KR102209991B1 - Gasification system of bio-crude produced through fluidized bed reactor for biomass rapid pyrolysis - Google Patents

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Abstract

바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템이 개시된다. 본 발명의 바이오원유의 합성가스 시스템은 바이오 매스를 이용하여 바이오원유를 생산하는 급속열분해 장치, 및 상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 장치를 포함하고, 상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유가 바이오원유 저장탱크로 공급되고, 상기 바이오원유 저장탱크의 원유가 상기 바이오원유 가스화 장치로 하나의 공정을 통하여 공급되게 구성함으로써, 바이오매스를 바이오원유의 형태로 변환함으로써 바이오매스의 저장 및 운반비용을 감소시킬 수 있고, 고 에너지 밀도의 바이오원유를 급속열분해 시스템과 연동 또는 단독으로 운전하여 경제적인 바이오 에너지 생산이 가능한 효과가 있다.A syngas system of biocrude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass is disclosed. The bio-crude syngas system of the present invention comprises a rapid pyrolysis device for producing bio-crude using biomass, and a bio-crude gasification device for producing synthetic gas by gasifying the bio-crude produced from the rapid pyrolysis device together with an oxidizing agent. Including, the bio-crude produced from the rapid pyrolysis device is supplied to the bio-crude storage tank, and the crude oil of the bio-crude storage tank is supplied to the bio-crude gasification device through one process, thereby forming biomass into the form of bio-crude By converting it to biomass storage and transportation costs, it is possible to reduce the cost of storing and transporting biomass, and economical bioenergy production is possible by interlocking or operating a high energy density bio-crude system with a rapid pyrolysis system.

Description

바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템{GASIFICATION SYSTEM OF BIO-CRUDE PRODUCED THROUGH FLUIDIZED BED REACTOR FOR BIOMASS RAPID PYROLYSIS}Synthetic gas system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass {GASIFICATION SYSTEM OF BIO-CRUDE PRODUCED THROUGH FLUIDIZED BED REACTOR FOR BIOMASS RAPID PYROLYSIS}

본 발명은 바이오원유의 가스화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 증기 또는 산소를 가스화제로 사용하여 고 발열량의 합성가스(syngas)를 생산하여 다양한 고부가 합성연료 생산이 가능한 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-crude gasification system, and more particularly, a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass capable of producing various high value-added synthetic fuels by producing syngas with high calorific value using steam or oxygen as a gasifying agent. It relates to a synthesis gasification system of bio-crude produced through.

최근 에너지 수요는 점점 증가하고 있으며, 이로 인한 화석연료 사용의 증가로 지구온난화 및 다양한 기후, 환경오염 문제들이 야기되고 있다. 따라서 화석연료 의존도를 줄이고, 기후, 환경오염 문제를 해결하기 위한 신재생에너지에 대한 연구가 국제적으로 이루어지고 있다. 이러한 신재생에너지는 수력, 풍력, 태양열, 수소, 바이오, 폐기물 등의 다양한 에너지원이 포함되며 그 중 탄소고정을 통해 대기 중 이산화탄소 농도를 변화시키지 않아 탄소중립적인 에너지인 바이오에너지는 친환경적인 에너지원으로 각광받고 있다. Recently, energy demand is increasing, and the increase in the use of fossil fuels has caused global warming and various climate and environmental pollution problems. Therefore, research on new and renewable energy is being conducted internationally to reduce dependence on fossil fuels and to solve climate and environmental pollution problems. Such new and renewable energy includes various energy sources such as hydropower, wind power, solar heat, hydrogen, bio, and waste. Among them, bioenergy, which is a carbon-neutral energy, is an eco-friendly energy source as it does not change the concentration of carbon dioxide in the atmosphere through carbon fixation. Is in the limelight.

또한, CO2 배출량 감축, 바이오에너지 비중 확대 및 신재생연료 의무혼합제도(RFS) 등의 국가적인 목표와 제도에 맞추어 국내에서도 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. In addition, in line with national goals and systems such as reducing CO 2 emissions, increasing the proportion of bioenergy and the mandatory mixing system for renewable fuels (RFS), much interest and research are being conducted in Korea.

일반적으로 바이오에너지란 농업, 임목 바이오매스, 유기성 폐기물 등을 원료로 열화학 및 생물공정을 통해 열, 전기, 바이오연료를 생산하는 에너지원이다. 열화학적으로 바이오매스를 분해하는 공정은 크게 탄화, 열분해, 가스화로 나누어지고 목표하는 생성물의 종류에 따라 적합한 공정을 적용한다. In general, bioenergy is an energy source that produces heat, electricity, and biofuel through thermochemical and biological processes using agricultural, forestry biomass, and organic waste as raw materials. The process of thermochemically decomposing biomass is largely divided into carbonization, pyrolysis, and gasification, and appropriate processes are applied according to the type of target product.

열화학적 분해공정 중 급속열분해 공정은 약 500 ℃의 반응온도, 2초 이하의 짧은 기체 체류시간, 무산소 조건에서 수행되며 바이오매스 열화학적 분해 생성물인 바이오원유, 바이오 촤, 비응축가스 중 바이오원유의 수율을 극대화 할 수 있는 공정이다. 바이오원유는 액상의 연료로써 기체 및 고체 형태의 연료에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 저장 및 수송이 용이한 장점을 지닌다. Among the thermochemical decomposition processes, the rapid pyrolysis process is performed under a reaction temperature of about 500 ℃, a short gas residence time of 2 seconds or less, and an oxygen-free condition, and the bio-crude among biomass thermochemical decomposition products such as bio-crude, bio-char, and non-condensed gas. It is a process that can maximize the yield. Bio-crude is a liquid fuel and has an advantage of being easy to store and transport with a high energy density compared to gaseous and solid fuels.

반면 이러한 급속열분해 공정은 현재까지 상업화 수준에 이르지 못한 파일럿(pilot) 수준에 머물고 있는 실정이다. On the other hand, this rapid pyrolysis process remains at the pilot level, which has not reached the level of commercialization until now.

또한 바이오원유 생산 보다 개질공정에 관한 연구가 주를 이룬다. 바이오원유를 생산하는 공정에는 다양한 형태의 반응기 중 유동층 반응기가 주로 사용된다.In addition, research on the reforming process is more important than the production of bio-crude. Among various types of reactors, a fluidized bed reactor is mainly used in the process of producing biocrude.

유동층 반응기는 하부에서 생성되는 기포의 영향으로 반응물질과 유동매질의 활발한 혼합이 이루어져 높은 열전달 효과가 있으며 유동매질로 인하여 반응기 내부온도를 균일하게 유지하여 안정적인 반응이 이루어지는 장점을 가진다. The fluidized bed reactor has a high heat transfer effect by vigorous mixing of a reactant and a fluid medium due to the influence of bubbles generated at the bottom, and has the advantage of achieving a stable reaction by maintaining a uniform temperature inside the reactor due to the fluidized medium.

한편 공기를 산화제로 이용해 생산되는 합성 가스는 엔진, 보일러, 가스터빈 등의 기존 연소기기에 혼소 또는 전소 형태로 활용되어 전기 및 열에너지를 생산하는 용도로 활용할 수 있다. On the other hand, synthetic gas produced using air as an oxidizing agent can be used in the form of co-fired or burned-off in existing combustion devices such as engines, boilers, and gas turbines, thereby producing electricity and thermal energy.

증기 또는 산소를 가스화제로 할 경우 공기에 비해 높은 발열량을 가지는 합성가스(Syn-gas) 생산이 가능하며 적절한 정제 공정 및 조성제어 공정을 거쳐 합성천연가스, FT 디젤, 메탄올, 에탄올, 수소 또는 DME 등의 고부가 합성 연료 생산에 활용이 가능하다.When steam or oxygen is used as a gasifying agent, it is possible to produce syn-gas with a higher calorific value than air, and synthetic natural gas, FT diesel, methanol, ethanol, hydrogen or DME through an appropriate purification process and composition control process. It can be used to produce high value-added synthetic fuels such as.

이외에도 생물학적 전환을 통한 연료 생산 기술도 개발 되고 있다. 바이오매스 직접 가스화의 TCI (total capital investment; 바이오매스 2000 t/day 처리 기준)는 560 $million 이고, 급속열분해와 바이오원유 가스화의 TCI(바이오매스 2000 t/day 처리 기준)는 510 $million 으로 바이오원유 가스화가 경제적으로 유리하다. In addition, fuel production technology through biological conversion is also being developed. The TCI (total capital investment; based on 2000 t/day biomass treatment) for biomass direct gasification is 560 $million, and the TCI for rapid pyrolysis and bio-crude gasification (based on biomass 2000 t/day treatment) is 510 $million. Crude oil gasification is economically advantageous.

바이오매스 가스화가 손쉽게 상용화가 이루어지고 있지 못하는 이유는 바이오매스 물질로부터 타르 또는 soot 발생으로 인하여 기존 연소시스템을 장시간 운전시 합성가스 정제를 위한 세척 또는 집진 설비의 부담이 증가하기 때문이다. The reason why biomass gasification is not readily commercialized is because the burden of cleaning or dust collection facilities for purification of syngas increases when the existing combustion system is operated for a long time due to the generation of tar or soot from biomass materials.

바이오원유 가스화 기술은 바이오매스 가스화 기술 보다 합성가스 내 타르 농도가 낮고, 수소와 일산화탄소의 수율이 높기 때문에 고품질의 합성가스 생산이 가능하다. Bio-crude gasification technology enables high-quality synthesis gas production because the tar concentration in the synthesis gas is lower and the yield of hydrogen and carbon monoxide is higher than that of biomass gasification technology.

KR 등록특허공보 제10-1285879호(2013. 7. 8)KR Registered Patent Publication No. 10-1285879 (2013. 7. 8)

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 바이오매스 급속열분해 공정 후단에 연동하여 제조된 바이오원유를 연속적으로 가스화하거나 독립적으로 운전할 수 있는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve these problems, the present invention provides a synthesis gasification system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass that can be continuously gasified or operated independently of the bio-crude produced by interlocking with the subsequent stage of the biomass rapid pyrolysis process. It aims to provide.

그리고 본 발명은 바이오매스 가스화 기술 보다 합성가스 내 타르 농도가 낮고, 수소와 일산화탄소의 수율이 높아 고품질의 합성가스 생산이 가능한 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a synthesis gasification system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass capable of producing high-quality synthetic gas due to its lower tar concentration in the synthesis gas and higher yield of hydrogen and carbon monoxide than biomass gasification technology. To do it for a different purpose.

이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템은 바이오 매스를 이용하여 바이오원유를 생산하는 급속열분해 장치, 및 상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 장치를 포함하고, 상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유가 바이오원유 저장탱크로 공급되고, 상기 바이오원유 저장탱크의 원유가 상기 바이오원유 가스화 장치로 하나의 공정을 통하여 공급되게 구성함으로써 달성될 수 있다.To solve these problems, the bio-crude synthesis gas system manufactured through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass according to the present invention is a rapid pyrolysis device for producing bio-crude using biomass, and a bio-produced bio-oil produced from the rapid pyrolysis device. A bio-crude gasification device for producing synthetic gas by gasifying crude oil with an oxidizing agent, wherein the bio-crude produced from the rapid pyrolysis device is supplied to a bio-crude storage tank, and the crude oil in the bio-crude storage tank is supplied to the bio-crude gasification device. It can be achieved by configuring to be supplied through one process.

또한, 급속열분해장치는 공급되는 바이오매스를 급속열분해하여 타르, 바이오 촤, 비응축가스로 분해하는 바이오매스 급속열분해 반응기와, 상기 바이오매스 급속열분해 반응기로부터 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 사이클론, 및 상기 사이클론에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시켜 바이오오일을 생산하는 바이오원유응축기를 포함하게 구성할 수 있다.In addition, the rapid pyrolysis apparatus includes a biomass rapid pyrolysis reactor that rapidly pyrolyzes the supplied biomass and decomposes it into tar, biochar, and non-condensable gas, and receives the pyrolysis gas of biomass from the biomass rapid pyrolysis reactor to the pyrolysis gas. It may be configured to include a cyclone for recovering the contained char, and a bio-crude condenser for producing bio-oil by condensing bio-oil from the pyrolysis gas from which char has been removed from the cyclone.

또한, 급속열분해장치는 상기 바이오원유응축기에서 공급되는 열분해가스를 정전기력을 이용하여 상기 바이오원유응축기에서 회수되지 않은 오일 미스트 성분 및 타르를 액상의 바이오원유를 포집하고 비응축가스는 배출하는 전기집진기를 더 포함할 수 있다.In addition, the rapid pyrolysis device uses an electrostatic force for the pyrolysis gas supplied from the bio-crude condenser to collect the oil mist component and tar that have not been recovered from the bio-crude condenser, and an electric dust collector that discharges the non-condensed gas. It may contain more.

또한, 급속열분해 반응기는 원형 기둥 형상으로 하부에 가스 분산판을 갖추고 유동사를 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 원형 컬럼 형태의 유동층반응기로 구성할 수 있다.In addition, the rapid pyrolysis reactor may be configured as a circular column-type fluidized bed reactor that has a gas distribution plate at the bottom in a circular column shape and rapidly pyrolyzes biomass using a flow sand.

또한, 바이오원유 가스화 장치는 상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유를 저장하는 바이오원유 저장탱크와, 상기 이오원유 저장탱크에서 공급되는 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 반응기, 및 바이오 촤를 연소하는 촤 연소기를 포함한다.In addition, the bio-crude gasification device includes a bio-crude oil storage tank that stores the bio-crude produced from the rapid pyrolysis device, and a bio-crude gasification reactor that produces synthetic gas by gasifying the bio-crude oil supplied from the Io-crude storage tank together with an oxidizing agent. , And a char combustor for burning biochar.

또한, 바이오원유 저장탱크는 상기 급속열분해장치의 바이오원유 응축기에서 응축된 바이오원유와 전기집진기에서 포집된 원유를 저장하고, 바이오원유 가스화 장치는 상기 바이오원유 가스화 반응기에 증기를 가스화제로 사용할 수 있도록 공급하는 증기교환기 또는 열교환를 더 포함한다.In addition, the bio-crude storage tank stores the bio-crude oil condensed in the bio-crude condenser of the rapid pyrolysis device and the crude oil collected in the electric precipitator, and the bio-crude gasification device can use the vapor as a gasifying agent in the bio-crude gasification reactor. It further includes a steam exchanger or heat exchanger to supply.

또한, 바이오원유 가스화 장치는 상기 바이오원유 가스화 반응기 외부를 감싸는 기포유동층(bubbling fluidized bed)형태의 연소기로 구성하고, 바이오원유 가스화과정에서 포집되는 바이오 촤를 연소하여 가스화 반응의 열원으로 사용하도록 동작하는 촤 연소기를 더 포함하게 구성한다.In addition, the bio-crude gasification device is composed of a combustor in the form of a bubbling fluidized bed that surrounds the outside of the bio-crude gasification reactor, and operates to be used as a heat source for the gasification reaction by burning biochar collected in the bio-crude gasification process It is configured to further include a char combustor.

또한, 촤 연소기는 상기 급속열분해 장치의 사이클론과 바이오매스 급속열분해 반응기에서 생성된 촤와 상기 바이오원유 가스화 장치의 바이오원유 가스화 반응기의 가스화 과정에서 발생한 촤를 연소하여 시스템의 열원으로 사용하게 하는 것이 바람직하다.In addition, the char combustor is preferably used as a heat source of the system by combusting the char produced in the cyclone and the biomass rapid pyrolysis reactor of the rapid pyrolysis device and the char generated in the gasification process of the bio-crude gasification reactor of the bio-crude gasifier. Do.

그리고 촤 연소기는 상기 열교환기 또는 증기발생기에서 공급되는 증기와 촤연소용 O2를 순산소 연소하고 발생하는 Ash(회분)를 Ash 포집탱크에 포집되게 구성하고, 상기 촤 연소기에서 발생되는 열은 열교환기, 증기발생기, 또는 바이오원유 가스화 반응기 중 어느 하나 이상 열원으로 사용한다.In addition, the char combustor is configured to burn the steam supplied from the heat exchanger or the steam generator and the char combustion O 2 with pure oxygen and collect the ash (ash) generated in the ash collection tank, and the heat generated from the char combustor is heat exchanged. It is used as a heat source at least one of a gas, a steam generator, or a bio-crude gasification reactor.

따라서 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 의하면, 바이오매스를 바이오원유의 형태로 변환함으로써 바이오매스의 저장 및 운반비용을 감소시킬 수 있고, 고 에너지 밀도의 바이오원유를 급속열분해 시스템과 연동 또는 단독으로 운전하여 경제적인 바이오 에너지 생산이 가능한 효과가 있다.Therefore, according to the synthesis gasification system of bio-crude oil manufactured through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass of the present invention, the storage and transportation cost of biomass can be reduced by converting the biomass into the form of bio-crude, and high energy density. There is an effect that economical bio-energy production is possible by interlocking or operating the bio-crude in the rapid pyrolysis system alone.

또한, 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 의하면, 증기 또는 산소를 가스화제로 하기 때문에 고 발열량의 syngas를 생산하여 다양한 고부가 합성연료 생산이 가능하다.In addition, according to the synthesis gasification system of bio-crude oil manufactured through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass of the present invention, since it uses steam or oxygen as a gasifying agent, syngas having a high calorific value is produced, and various high-value synthetic fuels can be produced.

또한, 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 의하면, 바이오 매스를 이용한 바이오원유 생산용 급속열분해 장치(A)와 바이오원유의 가스화 장치(B)를 하나의 공정으로 구성함으로써, 경제적인 바이오매스 에너지를 생산하기 위해 생산 현장에서 바이오매스를 바이오원유로 변환하기 위한 급속열분해 시스템과 생산한 고에너지 밀도의 바이오오일을 현장에서 직접 가스화 하거나 대용량 플랜트 지역으로 이송하여 바이오에너지를 대량생산할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the synthesis gasification system of bio-crude oil produced through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass of the present invention, a rapid pyrolysis device (A) for producing bio-crude using biomass and a gasification device (B) of bio-crude are one In order to produce economical biomass energy, a rapid pyrolysis system for converting biomass to bio-crude oil at the production site and the produced high-energy-density bio-oil are directly gasified at the site or transferred to a large-capacity plant area. Thus, there is an effect that can mass-produce bioenergy.

또한, 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 의하면, 바이오원유 가스화 반응기의 외부에 촤 연소기를 설치하여 가스화 반응기의 열원으로 사용하므로 급속열분해 공정의 산물인 바이오 촤를 효과적으로 소비할 수 있으며 가스화 반응기에 사용되는 소비전력을 절감할 수 있다. In addition, according to the synthesis gasification system of bio-crude oil manufactured through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass of the present invention, a char combustor is installed outside the bio-crude gasification reactor and is used as a heat source of the gasification reactor, which is a product of the rapid pyrolysis process. Biochar can be effectively consumed and power consumption used in the gasification reactor can be reduced.

그리고 본 발명의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스화 시스템에 의하면, 촤 연소기를 열교환기 혹은 증기발생기와도 연동하여 열원으로 사용하게 되면 전체 공정의 효율을 상승시키는 효과가 있다. And according to the synthesis gasification system of bio-crude oil manufactured through the fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass of the present invention, when the char combustor is used as a heat source by interlocking with a heat exchanger or a steam generator, the effect of increasing the efficiency of the entire process is increased. have.

도 1은 바이오원유 생산용 급속열분해 장치를 개략적으로 도시한 구성,
도 2는 촤 연소기, 증기발생기 혹은 열교환기를 포함하는 바이오원유 가스화 장치의 도면,
그리고
도 3은 바이오원유 생산 및 바이오원유 가스화 통합 공정의 구성도를 도시한 도면이다.
1 is a configuration schematically showing a rapid pyrolysis device for producing bio-crude,
2 is a view of a bio-crude gasification device including a char combustor, a steam generator or a heat exchanger,
And
3 is a diagram showing a configuration diagram of an integrated process of bio-crude production and bio-crude gasification.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Terms and words used in the present specification and claims are not limited to the usual or dictionary meanings, and the inventor is based on the principle that the concept of terms can be appropriately defined in order to explain his or her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "device" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is implemented by a combination of hardware and/or software. Can be.

명세서 전체에서 "및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제3 항목"의 의미는 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 또는 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.Throughout the specification, the term "and/or" is to be understood as including all possible combinations from one or more related items. For example, the meaning of “a first item, a second item and/or a third item” may be presented from two or more of the first, second or third items as well as the first, second or third item. It means a combination of all possible items.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

먼저 본 발명은 증기 또는 산소를 가스화제로 하여 바이오원유를 가스화하면 공기에 비해 높은 발열량을 가지는 syngas 생산이 가능하며 적절한 정제공정 및 조성제어 공정을 거쳐 합성천연가스, FT 디젤, 메탄올, 에탄올, 수소 또는 DME등의 고부가 합성연료 생산에 활용이 가능하고, 또한 가스화 반응기 외부에 촤 연소기(char combustor)를 설치하여 가스화 반응기의 열원으로 사용하여 바이오매스 급속열분해 공정의 산물인 바이오 촤를 효과적으로 소비할 수 있으며 가스화 반응기에 사용되는 소비전력을 절감할 수 있고, 추가적으로 촤 연소기를 열교환기 혹은 증기발생기와도 연동하여 열원으로 사용하여 전체 공정의 효율을 상승시키도록 구성한 것을 특징으로 한다. First, in the present invention, when bio-crude is gasified using steam or oxygen as a gasifying agent, syngas having a higher calorific value than air can be produced, and synthetic natural gas, FT diesel, methanol, ethanol, and hydrogen through appropriate purification and composition control processes. Alternatively, it can be used for the production of high value-added synthetic fuels such as DME, and a char combustor is installed outside the gasification reactor to be used as a heat source for the gasification reactor to effectively consume biochar, a product of the rapid pyrolysis process of biomass. It is characterized in that it is configured to reduce the power consumption used in the gasification reactor, and to increase the efficiency of the entire process by using the char combustor as a heat source in conjunction with a heat exchanger or steam generator.

도 1은 바이오원유 생산용 급속열분해 시스템을 개략적으로 도시한 구성이고, 도 2는 촤 연소기, 증기발생기 혹은 열교환기를 포함하는 바이오원유 가스화 시스템의 도면, 그리고 도 3은 바이오원유 생산 및 바이오원유 가스화 통합 공정의 구성도를 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of a rapid pyrolysis system for bio-crude production, FIG. 2 is a diagram of a bio-crude gasification system including a char combustor, a steam generator, or a heat exchanger, and FIG. 3 is a combination of bio-crude production and bio-crude gasification. It is a figure which shows the structure diagram of a process.

먼저 도 1의 바이오원유 생산용 급속열분해 시스템을 개략적으로 도시한 구성을 참고하여, 바이오원유 생산용 급속열분해 시스템에 대하여 설명한다.First, a rapid pyrolysis system for bio-crude production will be described with reference to the configuration schematically showing the rapid pyrolysis system for bio-crude production of FIG. 1.

본 발명의 바이오원유 생산용 급속열분해 시스템은 바이오매스를 투입하여 타르를 응축하여 액상의 바이오원유로 회수하기 위한 장치이다.The rapid pyrolysis system for bio-crude production of the present invention is an apparatus for condensing tar by inputting biomass and recovering it as a liquid bio-crude.

이를 위하여 본 발명의 바이오원유 생산용 급속열분해 시스템은 바이오 매스를 저장하는 바이오매스 사일로(100)와, 바이오매스를 정량적으로 급속열분해 반응기로 공급하는 바이오매스 투입용 스크류 피더(110), 바이오매스를 급속열분해하는 바이오매스 급속열분해 반응기(120), 촤를 회수하는 싸이클론(130), 바이오오일의 급속열분해 반응물을 바이오원유로 회수하기 위한 바이오원유 응축기(140)와 그리고 오일 미스트 성분 및 타르를 액상의 바이오원유로 회수하는 전기집진기(150)를 포함하여 구성한다.To this end, the rapid pyrolysis system for bio-crude production of the present invention includes a biomass silo 100 for storing biomass, a screw feeder 110 for biomass input that quantitatively supplies biomass to the rapid pyrolysis reactor, and biomass. A biomass rapid pyrolysis reactor 120 for rapid pyrolysis, a cyclone 130 for recovering char, a bio-crude condenser 140 for recovering the rapid pyrolysis reaction product of bio-oil as bio-crude, and an oil mist component and tar in a liquid phase. It comprises an electric precipitator 150 for recovering the bio crude oil.

바이오매스 사일로(100)는 바이오원유 생산 시스템에서 바이오매스를 급속열분해 반응기로 투입하기 위해 바이오매스를 저장하는 역할을 한다.The biomass silo 100 serves to store biomass in order to input biomass into a rapid pyrolysis reactor in a biocrude production system.

바이오매스 투입용 스크류 피더(110)는 바이오매스 사일로(100)에 저장중인 바이오매스를 급속열분해 반응기(120)로 정량으로 투입하기 위한 투입장치로써 스크류의 형태로 모터를 사용하여 구동하며 정량공급을 위하여 일반적으로 2단으로 운전된다.The screw feeder 110 for biomass input is an input device for quantitatively inputting biomass stored in the biomass silo 100 into the rapid pyrolysis reactor 120, and is driven using a motor in the form of a screw and provides quantitative supply. For this purpose, it is generally operated in two stages.

바이오매스 급속열분해 반응기(120)는 바이오매스 투입용 스크류 피더(110)를 통하여 공급되는 바이오매스를 급속열분해하여 타르, 바이오 촤, 비응축가스로 분해하는 장치이다.The biomass rapid pyrolysis reactor 120 is a device that rapidly pyrolyzes biomass supplied through the biomass input screw feeder 110 and decomposes it into tar, biochar, and non-condensable gas.

바이오매스 급속열분해 반응기(120)는 유동층 반응기, 와류(vortex) 반응기, 회전콘(rotating cone) 반응기, 스크류(auger) 반응기 등의 다양한 종류가 사용될 수 있으며 기체-고체간의 활발한 열전달을 위해서 주로 유동층 반응기가 사용된다.The biomass rapid pyrolysis reactor 120 can be used in various types, such as a fluidized bed reactor, a vortex reactor, a rotating cone reactor, and a screw reactor, and is mainly a fluidized bed reactor for active heat transfer between gas and solid. Is used.

본 발명에서는 반응기를 특정하지 않으나 일례로 유동층 반응기를 이용하여 반응과정을 설명하기로 한다.In the present invention, the reactor is not specified, but the reaction process will be described using a fluidized bed reactor as an example.

유동층반응기는 원형 기둥 형상으로 하부에 가스 분산판을 갖추고 유동사를 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 원형 컬럼 형태의 급속열분해 반응기로서, 바이오매스 공급장치(100)로 공급된 바이오매스가 유동매질과 혼합을 통해 급속 열분해되는 구성이다.The fluidized bed reactor is a circular column type rapid pyrolysis reactor that has a gas distribution plate at the bottom in a circular column shape and rapidly pyrolyzes biomass using a flow sand. The biomass supplied to the biomass supply device 100 is It is a composition that rapidly decomposes through mixing.

예를 들어 유동층반응기는 바이오매스가 열분해되어 가스화되며, 유동매질을 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 부재로서, 가열기에 의해서 내외부가 가열되어 유동층반응기 내에서 급속 열분해 반응이 일어나고, 바이오매스가 급속 열분해되면, 바이오매스로부터 바이오 오일이 함유된 열분해 가스가 생성되어 사이클론(130)으로 공급되게 하는 장치이다.For example, in a fluidized bed reactor, biomass is pyrolyzed and gasified, and it is a member that rapidly pyrolyzes biomass using a fluidized medium. It is an apparatus that generates a pyrolysis gas containing bio oil from the biomass and supplies it to the cyclone 130 when the inside and outside are heated to cause a rapid pyrolysis reaction in the fluidized bed reactor and the biomass is rapidly pyrolyzed.

또한, 바이오매스 공급장치(100)와 바이오매스 급속열분해 반응기(120)에는 질소(N2)공급장치로부터 질소가 공급될 수 있다.In addition, nitrogen may be supplied to the biomass supply device 100 and the biomass rapid pyrolysis reactor 120 from the nitrogen (N 2 ) supply device.

싸이클론(130)은 기체와 혼합된 분진 및 고체입자를 원심력, 중력에 의하여 회수할 수 있는 집진장치로 바이오매스 급속열분해 반응기(120) 후단에 설치되어 바이오 촤와 미세한 모래 등의 고체입자를 포집하는 장치이다. Cyclone 130 is a dust collecting device that can recover dust and solid particles mixed with gas by centrifugal force and gravity, and is installed at the rear end of the biomass rapid pyrolysis reactor 120 to collect solid particles such as biochar and fine sand. It is a device.

즉 싸이클론(130)은 가스 분산판에 공급되는 가스와 유동층 반응기의 내외부를 가열하는 가열기와, 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤(Char)를 회수하도록 동작한다. That is, the cyclone 130 operates to recover the char contained in the pyrolysis gas by receiving the gas supplied to the gas distribution plate and the heater heating the inside and outside of the fluidized bed reactor, and the pyrolysis gas of biomass.

본 발명에서 촤의 효율적인 회수를 위하여 직렬연결된 다단의 사이클론을 사용할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that in the present invention, a multistage cyclone connected in series can be used for efficient recovery of char.

예를 들어 다단으로 사이클론을 구성할 경우 1단 사이클론에서 촤가 회수된 열분해 가스를 다시 2단 사이클론으로 입력하여 잔여 촤를 회수하도록 동작한다.For example, in the case of a multi-stage cyclone, the pyrolysis gas recovered from the first-stage cyclone is input back to the second-stage cyclone to recover residual char.

이러한 사이클론은 가스에 함유된 촤를 회수할 수 있으면 족하므로 다양한 형태의 원심력 집진장치가 이용될 수 있음은 물론이다.It goes without saying that since such a cyclone needs to be able to recover the char contained in the gas, various types of centrifugal dust collectors can be used.

바이오원유 응축기(140)는 바이오오일의 급속열분해 반응물 중 타르를 응축하여 액상의 바이오원유로 회수하는 장치이다. The bio-crude condenser 140 is a device for condensing tar from a reaction product of rapid pyrolysis of bio-oil and recovering it as a liquid bio-crude.

실험실 규모의 급속 열분해 장치에서는 graham condenser가 많이 사용되고 있으며, 파일럿 규모의 급속 열분해 공정에서는 shell and tube 열교환기와 직접접촉 열교환기가 주로 사용된다. Shell and tube 열교환기는 급속 열분해 된 가스를 열교환기에 통과시켜 응축반응을 통해 바이오 원유를 회수한다. 직접접촉식 열교환기는 일정 체적의 가스 유동내로 상온의 냉각 오일(quenching oil)을 분사하여, 직접 접촉하여 발생하는 응축 전열 과정을 통해 바이오 원유를 회수하도록 동작한다. In laboratory-scale rapid pyrolysis equipment, graham condenser is widely used, and in pilot-scale rapid pyrolysis process, shell and tube heat exchanger and direct contact heat exchanger are mainly used. Shell and tube heat exchanger recovers bio-crude through condensation reaction by passing rapidly pyrolyzed gas through heat exchanger. The direct contact heat exchanger operates to recover bio-crude through a condensation heat transfer process generated by injecting room temperature cooling oil into a gas flow of a certain volume.

바이오오일 응축기(140)는 사이클론(130)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 구성으로, 복수 개 설치하면 바이오 오일을 효과적으로 응축할 수 있음은 물론이다. The bio-oil condenser 140 is configured to condense bio-oil from the pyrolysis gas from which char has been removed from the cyclone 130, and of course, if a plurality of bio-oil condensers are installed, the bio-oil can be effectively condensed.

이러한 바이오오일 응축기는 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키면 되므로 다양한 공정을 통하여 구성할 수 있다.Such a bio-oil condenser can be configured through various processes since it is necessary to condense the bio-oil from the pyrolysis gas.

바이오오일 응축기(140)에서 공급되는 열분해가스는 전기집진기(150)로 공급되기 전에 필터(Filter)를 통과하게 함으로써, 전기집진기(150)로 들어가는 가스 중의 분진을 미리 제거해줌으로써 전기집진기(150)의 수명을 늘릴수 있고, 전기집진기(150)에서 생산되는 바이오오일의 품질을 높일 수 있게 하는 것이다.The pyrolysis gas supplied from the bio-oil condenser 140 passes through a filter before being supplied to the electrostatic precipitator 150, thereby removing dust in the gas entering the electrostatic precipitator 150 in advance. It is possible to increase the lifespan and to increase the quality of the bio-oil produced by the electrostatic precipitator 150.

이러한 필터는 전기집진기(150) 전단에 위치하여 전기집진기(150)로 들어가는 가스 중의 분진을 미리 제거할 수도 있고, 필터를 바이오오일 회수부(사이클론 ~전기집진기)의 적절한 위치에 장착하여 바이오오일 회수부의 부하를 줄이고 고품질의 바이오오일을 생산할 수 있도록 구성할 수 있다.Such a filter is located in front of the electrostatic precipitator 150 to remove dust in the gas entering the electrostatic precipitator 150 in advance, and the filter is installed at an appropriate position in the bio-oil recovery unit (cyclone to electrostatic precipitator) to recover bio-oil. It can be configured to reduce the negative load and produce high-quality bio-oil.

전기집진기(150)는 필터(Filter;미도시)를 통과하면서 일부 분진이 제거된 열분해가스로부터 정전기력을 이용하여 바이오원유 응축기(140)에서 회수되지 않은 오일 미스트 성분 및 타르를 액상의 바이오원유로 회수하고 비응축가스(Non condensable gas)는 전기집진기(150)의 상부로 배출하는 장치이다.The electrostatic precipitator 150 recovers oil mist components and tar that were not recovered from the bio-crude condenser 140 as liquid bio-crude by using electrostatic force from the pyrolysis gas from which some dust was removed while passing through a filter (not shown). And non-condensable gas (Non condensable gas) is a device that discharges to the top of the electric precipitator 150.

즉, 전기집진기(150)는 바이오오일 응축기에서도 응축되지 않은 열분해가스로부터 다시 바이오오일을 추출하는 것이다.That is, the electrostatic precipitator 150 extracts bio-oil again from pyrolysis gas that has not been condensed in the bio-oil condenser.

전기집진기(150)는 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일을 회수할 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.The electrostatic precipitator 150 can be manufactured in a configuration containing various processes if bio-oil can be recovered by a method of collecting dust and oil mist.

상술한 과정을 거쳐 생산된 바이오 오일은 도 2의 촤 연소기, 증기발생기 혹은 열교환기를 포함하는 바이오원유 가스화 장치로 공급된다.The bio-oil produced through the above-described process is supplied to a bio-crude gasifier including a char combustor, a steam generator, or a heat exchanger of FIG. 2.

도면을 참고하면, 본 발명의 바이오원유 가스화 장치는 급속열분해 장치에서 생산된 바이오원유를 이용하여 고 발열량의 합성가스(syngas)를 생산하는 장치이다.Referring to the drawings, the bio-crude gasification apparatus of the present invention is an apparatus for producing syngas having a high calorific value by using bio-crude produced in a rapid pyrolysis apparatus.

본 발명은 급속열분해 장치와 바이오원유 가스화 장치를 통합하여 하나의 공정으로 수행하기 위한 것을 특징으로 하기 때문에 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유가 연속 고정을 통하여 바이오원유 저장탱크로 공급되고, 상기 바이오원유 저장탱크의 원유가 상기 바이오원유 가스화 장치로 공급되게 하여 급속열분해 장치와 바이오원유 가스화 장치가 하나의 공정을 통하여 이루어지게 하여, 결국 바이오매스를 이용하여 고품질의 합성가스를 하나의 공정으로 생산하게 하는 것이다.Since the present invention is characterized in that the rapid pyrolysis device and the bio-crude gasification device are integrated and performed in one process, the bio-crude produced from the rapid pyrolysis device is supplied to the bio-crude storage tank through continuous fixation, and the bio-crude storage The crude oil in the tank is supplied to the bio-crude gasification device so that the rapid pyrolysis device and the bio-crude gasification device are performed through one process, resulting in the production of high-quality synthetic gas by using biomass.

이를 위하여 바이오원유 가스화 장치는 바이오 원유를 저장하는 바이오원유 저장탱크(160)와, 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 반응기(170), 바이오 촤를 연소하는 촤 연소기(180)와 열교환기 또는 증기발생기(190), 그리고 회분을 포집하는 Ash 포집탱크(200)를 포함한다.To this end, the bio-crude gasification device includes a bio-crude storage tank 160 for storing bio-crude, a bio-crude gasification reactor 170 for producing synthetic gas by gasifying bio-crude with an oxidizing agent, and a char combustor for burning bio-char ( 180) and a heat exchanger or steam generator 190, and an Ash collecting tank 200 for collecting ash.

먼저 바이오원유 저장탱크(160)는 급속열분해 장치에서 바이오매스 급속열분해를 통하여 생성된 바이오원유를 저장하는 탱크이다.First, the bio-crude storage tank 160 is a tank that stores bio-crude generated through rapid pyrolysis of biomass in a rapid pyrolysis device.

즉, 바이오원유 저장탱크(160)는 바이오 매스를 급속열분해를 통하여 생산된 바이오원유를 저장하는 탱크로, 바이오 오일 응축기(140)와 전기집진기(150)에서 추출된 바이오원유를 저장하는 것이다.That is, the bio-crude storage tank 160 is a tank for storing bio-crude produced through rapid pyrolysis of biomass, and stores the bio-crude extracted from the bio-oil condenser 140 and the electrostatic precipitator 150.

바이오원유 저장탱크(160)에 저장된 바이오 원유는 원유와 함께 산화제를 첨가하여 바이오원유 가스화 반응기(170)로 공급된다.The bio-crude stored in the bio-crude storage tank 160 is supplied to the bio-crude gasification reactor 170 by adding an oxidizing agent together with the crude oil.

바이오원유 가스화 반응기(170)는 바이오원유 저장탱크(160)에서 공급되는 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성 가스를 생산하는 장치로써 주로 공급받은 공기(Air)를 가스화제로 이용해 생산되는 합성 가스는 엔진, 보일러, 가스터빈 등의 기존 연소기기에 기존연소와의 혼소 또는 전소 형태로 활용되어 전기 및 열을 생산하는 용도로 활용한다. The bio-crude gasification reactor 170 is a device that produces synthetic gas by gasifying bio-crude oil supplied from the bio-crude storage tank 160 together with an oxidizing agent, and the synthetic gas produced by using the supplied air as a gasifier is It is used for the purpose of producing electricity and heat by being used in the form of co-burning or burning with the existing combustion in existing combustion devices such as engines, boilers, and gas turbines.

또한 증기 또는 산소를 가스화제로 할 경우 공기에 비해 높은 발열량을 가지는 합성가스(Syn-gas) 생산이 가능하며 적절한 정제 공정 및 조성제어 공정을 거쳐 합성천연가스, FT 디젤, 메탄올, 에탄올, 수소 또는 DME 등의 고부가 합성 연료 생산에 활용이 가능하다.In addition, when steam or oxygen is used as a gasifying agent, it is possible to produce syn-gas that has a higher calorific value than air, and synthetic natural gas, FT diesel, methanol, ethanol, hydrogen or It can be used to produce high value-added synthetic fuels such as DME.

이때의 증기는 열교환기 또는 증기발생기(190)에서 공급되는 고온의 증기를 사용한다.The steam at this time uses high-temperature steam supplied from the heat exchanger or the steam generator 190.

또한, 이외에도 생물학적 전환을 통한 연료 생산 기술도 개발 되고 있다.In addition, fuel production technology through biological conversion is also being developed.

촤 연소기(180)는 바이오원유 가스화 반응기(170) 외부를 감싸는 기포유동층(bubbling fluidized bed)형태의 연소기로 구성하여, 바이오매스 가스화과정에서 포집되는 바이오 촤를 연소하여 가스화 반응의 열원으로 사용하여 설비의 경제성을 향상시킬 수 있도록 하는 장치이다.The char combustor 180 is composed of a combustor in the form of a bubbling fluidized bed that surrounds the outside of the bio-crude gasification reactor 170, and uses it as a heat source for the gasification reaction by combusting the biochar collected in the biomass gasification process. It is a device that can improve the economics of the company.

촤 연소기(180)는 바이오매스 급속열분해 반응기(120)에서 발생하는 촤와 사이클론(130)에서 회수된 촤, 그리고 바이오원유 가스화 반응기(170)의 가스화과정에서 발생하는 촤를 열교환기 또는 증기발생기(190)에서 공급되는 증기와 촤연소용 O2를 순산소연소하여 발생하는 Ash(회분)를 Ash 포집탱크(200)에 포집되게 한다.The char combustor 180 includes char generated in the biomass rapid pyrolysis reactor 120, char recovered from the cyclone 130, and char generated in the gasification process of the bio-crude gasification reactor 170, a heat exchanger or a steam generator ( 190) and the ash (ash) generated by pure oxygen combustion of the steam supplied from the carbon combustion O 2 is collected in the ash collection tank 200.

촤연소기(180)에서 촤의 연소로 발생하는 고온의 배기가스는 열교환기 또는 증기발생기(190)로 공급되어 증기발생시의 열을 생산하는 에너지원으로 사용한다.The high-temperature exhaust gas generated by the combustion of char in the char combustor 180 is supplied to a heat exchanger or a steam generator 190 to be used as an energy source for generating heat during steam generation.

바이오원유 가스화 반응기(170)에 증기를 산화제로 사용하게 되면 고품질의 합성가스를 생성할 수 있다.When steam is used as an oxidizing agent in the bio-crude gasification reactor 170, it is possible to generate high-quality synthetic gas.

바이오원유 가스화 반응기(170)에서가스화 반응을 거쳐 생성된 합성가스는 syngas 저장탱크에 저장되는 것이다.Syngas generated through the gasification reaction in the bio-crude gasification reactor 170 is stored in the syngas storage tank.

한편, syngas 저장탱크에 저장된 합성가스는 촉매반응 및 집진과정을 거쳐 최종적으로 reforming gas로 배출되게 할 수 있다.Meanwhile, the syngas stored in the syngas storage tank may be finally discharged as reforming gas through a catalytic reaction and dust collection process.

촤 연소기(180)는 순산소연소 에너지 회수장치로 동작하게 할 수 있다. 다시 말하면, 바이오 원유 가스화 과정에서 발생한 촤를 순산소연소하고, 연소 후 생성된 CO2를 농도 조절하여 고농도 CO2를 공급할 수 있도록 할 수 있다.The char combustor 180 may operate as a pure oxygen combustion energy recovery device. In other words, the crude bio-char generated in the gasification combustion pure oxygen, control the CO 2 generated by post-combustion level may be to supply the high-concentration CO 2.

이러한 고농도 CO2는 열분해 생성물인 전기집진기의 비응축가스와 혼합하여 바이오오일응축기로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 유동층반응기의 유동영역을 조절할 수 있으며 이는 기체-고체간의 혼합 및 열전달에 영향을 미치며 최종적으로는 반응을 촉진시킬 수 있다.This high-concentration CO 2 is mixed with the non-condensed gas of the electrostatic precipitator, which is a thermal decomposition product, and when recycled to the bio-oil condenser, the amount of CO 2 is adjusted. It affects the gas-solid mixing and heat transfer, and finally can accelerate the reaction.

싸이클론(132)은 기체와 혼합된 분진 및 고체입자를 원심력, 중력에 의하여 회수할 수 있는 집진장치로 촤 연소기(180)에서 발생한 Ash를 집진하여 Ash 포집탱크(200)로 전달하여 포집이 되도록 동작한다.The cyclone 132 is a dust collecting device capable of recovering dust and solid particles mixed with gas by centrifugal force and gravity, and collects the ash generated from the char combustor 180 and transfers it to the ash collection tank 200 to be collected. It works.

열교환기 또는 증기발생기(190)는 바이오원유 가스화 반응기에 증기를 공급하는 기능을 수행하는 열교환기 또는 증기발생기이다. 가스화 반응에 증기를 산화제로 사용하게 되면 고품질의 합성가스를 생성할 수 있기 때문에 바이오원유 가스화 반응기(170)에 증기를 공급한다.The heat exchanger or steam generator 190 is a heat exchanger or steam generator that supplies steam to the bio-crude gasification reactor. When steam is used as an oxidizing agent in the gasification reaction, since it is possible to generate high-quality synthetic gas, steam is supplied to the bio-crude gasification reactor 170.

상술한 바와 같이, 열교환기 또는 증기발생기(190)는 촤 연소기(180)에서 발생되는 고온의 배기가스를 이용하여 증기발생시의 열을 생산하는 에너지원으로 사용한다.As described above, the heat exchanger or steam generator 190 uses the high-temperature exhaust gas generated from the char combustor 180 as an energy source for generating heat during steam generation.

따라서, 열교환기 또는 증기발생기(190)는 촤 연소기(180)에서 제공되는 고온의 배기가스를 이용하여 증기 발생시의 에너지원으로 사용하고, 발생된 증기는 바이오원유 가스화 반응기(170)로 공급되고, 바이오원유 가스화 반응기(170)의 가스화과정에서 발생하는 촤는 촤연소기(180)에서 연소되고, 이때 발생되는 고온의 배기가스는 다시 열교환기 또는 증기발생기(190)로 공급되게 함으로써, 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 것이다.Therefore, the heat exchanger or steam generator 190 uses the high-temperature exhaust gas provided from the char combustor 180 as an energy source when generating steam, and the generated steam is supplied to the bio-crude gasification reactor 170, The char generated in the gasification process of the bio-crude gasification reactor 170 is burned in the char combustor 180, and the high-temperature exhaust gas generated at this time is supplied to the heat exchanger or the steam generator 190 again, thereby efficiently saving energy. It can be used.

Ash 포집탱크(200)는 바이오오일 가스화 과정에서 생성되는 회분(Ash)을 포집할 수 있는 탱크이다.The ash collection tank 200 is a tank capable of collecting ash generated in the bio-oil gasification process.

이하, 급속열분해 시스템을 통하여 생산된 바이오원유를 이용하여 바이오원유를 가스화 시스템에 적용한 통합 과정의 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 가스화 시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, a gasification system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass in an integrated process in which bio-crude is applied to a gasification system using bio-crude produced through the rapid pyrolysis system will be described.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 바이오원유 생산 및 바이오원유 가스화 통합 공정의 구성도를 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이, 바이오매스를 바이오매스 사일로(100)에 채운 뒤 바이오매스 투입용 스크류 피더(110)를 통하여 정량으로 바이오매스를 바이오매스 급속열분해 반응기(120)로 투입한다. 바이오매스 급속열분해 반응기(120)에서는 유동매질(모래)과 바이오매스가 활발히 혼합되며 급속열분해되어 타르(Tar), 바이오 촤(char), 비응축가스(non-condensable gas)가 각각 생성된다. 3 is a diagram showing a configuration diagram of an integrated process for bio-crude production and bio-crude gasification according to an embodiment of the present invention, as shown, for biomass input after filling the biomass in the biomass silo 100 Biomass is injected into the biomass rapid pyrolysis reactor 120 in a quantitative manner through the screw feeder 110. In the biomass rapid pyrolysis reactor 120, a fluid medium (sand) and biomass are actively mixed and rapidly pyrolyzed to generate tar, biochar, and non-condensable gas, respectively.

바이오매스 급속열분해 반응기(120)에서 발생한 바이오 촤(char)와 싸이클론(130)을 통하여 포집된 촤는 연소기(180)의 연소시료로 사용된다. The biochar generated in the biomass rapid pyrolysis reactor 120 and the char collected through the cyclone 130 are used as a combustion sample of the combustor 180.

바이오매스 급속열분해 반응기(120)에서 타르와 비응축가스는 바이오원유 응축기(140)와 전기집진기(150)를 거치는데 이 과정에서 타르는 바이오원유로 응축되고 비응축가스(Non condensable gas)는 전기집진기(150)의 상부로 배출된다. In the biomass rapid pyrolysis reactor 120, the tar and non-condensable gas go through the bio-crude condenser 140 and the electric precipitator 150. In this process, the tar is condensed into bio-crude, and the non-condensable gas is electricity. It is discharged to the top of the dust collector 150.

바이오원유 응축기(140)에서 응축된 바이오원유와 전기집진기(150)에서 집진된 바이오원유는 바이오원유 저장탱크(160)에 저장되고 이는 투입펌프를 통하여 바이오원유 가스화 반응기(170)로 분사되어 산화제와 함께 가스화된다. The bio-crude condensed in the bio-crude condenser 140 and the bio-crude collected in the electrostatic precipitator 150 are stored in the bio-crude storage tank 160, which is injected into the bio-crude gasification reactor 170 through an input pump to prevent oxidizing agents and Gasified together.

열교환기 또는 증기발생기(190)에서 생성되는 스팀(steam)은 산화제로써 사용되며 해당 장치의 열원은 촤 연소기(180)에서 발생되는 열을 사용한다. 촤 연소기(180)는 기포유동층 반응기로 운전되며 급속열분해 산물인 바이오 촤를 효율적으로 소비하여 공정의 효율 및 경제성을 향상시킨다. Steam generated by the heat exchanger or the steam generator 190 is used as an oxidizing agent, and the heat source of the device uses heat generated by the char combustor 180. The char combustor 180 is operated as a bubble fluidized bed reactor and efficiently consumes biochar, a product of rapid pyrolysis, to improve process efficiency and economics.

바이오원유 가스화 반응기(170)도 촤 연소기(180)에서 발생되는 열을 사용한다.The bio-crude gasification reactor 170 also uses heat generated from the char combustor 180.

바이오원유 가스화 및 촤 연소 후 생성되는 회분(ash)은 싸이클론(130)을 거쳐 ash 포집탱크(200)에 포집된다.Ash generated after bio-crude gasification and char combustion is collected in the ash collecting tank 200 through the cyclone 130.

이러한 구성을 통하여 도 3을 참조하면, 바이오 매스를 이용한 바이오원유 생산용 급속열분해 장치(A)와 바이오원유의 가스화 장치(B)를 하나의 공정으로 구성함으로써, 경제적인 바이오매스 에너지를 생산하기 위해 생산 현장에서 바이오매스를 바이오원유로 변환하기 위한 급속열분해 시스템과 생산한 고에너지 밀도의 바이오오일을 현장에서 직접 가스화 하거나 대용량 플랜트 지역으로 이송하여 바이오에너지를 대량생산할 수 있는 기술이다. Referring to FIG. 3 through such a configuration, by configuring the rapid pyrolysis device (A) for producing bio-crude using biomass and the gasifying device (B) of bio-crude in one process, in order to produce economical biomass energy It is a technology that can mass-produce bioenergy by gasifying a rapid pyrolysis system for converting biomass to bio-crude at the production site and by directly gasifying the produced high-energy-density bio-oil at the site or transferring it to a large-capacity plant area.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with respect to the described embodiments, but it is obvious to those skilled in the art that various modifications and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention, and it is natural that such modifications and modifications belong to the appended claims.

100: 바이오매스 사일로 110: 바이오매스 투입용 스크류 피더
120: 바이오매스 급속열분해 반응기 130: 싸이클론
140: 바이오원유 응축기 150: 전기집진기
160: 바이오원유 저장탱크 170: 바이오원유 가스화 반응기
180: 촤 연소기 190: 열교환기 또는 증기발생기
200: Ash 포집탱크
100: biomass silo 110: biomass input screw feeder
120: biomass rapid pyrolysis reactor 130: cyclone
140: bio-crude condenser 150: electric dust collector
160: bio-crude storage tank 170: bio-crude gasification reactor
180: char combustor 190: heat exchanger or steam generator
200: Ash collection tank

Claims (11)

바이오 매스를 이용하여 바이오원유를 생산하는 급속열분해 장치;및
상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 합성듀서 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 장치;
를 포함하고,
상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유가 바이오원유 저장탱크로 공급되고, 상기 바이오원유 저장탱크의 원유가 상기 바이오원유 가스화 장치로 하나의 공정을 통하여 공급되되,
상기 급속열분해장치는
바이오원유응축기에서 공급되는 열분해가스를 정전기력을 이용하여 상기 바이오원유응축기에서 회수되지 않은 오일 미스트 성분 및 타르를 액상의 바이오원유를 포집하고 비응축가스는 배출하는 전기집진기를 포함하도록 구성하고,
상기 바이오원유 가스화 장치는
상기 급속열분해장치로부터 생산된 바이오원유를 저장하는 바이오원유 저장탱크;
상기 바이오원유 저장탱크에서 공급되는 바이오원유를 산화제와 함께 가스화하여 프로듀서 가스를 생산하는 바이오원유 가스화 반응기;및
바이오 촤를 연소하는 촤 연소기;
를 포함하고,
상기 바이오원유 저장탱크는
상기 급속열분해장치의 바이오원유 응축기에서 응축된 바이오원유와 상기 전기집진기에서 포집된 원유를 저장하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
Rapid pyrolysis device for producing bio-crude using biomass; And
A bio-crude gasification device for gasifying the bio-crude produced by the rapid pyrolysis device together with an oxidizing agent to produce a synthetic producer gas;
Including,
The bio-crude produced from the rapid pyrolysis device is supplied to a bio-crude storage tank, and the crude oil in the bio-crude storage tank is supplied to the bio-crude gasification device through one process,
The rapid pyrolysis device
The pyrolysis gas supplied from the bio-crude condenser is configured to include an electric precipitator that collects liquid bio-crude and discharges non-condensed gas from oil mist components and tars not recovered from the bio-crude condenser using electrostatic force,
The bio-crude gasification device
A bio-crude storage tank for storing bio-crude produced from the rapid pyrolysis device;
A bio-crude gasification reactor for producing a producer gas by gasifying the bio-crude oil supplied from the bio-crude storage tank together with an oxidizing agent; And
A char combustor that burns biochar;
Including,
The bio-crude storage tank
A syngas system of bio-crude oil produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass that stores the bio-crude condensed in the bio-crude condenser of the rapid pyrolysis device and the crude oil collected in the electrostatic precipitator.
청구항 1에 있어서,
상기 급속열분해장치는
공급되는 바이오매스를 급속열분해하여 타르, 바이오 촤, 비응축가스로 분해하는 바이오매스 급속열분해 반응기;
상기 바이오매스 급속열분해 반응기로부터 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 사이클론; 및
상기 사이클론에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시켜 바이오오일을 생산하는 바이오원유응축기;
를 포함하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method according to claim 1,
The rapid pyrolysis device
A biomass rapid pyrolysis reactor for rapidly pyrolyzing the supplied biomass into tar, biochar, and non-condensable gas;
A cyclone for recovering char contained in the pyrolysis gas by receiving the pyrolysis gas of the biomass from the biomass rapid pyrolysis reactor; And
A bio-crude condenser for producing bio-oil by condensing bio-oil from the pyrolysis gas from which char has been removed from the cyclone;
Syngas system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass comprising a.
삭제delete 청구항 2에 있어서,
상기 급속열분해 반응기는
원형 기둥 형상으로 하부에 가스 분산판을 갖추고 유동사를 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 원형 컬럼 형태의 유동층반응기인 것을 특징으로 하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method according to claim 2,
The rapid pyrolysis reactor
A synthetic gas system of bio-crude, manufactured through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass, characterized in that it is a circular column-type fluidized bed reactor that rapidly pyrolyzes biomass using a flowing sand with a gas distribution plate at the bottom in a circular column shape. .
삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 바이오원유 가스화 장치는
상기 바이오원유 가스화 반응기에 증기를 가스화제로 사용할 수 있도록 공급하는 열교환기 또는 증기발생기;
를 더 포함하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method according to claim 1,
The bio-crude gasification device
A heat exchanger or a steam generator for supplying steam to the bio-crude gasification reactor to be used as a gasifying agent;
Syngas system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass further comprising a
청구항 1에 있어서,
상기 바이오원유 가스화 장치는
상기 바이오원유 가스화 반응기 외부를 감싸는 기포유동층(bubbling fluidized bed)형태의 연소기로 구성하고, 바이오원유 가스화과정에서 포집되는 바이오 촤를 연소하여 가스화 반응의 열원으로 사용하도록 동작하는 촤 연소기;
를 더 포함하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method according to claim 1,
The bio-crude gasification device
A char combustor comprising a combustor in the form of a bubbling fluidized bed surrounding the outside of the bio-crude gasification reactor, and operating to burn the biochar collected in the bio-crude gasification process to be used as a heat source for the gasification reaction;
Syngas system of bio-crude produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass further comprising a.
청구항 8에 있어서,
상기 촤 연소기는
상기 급속열분해 장치의 사이클론과 바이오매스 급속열분해 반응기에서 생성된 촤와 상기 바이오원유 가스화 장치의 바이오원유 가스화 반응기의 가스화 과정에서 발생한 촤를 연소하여 시스템의 열원으로 사용하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method of claim 8,
The char combustor
A fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass used as a heat source of the system by combusting the char produced in the cyclone and biomass rapid pyrolysis reactor of the rapid pyrolysis device and the char generated in the gasification process of the biocrude gasification reactor of the bio-crude gasification device. Syngas system of bio-crude produced through.
청구항 9에 있어서,
상기 촤 연소기는
상기 열교환기 또는 증기발생기에서 공급되는 증기와 촤연소용 O2를 순산소 연소하고 발생하는 Ash(회분)를 Ash 포집탱크에 포집되게 하는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.
The method of claim 9,
The char combustor
Synthesis of bio-crude oil produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass in which the steam supplied from the heat exchanger or the steam generator and the carbon combustion O 2 are burned with pure oxygen and the generated ash (ash) is collected in an ash collection tank Gas system.
청구항 8에 있어서,
상기 촤 연소기에서 발생되는 열은
열교환기, 증기발생기, 또는 바이오원유 가스화 반응기 중 어느 하나 이상 열원으로 사용되는 바이오매스 급속열분해용 유동층 반응기를 통하여 제조된 바이오원유의 합성가스 시스템.



The method of claim 8,
The heat generated by the char combustor is
A synthetic gas system of bio-crude oil produced through a fluidized bed reactor for rapid pyrolysis of biomass used as a heat source of at least one of a heat exchanger, a steam generator, or a bio-crude gasification reactor.



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