KR101844783B1 - Equipment for the production of bio-heavy fuel oil using microalgae and sewage sludge And method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to equipment and a method for producing bio-heavy fuel oil containing microalgae and sewage sludge as raw materials, and specifically, to the equipment and the method for producing the bio-heavy fuel oil using the microalgae and sewage sludge for producing the bio-heavy fuel oil by mixing the microalgae and sewage sludge well and by using a continuous alcohol supercritical process.

Description

하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치 및 방법{Equipment for the production of bio-heavy fuel oil using microalgae and sewage sludge And method}Technical Field [0001] The present invention relates to an apparatus and a method for producing bio-heavy oil which regulates the moisture content in sewage sludge by microalgae,

본 발명은 미세조류와 하수슬러지를 원료로 하는 바이오 중유 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 미세조류와 하수슬러지는 잘 혼합한 후 연속식 초임계 알코올 공정을 이용해 바이오 중유를 제조하는 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and a method for producing bio-heavy oil using fine algae and sewage sludge as raw materials, and more particularly, to an apparatus and method for producing bio-heavy oil using fine algae and sewage sludge, And controlling the water content in the micro-algae.

런던협약에 따라 우리나라는 2012년부터 하수슬러지와 가축분뇨의 해양배출이 전면 금지되었으며, 2013년부터는 음폐수의 해양배출이 금지되고, 1ton/일 미만 육상 직매립이 금지되어 유기성 폐자원의 적극적인 에너지화 기술개발이 시급히 필요한 실정이다.In accordance with the London Convention, Korea has banned the discharge of sewage sludge and livestock manure from the sea in 2012. Since 2013, the discharge of marine wastewater is prohibited and land reclamation for less than 1 ton / day is banned. It is urgently necessary to develop the technology.

기존 하수슬러지 처리 기술은 건조 및 소화조에서 바이오 가수화를 생산하였지만, 기술이 낮고 높은 에너지가 필요한 문제점이 있다.Conventional sewage sludge treatment technology has produced biohydrolysis in drying and digestion tanks, but the technology is low and high energy is required.

최근 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 시행에 따라 의무공급량 이행을 위해 발전사에서 다양한 바이오에너지 보급을 추진 중에 있다. 발전용 바이오중유의 시범보급사업은 국내 4개 발전사 및 한국 지역난방공사에서 사업을 진행하고 있으며, 바이오디젤 공급사 및 유지사 등 바이오 중유 제조 허가업체 사업장에서 한국 석유관리원의 관리 하에 제조하여 납품을 추진 중에 있다.Recently, in order to fulfill the obligatory supply of energy through the implementation of the RPS (Mandatory Renewable Energy System), various generations of bio-energy are being promoted. The pilot project for bio-fuel oil for power generation is being carried out by four domestic power generation companies and the Korea District Heating Corporation, and is being manufactured and delivered under the management of the Korea Petroleum Management Authority at the factory of bio-diesel supplier and maintenance company .

국내 발전용 바이오중유는 주로 팜유, 고산가 팜 부산물, 바이오 디젤 공정 부산물 및 동물성 유지 등 저가의 원료를 품질기준에 맞게 정제 및 혼합하여 제조하고 있다.Bio-fuel oil for domestic power generation is mainly produced by refining and mixing low-cost raw materials such as palm oil, high-value-added palm by-product, biodiesel process by-product and animal oil to meet quality standards.

현재 국내외 산업용 연료유 제조 기술은 대부분 이온정제, 감압증류 또는 열분해 공정을 이용하여 산업용연료유를 생산하고 있다.Currently, domestic and overseas industrial fuel oil production technologies are mostly producing industrial fuel oil using ion purification, reduced pressure distillation or pyrolysis process.

- 이온정제공법은 동식물성유의 수분 및 침전물을 제거하고 약품 처리를 통하여 중금속 등을 제거하여 제품을 생산하는 방법으로서, 생산된 제품은 벙커C유 대체 연료유로만 사용 가능하고, 처리 단계가 복잡하고, 고전적인 기술로 거의 사용하지 않는 기술이다.- Ion refining method is a method of producing products by removing water and sediment from animal and vegetable oil and removing heavy metals etc. through chemical treatment. The produced product can be used only bunker C oil alternative fuel oil, , A technique rarely used with classical technology.

- 감압증류공법은 단순 물리정제공정으로서 감압증류 시 생산되는 수율은 70% 정도이며, 수율을 올리기 위해서는 고온의 운전온도가 필요한 단점이 있다. 또한, 플랜트 설계비용이 매우 높다는 단점이 있다.- The decompression distillation process is a simple physical purification process. The yield of the distillation is about 70%, and a high temperature operation temperature is required to increase the yield. In addition, there is a drawback that the plant design cost is very high.

- 고온열분해공법은 공기와 접촉을 차단하여 400℃ 이상의 온도 및 높은 압력하에서 열을 가하여 저분자량으로 분해 및 응축하여 바이오 중유를 생산하는 방법이다. 운전 시 악취가 발생하는 단점과, 공정의 구성이 복잡하고, 연속 공정이 어려우며, 수율이 상대적으로 낮은 단점이 있다.- The high-temperature pyrolysis process is a method of producing bio-heavy oil by decomposing and condensing at a low molecular weight by applying heat at a temperature of 400 ° C or more and high pressure by blocking contact with air. There is a disadvantage in that odor is generated at the time of operation, the structure of the process is complicated, the continuous process is difficult, and the yield is relatively low.

이외에도 막 분리 시스템을 이용한 장치도 개발되고 있다.In addition, a device using a membrane separation system is being developed.

하수슬러지로부터 탈산소·액화를 이용한 발전용 및 수송용 연료를 제조하는 공정은 전 세계적으로 기술개발의 초기 단계로써 급속열분해, 가스화, 촉매분해, 근임계수(또는 아임계수), 초임계수 등 다양한 공정이 개발되고 있으나, 각 공정이 가지고 있는 원천적인 한계로 scale-up 및 상업화에 어려움을 격고 있다.The process of producing fuel for power generation and transportation using deoxygenation and liquefaction from sewage sludge is an early stage of technology development around the world, and various processes such as rapid pyrolysis, gasification, catalytic cracking, near critical (or sublimation) Is being developed, but it is difficult to scale-up and commercialize it due to the inherent limitations of each process.

따라서, 미세조류와 하수슬러지로부터 바이오 중유를 제조하고자 하는 본 발명의 기술은 파급효과는 막대할 것으로 예상된다.Therefore, the technology of the present invention for producing biofuel from microalgae and sewage sludge is expected to have a large ripple effect.

(KR) 등록특허 제10-1626733호(2016.05.26. 등록)(KR) Registration No. 10-1626733 (Registered on May 26, 2016)

본 발명은 환경오염을 발생시켜 처리가 용이하지 못한 하수슬러지와, 점점 증가하고 있는 미세조류부터 우리 생활에 밀접하게 사용되고 있는 바이오 중유를 제조할 수 있도록 하는 기술을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a sewage sludge which can not easily be treated due to environmental pollution, and a technique for producing biofuel, which is used closely in everyday life, from an increasing microalgae.

즉, 본 발명은 종래에 문제점을 해결할 수 있도록 미세조류와 하수슬러지를 이용한 바이오 중유 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.That is, an object of the present invention is to provide an apparatus and a method for producing bio-heavy oil using microalgae and sewage sludge so as to solve the problems in the past.

또한, 처리가 곤란했던 하수슬러지의 처리방안과, 점점 심각해지고 있는 미세조류의 해결할 수 있도록 하는 미세조류와 하수슬러지를 이용한 바이오 중유 제조장치 및 방법을 제공하고자 한다.The present invention also provides a treatment method of sewage sludge which is difficult to treat, and an apparatus and a method for producing bio-heavy oil using microalgae and sewage sludge that can solve the increasingly serious microalgae.

이러한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치는, 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류를 이용하여 조절하며 교반하는 교반기; 교반된 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 압력을 가하는 혼합물 펌프; 상기 교반된 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 고압의 용매를 공급하는 보조용매 펌프; 고압의 미세조류와 하수슬러지의 혼합물 및 용매를 가열하여 초임계 유체화하는 초임계 반응기; 상기 초임계 반응기를 통과한 초임계 유체를 중력에 의해 고형분을 분리시키는 고액분리기; 상기 고액분리기를 통과하여 고형분이 제거된 초임계 유체에서 바이오 중유를 분리하는 유수분리기; 및 상기 유수분리기에서 바이오 중유가 제거된 유체를 물과 용매로 분리하는 수분/용매 분리기를 포함하며,
상기 초임계 반응기는, 다수의 초임계 반응이 일어나도록 복수의 초임계 반응기로 이루어지며,
상기 복수의 초임계 반응기는, 일자 형 튜브 타입으로 이루어진 반응기 유닛을 다수 개 배치하고 이를 직렬로 연결하여 이루어지며, 상기 반응기 유닛은 입구와 출구의 높이가 서로 상이하도록 길이 방향이 지면에서 일정각도 상방으로 기울어지게 이루어진다.
In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for producing bio-heavy oil, which regulates the moisture content in sewage sludge using microalgae, comprising: an agitator for regulating and stirring the moisture content in sewage sludge using microalgae; A mixture pump for applying pressure to a mixture of agitated microalgae and sewage sludge; An auxiliary solvent pump for supplying a high-pressure solvent to the mixture of the agitated microalgae and the sewage sludge; A supercritical reactor in which a mixture of high-pressure microalgae and sewage sludge and a solvent are heated to supercritical fluid; A solid-liquid separator for separating solids from the supercritical fluid passing through the supercritical reactor by gravity; An oil-water separator for separating the bio-heavy oil from the supercritical fluid having passed through the solid-liquid separator and removing solid matter; And a water / solvent separator for separating the fluid from which the biofuel is removed in the oil water separator into water and a solvent,
Wherein the supercritical reactor comprises a plurality of supercritical reactors such that a plurality of supercritical reactions take place,
Wherein the plurality of supercritical reactors are formed by arranging a plurality of reactor units of a straight tubular type and connecting them in series, wherein the reactor units are arranged such that the lengths of the inlet and the outlet are different from each other .

또 다른 발명인, 미세조류와 하수슬러지를 이용한 바이오 중유 제조방법은, 미세조류와 하수슬러지를 혼합하여 수분함량 조절 및 교반하는 전처리하는 단계; 전처리된 상기 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 압력을 가하는 단계; 용매를 상기 고압의 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 공급하는 단계; 고압의 상기 혼합물을 가열하여 초임계화하는 단계; 상기 초임계 유체 내의 고형분을 제거하는 단계; 상기 초임계 유체에서 바이오 중유를 분리하여 포집하는 단계; 상기 바이오 중유가 제거된 유체를 물, 용매로 분류하여 용매를 회수하는 단계를 포함하고, 상기 바이오 중유가 제거된 유체에서 분류되어 회수된 용매는 용매를 공급하는 단계에 재공급된다.Another aspect of the present invention provides a method for producing bio-heavy oil using microalgae and sewage sludge, comprising the steps of: pre-treating micro-algae and sewage sludge by mixing and controlling moisture content; Applying pressure to a mixture of the pretreated microalgae and sewage sludge; Supplying a solvent to the mixture of the high-pressure microalgae and the sewage sludge; Heating the mixture at high pressure to supersaturation; Removing solids in the supercritical fluid; Separating and collecting the bio fuel oil from the supercritical fluid; And recovering the solvent by classifying the bio-heavy oil-removed fluid into water and a solvent, wherein the recovered solvent is re-supplied to the step of supplying the solvent.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명인 미세조류와 하수슬러지를 이용한 바이오 중유 제조장치 및 방법, 주변에서 흔히 구할 수 있고 버려지는 하수슬러지와, 점점 발생빈도 및 양이 많아져 심각해지고 있는 미세조류를 이용하여 바이오 중유를 생산하기 때문에 원료의 수급이 용이하고, 바이오 중유의 생산단가를 낮출 수 있는 효과 및 환경오염을 개선시킬 수 있다. The apparatus and method for producing bio-heavy oil using the micro-algae and sewage sludge according to the present invention having the above-described structure, the sewage sludge that can be usually collected and abandoned in the vicinity, and the micro-algae, The production of heavy oil facilitates the supply and demand of raw materials, reduces the production cost of biofuel, and improves environmental pollution.

또한, 초임계 반응 공정을 이용하기 때문에 연속적인 공정이 가능하여 바이오 중유의 생산성이 향상되는 효과가 있다. In addition, since the supercritical reaction process is used, the continuous process is possible and the productivity of biofuel is improved.

도 1은 본 발명의 바이오 중유 제조 장치 블록도
도 2는 본 발명의 바이오 중유 제조 방법 순서도
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 초임계 반응기 개략도
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a block diagram of a bio-
Fig. 2 is a flowchart of a method for producing bio-oil according to the present invention
3 is a schematic view of a supercritical reactor according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.It is to be understood that the terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to a conventional or dictionary sense and that the configurations shown in the embodiments and drawings described herein are only the most preferred embodiments of the present invention It is to be understood that the invention is not limited to the specific embodiments disclosed herein, and that various equivalents and modifications may be made thereto without departing from the scope of the present invention.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an apparatus for producing bio-fuel oil according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

우선 도시된 바와 같이 제1 교반기(11)와 제2 교반기(12)를 이용하여 미세조류와 하수슬러지의 혼합물을 형성하는 전처리하는 단계(S10)를 수행한다.First, a pretreatment step (S10) of forming a mixture of microalgae and sewage sludge by using the first agitator 11 and the second agitator 12 is performed.

하수슬러지는, 유기물은 물론 무기물을 많이 함유하고 있는데, 고압을 발생시키고 공정의 효율을 높이기 위해서는 무기물을 제거해야하며, 유기물들은 최대한 혼합시켜 초임계 공정 후단에서 반응 후 발생되는 파우더들이 고압 배관을 막지 않도록 하기 위해 전처리 공정을 수행하게 된다.Sewage sludge contains many organic substances as well as inorganic matters. In order to generate high pressure and increase the efficiency of the process, it is necessary to remove the inorganic substances and mix the organic materials as much as possible, so that the powder generated after the reaction at the end of the supercritical process blocks the high- The preprocessing process is performed.

미세조류는 보통 식물플랑크톤으로 이루어지며, 대표적인 것은 규조류와 와편모조류가 있으며, 최근에는 미세조류를 이용하여 바이오 연료를 획득하고자 하는 노력을 하고 있다. 이러한 미세조류를 이용하여 하수슬러지의 수분량을 조절하도록 한다. Microalgae are usually composed of phytoplankton. Typical examples are diatoms and phytoplankton. In recent years, efforts have been made to acquire biofuels using microalgae. These microalgae are used to control the water content of sewage sludge.

상세하게는 제1 교반기(11)를 이용하여 하수슬러지를 혼합시켜 대형 입자를 가진 무기물을 분류하고, 유기물을 혼합한다. 다음으로 교반역이 좋은 인라인 믹서로 이루어진 제2 교반기(12)를 이용하여 하수슬러지의 무기물 분리 효율을 높이고, 하수슬러지 내의 입자들을 작고 균일하게 분산하며, 미세조류를 이용하여 하수슬러지 내의 수분함량을 조절하는 단계를 수행한다.More specifically, the first agitator 11 is used to mix the sewage sludge to separate the inorganic particles having large particles, and the organic substances are mixed. Next, by using a second agitator (12) made of an inline mixer having a good transitional range, the efficiency of separating the inorganic matters of the sewage sludge is increased, the particles in the sewage sludge are dispersed small and uniformly and the water content in the sewage sludge .

이러한 전처리 단계는 미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물의 가압 효율을 높일 수 있도록 한다.This pretreatment step makes it possible to increase the pressurization efficiency of the mixture of microalgae and sewage sludge.

혼합물 펌프(20)를 이용하여 미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물의 고압 형성하는 단계(S20)를 수행한다. 위 전처리된 혼합물(슬러지)는 혼합물 펌프를 이용하여 300bar 이상의 고압으로 만들어져 초임계 반응기로 전달된다. 이때 미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물에 함유된 수용액만으로는 초임계 공정이 불가하므로, 용매로 사용되는 알코올을 공급하는 보조용매 펌프(30)를 이용하여 알코올을 공급한다. 고압 수용액 상태의 혼합물과 고압 알코올이 만나서 초임계 반응기(40)로 이동하게 된다. (S20) of forming a mixture of a microalgae and sewage sludge at a high pressure is carried out by using the mixture pump (20). The pre-treated mixture (sludge) is made into a supercritical reactor at a high pressure of 300 bar or more using a mixture pump. Since the supercritical process can not be performed only with the aqueous solution contained in the mixture of the microalgae and the sewage sludge, the alcohol is supplied using the auxiliary solvent pump 30 that supplies the alcohol used as the solvent. The mixture in the high-pressure aqueous solution state and the high-pressure alcohol meet and move to the supercritical reactor 40.

다음으로 초임계 반응기(40)를 이용하여 혼합물을 가열하여 초임계 반응 단계(S30)를 수행한다. 알코올과 혼합되는 미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물을 초임계 반응기(40)로 이동시켜서 가열하면서 초임계 반응을 유도한다. Next, the supercritical reaction (40) is used to heat the mixture to perform a supercritical reaction step (S30). The mixture of microalgae and sewage sludge mixed with alcohol is transferred to the supercritical reactor 40 and heated to induce a supercritical reaction.

상기 초임계 반응기(40)는, 다수의 초임계 반응이 일어나도록 복수의 초임계 반응기로 이루어진다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 다단으로 제1차 초임계 반응기(41)와 제2차 초임계 반응기(42)로 배열하여 두 차례의 초임계 반응이 일어나도록 한다.The supercritical reactor 40 comprises a plurality of supercritical reactors such that a number of supercritical reactions take place. That is, as shown in FIG. 1, the supercritical reaction is performed in two stages in the first supercritical reactor 41 and the second supercritical reactor 42 in a multi-stage manner.

상기 제1차 초임계 반응기(41)를 이용하여 미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물과 혼합되는 알코올을 가열하여 초임계 반응 유도 및 초임계 반응을 시키고,The first supercritical reactor (41) is used to heat an alcohol mixed with a mixture of microalgae and sewage sludge to induce a supercritical reaction and a supercritical reaction,

상기 제2차 초임계 반응기(42)에서는 1차 초임계 반응을 한 유체(미세조류와 하수슬러지로 이루어지는 혼합물)를 공급받아 초임계 반응을 시킴으로써 최대한 균일하게 초임계 반응이 일어날 수 있도록 한다.In the second supercritical reactor 42, supercritical reaction is performed by supplying supercritical fluid (mixture of microalgae and sewage sludge) subjected to the first supercritical reaction so that supercritical reaction can be maximally uniformly performed.

이러한, 초임계 반응기(41, 42)는 도 3에 도시된 바와 같이 튜브 타입으로 가늘고 길게 제작되는 반응기 유닛을 다수 개 배치하고 이를 직렬로 연결하여 최대한 균일한 에너지 전달이 일어나게 하였고, 혼합물의 반응을 통한 입자나 점도 혹은 분리되지 않는 무기물에 의한 막힘을 방지하기 위해 반응기 유닛은 길이 방향이 지면에서 일정각도 상방으로 기울어지게 구성하였다. 위 각도는 15도 이상이 바람직하다.As shown in FIG. 3, the supercritical reactors 41 and 42 have a plurality of reactor units, each of which is made of a tube type and are elongated in length, and are connected in series to maximize uniform energy transfer. In order to prevent clogging due to particles, viscosity, or non-separable inorganic substances through the reactor unit, the reactor unit is configured such that its longitudinal direction is inclined at a certain angle upward from the ground surface. The above angle is preferably 15 degrees or more.

좀 더 상세히 설명하면, 원료 물질 중 하나인 하수 슬러지의 경우, 다양한 무기물 및 이물질이 포함되어 있다. 이에 반응기로 알코올과 미세조류 및 하수슬러지가 이송된 후, 초임계가 되어 반응이 지속됨에 따라 무기물, 이물질과 점도 등이 곡관부나 반응기 내부에 침전이 될 우려가 있다. 특히, 이런 침식작용에 의한 막힘 현상에 의해 장기 운전성과 바이오 중유로의 전환율에 악영향을 미치므로 연속 반응 운전 중에 반응물들이 체적(플러깅)되지 않도록 기울기(taper)를 주어 반응 기류의 안전성을 확보하였다.More specifically, in the case of sewage sludge, which is one of the raw materials, various inorganic substances and foreign substances are contained. After the alcohol, the microalgae and the sewage sludge are transferred to the reactor, the reaction continues with the supercritical state, so that the inorganic matters, the foreign substances and the viscosity may be precipitated in the inside of the bending part or the reactor. In particular, the clogging caused by the erosion action adversely affects the long - term operation and the conversion rate to the bio - heavy oil, so that the reaction airflow is secured by giving a taper so that the reactants do not become plugged during the continuous reaction operation.

또는, 상기 초임계 반응기(41, 42)는 튜브의 기울기(taper)가 수직으로 형성된 수직형태로 사용될 수도 있다. Alternatively, the supercritical reactors 41 and 42 may be used in a vertical form in which the taper of the tube is formed vertically.

초임계 반응기(40)는 다수개의 반응기 유닛이 1열을 이루는 것으로 도시되어 있으나, 복수 열로 구성도 가능할 것이다.  Although the supercritical reactor 40 is shown as being composed of a plurality of reactor units as one column, it may be composed of a plurality of columns.

위와 같이 하수슬러지 혼합물의 초임계 반응을 통해 탈산소화 반응, 에스테르화 반응 및 저분자 유기물질 용해 반응 등을 통해 발열량과 유기 함량이 높은 바이오 중유로 전환된다.Through the supercritical reaction of sewage sludge mixture as above, deoxidation reaction, esterification reaction and dissolution reaction of low molecular organic material are converted into biofuel having high calorific value and organic content.

다음으로, 고액 분리기(50)를 이용하여 초임계 반응한 유체 내에서 고형분(폐기물, 무기물)을 분리시켜 제거하는 단계(S40)를 수행한다.Next, a step (S40) of separating and removing the solid matter (waste, inorganic matter) in the fluid subjected to the supercritical reaction using the solid-liquid separator 50 is performed.

초임계 반응기(40)에서 초임계 반응을 한 유체 내에서 중력에 의한 침전방식으로 고형분(폐기물, 무기물)을 분리시켜 제거하도록 한다.In the supercritical reactor (40), solids (waste, inorganic matter) are separated and removed by a precipitation method by gravity in a supercritical fluid.

상기 고액 분리기(50)를 이용한 초임계 유체 내에서 고형분(폐기물, 무기물)을 분리시켜 제거하는 단계(S40) 전에 냉각기(미도시)를 이용하여 초임계 유체를 냉각하는 단계를 추가할 수도 있다.A step of cooling the supercritical fluid using a cooler (not shown) may be added before separating and removing the solid matter (waste, inorganic matter) in the supercritical fluid using the solid-liquid separator 50 (S40).

냉각기는 제1 냉각기와 제2 냉각기를 순차적으로 경유하도록 하여 유체의 열 변화에 의한 충격을 줄여준다. 보통 제1 냉각기를 통해 유체를 섭씨 70~90도로 냉각하고, 제2 냉각기를 통해 유체를 섭씨 50도로 냉각한다. The cooler sequentially passes through the first cooler and the second cooler, thereby reducing the impact due to the thermal change of the fluid. Usually the fluid is cooled to 70-90 degrees Celsius through the first cooler and the fluid is cooled to 50 degrees Celsius through the second cooler.

다음으로, 유수 분리기(60)를 이용하여 고형분(폐기물, 무기물)이 제거된 초임계 유체 내에서 바이오 중유를 포집(회수)하는 단계(S50)를 수행한다. 유수 분리기(60)에서 바이오 중유가 회수된 유체는 수분/용매 분리기(70)로 이동된다.Next, a step (S50) of collecting (recovering) bio-heavy oil in a supercritical fluid from which solid matters (waste, inorganic matter) have been removed is performed using an oil water separator (60). In the oil water separator (60), the fluid from which bio-heavy oil is recovered is transferred to the water / solvent separator (70).

상기 유수 분리기(60)로 공급되는 물과 용매(알코올)로 이루어진 유체를 장시간 방치하여 물과 용매(알코올)로 층분리되도록 한다. 분리된 용매(알코올)는 밸브 및 펌프 등을 이용하여 보조용매 펌프(30)에 재투입시켜 재사용하게 된다. The water supplied to the oil water separator 60 and the fluid consisting of the solvent (alcohol) are left for a long time to be separated into water and a solvent (alcohol). The separated solvent (alcohol) is recycled to the auxiliary solvent pump 30 by using a valve and a pump or the like to be reused.

상기 유수 분리기(60)로 전단에는 고액 분리기(50)에서 배출되는 유체 중에 포함되어 있는 가스를 제거하도록 하는 가스제거용 분리기(미도시)가 더 구비될 수도 있다.(Not shown) for removing the gas contained in the fluid discharged from the solid-liquid separator 50 may be further provided at the upstream of the oil-water separator 60.

추가적으로 초임계 공정의 경우, 역류, 막힘 등에 의한 비정상적 운전에 의해 급격한 상변화를 수반할 때 발생되는 다량의 증기가스(Steam gas)는 장치 안전성을 위협하게 된다. 이러한 이유로 초임계 공정에서 안전장치 마련은 매우 중요한 공정 설계 인자 중에 하나이다.In addition, in the case of the supercritical process, a large amount of steam gas generated when accompanied by a sudden phase change due to abnormal operation due to reverse flow, clogging, etc., threatens the safety of the apparatus. For this reason, the establishment of safety devices in supercritical processes is one of the most important process design factors.

따라서 유체의 흐름 내에서의 안전성을 확보하기 위해 긴급 차단 밸브인 AOV(Air-Operated Valve)와 수동 밸브인 니들밸브(Needle Valve)를 각 초임계 반응기(40)의 전단과 고액분리기(50)의 전단에 설치하여 유체의 이상 거동에 의한 안전성을 확보하였다.Therefore, in order to ensure safety in the flow of the fluid, an AOV (Air-Operated Valve) as an emergency shutoff valve and a needle valve as a manual valve are connected to the front end of each supercritical reactor 40 and the front end of the solid- It is installed at the front end to ensure safety by abnormal behavior of fluid.

10, 11, 12 : 교반기
20 : 혼합물 펌프
30 : 보조용매 펌프
40, 41, 42 : 초임계 반응기
50 : 고액분리기
60 : 유수분리기
70 : 수분/용매 분리기
10, 11, 12: stirrer
20: Mixture pump
30: auxiliary solvent pump
40, 41, 42: supercritical reactor
50: solid-liquid separator
60: Oil separator
70: water / solvent separator

Claims (6)

하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류를 이용하여 조절하며 교반하는 교반기;
교반된 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 압력을 가하는 혼합물 펌프;
상기 교반된 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 고압의 용매를 공급하는 보조용매 펌프;
고압의 미세조류와 하수슬러지의 혼합물 및 용매를 가열하여 초임계 유체화하는 초임계 반응기;
상기 초임계 반응기를 통과한 초임계 유체를 중력에 의해 고형분을 분리시키는 고액분리기; 및
상기 고액분리기를 통과하여 고형분이 제거된 초임계 유체에서 바이오 중유를 분리하는 유수분리기를 포함하며,
상기 초임계 반응기는, 다수의 초임계 반응이 일어나도록 복수의 초임계 반응기로 이루어지며,
상기 복수의 초임계 반응기는,
균일한 에너지 전달을 위해 일자 형 튜브 타입으로 이루어진 반응기 유닛을 다수 개 배치하고 이를 직렬로 연결하며,
상기 반응기 유닛은 입구와 출구의 높이가 서로 상이하도록 길이 방향이 지면에서 일정각도 상방으로 기울어지게 이루어진, 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치.
A stirrer for adjusting and stirring the moisture content in sewage sludge using microalgae;
A mixture pump for applying pressure to a mixture of agitated microalgae and sewage sludge;
An auxiliary solvent pump for supplying a high-pressure solvent to the mixture of the agitated microalgae and the sewage sludge;
A supercritical reactor in which a mixture of high-pressure microalgae and sewage sludge and a solvent are heated to supercritical fluid;
A solid-liquid separator for separating solids from the supercritical fluid passing through the supercritical reactor by gravity; And
And an oil-water separator for separating the bio-heavy oil from the supercritical fluid having passed through the solid-
Wherein the supercritical reactor comprises a plurality of supercritical reactors such that a plurality of supercritical reactions take place,
Wherein the plurality of supercritical reactors comprise:
A plurality of straight tube type reactor units are arranged and connected in series for uniform energy transfer,
Wherein the reactor unit is configured such that the longitudinal direction thereof is inclined at a predetermined angle upward from the ground surface so that the heights of the inlet and the outlet are different from each other, and the water content in the sewage sludge is controlled by the microalgae.
제 1항에 있어서,
상기 제조 장치는,
상기 유수분리기에서 바이오 중유가 제거된 유체를 물과 용매로 분리하는 수분/용매 분리기; 를 더 포함하고,
분리된 용매는 상기 보조용매 펌프로 재공급되는, 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치.
The method according to claim 1,
The manufacturing apparatus includes:
A water / solvent separator for separating the fluid from which the biofuel is removed in the oil water separator into water and a solvent; Further comprising:
Wherein the separated solvent is regenerated by the auxiliary solvent pump and regulates the moisture content in the sewage sludge by microalgae.
제 1항에 있어서,
상기 교반기는,
상기 하수슬러지 중 유기물을 혼합하는 제1 교반기; 및
상기 하수슬러지 내 입자들을 작고 균일하게 분산하며, 미세조류를 이용하여 하수슬러지 내의 수분함량을 조절하기 위한 제2 교반기;
를 포함하는, 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조장치.
The method according to claim 1,
The stirrer may include:
A first stirrer for mixing the organic material in the sewage sludge; And
A second agitator for small and uniformly dispersing the particles in the sewage sludge and regulating the moisture content in the sewage sludge using microalgae;
Wherein the water content in the sewage sludge is controlled by microalgae.
제 1항의 바이오 중유 제조장치를 이용한 바이오 중유 제조 방법에 있어서,
미세조류와 하수슬러지를 혼합하여 수분함량 조절 및 교반하는 전처리하는 단계;
전처리된 상기 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 압력을 가하는 단계;
용매를 고압의 미세조류와 하수슬러지의 혼합물에 공급하는 단계;
고압의 상기 혼합물을 가열하여 초임계화하는 단계;
상기 초임계 유체 내의 고형분을 제거하는 단계;
상기 초임계 유체에서 바이오 중유를 분리하여 포집하는 단계;
상기 바이오 중유가 제거된 유체를 물, 용매로 분류하여 용매를 회수하는 단계;
를 포함하는, 하수슬러지 내의 수분함량을 미세조류로 조절하는 바이오 중유 제조 방법.
A method for producing bio-heavy oil using the apparatus for producing bio-fuel according to claim 1,
A pretreatment step of mixing the microalgae and the sewage sludge to adjust the moisture content and stir the microalgae;
Applying pressure to a mixture of the pretreated microalgae and sewage sludge;
Supplying a solvent to a mixture of high-pressure microalgae and sewage sludge;
Heating the mixture at high pressure to supersaturation;
Removing solids in the supercritical fluid;
Separating and collecting the bio fuel oil from the supercritical fluid;
Recovering the solvent by classifying the fluid from which the bio-heavy oil is removed into water and a solvent;
Wherein the water content in the sewage sludge is controlled by microalgae.
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