KR20110115610A - 펄프 가공 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법 - Google Patents

펄프 가공 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법 Download PDF

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Abstract

바이오매스 기반 펠릿 제조 공장을 설립하는 비용을 절감하는 방법은 기존 펄프 가공 공장을 확인하는 단계, 펄프 가공 공장에 접근하고 개조하는 허가를 얻는 단계, 및 펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿을 제조하도록 개조하는 단계를 포함한다. 펄프 가공 공장을 개조하는 단계는 펄프 가공 공장에 펠릿 분쇄기를 설치하는 단계, 결과물이 펠릿 분쇄기로 들어가도록 펄프 다이제스터로부터 결과물을 경로변경하는 단계 및 불필요한 장비를 우회하는 단계를 포함할 수 있다. 펄프 다이제스터를 통하여 바이오매스 기반 공급물로부터 리그닌을 배출하고 바이오매스 기반 공급물 및 상기 배출된 리그닌을 펠릿화하여 바이오매스 기반 펠릿을 형성함으로써 개조된 펄프 가공 공장에서 바이오매스 기반 펠릿을 제조할 수 있다.

Description

펄프 가공 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법{METHODS FOR PRODUCING BIOMASS-BASED FUEL WITH PULP PROCESSING EQUIPMENT}
본 출원은 2009년 2월 13일 출원되고, 본원에 전체로써 참고 인용된, 미국 가 출원 61/152,556에 대한 출원일 및 우선권의 혜택을 주장한다.
본 공개는 에너지 자원, 및 더 특히, 펄프 공정 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다.
다양한 유형의 바이오매스는 치밀화된 연료를 제조하는데 사용될 수 있다. 바이오매스는 목재, 목질 바이오매스, 또는 기타 바이오매스, 이를테면 한정 없이, 사탕수수 바개스(bagasse), 짚, 스위치그래스(switchgrass), 또는 바이오매스가 다른 공정의 부산물일 수 있거나 바이오매스가 직간접적으로 연료 제조의 목적을 위해 재배되는 공급물일 수 있는 기타 농업용 물질의 형태를 취할 수 있다.
용어 "펠릿" 및 "브리켓"은 일반적으로 바이오매스, 처리된 바이오매스, 석탄, 또는 다양한 크기와 모양으로 생산되는 치밀화된 연료를 형성하기 위하여 다져진 조합의 일부 또는 전부의 단편을 말한다. 예를 들어, 다양한 크기의 공급물, 이를테면 가장 긴 치수가 1" 미만 내지 3" 초과의 크기에 걸친 톱밥 또는 칩은 가공 및 펠릿화될 수 있다. 물질은 건조되고 원하는 단면적 및 다양한 길이로 조정된 다이(die)를 통하여 압출될 수 있다. 염료를 가진 상치형 기계 또는 프레스는 준비된 공급물을 수용하고 기계 또는 프레스의 배출구에서 원하는 길이로 조정된(예, 절단 또는 트리밍에 의해) 압출된 펠릿을 배출할 수 있다. 용어 "백 펠릿"은 펠릿 기계 또는 프레스로 도입되기 전에 치핑(chipping) 및 연마 이외의, 있다면 최소한의 처리를 갖는 적합하게 조정되고 펠릿화된 목재의 사용을 의미할 수 있다. 백 펠릿은 주택용 히터, 지역 난방, 및/또는 석탄 화학 발전소를 포함하는 산업용 전력 생산에 사용될 수 있다.
백 펠릿의 산업적 용도는 취급 과정에서 펠릿 마모 및/또는 수분 흡수의 결과로써 먼지의 생산을 가져오는, 물 민감성, 낮은 경도, 및 내구성의 결여를 포함하는 백 펠릿의 고유 특성에 의해 제한될 수 있다. 이 특성들은 독립적으로 및 함께 펠릿을 빠르게 붕괴시킬 수 있다. 이러한 제한 때문에, 백 펠릿은 상기 요소로부터 펠릿을 보호하고 폭발 위험을 만들어 낼 수 있는 먼지 농도를 줄인 특수한 저장 및 취급 장소를 필요로 한다. 따라서 석탄 화력 발전소에서 1% 내지 100% 농도로 백 펠릿을 사용하는 것은, 예를 들어 석탄이 상기 요소들에 노출되며 외부에서 전형적으로 저장되고 취급될 수 있는 것과 같은, 공장 작동 절차 및 자본 장비 고려 모두에 중요한 적응을 요구할 수 있다.
용어 "흑 펠릿"은 바이오매스를 펠릿 기계 및 프레스로 도입하기 전에 바이오매스 공급물을 가공함으로써 유도된 리그닌 결합제 및/또는 코팅을 가진 펠릿을 의미할 수 있다. 증기 폭발은 리그닌을 바이오매스의 세포 구조로부터 자유롭게 하여, 리그닌이 바이오매스의 섬유 부분과 혼합되게 하고, 펠릿 기계 또는 프레스에 의해 다져질 때, 펠릿 및 브리켓의 내구성을 증진시키는 방수 또는 내수 내부 결합제뿐만 아니라 방수 또는 내수 보호 표면 코팅 모두를 형성하는 수단으로써 치밀화된 연료를 제조하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 펠릿 및 브리켓은 개선된 마모 특성을 가질 수 있고 석탄의 외부 저장과 유사한 방식으로 외부에 저장될 수 있다. 석탄과 유사한 물리적 특성을 갖는 것은 종래 석탄 공장의 석탄 취급 공정에 펠릿의 도입을 용이하게 할 수 있게 하고, 백 펠릿의 사용과 비교시, 자본 비용 및 작업 비용 절감을 가져온다.
치밀화된 바이오매스 기반 연료에 대한 제조 및 가공 공장을 제공하는 것은 에너지 산업에 많은 어려움을 제기한다. 이 어려움은 용지의 구매 및 준비, 주변 지역 사회의 기대를 조정하는 정부의 지역 제한 및 다른 규제와의 조정, 시설의 설계 및 건축, 복합장비 및 절차의 설계 및 조립, 새로운 장비의 구매, 및 일반적으로 적기의 큰 선불 비용, 자본 및 다른 자원들 중 하나 이상을 포함하는 비용 및 문제점들을 수반한다. 따라서, 치밀화된 바이오매스 기반 연료를 제조하고 가공하는 것과 관련된 어려움을 경감하는 방법을 가지는 것이 바람직할 수 있다.
본 공개는 에너지 자원 가공, 및 더 특히, 펄프 공정 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다.
일 실시태양에서, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법은 펄프 다이제스터(digester)를 통해 리그닌을 바이오매스 기반 공급물로부터 배출하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 바이오매스 기반 공급물 및 배출된 리그닌을 펠릿화시켜서 바이오매스 기반 펠릿을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시태양에서, 펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법은 펄프 가공 공장에 펠릿 분쇄기를 설치하는 것을 포함한다. 상기 방법은 펄프 다이제스터로부터 결과물이 펠릿 분쇄기로 들어가도록 펄프 다이제스터로부터 결과물을 경로변경(re-routing)하고, 및 불필요한 장비를 우회하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시태양에서, 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장 설립 비용을 경감시키는 방법은 기존 펄프 가공 공장을 확인하고, 상기 펄프 가공 공장에 접근하고 개조할 허가를 얻고, 펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿을 제조하기 위해 개조하는 단계를 포함한다.
본 공개의 특징과 장점은 당업자에게 매우 분명할 것이다. 당업자에 의해 수많은 변화가 만들어지더라도, 이러한 변화는 본 발명의 기본 정신 이내에 있다.
첨부 도면과 함께 다음 설명을 참고함으로써 본 실시태양과 그의 장점에 대한 더 완벽한 이해를 얻을 수 있고, 여기서 같은 참고번호는 같은 특징을 의미한다.
도 1은 본 발명의 특정 실시태양에 따라 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장 설립 비용을 경감시키는 방법을 나타내는 블록 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 발명의 특정 실시태양에 따라 펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법을 나타내는 블록 다이어그램을 도시한다.
도 3은 본 공개의 특정 실시태양에 따라 개조한 펄프 가공 공장을 나타내는 블록 다이어그램을 도시한다.
본 공개는 에너지 자원 가공 및 더 특히, 펄프 가공 장비로 바이오매스 기반 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 공개의 목적을 위해, 바이오매스 기반 펠릿은 한정 없이, 브리켓을 포함하여, 임의의 모양, 크기, 또는 부분의 단편 또는 조각을 포함할 수 있다. 바이오매스 기반 펠릿, 및 바이오매스 기반 물질은 한정 없이 적어도 부분적으로 목재, 목질 바이오매스, 또는 임의의 기타 바이오매스, 이를테면, 대나무, 사탕수수 바개스, 짚, 스위치그래스, 허스크, 또는 바이오매스가 다른 공정의 부산물일 수 있거나 바이오매스가 연료 제조의 목적을 위해 재배되는 공급물(feedstock)일 수 있는 기타 농업용 물질로 이루어지거나 유도되는 물질을 포함할 수 있다.
본 공개의 특정 실시태양에서, 기존의 펄프 제작, 제지, 및/또는 셀룰로스 에탄올 장비는 바이오매스 기반 펠릿을 이루기 위하여 치밀화될 준비가 될 수 있는 바이오매스 기반의 폭발 또는 다르게 처리된 제품을 생산하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 유형의 펠릿은 "고밀도" 또는 "흑" 펠릿이라고 불린다. 본 공개의 특정 실시태양에서, 기존 기술, 예를 들어, 펄프 및 종이 산업에서 목재를 예비 가공하는데 널리 사용되는 장비는 바이오매스 기반 공급물에 존재하는 리그닌 배출을 수행하기 위하여 조정될 수 있다. 기존의 펄프 가공 공장은 펠릿화 장비의 첨가와 함께 일부 또는 모두 장비는 그대로 두고 사용될 수 있고, 새로운 증기 폭발 시설을 세우지 않고도 증기 폭발된 바이오매스 기반의 펠릿을 생산할 수 있다. 종래 펄프 가공 공장 다이제스트(digestion) 기술의 전환은 펄프화 가공에 전형적일 수 있는 화학 처리가 개조한 펄프 가공 공장에서 필요하지 않을 수 있도록 조정될 수 있다. 기존 장비는 증기 폭발 장비로 개조될 수 있고 바이오매스 기반 펠릿을 제조하기 위하여 치밀화 공정과 결합될 수 있다.
이제 도 1에 대해 언급하면, 하나의 예시적 실시태양에서, 바이오매스 기반 펠릿 제조 단계를 설립하는 것에 관한 비용을 처음으로 기존 펄프 가공 공장을 확인하는 단계(100)에 의해 감소할 수 있다. 이 확인 단계는 일부 펄프 가공 공장을 조사하고 그들 중 어느 것이 재정적 곤경에 있고/있거나 금융적 자극이 필요한지에 대한 여부를 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시태양에서, 기존 펄프 가공 공장은 종이 분쇄기, 프리스탠딩 펄프 가공 시설, 또는 임의의 기타 펄프 가공 공급원일 수 있다.
일단 기존 펄프 가공 공장을 확인하면(100), 허가(105)를 얻어서 펄프 가공 공장에 접근하고 이를 바이오매스 기반 펠릿 제조 시설로 개조할 수 있다. 상기 허가(105)는 이미 소유한 자산의 의도된 용도를 변경하는 것을 포함하는, 계약 합의, 자산의 구매, 합병, 취득, 리스 합의 또는 접근 및 개조에 대한 권리의 임의의 기타 승인을 통하여 얻을 수 있다.
일단 기존 펄프 가공 공장을 확인(100)하고 허가(105)를 얻으면, 그것을 바이오매스 기반 펠릿의 제조를 위해 개조(110)할 수 있다. 이 개조(110)는 도 2를 참고로 하여 하기에 상세하게 기술된다.
일부 실시태양에서, 비용을 펄프 가공 공장의 확인(100) 전, 후, 또는 그와 함께 바이오매스 기반 공급물의 기존 공급원을 확인(115)함으로써 추가로 감소할 수 있다. 바이오매스 기반 공급물 공급원의 일부 예는 인근 숲, 잔디밭, 또는 임의의 수많은 기타 재생가능한 바이오매스 기반 공급물 공급원을 포함할 수 있다. 바이오매스 기반 공급물의 기존 공급원의 확인(115) 후에, 허가(120)를 얻어서, 바이오매스 기반 공급물에 접근하고 이를 바이오매스 기반 펠릿의 제조를 위해 사용할 수 있다. 상기 허가(120)는 이미 소유한 자산의 의도된 용도를 변경하는 것을 포함하는, 계약 합의, 자산의 구매, 합병, 취득, 리스 합의 또는 접근 및 사용에 대한 권리의 임의의 기타 승인을 통하여 얻을 수 있다. 바이오매스 기반 공급물의 기존 공급원이 펄프 가공 공장으로부터 멀리 떨어져 있는 경우, 기존 공급원으로부터 펄프 가공 공장으로 바이오매스 기반 공급물을 수송하기 위한 허가를 얻는 부가적인 단계(125)가 바이오매스 기반 공급물에 접근하고 사용하기 위한 허가를 얻는 단계에 덧붙여, 또는 대신에 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 허가는 수량 제한 및 계약 조항 용어를 포함하는, 물건의 구매를 위한 계약을 포함할 수 있다.
이제 도 2에 대하여 언급하면, 하나의 예시적 실시태양에서, 펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조에서 사용을 위해 개조할 수 있다. 이러한 개조는 기존 펄프 다이제스터를 바이오매스 기반 펠릿의 제조에서 사용을 위해 개조하는 단계(200), 펄프 가공 공장에 펠릿 분쇄기를 설치하는 단계(205), 결과물이 펠릿 분쇄기로 들어가도록 펄프 다이제스터로부터 결과물을 경로변경하는 단계(210) 및/또는 펄프 가공 공장에서 미사용된 성분들을 우회시키는 단계(215)를 포함할 수 있다.
기존 펄프 다이제스터를 개조하는 단계(200)는 화학 처리 및/또는 리그닌 제거에 사용되는 장비의 일부 또는 전부의 제거를 수반할 수 있다. 펠릿 분쇄기를 설치하는 단계(205)는 리스, 구매, 또는 그와 다르게 도 3을 참고하여 하기 기술된 유형의 펠릿 분쇄기를 얻는 것 및, 바이오매스 기반 펠릿 제조에 유용한 나머지 장비와 함께 사용하기에 적합한 위치에서 설치를 위해 펄프 가공 공장에 전달하는 것을 보장하는 것을 수반할 수 있다. 펄프 다이제스터로부터 결과물을 경로변경하는 단계(210)는 장비의 물리적 변화를 필요로 하지 않을 수 있고, 컨베이어를 옮기는 것처럼 단순할 수 있거나, 장비의 복잡한 이동을 수반할 수 있다. 일부 예에서, 펄프 다이제스터로부터 결과물을 경로변경하는 단계(210)는 경로변경 및/또는 예를 들어 블로우(blow) 탱크와 같은 중간 장비를 우회하는 단계를 포함할 수 있다. 미사용된 성분을 우회시키는 단계(215)는 펄프 가공 공장 가동에 유용하지만 바이오매스 기반 펠릿 제조에 불필요한 특정 장비를 우회시키는 것을 포함할 수 있다. 우회되는 장비가 불필요할 경우, 상기 방법은 우회되는 장비를 제거(220)하고/하거나 판매(225)하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이제 도 3에 대하여 언급하면, 본 공개의 특정 실시태양을 따라서 개조한 펄프 가공 공장(300)이 도시되어 있다. 바이오매스 기반 공급물을 개조한 펄프 가공 공장(300) 근처 위치로부터 수집할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 기반 공급물은 개조한 펄프 가공 공장(300)과 가까운 산림지로부터 수집된 재목일 수 있다. 대안적으로, 바이오매스 기반 공급물을 멀리 떨어진 위치로부터 펄프 가공 공장(300)으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 기반 공급물은 다른 나라에서 재배되고, 그대로 또는 어느 정도 예비 가공되어, 펄프 가공 공장(300)에 전달되는 대나무일 수 있다. 바이오매스 기반 공급물에 대한 임의의 수많은 다른 공급원이 또한 적합할 수도 있다. 바이오매스 기반 공급물의 공급원 및 조건에 의존하여, 그것은 펄프 다이제스터(325)에 투입되기 전에 기존 설비(305)에서 부가적인 처리를 거칠 수 있다. 기존 설비(305)는 임의의 수의 다양한 기존 제지 및/또는 셀룰로스 에탄올 생산 장비를 포함할 수 있다. 한정 없이 예를 들어, 기존 설비(305)는 저장소(310), 박피 장비(315), 치핑 장비(320), 펄프 다이제스터(325) 및 블로우 탱크(330) 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이를 임의의 이송 장비 또는 기타 물질을 전달하는 수단에 의하여 함께 결합하거나 또는 그러지 않을 수 있다. 특정 바이오매스 기반 공급물에 의존하여, 기존 설비(305)의 상기 유닛의 하나 이상을 변형하거나 심지어 생략할 수 있다.
개조된 펄프 가공 공장(300)에 전달되는 대로, 바이오매스 기반 공급물을 사용 전 어느 정도 저장소(310)에 보관할 수 있다. 저장소(310)는 원하는 경우 특정 장비가 구비되고, 가공을 위해 바이오매스 기반 물질을 보관, 저장, 및 준비 중의 하나 이상을 위해 조정된 장소일 수 있다. 일부 실시태양에서, 저장소(310)는 목재 기반 물질과 함께 사용하기 적합한 목재 저장소이다.
바이오매스 기반 공급물의 유형에 의존하여 그것은 박피 장비(315)를 통과할 수 있는데, 이 장비는 물질을 제거함으로써, 예를 들어, 통나무의 표면으로부터 껍질을 제거함으로써 추가적인 공정 동안 바이오매스 물질을 제조하도록 구성된 임의의 장비 및/또는 기계일 수 있다.
바이오매스 기반 공급물은 가공되지 않은 바이오매스 기반 공급물을 사용할 때, 바이오매스 기반 공급물 내의 먼지 또는 다른 불순물을 세정하기 적합한 수로 샤워(360) 또는 기타 장비를 따라서 통과할 수 있다. 수로 샤워(360)는 기존 설비(305)의 부분일 수 있거나, 수로 샤워(360)를 바이오매스 기반 펠릿 제조에서 사용을 위하여 기존 설비(305)에 부가할 수 있다. 일부 예에서, 특정 응용에 의존하여, 수로 샤워(360)를 변경하거나 생략할 수 있다.
바이오매스 기반 공급물의 크기가 펄프 다이제스터(325)에서 사용에 바람직한 것보다 더 크다면, 펄프 다이제스터(325)에 들어가기 전에 치핑 장비(320)를 통과할 수 있다. 치핑 장비(320)는 바이오매스 기반 물질을 더 작은 부분으로 줄이도록 구성된 임의의 장비 및/또는 기계일 수 있다. 일부 예에서, 연마기(제시되지 않음)를 바이오매스 기반 공급물의 크기를 추가적으로 줄이기 위해 사용할 수 있다.
바이오매스 기반 공급물은, 원하는 경우, 펄프 다이제스터(325)에서 사용에 적합한 수준으로 수분 함량을 감소시키기 위하여 건조기(365)를 통과할 수 있다. 예를 들어, 건조기(365)를 사용하여 0 중량% 내지 15 중량% 사이의 수분 함량을 얻을 수 있다. 건조기(365)는 회전 건조기, 증기 건조기, 과열증기 건조기, 저온 건조기, 또는 수분 함량 조정을 위한 수많은 임의의 기타 장치일 수 있다.
기존 펄프 가공 공장은, "쿠킹 액"으로 때때로 언급되는 화학물질 및/또는 효소의 상당량과 함께, 쿠킹 공정에서 전형적으로 펄프 다이제스터(325)를 사용할 수 있다. 쿠킹 공정을 사용하여 리그닌 및/또는 당을 섬유로부터 분리하고 희석 슬러리에서 분리를 유지할 수 있다. 리그닌 및 섬유를 전형적으로 섬유 및 리그닌의 추가적인 혼합 없이, 기존 펄프 가공 공장 내 별도의 관으로 수송한다. 개조된 펄프 가공 공장(300)의 일부 실시태양에서, 화학물질 및/또는 효소를 화학 처리 작업(표시되지 않음)에서 바이오매스 기반 공급물에 첨가하여 펄프 다이제스터(325)에서 사용을 위한 바이오매스 기반 슬러리를 만들 수 있다. 다른 실시태양에서, 화학물질 및 효소를 생략할 수 있다.
바이오매스 기반 공급물(또는 슬러리)을 그에 따라서 크기가 조정된 개구를 통하여 펄프 다이제스터(325)에 주입시킬 수 있다. 펄프 다이제스터(325)는 바이오매스 기반 공급물(또는 슬러리)를 수용하고 그것을 원하는 압력 및 원하는 온도 하에서 가공하도록 구성된 임의의 관 및 관련된 장비를 포함할 수 있다. 펄프 다이제스터(325)는 회분 방식, 다회분 또는 반-연속흐름 방식, 또는 연속흐름 방식에서 작동되도록 구성된 하나 이상의 관을 포함할 수 있다. 기타 기존 펄프 다이제스터(325)의 예는 매소나이트 건(Masonite gun), 표준 크래프트(Kraft) 다이제스터, 표준 술파이트 다이제스터, 화학열기계 펄핑(pulping), 열기계 펄핑, 쇄목 펄핑, 및 가압 쇄목 펄핑을 포함하지만, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
작업이 회분형일 경우, 바이오매스 기반 공급물(또는 슬러리)의 공급을 중단할 수 있고 펄프 다이제스터(325)를 차단할 수 있다. 연속흐름 작업에서, 바이오매스 기반 공급물(또는 슬러리)의 공급은 연속적일 수 있다. 사전 결정된 온도 및 온도에서, 펄프 다이제스터(325)는 사전 결정된 만큼의 시간에 걸쳐, 화학 첨가제 및/또는 물이 있는/없는 증기를 사용하여, 바이오매스 기반 공급물(또는 슬러리)를 처리하거나 쿠킹하여 증기 폭발에 의해 바이오매스 기반 공급물로부터 리그닌을 배출할 수 있을 것이다. 일단 쿠킹이 적합하게 완료되면, 펄프 다이제스터(325)는 옆의 블로우 탱크(330)로 열려 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 제거할 수 있으며, 이 물질은 블로우 탱크로의 폭발을 통하여 펄프 다이제스터(325)로부터 바이오매스 기반 공급물 및 배출된 리그닌을 포함한다. 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 회분식 및/또는 연속흐름식 기반으로 블로우 탱크(330)로 수송할 수 있다. 블로우 탱크(330)는, 펄프 다이제스터(325)로부터 쿠킹 액 및/또는 증기로 슬러리 상태에 있을 수 있는 처리되거나 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 수용하도록 구성된 임의의 관 및 관련된 장비를 포함할 수 있다.
기존 펄프 가공 공장은 섬유를 증기 폭발시키기 위해 이러한 펄핑 기술을 사용하도록 설계되지 않을 수 있지만, 다양한 조건 하에서 펄핑 기술을 사용하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 펄핑 기술은 150 psi(제곱 인치 당 파운드) 미만의 압력, 화학 첨가제, 하나 이상의 쿠킹 공정, 및 약 50% 건조 고체를 포함할 수 있는 희석 슬러리를 수반할 수 있다.
반면에, 종래의 고밀도 펠릿 제조는 펄프 다이제스터(325)보다 더 작은 챔버 및 더 높은 온도와 압력을 전형적으로 수반한다. 작동 압력은 이를테면, 매소나이트 건이 쓰일 수 있는 특정 설정에서 150 psi를 초과할 수 있고, 작동 압력은 1,000 psi에 도달하거나 초과할 수 있다. 따라서, 특정 예에서, 개조된 펄프 가공 공장(300)은 종래 고밀도 펠릿 제조에서 고려되는 것보다 더 긴 쿠킹 시간을 사용할 수 있다.
증기 폭발을 표준 작동 압력에 사용하여 대기 조건에서 재주입에 대한 준비로 바이오매스 기반 섬유를 연화시킬 수 있고, 따라서 더 낮은 압력에서, 매소나이트 건의 경우에, 상당히 더 높은 압력에서, 섬유를 폭발시킨다. 특정 실시태양은 225 psi 내지 375 psi의 대략적 범위의 압력에서 증기 폭발을 수행할 수 있고/있거나 펠릿 가공 동안 리그닌을 섬유와 함께 유지하면서, 85 % 내지 92 % 건조 고체의 제품을 생산할 수 있다. 원유의 증기 침지는 상기 물질을 예비 연화시킬 수 있다. 특정 실시태양은 증기 침지와 함께 화학물질을 사용하여 쿠킹 이전에 원 섬유를 추가로 연화시키거나 연화를 가속시킬 수 있다. 이러한 화학물질은 나트륨 술파이트, 가성 소다, 또는 본 공개의 혜택을 가지는 당업자에 의해 이해될 수 있는, 임의의 적합한 화학물질을 포함할 수 있다. 다른 실시태양은 보충적인 리그닌의 부가를 포함할 수 있고/있거나 리그닌 배출 공정으로부터 증기 폭발을 생략할 수 있다.
쿠킹된 바이오매스 물질은 블로우 탱크(330)로부터, 원하는 경우, 건조기(370)를 통하여 통과하여 펠릿화 장비(340)와 함께 사용하기에 적합한 수준으로 수분 함량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 건조기(370)를 사용하여 0 중량% 내지 15 중량% 사이의 수분 함량을 얻을 수 있다. 건조기(370)는 회전 건조기, 증기 건조기, 과열 증기 건조기, 또는 수분 함량을 조정하는 임의의 수많은 기타 장치일 수 있다.
쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 직접적으로, 또는 블로우 탱크(330) 및 건조기(370) 중 하나 이상을 통하여, 펄프 다이제스터(325)에서 펠릿 분쇄기(345), 펠릿 냉각 장비(350) 및 펠릿 저장소(355) 중 하나 이상을 포함할 수 있는 펠릿화 장비(340)로 이송시킬 수 있다. 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 펠릿 분쇄기(345)로 가공하여 바이오매스 기반 펠릿을 형성시킬 수 있다. 펠릿 분쇄기(345)는 바이오매스 기반 펠릿을 만들기 위한 쿠킹된 바이오매스 기반 물질의 압출 또는 기타 압축에 적합한 임의의 장치일 수 있다. 펠릿 분쇄기(345)를 빠져나온 후, 바이오매스 기반 펠릿을 냉각시키기 위하여 펠릿 냉각 장비(350)를 통과시키거나 또는 다르게 이와 만나게 할 수 있다. 펠릿 냉각 장비(350)는 공기 순환 또는 물 켄칭(quenching)을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는 바이오매스 기반 펠릿을 냉각시키기 위한 임의의 장비 또는 수단일 수 있다. 일부 실시태양에서, 펠릿 냉각 장비(350)를 필요로 하지 않을 수 있으며, 바이오매스 기반 펠릿을 저장하는 동안 냉각시킬 수 있다. 바이오매스 기반 펠릿을 그리고 나서 펠릿 저장소(355)에 저장할 수 있다. 고밀도 바이오매스 기반 펠릿은 내수성 및 내연마성을 가지기 때문에, 펠릿 저장소(355)는 예를 들어, 실내 저장, 실외 저장, 덮혀진 저장, 또는 덮혀지지 않은 저장일 수 있다. 부가적으로 바이오매스 기반 펠릿을 화차(railcar), 컨베이어, 저장소, 및 기타 가공 시설을 포함하는 표준 석탄 취급 장비에서 석탄으로 바이오매스 기반 펠릿을 태우기 위한 상당한 자본 투자의 필요성 없이 사용할 수 있다.
기존 시설(305)에 더하여, 전형적인 기존 펄프 가공 공장은 바이오매스 기반 펠릿을 제조하고 가공하는데 필요하지 않을 수 있는 장비를 구성할 수 있는 기존 공장(335)의 나머지 부분을 포함할 수 있다. 기존 공장(335)의 나머지 부분을 원하는 정도로 또는 펠릿 장비(340)에 대한 공간을 제공하기 위하여 필요한 정도로 제거하거나 또는 그 자리에 남길 수 있다.
본 공개의 혜택을 가지는 당업자에 의해 이해될 수 있는 것처럼, 많은 수의 변형, 조정, 및 변경을 사용하여 기존 펄프 가공 공장을 개조할 수 있다. 예를 들어, "증기"는 수증기뿐만 아니라 상기 언급된 응용에 유용한 다른 증기들을 또한 포함할 수 있다.
따라서, 본원에 공개된 상기 방법은 바이오매스 기반 연료를 생산하고 열병합발전, 보일러 및 기타 유형의 발전소와 같은 발전 시설을 위한 바이오매스 기반 공급물을 만들기 위한 바이오매스의 대규모 제조 및 가공을 개시하는 비용을 상당히 절감하는 잠재성을 제공한다. 본 공개에 따른 기존 펄프 가공 공장의 전환은 고압 증기 폭발의 새로운 건설에 비하여 상당한 경제성을 제공한다. 본 공개에 따른 방법을 수많은 다양한 목재 및 펄프 및 종이 국가의 기존 펄프 및 공급물 생산지에 적용하여 바이오매스 기반 연료의 제조, 가공 및 전달에 관한 사업을 용이하게할 수 있다. 기타 기술적 이점은 명세서, 청구항 및 도면의 관점에서 당업자에게 분명할 것이다.
따라서, 본 공개는 언급된 목적 및 이점 및 여기에 고유한 것들을 얻도록 잘 조정된다. 본 공개는 변형될 수 있고 다르지만 본원의 지식의 혜택을 갖는 당업자에게 분명한 균등한 방식으로 실행될 수 있기 때문에, 상기 공개된 특정 실시태양은 단지 예시적이다. 게다가, 하기 청구항에 기술되는 것 이외에, 본원에 보이는 건축 또는 설계의 상세한 설명에 어떤 제한도 의도되지 않는다. 그러므로 상기 공개된 특정한 예시적 실시태양은 변경되거나 수정될 수 있고 모든 그러한 변형은 본 공개의 범위 및 기본정신 이내에서 고려된다는 것이 명백하다. 또한, 청구항의 용어는 특허권자가 명백하고 명확하게 다르게 정의하지 않는다면, 그들의 일반적인, 보통 의미를 갖는다.

Claims (16)

  1. 펄프 다이제스터를 통하여 바이오매스 기반 공급물로부터 리그닌을 배출하는 단계; 및
    바이오매스 기반 공급물 및 상기 배출된 리그닌을 펠릿화하여 바이오매스 기반 펠릿을 형성하는 단계를 포함하는, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배출하는 단계 및 펠릿화하는 단계에서 증기 폭발이 제외된, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 보충적 리그닌을 첨가하는 단계를 포함하는, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 화학물질을 첨가하는 단계를 포함하는, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 화학물질이 나트륨 술페이트, 가성 소다 및 그의 조합을 포함하는, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 펄프 다이제스터가 바이오매스 기반 펠릿 제조에 사용하기 위해 개조된, 바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    화학 처리 작업을 통하여 펄프 다이제스터의 관에 바이오매스 기반 슬러리를 도입시키는 단계;
    펄프 다이제스터에 바이오매스 기반 슬러리 공급을 중단하는 단계;
    사전 결정된 온도에서 사전 결정된 시간 주기 동안 펄프 다이제스터에서 바이오매스 기반 슬러리의 쿠킹을 허용하여, 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 만드는 단계;
    펄프 다이제스터로부터 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 제거하는 단계;
    펄프 다이제스터로부터 펠릿 분쇄기로 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 전달하는 단계; 및
    쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 펠릿화하여 바이오매스 기반 펠릿을 형성하는 단계를 포함하는,
    바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    화학 처리 작업을 통하여 펄프 다이제스터의 관에 바이오매스 기반 슬러리를 연속적으로 도입시키는 단계;
    사전 결정된 온도에서 사전 결정된 시간 주기 동안 펄프 다이제스터에서 바이오매스 기반 슬러리의 쿠킹을 허용하여, 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 만드는 단계;
    펄프 다이제스터로부터 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 연속적으로 제거하는 단계;
    펄프 다이제스터로부터 펠릿 분쇄기로 쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 전달하는 단계; 및
    쿠킹된 바이오매스 기반 물질을 펠릿화하여 바이오매스 기반 펠릿을 형성하는 단계를 포함하는,
    바이오매스 기반 펠릿의 제조 방법.
  9. 펄프 가공 공장에 펠릿 분쇄기를 설치하는 단계;
    결과물이 펠릿 분쇄기에 들어가도록 결과물을 펄프 다이제스터로부터 경로변경하는 단계; 및
    불필요한 장비를 우회하는 단계를 포함하는,
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 우회되는 장비를 제거하는 단계를 포함하는,
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 펄프 다이제스터를 바이오매스 기반 펠릿의 제조에서 사용을 위해 개조하는 단계를 포함하는,
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 펄프 다이제스터를 개조하는 단계가 리그닌 제거에 사용되는 장비를 제거하는 단계를 포함하는,
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 펄프 다이제스터를 개조하는 단계가 화학 처리에 사용되는 장비를 제거하는 단계를 포함하는,
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조 공장으로 개조하는 방법.
  14. 기존 펄프 가공 공장을 확인하는 단계;
    펄프 가공 공장에 접근하고 개조할 수 있는 허가를 얻는 단계;
    펄프 가공 공장을 바이오매스 기반 펠릿 제조를 위해 개조하는 단계를 포함하는,
    바이오매스 기반 펠릿 제조 공장의 설립 비용을 경감하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    펄프 가공 공장 근처에서 바이오매스 기반 공급물의 기존 공급원을 확인하는 단계;
    바이오매스 기반 공급물에 대한 접근 및 이를 바이오매스 기반 펠릿 제조에 사용하기 위한 허가를 얻는 단계를 포함하는,
    바이오매스 기반 펠릿 제조 공장의 설립 비용을 경감하는 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    바이오매스 기반 공급물의 기존 공급원을 확인하는 단계;
    바이오매스 기반 공급물을 기존 공급원으로부터 펄프 가공 공장으로 수송하기 위한 허가를 얻는 단계를 포함하는,
    바이오매스 기반 펠릿 제조 공장의 설립 비용을 경감하는 방법.
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