KR101908228B1 - Manufacturing method for biomass fuel throuth optimizing pretreatment temperature - Google Patents

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KR101908228B1 KR1020170063279A KR20170063279A KR101908228B1 KR 101908228 B1 KR101908228 B1 KR 101908228B1 KR 1020170063279 A KR1020170063279 A KR 1020170063279A KR 20170063279 A KR20170063279 A KR 20170063279A KR 101908228 B1 KR101908228 B1 KR 101908228B1
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고광현
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Abstract

Disclosed is an invention related to a manufacturing method of biomass fuel. The manufacturing method of biomass fuel according to a specific embodiment includes: a step of determining the heat treatment completion temperature of a biomass pretreatment process; and a step of pretreatment of heating the biomass to the determined heat treatment completion temperature. According to an embodiment of the present invention, the heat generation efficiency of the biomass fuel can be maximized through the manufacturing method.

Description

전처리 온도 최적화를 통한 바이오매스 연료 제조방법 {MANUFACTURING METHOD FOR BIOMASS FUEL THROUTH OPTIMIZING PRETREATMENT TEMPERATURE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for manufacturing a biomass fuel by optimizing a pretreatment temperature,

본 발명은 전처리 온도 최적화를 통한 바이오매스 연료 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 상세하게는, 최적화된 전처리 온도 도출을 통하여 바이오매스 연료의 발열 효율을 극대화시킬 수 있는, 전처리 온도 최적화를 통한 바이오매스 연료 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing biomass fuels through pre-treatment temperature optimization. More particularly, the present invention relates to a method for manufacturing biomass fuel through optimization of the pre-treatment temperature, which can maximize the heating efficiency of the biomass fuel through optimization of the pre-treatment temperature.

최근 제철산업의 가장 큰 이슈 중 하나는, 지구 온난화 방지를 위한 이산화탄소(CO2) 배출량 저감이다. 이산화탄소 배출량 저감으로, 인풋(input) 카본량을 줄이거나, 배출되는 이산화탄소를 포집 후 심해 또는 지하에 저장하거나, 종래의 석탄 및 석유 등 화석연료 탄소원을 탄소중립형(Carbon neutral) 바이오매스로 대체하는 방법이 있다.One of the biggest issues in the steel industry in recent years is the reduction of carbon dioxide (CO 2 ) emissions to prevent global warming. By reducing carbon dioxide emissions, it is possible to reduce the amount of input carbon, or to store the carbon dioxide in the deep sea or underground after it is collected, or to replace conventional fossil fuel carbon sources such as coal and petroleum with carbon neutral biomass There is a way.

상기 바이오매스는 건축물 목재 및 폐자재와 삼림 및 농업계 부산물까지 광범위하게 적용되며, 발생량에 비해 그 사용비율은 극히 미미한 수준이다. 연료적 측면에서 화석연료 대체로의 바이오매스의 활용은 이산화탄소 발생량을 저감할 수 있는 좋은 대체재이지만, 현재까지 바이오매스의 연료화를 위한 효율적 처리 방법의 부재로 인해 그 활용범위가 제한되어 있는 상황이다. 주된 이유로는 바이오매스가 기존의 화석연료와 같이 탄소, 수소, 산소 등으로 이루어진 유기화합물이지만 그 자체로 고함수율과 부피당 발열량(수분 15wt% 이상 발열량 16.2MJ/kg)이 낮기 때문에 적절한 전처리 과정 없이 발전용 연료로 적용되기 비효율적이다. 따라서 바이오매스를 이용한 연료 제조시, 적절한 전처리 조건이 중요한 공정 변수로 작용하고 있다. The biomass is widely applied to building timber and waste materials, forests and agricultural byproducts. The use of biomass as a fossil fuel in terms of fuel is a good substitute for reducing the amount of carbon dioxide, but the application range of biomass is limited due to the lack of effective treatment methods for biomass fueling. The main reason is that biomass is an organic compound composed of carbon, hydrogen and oxygen like existing fossil fuels, but because it has a low water content and a calorific value per volume (heating value of 16.2MJ / kg with moisture of 16.2MJ / kg) It is inefficient to be applied as fuel. Therefore, proper pretreatment conditions are important process variables in the production of fuel using biomass.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2016-0132165호(2016.11.17. 공개, 발명의 명칭: 바이오매스 처리 방법)에 개시되어 있다.BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0132165 (published on November 17, 2016, entitled "Biomass Treatment Method").

본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이오매스 연료의 발열 효율을 극대화 시킬 수 있는 바이오매스 연료 제조방법을 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a biomass fuel production method capable of maximizing heat generation efficiency of biomass fuel.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 전처리 온도 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수한 바이오매스 연료 제조방법을 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a biomass fuel production method excellent in the accuracy and reliability of the predicted value of the pretreatment temperature.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 바이오매스 연료의 생산 단가 절감 및 연료 부피량 감소에 의한 운송비를 절감시킬 수 있는 바이오매스 연료 제조방법을 제공하는 것이다.According to one embodiment of the present invention, there is provided a biomass fuel production method capable of reducing the production cost of the biomass fuel and the transportation cost by reducing the fuel volume.

본 발명의 하나의 관점은 바이오매스 연료 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 바이오매스 연료 제조방법은 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 열처리 종료 온도까지 바이오매스를 가열하는 전처리 단계;를 포함하되, 상기 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계는, 상기 바이오매스와 동일한 종류의 바이오매스 시료를 준비하는 단계; 상기 시료를 가열하여, 하기 식 1로부터 정의되는 노말라이징(normalizing) 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 부피 변화량의 관계 데이터를 획득하는 단계; 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 부피 변화비를 정의하는 식 2를 설정하는 단계; 상기 식 2의 부피 변화비와 상기 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계; 및 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인 제1 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;를 포함한다:One aspect of the present invention relates to a method for producing biomass fuel. In one embodiment, the biomass fuel manufacturing method includes determining a heat treatment termination temperature of the biomass pretreatment process; And a pretreatment step of heating the biomass to the determined heat treatment termination temperature, wherein the step of determining the heat treatment termination temperature of the biomass pretreatment step comprises: preparing a biomass sample of the same kind as the biomass; Heating the sample to obtain relationship data on the volume change amount of the sample according to a change in normalizing temperature defined by Equation 1 below; Setting an equation (2) defining a volume change ratio of the sample using the relationship data; Deriving a correlation equation between the volume change ratio of Equation 2 and the normalizing temperature of Equation 1; And deriving from the correlation equation a first normalizing temperature interval that is a normalizing temperature interval at a time point at which the slope of the correlation equation becomes zero:

[식 1][Formula 1]

노말라이징 온도 = 바이오매스 시료 가열온도(℃)/최대가열온도(℃)Normalizing temperature = Biomass sample heating temperature (캜) / Maximum heating temperature (캜)

(상기 식 1에서, 상기 최대가열온도는, 상기 바이오매스 시료의 부피량이 최소치에 도달한 시점의 가열온도이다)(Wherein the maximum heating temperature is a heating temperature at the time when the volume of the biomass sample reaches a minimum value)

[식 2][Formula 2]

부피변화비(L/℃) = △부피(L)/△가열온도(℃)Volume change ratio (L / 占 폚) =? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 2에서, 상기 △가열온도는, 바이오매스 시료의 가열 온도 - 바이오매스 시료의 초기 온도이며, 상기 △부피는, 상기 가열온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피이다).Wherein the heating temperature is the heating temperature of the biomass sample - the initial temperature of the biomass sample, and the? Volume is the bio-mass temperature of the biomass sample measured at the heating temperature, Mass of the mass sample).

한 구체예에서 상기 바이오매스 시료를 가열시, 상기 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 이용하여, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계; 및 상기 제1 노말라이징 온도 구간과 상기 제2 노말라이징 온도 구간을 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Deriving a second normalizing temperature section using the relational data of the calorific value of the sample according to the change of the normalizing temperature when the biomass sample is heated in one embodiment; And comparing the first normalizing temperature section with the second normalizing temperature section.

한 구체예에서 상기 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계는, 바이오매스 시료를 가열시, 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 획득하는 단계; 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 에너지밀도 변화량을 정의하는 식 3을 설정하는 단계; 상기 식 3의 에너지밀도 변화량과 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계; 및 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;를 포함할 수 있다:In one embodiment, the step of deriving the second normalizing temperature section may include the steps of: obtaining, when heating the biomass sample, relational data of the calorific value of the sample according to a change in the normalizing temperature; Setting equation (3) defining the energy density variation of the sample using the relationship data; Deriving a correlation equation between the energy density variation of Equation 3 and the normalizing temperature of Equation 1; And deriving, from the correlation equation, a second normalizing temperature interval that is a normalizing temperature interval at which the slope of the correlation equation becomes zero:

[식 3][Formula 3]

에너지밀도 변화량(Mcal/kg/L/℃) = △발열량(Mcal/kg)/△부피(L)/△가열온도(℃)(Mcal / kg / L / 占 폚) =? Heating value (Mcal / kg) /? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 3에서, 상기 △발열량은, 바이오매스 시료의 가열 온도에서 측정된 발열량 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 발열량이며, 상기 △부피 및 △가열온도는, 상기 식 2에 정의된 바와 같다).(In the above formula 3, the DELTA calorific value is the calorific value measured at the heating temperature of the biomass sample - the calorific value of the biomass sample measured at the initial temperature, and the DELTA volume and DELTA heating temperature are same).

한 구체예에서 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도 구간이 일치하는 경우, 상기 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도의 일치 구간을 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도 구간으로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, when the first normalizing temperature and the second normalizing temperature range coincide with each other, a matching period of the first normalizing temperature and the second normalizing temperature is determined as a heat treatment termination temperature range of the biomass pretreatment process ; ≪ / RTI >

한 구체예에서 상기 바이오매스는 축산 분뇨, 나무, 볏짚, 사탕수수 및 옥수수 중 하나 이상 포함할 수 있다.In one embodiment, the biomass may include one or more of livestock manure, wood, rice straw, sugarcane, and corn.

본 발명의 바이오매스 연료 제조방법을 적용시 바이오매스 연료의 발열 효율을 극대화 시킬 수 있으며, 전처리 온도 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수하고, 바이오매스 연료의 생산 단가 절감 및 연료 부피량 감소에 의한 운송비를 절감시킬 수 있다.It is possible to maximize the heating efficiency of the biomass fuel when applying the biomass fuel production method of the present invention and to improve the accuracy and reliability of the prediction value of the pretreatment temperature and to reduce the production cost of the biomass fuel and the transportation cost Can be saved.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 연료 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료 가열시 노말라이징 온도 변화에 따른 부피 변화량을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료의 부피 변화비와 노말라이징 온도 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료 가열시 노말라이징 온도 변화에 따른 발열량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 바이오매스 시료의 에너지 밀도 변화량과 노말라이징 온도 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.
1 shows a method of producing a biomass fuel according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the volume change according to the temperature of the normalizing temperature during the heating of the biomass sample according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a correlation between the volume change ratio and the normalizing temperature of the biomass sample according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a change in calorific value according to the temperature of the normalizing temperature during the heating of the biomass sample according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a correlation between the energy density change amount and the normalizing temperature of the biomass sample according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to be exemplary, self-explanatory, allowing for equivalent explanations of the present invention.

전처리 온도 최적화를 통한 Through pre-treatment temperature optimization 바이오매스Biomass 연료 제조방법 Fuel production method

본 발명의 하나의 관점은 전처리 온도 최적화를 통한 바이오매스 연료 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 연료 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 바이오매스 연료 제조방법은 (S10) 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계; 및 (S20) 상기 결정된 열처리 종료 온도까지 바이오매스를 가열하는 전처리 단계;를 포함한다.One aspect of the present invention relates to a method for producing biomass fuel through pre-treatment temperature optimization. 1 shows a method of producing a biomass fuel according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the method for producing a biomass fuel includes the steps of: (S10) determining a heat treatment termination temperature of a biomass pretreatment process; And (S20) heating the biomass to the determined heat treatment termination temperature.

본 발명의 한 구체예에서 상기 바이오매스는 축산 분뇨, 나무, 볏짚, 사탕수수 및 옥수수 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In one embodiment of the invention, the biomass may comprise one or more of livestock manure, wood, rice straw, sugarcane and corn.

한 구체예에서 상기 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계(S10)는, (S101) 상기 바이오매스와 동일한 종류의 바이오매스 시료를 준비하는 단계; (S102) 상기 시료를 가열하여, 하기 식 1로부터 정의되는 노말라이징(normalizing) 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 부피 변화량의 관계 데이터를 획득하는 단계; (S103) 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 부피 변화비를 정의하는 식 2를 설정하는 단계; (S104) 상기 식 2의 부피 변화비와 상기 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계; 및 (S105) 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인 제1 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;를 포함한다:In one embodiment, the step (S10) of determining the heat treatment termination temperature of the biomass pretreatment step comprises: (S101) preparing a biomass sample of the same kind as the biomass; (S102) heating the sample to obtain data on the volume change amount of the sample according to a change in normalizing temperature defined by Equation 1 below; (S103) setting equation (2) defining the volume change ratio of the sample using the relationship data; (S104) deriving a correlation equation between the volume change ratio of the equation (2) and the normalizing temperature of the equation (1); And (S105) deriving, from the correlation equation, a first normalizing temperature interval that is a normalizing temperature interval at a time when the slope of the correlation equation becomes zero:

[식 1][Formula 1]

노말라이징 온도 = 바이오매스 시료 가열온도(℃)/최대가열온도(℃)Normalizing temperature = Biomass sample heating temperature (캜) / Maximum heating temperature (캜)

(상기 식 1에서, 상기 최대가열온도는, 상기 바이오매스 시료의 부피량이 최소치에 도달한 시점(즉, 바이오매스 시료가 탄화되는 시점)의 가열온도이다)(In the above formula (1), the maximum heating temperature is a heating temperature at a time point at which the volume of the biomass sample reaches a minimum value (i.e., a time point at which the biomass sample is carbonized)

[식 2][Formula 2]

부피변화비(L/℃) = △부피(L)/△가열온도(℃)Volume change ratio (L / 占 폚) =? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 2에서, 상기 △가열온도는, 바이오매스 시료의 가열 온도 - 바이오매스 시료의 초기 온도이며, 상기 △부피는, 상기 가열온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피이다).Wherein the heating temperature is the heating temperature of the biomass sample - the initial temperature of the biomass sample, and the? Volume is the bio-mass temperature of the biomass sample measured at the heating temperature, Mass of the mass sample).

하기 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료 가열시 노말라이징 온도 변화에 따른 부피 변화량을 나타낸 그래프이다. 하기 도 2를 참조하면, 노말라이징 온도 증가에 따라, 상기 바이오매스 시료의 부피 변화량은 감소하다가 더 이상 감소하지 않고 포화되는 것을 알 수 있다.FIG. 2 is a graph showing a volume change according to the temperature of the normalizing temperature during the heating of the biomass sample according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, it can be seen that as the normalizing temperature increases, the amount of change in the volume of the biomass sample decreases, but is not further reduced but saturated.

도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료의 부피 변화비와 노말라이징 온도 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing a correlation between the volume change ratio and the normalizing temperature of the biomass sample according to one embodiment of the present invention.

상기 도 3을 참조하면, 상기 바이오매스 시료의 노말라이징 온도가 증가하면서(즉, 바이오매스 시료를 최대가열온도에 근접하게 가열할수록), 바이오매스 시료의 부피 변화비는 점차 증가하다가, 노말라이징 온도가 0.7인 구간부터 변화하지 않음(상기 상관 관계식의 기울기가 0이 됨)을 알 수 있다.3, the volume change ratio of the biomass sample gradually increases while the normalizing temperature of the biomass sample is increased (i.e., the more the biomass sample is heated close to the maximum heating temperature), and the normalizing temperature Is 0.7 (the slope of the correlation equation becomes 0).

상기 도 3을 참조하면, 상기 관계 데이터를 이용하여 상기 제1 노말라이징 온도 구간을 도출시, 직접적인 실험을 수행하지 않고서도 부피 변화비가 0이 되는 제1 노말라이징 온도를 예측할 수 있어, 이를 이용하여 바이오매스 전처리를 수행시, 과잉건류를 방지하여 생산원가 하락이 가능하며, 운송비 절감 효과가 우수하고, 열처리 종료 온도 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수할 수 있다.Referring to FIG. 3, when deriving the first normalizing temperature range using the relational data, the first normalizing temperature at which the volume change ratio becomes zero can be predicted without conducting a direct experiment, When the biomass pretreatment is carried out, it is possible to prevent production of excess costs by reducing the production cost, and it is possible to have excellent transportation cost saving effect and excellent accuracy and reliability of predicted value of heat treatment termination temperature.

본 발명의 다른 구체예에서 상기 바이오매스 시료를 가열시, (S106) 상기 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 이용하여, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계; 및 (S107) 상기 제1 노말라이징 온도 구간과 상기 제2 노말라이징 온도 구간을 비교하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a biomass material, comprising the steps of: (a) heating a biomass sample; (S106) deriving a second normalizing temperature section using relational data of a calorific value of the sample with a change in the normalizing temperature; And (S107) comparing the first normalizing temperature section with the second normalizing temperature section.

한 구체예에서 상기 (S106) 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계는, 바이오매스 시료를 가열시, 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 획득하는 단계; 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 에너지밀도 변화량을 정의하는 식 3을 설정하는 단계; 상기 식 3의 에너지밀도 변화량과 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계; 및 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;를 포함할 수 있다:In one embodiment, the step of deriving the second normalizing temperature section (S106) includes the steps of: obtaining, when heating the biomass sample, relational data of the calorific value of the sample according to the change in the normalizing temperature; Setting equation (3) defining the energy density variation of the sample using the relationship data; Deriving a correlation equation between the energy density variation of Equation 3 and the normalizing temperature of Equation 1; And deriving, from the correlation equation, a second normalizing temperature interval that is a normalizing temperature interval at which the slope of the correlation equation becomes zero:

[식 3][Formula 3]

에너지밀도 변화량(Mcal/kg/L/℃) = △발열량(Mcal/kg)/△부피(L)/△가열온도(℃)Energy density variation (Mcal / kg / L / 占 폚) =? Heating value (Mcal / kg) /? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 3에서, 상기 △발열량은, 바이오매스 시료의 가열 온도에서 측정된 발열량 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 발열량이며, 상기 △부피 및 △가열온도는, 상기 식 2에 정의된 바와 같다).(In the above formula 3, the DELTA calorific value is the calorific value measured at the heating temperature of the biomass sample - the calorific value of the biomass sample measured at the initial temperature, and the DELTA volume and DELTA heating temperature are same).

하기 도 4는 본 발명의 한 구체예에 따른 바이오매스 시료 가열시, 노말라이징 온도 변화에 따른 발열량 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 4를 참조하면, 노말라이징 온도 증가에 따라, 상기 바이오매스 시료의 발열량은 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 포화되는 것을 알 수 있다.FIG. 4 is a graph illustrating a change in calorific value with temperature change of a biomass sample according to one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, it can be seen that as the normalizing temperature increases, the calorific value of the biomass sample is increased, but is not increased any more and is saturated.

도 5는 본 발명의 다른 구체예에 따른 바이오매스 시료의 에너지 밀도 변화량과 노말라이징 온도 사이의 상관 관계를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5를 참조하면, 상기 바이오매스 시료의 노말라이징 온도가 증가하면서(즉, 바이오매스 시료를 최대가열온도에 근접하게 가열할수록), 바이오매스 시료의 에너지 밀도 변화량은 점차 증가하다가, 노말라이징 온도가 0.7인 구간부터 변화하지 않음(상기 상관 관계식의 기울기가 0이 됨)을 알 수 있다.FIG. 5 is a graph showing a correlation between the energy density change amount and the normalizing temperature of the biomass sample according to another embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, as the normalizing temperature of the biomass sample increases (that is, as the biomass sample is heated close to the maximum heating temperature), the energy density variation of the biomass sample gradually increases, Is 0.7 (the slope of the correlation equation becomes 0).

상기 포화되는 구간 이상으로 가열시, 더 이상 바이오매스 시료의 에너지 밀도가 증가하지 않아 에너지적 측면에서 불리하므로, 단위 온도당 에너지 밀도 포화 구간 예측을 위하여 도출된 상관식을 활용하여 직접적인 실험을 수행하지 않고서도 에너지 밀도 포화 구간을 예측할 수 있으며, 온도 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수할 수 있다. Since the energy density of the biomass sample is no longer increased when heated above the saturation interval, the energy density is disadvantageous in terms of energy. Therefore, a direct experiment is performed using a correlation formula derived for estimating the energy density saturation interval per unit temperature It is possible to predict the energy density saturation section without fail, and the accuracy and reliability of the temperature predicted value can be excellent.

한 구체예에서 상기 도출된 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도 구간이 일치하는 경우, 상기 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도의 일치 구간을 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도 구간으로 결정하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, when the derived first normalizing temperature and the second normalizing temperature range coincide with each other, a matching period of the first normalizing temperature and the second normalizing temperature is set as a heat treatment termination temperature range of the biomass pre- And determining the number of times the data is transmitted.

상기 도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 바이오매스 시료의 부피 변화비가 0이 되는, 제1 노말라이징 온도 구간과, 상기 바이오매스 시료의 에너지밀도 변화량이 0이 되는, 제2 노말라이징 온도 구간은, 각각 0.7인 구간이므로 통상의 기술자가 이를 종합하여, 전처리 공정시의 열처리 종료 온도를 산출할 수 있다.3 and 5, a first normalizing temperature section in which the volume change ratio of the biomass sample is 0, and a second normalizing temperature section in which the energy density variation amount of the biomass sample is zero , And each of them is 0.7, so that a general engineer can synthesize them to calculate the heat treatment termination temperature during the pre-treatment process.

바이오매스 연료의 전처리 과정은, 바이오매스의 연료적 가치를 상승시키는 동시에 연료의 원가 또한 상승시키는 결과를 초래하게 되므로 최적의 전처리 조건에 따라 진행되어야 한다.The pretreatment process of biomass fuel should proceed according to the optimum pretreatment condition since it increases the fuel value of the biomass and the fuel cost also increases.

본 발명의 전처리 공정시 열처리 종료 온도를 적용하여 바이오매스 연료를 제조시, 바이오매스 연료의 발열 효율을 극대화 시킬 수 있으며, 전처리 온도 예측값의 정확성 및 신뢰성이 우수하고, 바이오매스 연료의 생산 단가 절감 및 연료 부피량 감소에 의한 운송비를 절감시킬 수 있다.In the pretreatment process of the present invention, it is possible to maximize the heating efficiency of the biomass fuel during the production of the biomass fuel by applying the heat treatment termination temperature, to provide an accurate and reliable prediction of the preliminary treatment temperature and to reduce the production cost of the biomass fuel, The transportation cost due to the reduction in the fuel volume can be reduced.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments of the present invention. It is to be understood, however, that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed in a limiting sense.

실시예Example  And 비교예Comparative Example

실시예Example

(1) (One) 바이오매스의Biomass 전처리 종료 온도 결정 Determination of pre-treatment termination temperature

(a) 제1 노말라이징 온도 구간 도출: 제조할 바이오매스 연료와 동일한 종류의 바이오매스 시료(축산분뇨)를 준비한 다음, 이를 가열하여, 도 2와 같이 하기 식 1로부터 정의되는 노말라이징(normalizing) 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 부피 변화량의 관계 데이터를 획득하고, 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 부피 변화비를 정의하는 식 2를 설정하였다. 그 다음에 도 3과 같이, 상기 식 2의 부피 변화비와 상기 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하고, 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인 제1 노말라이징 온도 구간을 도출하였다:(a) Derivation of the first normalizing temperature zone: A biomass sample (livestock manure) of the same kind as the biomass fuel to be produced is prepared and then heated to produce a normalizing zone defined by the following formula (1) The relationship data of the volume change amount of the sample according to the change of the temperature was obtained and the equation 2 for defining the volume change ratio of the sample was set using the relationship data. Next, as shown in FIG. 3, a correlation equation between the volume change ratio of the equation (2) and the normalizing temperature of the equation (1) is derived, and from the correlation equation, the normalizing temperature at the time when the slope of the correlation equation becomes 0 Lt; RTI ID = 0.0 > normalizing < / RTI >

[식 1][Formula 1]

노말라이징 온도 = 바이오매스 시료 가열온도(℃)/최대가열온도(℃)Normalizing temperature = Biomass sample heating temperature (캜) / Maximum heating temperature (캜)

(상기 식 1에서, 상기 최대가열온도는, 상기 바이오매스 시료의 부피량이 최소치에 도달한 시점의 가열온도이다)(Wherein the maximum heating temperature is a heating temperature at the time when the volume of the biomass sample reaches a minimum value)

[식 2][Formula 2]

부피변화비(L/℃) = △부피(L)/△가열온도(℃)Volume change ratio (L / 占 폚) =? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 2에서, 상기 △가열온도는, 바이오매스 시료의 가열 온도 - 바이오매스 시료의 초기 온도이며, 상기 △부피는, 상기 가열온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피이다).Wherein the heating temperature is the heating temperature of the biomass sample - the initial temperature of the biomass sample, and the? Volume is the bio-mass temperature of the biomass sample measured at the heating temperature, Mass of the mass sample).

그 결과, 상기 도 3과 같이 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인 제1 노말라이징 온도 구간은 0.7이었다.As a result, as shown in FIG. 3, the first normalizing temperature section, which is the normalizing temperature section at the time when the slope of the correlation equation becomes zero, was 0.7.

(b) 제2 노말라이징 온도 구간 도출: 상기 바이오매스 시료를 가열시, 도 4와 같은 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 획득하고, 상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 에너지밀도 변화량을 정의하는 식 3을 설정하였다. 그 다음에, 도 5와 같이 상기 식 3의 에너지밀도 변화량과 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하고, 상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하였다:(b) Derivation of the second normalizing temperature section: When the biomass sample is heated, relationship data of the calorific value of the sample following the change of the normalizing temperature as shown in Fig. 4 is obtained, (3) " (3) " Next, as shown in FIG. 5, a correlation equation between the energy density change amount of Equation 3 and the normalizing temperature of Equation 1 is derived, and from the above correlation equation, a normalizing temperature section at the time when the slope of the above- , A second normalizing temperature interval was derived: < RTI ID = 0.0 >

[식 3][Formula 3]

에너지밀도 변화량(Mcal/kg/L/℃) = △발열량(Mcal/kg)/△부피(L)/△가열온도(℃)Energy density variation (Mcal / kg / L / 占 폚) =? Heating value (Mcal / kg) /? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)

(상기 식 3에서, 상기 △발열량은, 바이오매스 시료의 가열 온도에서 측정된 발열량 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 발열량이며, 상기 △부피 및 △가열온도는, 상기 식 2에 정의된 바와 같다).(In the above formula 3, the DELTA calorific value is the calorific value measured at the heating temperature of the biomass sample - the calorific value of the biomass sample measured at the initial temperature, and the DELTA volume and DELTA heating temperature are same).

상기 도 5와 같이, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인, 제2 노말라이징 온도 구간은 0.7이었다.As shown in FIG. 5, the second normalizing temperature section, which is the normalizing temperature section at the time when the slope of the correlation equation becomes zero, was 0.7.

그 다음에, 상기 제1 노말라이징 온도 구간과 상기 제2 노말라이징 온도 구간을 비교하였다. 상기 제1 및 제2 노말라이징 온도 구간은 0.7 이었으며, 이를 통해 상기 바이오매스(축산 분뇨)의 전처리 공정시 열처리 종료 온도를 바이오매스 시료의 최대 가열온도의 70%의 온도로 설정하였다.Then, the first normalizing temperature section and the second normalizing temperature section were compared. The first and second normalizing temperature ranges were 0.7, and the heat treatment termination temperature during the pretreatment of the biomass (livestock manure) was set at 70% of the maximum heating temperature of the biomass sample.

(2) (2) 바이오매스Biomass 전처리 Pretreatment

상기 바이오매스 전처리 공정시, 열처리 종료 온도를 최대가열온도의 70%의 온도로 가열하여 전처리 후, 통상의 공정을 통하여, 바이오매스 연료를 제조하였다.In the biomass pretreatment step, the heat treatment termination temperature was heated to a temperature of 70% of the maximum heating temperature and pretreated, and the biomass fuel was produced through ordinary processes.

비교예Comparative Example 1 One

상기 바이오매스 전처리 공정시, 열처리 종료 온도를 최대가열온도의 65%의 온도로 가열하여 전처리한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 방법으로 바이오매스 연료를 제조하였다.The biomass fuel was prepared in the same manner as the above example except that the pre-treatment was performed by heating the heat treatment termination temperature to 65% of the maximum heating temperature in the pretreatment step of the biomass.

비교예Comparative Example 2 2

상기 바이오매스 전처리 공정시, 열처리 종료 온도를 최대가열온도의 70%를 초과하는 온도로 가열하여 전처리한 것을 제외하고, 상기 실시예와 동일한 방법으로 바이오매스 연료를 제조하였다. The biomass fuel was prepared in the same manner as in the previous example, except that the pretreatment was performed by heating the heat treatment termination temperature to a temperature exceeding 70% of the maximum heating temperature in the biomass pretreatment step.

상기 제조된 실시예 및 비교예 1~2의 바이오매스 연료에 대하여, 발열량과, (Mcal/kg), 전처리 전의 바이오매스 부피에 대한, 전처리 후 바이오매스의 부피 변화율을 평가하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.The volume change rate of the biomass after the pretreatment with respect to the calorific value, (Mcal / kg), and the biomass volume before the pretreatment was evaluated for the biomass fuel of the above-described Examples and Comparative Examples 1 and 2, Respectively.

구분division 발열량
(Mcal/kg)
Calorific value
(Mcal / kg)
전처리 전/후 부피
변화율(%)
Before / after pretreatment volume
Rate of change (%)
실시예Example 5.805.80 5555 비교예 1Comparative Example 1 5.505.50 5858 비교예 2Comparative Example 2 5.855.85 5151

상기 표 1의 결과를 참조하면, 본 발명의 열처리 종료 온도에 미달되는 비교예 1의 경우, 상기 실시예보다 발열량이 낮았으며, 본 발명 열처리 종료 온도를 초과하는 비교예 2의 경우, 실시예와 발열량 차이가 미미한 반면, 과잉 건류로 인해 바이오매스의 부피가 현저하게 감소하여 경제성이 저하됨을 알 수 있었다.Referring to the results of Table 1, in the case of Comparative Example 1 in which the heat treatment termination temperature of the present invention was lower than that of the present invention, the heating value was lower than that in the above Examples. The difference in calorific value is small, but the volume of biomass is remarkably reduced due to excessive carbonization, and the economic efficiency is lowered.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (5)

바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 열처리 종료 온도까지 바이오매스를 가열하는 전처리 단계;를 포함하되,
상기 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도를 결정하는 단계는,
상기 바이오매스와 동일한 종류의 바이오매스 시료를 준비하는 단계;
상기 시료를 가열하여, 하기 식 1로부터 정의되는 노말라이징(normalizing) 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 부피 변화량의 관계 데이터를 획득하는 단계;
상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 부피 변화비를 정의하는 식 2를 설정하는 단계;
상기 식 2의 부피 변화비와 상기 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계;
상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인 제1 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;
상기 바이오매스 시료를 가열시, 상기 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 이용하여, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;
상기 제1 노말라이징 온도 구간과 상기 제2 노말라이징 온도 구간을 비교하는 단계; 및
상기 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도 구간이 일치하는 경우, 상기 제1 노말라이징 온도 및 제2 노말라이징 온도의 일치 구간을 바이오매스 전처리 공정의 열처리 종료 온도 구간으로 결정하는 단계;를 포함하여 도출되며,
상기 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계는,
바이오매스 시료를 가열시, 노말라이징 온도의 변화에 따르는 상기 시료의 발열량의 관계 데이터를 획득하는 단계;
상기 관계 데이터를 이용하여, 상기 시료의 에너지밀도 변화량을 정의하는 식 3을 설정하는 단계;
상기 식 3의 에너지밀도 변화량과 식 1의 노말라이징 온도 사이의 상관 관계식을 도출하는 단계; 및
상기 상관 관계식으로부터, 상기 상관 관계식의 기울기가 0이 되는 시점의 노말라이징 온도 구간인, 제2 노말라이징 온도 구간을 도출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연료 제조방법:
[식 1]
노말라이징 온도 = 바이오매스 시료 가열온도(℃)/최대가열온도(℃)
(상기 식 1에서, 상기 최대가열온도는, 상기 바이오매스 시료의 부피량이 최소치에 도달한 시점의 가열온도이다)
[식 2]
부피변화비(L/℃) = △부피(L)/△가열온도(℃)
(상기 식 2에서, 상기 △가열온도는, 바이오매스 시료의 가열 온도 - 바이오매스 시료의 초기 온도이며, 상기 △부피는, 상기 가열온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 부피이다).
[식 3]
에너지밀도 변화량(Mcal/kg/L/℃) = △발열량(Mcal/kg)/△부피(L)/△가열온도(℃)
(상기 식 3에서, 상기 △발열량은, 바이오매스 시료의 가열 온도에서 측정된 발열량 - 초기 온도에서 측정된 바이오매스 시료의 발열량이며, 상기 △부피 및 △가열온도는, 상기 식 2에 정의된 바와 같다).
Determining a heat treatment termination temperature of the biomass pretreatment process; And
And a pre-treatment step of heating the biomass to the determined heat treatment termination temperature,
The step of determining the heat treatment termination temperature of the biomass pre-
Preparing a biomass sample of the same kind as the biomass;
Heating the sample to obtain relationship data on the volume change amount of the sample according to a change in normalizing temperature defined by Equation 1 below;
Setting an equation (2) defining a volume change ratio of the sample using the relationship data;
Deriving a correlation equation between the volume change ratio of Equation 2 and the normalizing temperature of Equation 1;
Deriving from the correlation equation a first normalizing temperature section that is a normalizing temperature section at a time when the slope of the correlation equation becomes zero;
Deriving a second normalizing temperature section using the relationship data of the calorific value of the sample according to the change of the normalizing temperature when the biomass sample is heated;
Comparing the first normalizing temperature section with the second normalizing temperature section; And
And determining a coincidence section of the first normalizing temperature and the second normalizing temperature as the heat treatment termination temperature section of the biomass pre-treatment process when the first normalizing temperature and the second normalizing temperature section coincide with each other Respectively,
Wherein deriving the second normalizing temperature section comprises:
Obtaining, when heating the biomass sample, data on the relationship between the heating value of the sample and the variation of the normalizing temperature;
Setting equation (3) defining the energy density variation of the sample using the relationship data;
Deriving a correlation equation between the energy density variation of Equation 3 and the normalizing temperature of Equation 1; And
And deriving a second normalizing temperature section, which is a normalizing temperature section at a time point at which the slope of the correlation equation becomes zero, from the correlation equation,
[Formula 1]
Normalizing temperature = Biomass sample heating temperature (캜) / Maximum heating temperature (캜)
(Wherein the maximum heating temperature is a heating temperature at the time when the volume of the biomass sample reaches a minimum value)
[Formula 2]
Volume change ratio (L / 占 폚) =? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)
Wherein the heating temperature is the heating temperature of the biomass sample - the initial temperature of the biomass sample, and the? Volume is the bio-mass temperature of the biomass sample measured at the heating temperature, Mass of the mass sample).
[Formula 3]
(Mcal / kg / L / 占 폚) =? Heating value (Mcal / kg) /? Volume (L) /? Heating temperature (占 폚)
(In the above formula 3, the DELTA calorific value is the calorific value measured at the heating temperature of the biomass sample - the calorific value of the biomass sample measured at the initial temperature, and the DELTA volume and DELTA heating temperature are same).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 바이오매스는 축산 분뇨, 나무, 볏짚, 사탕수수 및 옥수수 중 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 연료 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the biomass comprises at least one of livestock manure, wood, rice straw, sorghum and maize.
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