KR101969059B1 - Multi-purposed apparatus of treating biomass for producing biomass-derived useful products - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오매스를 처리하여 각종 유용산물을 얻는 기술에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 하나의 반응기내에서 투입된 바이오매스를 처리하여 전처리바이오매스, 당화산물 및 바이오에탄올을 포함하여 바이오매스유래 유용산물을 대량으로 얻을 수 있는 바이오매스 유래 유용산물 제조용 다목적 바이오매스처리장치 및 상기 바이오매스처리장치를 이용한 유용산물 제조방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for treating biomass to obtain various useful products, and more particularly, to a biomass treatment method for treating biomass introduced in a single reactor to produce biomass-derived useful products including pretreatment biomass, glycation products and bioethanol To a multipurpose biomass treatment apparatus for producing useful products derived from biomass and a method for producing useful products using the biomass treatment apparatus.
Description
본 발명은 바이오매스를 처리하여 각종 유용산물을 얻는 기술에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 하나의 반응기내에서 투입된 바이오매스를 처리하여 바이오매스 전처리산물, 당화산물 및 바이오에탄올을 포함한 바이오매스유래 유용산물을 대량으로 얻을 수 있는 바이오매스 유래 유용산물 제조용 다목적 바이오매스처리장치 및 상기 바이오매스처리장치를 이용한 유용산물 제조방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for treating biomass to obtain various useful products, and more specifically, to a biomass treatment method for treating biomass introduced in a single reactor to produce biomass-derived useful products including biomass pretreatment products, glycosylated products and bioethanol To a multipurpose biomass treatment apparatus for producing useful products derived from biomass and a method for producing useful products using the biomass treatment apparatus.
바이오매스 전처리에 대한 다수의 기술들은 바이오매스로부터 발효 가능한 당을 형성하기 위해 빠르고 효율적으로 가수분해될 수 있는 기질을 생성할 목적으로 연구되었다. 일반적으로 기존의 바이오매스의 전처리공정은 증기 폭쇄법, 알칼리 처리법, 이산화황 처리법, 과산화수소 처리법, 초임계 암모니아 처리법, 약산 처리법, 그리고 암모니아 동결 폭쇄법 등이 있다. 이와 같은 전처리 방법들 중 약산에 의한 전처리 방법과 증기 폭쇄 전처리 방법이 폭넓게 연구되었으며, 현재 우수한 전처리 방법으로 고려되고 있다. 두 공정 모두 효과적으로 헤미셀룰로오스를 용해시킬 수 있지만, 리그닌 제거에는 다소 효과가 미흡한 실정이다. A number of techniques for biomass pretreatment have been studied for the purpose of producing a substrate that can be hydrolyzed quickly and efficiently to form fermentable sugars from biomass. Generally, the conventional biomass pretreatment processes include steam explosion, alkali treatment, sulfur dioxide treatment, hydrogen peroxide treatment, supercritical ammonia treatment, weak acid treatment, and ammonia freeze-thawing. Among these pretreatment methods, weak acid pretreatment methods and steam explosion pretreatment methods have been extensively studied and are now considered as excellent pretreatment methods. Both processes can effectively dissolve hemicellulose, but it is somewhat ineffective for lignin removal.
한편, 전처리된 바이오매스의 효소 가수분해에도 많은 문제가 있다. 즉, 바이오매스의 전처리에 필요한 조건은 효소 가수분해의 최적 조건과 상이하다. 효소 가수분해는, 통상 약 4 내지 6.5의 pH, 및 약 30℃ 내지 55℃의 온도 조건 조건에서 수행하나, 상기 바이오매스 전처리 법은 일반적으로 효소 가수분해 조건에 비해지나치게 산성이고 지나치게 고온이다. 이스트 기반 효소 반응은, 예를 들면, 통상적으로 약 28℃ 내지 40℃의 온도에서 이루어 지고, 호열성 세균 기반 효소 가수분해는 약 80℃ 정도 높은 온도에서 진행될 수 있으며, 중온 세균(mesophilic bacteria) 기반 효소 가수분해는 약 20℃ 내지 약 45℃의 온도에서 이루어진다.On the other hand, there are many problems in the enzymatic hydrolysis of the pretreated biomass. That is, the conditions necessary for the pretreatment of biomass are different from the optimal conditions for enzymatic hydrolysis. The enzymatic hydrolysis is usually carried out at a pH of about 4 to 6.5 and a temperature condition of about 30 to 55 ° C, but the biomass pretreatment method is generally too acidic and too hot compared to enzymatic hydrolysis conditions. The yeast-based enzyme reaction is typically carried out at a temperature of, for example, about 28 ° C to 40 ° C, and the thermophilic bacterium-based enzyme hydrolysis can proceed at a temperature as high as about 80 ° C and is based on mesophilic bacteria Enzymatic hydrolysis occurs at a temperature of about 20 째 C to about 45 째 C.
더욱이, 연속 효소 가수분해에 사용되는 종래의 반응기(주입 흐름 및 배출 흐름이 있으며, 반응 용기가 일정하게 유지되는 공정)는 효소와 슬러리를 혼합하기 위해서 고가이며 강력한 임펠러가 장착된 대형 탱크가 필요하며, 바이오매스의 효소 가수분해 또는 액화는 대형 탱크 내에서 혼합 시 수십 시간(일반적으로 24시간 초과)이 필요하다. Moreover, conventional reactors used for continuous hydrolysis of the enzymes (in which there is an injection stream and a discharge stream and the reaction vessel is kept constant) require a large tank with an expensive and powerful impeller to mix the enzyme with the slurry , Enzymatic hydrolysis or liquefaction of biomass requires tens of hours (typically more than 24 hours) when mixed in large tanks.
또한, 전처리된 바이오매스를 효소 가수분해에 적합한 온도까지 냉각해야한다. 일례로, 전처리된 바이오매스를, 효소 가수분해의 반응 용기에 진입하기 전에, 전처리 용기의 배출시 높은 온도(예를 들면, 100℃)로부터 실질적으로 냉각 장치 온도(예를 들면, 20℃ 내지 65℃)까지 냉각하는 것이 필요하다.In addition, the pretreated biomass must be cooled to a temperature suitable for enzymatic hydrolysis. For example, the pretreated biomass may be removed from the high temperature (e.g., 100 占 폚) to substantially the cooling system temperature (e.g., 20 占 폚 to 65 占 폚) during discharge of the pretreatment vessel prior to entering the reaction vessel for enzymatic hydrolysis Lt; 0 > C).
이러한 다양한 문제점들로 인해, 현재까지 알려진 바이오매스 처리장치에 의하면 바이오매스를 전처리한 후 순차적으로 당화 및 발효하여 유용산물을 높은 효율로 얻는 것이 거의 불가능하였다. Due to these various problems, it is almost impossible to obtain a useful product with high efficiency by glycation and fermentation successively after pretreatment of biomass according to the conventional biomass treatment devices.
본 발명자들은 바이오매스를 전처리하여 전처리바이오매스를 얻은 후 순차적으로 당화 및 발효시켜 유용산물을 보다 고효율로 얻을 수 있는 기술을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have completed the present invention by developing a technique for obtaining a pre-treatment biomass by pretreatment of a biomass, followed by saccharification and fermentation sequentially to obtain useful products with higher efficiency.
따라서, 본 발명의 목적은 바이오매스를 전처리하여 얻어진 전처리된 바이오매스를 별도로 당화조 등으로 이동시키지 않고 전처리가 수행된 동일한 반응기에서 당화 및 발효시켜 유용산물을 얻을 수 있어 대량으로 바이오매스 처리가 가능할 뿐만 아니라 바이오매스로부터 얻을 수 있는 유용산물을 고효율로 수득할 수 있는 새로운 구조의 다목적 바이오매스처리장치를 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a biomass treatment method capable of mass-producing biomass by mass-producing a useful product by saccharification and fermentation in the same reactor in which pretreatment has been performed without transferring pretreated biomass obtained by pretreating biomass to a saccharification tank or the like In addition, it is an object of the present invention to provide a multi-purpose biomass treatment apparatus with a novel structure capable of obtaining useful products obtained from biomass with high efficiency.
본 발명의 다른 목적은 다목적 바이오매스처리장치를 통해 바이오매스를 처리하여 얻을 수 있는 유용산물인 전처리된 바이오매스, 당화산물 및 발효산물 중 하나 이상을 대량으로 얻을 수 있는 다목적 바이오매스 처리방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a multipurpose biomass treatment method capable of obtaining at least one of pre-treated biomass, glycosylated product, and fermented product, which are useful products obtained by treating biomass through a multipurpose biomass treatment apparatus .
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the above-mentioned objects, and although not explicitly mentioned, the object of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the detailed description of the invention .
상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 먼저 본 발명은 바이오매스 및 용매가 투입되어 처리되는 반응기; 상기 반응기와 제1연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에 투입된 용매를 가열 또는 냉각시켜 상기 반응기에 제공하는 열교환기; 상기 반응기 및 열교환기 사이에 설치되어 상기 열교환기에 의해 가열 또는 냉각된 용매를 상기 반응기와 열교환기사이에서 상기 제1연결부재를 따라 순환시키는 순환기; 및 상기 반응기와 제2연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에서 기화된 기체상태의 용매를 포집하고, 포집된 용매를 액화시켜 상기 반응기에 제공하는 냉각기;를 포함하고, 상기 반응기에 투입된 바이오매스를 대기압에서 처리하여 전처리바이오매스, 바이오매스당화산물 및 바이오매스발효산물 중 하나 이상을 수득하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치를 제공한다.In order to accomplish the objects of the present invention, first, the present invention provides a reactor comprising: a reactor in which biomass and a solvent are charged and processed; A heat exchanger connected to the reactor and the first connecting member to heat or cool the solvent introduced into the reactor to provide the heated or cooled solvent to the reactor; A circulator which is installed between the reactor and the heat exchanger and circulates the solvent heated or cooled by the heat exchanger along the first connection member at a heat exchange knob with the reactor; And a cooler connected by the reactor and the second connecting member to collect gaseous solvent vaporized in the reactor and to liquefy the collected solvent to provide the reactor with the biomass, To obtain at least one of a pretreatment biomass, a biomass glycosylation product, and a biomass fermentation product.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기는 밀폐된 장방형 내부공간을 형성하는 본체; 상기 본체의 상단부 또는 측벽에 설치되어 상기 내부공간을 개폐하는 덮개부; 상기 제1연결부재와 연결되는 제1배출구 및 상기 제2연결부재와 연결되는 제2배출구를 포함하여 상기 본체의 하부 또는 측벽에 형성되는 다수개의 배출구; 상기 제1연결부재와 연결되는 제1주입구 및 상기 제2연결부재와 연결되는 제2주입구를 포함하여 상기 본체의 상부 또는 측벽에 형성되는 다수개의 주입구;를 포함한다. In a preferred embodiment, the reactor comprises a body defining a closed rectangular interior space; A lid provided on an upper end or a side wall of the main body to open and close the inner space; A plurality of discharge ports formed on a lower portion or a side wall of the main body including a first discharge port connected to the first connection member and a second discharge port connected to the second connection member; And a plurality of injection ports formed on an upper portion or a side wall of the main body including a first injection port connected to the first connection member and a second injection port connected to the second connection member.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 본체는 상기 용매 위로 떠오르는 상기 바이오매스가 상기 용매에 침지된 상태를 유지하도록 상기 내부공간 상에 설치되는 부상방지수단을 더 포함한다. In a preferred embodiment, the main body further includes an injury preventing means installed on the inner space so that the biomass floating on the solvent is immersed in the solvent.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 부상방지수단은 상기 본체의 측벽에 지면과 평행하게 돌출되어 일정간격으로 복수개 형성되는 고정부재; 및 상기 고정부재에 탈부착가능하게 상기 내부공간의 수평단면을 커버하도록 고정되는 다공성부재;를 포함한다. In a preferred embodiment, the float prevention means includes a plurality of fixing members protruding in parallel with the ground on the side wall of the main body and formed at a predetermined interval; And a porous member fixed to cover the horizontal section of the inner space detachably to the fixing member.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 부상방지수단은 상기 내부공간의 수평단면과 형상은 동일하고 상기 내부공간에서 상하이동이 가능한 직경을 갖는 크기이며 다공성을 갖는 부상방지부재; 및 그 일단부는 상기 부상방지부재의 상부표면의 중심부에 고정되고 그 타단부는 상기 본체 상단부의 중심측에 고정되어 상기 측벽과 평행하게 상하 방향으로 길이 조절이 가능한 높이조절부재;를 포함한다. In a preferred embodiment, the flotage prevention means comprises a flotage prevention member having the same shape as the horizontal cross-section of the inner space, the flotation prevention member having a size and a porosity capable of moving up and down in the inner space; And a height adjusting member whose one end is fixed to the central portion of the upper surface of the flotation preventing member and whose other end is fixed to the center side of the body upper end portion and is adjustable in the vertical direction in parallel with the side wall.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기에서 상기 제1배출구를 통해 상기 제1연결부재로 배출되는 용매를 여과하는 여과부재를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the apparatus further comprises a filtering member for filtering the solvent discharged from the reactor to the first connecting member through the first outlet.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1연결부재는 상기 용매를 상기 반응기 외부로 배출시키는 제1배출구와 상기 열교환기를 연결하는 제1관상부재 및 상기 열교환기와 상기 열교환기를 통과한 용매가 상기 반응기로 주입되는 제1주입구를 연결하는 제2관상부재를 포함한다. In a preferred embodiment, the first connecting member includes a first tubular member connecting a first outlet for discharging the solvent to the outside of the reactor and the heat exchanger, and a solvent having passed through the heat exchanger and the heat exchanger are injected into the reactor And a second tubular member connecting the first injection port.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1관상부재 중 상기 열교환기와 연결되는 부분에 근접하여 설치되어 상기 제1관상부재를 개폐할 수 있는 제1개폐부재를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the first tubular member is further provided with a first opening / closing member which is installed in proximity to a portion connected to the heat exchanger and can open / close the first tubular member.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1관상부재 중 상기 제1개폐부재가 설치된 부분의 전단에 설치되어 상기 제1관상부재를 통과하는 용매를 외부로 배출시키는 1개 이상의 배출부재를 더 포함한다. In a preferred embodiment of the present invention, at least one of the first tubular members is provided at a front end of a portion where the first opening and closing member is provided, and at least one discharge member discharging the solvent through the first tubular member to the outside.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배출부재는 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 당화산물 또는 발효산물을 배출시키는 제1배출부재, 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 전처리용매를 배출시키는 제2배출부재, 및 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 세척수를 배출시키는 제3배출부재를 포함한다. In a preferred embodiment, the discharge member comprises a first discharge member for discharging the saccharification product or the fermentation product from the solvent passing through the first tubular member, a second discharge member for discharging the pre-treatment solvent out of the solvent passing through the first tubular member, A discharge member, and a third discharge member for discharging the wash water in the solvent passing through the first tubular member.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1배출부재는 상기 당화산물 또는 발효산물을 수득하는 최종산물회수탱크와 연결되고, 상기 제2배출부재는 상기 전처리용매를 보관하는 전처리용매탱크와 연결되며, 상기 제3배출부재는 상기 세척수를 처리하는 폐기물탱크 또는 정화장치로 연결된다. In a preferred embodiment, the first discharge member is connected to a final product recovery tank for obtaining the saccharified product or the fermented product, and the second discharge member is connected to a pretreatment solvent tank for storing the pretreatment solvent, 3 discharge member is connected to a waste tank or a purifier for treating the wash water.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 전처리용매탱크로부터 상기 전처리용매를 상기 제1관상부재를 통해 열교환기로 재전송하는 펌핑수단을 더 포함한다. In a preferred embodiment, the apparatus further comprises pumping means for retransmitting the pretreatment solvent from the pretreatment solvent tank to the heat exchanger through the first tubular member.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 배출부재는 상기 제1관상부재와 연결되는 관상부재로서 상기 제1관상부재와 인접한 일단부측으로 설치되어 상기 제1관상부재와의 개폐를 조절하는 개폐조절밸브를 포함한다. In a preferred embodiment, the discharge member is a tubular member connected to the first tubular member and provided on one end side adjacent to the first tubular member, and includes an opening / closing control valve for regulating opening / closing with the first tubular member .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 세척수를 공급하는 세척수저장탱크 또는 수도관을 더 포함한다. In a preferred embodiment, the apparatus further comprises a wash water storage tank or a water pipe connected to the inlet of the reactor to supply wash water into the reactor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 효소를 공급하는 효소저장탱크 및 완충액을 공급하는 완충액저장탱크를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the apparatus further comprises an enzyme storage tank connected to the inlet of the reactor to supply the enzyme into the reactor, and a buffer storage tank for supplying the buffer.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 효모를 공급하는 효모저장탱크를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the apparatus further comprises a yeast storage tank connected to the inlet of the reactor to supply yeast into the reactor.
바람직한 실시예에 있어서, 외부로 배출시키는 제2배출구와 상기 냉각기를 연결하는 제3관상부재 및 상기 냉각기와 상기 냉각기에서 냉각된 용매가 상기 반응기로 주입되는 제2주입구를 연결하는 제4관상부재를 포함한다. In a preferred embodiment, a third tubular member connecting the second outlet to the outside with the cooler, and a fourth tubular member connecting the cooler and the second injection port into which the solvent cooled by the cooler is injected, .
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기에 형성된 배출구 또는 주입구를 통해 배출 또는 유입되는 용매의 출입을 통제하는 유량조절수단이 상기 반응기 외부에서 상기 배출구 또는 주입구와 인접하여 더 설치된다. In a preferred embodiment, a flow rate control means for controlling the flow of the solvent discharged or introduced through the discharge port or the injection port formed in the reactor is further provided outside the reactor adjacent to the discharge port or the injection port.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기에 투입된 바이오매스에 따라 반응온도, 용매량, 반응시간을 포함한 바이오매스처리조건이 설정되면, 기 설정조건에 따라 상기 반응기, 열교환기, 순환기, 냉각기, 및 유량조절수단을 포함한 각 구성요소를 제어하여 바이오매스를 처리하는 제어기를 더 포함한다. In a preferred embodiment, when the biomass treatment conditions including the reaction temperature, the solvent amount, and the reaction time are set according to the biomass introduced into the reactor, the reactor, the heat exchanger, the circulator, the cooler, And a controller for controlling each component including the means for processing the biomass.
또한, 본 발명은 반응기에 바이오매스 및 전처리용매를 투입하는 단계; 상기 반응기와 열교환기를 연결하는 제1연결부재를 따라 상기 전처리용매를 열교환기로 수송하고 열교환기에서 가열된 전처리용매를 상기 반응기로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 반응온도까지 상승시키는 단계; 상기 반응온도에서 상기 바이오매스를 전처리용매로 전처리 반응시키는 전처리단계; 상기 전처리 반응이 종료되면 상기 전처리용매를 상기 반응기의 제1배출구를 통해 배출시켜 전처리용매저장탱크로 회수하는 단계; 및 상기 반응기에서 얻어진 전처리바이오매스를 세척 또는 회수하는 단계;를 포함하는 다목적바이오매스 처리방법을 제공한다.The present invention also provides a process for producing a biodegradable polymer, comprising: introducing a biomass and a pretreatment solvent into a reactor; Transporting the pretreatment solvent to a heat exchanger along a first connecting member connecting the reactor and the heat exchanger and raising the temperature inside the reactor to a reaction temperature through a circulation process of re-transporting the pretreated solvent heated in the heat exchanger to the reactor ; A pretreatment step of pre-treating the biomass with a pretreatment solvent at the reaction temperature; Removing the pretreatment solvent through the first outlet of the reactor and recovering the pretreatment solvent to the pretreatment solvent storage tank when the pretreatment reaction is completed; And washing or recovering the pretreated biomass obtained in the reactor.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 반응기에서 얻어진 전처리바이오매스를 세척하는 단계는, 상기 전처리용매가 모두 배출된 반응기에 세척수를 공급하는 단계; 공급된 세척수를 상기 반응기와 열교환기 사이에서 순환시켜 전처리바이오매스를 세척하는 단계; 및 상기 전처리바이오매스의 세척이 완료되면 상기 세척수를 상기 반응기에서 배출시켜 폐기물탱크 또는 정화정치로 수송하는 단계;를 포함한다. In a preferred embodiment, the step of washing the pretreatment biomass obtained in the reactor comprises the steps of: supplying wash water to the reactor from which the pretreatment solvent has been discharged; Circulating the supplied washing water between the reactor and the heat exchanger to wash the pretreated biomass; And discharging the washing water from the reactor when the washing of the pretreatment biomass is completed, and transporting the washing water to a waste tank or a purification tank.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 세척된 전처리바이오매스가 존재하는 반응기로 효소 및 완충액을 공급하는 단계; 상기 제1연결부재를 따라 상기 효소 및 완충액를 열교환기로 수송하고 열교환기에서 가열된 효소 및 완충액을 상기 반응기로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 반응온도까지 상승시킨 후 상기 반응온도를 유지하면서 상기 전처리바이오매스를 당화반응시키는 단계; 및 상기 당화반응이 완료되면 상기 반응기에서 배출시켜 바이오매스당화산물을 최종산물회수탱크로 수득하는 단계;를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the method comprises the steps of: supplying an enzyme and a buffer to a reactor in which the washed pretreatment biomass is present; The enzyme and the buffer solution are transported to the heat exchanger along the first linking member and the enzyme and buffer heated in the heat exchanger are transported to the reactor again to increase the temperature inside the reactor to the reaction temperature, Glycation reaction of the pretreatment biomass; And discharging the saccharified product from the reactor when the saccharification reaction is completed, thereby obtaining a biomass saccharified product into a final product recovery tank.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 세척된 전처리바이오매스가 존재하는 반응기로 효소, 완충액 및 효모를 공급하는 단계; 상기 제1연결부재를 따라 상기 효소, 완충액 및 효모 혼합액을 열교환기로 수송하고 열교환기에서 가열된 효소, 완충액 및 효모 혼합액을 상기 반응기로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 반응온도까지 상승시킨 후, 상기 반응온도를 유지하면서 상기 전처리바이오매스를 동시당화발효 반응시키는 단계; 및 상기 동시당화발효 반응이 완료되면 상기 반응기에서 배출시켜 바이오매스발효산물을 최종산물회수탱크로 수득하는 단계;를 더 포함한다. In a preferred embodiment, the method comprises the steps of: supplying the enzyme, buffer and yeast to a reactor in which the washed pretreatment biomass is present; The temperature of the inside of the reactor is raised to the reaction temperature by circulating the enzyme, the buffer and the yeast mixed solution through the first connecting member to the heat exchanger, and circulating the enzyme, buffer and yeast mixture heated in the heat exchanger to the reactor again And simultaneously subjecting the pretreated biomass to the simultaneous saccharification fermentation reaction while maintaining the reaction temperature; And discharging the biomass fermentation product from the reactor when the simultaneous saccharification fermentation reaction is completed, thereby obtaining a biomass fermentation product as a final product recovery tank.
상술된 본 발명의 다목적 바이오매스처리장치에 의하면 바이오매스를 전처리하여 얻어진 전처리된 바이오매스를 별도로 당화조 등으로 이동시키지 않고 전처리가 수행된 동일한 반응기에서 당화 및 발효시켜 유용산물을 얻을 수 있어 대량으로 바이오매스 처리가 가능할 뿐만 아니라 바이오매스로부터 얻을 수 있는 유용산물을 고효율로 수득할 수 있다. According to the above-described multipurpose biomass treatment apparatus of the present invention, the pretreated biomass obtained by pretreating the biomass can be saccharified and fermented in the same reactor in which the pretreatment has been carried out without moving the biomass separately to the saccharification tank or the like, Not only biomass treatment is possible but also useful products obtained from the biomass can be obtained with high efficiency.
또한, 본 발명의 다목적 바이오매스 처리방법에 의하면, 새로운 구조의 다목적 바이오매스처리장치를 통해 바이오매스를 처리하여 얻을 수 있는 유용산물인 전처리된 바이오매스, 당화산물 및 발효산물 중 하나 이상을 대량으로 얻을 수 있다. According to the multi-purpose biomass processing method of the present invention, at least one of the pre-processed biomass, glycation product and fermentation product, which are available products obtained by processing the biomass through a multi-purpose biomass processing apparatus of a new structure, Can be obtained.
본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.These technical advantages of the present invention are not limited to the above-mentioned technical scope, and even if not explicitly mentioned, the effect of the invention which can be recognized by a person skilled in the art from the description of the concrete contents for carrying out the invention Of course.
도 1은 본 발명의 하나의 일면에 따른 바이오매스 처리를 위한 다목적 바이오매스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치 중 반응기의 구체적인 구현예들이다.
도 3은 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치에서 바이오매스로부터 최종산물로 바이오매스당화산물 또는 바이오매스발효산물을 수득하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치에서 전처리 반응시 열교환기를 동작시켜 반응기의 온도를 상승시킨 후 서서히 냉각되는 과정을 보여주는 측정그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스처리장치를 이용하여 실시예1과 같이 전처리시 얻어지는 결과 그래프이다.1 is a schematic view of a multipurpose biomass processing apparatus for biomass processing according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are specific examples of the reactor of the multipurpose biomass processing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a process for obtaining a biomass saccharified product or a biomass fermentation product from a biomass as a final product in the multipurpose biomass processing apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing a process in which the temperature of the reactor is gradually increased by operating the heat exchanger during the pretreatment reaction in the multi-purpose biomass treatment apparatus shown in FIG. 1, and then gradually cooled.
FIG. 5 is a graph of results obtained in the pretreatment as in Example 1 using the multipurpose biomass treatment apparatus shown in FIG.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 갖는 통상의 의미와 본 발명의 명세서 전반에 걸쳐 기재된 내용을 토대로 해석되어야 한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Accordingly, the terms used in the present invention should not be construed to be mere terms, but should be interpreted based on the ordinary meanings of the terms and contents described throughout the specification of the present invention. In particular, where the use of the terms " about ", " substantially " or " about " is used, it can be interpreted that the manufacturing and material tolerances inherent in the stated meanings are used in the numerical value or in close proximity to the numerical value .
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals used to describe the present invention throughout the specification denote like elements.
본 발명의 기술적 특징은 바이오매스를 전처리하여 얻어진 전처리된 바이오매스를 별도로 당화조 등으로 이동시키지 않고 전처리가 수행된 동일한 반응기에서 당화 및 발효공정을 수행함으로써 당화산물 및 바이오에탄올을 포함한 발효산물과 같은 바이오매스유래 유용산물을 대량으로 제조할 수 있는 구조를 갖는 다목적 바이오매스처리장치 및 다목적 바이오매스처리방법에 있다. The technical feature of the present invention is that the pretreated biomass obtained by pretreating the biomass is not separately transported to a saccharification tank and the saccharification and fermentation process is performed in the same reactor in which the pretreatment has been carried out to produce fermentation products including glycosylated products and bioethanol The present invention relates to a multipurpose biomass treatment apparatus and a multipurpose biomass treatment method having a structure capable of mass production of biomass-derived useful products.
따라서, 본 발명의 다목적 바이오매스처리장치는 바이오매스 및 용매가 투입되어 처리되는 반응기; 상기 반응기와 제1연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에 투입된 용매를 가열 또는 냉각시켜 상기 반응기에 제공하는 열교환기; 상기 반응기 및 열교환기 사이에 설치되어 상기 열교환기에 의해 가열 또는 냉각된 용매를 상기 반응기와 열교환기사이에서 상기 제1연결부재를 따라 순환시키는 순환기; 및 상기 반응기와 제2연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에서 기화된 기체상태의 용매를 포집하고, 포집된 용매를 액화시켜 상기 반응기에 제공하는 냉각기;를 포함한다. Accordingly, the multipurpose biomass treatment apparatus of the present invention comprises a reactor in which biomass and a solvent are introduced and processed; A heat exchanger connected to the reactor and the first connecting member to heat or cool the solvent introduced into the reactor to provide the heated or cooled solvent to the reactor; A circulator which is installed between the reactor and the heat exchanger and circulates the solvent heated or cooled by the heat exchanger along the first connection member at a heat exchange knob with the reactor; And a cooler connected to the reactor and the second connecting member to collect the gaseous solvent vaporized in the reactor and liquefy the collected solvent to the reactor.
또한, 본 발명의 다목적바이오매스 처리방법은 반응기에 바이오매스 및 전처리용매를 투입하는 단계; 상기 반응기와 열교환기를 연결하는 제1연결부재를 따라 상기 전처리용매를 열교환기로 수송하고 열교환기에서 가열된 전처리용매를 상기 반응기로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 반응온도까지 상승시키는 단계; 상기 반응온도에서 상기 바이오매스를 전처리용매로 전처리 반응시키는 전처리단계; 상기 전처리 반응이 종료되면 상기 전처리용매를 상기 반응기의 제1배출구를 통해 배출시켜 전처리용매저장탱크로 회수하는 단계; 및 상기 반응기에서 얻어진 전처리바이오매스를 세척 또는 회수하는 단계;를 포함한다. In addition, the method for treating a multipurpose biomass of the present invention comprises the steps of injecting a biomass and a pretreatment solvent into a reactor; Transporting the pretreatment solvent to a heat exchanger along a first connecting member connecting the reactor and the heat exchanger and raising the temperature inside the reactor to a reaction temperature through a circulation process of re-transporting the pretreated solvent heated in the heat exchanger to the reactor ; A pretreatment step of pre-treating the biomass with a pretreatment solvent at the reaction temperature; Removing the pretreatment solvent through the first outlet of the reactor and recovering the pretreatment solvent to the pretreatment solvent storage tank when the pretreatment reaction is completed; And washing or recovering the pretreatment biomass obtained in the reactor.
본 발명의 실시예에 따른 구체적인 구현예를 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A detailed description will be given of specific embodiments according to the present invention with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 하나의 일면에 따른 바이오매스 처리를 위한 다목적 바이오매스 처리장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치 중 반응기의 구체적인 구현예들이며, 도 3은 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치에서 바이오매스로부터 최종산물로 바이오매스당화산물 또는 바이오매스발효산물을 수득하는 과정을 보여주는 흐름도이고, 도 4는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스 처리장치에서 전처리반응시 열교환기를 동작시켜 반응기의 온도를 상승시킨 후 서서히 냉각되는 과정을 보여주는 측정그래프이다. 도 5는 도 1에 도시된 다목적 바이오매스처리장치를 이용하여 실시예1과 같이 전처리시 얻어지는 결과 그래프이다.FIG. 1 is a schematic view of a multipurpose biomass processing apparatus for biomass processing according to one aspect of the present invention. FIGS. 2a and 2b are views showing a concrete implementation of a reactor of the multipurpose biomass processing apparatus shown in FIG. FIG. 3 is a flow chart showing the process of obtaining a biomass saccharified product or a biomass fermentation product as a final product from the biomass in the multipurpose biomass processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a flowchart showing the multipurpose biomass processing apparatus shown in FIG. It is a measurement graph showing the process in which the heat exchanger is operated during the pretreatment reaction in the biomass treatment device to raise the temperature of the reactor and then gradually cool down. FIG. 5 is a graph of results obtained in the pretreatment as in Example 1 using the multipurpose biomass treatment apparatus shown in FIG.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다목적 바이오매스 처리장치(100)는 반응기(110), 열교환기(120), 순환기(130) 및 냉각기(140)를 포함한다. 여기서, 반응기(110)와 열교환기(120)는 제1연결부재(150)를 구성하는 제1관상부재(151) 및 제2관상부재(155)로 연결되고, 반응기(110)와 냉각기(140)는 제2연결부재(160)를 구성하는 제3관상부재(161) 및 제4관상부재(162)에 의해 연결된다. 또한 도시된 바와 같이 반응기(110)로 투입되는 각종 물질을 보관하는 다수개의 탱크가 반응기(110)와 연결되며, 반응기(110)에서 배출되는 서로 다른 배출물을 저장하거나 폐기하기 위한 다수개의 탱크가 제1관상부재(120) 상에 연결되어 설치될 수 있다.Referring to FIG. 1, the multipurpose
반응기(110)는 바이오매스 및 용매가 투입되어 처리되는 공간을 제공하므로, 바이오매스에 대한 전처리, 당화 및 발효가 일어나는 장소이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 반응기(110)는 본체(111), 덮개부(112), 배출구, 주입구, 및 여과부재(115)를 포함한다. 특히, 반응기(110)는 일반적으로 알려진 챔버구조일 수 있지만, 본 발명에서는 전처리반응이 대기압에서 진행되므로 고가의 압력용기를 사용할 필요가 없다는 장점이 있다. The
본체(111)는 바이오매스에 대한 전처리, 당화 및 발효가 일어날 수 있는 공간을 제공하는 기능을 수행해야 하므로 밀폐된 장방형 내부공간을 형성하기만 하면 공지된 모든 형태의 통형 구조물일 수 있다. The
필요한 경우 본체(111)에는 내부공간 상에 설치되는 부상방지수단을 더 포함할 수 있다. 부상방지수단은 용매 위로 떠오르는 바이오매스가 용매에 침지된 상태를 유지하도록 하는 구성요소인데, 일구현예로서 도2a에 도시된 바와 같이, 고정부재(116) 및 다공성부재(117)를 포함하는 부상방지수단이 형성될 수 있다. 고정부재(116)는 다공성부재(117)를 고정하기 위한 구성요소로서 본체(111)의 측벽에 지면과 평행하게 돌출되어 형성되는데, 하부에서 상부로 일정간격으로 다수개 형성되어 다공성부재(117)가 서로 다른 높이를 갖도록 본체(111)의 내부공간 상에 설치될 수 있다. 다공성부재(117)는 고정부재(116)에 탈부착가능하게 고정되어 반응기(110)에서 바이오매스를 전처리, 당화 또는 발효하는 과정에서 바이오매스 등이 상부로 떠오르는 것을 방지하기 위한 구성요소이다. 따라서, 다공성부재(117)는 반응기(110)내에 삽입되어 본체(111)의 내부공간의 수평단면 즉, 내부공간의 측벽에 수직한 단면 전체를 커버하면서 고정부재(116)에 고정될 수 있는 직경을 갖는 다공판 구조이기만 하면 그 형태는 제한되지 않으나, 도 2c에 도시된 바와 같이 타공된 판상구조로서 중간에 1개 이상의 경첩구조를 형성하여 접혀질 수 있고, 중심부에 걸이부가 있어서 덮개부(112)를 통해 바이오매스의 양에 따라 서로 다른 높이를 갖는 고정부재(116)에 부착할 수 있다. If necessary, the
부상방지수단의 또 다른 구현예로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 부상방지부재(118) 및 높이조절부재(119)를 포함하는 부상방지수단이 형성될 수 있다. 부상방지부재(118)는 본체(111)의 내부공간의 수평단면과 형상은 동일하고 내부공간에서 상하이동이 가능한 직경을 갖는 크기이며 다공성을 갖는 판형상일 수 있다. 높이조절부재(119)는 부상방지부재(118)가 본체(111)내의 내부공간에 위치하는 높이를 조절하기 위한 것으로, 그 일단부는 부상방지부재(118)의 상부표면의 중심부에 고정되고 그 타단부는 본체(111) 상단부의 중심측에 고정되어 본체(111) 측벽과 평행하게 상하 방향으로 모터와 같은 동력에 의해 길이 조절이 가능한 구조를 갖는 공지된 기술적 구성이 사용될 수 있다. 그 일예로, 높이조절부재(119)로 유압실린더구조가 사용될 수 있을 것이다. As another embodiment of the injury preventing means, an injury preventing means including the
덮개부(112)는 본체(111)의 내부공간에 바이오매스는 물론, 필요한 경우 바이오매스를 전처리, 당화 및 발효시키기 위해 필요한 전처리용매를 포함하여 각종 반응물을 투입할 수 있는 기능을 수행하는 구성요소이다. 따라서, 덮개부(112)는 본체(111)의 내부공간을 개폐할 수 있는 구조이기만 하면 형태의 제한 없이 본체(111)의 상단부 또는 측벽에 설치될 수 있다. 필요한 경우 덮개부(112)는 제어기의 제어에 따라 자동으로 개폐되는 구성으로 구현될 수도 있다.특히, 부상방지수단이 도 2d에 도시된 바와 같이 구현되면, 덮개부(112)는 본체(111)의 하부 측벽 측으로 형성되어 수동으로 반응기(110)의 내부공간으로 바이오매스를 공급할 수도 있고, 필요한 경우 제어부에 의해 자동으로 개폐되는 구조를 갖는 슬라이딩방식으로 형성되어 컨베이어벨트를 통해 바이오매스가 자동으로 공급되는 구조로 구현할 수 있음을 물론이다. The
배출구는 반응기(110)내에서 바이오매스를 전처리, 당화 및 발효를 수행하는 과정에서 얻어진 각종 반응물을 반응기(110)외부로 배출하는 기능을 수행하는 구성요소로서, 제1연결부재(150) 중 제1관상부재(151)와 연결되는 제1배출구(113a), 제2연결부재(160) 중 제3관상부재(161)와 연결되는 제2배출구(113b) 및 전처리된 바이오매스를 그대로 배출하는 고체배출구를 포함하여 본체(110)의 하부 또는 측벽에 다수개 형성될 수 있다. 특히, 제1배출구(113a)는 제1연결부재(150)와 연결되어 반응기(110)에 존재하는 용매를 반응기(110)외부로 배출할 수 있는 구성요소이므로 제1배출구(113a)는 본체(110)의 하부에 형성될 수 있을 것이다. 제2배출구(113b)를 통해 제2연결부재(160)로 반응기(110)에서 배출되는 용매는 기화된 상태일 수 있으므로 제2배출구(113b)는 반응기(110)의 측벽 중 상부에 형성될 수 있다. 또한, 반응기(110)에서 전처리, 당화 및 발효 중 하나 이상의 반응이 수행되는 동안 반응기(110)를 밀폐하고, 제1배출구(113a) 또는 제2배출구(113b)를 통해 배출되는 용매의 유량을 조절하기 위해 반응기(110)의 외부측으로 제1연결부재(150)와 인접하여 제1배출구(113a)의 개폐를 통해 유량을 통제하거나, 제2연결부재(160)와 인접하여 제2배출구(113b)의 개폐를 통해 유량을 통제하기 위한 밸브와 같은 유량조절수단(170)이 더 설치될 수 있다. The outlet is a component that performs a function of discharging various reactants obtained in the course of performing the pretreatment, saccharification and fermentation of the biomass in the
주입구는 반응기(110)에서 바이오매스에 대해 전처리, 당화 및 발효를 수행하는 과정에서 필요한 물질을 반응기(110) 외부에서 반응기(110) 내부로 주입하는 기능을 수행하는 구성요소로서, 고상물질이 투입되는 덮개부(112)와는 달리 주로 액상 또는 기체상 물질을 반응기(110)내로 도입할 수 있다. 주입구는 제1연결부재(150) 중 제2관상부재(155)와 연결되는 제1주입구(114a), 제2연결부재(160) 중 제4관상부재(162)와 연결되는 제2주입구(114b) 및 전처리, 당화 및 발효공정을 수행하기 위해 필요한 물질을 주입하는 다수의 주입구를 포함하여 본체(110)의 상부 또는 측벽에 다수개 형성될 수 있다. 특히, 제1주입구(114a)는 반응기(110)에서 외부로 배출된 용매가 제1관상부재(151)를 거쳐 열교환기(120)에서 가열 또는 냉각된 상태로 제2관상부재(155)를 거쳐 다시 반응기(110)로 재투입되는 구성요소이다. 제2주입구(114b)는 반응기(110)에서 외부로 배출된 기체상 용매가 제3관상부재(161)를 거쳐 냉각기(140)에서 냉각되어 액상 용매로 전환된 상태로 제4관상부재(162)를 거쳐 다시 반응기(110)로 재투입되는 구성요소이다. 전처리, 당화 및 발효공정을 수행하기 위해 필요한 물질을 주입하는 다수의 주입구는 세척수저장탱크(194) 또는 수도관, 효소저장탱크(195), 완충액저장탱크(196), 효모저장탱크(197)와 각각 연결될 수 있다. 주입구의 경우에도 반응기(110)에서 전처리, 당화 및 발효 중 하나 이상의 반응이 수행되는 동안 반응기(110)를 밀폐하고, 주입구를 통해 주입되는 유량을 조절하기 위해 반응기(110)의 외부측으로 밸브와 같은 유량조절수단(170)이 더 설치될 수 있음을 당연하다. The injection port is a component that performs a function of injecting a substance necessary for performing the pretreatment, saccharification and fermentation of biomass into the
여과부재(115)는 반응기(110)에서 제1배출구(113a)를 통해 그 외부 즉 제1연결부재(150)로 배출되는 물질을 여과할 수 있는 구성요소로서, 일 구현예로서 여과부재(117)를 통과한 용매만이 반응기(110) 외부인 제1연결부재(150)를 통해 배출되도록 구현될 수 있다. 구체적 구현예로서, 여과부재(115)는 제1배출구(113a) 주변에 설치될 수 있는데, 도 2a에 도시된 바와 같이 여과부재(115)가 제1배출구(113a)에서 일정거리 이격되는 직경을 갖는 형태로 형성되면, 제1배출구(113a)를 통해 배출되는 용매가 정체되지 않도록 할 수 있다. 이와 같이 여과부재(115)가 제1배출구(113a) 주변에 설치되면, 반응기(110)에서 일어나는 바이오매스전처리, 당화 및 발효 공정 수행 중이나 끝난 후에 반응기(110)외부로 배출되는 물질의 순환 시 반드시 여과부재(115)를 통과하게 되므로, 바이오매스 등이 통과하는 것을 방지하여 제1연결부재(150)를 통한 전처리용매 또는 세척수 등의 용매순환을 가능하게 할 뿐만 아니라, 전처리용매회수 또는 최종산물 수득시 불순물이 섞이는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. The
열교환기(120)는 반응기(110)와 제1연결부재(150)에 의해 연결되어 반응기(110)에 투입된 용매를 가열 또는 냉각시켜 반응기(110)에 제공하는 기능을 수행하는 구성요소이다. 본 발명에서 사용되는 열교환기(120)는 용매가 포함하고 있는 열을 Tube 또는 Plate의 형태를 지닌 전열면을 통해 Cooling Water, Air, 용매 상호간에 열전달을 일으켜 Heating, Cooling, Condensing 등의 기능을 수행하는 공지된 모든 구성의 열교환기가 사용될 수 있으므로 이에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.The
순환기(130)는 반응기(110) 및 열교환기(120) 사이에 설치되어 열교환기(120)에 의해 가열 또는 냉각된 용매를 반응기(110)와 열교환기(120)사이에서 제1연결부재(150)를 따라 순환시키는 기능을 수행하는 구성요소이다. 이와 같이 본 발명에서 사용되는 순환기(130)는 반응기(110)에서 배출되는 용매를 제1연결부재(150)를 따라 순환시키기 위한 펌핑 수단이므로, 모터와 같이 공지된 구성의 펌핑수단이 사용될 수 있으므로 이에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.The
냉각기(140)는 반응기(110)와 제2연결부재(160)에 의해 연결되어 반응기(110)에서 기화된 기체상태의 용매를 포집하고, 포집된 용매를 액화시켜 반응기(110)에 제공하는 기능을 수행하는 구성요소로서, 공지된 구성의 냉각장치를 사용할 수 있으므로 이에 대해서도 자세한 설명을 생략한다.The cooler 140 is connected to the
제1연결부재(150)는 상술된 바와 같이 반응기(110)와 열교환기(120)를 연결하여 양자사이에서 용매의 순환이 가능하도록 순환라인을 형성하는 구성요소로서, 제1관상부재(151)와 제2관상부재(155)를 포함한다. 제1관상부재(151)는 용매를 반응기(110) 외부로 배출시키는 제1배출구(113a)와 열교환기(120)를 연결하는 구성요소이고, 제2관상부재(155)는 열교환기(120)와 열교환기(120)를 통과한 용매가 반응기(110)로 주입되는 제1주입구(114a)를 연결하는 구성요소로서, 관상부재이기만 하면 형상이나 길이 재질의 유연성은 제한되지 않고 공지된 기술적 구성을 그대로 필요에 따라 적용가능하다. The
이 때, 제1관상부재(151)에는 제1개폐부재(152) 및 배출부재(153)가 설치된다. 제1개폐부재(152)는 제1관상부재(151)가 열교환기(120)와 연결되는 부분에 근접하여 설치되어 제1관상부재(151)를 개폐할 수 있는 구성요소로서, 제1개폐부재(152)를 통해 열교환기(120)로 유입되는 용매의 유량을 조절할 수 있다.At this time, the first
배출부재(153)는 제1연결부재(150) 즉 제1관상부재(151) 중 제1개폐부재(152)가 설치된 부분의 전단에서 제1관상부재(151)와 연결되도록 설치되어 제1관상부재(151)를 통과하는 용매를 외부로 배출시키는 구성요소로서, 1개 이상 형성될 수 있다. 즉, 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효과정 중 필요에 따라 제1관상부재(151)를 통과하는 반응기(110)에서 배출된 용매를 포함한 각종 액상물질이 열교환기(120)로 진입하기 전에 제1개폐부재(152)를 폐쇄한 상태에서 다목적 바이오매스 처리장치(100)의 외부로 배출하기 위한 구성요소이기 때문이다. The
일 구현예로서 배출부재(153)는 제1관상부재(151)에 거의 수직하게 관통 연결되는 관상부재인 연결관(153a)과 연결관(153a)중 제1관상부재(151)와 인접한 일단부측으로 설치되어 제1관상부재(151)와 연결되는 관통부분과의 개폐를 조절하는 개폐조절밸브(153b)를 포함하는 구성일 수 있다. The
구체적인 구현예로서, 배출부재(153)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1배출부재(153c), 제2배출부재(153d) 및 제3배출부재(153e)가 순차적으로 형성될 수 있는데, 제1관상부재(151)와 인접하지 않은 타단부에 연결되는 구성요소를 제외하면 제1배출부재(153c), 제2배출부재(153d) 및 제3배출부재(153e)는 모두 연결관(153a)과 개폐조절밸브(153b)를 포함하는 동일한 구성을 가질 수 있다. 여기서, 제1배출부재(153c)는 제1관상부재(151)를 통과하는 용매 중 당화산물 또는 발효산물을 배출시키기 위한 구성요소이므로, 제1관상부재(151)와 인접하지 않은 연결관(153a)의 타단부가 당화산물 또는 발효산물을 수득하는 최종산물회수탱크(191)와 연결될 수 있다. 제2배출부재(153d)는 제1관상부재(151)를 통과하는 용매 중 전처리용매를 배출시키기 위한 구성요소이므로, 제1관상부재(151)와 인접되지 않은 연결관(153a)의 타단부가 전처리용매를 보관하는 전처리용매탱크(192)와 연결될 수 있다. 제3배출부재(153e)는 제1관상부재(151)를 통과하는 용매 중 세척수를 배출시키기 위한 구성요소이므로, 제1관상부재(151)와 인접되지 않은 연결관(153a)의 타단부가 세척수를 처리하는 폐기물탱크(193) 또는 정화장치로 연결될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
필요한 경우 도시하지는 않았지만, 전처리용매탱크(192)로부터 회수되어 저장된 전처리용매를 제1관상부재(151)를 통해 열교환기(120)로 재전송하는 펌핑수단을 더 포함할 수도 있다. The apparatus may further include a pumping means for retransmitting the pretreated solvent recovered and stored from the pretreatment
제2연결부재(160) 또한 상술된 바와 같이 반응기(110)와 냉각기(140)를 연결하여 양자사이에서 기체상태의 용매를 투입 받아 액체상태로 액화시켜 배출하는 순환이 가능하도록 순환라인을 형성하는 구성요소로서, 제3관상부재(161)와 제4관상부재(162)를 포함한다. 제3관상부재(161)는 기화된 용매를 기체상태로 반응기(110) 외부로 배출시키는 제2배출구(113b)와 냉각기(140)를 연결하는 구성요소이고, 제4관상부재(162)는 냉각기(140)를 통과하여 액화된 액체상태의 용매가 반응기(110)로 주입되는 제2주입구(114b)를 연결하는 구성요소로서, 관상부재이기만 하면 형상이나 길이 재질의 유연성은 제한되지 않고 공지된 기술적 구성을 그대로 필요에 따라 적용가능하다. The second connecting
상술된 구성요소를 포함하는 다목적 바이오매스처리장치(100)는 반응기(110)에 투입되는 바이오매스의 종류 및 함량에 따라 반응온도, 용매량, 반응시간을 포함한 바이오매스처리조건을 설정하게 되면, 설정된 기 설정조건에 따라 반응기(110), 열교환기(120), 순환기(130), 냉각기(140), 및 유량조절수단(170)을 포함한 각 구성요소를 제어하여 바이오매스를 처리하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 그 결과 본 발명의 다목적 바이오매스처리장치(100)는 사용자의 의도에 따라 바이오매스를 전처리, 당화 및 발효 시키는 하나이상의 공정을 수행하도록 제어기를 통해 제어되어, 전처리바이오매스, 바이오매스당화산물 및 바이오매스발효산물 중 하나 이상을 수득할 수 있도록 동작되는데, 이러한 다목적 바이오매스처리장치의 동작은 제어기의 설정에 따라 수동 또는 반자동으로 구현할 수도 있지만, 완전자동으로도 구현이 가능하다. If the biomass treatment conditions including the reaction temperature, the solvent amount, and the reaction time are set according to the type and content of the biomass to be fed into the
상술된 구성을 갖는 다목적 바이오매스처리장치를 이용하여 바이오매스로부터 전처리바이오매스, 바이오매스당화산물 및 바이오매스발효산물을 수득할 수 있는 다목적바이오매스 처리방법에 대해 살펴본다.A multipurpose biomass treatment method capable of obtaining a pretreatment biomass, a biomass glycosylation product, and a biomass fermentation product from biomass using the multipurpose biomass treatment apparatus having the above-described configuration will be described.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응기(110)에 바이오매스 및 전처리용매를 투입한다(S1). 반응기(110)에 바이오매스 및 전처리용매 투입은 수동으로 이루어질 수도 있지만, 제어기의 제어에 의해 반응기(110)의 덮개부(112)가 열리고 덮개부(112) 외측으로 연결된 컨베이어벨트를 통해 바이오매스가 반응기(110)내로 투입되고, 순환기(130) 및/또는 펌핑수단(154)이 동작되어 전처리용매탱크(192)에 저장된 전처리용매가 제1연결부재(150)를 통해 제1주입구(114a)를 거쳐 반응기(110)로 투입될 수 있다. 여기서, 전처리 용매는 카르복실산 및 과산화수소수를 포함하는데, 예를 들어 카르복실산과 과산화수소수가 0.5 ~ 7:1의 몰비로 포함되는 것일 수 있다. 이 때 카르복실산은 순도가 99%이상이고, 과산화수소수는 농도가 20중량%이상일 수 있다. As shown in FIG. 3, the biomass and the pretreatment solvent are introduced into the reactor 110 (S1). The feed of biomass and pretreatment solvent into the
반응기(110)에 투입된 전처리용매를 반응기(110)와 열교환기(120)를 연결하는 제1연결부재(150)를 따라 순환기(130)의 동력을 이용하여 열교환기(120)로 수송하고 열교환기(120)에서 가열된 전처리용매를 반응기(110)로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 80도 내지 100도 범위의 전처리 반응온도까지 상승시키는 단계를 수행한다(S2). 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 열교환기를 통해 2-3분씩 간헐적으로 전처리용매를 가열하여 2 내지 6회 순환시키게 되면 약 30분 이내에 반응온도에 도달하게 된다. The pretreating solvent introduced into the
반응기(110) 내부가 전처리반응온도에 이르게 되면 전처리용매가 더 이상 순환되지 않도록 제1연결부재(150)와 연결되는 제1배출구(113a) 및 제1주입구(114a)에 인접하여 설치된 유량조절수단(170)을 폐쇄하고, 반응기(110)내에서 바이오매스와 가열된 전처리용매가 반응하여 바이오매스에 포함된 효소 당화의 저해요소인 리그닌이 효과적으로 제거되는 전처리단계가 수행된다(S3). 전처리 반응단계는 발열반응이므로 전처리용매가 순환하지 않더라도 반응기(110)내부의 온도가 반응온도를 유지할 수 있다. 이 때 반응기(110)에서 기화된 전처리용매는 제2연결부재(160)의 제3관상부재(161)를 통해 냉각기(140)로 포집된 후 냉각되어 액체상태로 제4관상부재(162)를 통해 반응기(110)로 재투입된다.When the inside of the
전처리반응이 종료되면 제1연결부재(150)에 설치된 제1개폐부재(152 그림에 누락되어 있음)를 통해 제1연결부재를 폐쇄한 다음, 제1배출구(113a)에 인접하여 설치된 유량조절수단(170)을 열어서 반응기(110)로부터 전처리용매를 배출시켜 전처리용매를 제2배출부재(153d)를 통해 전처리용매탱크(192)로 회수할 수 있다(S4).After the pre-treatment reaction is completed, the first connecting member is closed through the first opening / closing member (omitted in FIG. 152) provided in the first connecting
이와 같이 전처리용매가 회수되면 반응기(110)에는 전처리 바이오매스만이 남게 되므로, 반응기(110)에서 얻어진 전처리바이오매스를 세척 또는 회수하는 단계를 수행할 수 있다(S5). 즉 반응기(110)에서 얻어진 전처리바이오매스를 그대로 반응기(110)외부로 배출시켜 전처리바이오매스를 회수하거나, 당화 및/또는 발효공정을 수행하기 위해 전처리 바이오매스를 세척할 필요가 있으므로, 반응기(110)에서 세척된 전처리바이오매스의 당화 및/또는 발효공정을 더 수행시킬 수도 있다. 필요한 경우 반응기(110)에서 전처리바이오매스를 세척하여 세척된 전처리바이오매스를 반응기(110)외부로 배출시켜 회수할 수도 있을 것이다. 세척 단계를 살펴보면, 세척수를 반응기(110)에 투입하여 열교환기(120)로 순환기(130)의 동력을 이용하여 순환시켜 전처리바이오매스를 세척하고 반응기의 온도를 낮추게 된다. 보다 구체적으로는 반응기(110)에 형성된 배출구 및 주입구 중 세척수저장탱크(194) 또는 수도관이 연결된 주입구를 제외한 나머지 배출구 및 주입구는 닫고, 세척수저장탱크(194) 또는 수도관이 연결된 주입구만 그 외부에 인접하여 형성된 유량조절밸브(170)를 통해 개방하여 반응기(110)내로 세척수를 필요한 양만큼 투입한 후 유량조절밸브(170)를 닫는다. 그 후 제1배출구(113a) 및 제1주입구(114a)를 개방한 다음 순환기(130)를 동작시키면, 제1배출구(113a)를 통해 반응기(110)에서 배출된 세척수가 제1연결부재(150)를 따라 이동하면서 열교환기(120)를 거쳐 제1주입구(114a)를 통해 반응기(110) 주입되는 세척수 순환과정을 통해 전처리 바이오매스가 세척된다. 세척이 종료되면 제1배출구(113a)를 닫은 상태로 제1연결부재에 흐르는 모든 세척수를 제1주입구(114a)를 통해 반응기(110)로 모두 회수시킨 후 제1주입구(114a) 및 제1개폐부재(152)를 닫은 후 제1배출구(113a)를 개방하여 전처리 바이오매스를 세척한 세척수를 제3배출부재(153e)를 통해 폐기물탱크(193) 또는 정화조로 폐기한다. 필요에 따라 이와 같이 진행되는 전처리 바이오매스의 세척단계(S5)는 1회 이상 수행될 수 있다.When the pretreatment solvent is recovered, only the pretreatment biomass remains in the
전처리바이오매스에 대한 세척이 완료되면, 반응기(110)에서 세척된 전처리바이오매스에 대한 당화반응을 수행한다(S6). 즉, 세척된 전처리바이오매스가 존재하는 반응기(110)로 효소저장탱크 및 완충액저장탱크와 연결된 주입구에 인접하게 외부에 설치된 유량조절밸브(170)를 열어서 효소 및 완충액을 반응기에 공급한다. 공급된 효소와 완충액을 반응온도로 가열하기 위해 제1배출구(113a) 및 제1주입구(114a)를 열고 순환기(130)를 동작시켜 제1연결부재(150)를 따라 효소 및 완충액을 열교환기로 수송하고 열교환기에서 가열된 효소 및 완충액을 반응기(110)로 재수송하는 순환과정을 통해 반응기 내부의 온도를 반응온도까지 상승시킨 후, 지속적인 순환을 통해 반응온도를 유지하면서 전처리바이오매스를 당화반응시킨다. 당화반응이 완료되면 반응기(110)의 제1배출구(113a)를 닫은 후, 제1연결부재(150)를 흐르는 효소, 완충액 및 바이오매스당화산물이 포함된 혼합액이 제1주입구(114a)를 통해 모두 반응기(110)로 주입되게 한 후 제1주입구(114a)를 닫고, 제1개폐부재(152)를 폐쇄한 다음 제1배출구(113a)를 열어서 제1배출부재(151c)를 통해 최종산물수득탱크로 최종산물을 회수하여 바이오매스당화산물을 수득할 수 있다.When washing of the pretreatment biomass is completed, a saccharification reaction for the pretreated biomass washed in the
경우에 따라서는, 전처리바이오매스에 대한 세척이 완료되면, 반응기(110)에서 세척된 전처리바이오매스에 대한 동시당화발효반응을 수행할 수 있다(S7). 동시당화발효반응은 상술된 당화반응에서 세척된 전처리바이오매스가 존재하는 반응기(110)로 효소저장탱크 및 완충액저장탱크와 연결된 주입구에 인접하게 외부에 설치된 유량조절밸브(170)를 열어서 효소 및 완충액을 반응기(110)에 공급할 때, 효모저장탱크와 연결된 주입구에 인접하게 외부에 설치된 유량조절밸브(170)도 열어서 효모도 반응기(110)에 동시에 공급하는 것 및 반응온도를 당화온도(약 35도)가 아니라 동시당화발효온도(약 40도)로 달리 설정한 것을 제외하면 상술된 단계를 그대로 수행하여 최종산물수득탱크로 최종산물을 회수하여 바이오매스발효산물을 수득할 수 있다. In some cases, when the washing of the pretreatment biomass is completed, the simultaneous saccharification fermentation reaction to the pretreated biomass washed in the
실시예 1Example 1
바이오매스로 상수리나무 칩 20kg과 전처리용매 80.9kg을 다목적 바이오매처리장치의 반응기에 투입하고 도 5에 도시된 바와 같이 2시간 이내로 전처리반응을 수행하여 전처리바이오매스1을 43.0kg(함수율 71.0%) 얻었다. 이때 바이오매스 회수율은 62.4%였다.20 kg of oak wood chips and 80.9 kg of pre-treatment solvent were charged into the reactor of the multipurpose biomass treatment apparatus and the pre-treatment reaction was performed within 2 hours as shown in FIG. 5 to obtain 43.0 kg (water content 71.0%) of the pretreated biomass 1, . At this time, the recovery rate of biomass was 62.4%.
실시예 2Example 2
바이오매스로 소나무칩 20kg과 전처리용매 80.9kg을 다목적 바이오매처리장치의 반응기에 투입하고 2시간 30분 동안 전처리반응을 수행하여 전처리바이오매스2를 53.1kg(함수율 74.1%) 얻었다. 이 때 바이오매스 회수율은 68.7%였다.20 kg of pine chips as a biomass and 80.9 kg of a pretreatment solvent were added to a reactor of a multipurpose biomass treatment apparatus and subjected to a pretreatment reaction for 2 hours and 30 minutes to obtain 53.1 kg (water content 74.1%) of
실시예 3Example 3
바이오매스로 볏짚 20kg과 전처리용매 80.9kg을 다목적 바이오매처리장치의 반응기에 투입하고 2시간 30분 동안 전처리반응을 수행하여 전처리바이오매스3을 65.3kg(함수율 76.6%) 얻었다. 이 때 바이오매스 회수율은 76.4%였다.20 kg of rice straw and 80.9 kg of pretreatment solvent were added to the reactor of the multipurpose biomass treatment apparatus and pretreated for 2 hours and 30 minutes to obtain 65.3 kg of pre-treatment biomass 3 (water content 76.6%). At this time, the recovery rate of biomass was 76.4%.
실험예 1Experimental Example 1
실시예 1 내지 3에서 얻어진 전처리 바이오매스1 내지 3의 화학성분을 분석하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.The chemical components of the pretreatment biomass 1 to 3 obtained in Examples 1 to 3 were analyzed and the results are shown in Table 1.
표 1로부터 본 발명의 다목적 바이오매스처리장치에 목본계는 물론 초본계 바이오매스를 투입하여 전처리가 수행된 후 얻어진 전처리 바이오매스에서 리그닌의 함량이 적어서 바이오매스에서 효소당화를 저해하는 리그닌이 거의 제거되었음을 알 수 있다. Table 1 shows that the lignin content in the pretreatment biomass obtained after pretreatment of the herbaceous system biomass as well as the tree system was reduced in the biomass of the present invention, .
실시예 4Example 4
실시예 1에서 얻어진 전처리 바이오매스1을 세척한 다음, 반응기에 효소 및 완충액을 투입한 후 당화공정을 수행하여 효소가수분해 당화액1을 얻었다. 이때 효소 투입량은 셀룰라아제 10 FPU/g biomass와 자일란아제 200 IU/g biomass로 처리하였다.After the pretreatment biomass 1 obtained in Example 1 was washed, an enzyme and a buffer were added to the reactor, and the saccharification process was performed to obtain the enzyme hydrolyzate 1. The enzyme feed was treated with 10 FPU / g biomass of cellulase and 200 IU / g biomass of xylanase.
실시예 5Example 5
실시예 2에서 얻어진 전처리 바이오매스2를 사용한 것을 제외하면 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 효소가수분해 당화액2를 얻었다. The enzyme hydrolyzed
실시예 6Example 6
실시예 3에서 얻어진 전처리 바이오매스3을 사용한 것을 제외하면 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 효소가수분해 당화액3을 얻었다.The same procedure as in Example 4 was carried out except that the pretreatment biomass 3 obtained in Example 3 was used to obtain an enzyme hydrolyzed glycoside 3.
실험예 2Experimental Example 2
실시예 4 내지 6에서 얻어진 효소가수분해액 1 내지 3에 함유된 바이오슈가 함량을 분석하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.The contents of the biosugars contained in the enzymatic hydrolysates 1 to 3 obtained in Examples 4 to 6 were analyzed, and the results are shown in Table 2.
실시예 7Example 7
실시예 1에서 얻어진 전처리 바이오매스1을 세척한 다음, 반응기에 효소, 완충액 및 효모를 투입한 후 동시당화공정을 수행하여 동시당화발효액1을 얻었다. 이때 효소 투입량은 셀룰라아제 10 FPU/g biomass와 자일란아제 200 IU/g biomass로 처리하였고, 효모는 전배양액을 전체 동시당화발효액의 10%를 첨가하였다. After washing the pretreatment biomass 1 obtained in Example 1, the enzyme, the buffer and the yeast were added to the reactor, and the simultaneous saccharification step was performed to obtain the co-saccharified fermentation broth 1. At this time, the enzyme input was treated with 10 FPU / g biomass of cellulase and 200 IU / g biomass of xylanase, and 10% of total yeast saccharification fermentation broth was added to the yeast culture.
실시예 8Example 8
실시예 2에서 얻어진 전처리 바이오매스2를 사용한 것을 제외하면 실시예 7과 동일한 방법을 수행하여 동시당화발효액2를 얻었다. The simultaneous
실시예 9Example 9
실시예 3에서 얻어진 전처리 바이오매스3을 사용한 것을 제외하면 실시예 7과 동일한 방법을 수행하여 동시당화발효액3을 얻었다.A simultaneous saccharified fermentation broth 3 was obtained in the same manner as in Example 7 except that the pretreatment biomass 3 obtained in Example 3 was used.
실험예 3Experimental Example 3
실시예 7 내지 9에서 얻어진 동시당화발효액 1 내지 3에서 얻어진 바이오에탄올의 함량을 분석하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.The content of bioethanol obtained in the simultaneous saccharified fermentation broths 1 to 3 obtained in Examples 7 to 9 was analyzed and the results are shown in Table 3. [
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation, Various changes and modifications will be possible.
100 : 다목적 바이오매스처리장치
110 : 반응기 111 : 본체
112 : 덮개부 113a : 제1배출구
113b : 제2배출구 114a : 제1주입구
114b : 제2주입구 115 : 여과부재
116 : 고정부재 117 : 다공성부재
118 : 높이조절부재
120 : 열교환기 130 : 순환기
140 : 냉각기 150 : 제1연결부재
151 : 제1관상부재 152 : 제1개폐부재
153 : 배출부재 153a : 연결관
153b :개폐조절밸브 153c : 제1배출부재
153d :2배출부재 153e : 제3배출부재
154 : 펌핑수단 155 : 제2관상부재
160 : 제2연결부재 161 : 제3관상부재
162 : 제4관상부재 170 : 유량조절수단
191 : 최종산물수득탱크
192 : 전처리용매탱크 193 : 폐기물탱크
194 : 세척수저장탱크 195 : 효소저장탱크
196 : 완충액저장탱크 197: 효모저장탱크 100: Multipurpose biomass processing unit
110: Reactor 111: Body
112:
113b:
114b: second inlet port 115: filtration member
116: fixing member 117: porous member
118: height adjustment member
120: heat exchanger 130: circulator
140: cooler 150: first connecting member
151: first tubular member 152: first opening / closing member
153: discharge member 153a: connection pipe
153b: opening /
153d: 2
154: pumping means 155: second tubular member
160: second connecting member 161: third tubular member
162: fourth tubular member 170: flow rate adjusting means
191: Final product yield tank
192: Pretreatment solvent tank 193: Waste tank
194: Washing water storage tank 195: Enzyme storage tank
196: Buffer storage tank 197: Yeast storage tank
Claims (19)
상기 반응기와 제1연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에 투입된 용매를 가열 또는 냉각시켜 상기 반응기에 제공하는 열교환기;
상기 반응기 및 열교환기 사이에 설치되어 상기 열교환기에 의해 가열 또는 냉각된 용매를 상기 반응기와 열교환기사이에서 상기 제1연결부재를 따라 순환시키는 순환기;
상기 반응기와 제2연결부재에 의해 연결되어 상기 반응기에서 기화된 기체상태의 용매를 포집하고, 포집된 용매를 액화시켜 상기 반응기에 제공하는 냉각기;
상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 세척수를 공급하는 세척수저장탱크 또는 수도관;
상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 효소를 공급하는 효소저장탱크;
상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 완충액을 공급하는 완충액저장탱크; 및
상기 반응기의 주입구로 연결되어 상기 반응기 내로 효모를 공급하는 효모저장탱크;를 포함하고,
상기 반응기에 투입된 바이오매스를 대기압에서 전처리하여 얻어진 전처리바이오매스, 상기 전처리바이오매스를 당화하여 얻어진 바이오매스당화산물 및 상기 바이오매스당화산물을 발효하여 얻어진 바이오매스발효산물을 상기 반응기에서 순차적으로 수득하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
A reactor in which biomass and a solvent are introduced and processed;
A heat exchanger connected to the reactor and the first connecting member to heat or cool the solvent introduced into the reactor to provide the heated or cooled solvent to the reactor;
A circulator which is installed between the reactor and the heat exchanger and circulates the solvent heated or cooled by the heat exchanger along the first connection member at a heat exchange knob with the reactor;
A cooler connected to the reactor and a second connecting member to collect gaseous solvent vaporized in the reactor, liquefy the collected solvent, and provide the collected solvent to the reactor;
A washing water storage tank or a water pipe connected to an inlet of the reactor to supply wash water into the reactor;
An enzyme storage tank connected to an inlet of the reactor to supply the enzyme into the reactor;
A buffer storage tank connected to an inlet of the reactor to supply the buffer into the reactor; And
And a yeast storage tank connected to an inlet of the reactor to supply yeast into the reactor,
A pretreatment biomass obtained by pretreating the biomass introduced into the reactor at atmospheric pressure, a biomass glycation product obtained by saccharifying the pretreatment biomass, and a biomass fermentation product obtained by fermenting the biomass glycation product are successively obtained in the reactor Wherein the biomass is a biomass.
상기 반응기는 밀폐된 장방형 내부공간을 형성하는 본체; 상기 본체의 상단부 또는 측벽에 설치되어 상기 내부공간을 개폐하는 덮개부; 상기 제1연결부재와 연결되는 제1배출구 및 상기 제2연결부재와 연결되는 제2배출구를 포함하여 상기 본체의 하부 또는 측벽에 형성되는 다수개의 배출구; 상기 제1연결부재와 연결되는 제1주입구 및 상기 제2연결부재와 연결되는 제2주입구를 포함하여 상기 본체의 상부 또는 측벽에 형성되는 다수개의 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
The method according to claim 1,
The reactor comprises a body defining a closed rectangular interior space; A lid provided on an upper end or a side wall of the main body to open and close the inner space; A plurality of discharge ports formed on a lower portion or a side wall of the main body including a first discharge port connected to the first connection member and a second discharge port connected to the second connection member; And a plurality of injection ports formed on an upper portion or a side wall of the main body, the main injection port including a first injection port connected to the first linking member and a second injection port connected to the second linking member Device.
상기 본체는 상기 용매 위로 떠오르는 상기 바이오매스가 상기 용매에 침지된 상태를 유지하도록 상기 내부공간 상에 설치되는 부상방지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스 처리장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the main body further comprises injury preventing means installed on the inner space so that the biomass floating on the solvent is immersed in the solvent.
상기 부상방지수단은 상기 본체의 측벽에 지면과 평행하게 돌출되어 일정간격으로 복수개 형성되는 고정부재; 및 상기 고정부재에 탈부착가능하게 상기 내부공간의 수평단면을 커버하도록 고정되는 다공성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
The method of claim 3,
Wherein the flotation preventing means comprises a plurality of fixing members protruding in parallel to the paper surface on the side wall of the main body and formed at a predetermined interval; And a porous member fixed to cover the horizontal section of the inner space in a detachable manner to the fixing member.
상기 부상방지수단은 상기 내부공간의 수평단면과 형상은 동일하고 상기 내부공간에서 상하이동이 가능한 직경을 갖는 크기이며 다공성을 갖는 부상방지부재; 및 그 일단부는 상기 부상방지부재의 상부표면의 중심부에 고정되고 그 타단부는 상기 본체 상단부의 중심측에 고정되어 상기 측벽과 평행하게 상하 방향으로 길이 조절이 가능한 높이조절부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
The method of claim 3,
Wherein the flotage prevention means comprises: a flotage prevention member having the same shape as the horizontal cross-section of the inner space, the flotation prevention member having a size and a porosity that allows a vertical movement in the inner space; And a height adjusting member fixed at a center portion of the upper surface of the flotage preventing member and the other end fixed to the center of the upper end of the body and being adjustable in the vertical direction in parallel with the side wall Wherein the biomass treatment device is a multi-purpose biomass treatment device.
상기 반응기에서 상기 제1배출구를 통해 상기 제1연결부재로 배출되는 용매를 여과하는 여과부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a filtration member for filtering the solvent discharged from the reactor to the first connection member through the first discharge port.
상기 제1연결부재는 상기 용매를 상기 반응기 외부로 배출시키는 제1배출구와 상기 열교환기를 연결하는 제1관상부재 및 상기 열교환기와 상기 열교환기를 통과한 용매가 상기 반응기로 주입되는 제1주입구를 연결하는 제2관상부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
The method according to claim 1,
The first connection member connects a first tubular member connecting the heat exchanger with a first discharge port for discharging the solvent to the outside of the reactor, and a first injection port through which the solvent passed through the heat exchanger and the heat exchanger is injected into the reactor Wherein the first tubular member comprises a second tubular member.
상기 제1관상부재 중 상기 열교환기와 연결되는 부분에 근접하여 설치되어 상기 제1관상부재를 개폐할 수 있는 제1개폐부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
8. The method of claim 7,
Further comprising a first opening / closing member installed adjacent to a portion of the first tubular member connected to the heat exchanger and capable of opening and closing the first tubular member.
상기 제1관상부재 중 상기 제1개폐부재가 설치된 부분의 전단에 설치되어 상기 제1관상부재를 통과하는 용매를 외부로 배출시키는 1개 이상의 배출부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
9. The method of claim 8,
Further comprising at least one discharge member provided at a front end of a portion of the first tubular member where the first openable and closable member is provided to discharge the solvent passing through the first tubular member to the outside, Device.
상기 배출부재는 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 당화산물 또는 발효산물을 배출시키는 제1배출부재, 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 전처리용매를 배출시키는 제2배출부재, 및 상기 제1관상부재를 통과하는 용매 중 세척수를 배출시키는 제3배출부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the discharging member comprises a first discharging member for discharging the saccharified product or the fermentation product in the solvent passing through the first tubular member, a second discharging member for discharging the pretreatment solvent in the solvent passing through the first tubular member, And a third discharge member for discharging the washing water in the solvent passing through the one tubular member.
상기 제1배출부재는 상기 당화산물 또는 발효산물을 수득하는 최종산물회수탱크와 연결되고, 상기 제2배출부재는 상기 전처리용매를 보관하는 전처리용매탱크와 연결되며, 상기 제3배출부재는 상기 세척수를 처리하는 폐기물탱크 또는 정화장치로 연결되는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
11. The method of claim 10,
Wherein the first discharge member is connected to a final product recovery tank for obtaining the saccharified product or fermented product and the second discharge member is connected to a pretreatment solvent tank for storing the pretreatment solvent, To a waste tank or a purification device for treating the biomass.
전처리용매탱크로부터 상기 전처리용매를 상기 제1관상부재를 통해 열교환기로 재전송하는 펌핑수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
11. The method of claim 10,
Further comprising pumping means for retransmitting the pretreatment solvent from the pretreatment solvent tank to the heat exchanger through the first tubular member.
상기 배출부재는 상기 제1관상부재와 연결되는 관상부재로서 상기 제1관상부재와 인접한 일단부측으로 설치되어 상기 제1관상부재와의 개폐를 조절하는 개폐조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the discharge member is a tubular member connected to the first tubular member and provided at one end side adjacent to the first tubular member for controlling opening and closing with the first tubular member. Mass processing device.
상기 제2연결부재는 상기 반응기에서 기화된 용매를 상기 반응기 외부로 배출시키는 제2배출구와 상기 냉각기를 연결하는 제3관상부재 및 상기 냉각기와 상기 냉각기에서 냉각된 용매가 상기 반응기로 주입되는 제2주입구를 연결하는 제4관상부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.
The method according to claim 1,
Wherein the second connecting member comprises a third tubular member connecting a second outlet for discharging the solvent vaporized in the reactor to the outside of the reactor and a third tubular member connecting the cooler and a second tubular member connected to the second tubular member for discharging the solvent cooled in the cooler, And a fourth tubular member connecting the injection port.
상기 반응기에 형성된 배출구 또는 주입구를 통해 배출 또는 유입되는 용매의 출입을 통제하는 유량조절수단이 상기 반응기 외부에서 상기 배출구 또는 주입구와 인접하여 더 설치되는 것을 특징으로 다목적 바이오매스처리장치.
18. The method according to any one of claims 1 to 13 and 17,
Wherein the flow rate regulating means for controlling the flow of the solvent discharged or introduced through the discharge port or the injection port formed in the reactor is further provided outside the reactor adjacent to the discharge port or the injection port.
상기 반응기에 투입된 바이오매스에 따라 반응온도, 용매량, 반응시간을 포함한 바이오매스처리조건이 설정되면, 기 설정조건에 따라 상기 반응기, 열교환기, 순환기, 냉각기, 및 유량조절수단을 포함한 각 구성요소를 제어하여 바이오매스를 처리하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다목적 바이오매스처리장치.19. The method of claim 18,
When the biomass treatment conditions including the reaction temperature, the solvent amount, and the reaction time are set according to the biomass introduced into the reactor, the biomass treatment conditions are set according to the preset conditions, and each component including the reactor, heat exchanger, circulator, cooler, Further comprising a controller for controlling the biomass to control the biomass.
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