KR101839845B1

KR101839845B1 - 급속열분해 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101839845B1
Application number: KR1020170090985A
Authority: KR
Inventors: 정성록
Original assignee: (주) 퓨쳐 라이팅
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-03-22

Abstract

본 발명은 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물의 고형건조물을 원료로 하여 바이오오일을 수득하도록 무촉매 디스크 유동형으로 구현한 급속열분해 시스템 및 방법에 관한 것으로, 사일로우가 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급하며; 압출기가 바이오매스폐기물 고형건조물을 공급받아 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하며; 반응기가 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 주며; 촤급속냉각기가 촤를 급속 냉각시키고, 촤저장고가 촤급속냉각기에서 급속 냉각된 촤를 저장하며; 응축기가 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하고, 바이오오일저장고가 바이오오일을 저장하며; 응축기에서 응축되지 않은 비응축성 바이오가스를 배출하고, 바이오가스압축기가 바이오가스를 압축시키고, 바이오가스저장탱크가 바이오가스압축기에서 압축된 바이오가스를 저장한다.

Description

급속열분해 시스템 및 방법{Rapid pyrolysis processing system and method}

본 발명의 기술 분야는 급속열분해 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물의 고형건조물을 원료로 하여 바이오오일을 수득하도록 무촉매 디스크 유동형으로 구현한 급속열분해 시스템 및 방법에 관한 것이다.

대한민국의 음식물쓰레기 배출량은 2015년 기준으로 13,690톤에 이르는데, 그 중 7,690톤은 사료로 재활용되고, 나머지 6,000톤은 50(%)의 음폐수를 탈리한 후에 퇴비로 재활용되고 있다. 그러나 음식물쓰레기의 재활용 기술은, 높은 염분농도로 말미암아 대부분의 재활용 방식에 고가의 혼합제를 사용하는데, 예를 들어 사료화의 경우에 옥수수가루 등을 사용하고, 퇴비화의 경우에 톱밥, 코코피트 등을 사용함으로써, 최종 재활용 비용을 상승시키는 요인이 되고 있다. 이에, 음식물쓰레기를 연료화하는 기술을 개발하기에 이르렀다.

음식물쓰레기의 약 13%는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 조성되어 있는 섬유질인데, 이를 바이오오일의 수득을 목적으로 하는 급속열분해의 원료로 사용할 경우, 연간 약 1,780톤의 바이오매스 급속열분해 원료를 확보할 수 있다. 또한, 음식물쓰레기 1,780톤의 고형건조물은, 20년 수령의 소나무 건조중량(150kg)으로 11,866그루와 같으며, 이는 108(ha)의 임야에 20년 수령의 소나무를 보존할 수 있는 수치라고 할 수 있겠다.

화석연료가 고갈된다는 문제점과 더불어 심각한 환경문제를 유발하는 화석연료의 사용을 배제하는 차원에서도, 음식물쓰레기 고형건조물을 급속열분해하여 바이오오일을 생산해서 연료로 사용할 수 있는 기술이 주목받고 있다. 바이오매스의 급속열분해는, 일반적으로 500℃ 전후의 온도와 상압 반응조건에서 수행된다. 또한, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등을 이용하여 바이오오일을 생산하기 위해 이용되는 급속열분해 시스템의 형태로는, 경사 하강식, 순환베드식, 로타리킬른식, 회전콘 방식 등이 있다.

이러한 음식물쓰레기를 연료화하는 기술도, 높은 염분농도로 인하여 400(℃)의 온도에서 탄화하여 이를 시멘트 소성로 등에 사용하고 있다. 하지만 탄화공정의 높은 운전비용과 저급한 탄화물의 생산은, 음식물쓰레기의 탄화기술을 배제할 수밖에 없는 요인으로 작용하고 있다.

대한민국등록특허 제10-0636616호(2006.10.13 등록)는 음식물 쓰레기의 급속열분해 장치 및 그 방법에 관하여 개시되어 있는데, 음식물 쓰레기를 투입시키기 위한 호퍼와 호퍼를 통해 투입된 음식물 쓰레기를 유입시키기 위한 스크루 피더로 구성된 음식물 쓰레기 유입장치와, 고압질소를 저장하는 저장장치 및 저장된 고압질소를 제어하는 제어장치와 고압가스를 소정 온도로 예열하는 예열기로 구성된 운반가스 유입장치로 이루어진 공급장치; 스크루 피더로부터 음식물 쓰레기를 유입받고, 예열된 운반가스를 높은 압력으로 제공하는 분배기로부터 예열된 고압가스를 유입받아 음식물 쓰레기와 촤(char)가 유동화되도록 하여 급속열분해시키는 상하 2단형 반응기로서, 투입된 음식물 쓰레기를 고온, 고압에서 급속 열분해 처리에 의해 다량의 증기(vapour)로 전환되도록 1차 반응을 유발시키고, 다음 단계에서 2차 반응을 통해 가스나 촤(char)로 최종 전환시키는 반응기와 예열된 운반가스가 균일한 흐름을 갖고 분배기에 도달하도록 하는 분배박스로 구성된 열분해 반응장치 및 반응기의 2차 반응을 통해 생성된 가스나 촤(char)를 분리시키기 위한 사이클론과, 사이클론을 통과한 가스는 응축기를 통과하면서 상온으로 냉각시키고 액상의 생성물은 하부로 회수시키는 기액 분리장치와, 기액 분리장치에서 분리된 가스를 정제하는 가스 정제장치와 정제된 가스를 채취하기 위한 가스 채취장치와, 생성된 가스의 생성량을 측정하기 위한 생성량 측정장치와, 액상 생성물을 저장하기 위한 액상 생성물 저장 탱크 및 생성된 촤(char)를 배출하기 위한 촤(char) 배출장치로 구성된 생성물 후처리 장치를 포함하는 것을 한다. 개시된 기술에 따르면, 불순물을 분리 제거하는 공정을 통하여 촤를 생산함으로써 4000(Kcal/kg)의 열량을 지닌 양질의 연료탄 제조가 가능해지며, 제조된 촤는 분말활성탄으로도 이용이 가능하여 음식물 쓰레기를 건조 후 열화학적 처리공정을 거치면 음식물 쓰레기의 감량화 및 재활용이 가능해진다.

대한민국등록특허 제10-1068748호(2011.09.22 등록)는 반응기 본체에 혼합촉진부재를 형성하여 반응기에 투입된 바이오매스와 유동사를 원활하게 혼합하며, 바이오매스의 급속 열분해 성능을 향상시키며, 바이오매스의 반응시간 및 급속열분해가스의 체류시간을 조절하여 바이오 원유의 수율을 높이며, 바이오매스 공급기의 바이오매스 배출부, 유동사 공급기의 유동사 배출부, 및 이송기의 배치 구조를 적절히 변경하여 급속 열분해 반응기의 내부를 외부 공기와 차단시키는 급속 열분해 반응기 및 그 장치를 이용하는 바이오 원유 제조 시스템에 관하여 개시되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 바이오매스의 급속 열분해 반응이 이루어지는 급속 열분해 반응기; 급속 열분해 반응기의 상부 일측에 연통되게 구비되고, 급속 열분해 반응기의 내부에 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기; 급속 열분해 반응기의 상부 타측에 연통되게 구비되고, 급속 열분해 반응기의 내부에 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기; 급속 열분해 반응기에 바이오매스의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열기; 급속 열분해 반응기의 하부에 일단부가 연통되게 연결되고, 급속 열분해 반응기의 하부에 쌓이는 유동사 및 촤를 급속 열분해 반응기의 외부로 이송하는 이송기; 및 이송기의 타단부 및 유동사 공급기에 양단부가 연통되게 연결되며, 이송기에 의해 이송된 촤를 연소시키고 이송기에 의해 이송된 유동사를 유동사 공급기로 순환 공급시키는 순환 유동층 연소기를 포함하고, 유동사 공급기, 급속 열분해 반응기, 이송기, 및 순환 유동층 연소기는 외기와 차단된 구조로 형성되며, 유동사는 유동사 공급기, 급속 열분해 반응기, 이송기, 및 순환 유동층 연소기를 따라 순환되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 종래의 급속열분해 시스템은, 열전달 촉매로 유동사를 사용함으로써 정교한 온도 조절과 유동사 관련 설비가 반드시 필요하여 대형의 반응기로 열분해 고정을 수행해야 하며, 이에 제작비를 증가시키고 유동사의 가열에 필요한 열에너지 비용이 많이 발생하는 단점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 급속열분해 시스템은, 또한 증기상 생성물과 혼재되어 배출되는 고상 생성물의 선별을 위하여, 급속열분해되어 배출되는 증기상 생성물의 배출구에 사이클론을 설치해야 함으로써, 급속열분해되어 생성되는 증기상 생성물의 응축시간이 길어지며, 이에 바이오 오일의 수득율을 낮아지는 단점을 가지고 있다. 이에 따라서, 열분해 오일의 수득량을 극대화하기 위해서는, 균일한 바이오매스 원료, 바이오매스 원료에 대한 높은 열전달력, 정교한 온도 조절, 반응기 내에서 생성된 증기의 신속한 응축(예를 들어, 2초 이내) 등의 복합적인 기술을 필요로 한다.

대한민국등록특허 제10-0636616호 대한민국등록특허 제10-1068748호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 단점 내지는 필요성을 해결하기 위한 것으로, 무촉매 디스크 유동형 반응기를 이용하여 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물의 고형건조물을 원료로 하여 바이오오일을 수득하도록 구현한 급속열분해 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급하기 위한 사일로우; 상기 사일로우로부터 공급되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하기 위한 압출기; 상기 압출기에서 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 주기 위한 반응기; 상기 반응기에서 생성된 촤를 급속 냉각시켜 주기 위한 촤급속냉각기; 상기 촤급속냉각기에서 급속 냉각된 촤를 저장하기 위한 촤저장고; 상기 반응기에서 생성된 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하고 비응축성 바이오가스를 배출하기 위한 응축기; 상기 응축기에서 생성된 바이오오일을 저장하기 위한 바이오오일저장고; 상기 응축기로부터 배출되는 바이오가스를 압축시켜 주기 위한 바이오가스압축기; 및 상기 바이오가스압축기에서 압축된 바이오가스를 저장하기 위한 바이오가스저장탱크를 포함하는 급속열분해 시스템을 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 사일로우는, 하부를 깔때기형으로 좁아지는 구조로 가지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 촤급속냉각기는, 이중관형 구조의 스크루 컨베이어로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 응축기는, 핀 튜브형, 쉘 앤 튜브형 열교환기인 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 응축기는, 상기 반응기의 디스크형 발열판부와의 설치 거리를 1(m) 이내로 하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 사일로우는, 일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 배출하는 정량배출부; 및 상기 정량배출부로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루잉시켜 상기 압출기로 이송하는 스크루피더부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 압출기는, 회전 구동에 따라 회전하여, 바이오매스폐기물 고형건조물을 투입받아 스크루잉시켜 이송하는 스크루이송부; 전후단에 베어링하우징을 구비하여 상기 스크루이송부가 회전 구동되도록 형성된 본체부; 상기 스크루이송부의 전단에 연결 설치되어, 구동장치를 이용하여 상기 스크루이송부를 회전 구동시키는 구동부; 상기 스크루이송부의 전단 상부에 형성되어, 상기 사일로우로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 스크루이송부로 투입하는 원료투입부; 상기 스크루이송부의 후단과 상기 본체부의 후단 사이에 형성되고, 압착수단에 의해서 상기 스크루이송부로부터 이송되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 압착시키는 원료압출부; 상기 스크루이송부의 후단 하부에 형성되어, 상기 원료압출부에서 압착된 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 반응기로 배출하는 원료배출부; 상기 스크루이송부의 외부에 형성되어, 냉각수를 유입받아 상기 스크루이송부를 냉각시키는 스크루냉각쟈겟부; 상기 스크루냉각쟈겟부의 전단 상부에 형성되어, 냉각수를 상기 스크루냉각쟈겟부에 투입시키는 냉각수투입부; 및 상기 스크루냉각쟈겟부의 후단 하부에 형성되어, 상기 스크루냉각쟈겟부로부터 냉각수를 유출받아 배출하는 냉각수배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 반응기는, 본체부; 상기 본체부의 일측면에 형성되어, 상기 압출기로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 본체부의 내부로 투입시키는 원료투입부; 상기 본체부의 내부 중심부에 형성되어, 회전 구동에 따라 회전하면서, 열에너지를 공급받아 가열되어 상기 원료투입부로부터 투입되는 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시키는 디스크형 발열판부; 상기 디스크형 발열판부의 중심축에 연결 형성되어, 동력을 전달받아 상기 디스크형 발열판부를 회전 구동시키는 구동샤프트부; 상기 구동샤프트부가 회전하도록 지지하는 샤프트베어링하우징부; 구동장치에서 발생시킨 동력을 상기 구동샤프트부에 전달하는 샤프트구동기어부; 상기 디스크형 발열판부의 하부에 형성되어, 열에너지를 발생시켜 상기 디스크형 발열판부에 공급하는 전열발열체부; 상기 디스크형 발열판부에 대응하여 상기 본체부의 외측에 형성되어, 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 촤를 상기 촤급속냉각기로 배출하는 촤배출부; 및 상기 본체부의 상단에 형성되어, 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 증기상 생성물을 상기 응축기로 배출하는 증기상생성물배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 디스크형 발열판부는, 중심 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 촤배출부는, 상기 디스크형 발열판부의 가장자리 하부에 상기 디스크형 발열판부의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 촤를 유입받기 위한 라인홈부재; 및 상기 라임홈부재에서 유입받은 촤를 모아서 상기 촤급속냉각기로 배출하기 위한 배출구부재를 구비하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 반응기는, 상기 전열발열체부의 온도를 정밀 제어하기 위한 전열발열체 자동제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에서, 상기 촤급속냉각기는, 회전 구동에 따라 회전하여, 촤를 투입받아 스크루잉시켜 이송하는 스크루이송부; 전후단에 베어링하우징을 구비하여 상기 스크루이송부가 회전 구동되도록 형성된 본체부; 상기 스크루이송부의 전단에 연결 설치되어, 구동장치를 이용하여 상기 스크루이송부를 회전 구동시키는 구동부; 상기 스크루이송부의 전단 상부에 형성되어, 상기 반응기로부터 배출되는 고온의 촤를 상기 스크루이송부로 투입하는 촤투입부; 상기 스크루이송부의 후단 하부에 형성되어, 상기 스크루이송부로부터 이송되는 저온의 촤를 상기 촤저장고로 배출하는 촤배출부; 상기 스크루이송부의 외부에 형성되어, 냉각수를 유입받아 상기 스크루이송부를 냉각시키는 스크루냉각쟈겟부; 상기 스크루냉각쟈겟부의 전단 상부에 형성되어, 냉각수를 상기 스크루냉각쟈겟부에 투입시키는 냉각수투입부; 및 상기 스크루냉각쟈겟부의 후단 하부 또는 상부에 형성되어, 상기 스크루냉각쟈겟부로부터 냉각수를 유출받아 배출하는 냉각수배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하는 수단으로는, 본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 사일로우가 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급하는 단계; 압출기가 상기 바이오매스폐기물 고형건조물을 공급받아 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하는 단계; 반응기가 상기 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 주는 단계; 촤급속냉각기가 상기 촤를 급속 냉각시키고, 촤저장고가 상기 촤급속냉각기에서 급속 냉각된 촤를 저장하는 단계; 응축기가 상기 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하고, 바이오오일저장고가 상기 바이오오일을 저장하는 단계; 및 상기 응축기에서 응축되지 않은 비응축성 바이오가스를 배출하고, 바이오가스압축기가 상기 바이오가스를 압축시키고, 바이오가스저장탱크가 상기 바이오가스압축기에서 압축된 바이오가스를 저장하는 단계를 포함하는 급속열분해 방법을 제공한다.

본 발명의 효과로는, 무촉매 디스크 유동형 반응기를 이용하여 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물의 고형건조물을 원료로 하여 바이오오일을 수득하도록 구현한 급속열분해 시스템 및 방법을 제공함으로써, 급속열분해 반응기 내에 전열 발열체와 디스크형 발열판을 설치해 유동사를 배제시킬 수 있으며, 이에 정교한 온도 조절과 유동사 관련 설비를 배제한 소형의 반응기 본체만으로도 열분해 공정을 수행할 수 있어 제작비를 대폭적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 유동사의 가열에 필요한 열에너지 비용을 절감할 수 있는 것이다.

본 발명에 의하면, 사이클론의 설치를 배제하고, 급속열분해되어 배출되는 증기상 생성물의 배출구에 응축기를 설치함으로써, 급속열분해되어 생성되는 증기상 생성물의 응축시간을 최대한으로 단축하여 바이오 오일의 수득율을 높일 수 있는 효과를 가진다. 또한, 본 발명에 의하면, 균일한 바이오매스 원료, 바이오매스 원료에 대한 높은 열전달력, 정교한 온도 조절, 반응기 내에서 생성된 증기의 신속한 응축(예를 들어, 2초 이내) 등의 복합적인 기술을 적용시켜 열분해 오일의 수득량을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 사일로우를 설명하는 도면이다.
도 3은 도 1에 있는 압출기를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 있는 반응기를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4에 있는 디스크형 발열판부를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 1에 있는 촤급속냉각기를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 방법을 설명하는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 시스템 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 시스템을 설명하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 급속열분해 시스템(1000)은, 사일로우(100), 압출기(200), 반응기(300), 촤급속냉각기(400), 촤저장고(500), 응축기(600), 바이오오일저장고(700), 바이오가스압축기(800), 바이오가스저장탱크(900)를 포함한다.

사일로우(100)는, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물 고형건조물을 담아두었다가, 일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 압출기(200)로 공급해 준다.

일 실시 예에서, 사일로우(100)는, 통상의 원통형 구조일 수 있으며, 또한 하부는 깔때기형으로 좁아지는 구조를 가질 수 있다.

일 실시 예에서, 사일로우(100)는, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물로 이루어지는 바이오매스폐기물의 고형건조물을 정량으로 배출하기 위한 원료배출부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

압출기(200)는, 사일로우(100)로부터 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급받아 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하고, 해당 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 반응기(300)로 배출해 준다.

일 실시 예에서, 압출기(200)는, 원료배출부의 일단과 연결되어 투입되는 바이오매스폐기물의 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거해 주기 위한 압출부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음), 압출부의 배출구와 연결되어 공기가 제거된 바이오매스폐기물의 고형건조물을 디스크 유동형 급속열분해 반응기(300)의 원료투입구로 신속하게 투입해 주기 위한 반응기원료투입부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

반응기(300)는, 압출기(200)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 고상 생성물인 촤(Char)와 증기상 생성물을 생성시켜, 촤를 촤급속냉각기(400)로 배출함과 동시에, 증기상 생성물을 응축기(600)로 배출해 준다.

일 실시 예에서, 반응기(300)는, 디스크 유동형 급속열분해 반응기로서, 압출기(200)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 하부에 촤를 생성시켜 줌과 동시에, 상부에 증기상 생성물을 생성시켜 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 반응기(300)는, 하부에 촤급속냉각기(400)를 연결 설치하고 상부에 응축기(600)를 연결 설치할 수 있다.

일 실시 예에서, 반응기(300)는, 반응기(300)의 내부에 설치되어 원료투입부로부터 투입된 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하기 위한 디스크형 발열판(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음), 디스크형 발열판에 열에너지를 공급하기 위한 전열 발열체(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음), 반응기(300)의 하단에 설치되어 디스크형 발열판으로부터 급속열분해되어 생성되는 고상 생성물인 촤를 배출하기 위한 촤배출부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음), 반응기(300)의 상단에 설치되어 디스크형 발열판으로부터 급속열분해되어 생성되는 증기상 생성물을 배출하기 위한 증기상생성물배출부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

촤급속냉각기(400)는, 반응기(300)(하부)로부터 배출되는 촤를 급속 냉각시켜 촤저장고(500)로 이송해 준다.

일 실시 예에서, 촤급속냉각기(400)는, 반응기(300)의 하부(즉, 촤배출부)에 연결 설치되어 고온으로 배출되는 고상 생성물인 촤를 급속히 냉각하기 위한 촤급속냉각부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 촤급속냉각기(400)는, 이중관형 구조의 스크루 컨베이어로 이루어질 수 있다.

촤저장고(500)는, 촤급속냉각기(400)로부터 이송되는 급속 냉각 촤를 저장해 준다.

응축기(600)는, 반응기(300)(상부)로부터 배출되는 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성함과 동시에 응축되지 않은 바이오가스를 생성하여, 바이오오일을 바이오오일저장고(700)로 배출하고 바이오가스를 바이오가스압축기(800)로 배출해 준다.

일 실시 예에서, 응축기(600)는, 핀 튜브형, 쉘 앤 튜브형 열교환기일 수 있으며, 반응기(300)(상부)로부터 배출되는 증기상 생성물을 응축시켜 하부에 바이오오일을 생성해 줌과 동시에, 비응축되어 상부로 배출되는 비응축성 바이오가스를 생성해 줄 수 있다.

일 실시 예에서, 응축기(600)는, 하부에 바이오오일저장고(700)를 연결 설치하고 상부에 바이오가스압축기(800)를 연결 설치할 수 있다.

일 실시 예에서, 응축기(600)는, 반응기(300)의 상부(즉, 증기상생성물배출부)에 연결 설치되어 응축성 가스를 응축하기 위한 응축부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 응축기(600)는, 반응기(300) 내부의 증기상 생성물의 체류시간을 초 단위 이내의 시간으로 단축 및 응축하기 위하여, 반응기(300)(즉, 도 4의 디스크형 발열판부(330))와의 설치 거리를 1(m) 이내로 단축함으로써, 바이오일의 수율을 극대화할 수 있다.

바이오오일저장고(700)는, 응축기(600)로부터 배출되는 바이오오일을 저장해 준다.

일 실시 예에서, 바이오오일저장고(700)는, 응축기(600)의 하부에 연결 설치될 수 있다.

바이오가스압축기(800)는, 응축기(600)로부터 배출되는 바이오가스를 압축시켜 압축 바이오가스를 바이오가스저장탱크(900)로 이송해 준다.

일 실시 예에서, 바이오가스압축기(800)는, 응축기(600)의 상부에 연결 설치될 수 있다.

일 실시 예에서, 바이오가스압축기(800)는, 응축기(600)로부터 비응축되어 배출되는 바이오가스를 압축시켜 주기 위한 바이오가스압축부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

바이오가스저장탱크(900)는, 바이오가스압축기(800)로부터 이송되는 압축 바이오가스를 저장해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 시스템(1000)은, 디스크 유동형 급속열분해 시스템이나 무촉매 급속열분해 시스템, 또는 디스크 유동형 무촉매 급속열분해 시스템으로서, 새로운 공정시스템을 제공하여 바이오매스폐기물 고형건조물로부터 바이오오일의 수율을 향상시킬 수 있는데, 즉 일정 온도(예를 들어, 500(℃))가 지속되는 디스크 유동형 무촉매 급속열분해 반응기(300) 내에 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량씩 투입하여 급속히 열분해시킴으로써, 바이오매스폐기물의 고형건조물로부터 바이오오일의 수득을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 시스템(1000)은, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물의 고형건조물을 원료로 하여 바이오오일을 수득하도록 무촉매 디스크 유동형으로 구현함으로써, 반응기(300) 내에 전열 발열체와 디스크형 발열판을 설치해 기존의 열 전달 촉매인 유동사를 배제시킬 수 있으며, 이에 정교한 온도 조절과 유동사 관련 설비를 배제한 소형의 반응기 본체만으로도 열분해 공정을 수행할 수 있어 제작비를 대폭적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 유동사의 가열에 필요한 열에너지 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 시스템(1000)은, 기존 증기상 생성물에 포함된 고형물을 제거하기 위해 설치되는 사이클론을 배제하고, 급속열분해되어 배출되는 증기상 생성물의 배출구에 응축기(600)를 직결하여 설치함으로써, 급속열분해되어 생성되는 증기상 생성물의 응축시간을 최대한으로 단축하여 바이오 오일의 수득율을 높일 수 있다. 또한, 상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 시스템(1000)은, 균일한 바이오매스 원료, 바이오매스 원료에 대한 높은 열전달력, 정교한 온도 조절, 반응기 내에서 생성된 증기의 신속한 응축(예를 들어, 2초 이내) 등의 복합적인 기술을 적용시켜 열분해 오일의 수득량을 극대화할 수 있다.

도 2는 도 1에 있는 사일로우를 설명하는 도면이다.

도 2를 참조하면, 사일로우(Silo)(100)는, 정량배출부(110), 스크루피더부(120)를 포함한다.

정량배출부(110)는, 일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루피더부(120)로 배출해 준다.

일 실시 예에서, 하부의 깔때기에 연결되어, 저장해 둔 바이오매스폐기물 고형건조물을 정량으로 스크루피더부(120)로 배출해 줄 수 있다.

스크루피더부(120)는, 정량배출부(110)로부터 배출되는 일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루잉(Screwing)시켜 압출기(200)로 이송해 준다.

일 실시 예에서, 스크루피더부(120)는, 구동장치(예를 들어, 감속모터)를 이용하여 고속 회전 구동하여 정량배출부(110)로부터 정량으로 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루잉하여 보다 신속하게 이송할 수 있다.

도 3은 도 1에 있는 압출기를 설명하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 압출기(200)는, 본체부(210), 구동부(220), 원료투입부(230), 스크루이송부(240), 원료압출부(250), 원료배출부(260), 스크루냉각쟈겟부(270), 냉각수투입부(280), 냉각수배출부(290)를 포함한다.

본체부(210)는, 전후단에 베어링하우징을 구비하여 내부에 구비된 스크루이송부(240)가 회전 구동될 수 있도록 형성된다.

구동부(220)는, 스크루이송부(240)의 전단에 연결 설치되어, 구동장치(예를 들어, 감속모터)를 이용하여 스크루이송부(240)를 회전 구동시켜 준다.

원료투입부(230)는, 스크루이송부(240)의 전단 상부에 형성되어, 사일로우(100)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루이송부(240)로 투입해 준다.

스크루이송부(240)는, 구동부(220)의 회전 구동에 따라 회전하여, 원료투입부(230)로부터 투입되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루잉시켜 원료압출부(250)로 이송해 준다.

원료압출부(250)는, 본체부(210)의 후단과 스크루이송부(240)의 후단 사이에 형성되고, 본체부(210)의 후단에 고정된 압착수단(예를 들어, 스프링, 압착기 등 중 하나)에 의해서 스크루이송부(240)로부터 이송되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 압착시켜 원료배출부(260)로 전달해 준다.

원료배출부(260)는, 스크루이송부(240)의 후단 하부에 형성되어, 원료압출부(250)로부터 압착된 바이오매스폐기물 고형건조물을 반응기(300)로 배출해 준다.

스크루냉각쟈겟부(270)는, 스크루이송부(240)의 외부에 형성되어, 냉각수투입부(280)로부터 투입되는 냉각수를 유입받아 스크루이송부(240)를 냉각시켜 준 후에 냉각수를 냉각수배출부(290)로 유출해 준다.

냉각수투입부(280)는, 스크루냉각쟈겟부(270)의 전단 상부에 형성되어, 냉각수를 스크루냉각쟈겟부(270)에 투입시켜 준다.

냉각수배출부(290)는, 스크루냉각쟈겟부(270)의 후단 하부에 형성되어, 스크루냉각쟈겟부(270)로부터 유출되는 냉각수를 배출해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 압출기(200)는, 사일로우(100)(즉, 스크루피더(120))로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 강력하게 압착 및 배출하여 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 외부 공기를 반응기(300)로 투입되는 것을 방지하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 압출기(200)는, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 외부 공기를 제거하기 위해서 설치되는데, 반응기(300) 내부로 외부 공기의 유입을 차단함으로써 고온에서 실시되는 급속열분해 공정 시에 발생할 수 있는 화재를 예방할 수도 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 압출기(200)는, 기존의 질소투입시스템의 설치를 대체하여 설치되는 설비로서, 기존의 설비비보다 대폭적으로 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 설비의 운전 시에 지속적으로 발생하는 질소 사용비용 등을 절감할 수 있다.

도 4는 도 1에 있는 반응기를 설명하는 도면이며, 도 5는 도 4에 있는 디스크형 발열판부를 설명하는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 반응기(300)는, 본체부(310), 원료투입부(320), 디스크형 발열판부(330), 구동샤프트부(340), 샤프트베어링하우징부(350), 샤프트구동기어부(360), 전열발열체부(370), 촤배출부(380), 증기상생성물배출부(390)를 포함한다.

본체부(310)는, 원통형으로 형성된다.

원료투입부(320)는, 본체부(310)의 일측면에 형성되어, 압출기(200)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 신속하게 본체부(310)의 내부로 투입시켜 준다.

일 실시 예에서, 원료투입부(320)는, 바이오매스폐기물 고형건조물을 신속하게 본체부(310)의 내부로 투입하기 위해서 고속형 스크류 피더를 설치할 수도 있다.

디스크형 발열판부(330)는, 본체부(310)의 내부 중심부에 형성되어, 구동샤프트부(340)의 회전 구동에 따라 회전하면서, 전열발열체부(370)로부터 공급되는 열에너지에 의해 가열되어 원료투입부(320)로부터 신속하게 투입되는 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하여 고상 생성물(즉, 촤)과 증기상 생성물(즉, 바이오오일, 바이오가스)을 생성시켜 준다.

일 실시 예에서, 디스크형 발열판부(330)는, 도 5에 도시된 바와 같은 원형 디스크로서, 구동샤프트부(340)의 회전 구동에 의해서 회전할 수 있으며, 또한 중심 부분에서 가장자리 부분으로 갈수록 경사지게 형성되어 촤가 자연스럽게 촤배출부(380) 측으로 전달될 수 있도록 할 수 있다.

구동샤프트부(340)는, 디스크형 발열판부(330)의 중심축에 연결 형성되어, 샤프트구동기어부(360)를 통해 동력을 전달받아 디스크형 발열판부(330)를 회전 구동시켜 준다.

샤프트베어링하우징부(350)는, 구동샤프트부(340)를 회전할 수 있도록 지지해 준다.

샤프트구동기어부(360)는, 구동장치(예를 들어, 감속모터)에 의해 전달되는 동력을 구동샤프트부(340)에 전달해 준다.

전열발열체부(370)는, 디스크형 발열판부(330)의 하부에 형성되어, 열에너지를 발생시켜 디스크형 발열판부(330)에 공급해 준다.

촤배출부(380)는, 디스크형 발열판부(330)의 형성 위치에 대응하여 본체부(310)의 외측(외측의 가운데 부분)에 형성되고, 촤급속냉각기(400)에 연결 형성되어, 디스크형 발열판부(330)에서 생성시킨 촤를 촤급속냉각기(400)로 배출해 준다.

일 실시 예에서, 촤배출부(380)는, 디스크형 발열판부(330)로부터 생성된 고형 생성물인 촤를 배출하기 위하여 저속형 스크류 피더를 설치할 수도 있다.

일 실시 예에서, 촤배출부(380)는, 디스크형 발열판부(330)의 가장자리 하부에 디스크형 발열판부(330)의 가장자리를 따라 형성되어, 디스크형 발열판부(330)로부터 전달되는 촤를 유입받기 위한 라인홈부재(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음); 및 라임홈부재에서 유입받은 촤를 모아서 촤급속냉각기(400)로 배출하기 위한 배출구부재를 구비할 수 있다. 여기서, 배출구부재에는 스크루피더 등을 설치해 줄 수도 있다.

증기상생성물배출부(390)는, 본체부(310)의 상단에 형성되고, 응축기(600)에 연결 형성되어, 디스크형 발열판부(330)에서 생성시킨 증기상 생성물을 응축기(600)로 배출해 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 반응기(300)는, 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하기 위한 디스크형 발열판부(330), 디스크형 발열판부(330)를 가열하기 위해 설치된 전열발열체부(370), 및 전열발열체부(370)의 온도를 정밀하게 제어하기 위해 설치된 전열발열체 자동제어부(설명의 편의상으로 도면에는 도시하지 않음)로 구성시켜, 일체의 유동사 등과 같은 기존의 열전달 촉매를 사용하지 않도록 해 줄 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 반응기(300)는, 기존 열전달 촉매인 유동사를 대체하여, 정밀한 온도 조절이 가능한 전열발열체 자동제어부, 열에너지(예를 들어, 500℃)를 공급하는 전열발열체부(370), 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하는 디스크형 발열판부(330)를 설치함으로써, 기존의 유동사를 가열하기 위한 다량의 열에너지(예를 들어, 1000℃)를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 열분해 후에 배출되는 유동사를 선별 및 순환시키기 위하여 필요로 하는 주변 설비의 설치비용을 절약할 수 있다.

도 6은 도 1에 있는 촤급속냉각기를 설명하는 도면이다.

도 6을 참조하면, 촤급속냉각기(400)는, 본체부(410), 구동부(420), 촤투입부(430), 스크루이송부(440), 촤배출부(450), 스크루냉각쟈겟부(460), 냉각수투입부(470), 냉각수배출부(480)를 포함한다.

본체부(410)는, 전후단에 베어링하우징을 구비하여 내부에 구비된 스크루이송부(440)가 회전 구동될 수 있도록 형성된다.

구동부(420)는, 스크루이송부(440)의 전단에 연결 설치되어, 구동장치(예를 들어, 감속모터)를 이용하여 스크루이송부(440)를 회전 구동시켜 준다.

촤투입부(430)는, 스크루이송부(440)의 전단 상부에 형성되어, 반응기(300)로부터 배출되는 고온의 촤를 스크루이송부(440)로 투입해 준다.

스크루이송부(440)는, 스크루 컨베이어를 구비하여 구동부(420)의 회전 구동에 따라 회전하여, 촤투입부(430)로부터 투입되는 촤를 스크루잉시켜 촤배출부(450)로 이송해 준다.

촤배출부(450)는, 스크루이송부(440)의 후단 하부에 형성되어, 스크루이송부(440)로부터 이송되는 저온의 촤를 촤저장고(500)로 배출해 준다.

스크루냉각쟈겟부(460)는, 스크루이송부(440)의 외부에 형성되어, 냉각수투입부(470)로부터 투입되는 냉각수를 유입받아 스크루이송부(440)를 냉각시켜 준 후에 냉각수를 냉각수배출부(480)로 유출해 준다.

냉각수투입부(470)는, 스크루냉각쟈겟부(460)의 전단 상부에 형성되어, 냉각수를 스크루냉각쟈겟부(460)에 투입시켜 준다.

냉각수배출부(480)는, 스크루냉각쟈겟부(460)의 후단 하부(또는, 상부)에 형성되어, 스크루냉각쟈겟부(460)로부터 유출되는 냉각수를 배출해 준다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 방법을 설명하는 도면이다.

도 7을 참조하면, 사일로우(100)에서는, 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농임산폐기물 등과 같은 바이오매스폐기물 고형건조물을 담아두었다가, 일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 압출기(200)로 공급해 주게 된다(S701).

상술한 단계 S701에서 바이오매스폐기물 고형건조물을 공급하게 되면, 압출기(200)에서는, 사일로우(100)로부터 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급받아 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 외부 공기를 제거하고, 해당 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 반응기(300)로 배출해 주게 된다(S702).

상술한 단계 S702에서 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 배출하게 되면, 반응기(300)에서는, 압출기(200)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 투입받아 급속열분해하여 고상 생성물인 촤와 증기상 생성물을 생성시켜, 촤를 촤급속냉각기(400)로 배출함과 동시에, 증기상 생성물을 응축기(600)로 배출해 주게 된다(S703).

상술한 단계 S703에서 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 배출하게 되면, 촤급속냉각기(400)에서는, 반응기(300)(하부)로부터 배출되는 촤를 급속 냉각시켜 촤저장고(500)로 이송해 주게 되며, 이에 촤저장고(500)에서는, 촤급속냉각기(400)로부터 이송되는 급속 냉각 촤를 저장해 주게 된다(S704).

상술한 단계 S704에서 촤를 급속 냉각시켜 저장함과 동시에, 응축기(600)에서는, 반응기(300)(상부)로부터 배출되는 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하여, 바이오오일을 바이오오일저장고(700)로 배출해 주게 되며, 이에 바이오오일저장고(700)에서는, 응축기(600)로부터 배출되는 바이오오일을 저장해 주게 된다(S705).

상술한 단계 S705에서 바이오오일을 생성하여 저장함과 동시에, 또한 응축기(600)에서는, 반응기(300)(상부)로부터 배출되는 비응축 가스인 바이오가스를 바이오가스압축기(800)로 배출해 주게 되며, 이에 바이오가스압축기(800)에서는, 응축기(600)로부터 배출되는 비응축성 바이오가스를 압축시켜 압축 바이오가스를 바이오가스저장탱크(900)로 이송해 주게 되며, 이에 따라 바이오가스저장탱크(900)에서는, 바이오가스압축기(800)로부터 이송되는 압축 바이오가스를 저장해 주게 된다(S706).

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 방법은, 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 바이오오일, 바이오가스, 촤를 단일 공정으로 생산하도록 하며, 또한 바이오매스폐기물 고형건조물의 급속열분해 성능을 향상시켜 바이오오일의 수율을 향상할 수 있고, 기존의 열전달 촉매로 사용되는 유동사 및 기존의 유동사 관련 설비를 배제하도록 할 수 있고, 증기상 생성물에 혼재하는 고상의 생성물을 분리하기 위한 사이클론의 설치를 배제하도록 할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 방법은, 압출기(200)를 설치하여 바이오매스폐기물 고형 건조물에 포함된 외부 공기를 제거함으로써, 급속열분해 공정 시에 발생할 수 있는 화재의 발생을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 화재 발생을 예방하기 위하여 사용되는 질소를 배제할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가진 급속열분해 방법은, 사일로우(100)로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 정량배출부(110)에서 배출량을 조절하고, 전열발열체 자동제어부에서 전열발열체부(370)의 온도를 정밀하게 조절하고, 구동장치(예를 들어, 감속모터)에서 반응기(300) 내부에 설치된 디스크형 발열판부(330)의 회전속도를 조절해 줌으로써, 생산량 및 생산물의 성상을 자유롭게 조절할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시 예에 따른 급속열분해 시스템 및 방법은, 바이오매스폐기물 원료에 대한 빠른 열전달, 정밀한 온도제어, 열전달 촉매 및 질소 사용의 배제, 설비 규모의 소형화 및 초기 설치비의 저가, 급속열분해를 위해 500℃의 온도로 유지되는 디스크형 발열판부(330)와 응축기(600)의 설치 거리를 1(m) 이내로 단축함으로써, 증기상 생성물의 응축시간을 초단위로 단축하여 바이오 오일의 수득율을 극대화할 수 있으며, 이에 바이오매스폐기물 재활용 산업은 물론, 신/재생에너지 산업에 있어서의 활용도 크게 기대된다고 할 수 있다. 또한 상술한 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. 이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1000: 급속열분해 시스템
100: 사일로우
110: 정량배출부
120: 스크루피더부
200: 압출기
210: 본체부
220: 구동부
230: 원료투입부
240: 스크루이송부
250: 원료압출부
260: 원료배출부
270: 스크루냉각쟈겟부
280: 냉각수투입부
290: 냉각수배출부
300: 반응기
310: 본체부
320: 원료투입부
330: 디스크형 발열판부
340: 구동샤프트부
350: 샤프트베어링하우징부
360: 샤프트구동기어부
370: 전열발열체부
380: 촤배출부
390: 증기상생성물배출부
400: 촤급속냉각기
410: 본체부
420: 구동부
430: 촤투입부
440: 스크루이송부
450: 촤배출부
460: 스크루냉각쟈겟부
470: 냉각수투입부
480: 냉각수배출부
500: 촤저장고
600: 응축기
700: 바이오오일저장고
800: 바이오가스압축기
900: 바이오가스저장탱크

Claims

바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급하기 위한 사일로우; 상기 사일로우로부터 공급되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하기 위한 압출기; 상기 압출기에서 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 주기 위한 디스크 유동형 급속열분해 반응기; 상기 디스크 유동형 급속열분해 반응기에서 생성된 촤를 급속 냉각시켜 주기 위한 촤급속냉각기; 상기 촤급속냉각기에서 급속 냉각된 촤를 저장하기 위한 촤저장고; 상기 디스크 유동형 급속열분해 반응기에서 생성된 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하고 비응축성 바이오가스를 배출하기 위한 응축기; 상기 응축기에서 생성된 바이오오일을 저장하기 위한 바이오오일저장고; 상기 응축기로부터 배출되는 비응축성 바이오가스를 압축시켜 주기 위한 바이오가스압축기; 및 상기 바이오가스압축기에서 압축된 바이오가스를 저장하기 위한 바이오가스저장탱크를 포함하되,
상기 디스크 유동형 급속열분해 반응기는, 본체부; 상기 본체부의 일측면에 형성되어, 상기 압출기로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 본체부의 내부로 투입시키는 원료투입부; 상기 본체부의 내부 중심부에 형성되어, 회전 구동에 따라 회전하면서, 열에너지를 공급받아 가열되어 상기 원료투입부로부터 투입되는 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시키는 디스크형 발열판부; 상기 디스크형 발열판부의 중심축에 연결 형성되어, 동력을 전달받아 상기 디스크형 발열판부를 회전 구동시키는 구동샤프트부; 상기 구동샤프트부가 회전하도록 지지하는 샤프트베어링하우징부; 구동장치에서 발생시킨 동력을 상기 구동샤프트부에 전달하는 샤프트구동기어부; 상기 디스크형 발열판부의 하부에 형성되어, 열에너지를 발생시켜 상기 디스크형 발열판부에 공급하는 전열발열체부; 상기 디스크형 발열판부에 대응하여 상기 본체부의 외측에 형성되어, 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 촤를 상기 촤급속냉각기로 배출하는 촤배출부; 및 상기 본체부의 상단에 형성되어, 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 증기상 생성물을 상기 응축기로 배출하는 증기상생성물배출부를 포함하는 급속열분해 시스템.
제1항에 있어서, 상기 응축기는,
상기 반응기의 디스크형 발열판부의 1(m) 이내의 상측에 배치되는 것을 특징으로 하는 급속열분해 시스템.
제1항에 있어서, 상기 사일로우는,
일정량의 바이오매스폐기물 고형건조물을 배출하는 정량배출부; 및
상기 정량배출부로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 스크루잉시켜 상기 압출기로 이송하는 스크루피더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속열분해 시스템.
제1항에 있어서, 상기 압출기는,
회전 구동에 따라 회전하여, 바이오매스폐기물 고형건조물을 투입받아 스크루잉시켜 이송하는 스크루이송부;
전후단에 베어링하우징을 구비하여 상기 스크루이송부가 회전 구동되도록 형성된 본체부;
상기 스크루이송부의 전단에 연결 설치되어, 구동장치를 이용하여 상기 스크루이송부를 회전 구동시키는 구동부;
상기 스크루이송부의 전단 상부에 형성되어, 상기 사일로우로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 스크루이송부로 투입하는 원료투입부;
상기 스크루이송부의 후단과 상기 본체부의 후단 사이에 형성되고, 압착수단에 의해서 상기 스크루이송부로부터 이송되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 압착시키는 원료압출부;
상기 스크루이송부의 후단 하부에 형성되어, 상기 원료압출부에서 압착된 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 디스크 유동형 급속열분해 반응 기 로 배출하는 원료배출부;
상기 스크루이송부의 외부에 형성되어, 냉각수를 유입받아 상기 스크루이송부를 냉각시키는 스크루냉각쟈겟부;
상기 스크루냉각쟈겟부의 전단 상부에 형성되어, 냉각수를 상기 스크루냉각쟈겟부에 투입시키는 냉각수투입부; 및
상기 스크루냉각쟈겟부의 후단 하부에 형성되어, 상기 스크루냉각쟈겟부로부터 냉각수를 유출받아 배출하는 냉각수배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속열분해 시스템.
사일로우가 바이오매스폐기물 고형건조물을 일정량으로 공급하는 단계;
압출기가 상기 바이오매스폐기물 고형건조물을 공급받아 압출시켜, 바이오매스폐기물 고형건조물에 포함되어 있는 공기를 제거하는 단계;
원료투입부, 디스크형 발열판부, 구동샤프트부, 샤프트구동기어부, 전열발열체부, 촤배출부 및 증기상생성물배출부를 포함하는 디스크 유동형 급속열분해 반응기가 상기 공기가 제거된 바이오매스폐기물 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시켜 주는 단계;
촤급속냉각기가 상기 촤를 급속 냉각시키고, 촤저장고가 상기 촤급속냉각기에서 급속 냉각된 촤를 저장하는 단계;
응축기가 상기 증기상 생성물을 응축시켜 바이오오일을 생성하고, 바이오오일저장고가 상기 바이오오일을 저장하는 단계; 및
상기 응축기에서 응축되지 않은 비응축성 바이오가스를 배출하고, 바이오가스압축기가 상기 바이오가스를 압축시키고, 바이오가스저장탱크가 상기 바이오가스압축기에서 압축된 바이오가스를 저장하는 단계를 포함하되,
상기 원료투입부가 상기 압출기로부터 배출되는 바이오매스폐기물 고형건조물을 상기 디스크 유동형 급속열분해 반응기의 본체로 투입시키며; 상기 디스크형 발열판부가 회전 구동에 따라 회전하면서, 열에너지를 공급받아 가열되어 상기 원료투입부로부터 투입되는 바이오매스 고형건조물을 급속열분해하여 촤와 증기상 생성물을 생성시키고; 상기 구동샤프트부가 상기 디스크형 발열판부를 회전 구동시키며; 상기 샤프트구동기어부가 구동장치에서 발생시킨 동력을 상기 구동샤프트부에 전달하고; 상기 전열발열체부가 열에너지를 발생시켜 상기 디스크형 발열판부에 공급하고; 상기 촤배출부가 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 촤를 상기 촤급속냉각기로 배출하며; 상기 증기상생성물배출부가 상기 디스크형 발열판부에서 생성시킨 증기상 생성물을 상기 응축기로 배출하는 것을 특징으로 하는 급속열분해 방법.