KR102485267B1 - 입자의 건조 및 열분해 장치 및 이를 이용한 입자의 건조 및 열분해 방법 - Google Patents

입자의 건조 및 열분해 장치 및 이를 이용한 입자의 건조 및 열분해 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치는, 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자가, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조되는 건조 및 열분해 장치로서, 상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버, 및 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판을 포함하고, 상기 복수의 방해판 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 내부에서의 상기 방해판의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판이고, 상기 건조 및 열분해 챔버에서 상기 시료입자가 상기 방해판을 따라 지그재그로 낙하되며 건조된다.

Description

입자의 건조 및 열분해 장치 및 이를 이용한 입자의 건조 및 열분해 방법{APPARATUS FOR DRYING AND THERMOLYSIS OF PARTICLES, AND METHOD FOR DRYING AND THERMOLYSIS OF PARTICLES USING THE SAME}
본 발명은 석탄이나 바이오매스와 같은 고형원료인 입자를 건조 및 열분해하기 위한 장치 및 이를 이용한 입자의 건조 및 열분해 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 입자의 크기와 무게에 상관없이 균일한 건조 및 열분해가 가능한 방해판이 구비된 건조 및 열분해 시스템에 관한 것이다.
발전 분야에서 연료로 활용되고 있는 석탄의 경우 발열량이 6000kcal/kg 이상으로 높은 역청탄과 같은 고등급 석탄은 과거의 높은 활용률로 인해 현재 부존량도 적고 가격도 높기 때문에 발전용 연료로 전적으로 활용하기에는 경제적 부담이 크다. 따라서 발열량이 4000 kcal/kg 이하로 낮지만 부존량이 많고 가격이 저렴한 저등급 석탄의 활용비율이 늘고 있다. 하지만 저등급 석탄의 경우 탄화도가 낮은 관계로 친수성 기능기와 공극이 많아 총 중량의 30~70% 정도로 많은 의 수분을 포함하고 있다. 이러한 수분은 석탄의 발열량을 떨어뜨리므로 일정량의 전기 생산을 위해 소비해야 하는 석탄의 양을 증가시키게 되고 결국 발생되는 오염물질의 양이 증가되므로 환경설비의 부담을 증가시킨다. 따라서 석탄의 활용전 건조를 통해 수분을 제거한다면 저등급 석탄의 효율적 활용을 통해 비용부담 및 환경부담을 낮출 수 있다.
한편, 최근 RPS 제도 등 온실가스 감소를 위해 선진국을 중심으로 목재 및 바이오매스 수급과 자원확보에 힘쓰고 있다. 폐목재 바이오매스의 경우 수분이 높고 에너지 밀도가 낮아 고체 연료로 사용하는 데 어려움이 있다. 바이오매스에 포함된 수분은 연소과정 중 기화되면서 열을 흡수하므로 연료가 가지는 열량을 소모시킨다. 수분을 제거하고 열분해를 통해 단위무게당 연료의 발열량을 증가시키면 에너지 밀도가 높아져 사용량이 감소하게 되어 수송비를 절감할 수 있고 연소의 효율도 높아지는 효과가 있다. 따라서 목재 바이오매스를 활용하기 위해 건조 및 열분해에 의한 열분해 기술이 다양하게 개발되고 있다.
인도네시아와 말레이시아는 오일팜 산업을 위해 대규모의 팜 조림지가 활성화되어 있다. 오일팜 바이오매스는 인도네시아에서 연간 약 94,000천만 톤, 말레이시아에서 연간 약 53,000천만 톤이 발생하고 있으며, 전 세계적으로는 연간 약 184,000천만 톤이 발생한다. 이 중 가용 폐자원은 약 30%로 55,000천만 톤에 달하며, 이를 열분해하여 연료로 사용할 경우 시장 규모는 약 5.5조 달러에 달한다.
국내의 경우 폐목재 발생량은 연간 약 200만 톤 규모로 많지 않으며, 대부분 산간 지역에서 발생하므로 이를 처리하기 위해서는 열분해 장치의 소형화가 매우 중요하다. 열분해장치를 소형화 할 경우 설비비용을 절감할 수 있으며 모듈화를 통해 소규모에서부터 대규모까지 처리가 다양하게 이뤄질 수 있는 장점이 있다.
기존 열분해 방식은 바이오매스 입자의 크기에 따른 분류를 고려하지 않아 열분해 과정에서 바이오매스의 크기 및 무게에 따라 하강하는 속도가 달라져 열분해 정도가 고르지 못하다는 문제가 있고, 또한 필요에 따라 입자의 하강 속도 내지 체류 시간을 조절하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시료 입자의 건조 및 열분해 과정에서 입자의 체류 속도를 용이하게 제어할 수 있는 건조 및 열분해 장치를 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치는, 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자가, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조되는 건조 및 열분해 장치로서, 상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버, 및 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판을 포함하고, 상기 복수의 방해판 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 내부에서의 상기 방해판의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판이고, 상기 건조 및 열분해 챔버에서 상기 시료입자가 상기 방해판을 따라 지그재그로 낙하되며 건조된다.
상기 가변 방해판은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 측벽에 구비된 삽입홀을 통해 삽입되고, 상기 삽입홀을 따라 슬라이딩 이동하는 것에 의해 상기 내부에서의 상기 방해판의 길이를 조절할 수 있다.
상기 건조 및 열분해 챔버의 측벽의 외측으로 돌출된 상기 가변 방해판의 단부에는 손잡이가 구비될 수 있다.
상기 삽입홀의 외측에는 상기 가변 방해판을 고정할 수 있는 고정부를 구비할 수 있다.
상기 고정부는 볼트이고, 상기 가변 방해판에는 상기 볼트가 결합되는 적어도 하나의 고정홀이 형성될 수 있다.
상기 삽입홀과 상기 가변 방해판이 접하는 부분에, 연성 재질의 날개부가 더욱 포함될 수 있다.
상기 복수의 방해판 중 상기 가변 방해판을 제외한 나머지 방해판은 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 고정된 고정 방해판일 수 있다.
상기 가변 방해판의 단부와, 상기 고정 방해판 사이의 거리에 따라 상기 시료입자의 체류 시간이 변화할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 방법은 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자를, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조시키는 건조 및 열분해 방법으로서, 상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버, 및 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판을 포함하고, 상기 복수의 방해판 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 내부에서의 상기 방해판의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판인 건조 및 열분해 장치 상부로 상기 시료 입자를 투입하는 단계, 및 투입된 상기 시료 입자가 낙하하여 건조 및 열분해 장치를 통과할 때, 상기 가변 방해판의 길이를 조절하여 상기 시료 입자의 체류 시간을 조절하는 단계를 포함한다.
상기 가변 방해판의 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에서의 길이가 길어지는 것에 의해 상기 시료입자의 체류 시간이 길어질 수 있다.
상기 열풍의 양은 3 Nm3/kg 내지 15 Nm3/kg(가스유량/바이오매스량)일 수 있다.
상기 시료입자의 낙하 속도는 1 m/s 내지 5 m/s일 수 있다.
상기 건조 및 열분해 챔버 내부에서 시료입자의 체류시간은 30초 내지 600초일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 건조 및 열분해 챔버 내부의 가변 방해판의 길이를 용이하게 조절하는 것에 의해, 시료 입자의 조건에 따라 체류 시간을 효율적으로 조절할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치를 측면에서 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 건조 및 열분해 챔버 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에서 시료 입자의 하강에 따른 체류시간 조절 방법의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 비교예에 따른 건조 및 열분해 장치에서 시료 입자의 하강을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치의 건조 및 열분해 챔버 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에 있어서, 도 2의 A 부분에 대응하는 부분의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 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, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치를 측면에서 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 건조 및 열분해 챔버 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 3은 도 2의 A 부분의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 건조 및 열분해 장치(100)는 상부에서 건조 및/또는 열분해 대상이 되는 시료 입자, 예를 들면 석탄이나 바이오 매스와 같은 고형 원료가 투입되고, 하부에서 열풍이 공급되어 건조 및 열분해 챔버(130)를 통과하여 상부로 배출될 수 있는 구조를 갖는다.
즉, 건조 및 열분해 챔버(130)를 기준으로, 상부에는 상부 챔버(110) 및 해당 상부 챔버(110)에 시료 입자를 공급하는 공급 통로(111)가 구비된다. 아울러 상부 챔버(110)의 상단에는, 하부로부터 공급된 열풍이 빠져나갈 수 있는 열풍 배출 통로(112)가 형성된다. 건조 및 열분해 챔버(130)의 하부에는, 건조 및 열분해가 완료된 시료 입자를 수용할 수 있는 지지부(120)가 형성되고, 건조 및 열분해 챔버(130)의 하단부에는, 열풍을 공급할 수 있는 열풍 공급 통로(131)가 형성된다.
건조 및 열분해 챔버(130) 내부에는 복수의 방해판(150)이 형성된다. 복수의 방해판(150)은, 건조 및 열분해 챔버(130) 내부에서, 서로 지그재그 형태로 배치되어 건조 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 건조 및 열분해 챔버(130)의 측벽(132)에 소정 각도를 갖고 부착된 복수의 방해판(150)이 형성된다. 즉, 좌측 벽면 및 우측 벽면 각각에 방해판(150)이 형성되고, 이 때 각각의 방해판(150)이 일정한 간격으로 배열되어 하부로 경사지도록 배치된다. 이에 따라 상부로부터 공급된 시료 입자가 방해판(150)에 의해 형성된 유로를 통해 하부로 떨어지면서 건조 및 열분해 과정을 거치게 된다.
이 때, 건조 및 열분해 장치(100)에 투입되는 대상 시료의 크기나 무게가 균일하기 않은 경우 기류를 따라 부유되는 정도가 달라 상기 건조 및 열분해 장치 내부에 머무는 시간이 상이해질 수 있다. 동일 무게라면 크기가 큰 시료가 작은 시료에 비해 기류에 의한 항력이 크게 가해지므로 기류를 따라 부유하는 정도가 크고, 같은 크기라면 가벼운 시료가 무거운 시료에 비해 관성이나 중력의 영향을 덜 받으므로 기류를 따라 부유하는 정도가 크기 때문에 열분해 장치 내부에 머무는 시간이 달라질 수 있다.
이러한 무게 및 크기에 따라 기류에 의해 뜨거나 가라앉는 정도를 부유성이라고 한다. 상기 부유성이 작은 시료는 기류에서 이탈하기 쉽기 때문에 장치 내 에서 기류의 저항을 이기고 하부로 떨어질 확률이 크지만 부유성이 큰 시료는 상부로 향하는 기류에서 쉽게 이탈하지 못하기 때문에 장치 하부로 도달하는데 시간이 상대적으로 오래 걸릴 수 있다.
상기 시료의 상기 열분해 장치 내의 체류시간에 따라 건조 또는 열분해 정도가 달라지므로 결과적으로 시료의 부유성에 따라 건조 또는 열분해 정도가 달라질 수 있다. 이 경우 부유성이 다양한 시료를 투입하는 경우 건조 또는 열분해된 제품의 품질이 불균일해질 뿐만 아니라 장치 내부에 지나치게 오래 체류하는 시료의 경우 장치 내부에서 지나치게 건조 또는 열분해되거나 다른 시료 입자 또는 벽면과의 거듭된 충돌로 인해 잘게 부서져 기류와 함께 배출되므로 하부에서 얻어지는 제품의 수율은 떨어지고 상부로 배출된 미세 입자들은 후단 장치에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
따라서 투입되는 시료 입자의 크기 내지 무게에 따라 건조 및 열분해 챔버(130) 내에서 체류하는 시간을 적절하게 조절해야 할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명의 일 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 복수개의 방해판(150) 중 적어도 하나 이상을, 건조 및 열분해 챔버(130) 내에서 그 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판(152)으로 구성한다. 즉, 복수개의 방해판(150)은, 적어도 하나의 가변 방해판(152)을 포함하고, 나머지는 고정 방해판(151)일 수 있다.
도 3을 참조하면, 가변 방해판(152)은, 건조 및 열분해 챔버(130)의 측벽(132)에 형성된 삽입홀(133)을 통해 슬라이딩 가능하도록 구성하여, 슬라이딩 제어에 의해 건조 및 열분해 챔버(130) 내에서의 길이를 조절할 수 있도록 구성된다. 즉, 측벽(132)에 형성된 삽입홀(133)을 따라 가변 방해판(152)을 내측으로 삽입하거나, 외측으로 인출하는 것에 의해 건조 및 열분해 챔버(130) 내부에서의 방해판(150)의 길이를 조절할 수 있다. 이 때 도시하지는 않았으나, 안정적인 조절을 위해, 가변 방해판(152)의 일면에는 삽입홀(133)에 대응하는 가이드 라인이 형성될 수도 있다. 또한, 가변 방해판(152)의 길이 조절 방법은 이와 같은 슬라이딩 방법에 한정되지 않으며, 다양한 방법이 적용될 수 있다.
슬라이딩에 의해 적절한 길이로 조절된 가변 방해판(152)은, 건조 및 열분해 챔버(130)의 외측에 형성된 고정부(200)에 의해 안정적으로 고정될 수 있다. 이러한 고정부(200)는, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이 볼트 형상을 가질 수 있다. 이 때, 가변 방해판(152)에는 복수의 고정홀(153)이 형성되어, 고정부(200)가 삽입되는 것에 의해 가변 방해판(152)이 일정 위치에 고정되도록 구성될 수 있다. 고정홀(153)은 가변 방해판(152)의 길이 방향, 즉 건조 및 열분해 챔버(130)의 외측에서 내측을 향하는 방향을 따라 복수개 형성될 수 있으며, 이에 따라 원하는 위치의 고정홀(153)에 고정부(200)를 삽입함으로써 다양한 길이의 방해판을 구성할 수 있다. 그러나, 가변 방해판(152)의 길이를 고정하는 방법은 이에 한정되지 않으며, 다양한 방법이 적용될 수 있다.
이하에서는 도 4 및 도 5를 더욱 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치(100)에서의 가변 방해판(152)의 제어에 대해, 비교예와 함께 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에서 시료 입자의 하강에 따른 체류시간 조절 방법의 예시를 나타낸 도면이다. 도 5는 비교예에 따른 건조 및 열분해 장치에서 시료 입자의 하강을 도시한 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이 건조 및 열분해 챔버(130)의 상부로 투입된 시료 입자(P)는, 방해판(150)을 따라 지그재그로 하강하면서, 하부로부터 공급된 열풍과 접촉하여 건조 및/또는 열분해된다. 이 때, 시료 입자(P)가 방해판(150) 사이의 유로를 따라 이동할 때, 가변 방해판(152)을 화살표 a1 방향으로 이동하여 유로를 좁게 함으로써, 해당 부분에서의 체류 시간을 충분히 확보할 수 있게 된다. 충분한 체류시간을 거친 후, 가변 방해판(152)을 화살표 a2 방향으로 이동하여 유로를 넓힘으로써, 시료 입자(P)를 하류로 이동시킬 수 있다. 하류로 이동한 시료 입자(P)가 하류에 위치하는 가변 방해판(152)에 도달하였을 때, 해당 가변 방해판(152)을 화살표 a3 방향으로 이동하여 유로를 좁게 함으로써 해당 부분에서의 체류 시간을 확보할 수 있게 된다. 충분한 체류 시간이 경과한 후 하류의 가변 방해판(152)을 화살표 a4 방향으로 이동하여 시료 입자(P)를 하류로 이동시키고, 상부로부터 추가의 시료 입자(P)를 투입한 후 가변 방해판(152)을 화살표 a5로 이동시키는 것에 의해 재차 해당 과정을 반복할 수 있다. 즉, 상류로부터 투입된 시료 입자(P)가 건조 및 열분해 챔버(130)를 거치면서 열풍과 접촉하는 동안, 가변 방해판(152)의 길이를 조절하는 것에 의해 유로 간격을 조절할 수 있고, 이 때 유로 간격을 조절하는 시간 간격을 제어하는 것에 의해 시료 입자(P)의 체류 시간을 적절하게 조절할 수 있다.
충분한 건조 및/또는 열분해를 위해서는 예를 들면 열풍의 양은 3 Nm3/kg 내지 15 Nm3/kg로 하고, 시료입자의 낙하 속도는 1 m/s 내지 5 m/s로 조절할 수 있다. 또한, 건조 및 열분해 챔버(130) 내부에서 시료입자의 체류시간은 30초 내지 600초가 되도록 제어할 수 있다.
반면, 도 5에 도시한 바와 같이 모든 방해판(150)이 고정되어 있는 종래 구성의 경우, 입자의 크기나 중량, 낙하 속도에 따라 충분한 체류 시간을 확보하지 못하거나(a), 지나치게 오래 체류하는 경우(b)가 발생하게 된다. 이 경우 충분한 건조/열분해를 달성하지 못하거나, 지나치게 건조되거나 다른 시료 입자 또는 벽면과의 거듭된 충돌로 인해 잘게 부서져 기류와 함께 배출되므로 하부에서 얻어지는 제품의 수율은 떨어지고 상부로 배출된 미세 입자들은 후단 장치에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상술한 바와 같이 가변 방해판(152)의 제어를 통해 시료 입자(P)의 조건에 따라 체류 시간을 효율적으로 조절할 수 있다. 따라서, 장치 구성과 운전을 통해 연속적인 운전이 가능하면서도 시료 입자의 장치 내부에서의 체류시간을 간단하게 조절할 수 있다. 또한 기존처럼 체류시간 확보를 위해 연직방향으로의 단 수(또는 방해판 수)를 늘리지 않아도 되므로 전체적인 단 수 및 장치 높이를 줄일 수 있다. 즉, 가변 방해판(152)의 길이 조절을 통해 단에서의 입자 체류시간이 조절 가능하므로 기존과 같이 많은 단 수를 필요로 하지 않는 장점이 있다.
이하에서는 도 6 및 도 7을 참조하여, 본 발명의 추가의 실시예들에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치의 건조 및 열분해 챔버 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에 있어서, 도 2의 A 부분에 대응하는 부분의 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7에서는, 가변 방해판(152)의 구성에 부가된 추가 구성 외에는, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예의 구성과 동일한바, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에서는 건조 및 열분해 챔버(130)의 측벽(132)의 외측으로 돌출된 가변 방해판(152)의 단부에 손잡이(155)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 손잡이(155)가 구비되는 것에 의해, 가변 방해판(152)의 슬라이딩 이동을 통한 길이 조절을 보다 용이하게 수행할 수 있다. 손잡이(155)의 형태는 도 6에 도시된 바와 같이 막대 형태일 수도 있고 특별히 한정되지 않는다. 또한 손잡이(155) 부분은, 공기식 또는 유압식의 피스톤을 포함할 수 있다. 이에 의해, 도 6의 화살표 방향으로 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 및 열분해 장치에서는, 삽입홀(133)과 가변 방해판(152)이 접하는 부분에 연성 재질의 날개부(135)가 더욱 포함되는 것을 특징으로 한다. 날개부(135)는 고무 등의 재질로 형성될 수 있으며, 가변 방해판(152)의 슬라이딩 이동을 방해하지 않도록 유연하게 형성될 수 있다. 또한, 도 7에서는 건조 및 열분해 챔버(130)의 내측에 부착되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 건조 및 열분해 챔버(130) 외측에 부착될 수 있다. 이러한 날개부(135)를 구비하는 것에 의해, 삽입홀(133)과 가변 방해판(152) 사이의 틈을 통해 열풍이나 시료 입자가 외부로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시 예로, 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자(P)를, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조시키는 건조 및 열분해 방법으로서, 상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버(130), 및 상기 건조 및 열분해 챔버(130) 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판(150)을 포함하고, 상기 복수의 방해판(150) 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버(130)의 내부에서의 상기 방해판(150)의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판(152)인 건조 및 열분해 장치(100) 상부로 상기 시료 입자(P)를 투입하는 단계, 및 투입된 상기 시료 입자(P)가 낙하하여 건조 및 열분해 장치(100)를 통과할 때, 상기 가변 방해판(152)의 길이를 조절하여 상기 시료 입자(P)의 체류 시간을 조절하는 단계를 포함하는 건조 및 열분해 방법이 제공된다.
건조 및 열분해 장치(100)의 하부에서 주입되는 가스(또는 열풍)는 200℃ 이상의 고온 가스가 주입될 수 있다. 상기 가스 온도는 바람직하게는 200℃ 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 250℃ 내지 400℃일 수 있다.
상기 시료입자는 고형원료일 수 있고, 상기 시료입자의 사이즈는 1mm 내지 50 mm, 바람직하게는 10 mm 내지 50 mm일 수 있다.
상기 건조 및 열분해 장치(100) 하부에서 주입되는 상기 가스의 양이 3 Nm3/kg 내지 15 Nm3/kg(가스유량/바이오매스량), 바람직하게는 5 Nm/kg 내지 10Nm/kg일 수 있다.
상기 시료입자의 낙하속도는 1 m/s 내지 5 m/s일 수 있다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)는 시료입자의 체류시간이 30초 내지 600초, 바람직하게는 30초 내지 300초일 수 있다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)는 하부에서 주입되는 가스의 유량 및 유속을 조절함과 동시에 가변 방해판(152)을 이동시켜 방해판(150) 사이의 간격을 조절하는 방법으로 시료입자의 체류 시간을 제어할 수 있다.
상기 열풍은 건조 및 열분해 장치(100) 내부에 가스를 주입할 수 있는 장치이면 제한되지 않고 사용하여 주입할 수 있다. 상기 열풍은 가장 하부에 설치된 방해판(150) 아래에서 가스가 주입되는 것이 바람직하다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)는 상부로 배출되는 가스로부터 배출되는 미분을 회수하는 포집부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 포집부로 싸이클론, 스크러버, 여과포 집진기 등을 사용할 수 있다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)는 상기 포집부 후단에 배출되는 가스를 냉각시켜 타르를 회수하는 냉각부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가스는 건조 및 열분해 장치(100)의 운전시 시료입자에 포함되있는 일부 휘발성 물질이 탈휘발되어 배출되는 탈휘발가스와 열풍으로 공급된 가스를 지칭할 수 있다. 상기 열풍은 상기 열분해 장치를 통과해 상부로 배출될 수 있다.
상기 시료입자는 바이오매스일 수 있고, 상기 바이오매스는 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌으로 구성되어 있는데, 열분해시 온도가 증가함에 따라 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌 순서로 분해가 될 수 있다. 보통 헤미셀룰로오스는 200℃ 이상에서 분해가 시작되어 단당류 및 유기산(acetic acid, formic acid) 등이 발생할 수 있다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)의 하부에서는 주입되는 열풍의 온도 250℃ 내지 400℃에서 운전이 이루어지기 때문에 바이오매스를 구성하고 있는 헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌이 분해되어 탈휘발이 이루어지게 된다. 이처럼 탈휘발된 물질(탈휘발가스)은 바이오 부생가스(또는 연소가스), 타르 형태로 배출이 이루어지게 된다. 즉, 바이오매스가 반탄화되고 바이오차(Bio Char)를 생산할 수 있게 된다.
상기 건조 및 열분해 장치(100)에서 배출되는 가스중에는 탈휘발가스를 포함하고 있으며, 미분을 회수한 후에 냉각부에서 급속 냉각하면 타르를 얻을 있다. 상기 타르는 스팀개질법 등을 통해 연료로 활용을 할 수 있게 된다.
또한, 상기 복수 개의 가변 방해판(152)의 길이를 조절하는 단계에서 가변 방해판(152)의 이동에 따라 방해판(150)을 지나는 바이오매스의 체류시간이 변하는 것일 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 원하는 체류 시간을 얻을 수 있도록 위치별로 가변 방해판(152)의 길이를 조정하는 것에 의해 바이오매스가 건조 및 열분해 챔버(130) 내에 체류하는 시간을 조절할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 건조 및 열분해 방법에 의하면, 가변 방해판(152)의 길이를 용이하게 조절할 수 있고 이에 의해 시료 입자의 조건에 따라 체류 시간을 효율적으로 조절할 수 있다. 따라서, 장치 구성과 운전을 통해 연속적인 운전이 가능하면서도 시료 입자의 장치 내부에서의 체류시간을 간단하게 조절할 수 있다. 또한 기존처럼 체류시간 확보를 위해 연직방향으로의 단 수(또는 방해판 수)를 늘리지 않아도 되므로 전체적인 단 수 및 장치 높이를 줄일 수 있다. 즉, 가변 방해판(152)의 길이 조절을 통해 단에서의 입자 체류시간이 조절 가능하므로 기존과 같이 많은 단 수를 필요로 하지 않는다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 건조 및 열분해 장치
130: 건조 및 열분해 챔버
150: 방해판
151: 고정 방해판
152: 가변 방해판

Claims (14)

  1. 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자가, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조되는 건조 및 열분해 장치로서,
    상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버, 및
    상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판을 포함하고,
    상기 복수의 방해판 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 내부에서의 상기 방해판의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판이고,
    상기 건조 및 열분해 챔버에서 상기 시료입자가 상기 방해판을 따라 지그재그로 낙하되며 건조되고,
    상기 가변 방해판은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 측벽에 구비된 삽입홀을 통해 삽입되고, 상기 삽입홀을 따라 슬라이딩 이동하는 것에 의해 상기 내부에서의 상기 방해판의 길이를 조절할 수 있는 건조 및 열분해 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 건조 및 열분해 챔버의 측벽의 외측으로 돌출된 상기 가변 방해판의 단부에는 손잡이가 구비되는 건조 및 열분해 장치.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제3항에서,
    상기 손잡이는 공기식 또는 유압식 피스톤을 포함하는 건조 및 열분해 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 삽입홀의 외측에는 상기 가변 방해판을 고정할 수 있는 고정부를 구비하는 건조 및 열분해 장치.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제5항에서,
    상기 고정부는 볼트이고, 상기 가변 방해판에는 상기 볼트가 결합되는 적어도 하나의 고정홀이 형성되는 건조 및 열분해 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 삽입홀과 상기 가변 방해판이 접하는 부분에, 연성 재질의 날개부가 더욱 포함되는 건조 및 열분해 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 복수의 방해판 중 상기 가변 방해판을 제외한 나머지 방해판은 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 고정된 고정 방해판인 건조 및 열분해 장치.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제8항에서,
    상기 가변 방해판의 단부와, 상기 고정 방해판 사이의 거리에 따라 상기 시료입자의 체류 시간이 변화하는 건조 및 열분해 장치.
  10. 상부로부터 수직 방향으로 낙하하는 시료입자를, 하부로부터 제공되는 열풍에 의해 건조시키는 건조 및 열분해 방법으로서,
    상하 방향으로 연장되며, 내부에서 시료입자와 열풍이 서로 접하는 공간을 제공하는 건조 및 열분해 챔버, 및 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에 하향 구배를 가지고 지그재그로 배치된 복수 개의 방해판을 포함하고, 상기 복수의 방해판 중 적어도 하나 이상은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 내부에서의 상기 방해판의 길이를 유동적으로 조절할 수 있는 가변 방해판인 건조 및 열분해 장치 상부로 상기 시료 입자를 투입하는 단계; 및
    투입된 상기 시료 입자가 낙하하여 건조 및 열분해 장치를 통과할 때, 상기 가변 방해판의 길이를 조절하여 상기 시료 입자의 체류 시간을 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 가변 방해판은, 상기 건조 및 열분해 챔버의 측벽에 구비된 삽입홀을 통해 삽입되고, 상기 삽입홀을 따라 슬라이딩 이동하는 것에 의해 상기 내부에서의 상기 방해판의 길이를 조절할 수 있는 건조 및 열분해 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 가변 방해판의 상기 건조 및 열분해 챔버 내부에서의 길이가 길어지는 것에 의해 상기 시료입자의 체류 시간이 길어지는 건조 및 열분해 방법.
  12. 제10항에서,
    상기 열풍의 양은 3 Nm3/kg 내지 15 Nm3/kg인 건조 및 열분해 방법.
  13. 제10항에서,
    상기 시료입자의 낙하 속도는 1 m/s 내지 5 m/s인 건조 및 열분해 방법.
  14. 제10항에서,
    상기 건조 및 열분해 챔버 내부에서 시료입자의 체류시간은 30초 내지 600초인 건조 및 열분해 방법.
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