KR101661494B1 - Bio-char generating system of organic waste - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기성 폐기물의 바이오촤 생산 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료를 예열하는 원료 예열반응기; 상기 원료 예열반응기에서 예열된 원료를 1.0MPa 내지 3.0MPa의 압력에서 탄화시키는 탄화반응기; 및 상기 탄화반응기에 열원을 공급하는 열매체유 탱크를 포함하고, 상기 탄화반응기는 원료를 수용하는 내통 및 상기 내통을 둘러싸며 내통과 이격되어 제 1 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고, 상기 내통 및 외통은 그 하부가 하측방향으로 직경이 작아지는 테이퍼진 원추 형상이며, 상기 열매체유 탱크는 열매체유가 수용된 내통 및 상기 내통으로부터 소정 간격 이격되어 제 2 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고, 상기 열매체유는 파이프 및 제 1공간부로 유입되어, 탄화반응기로부터 배출되고 열매체유 탱크로 유입되는 것으로 구성됨으로써 높은 발열량을 갖는 바이오촤를 생산할 수 있는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a biomass production system for organic wastes, and more particularly to a raw material preheating reactor for preheating a raw material. A carbonization reactor for carbonizing the preheated raw material in the raw material preheating reactor at a pressure of 1.0 MPa to 3.0 MPa; And a heating medium oil tank for supplying a heat source to the carbonation reactor, wherein the carbonation reactor includes an inner cylinder for containing the raw material and an outer cylinder surrounding the inner cylinder to form a first space portion, Wherein the heat medium oil tank is provided with an inner cylinder accommodating the heat medium oil and an outer cylinder spaced apart from the inner cylinder by a predetermined distance to form a second space portion, And a system capable of producing a biofuel having a high calorific value by being configured to be introduced into the first space and discharged from the carbonization reactor and introduced into the heating oil tank.
Description
본 발명은 유기성 폐기물을 탄화시켜 높은 발열량을 갖는 바이오촤를 생산하는 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for carbonizing organic wastes to produce biofuel having a high calorific value.
일반적으로 음식물 쓰레기, 하수슬러지와 같은 유기성 폐기물은 땅속에 매립하여 처리되고 있다.Generally, organic wastes such as food waste and sewage sludge are buried in the ground.
그러나 유기성 폐기물은 특성상 수분 함량이 높아 쉽게 부패되어 악취와 오수가 발생하며, 매립 시에는 다량의 침출수가 흘러나와 지하수 오염과 같은 2차 환경오염을 유발시킨다.However, organic wastes are highly corroded due to high water content due to their characteristics, and odor and sewage are generated. In the case of landfill, a large amount of leachate flows out, causing secondary environmental pollution such as groundwater pollution.
그러므로 수분 함량이 높은 유기성 폐기물을 재활용 자재로 만들기 위해서는 유기성 폐기물의 수분을 제거한 다음 탄화 공정을 거쳐야 한다.Therefore, in order to make organic wastes with high moisture content to be recycled, moisture of organic wastes must be removed and then carbonized.
상기 탄화 공정은 무산소 상태 또는 저산소 분위기(2~4%)에서 외부 가열원에 의한 간접가열로 유기물질이 열분해되어 탄소를 최종 생성물에 고정시키기 위해 진행되는 것으로, 대부분의 유기성 폐기물이 탄화 공정을 통해 재활용되고 있다.The carbonization process is carried out in order to fix carbon to the final product by pyrolyzing the organic material by indirect heating by an external heating source in an oxygen-free or low-oxygen atmosphere (2 to 4%). Most organic wastes are carbonized Being recycled.
이와 관련하여, 한국공개특허 제2013-0031512호에서 전기히터에 의해 탄화로를 간접가열하여 음식물 쓰레기를 탄화시키는 탄화처리장치를 개시하고 있다.In this connection, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0031512 discloses a carbonization treatment apparatus for indirectly heating a carbonization furnace by an electric heater to carbonize food waste.
상기 기술은 탄화로의 열원으로 전기히터를 사용하므로 함수율이 높은 음식물 쓰레기를 탄화시키는데 막대한 전기 에너지를 소모하여 비효율적인 문제점이 있다.The above-described technique uses an electric heater as a heat source of a carbonization furnace, and thus consumes enormous electric energy for carbonizing food waste having a high water content, which is inefficient.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 한국공개특허 제2014-0028407호에서 슬러지가 건조되는 제1건조부와 제2건조부, 건조된 슬러지를 탄화시키는 탄화부 및 건조부와 탄화부에 열풍을 공급하는 열풍공급부를 포함하는 슬러지 탄화시스템을 개시하고 있다.In order to solve the above problems, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2014-0028407 discloses a sludge drying apparatus including a first drying unit and a second drying unit for drying sludge, a carbonization unit for carbonizing the dried sludge, A sludge carbonization system comprising a feed section is disclosed.
상기 기술은 LPG, LNG, 등유 등의 연료로부터 연소된 열풍을 이용한 건조부를 구비하여 수분 함량이 8wt% 내지 30wt%인 슬러지로 건조하고 탄화부로 이동시키나, 열풍의 온도가 일정하지 않아 슬러지의 내부까지 건조되지 못하여 생성물의 발열량이 낮아 품질이 저하되는 문제점이 있다.The above-mentioned technique has a drying unit using hot air burned from fuel such as LPG, LNG, kerosene, etc., and dries the sludge having a moisture content of 8 wt% to 30 wt% to the carbonized part. However, since the temperature of hot air is not constant, The product is not dried and the calorific value of the product is low, thereby deteriorating the quality.
따라서 생성물의 발열량이 우수하면서 동시에 소비 에너지를 최소화하는 바이오촤 생산 시스템의 개발이 필요하다.
Therefore, it is necessary to develop a biomass production system which exerts excellent heat output and minimizes energy consumption.
본 발명은 상기 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 원료에 열을 균일하게 전달하고 원료의 함수율을 조절하여 높은 발열량을 갖는 바이오촤를 생산하고, 폐열을 사용하여 에너지 소비를 최소화하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a biofuel having a high calorific value by uniformly transferring heat to a raw material and controlling a water content of the raw material and minimizing energy consumption by using waste heat .
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 원료를 예열하는 원료 예열반응기; 상기 원료 예열반응기에서 예열된 원료를 1.0MPa 내지 3.0MPa의 압력에서 탄화시키는 탄화반응기; 및 상기 탄화반응기에 열원을 공급하는 열매체유 탱크를 포함하고, 상기 탄화반응기는 원료를 수용하는 내통 및 상기 내통을 둘러싸며 내통과 이격되어 제 1 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고, 상기 내통 및 외통은 그 하부가 하측방향으로 직경이 작아지는 테이퍼진 원추 형상이며, 상기 열매체유 탱크는 열매체유가 수용된 내통 및 상기 내통으로부터 소정 간격 이격되어 제 2 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고, 상기 열매체유는 파이프 및 제 1 공간부로 유입되어, 탄화반응기로부터 배출되고 열매체유 탱크로 유입되는 것을 특징으로 하는 바이오촤 생산 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a preheating raw material preheater comprising: a raw preheat reactor; A carbonization reactor for carbonizing the preheated raw material in the raw material preheating reactor at a pressure of 1.0 MPa to 3.0 MPa; And a heating medium oil tank for supplying a heat source to the carbonation reactor, wherein the carbonation reactor includes an inner cylinder for containing the raw material and an outer cylinder surrounding the inner cylinder to form a first space portion, Wherein the heat medium oil tank is provided with an inner cylinder accommodating the heat medium oil and an outer cylinder spaced apart from the inner cylinder by a predetermined distance to form a second space portion, And the first space part, and is discharged from the carbonization reactor and flows into the heat medium oil tank.
상기 원료 예열반응기는 원료를 50℃ 내지 90℃로 예열하고, 상기 탄화반응기는 예열된 원료를 150℃ 내지 300℃에서 탄화시키며, 상기 열매체유는 가스버너에 의해 300℃ 내지 500℃로 가열될 수 있다.The raw material preheating reactor preheats the raw material to 50 to 90 DEG C, and the carbonization reactor carbonizes the preheated raw material at 150 to 300 DEG C, and the heating oil is heated to 300 to 500 DEG C by a gas burner have.
상기 탄화반응기의 내통에 투입된 원료는 함수율이 50% 내지 80%일 수 있다.The raw material introduced into the inner cylinder of the carbonization reactor may have a water content of 50% to 80%.
상기 제 2 공간부는 그 내부에 나선형의 파이프가 형성될 수 있다.A spiral pipe may be formed in the second space part.
상기 탄화반응기로부터 배출된 증기 또는 가스는 바이오촤, 바이오리퀴드, 증기 또는 가스를 보관하는 배출보관조 및 관성충돌형 열교환기를 순차적으로 거쳐 응축될 수 있다.The vapor or gas discharged from the carbonation reactor may be sequentially condensed through an exhaust storage tank for storing bio-liquor, bio-liquid, vapor or gas, and an inertial impingement type heat exchanger.
상기 관성충돌형 열교환기는 기체의 바람 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드, 상기 제 1 블레이드로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드, 상기 제 1 블레이드 및 제 2 블레이드의 연결점에 형성된 히트파이프, 및 상기 히트파이프에 형성되고 횡단면이 원호 형상인 한 쌍의 제 3 블레이드를 포함할 수 있다.Wherein the inertia-impact heat exchanger includes: a first blade formed to be inclined at an angle with respect to a wind direction of a gas; a second blade extending from the first blade with an angle of refraction; a first blade formed at a connection point between the first blade and the second blade; A pipe, and a pair of third blades formed in the heat pipe and having an arc-shaped cross-section.
상기 바이오촤 생산 시스템은 관성충돌형 열교환기로부터 배출된 응축액 및 가연성 가스를 포집하는 포집장치를 추가로 구비하고, 상기 가연성 가스는 열매체유 탱크의 가스버너에 의해 소각될 수 있다.The biofuel production system may further include a collecting device for collecting the condensed liquid and the combustible gas discharged from the inertial impact type heat exchanger, and the combustible gas may be incinerated by the gas burner of the thermal oil tank.
상기 바이오촤 생산 시스템은 배출보관조에 보관된 바이오촤를 건조시키는 건조실을 추가로 구비하고, 상기 건조된 바이오촤의 함수율은 5% 내지 10% 일 수 있다.The biofuel production system may further include a drying chamber for drying the biofuel stored in the discharge keeping tank, and the water content of the dried biofuel may be 5% to 10%.
상기 바이오촤 생산 시스템은 메탄가스, 일산화탄소 및 악취 가스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 생성하는 혐기성소화조를 추가로 구비할 수 있다.The biofuel production system may further include an anaerobic digestion tank for generating at least one selected from the group consisting of methane gas, carbon monoxide, and odorous gas.
상기 바이오촤 생산 시스템은 열교환된 온수의 열을 수집하는 축열조를 추가로 구비하고, 상기 축열조는 원료 예열반응기의 열원일 수 있다.
The biofuel production system may further include a heat storage tank for collecting heat of the heat-exchanged hot water, and the heat storage tank may be a heat source of the preheating reactor.
본 발명의 바이오촤 생산 시스템은 생성된 바이오촤의 함수율을 최소화하여 발열량이 높은 고형 연료를 얻을 수 있는 이점이 있다.The biofuel production system of the present invention has an advantage of obtaining a solid fuel having a high calorific value by minimizing the moisture content of the produced biofuel.
또한, 본 발명의 바이오촤 생산 시스템은 반응기에서 발생하는 악취 또는 가연성가스는 열원으로 재활용하여 에너지 소비를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
In addition, the bio-chemical production system of the present invention has an advantage that the odor or combustible gas generated in the reactor can be recycled as a heat source to minimize energy consumption.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오촤 생산 시스템의 공정도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오촤 생산 시스템의 원료 예열반응기, 열매체유 탱크 및 탄화반응기를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a process diagram of a biofuel production system according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a schematic view of a raw material preheating reactor, a heating medium oil tank, and a carbonization reactor of a biofuel production system according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 유기성 폐기물을 탄화시켜 높은 발열량을 갖는 바이오촤를 생산하는 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a system for carbonizing organic wastes to produce biofuel having a high calorific value.
이하, 하기 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 이하에서 설명함에 있어서 일반적으로 사용되는 밸브, 유량계 등의 각종 일반적인 계측기는 관용적인 것으로서 당해 분야에서의 당업자라면 용이하게 형성 가능하므로 이하 세부적인 설명은 생략하기로 한다.Various general measuring instruments such as valves, flow meters, and the like which are generally used in the following description of the present invention are conventional ones and can be easily formed by those skilled in the art, so that detailed description will be omitted below.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오촤 생산 시스템의 공정도이다.FIG. 1 is a process diagram of a bio-cell production system according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바이오촤 생산 시스템은 원료 예열반응기(10), 열매체유 탱크(20), 탄화반응기(30), 배출보관조(40), 관성충돌형 열교환기(50), 포집장치(60), 혐기성 소화조(70), 탈수기(80), 건조실(90) 및 축열조(100)를 포함하여 이루어진다.
1, the biomass production system of the present invention comprises a raw
좀 더 구체적으로 상기 바이오촤 생산 시스템은 원료를 예열하는 원료 예열반응기(10); 상기 원료 예열반응기(10)에서 예열된 원료를 탄화시키는 탄화반응기(30); 및 상기 탄화반응기(30)의 열원을 공급하는 열매체유 탱크(20)를 포함하여 이루어진다.More specifically, the biofuel production system includes a raw
우선 원료 예열반응기(10)에 원료를 투입하기 전에 전처리 공정을 거칠 수 있다.The raw material may be subjected to a pretreatment process before the raw material is introduced into the raw
구체적으로, 분쇄기(미도시)에 의해 원료에 포함되어 있는 이물질을 선별하고 10mm ~ 100mm의 크기로 분쇄하여 원료 예열반응기(10)로 공급할 수 있다.Specifically, the foreign substances contained in the raw material may be selected by a pulverizer (not shown) and pulverized to a size of 10 mm to 100 mm, and then supplied to the raw
상기 분쇄기는 원료의 이물질 선별 및 분쇄를 목적으로 통상적으로 사용되는 것을 제한없이 적용할 수 있다.The pulverizer can be applied to any material conventionally used for the purpose of screening and pulverizing raw materials.
이때 일례로 분쇄기는 통상 시판되고 있는 커터 밀, 분쇄용 볼 또는 숯 분쇄 분별기 등이 사용 가능하다.In this case, for example, a commercially available cutter mill, a crushing ball, or a charger crushing separator may be used as the crusher.
또한 상기 분쇄기의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 바람직하게는 내수성, 내구성 또는 탄력성이 우수한 스테인리스 스틸, 구리, 우레탄, 세라믹, 고무, 플라스틱 및 자연석으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.The material of the pulverizer is not particularly limited and preferably at least one selected from the group consisting of stainless steel, copper, urethane, ceramic, rubber, plastic and natural stone excellent in water resistance, durability or elasticity can be used.
상기 원료 예열반응기(10)는 원료를 예열하는 장치로서, 이때 투입되는 원료의 종류는 특별히 한정하지 않으나 일례로 음식물 폐기물, 하수 슬러지 및 폐목재로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 바람직하기로는 음식물 폐기물 또는 하수 슬러지가 좋다.The raw
상기 원료 예열반응기(10)는 원료를 50℃ 내지 90℃로 예열할 수 있다.The raw
이때 상기 원료 예열반응기(10)의 온도가 50℃ 미만인 경우 원료가 충분히 예열되지 않아 탄화반응기(30) 내에서 탄화 반응시간이 증가할 수 있으며, 온도가 90℃ 초과인 경우에는 음식물 폐기물에서 함유하고 있는 수분이 증발함과 동시에 악취물질이 배출될 수 있다.If the temperature of the raw
이로 인해 원료의 탄화 반응 시간을 단축시키므로 연료의 소비를 절감할 수 있는 효과가 있다.As a result, the carbonization reaction time of the raw material is shortened, so that the fuel consumption can be reduced.
상기 원료 예열반응기(10)에 의해 예열된 원료는 개폐밸브에 의해 탄화반응기(30)의 내통(31)으로 투입되어 탄화 과정을 거친다.The raw material preheated by the raw
본 발명에서는 예열된 원료를 탄화시켜 높은 발열량을 갖는 바이오촤를 생산하는 탄화반응기(30)에 그 특징이 있으므로 이에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.
The present invention is characterized in that the
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오촤 생산 시스템의 원료 예열반응기(10), 열매체유 탱크(20) 및 탄화반응기(30)을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of a raw
본 발명에 따른 탄화반응기(30)는 예열된 원료를 열원에 의해 탄화시킨 후 바이오촤, 바이오 리퀴드 및 바이오 가스를 얻는 장치이다The
상기 탄화반응기(30)는 1.0MPa 내지 3.0MPa의 압력에서 원료 예열반응기(10)에 의해 예열된 원료를 탄화시킨다.The carbonization reactor (30) carbonizes the preheated raw material by the raw material preheating reactor (10) at a pressure of 1.0 MPa to 3.0 MPa.
이때 탄화반응기(30)의 압력이 1.0MPa 미만인 경우 유기성 폐기물의 반응성이 저하되어 최종 생성물인 탄화물의 발열량이 낮아질 수 있으며, 3.0MPa 초과인 경우 고압에 따른 반응기의 안전성을 고려해야하므로 초기 제작비가 상승할 수 있다.If the pressure of the
상기 탄화반응기(30)의 열원으로는 열매체유 탱크(20)로부터 유입된 열매체유로서, 이에 대한 상세한 설명은 탄화반응기(30)에서 후술하고자 한다.The heating source of the
상기 탄화반응기(30)은 원료를 수용하는 내통(31) 및 상기 내통(31)을 둘러싸며 내통(31)과 이격되어 제 1 공간부(33)를 형성하도록 외통(32)이 구비된다.The
이때 상기 탄화반응기(30)은 내부에 수용된 원료를 골고루 탄화시키기 위해, 내통(31) 및 외통(32)으로 구성된 구조로 제작되는 것이 바람직하다.At this time, the
본 발명의 탄화반응기(30)는 원료를 150℃ 내지 300℃의 온도에서 탄화시킨다.The carbonization reactor (30) of the present invention carbonizes the raw material at a temperature of 150 ° C to 300 ° C.
상기 탄화반응기(30)의 온도가 150℃ 미만인 경우 원료의 탄화반응이 저하되어 탄화 반응시간이 증가할 수 있으며, 온도가 300℃ 초과인 경우에는 탄화반응기(30)의 열부식이 진행되어 탄화반응기(30)의 수명이 저하될 수 있고, 유기성 폐기물의 함수량을 저하할 수 있다.If the temperature of the
상기 외통(32)의 외벽은 제 1 공간부(33)로 공급되는 열이 탄화반응기(30) 외부로 방열되는 것을 방지하도록 단열재로 형성될 수 있다.The outer wall of the
상기 내통(31)은 그 내부에 나선형의 파이프가 형성될 수 있으며, 상기 파이프의 내부로 열매체유가 순환되어 원료가 골고루 탄화될 수 있도록 열을 균일하게 공급할 수 있다.A spiral pipe may be formed in the
이때 상기 열매체유는 나선형의 파이프 및 제 1 공간부(33)로 유입되어, 탄화반응기(30)로부터 배출되고 열매체유 탱크(20)로 유입된다.At this time, the heat medium oil flows into the spiral pipe and the
상기 열매체유는 열매체유 탱크(20)의 열원인 가스버너에 의해 300℃ 내지 500℃로 가열된다.The heat medium oil is heated to 300 to 500 DEG C by a gas burner which is a heat source of the heat
상기 열매체유의 온도가 300℃ 미만인 경우에는 내통(31) 내부에 수용된 유기성 폐기물로 충분한 열이 전달되지 않으므로 원료의 탄화반응이 잘 일어나지 않아 생성물의 품질이 저하될 수 있으며, 온도가 500℃ 초과인 경우에는 탄화반응기(30) 내부의 유기성 폐기물이 탄화되지 않고 가스화되어 탄화물의 수율이 낮아질 수 있다.When the temperature of the heat medium oil is less than 300 ° C., sufficient heat is not transferred to the organic waste contained in the
상기 열매체유(0.4~0.6cal/g℃)는 물(1cal/g℃)보다 비열이 낮아 열에 의해 빠른 속도로 온도 상승이 일어나고, 스팀보다 압력을 1/10 낮출 수 있어 압력부하가 감소되는 특징이 있다.Since the specific heat of the thermal oil (0.4 to 0.6 cal / g ° C) is lower than that of water (1 cal / g ° C), the temperature rises rapidly due to heat and pressure can be lowered by 1/10 than steam, .
따라서 열매체유는 상기 탄화반응기(30)의 일측에서 나선형의 파이프 및 제 1 공간부(33)로 유입되어 내통(31) 내부에 열을 균일하게 전달함으로써 생성물의 품질을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 열원이 필요하지 않으므로 연료 소비를 줄일 수 있다.Accordingly, the heat medium oil flows into the spiral pipe and the
또한 상기 열매체유를 이용하여 탄화반응기(30)를 간접적으로 가열함으로써 탄화반응기(30) 하부의 국부적인 열부식을 방지하고, 탄화반응기(30)의 압력부하를 감소시킬 수 있으므로 탄화반응기(30)의 수명이 연장될 수 있다.In addition, by heating the
본 발명에 따른 탄화 반응은 탄화반응기(30) 내부에서 원료에 함유된 물이 고온 및 고압(온도에 따른 수증기압)에서 기화되어 원료가 임계상태에서 탄화반응이 이루어지도록 하는 촉매 역할을 한다.The carbonization reaction according to the present invention serves to catalyze the carbonization reaction of the raw material in a critical state by vaporizing the water contained in the raw material in the
상기 탄화반응기(30)의 내통(31)에 투입된 원료는 탄화반응이 진행되는 동안 발열량이 높은 바이오촤를 얻기 위해서 함수율이 50% 내지 80%로 유지되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 60% 내지 70%로 유지되는 것이 좋다.The water content of the raw material charged into the
상기 원료의 함수율이 50% 미만인 경우에는 반응기의 내부 압력을 상승시키는 속도가 느려져 탄화 반응시간이 길어질 수 있으며, 함수율이 80% 초과인 경우에는 과다한 수분으로 인해 포화수증기압이 급격하게 상승하여 적절한 온도를 유지하기 어려울 뿐만 아니라, 다량의 수분이 유기성 폐기물에 포함되어 최종 생성물의 수율이 저하될 수 있다.When the water content of the raw material is less than 50%, the rate of raising the internal pressure of the reactor is slowed to increase the carbonization reaction time. If the water content exceeds 80%, the saturated water vapor pressure rises sharply due to excessive moisture, Not only is it difficult to maintain, but also a large amount of water may be contained in the organic waste and the yield of the final product may be lowered.
이렇게 상기 원료의 함수율을 일정하게 유지하기 위해서는 탄화반응기(30)에 물을 공급하는 보조 수조(미도시)를 추가로 구비할 수 있다.In order to keep the water content of the raw material constant, an auxiliary water tank (not shown) for supplying water to the
또한, 상기 탄화반응기(30)는 원료의 발열량을 높이기 위해 pH를 조절하는 pH 조정조를 추가로 구비할 수 있으며, 이때 당해 분야에서 사용되는 pH 조정조를 용이하게 적용할 수 있다.
In addition, the
한편, 본 발명의 탄화반응기(30)는 내통(31) 및 외통(32)의 하부가 하측방향으로 직경이 작아지는 테이퍼(taper)진 원추 형상으로, 바이오촤, 바이오 리퀴드 및 바이오 가스를 포함하는 생성물이 원활하게 하부로 배출되도록 할 수 있다.The
좀 더 구체적으로, 탄화 반응이 종결되면 탄화반응기(30)의 중앙 하부에 형성된 밸브를 개방하여 탄화반응기(30) 내부의 생성물이 배출된다.More specifically, when the carbonization is terminated, the valve formed at the lower center of the
상기 생성물은 바이오촤, 바이오 리퀴드 및 바이오 가스를 포함하는 것으로, 배출보관조(40)에 임시로 저장될 수 있다.The product includes biosubstance, bio-liquid, and biogas, and may be temporarily stored in the
이때 상기 배출보관조(40)에 형성된 밸브를 개방하여 탄화반응기(30)에서 생성된 바이오 가스가 압력차에 의해 배출보관조(40)를 거쳐 바로 배출되게 한다.At this time, the valve formed in the
따라서 탄화반응기(30)에 포함된 가스를 탄화반응기(30)의 하부로 원활하게 배출할 수 있다.Therefore, the gas contained in the
한편, 탄화반응기(30)의 열원으로 사용된 열매체유는 제 1 공간부(33) 및 나선형의 파이프를 통과하여 다시 열매체유 탱크(20)로 유입된다.On the other hand, the thermal oil used as the heat source of the
상기 열매체유 탱크(20)는 열매체유가 수용된 내통(22) 및 상기 내통(22)으로부터 소정 간격 이격되어 제 2 공간부(21)를 형성하도록 외통(23)이 구비되고, 상기 외통(23)의 하부에 구비된 가스버너에 의해 가열된다.The thermal
상기 가스버너는 연료를 연소하기 위해 사용되는 것으로서, 그 종류는 특별히 한정하지 않으나 기체연료를 사용하는 버너 또는 액체연료를 사용하는 버너 등 모든 종류의 버너가 사용될 수 있다.The gas burner is used for burning fuel, and the kind thereof is not particularly limited, but any type of burner such as a burner using gaseous fuel or a burner using liquid fuel can be used.
이때 상기 제 2 공간부(21)는 그 내부에 나선형의 파이프가 형성될 수 있다.At this time, a spiral pipe may be formed in the
연료가 연소되어 발생된 배기가스는 상기 파이프의 내부를 통과하면서 열매체유 탱크(20)로 배기가스의 열을 골고루 전달한다.The exhaust gas generated by the combustion of the fuel passes through the inside of the pipe and uniformly transfers the heat of the exhaust gas to the heat
그 이후 열매체유 탱크(20)를 가열한 배기가스는 열매체유 탱크(20)의 상단부에 형성된 배출구(미도시)를 통하여 후술하는 관성충돌형 열교환기(50)로 이동한다.The exhaust gas heated by the heat
이때 열매체유 탱크(20)의 상단부에 형성된 배출구로 배기가스가 배출되면서 배기가스의 흐름을 일방향으로 유도하므로 열매체유 탱크(20)의 하부에 형성된 버너 화염이 외부로 새어나가지 않아 연소효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.At this time, since the exhaust gas is discharged to the discharge port formed at the upper end of the
이러한 과정을 거친 원료는 탄화 반응이 종결되고 난 다음 바이오 리퀴드, 바이오 가스 및 바이오촤로 전환된다.
The raw materials that have undergone this process are converted to bioliquids, biogas and biofuels after the end of the carbonation process.
상기 탄화반응기(30)로부터 배출된 바이오 가스는 바이오촤, 바이오 리퀴드 또는 바이오 가스를 보관하는 배출보관조(40) 및 관성충돌형 열교환기(50)를 순차적으로 거쳐 응축될 수 있다.The biogas discharged from the
상기 바이오 가스는 배출보관조(40)를 거쳐 관성충돌형 열교환기(50)로 이동한다.The biogas is transferred to the inertial impingement heat exchanger (50) through the discharge storage tank (40).
상기 바이오 가스는 고온의 증기, 일산화탄소(CO), 메탄가스(CH4) 및 악취물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것으로, 열매체유 탱크(20)로부터 배출된 고온의 배기가스 및 증기와 함께 관성충돌형 열교환기(50)에서 액화된다.The biogas includes at least one selected from the group consisting of high temperature steam, carbon monoxide (CO), methane gas (CH 4 ), and odorous substances. The high temperature exhaust gas discharged from the
상기 관성충돌형 열교환기(50)는 기체의 바람 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드(미도시), 상기 제 1 블레이드로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드(미도시), 상기 제 1 블레이드 및 제 2 블레이드의 연결점에 형성된 히트파이프(미도시) 및 상기 히트파이프에 형성되고 횡단면이 원호 형상인 한 쌍의 제 3 블레이드(미도시)를 포함한다.The inertial
상기 히트파이프는 내부에 흐르는 냉수에 의해 고온의 증기를 응축시켜 액화함과 동시에 열을 회수하는 역할을 한다.The heat pipe serves to condense the high temperature steam by the cold water flowing therein and recover the heat while simultaneously liquefying the high temperature steam.
이때 상기 히트파이프 내부에 흐르는 냉수는 축열조(100)로부터 제공되는데, 상기 축열조(100)에 대해서는 이후에 후술하도록 한다.At this time, the cold water flowing in the heat pipe is supplied from the
상기 열매체유 탱크(20)로부터 배출된 고온의 배기가스 및 증기에 포함된 미세먼지와 같은 입자상 물질은 상기 제 2 블레이드 및 제 3 블레이드에 충돌하여 하부로 낙하되어 제거된다.Particulate matter such as fine dust contained in exhaust gas and hot steam discharged from the
이때 상기 제 2 블레이드는 제 1 블레이드로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는데, 상기 굴절각은 30°내지 60°일 수 있다.At this time, the second blade extends from the first blade with a refraction angle, and the refraction angle may be 30 ° to 60 °.
상기 굴절각이 30°미만인 경우에는 미세먼지가 블레이드에 적게 충돌하여 미세먼지 제거 효과가 저하될 수 있으며, 60°초과인 경우에는 공기의 흐름이 나빠져서 미세먼지 제거 효율이 저하될 수 있다.If the angle of refraction is less than 30 °, the fine dust may be less likely to collide with the blade, thereby deteriorating the fine dust removing effect. If the refraction angle is more than 60 °, the flow of air may be deteriorated and the fine dust removing efficiency may be lowered.
상기 제 1 블레이드 및 제 2 블레이드는 블레이드 길이방향에 대하여 수직방향으로 설치되는 로드(미도시)에 의하여 상호 체결될 수 있다.The first blade and the second blade may be fastened to each other by a rod (not shown) installed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the blade.
또한 상기 바이오촤 생산 시스템은 관성충돌형 열교환기(50)로부터 배출된 응축액 및 가연성 가스를 포집하는 포집장치(60)를 추가로 구비할 수 있다.The bio-chemical production system may further include a collecting
상기 가연성 가스는 포집장치(60)에 형성된 개폐밸브를 통해 배출되어 열매체유 탱크(20)의 가스버너에 의해 소각되므로 오염물질이 외부로 배출되지 않아 2차 환경오염을 줄일 수 있다.Since the combustible gas is discharged through the open / close valve formed in the collecting
이때 상기 가연성 가스는 일산화탄소(CO), 메탄가스(CH4) 및 악취물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.At this time, the combustible gas may be at least one selected from the group consisting of carbon monoxide (CO), methane gas (CH 4 ), and odorous substances.
상기 포집장치(60)는 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 적용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the collecting
또한 상기 바이오촤 생산 시스템은 일산화탄소, 메탄가스 및 악취물질로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 생성하는 혐기성 소화조(70)를 추가로 구비할 수 있다.The bio-chemical production system may further include an
상기 혐기성 소화조(70)는 배출보관조(40), 탈수기(80) 및 포집장치(60)로부터 유입된 응축액 또는 유기물을 다량 함유한 바이오 리퀴드를 소화하는 역할을 한다.The
본 발명에 따른 혐기성 소화조(70)는 소화에 적합한 환경을 갖추기 위해, 온도 및 pH를 적절하게 제어하는 수단을 추가로 구비할 수 있으며, 온도의 경우 35℃ 내지 40℃로 유지되어 바이오 리퀴드에 포함된 박테리아 등의 미생물들이 지방산 또는 휘발성 산을 생성할 수 있다.The
이렇게 생성된 지방산은 이산화탄소, 일산화탄소 또는 메탄가스를 생성하여 열매체유 탱크(20)를 가열하기 위한 연료 에너지로 공급될 수 있다.The fatty acid thus generated can be supplied as fuel energy for heating the
이를 통해 유기성 폐기물의 탄화 반응에 의해 생성된 바이오 리퀴드, 바이오가스 및 악취 가스는 메탄가스로 전환되어 연료로 공급되므로 환경오염을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 소비를 줄일 수 있는 효과가 있다.As a result, bioliquids, biogas and odor gases generated by carbonization of organic wastes are converted into methane gas and supplied as fuel, thereby minimizing environmental pollution and reducing energy consumption.
또한 상기 혐기성 소화조(70)는 바이오 리퀴드를 골고루 혼합하여 효율적인 소화를 이루기 위하여 교반기와 교반 및 소화 시 발생하는 거품을 제거하는 거품제거기를 추가로 구비할 수 있다.
Further, the
본 발명에 따른 탄화반응기(30)로부터 배출된 바이오촤는 탈수기(80)로 이동하고 고체 및 액체로 분리된다.The biomass discharged from the
상기 탈수기(80)는 특별히 한정하지 않으나, 일례로 벨트프레스, 필터프레스 또는 공기압을 이용한 탈수 및 원심분리기로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다.The
이때 탈수기(80)에 유입된 바이오촤는 상당량의 수분이 제거되어 초기 함수량의 30% 내지 40%의 함수량을 가지게 된다.At this time, a large amount of water is removed from the bio-vat introduced into the
일반적으로 음식물 폐기물에 포함된 수분은 결합수로 일반적인 탈수기에 의해 수분 제거가 힘들지만, 탄화반응을 거친 음식물 폐기물의 경우에는 결합수가 자유수로 존재하기 때문에 물리적인 가압 조건에서도 탈수가 잘 일어난다.In general, water contained in food wastes is a binding water, which is difficult to remove moisture by a general dehydrator. However, in the case of food wastes that have undergone carbonization, dehydration occurs well even under physical pressing conditions because binding water exists as free water.
상기 바이오촤 생산 시스템은 바이오촤를 건조시키는 건조실(90)을 추가로 구비할 수 있다.The biofuel production system may further include a drying
상기 탈수기(80)를 거친 바이오촤는 건조실(90)로 이동하여 고온의 건공기에 의해 함수율이 5% 내지 10%가 되도록 수분이 제거된다.The bio-liquor which has passed through the
상기 함수율이 5% 미만인 경우에는 고형 연료의 펠릿 성형시 잘 부서지기 쉬워 성형이 어려울 수 있으며, 함수율이 10% 초과인 경우에는 보관 중에 물이 배어나오고, 곰팡이가 발생하여 고형 연료의 품질이 저하될 수 있다.If the moisture content is less than 5%, the solid fuel may be easily broken during pellet molding, and if the water content is more than 10%, water may leak out during storage, mold may be generated, and the quality of the solid fuel may deteriorate .
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 바이오촤 생산 시스템은 탄화시 원료의 함수율을 조절하고 건조 과정을 통해 최종 생성물(바이오촤)의 함수율을 최소화함으로써 발열량이 높은 고형 연료를 제조할 수 있다.As described above, the biofuel production system according to the present invention can produce a solid fuel having a high calorific value by controlling the water content of the raw material for carbonization and minimizing the water content of the final product (biofuel) through the drying process.
한편, 본 발명의 바이오촤 생산 시스템은 상기 관성충돌형 열교환기(50)에 의해 열교환된 온수의 열을 수집하는 축열조(100)를 추가로 구비할 수 있다.Meanwhile, the bio-chemical production system of the present invention may further include a
상기 축열조(100)는 원료 예열반응기(10)의 열원을 공급하는 장치로, 당해분야에서 일반적으로 사용되는 장치를 적용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
The
이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. It should be understood, however, that these examples are provided for illustrative purposes only and are not to be construed as limiting the scope of the present invention.
<실시예 1> : 음식물 폐기물로부터 고형 연료의 제조Example 1: Preparation of solid fuel from food waste
음식물 폐기물을 수거하여 원료로 사용하였으며, 이들을 모두 50mm로 분쇄하여 사용하였다.Food wastes were collected and used as raw materials, and they were all pulverized to 50 mm.
상기 분쇄된 음식물 폐기물 600kg을 원료 예열반응기에 투입하여 70℃로 예열한 다음, 탄화반응기(1,000L)의 승온속도를 5℃/min으로 하여 230℃로 설정하고 2.5MPa의 조건에서 3시간 동안 탄화시켰다.600 kg of the pulverized food wastes were put into a preheating reactor for raw material and preheated to 70 ° C. The temperature of the carbonization reactor (1,000 L) was set at 230 ° C. at a rate of 5 ° C./min, and carbonization .
이때 탄화반응기 내의 음식물 폐기물은 함수율이 67.7%이 되도록 유지하였다.At this time, the food waste in the carbonization reactor was kept at a water content of 67.7%.
반응시간 경과 후 탄화반응기를 냉각시키고, 탄화반응기 내의 고체(바이오촤), 액체(바이오 리퀴드) 및 기체(바이오 가스 및 증기)를 배출보관조에 이동시켰다.After the reaction time, the carbonization reactor was cooled and the solid (bio-liquor), liquid (bio-liquid) and gas (biogas and steam) in the carbonization reactor were transferred to the discharge reservoir.
그 중 바이오촤는 탈수기로 이동시켜 수분을 제거하고, 이를 다시 건조실로 이동시켜 70℃의 건공기에 의해 6시간 동안 건조시켜 함수율이 5%인 바이오촤를 생산하였다.Among them, the biofilm was moved to a dehydrator to remove moisture, and then it was moved to a drying chamber and dried by dry air at 70 ° C for 6 hours to produce a biofilm having a water content of 5%.
그 다음, 건조된 바이오촤를 성형기를 이용하여 펠릿 형태로 고형 연료를 제조한 후에 고형 연료의 열량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Then, the solid biofuel was produced in the form of a pellet using a molding machine, and the amount of heat of the solid fuel was measured. The results are shown in Table 2 below.
<< 실시예Example 2 내지 11 및 2 to 11 and 비교예Comparative Example 1 및 2> 1 and 2>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 하기 표 1에 나타낸 조건으로 수행하여 고형 연료를 제조하였다.
The solid fuel was produced in the same manner as in Example 1, but under the conditions shown in Table 1 below.
구분
division
원료 예열반응기 온도(℃)
Raw material preheating reactor temperature (캜)
(℃)Heat medium oil temperature
(° C)
(%)Moisture content in the carbonization reactor
(%)
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오촤 생산 시스템으로 제조된 실시예 1 내지 11은 비교예 1 및 2에 비해 발열량이 높은 바이오촤를 얻을 수 있었다.As shown in Table 2, in Examples 1 to 11 produced with the bio-oven production system according to the present invention, a bio-oven having a higher calorific value than that of Comparative Examples 1 and 2 was obtained.
특히, 실시예 1은 비교예 1 및 2에 비해 음식물 폐기물의 탄화반응이 향상되어 최종생성물인 바이오촤의 발열량이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
Particularly, in Example 1, the carbonization reaction of the food wastes was improved as compared with Comparative Examples 1 and 2, and it was confirmed that the calorific value of the final product, biofuel, was increased.
10: 원료 예열반응기 20: 열매체유 탱크
21: 제 2 공간부 22, 23: 열매체유 탱크의 내통, 외통
30: 탄화반응기 31, 32: 탄화반응기의 내통, 외통
33: 제 1 공간부 40: 배출보관조
50: 관성충돌형 열교환기 60: 포집장치
70: 혐기성 소화조 80: 탈수기
90: 건조실 100: 축열조10: raw material preheating reactor 20: thermal oil tank
21: second space 22, 23: inner cylinder of the thermal oil tank, outer cylinder
30:
33: first space part 40: discharge storage tank
50: inertial collision type heat exchanger 60: collecting device
70: Anaerobic digester 80: Dehydrator
90: drying chamber 100: heat storage tank
Claims (10)
상기 원료 예열반응기에서 예열된 원료를 1.0MPa 내지 3.0MPa의 압력에서 탄화시키는 탄화반응기; 및 상기 탄화반응기에 열원을 공급하는 열매체유 탱크를 포함하고,
상기 탄화반응기는 원료를 수용하는 내통 및 상기 내통을 둘러싸며 내통과 이격되어 제 1 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고,
상기 내통 및 외통은 그 하부가 하측방향으로 직경이 작아지는 테이퍼진 원추 형상이며,
상기 열매체유 탱크는 열매체유가 수용된 내통 및 상기 내통으로부터 소정 간격 이격되어 제 2 공간부를 형성하도록 외통이 구비되고,
상기 열매체유는 파이프 및 제 1공간부로 유입되어, 탄화반응기로부터 배출되고 열매체유 탱크로 유입되며,
상기 탄화반응기로부터 배출된 증기 또는 가스는 바이오촤, 바이오리퀴드, 증기 또는 가스를 보관하는 배출보관조 및 관성충돌형 열교환기를 순차적으로 거쳐 응축되고,
상기 관성충돌형 열교환기는 기체의 유입 방향에 대하여 일정 각도로 경사지게 형성되는 제 1 블레이드, 상기 제 1 블레이드로부터 굴절각을 가지고 연장 형성되는 제 2 블레이드, 상기 제 1 블레이드 및 제 2 블레이드의 연결점에 형성된 히트파이프, 및 상기 히트파이프에 형성되고 횡단면이 원호 형상인 한 쌍의 제 3 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오촤 생산 시스템.
A preheating reactor for preheating the raw material;
A carbonization reactor for carbonizing the preheated raw material in the raw material preheating reactor at a pressure of 1.0 MPa to 3.0 MPa; And a heating medium oil tank for supplying a heat source to the carbonation reactor,
Wherein the carbonation reactor includes an inner cylinder for containing the raw material and an outer cylinder surrounding the inner cylinder and spaced from the inner cylinder to form a first space,
The inner cylinder and the outer cylinder are in the form of a tapered cone whose lower portion has a smaller diameter in the lower direction,
Wherein the thermal oil reservoir tank is provided with an inner cylinder accommodating a thermal oil and an outer cylinder so as to be spaced apart from the inner cylinder by a predetermined distance,
The thermal oil flows into the pipe and the first space, is discharged from the carbonization reactor and flows into the thermal oil tank,
The steam or gas discharged from the carbonation reactor is sequentially condensed through an exhaust storage tank and an inertial impingement type heat exchanger for storing bio-liquor, bio-liquid, steam or gas,
The inertial impinging type heat exchanger includes a first blade formed to be inclined at an angle with respect to an inflow direction of a gas, a second blade extended from the first blade with a refraction angle, a heat generated at a connection point between the first blade and the second blade A pipe, and a pair of third blades formed in the heat pipe and having an arc shape in cross section.
The method according to claim 1, wherein the raw material preheating reactor preheats the raw material to 50 ° C to 90 ° C, and the carbonization reactor carbonizes the preheated raw material at 150 ° C to 300 ° C, Lt; 0 > C.
The bio-chemical production system according to claim 1, wherein the raw material introduced into the inner cylinder of the carbonization reactor is maintained at a water content of 50% to 80% during the carbonization reaction.
The bio-chemical production system according to claim 1, wherein a spiral pipe is formed in the second space part.
The biomass production system according to claim 1, wherein the biomass production system further comprises a collecting device for collecting the condensed liquid and the combustible gas discharged from the inertial impact type heat exchanger, and the combustible gas is incinerated by the gas burner of the thermal oil tank The bio-chemical production system.
[2] The bio-chemical production system according to claim 1, wherein the bio-chemical production system further comprises a drying chamber for drying the bio-cell, and the water content of the bio-cell is 5% to 10%.
The bio-chemical production system according to claim 1, wherein the bio-chemical production system further comprises an anaerobic digestion tank for producing at least one selected from the group consisting of methane gas, carbon monoxide, and malodorous substances.
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