KR102270964B1 - 바이오매스 기체화 장치 및 이를 이용한 수소의 제조방법 - Google Patents

바이오매스 기체화 장치 및 이를 이용한 수소의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 유지되고, 건조부, 열분해부, 산화부를 포함하는 열분해기; 상기 열분해기의 하부에 연결된 기체 유입부; 상기 산화부의 하부에 연결되고, 상기 기체 유입부와 분리된 환원부; 및 상기 환원부에 연결되고, 상기 기체 유입부보다 높이 위치한 기체 수집부를 포함하는, 바이오매스 기체화 장치와 그를 이용한 수소의 제조방법을 제공한다.

Description

바이오매스 기체화 장치 및 이를 이용한 수소의 제조방법{BIOMASS GASIFICATION DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN USING THE SAME}
본 발명은 바이오매스 기체화 장치 및 이를 이용한 수소의 제조방법에 관한 것이다.
바이오매스란 식물, 동물과 같은 생물 자원 유래의 에너지원을 의미한다. 지구의 환경 오염이 심화됨에 따라 친환경 에너지에 대한 수요가 증가하고 있고, 그에 따라 바이오매스 에너지의 활용에 대한 기술이 개발되고 있다.
일반적으로 바이오매스 에너지는 이를 연소시켜 발전 또는 난방에 사용된다. 그러나 바이오매스의 연소 시 발생하는 에너지는 즉시 소진되어 지속적인 활용이 어려운 문제점이 있다. 이에 따라, 발생 에너지로 전지 등을 충전시키는 방법이 제안된 바 있다.
수소 에너지는 친환경 에너지로 각광받고 있으나, 현재의 에너지 수요를 모두 만족시킬 만큼 많은 양을 제조하는 것은 어렵다.
본 발명의 발명자들은 이러한 견지에서 바이오매스 에너지를 이용하여 수소를 제조하는 기술을 개발하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위하여 도출된 것으로, 바이오매스로부터 열에너지를 생성함과 동시에 친환경 에너지인 수소를 제조하며, 목탄을 제조하는 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 유지되고, 건조부, 열분해부, 산화부를 포함하는 열분해기; 상기 열분해기의 하부에 연결된 기체 유입부; 상기 산화부의 하부에 연결되고, 상기 기체 유입부와 분리된 환원부; 및 상기 환원부에 연결되고, 상기 기체 유입부보다 높이 위치한 기체 수집부를 포함하는, 바이오매스 기체화 장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 열분해기에 연결되고, 상기 건조부보다 높이 위치한 응축물 수집부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열분해기의 하부에 연결된 발화부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 환원부의 하부에 연결된 방출부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 건조부의 온도는 350~650℃로 유지되고, 상기 열분해부의 온도는 700~900℃로 유지되고, 상기 산화부의 온도는 1,000~1,400℃로 유지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 환원부에서 일산화탄소와 물이 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기체 수집부에 연결되는 습식 기체세척 장치를 더 포함하고, 상기 습식 기체세척 장치는 복수의 집진셀과 각각의 집진셀 상부 및 하부에 세정액 액적을 분무하는 노즐을 포함하고, 상기 각각의 집진셀은 중공형의 집진전극과 상기 집진전극 내부에 설치된 봉 형상의 방전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 젖은 바이오매스를 350~650℃에서 건조시키는 단계; 건조된 바이오매스를 700~900℃에서 열분해시키는 단계; 열분해 생성물 기체를 1,000~1,400℃에서 산화시키는 단계; 및 산화된 기체를 환원시켜 수소를 수득하는 단계를 포함하는, 바이오매스를 이용한 수소 제조방법을 제공한다.
일 실시예에 있어서, 부산물로 목탄을 더 수득할 수 있다.
본 발명의 바이오매스 기체화 장치 및 바이오매스를 이용한 수소의 제조방법은 바이오매스로부터 열에너지를 생성함과 동시에 친환경 에너지인 수소를 제조하며, 목탄을 제조할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구 범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오매스 기체화 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바이오매스 기체화 장치 및 바이오매스를 이용한 수소의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴보도록 한다. 단, 하기 기재사항들은 본 발명의 예시를 통해 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하는 것일 뿐으로 본 발명이 하기 기재사항들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
바이오매스 기체화 장치(100)
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 기체화 장치(100)를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 바이오매스 기체화 장치(100)는 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 유지되고, 건조부(111), 열분해부(112), 산화부(113)를 포함하는 열분해기(110); 상기 열분해기(110)의 하부에 연결된 기체 유입부(150); 상기 산화부(113)의 하부에 연결되고, 상기 기체 유입부(150)와 분리된 환원부(114); 및 상기 환원부(114)에 연결되고, 상기 기체 유입부(150)보다 높이 위치한 기체 수집부(130)를 포함할 수 있다.
상기 열분해기(110)는 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 유지되므로, 건조부(111)의 온도보다 열분해부(112)의 온도가 더 높고, 열분해부(112)의 온도보다 산화부(113)의 온도가 더 높을 수 있다. 이에 따라 바이오매스는 순차적으로 건조, 열분해 및 산화될 수 있다.
상기 열분해기(110)에는 바이오매스가 투입될 수 있다. 이러한 바이오매스로는 건조된 바이오매스를 사용하거나, 젖은 바이오매스를 별도의 건조 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 열분해기(110)는 건조부(111)를 포함하므로 일반적으로 배출되는 젖은 바이오매스를 별도의 처리 없이 사용할 수 있다. 이러한 건조부(111)의 온도는 350℃, 400℃, 450℃, 500℃, 550℃, 600℃ 또는 650℃일 수 있다. 상기 건조부(111)에서는 젖은 바이오매스가 건조 바이오매스와 수분으로 분리될 수 있다.
상기 건조부(111)의 하부에는 열분해부(112)가 위치할 수 있다. 상기 건조부(111)에서 건조된 바이오매스가 낙하하여 열분해부(112)에 공급되고, 열분해될 수 있다. 이러한 열분해부(112)의 온도는 700℃, 750℃, 800℃, 850℃ 또는 900℃일 수 있다. 상기 열분해부(112)에서는 건조 바이오매스가 열분해 기체와 목탄으로 분리될 수 있다. 상기 열분해부(112)에서 형성된 타르와 메탄은 별도로 분리될 수 있다.
상기 열분해부(112)의 하부에는 산화부(113)가 위치할 수 있다. 상기 열분해부(112)에서 생성된 열분해 기체는 산화부(113)로 이동하여 산화될 수 있다. 이러한 산화부(113)의 온도는 1,000℃, 1,050℃, 1,100℃, 1,150℃, 1,200℃, 1,250℃, 1,300℃, 1,350℃ 또는 1,400℃일 수 있다. 상기 산화부(113)에서 탄소, 수소와 탄소화합물이 산화되어 이산화탄소와 수분을 형성할 수 있다. 이러한 반응은 아래와 같이 표현될 수 있다.
(1) C + O2 → CO2
(2) 4H + O2 → 2H2O
(3) CnHm + (n/2 + m/4)O2 → nCO2 + (m/2)H2O
상기 열분해기(110)의 하부에는 기체 유입부(150)가 연결되어 바이오매스와 반응하는 기체가 지속적으로 유입될 수 있다. 이러한 기체는 산소를 포함할 수 있다. 또한, 상기 기체는 예열된 것일 수 있다. 기체 유입부(150)로 예열된 기체가 유입되면 바이오매스가 보다 쉽게 반응할 수 있다. 이러한 예열은 상기 바이오매스 기체화 장치(100)에서 발생한 열을 재순환시켜 사용함으로써 수행될 수 있다.
또한, 상기 열분해기(110)의 하부에는 상기 기체 유입부(150)와 분리된 별도의 환원부(114)가 연결될 수 있다. 상기 환원부(114)에서는 산화된 기체의 환원반응이 수행될 수 있다. 이러한 환원반응은 물-기체 전환 반응(water gas conversion reaction), 예를 들어, 일산화탄소 시프트 전환 반응(CO shift conversion reaction)일 수 있고, 이로부터 수소 기체를 수득할 수 있다. 이러한 반응은 아래와 같이 표현될 수 있다.
(4) C + CO2 → 2CO
(5) C + H2O → CO + H2
(6) CnHm + nH2O → nCO + (m/2 + n)H2
(7) CnHm + nCO2 → 2nCO + (m/2)H2
상기 환원부(114)의 압력은 대기압의 2~30배일 수 있다. 상기 환원부(114)가 가압된 것이면 불충분 반응이 억제되어 수소 기체의 생산 효율이 10% 이상 개선될 수 있다.
상기 바이오매스 기체화 장치(100)에서 발생한 열은 재순환시키거나, 난방에 활용되거나, 발전에 사용할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열분해기(110)에 연결되고, 상기 건조부(111)보다 높이 위치한 응축물 수집부(120)를 더 포함할 수 있다. 상기 응축물 수집부(120)는 건조부(111), 열분해부(112), 산화부(113), 환원부(114)에서 생성된 수분 등의 응축물을 수집할 수 있다. 상기 응축물 수집부(120)는 상기 열분해기(110) 대비 저온, 예를 들어, 50℃, 30℃, 10℃, 0℃, -10℃, -30℃, -50℃일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 열분해기(110)의 하부에 연결된 발화부(140)를 더 포함할 수 있다. 상기 발화부(140)는 상기 열분해기(110)에서 바이오매스를 발화시키기 위해 에너지를 투입하거나, 점화원 등의 투입에 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 환원부(114)의 하부에 연결된 방출부(160)를 더 포함할 수 있다. 상기 방출부(160)는 건조, 열분해, 산화 및 환원된 부산물인 목탄의 수득에 사용될 수 있다.
상기 열분해기(110)의 하부는 하단이 더 좁아지는 형태를 가질 수 있고, 상기 환원부(114)는 상기 열분해기(110) 하부의 중앙부에 연결되고, 상기 기체 유입부(150)는 열분해기(110) 하부의 측면부에 연결될 수 있다. 상기 열분해기(110)의 하부가 이러한 구조를 가지면 탄소계 부산물이 중력에 의해 낙하하며 급랭되어 목탄을 수득할 수 있다
일 실시예에 있어서, 상기 건조부(111)의 온도는 350~650℃로 유지되고, 상기 열분해부(112)의 온도는 700~900℃로 유지되고, 상기 산화부(113)의 온도는 1,000~1,400℃로 유지될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기체 수집부(130)에 연결되는 습식 기체세척 장치(미도시)를 더 포함하고, 상기 습식 기체세척 장치는 복수의 집진셀과 각각의 집진셀 상부 및 하부에 세정액 액적을 분무하는 노즐을 포함하고, 상기 각각의 집진셀은 중공형의 집진전극과 상기 집진전극 내부에 설치된 봉 형상의 방전극을 포함할 수 있다.
상기 습식 기체세척 장치는 정전력을 이용하여 분진, 수분 등의 입자를 코로나 방전으로 하전시켜 집진전극 표면으로 이동 및 포집시키고, 오염물질이 제거된 세척 기체를 배출하는 장치일 수 있다. 이러한 세척은 방전극(Discharge Electrode)와 집진전극(Collecting Electrode)로 구성되는 집진셀에 의해 수행된다.
상기 집진셀은 상기 바이오매스 기체화 장치(100)로부터 수득한 기체에 혼합된 먼지를 제거하여 세척된 기체를 수득할 수 있다. 이 때 상기 노즐은 집진 도중 집진전극에 세정액 수막을 형성시킴으로써, 방전극의 코로나에 의해 하전된 입자가 수막에 의해 포집되게 할 수 있다. 또한, 상기 노즐은 집진 이후 세정액을 분사하여 입자로 인한 오염을 세척할 수 있다.
상기 습식 기체세척 장치는 하부에 집진대상 기체의 유입부가 구비되고, 상부에 배출부를 구비하여 기체의 상승기류를 이용할 수 있다.
상기 바이오매스 기체화 장치(100)의 말단, 즉 기체 수집부(150)에 습식 기체세척 장치가 구비되면 효율이 15% 이상 개선될 수 있다.
바이오매스를 이용한 수소 제조방법
본 발명의 다른 일 측면에 따른 바이오매스를 이용한 수소 제조방법은 젖은 바이오매스를 350~650℃에서 건조시키는 단계; 건조된 바이오매스를 700~900℃에서 열분해시키는 단계; 열분해 생성물 기체를 1,000~1,400℃에서 산화시키는 단계; 및 산화된 기체를 환원시켜 수소를 수득하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 부산물로 목탄을 더 수득할 수 있다.
각각의 단계와 구성에 대한 설명은 전술한 바와 같다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다
도 1의 바이오매스 기체화 장치(100)의 가동조건을 아래 표 1에 따라 변경하여 바이오매스로부터 수소를 제조하였다. 원료로는 젖은 바이오매스를 사용하였다.
구분 건조부(111)
온도 (℃) 		열분해부(112)
온도 (℃) 		산화부(113)
온도 (℃) 		비고
실시예 1 500 800 1200 ◎
실시예 2 400 750 1125 ○
실시예 3 600 850 1275 ◎
실시예 4 500 700 1100 ○
실시예 5 500 900 1300 ◎
실시예 6 500 800 1050 ○
실시예 7 500 800 1350 ◎
비교예 1 300 650 1100 △
비교예 2 800 700 1200 △
비교예 3 500 600 950 ×
비교예 4 500 1000 1450 ×
(◎: 우수, ○: 양호, △: 미흡, ×: 불량)실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 7은 건조부에서 바이오매스가 충분히 건조되고, 다량의 열분해 기체가 발생하여 우수한 수소 제조성능을 나타내었다.
실시예 2는 바이오매스에 수분이 일부 잔류하여 열분해 시 기체 생성량과 목탄 발생량이 다소 적었으나 양호한 결과를 나타내었다.
실시예 4는 바이오매스의 건조는 충분히 수행되었으나 열분해 시 기체 생성량이 다소 적었고, 산화부에서의 산화반응 속도가 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5 및 실시예 7에 비하여 다소 느렸으나 수소 제조성능으로서는 양호한 결과를 나타내었다.
실시예 6은 산화부에서의 산화반응 속도가 다소 느려 전체적인 반응 속도가 감소하였으나 수소 생성량 자체는 양호하였다.
비교예 1은 바이오매스가 건조되지 않아 열분해부에서 기체가 발생하지 않고고 흰 연기가 발생하여 건조를 중단하였다.
비교예 2는 바이오매스가 충분히 건조되었으나 기체화 장치 내부에서의 온도차로 인해 기체의 역류가 발생하여 산화부와 환원부로 충분히 기체가 공급되지 않아 수소 생성이 미흡하였다.
비교예 3은 바이오매스는 건조되었으나 온도가 불충분하여 열분해부에서 기체가 생성되지 않고, 산화부에서 기체가 생성되었으나 극히 일부만 산화하여 수소기체를 생성할 수 없었다.
비교예 4는 생성된 열분해 기체가 기체 유입부로 역류하고, 이후 단계에서의 온도가 과도하게 상승하여 안전상의 문제로 가동을 정지하였다(산화부 온도를 1350℃로 설정하였으나 1450℃까지 상승하는 것을 확인한 후 가동을 정지하였다).
실시예 1을 기준으로 포집된 수소의 양의 비율을 아래 표 2에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6 실시예7 비교예1 비교예2 비교예3 비교예4
생성량 100 91 109 93 113 94 107 - 61 24 37
100: 바이오매스 기체화 장치
110: 열분해기
111: 건조부
112: 열분해부
113: 산화부
114: 환원부
120: 응축물 수집부
130: 기체 수집부
140: 발화부
150: 기체 유입부
160: 방출부

Claims (9)

  1. 상부의 온도가 하부의 온도보다 낮게 유지되고, 건조부, 열분해부, 산화부를 포함하는 열분해기;
    상기 열분해기에 연결되고, 상기 건조부보다 높이 위치한 응축물 수집부;
    상기 열분해기의 하부에 연결된 발화부;
    상기 산화부의 하부에 연결되고, 기체 유입부와 분리된 환원부;
    상기 환원부의 하부에 연결된 방출부;
    상기 환원부에 연결되고, 상기 기체 유입부보다 높이 위치한 기체 수집부; 및
    상기 기체 수집부에 연결되는 습식 기체세척 장치를 포함하는, 바이오매스 기체화 장치에 있어서,
    젖은 바이오매스를 건조시키는 상기 건조부의 온도는 350~650℃로 유지되고,
    건조된 바이오매스를 열분해시키는 상기 열분해부의 온도는 700~900℃로 유지되고,
    열분해 생성물 기체를 산화시키는 상기 산화부의 온도는 1,000~1,400℃로 유지되며,
    산화된 기체를 환원시켜 수소를 수득하는 상기 환원부의 압력은 대기압의 2~30배로 유지되고,
    상기 습식 기체세척 장치는 복수의 집진셀과 각각의 집진셀 상부 및 하부에 세정액 액적을 분무하는 노즐을 포함하고,
    상기 각각의 집진셀은 중공형의 집진전극과 상기 집진전극 내부에 설치된 봉 형상의 방전극을 포함하며,
    부산물로 목탄을 더 수득하는, 바이오매스 기체화 장치.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004521155A (ja) * 2000-11-17 2004-07-15 ジョー・エンタープライジズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 小規模高スループットのバイオマスガス化システムおよび方法
WO2005047435A2 (en) * 2003-11-04 2005-05-26 Iti Limited Catalytic gasification
WO2009020442A1 (en) * 2007-08-03 2009-02-12 Detes Maden Enerji Ve Cevre Teknoloji Sistemleri Limited Sirketi Solid fuel gasification and gas cleaning system
KR100887137B1 (ko) * 2008-06-12 2009-03-04 김현영 탄화물 열분해 개질 방법 및 그 장치
KR20150046524A (ko) * 2013-10-22 2015-04-30 한국에너지기술연구원 바이오매스 급속 열분해를 위한 이중관형 유동층 반응기
KR101632146B1 (ko) * 2015-03-31 2016-06-21 (주)정석이엔씨 바이오매스 가스화 장치
KR20190136874A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 (주)벨트란코리아 습식 전기 집진장치
KR20200009350A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 한국생산기술연구원 바이오촤를 이용한 수처리 시스템
JP2020128326A (ja) * 2019-02-08 2020-08-27 日立造船株式会社 水素製造方法および水素製造装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004521155A (ja) * 2000-11-17 2004-07-15 ジョー・エンタープライジズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 小規模高スループットのバイオマスガス化システムおよび方法
WO2005047435A2 (en) * 2003-11-04 2005-05-26 Iti Limited Catalytic gasification
WO2009020442A1 (en) * 2007-08-03 2009-02-12 Detes Maden Enerji Ve Cevre Teknoloji Sistemleri Limited Sirketi Solid fuel gasification and gas cleaning system
KR100887137B1 (ko) * 2008-06-12 2009-03-04 김현영 탄화물 열분해 개질 방법 및 그 장치
KR20150046524A (ko) * 2013-10-22 2015-04-30 한국에너지기술연구원 바이오매스 급속 열분해를 위한 이중관형 유동층 반응기
KR101632146B1 (ko) * 2015-03-31 2016-06-21 (주)정석이엔씨 바이오매스 가스화 장치
KR20190136874A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 (주)벨트란코리아 습식 전기 집진장치
KR20200009350A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 한국생산기술연구원 바이오촤를 이용한 수처리 시스템
JP2020128326A (ja) * 2019-02-08 2020-08-27 日立造船株式会社 水素製造方法および水素製造装置

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