 배열한 구조의 응축기를 설계할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 응축기 하우징(110)의 내부는 열분해 가스 공급부(120)가 위치하는 하단부에서 상단부 방향으로, 미스트 분리부(140) 전까지 갈수록 넓어지는 구조로 되어 있다.
이 같은 구조는 응축기 하우징(110) 내부에서 열분해 가스의 이동속도를 감속시켜 미스트(냉각액, 바이오 오일 등)가 열분해 가스에 섞여 배출되는 것을 감소시킬 수 있다. 보다 상세하게는, 본 발명의 응축기 하우징(110) 내부로 공급된 열분해 가스는 하단부에서 상단부 방향을 향해 이동되는데, 응축기 하우징(110)의 구조를 상기와 같이 상단으로 갈수록 넓이지게 하면 결과적으로 열분해 가스가 공간이 좁은 쪽에서 넓은 쪽으로 이동되기 때문에 면적이 넓어지는 만큼 열분해 가스의 이동속도가 감소되는 것이다. 상기 도 2 도시된 응축기 하우징의 하단부 면적은 통상의 응축기 내부 면적 정도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 회수용 응축기의 미스트 분리부에 대해 설명하기 위한 도면으로서, (a)는 미스트 분리부의 구조를 입체적으로 도시한 것이고, (b)는 미스트 분리부의 단면을 도시한 것이다.
일반적으로 응축기는 응축기 밖으로 비응축 열분해 가스를 배출할 때에 비응축 열분해 가스가 이동하는 힘에 딸려서 냉각액 또는 바이오 오일 등의 액체상이 함께 배출되는 것을 방지하기 위하여 필터형의 디미스터를 포함하고 있는데, 본 발명의 응축기는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 필터형의 디미스터 대신 액체 입자 부딪혀서 맺혀 흐를 수 있도록 경사진 면 형태의 미스트 분리부(140)를 포함하고 있다.
상기 1차 미스트 분리판(141)은 응축기 하우징(110) 내부 벽을 둘러서 형성되며, 미스트 가운데는 열분해 가스가 이동할 수 있는 가스 이동 홀(hole)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다. 또한, 2차 미스트 분리판(142)은 상기 1차 미스트 분리판(141)의 가스 이동 홀 상부에 설치되며, 상기 1차 미스트 분리판(141)과는 반대로 응축기 하우징(110) 내부 벽을 둘러서 가스 이동 홀이 형성되어 있다. 또한, 상기 3차 미스트 분리판(143)은 상기 1차 미스트 분리판(141)과 동일한 구조이고, 상기 2차 미스트 분리판(142) 상부에 설치되어 있는 구조로 되어 있다. 또한, 상기 1차 및 3차 미스트 분리판(141,143)의 경우에는 위쪽에서 흘러내린 액체상을 응축구 하우징 하부로 흘려보낼 수 있도록 테두리 홀(145)이 형성되어 있다. 상기 테두리 홀은 미스트 분리판이 응축기 하우징 내벽 전면에 부착될 경우에만 필요하며, 미스트 분리판이 응축기 하우징 내부 천장 벽면에 고정지지대에 의해 부착되어 있는 경우에는 별도로 상기 테두리 홀을 형성할 필요가 없을 것이다.
이 같은 구조에서는 응축기 하우징(110) 내부의 하단부에서 상단부(비응축 가스 배출구)로 열분해 가스가 이동하면서 총 3번에 걸쳐 각각의 미스트 분리판과 부딪히게 되고, 이 과정에서 열분해 가스에 실려 이동되는 액체상이 각각의 미스트 분리판에 맺혀서 응축기 하우징(110) 하단부로 흘러 내려가게 되는 방식으로 비응축 열분해 가스 배출구로 액체상이 배출되지 않도록 한다.
상기와 같이 본 발명은 종래의 필터형 디미스터 대신 상기와 같은 구조의 미스트 분리부(140)를 사용함으로써 압력 손실을 효과적으로 줄일 수 있어 바이오 오일 생산 공정비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
참고로, 도 3에서 상기 미스트 분리부(140)의 구조가 1차~3차 미스트 분리판(141,142,143)으로 구성되는 것은 상기 미스트 분리부(140)의 원리를 설명하기 위한 일 실시예에 불과하고, 실질적으로는 상기 제2 미스트 분리판 하나로만으로도 구성할 수 있고, 또는 복수개의 미스트 분리판이 상기한 방식과 같이 겹치지는 구조로 구성할 수도 있다. 즉, 본 발명의 미스트 분리부(140)는 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 오일 응축 방법에 대해 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 바이오 오일 응축 방법은 먼저, 바이오매스를 열분해한 증기 즉, 열분해 가스가 응축기 하단의 열분해 가스 공급부를 통해 응축기 내부로 공급된다(S101).
상기 응축기 내부로 열분해 가스가 들어오자마자 열분해 가스 공급부와 인접한 위치에서 냉각액을 분사하는데, 이때 응축기 내 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 냉각액을 분사함으로써, 빠르게 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 응축한다(S102).
상기 열분해 가스는 응축기 하단에서 상단 방향으로 갈수록 넓어지는 응축기 내부 구조에 의해 이동속도가 감소된다(S103).
비응축 열분해 가스 배출구를 향해 이동하는 열분해 가스에 의해 응축기 상단으로 이동되는 냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 응축기 상단에 설치되어 있는 1차 미스트 분리판(141)에 의해 걸러진다(S104).
냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 걸러진 비응축 열분해 가스를 배출구로 배출한다(S105).
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 : 응축기
110 : 응축기 하우징
120 : 열분해 가스 공급부
130 : 냉각액 분사부
140 : 미스트 분리부
141 : 1차 미스트 분리판
142 : 2차 미스트 분리판
143 : 3차 미스트 분리판
145 : 테두리 홀
150 : 냉각펌프

Claims (10)

  1. 바이오매스 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 회수하는 응축기에 있어서,
    응축기 하단에 설치되며, 응축기 내부로 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급부;
    상기 열분해 가스 공급부 상단에 인접하여 설치되며, 응축기 상단으로 이동하는 열분해 가스에 냉각액을 분사하는 냉각액 분사부;
    상기 냉각액 분사부 상단에 설치되며, 응축되지 않은 열분해 가스에 의해 응축기 상단으로 이동되는 냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상을 걸러주는 미스트 분리부; 및
    상기 응축기 상단에 설치되며, 응축되지 않은 열분해 가스를 배출하는 비응축 열분해 가스 배출부;를 포함하며, 상기 응축기 내부는 하단에서 상단 방향으로 갈수록 넓어지는 구조로 되어 있어 열분해 가스의 이동 속도가 감소되는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 회수용 응축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각액 분사부는,
    응축기 내 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 냉각액을 분사하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 회수용 응축기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각액 분사부는,
    상기 응축기에서 회수되는 바이오 오일을 냉각액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 회수용 응축기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    응축기 하단부에서 회수되는 냉각액을 냉각하여 상기 냉각액 분사부로 공급하는 냉각펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 회수용 응축기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 미스트 분리부는,
    응축기 상단을 향해 이동하는 비응축 열분해 가스에 섞여있는 냉각액 또는 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 맺혀 응축기 하단부로 흐를 수 있도록 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 회수용 응축기.
  6. 바이오매스 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 회수하는 바이오 오일 응축 방법에 있어서,
    응축기 하단에서 응축기 내부로 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급단계;
    상기 응축기 내부로 열분해 가스가 공급되는 위치와 인접한 위치에서 상기 열분해 가스에 냉각액을 분사함으로써, 상기 열분해 가스를 냉각하여 바이오 오일을 응축하는 열분해 가스 냉각단계;
    응축되지 않은 열분해 가스에 의해 응축기 상단으로 이동되는 냉각액 또는 냉각된 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상을 걸러주는 미스트 분리단계; 및
    상기 응축되지 않은 열분해 가스를 응축기 외부로 배출하는 비응축 열분해 가스 배출단계;를 포함하며, 하단에서 상단 방향으로 갈수록 넓어지는 응축기 내부 구조에 의해 상기 응축기 내부로 공급된 열분해 가스의 이동속도가 감소되는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 응축 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 열분해 가스 냉각단계는,
    응축기 내 열분해 가스와 냉각액이 향류가 되도록 열분해 가스 이동방향의 반대방향으로 냉각액을 분사하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 응축 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 열분해 가스 냉각단계는,
    상기 응축기에서 회수되는 바이오 오일을 냉각액으로 사용하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 응축 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    응축기 하단부에서 냉각액을 회수 및 냉각하고, 냉각된 냉각액을 상기 열분해 가스 냉각단계로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 응축 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 미스트 분리단계는,
    응축기 상단을 향해 이동하는 비응축 열분해 가스에 섞여있는 냉각액 또는 바이오 오일 입자 중 어느 하나 이상이 적어도 하나 이상의 경사진 면 형태의 미스트 분리부에 충돌한 후 맺혀 응축기 하단으로 흐르는 것을 특징으로 하는 바이오 오일 응축 방법.
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