KR102063372B1 - 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법 - Google Patents

순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법 Download PDF

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Abstract

본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서, 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치와, 상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질로 인해 급속 열분해시키는 급속열분해 반응기와, 상기 급속열분해 반응기로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치과, 상기 원심력 집진장치에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기와, 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기 및, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질을 순환시키는 순산소연소 에너지 회수장치와 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 CO2농도 조절장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서, (a) 급속열분해 반응기에 바이오매스 공급장치로부터 바이오매스가 공급되는 단계와, (b) 상기 급속열분해 반응기의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계와, (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치가 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 단계와, (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계 및, (e) 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
순산소연소 에너지 회수장치를 통하여 바이오오일 생산공정에 방해요인이 되는 촤를 연소시켜 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있다. 또한, 순산소연소 에너지 회수장치로부터 발생되는 열을 순환되는 유동매질 가열에 사용함으로써 유동매질 가열에 사용되는 열 에너지를 절약할 수 있다. 또한 생성되는 CO2를 포집하여 CCS가 가능하며 순산소 연소를 통해 NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있다. 또한 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다. 또한, 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 평균분자량을 조절할 수 있고 이를 통하여 유동영역을 변화시킬 수 있다. 유동영역의 변화는 기체-고체간의 혼합과 열전달에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 급속열분해 반응을 상황에따라 조절할 수 있다. 또한, 상기 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 가스 농도분포를 조절할 수 있다. 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하 될 수 있으므로 유동화 가스내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해반응을 조절할 수 있다.

Description

순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법{ A Bio oil manufacturing system using oxy-fuel combustion energy recovery device and circulating fluidized bed fast pyrolysis device and method for manufacturing Bio oil using the same}
본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지 회수장치를 결합하여 생성되는 열은 유동매질을 가열하는 보조열원으로, 고농도 CO2는 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 재순환하여 급속열분해 반응기로 공급함으로써 기존의 순환유동층 시스템과 비교하여 에너지 효율이 높은 바이오 오일 제조 시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것이다.
화석에너지 고갈 및 지구온난화 문제가 심각해짐에 따라 대체 에너지의 개발 및 보급의 필요성이 전 세계적으로 부각되고 있고 다양한 신재생에너지 및 대체에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 폐 바이오매스를 원료로 하여 에너지를 생산하는 바이오에너지는 탄소 중립적이고 환경에 미치는 영향이 작기 때문에 주목받고 있는 분야이다.
폐 바이오매스 원료는 열화학적 공정을 통하여 더욱 가치있는 에너지 형태로 변환될 수 있으며, 열화학적 공정은 열분해, 가스화, 연소의 세 가지 공정으로 구분된다. 열분해 기술은 무산소 조건에서 원료를 열적 분해하여 생성물을 액상, 기상, 고상의 형태로 회수하는 방법이다.
열분해방법 중 급속열분해 기술은 반응기 내 기체 체류시간을 2초 이하로 짧게 운전하여 액상 생성물의 수율을 극대화 할 수 있는 기술이다. 급속열분해 공정에는 높은 열전달 효율을 가지는 유동층 반응기가 많이 사용된다. 그 중 순환유동층 반응기는 기포유동층 반응기에 비해 높은 공탑속도에서 운전하여 고속기체와 입자간의 활발한 접촉을 통하여 다양한 물리화학적 반응을 수행할 수 있는 유동층 반응기이다.
순환유동층 반응기는 층 전체에 대하여 기체-고체 간의 혼합이 매우 우수하고 균일하기 때문에 접촉효율이 높고 낮은 과잉 공기비로도 높은 열분해 효율을 얻을 수 있다. 또한 높은 공탑속도로 인해 단위 면적대비 높은 연료처리가 가능하여 대규모 장치에 적합한 형태이다. 바이오오일은 열분해 된 증기상의 가스를 응축시켜 회수하며, 주로 shell and tube 열교환기, 직접접촉 열교환기 등이 사용된다.
대기중의 공기를 사용하는 연소, 가스화 공정과는 다르게 급속열분해 공정은 무산소 조건에서 실시되어야 하며 산소를 포함하지 않는 유동화 가스를 사용한다. 순환유동층 공정에서는 반응기 내 고체 입자들을 모두 비산시켜야 하므로 대량의 유동화 가스를 필요로 한다. 무산소 조건을 유지하기 위하여 운전시간 동안 새로운 유동화 가스를 공급하게 되면 막대한 운전비용이 필요하다.
또한, 급속열분해 시 생성되는 부산물인 촤(char)는 반응기 내에 체류하며 증기상태의 생성물을 분해하는 촉매 역할을 하여 바이오오일의 수율에 영향을 미치며 유동매질과 바이오매스와의 접촉을 방해하여 급속열분해 효율에도 영향을 미치므로 신속하게 분리 제거되어야 한다.
그러나, 상기와 같은 조건을 모두 충족시키는 급속 열분해 기술 및 제조 시스템 개발은 미흡한 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1309667호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지 회수장치를 적용하여 급속열분해 공정 및 바이오오일 수율에 부정적인 영향을 미치는 촤를 연소를 통하여 제거하고 연소과정에서 생성되는 열을 이용하여 순환되는 유동매질을 가열하는데 사용하며 또한 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 함께 급속열분해 반응기로 재순환시켜 운전비용을 절감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서, 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치와, 상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질과 혼합되어 급속열분해 되는 급속열분해 반응기와, 상기 급속열분해 반응기로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치과, 상기 원심력 집진장치에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기와, 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기 및, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질을 공급하고 생성된 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기로 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템을 제공한다.
또한, 본원발명은 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서, (a) 급속열분해 반응기에 바이오매스 공급장치로부터 바이오매스가 공급되는 단계와, (b) 상기 급속열분해 반응기의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계와, (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치가 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 공급하는 단계와, (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계 및, (e) 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 순산소 연소시켜 연소 반응시간이 긴 촤를 순산소연소를 통하여 효율적으로 연소시킬 수 있으며 촤를 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있다.
둘째, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 발생되는 열을 순환되는 유동매질 가열에 사용함으로써 유동매질 가열에 사용되는 열 에너지를 절약할 수 있다.
셋째, 본 발명은 순산소연소를 통하여 생성되는 CO2를 포집하여 CCS(carbon capture & storage)가 가능하다.
넷째, 본 발명은 순산소연소를 통하여 공기를 투입한 연소 시 생성될 수 있는 NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다.
여섯째, 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 평균분자량을 조절할 수 있고 이를 통하여 유동영역을 변화시킬 수 있다. 유동영역의 변화는 기체-고체간의 혼합과 열전달에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 급속열분해 반응을 상황에따라 조절할 수 있다.
일곱째, 상기 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 가스 농도분포를 조절할 수 있다. 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하 될 수 있으므로 유동화 가스내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해반응을 조절할 수 있다.
도1은 본원발명의 바이오 오일 제조 시스템에 관한 일실시예를 나타내는 구성도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법의 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본원발명의 바이오 오일 제조 시스템에 관한 일실시예를 나타내는 구성도이다.
본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서, 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치(100)와, 상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질로 인해 급속 열분해시키는 급속열분해 반응기(110)와, 상기 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치(120)과, 상기 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기(130)와, 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기(140) 및, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치(150)와 CO2 농도조절장치(160) 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원발명은 바이오매스 공급장치(100), 급속열분해 반응기(110), 원심력 집진장치(120), 바이오오일 응축기(130), 전기집진기(140) 및 순산소연소 에너지 회수장치(150), CO2 농도조절장치(160)로 구성되는 것으로 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 연소시켜 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있는 바이오 오일 제조시스템(10)에 관한 것이다.
화석에너지 고갈 및 지구온난화 문제가 심각해짐에 따라 대체 에너지의 개발 및 보급의 필요성이 전 세계적으로 부각되고 있고 다양한 신재생에너지 및 대체에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 폐 바이오매스를 원료로 하여 에너지를 생산하는 바이오에너지는 탄소 중립적이고 환경에 미치는 영향이 작기 때문에 주목받고 있는 분야이다.
폐 바이오매스 원료는 열화학적 공정을 통하여 더욱 가치있는 에너지 형태로 변환될 수 있으며, 열화학적 공정은 열분해, 가스화, 연소의 세 가지 공정으로 구분된다. 열분해 기술은 무산소 조건에서 원료를 열적 분해하여 생성물을 액상, 기상, 고상의 형태로 회수하는 방법이다.
열분해방법 중 급속열분해 기술은 반응기 내 기체 체류시간을 2초 이하로 짧게 운전하여 액상 생성물의 수율을 극대화 할 수 있는 기술이다. 급속열분해 공정에는 높은 열전달 효율을 가지는 유동층 반응기가 많이 사용된다. 그 중 순환유동층 반응기는 기포유동층 반응기에 비해 높은 공탑속도에서 운전하여 고속기체와 입자간의 활발한 접촉을 통하여 다양한 물리화학적 반응을 수행할 수 있는 유동층 반응기이다.
순환유동층 반응기는 층 전체에 대하여 기체-고체 간의 혼합이 매우 우수하고 균일하기 때문에 접촉효율이 높고 낮은 과잉 공기비로도 높은 열분해 효율을 얻을 수 있다. 또한 높은 공탑속도로 인해 단위 면적대비 높은 연료처리가 가능하여 대규모 장치에 적합한 형태이다. 바이오오일은 열분해 된 증기상의 가스를 응축시켜 회수하며, 주로 shell and tube 열교환기, 직접접촉 열교환기 등이 사용된다.
대기중의 공기를 사용하는 연소, 가스화 공정과는 다르게 급속열분해 공정은 무산소 조건에서 실시되어야 하며 산소를 포함하지 않는 유동화 가스를 사용한다. 순환유동층 공정에서는 반응기 내 고체 입자들을 모두 비산시켜야 하므로 대량의 유동화 가스를 필요로 한다. 무산소 조건을 유지하기 위하여 운전시간 동안 새로운 유동화 가스를 공급하게 되면 막대한 운전비용이 필요하다.
또한, 급속열분해 시 생성되는 부산물인 촤(char)는 반응기 내에 체류하며 증기상태의 생성물을 분해하는 촉매 역할을 하여 바이오오일의 수율에 영향을 미치며 유동매질과 바이오매스와의 접촉을 방해하여 급속열분해 효율에도 영향을 미치므로 신속하게 분리 제거되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지회수장치를 적용하여 급속열분해 공정 및 바이오오일 수율에 부정적인 영향을 미치는 촤를 연소를 통하여 제거하고 순산소연소 과정에서 생성되는 열을 이용하여 순환되는 유동매질을 가열하는데 사용하며 또한 생성되는 고농도 CO2를 급속열분해 반응기로 재순환시켜 운전비용을 절감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
즉, 본 발명은 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 순산소 연소시켜 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 발생되는 열을 순환되는 유동매질 가열에 사용함으로써 유동매질 가열에 사용되는 열 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다. 또한 생성되는 CO2를 포집하여 CCS가 가능하며 순산소 연소를 통해 NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있다. 또한 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다. 또한, 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 평균분자량을 조절할 수 있고 이를 통하여 유동영역을 변화시킬 수 있다. 유동영역의 변화는 기체-고체간의 혼합과 열전달에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 급속열분해 반응을 상황에따라 조절할 수 있다. 또한, 상기 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 가스 농도분포를 조절할 수 있다. 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하 될 수 있으므로 유동화 가스내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해반응을 조절할 수 있다.
바이오매스 공급장치(100)는 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 구성이다. 바이오매스 공급장치(100)는 급속열분해 반응기(110)의 일측에 설치되어 급속열분해 반응기(110) 내부로 바이오매스를 원할히 공급할 수 있으면 다양한 형태와 재료가 사용될 수 있다.
급속열분해 반응기(110)는 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질과 혼합을 통해 급속 열분해되는 구성이다. 급속열분해 반응기(110)는 바이오매스가 열분해되어 가스화되는 곳으로 유동매질을 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 부재이다. 급속열분해 반응기(110)는 가열기에 의해서 내외부가 가열되어 급속열분해 반응기(110) 내에서 급속 열분해 반응이 일어난다. 상기와 같이 바이오매스가 급속 열분해되면, 바이오매스로부터 바이오 오일이 함유된 열분해 가스가 생성될 수 있다.
원심력 집진장치(120)은 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 구성이다. 원심력 집진장치(120)은 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하기 위하여 설치되는 구성이다. 원심력 집진장치(120)은 가스에 함유된 촤를 회수할 수 있으면 다양한 형태의 원심력 집진장치가 이용될 수 있다. 또한, 원심력 집진장치(120)은 필요에 따라 복수 개가 연속적으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 급속열분해 반응기(110)에서 배출된 열분해 가스는 복수 개의 원심력 집진장치에 의해서 단계적으로 처리될 수 있다.
바이오오일 응축기(130)는 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 구성이다. 바이오오일 응축기(130)는 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시킬 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.
전기집진기(140)는 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 구성이다. 전기집진기(140)는 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일을 회수할 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.
순산소연소 에너지 회수장치(150)는 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 구성이다. 순산소연소 에너지 회수장치(150)는 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 공급할 수 있으면 다양한 구성으로 제작될 수 있다. 순산소연소 에너지 회수장치를 통하여 생성되는 고농도 CO2를 CO2농도 조절장치(160)을 통하여 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화 가스와 혼합하여 급속열분해 반응기(110)로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 급속열분해 반응기(110)의 유동영역을 조절할 수 있으며 이는 기체-고체간의 혼합 및 열전달에 영향을 미치며 최종적으로는 반응을 촉진시킬 수 있다.
CO2 농도 조절장치(160)은 상기 순산소연소 에너지 회수장치(150)로부터 생성되는 고농도 CO2를 목표하는 농도에 따라 비응축가스에 혼합하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 공급하는 장치이다. CO2 농도 조절장치(160)는 고농도 CO2를 목표하는 농도에 따라 급속열분해 반응기(110)로 공급할 수 있으면 다양한 장치가 사용될 수 있다.
또한, 본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서, (a) 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계와, (b) 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질과 혼합하여 바이오매스가 급속 열분해되는 단계와, (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)이 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 CO2 농도 조절장치(160)를 통하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 단계와, (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계 및, (e) 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 (a)단계 내지 (e)단계로 구성되어 있다. 본원발명에서 설명되어 지지 않는 상세한 구성은 상기 바이오 오일 제조 시스템(10)에서 설명되어 진 것으로 한다.
(a)단계는 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계이다. (a)단계는 바이오매스가 열분되어 가스를 생산하기 위한 준비단계로 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스가 공급되는 단계이다.
(b)단계는 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계이다. (b)단계는 바이오매스가 열분해되어 가스가 생산되는 단계이다.
(c)단계는 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)이 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 가열된 유동매질을 상기 급속열분해 반응기(110)로 순환시키고, CO2농도 조절장치(160)을 통하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 고농도 CO2를 공급하는 단계이다. 연소장치를 통하여 생성되는 고농도 CO2를 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화 가스와 혼합하여 급속열분해 반응기(110)로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 급속열분해 반응기(110)의 유동영역을 변화시킬 수 있다. 또한 CO2농도 조절장치(160)을 통하여 유동화가스 내 가스농도 분포를 조절할 수 있으며, 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하될 수 있으므로 유동화 가스 내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해 반응을 조절할 수 있다. (c)단계는 열분해 가스에 포함된 촤를 제거하는 단계로서 상황에 따라 다수의 원심력 집진장치(120)이 설치되어 있을 수 있다. 또한, (c)단계는 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 단계이다.
(d)단계는 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계이다. (d)단계는 열분해 가스를 응축하여 바이오 오일을 추출하는 단계로 다양한 바이오오일 응축기(130)가 제작되어 사용될 수 있다.
(e)단계는 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계이다. 전기집진기(140)는 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일을 회수할 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법의 바람직한 실시예를 설명하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정／제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.
100 : 바이오매스 공급장치
110 : 급속열분해 반응기
120 : 원심력 집진장치
130 : 바이오오일 응축기
140 : 전기집진기
150 : 순산소연소 에너지 회수장치
160 : CO2 농도 조절장치
G1 : 유동화가스
G2 : 비응축가스
G3 : 고농도 CO2
G4 : O2

Claims (4)

  1. 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서,
    공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치(100);
    상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스를 유동매질과 혼합을 통해 급속 열분해시키는 급속열분해 반응기(110);
    상기 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치(120);
    상기 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기(130);
    상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기(140); 및,
    상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화 가스로 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치(150);및
    상기 순산소연소 에너지 회수장치(150)로부터 생성되는 고농도 CO2를 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화가스와 혼합하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 공급하는 CO2농도 조절장치(160);
    를 포함하고,
    상기 순산소연소 에너지 회수장치를 통하여 생성되는 고농도 CO2를 CO2농도 조절장치(160)을 통하여 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화 가스와 혼합하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 상기 급속열분해 반응기(110)의 유동영역을 조절하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템.
  2. 삭제
  3. 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서,
    (a) 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계;
    (b) 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계;
    (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)를 이용하여 촤를 제거하고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질을 순환시키고 CO2농도 조절장치(160)를 통하여 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 단계;
    (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계; 및,
    (e) 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계를 포함하고,
    상기 촤가 제거된 열분해 가스가 상기 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되고, 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스는 상기 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법.
  4. 삭제
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