KR20130012511A - Apparatus for manufacturing bio-oil and bio-oil manufacturing process using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 EFB(Empty Fruit Bunch)를 포함한 바이오매스를 공급한 상태에서 부산물에 대한 냉각, 가열, 및 순환 과정 등을 통해서 생성되는 바이오 오일의 수율을 극대화할 수 있는 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정에 관한 것이다.
The present invention relates to a bio-oil production apparatus and a bio-oil production process using the same, and more particularly, through cooling, heating, and circulating processes for by-products in a state of supplying biomass including an EFB (Empty Fruit Bunch). The present invention relates to a bio-oil manufacturing apparatus capable of maximizing the yield of bio-oil produced and a bio-oil manufacturing process using the same.
근래에 신재생에너지로서 바이오매스 연료의 우수성이 새롭게 인식됨에 따라서 세계 각국에서 연구가 재개되었고 현재 빠른 속도로 기술개발이 이루어지고 있다. 그러나 연구개발 기간이 오래되지 않았으므로 세계적으로 완전히 상용화된 기술은 극히 소수에 불과한 형편이고, 상용화된 설비의 경우도 유동층 방식에 있어서 다소 기술 경쟁력이 떨어지는 한편 EFB 전용 설비는 극히 일부에 사용된다. 국내에서는 바이오매스를 이용한 기술은 현재 초급 단계로서 상용화 진입을 준비하는 단계이고, 바이오오일의 수율을 높일 수 있는 고급기술로서는 실험실 규모의 연구가 다수 경쟁적으로 진행되고 있다.In recent years, with the renewed recognition of the superiority of biomass fuels as renewable energy, research has been resumed in various countries around the world, and technology development is being made at a rapid pace. However, since the research and development period has not been long, there are only a few commercially available technologies in the world, and even commercialized facilities are less technically competitive in the fluidized bed method, while only a few EFB-only facilities are used. In Korea, the technology using biomass is a beginner stage, preparing to enter the commercialization, and as an advanced technology that can increase the yield of bio oil, a large number of laboratory-scale researches are being conducted competitively.
바이오오일은 목질 바이오매스를 급속열분해 또는 고온고압 가수분해 등의 방법을 적용하여 생산한 원유와 비슷한 액체연료이다. 석유연료나 석유화학제품을 만드는 원유(crude oil)과 같이 목질바이오매스로 생산한 바이오매스 원유(crude bio-oil)도 연료나 화학제품의 원료물질이 될 수 있기 때문에 근래에 새로운 바이오정유(biorefinery) 산업의 개념이 거론되고 있다. 현재 기술개발이 초기단계이고 원천기술 확보경쟁이 가속되고 있는 급속열분해(Fast Pyrolysis)기술을 이용한 바이오오일 생산기술에 관한 세계 여러나라에서 기술개발에 박차를 가하고 있는 상황이다. Biooil is a liquid fuel similar to crude oil produced by the method of rapid pyrolysis or high temperature and high pressure hydrolysis of wood biomass. As biomass crude oil produced from wood biomass, such as petroleum fuel or crude oil for petrochemical products, can be a raw material of fuel or chemical products, new biorefinery has recently been developed. The concept of industry is being discussed. At present, technology development is in its infancy and the source technology is being accelerated in many countries around the world regarding bio oil production technology using fast pyrolysis technology.
상기의 급속열분해 기술을 이용하여 바이오오일을 제조하는 과정에서 수율 또는 비용 등을 고려할때 목질 계통의 바이오매스를 사용할 수 있지만, 자원 문제로 인하여 현실적으로 적용에 어려움이 있는 상태이다.
In the process of manufacturing biooil using the rapid pyrolysis technology, woody biomass may be used in consideration of yield or cost, but there are difficulties in practical application due to resource problems.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 목질계 바이오 매스에 대등한 수율을 낼 수 있는 재질을 선정하고 이에 적합한 공정을 구현하여 산출되는 바이오 오일의 수율을 증가하고자 하는 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention, in order to solve the above problems, to select a material that can yield a comparable yield to wood-based biomass, and to implement a suitable process to increase the yield of bio-oil produced by the bio-oil production apparatus and using the same It is an object to provide a bio-oil manufacturing process.
또한, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 바이오 오일을 제조하는 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 공급 및 유지하도록 함으로써 반응기에 공급되는 원재료에 대한 열분해 작업 공정에 소요되는 장치의 규모를 줄이는 동시에 비용을 절감하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention to solve the above problems, by effectively supplying and maintaining the heat generated during the manufacturing of the bio-oil to reduce the size of the apparatus required for the pyrolysis operation process for the raw materials supplied to the reactor and at the same time cost The purpose is to reduce the cost.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 기존의 목질계 바이오매스를 EFB로 대체함으로써 바이오 오일의 수율을 증가하는 동시에 비용을 저감할 수 있는 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 서술하고자 한다.In order to achieve the above object, it is intended to describe a bio-oil production apparatus and a bio-oil manufacturing process using the same, which can reduce the cost while increasing the yield of bio-oil by replacing the existing wood-based biomass with EFB.
이하 상세히 기술하면, 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 바이오 오일 제조 장치는 원재료 공급부로부터 바이오매스를 공급받는 반응기, 상기 반응기에서 토출되는 합성가스를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론, 상기 사이클론에서 촤와 분리 가능하게 처리된 합성가스에 대한 냉각(quenching)을 통해 바이오 오일을 생산하는 응축부, 및 상기 응축부에서 배출된 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 공급부를 포함하며, 상기 비응축가스 공급부에 저장된 비응축가스는 상기 반응기에 재공급될 수 있는 것을 특징으로 한다.In detail below, a bio-oil production apparatus according to an aspect of the present invention is provided in a reactor for receiving biomass from a raw material supply unit, a cyclone for receiving a synthesis gas discharged from the reactor and performing a separation process, in the cyclone And a non-condensing gas supply unit for separating and storing the non-condensing gas discharged from the condensation unit, and a condensation unit for producing bio-oil through quenching of the syngas that is separably treated. The non-condensable gas stored in the condensation gas supply may be re-supplied to the reactor.
상기 응축부는 복수의 단위응축부와 상기 단위응축부를 관통하는 합성가스관을 포함하는 다단 냉각 구조로 이루어진 것이 바람직할 수 있다.The condensation unit may have a multi-stage cooling structure including a plurality of unit condensation units and a synthesis gas pipe passing through the unit condensation unit.
상기 응축부에서 냉각을 통해 생성되는 바이오 오일은 상기 응축부를 위한 냉각제로 기능하는 것이 바람직할 수 있다.Bio-oil generated through the cooling in the condensation unit may preferably function as a coolant for the condensation unit.
상기 바이오매스는 EFB(empty fruit bunch)인 것이 바람직할 수 있다.It may be preferred that the biomass is an empty fruit bunch (EFB).
상기 바이오 오일 제조 장치는, 상기 비응축가스 공급부에 연결되어 상기 비응축가스를 제공받는 가스조절부, 상기 가스조절부에 비가연가스를 공급하는 비가연가스 공급부, 및 상기 가스조절부에 전기적으로 접속되는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 가스조절부에 저장되는 상기 비가연가스 또는 상기 비응축가스의 배출을 조절하는 것이 바람직할 수 있다.The bio-oil production apparatus is connected to the non-condensable gas supply unit, the gas control unit for receiving the non-condensable gas, the non-combustible gas supply unit for supplying the non-combustible gas to the gas control unit, and is electrically connected to the gas control unit The controller may further include a controller, and the controller may control the discharge of the non-flammable gas or the non-condensed gas stored in the gas controller.
상기 바이오 오일 제조 장치는 상기 가스조절부에서 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 예열기를 더 포함하고, 상기 예열기는 상기 반응기에서 토출되는 합성가스로부터 열에너지를 제공받는 것이 바람직할 수 있다.The bio-oil production apparatus may further include a preheater to increase the temperature by supplying energy to the gas supplied from the gas control unit, the preheater may be preferably provided with thermal energy from the synthesis gas discharged from the reactor. .
제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 바이오 오일 제조 공정은 (a) 원재료 공급부로부터 반응기로 바이오매스를 공급하는 단계, (b) 상기 반응기로부터 사이클론으로 유입된 합성가스가 원심 분리 방식으로 촤(char)가 일부 제거되고 상기 합성가스가 분리되는 단계, (c) 응축부에서 냉각이 이루어져 바이오 오일이 생성되는 단계, (d) 상기 응축부에서 미응축된 비응축가스를 상기 반응기에 재투입할지 여부를 판단하는 단계, 및 (e) 상기 반응기로 상기 원재료 공급부로부터의 바이오매스를 계속적으로 공급할지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.Bio oil manufacturing process according to another aspect of the present invention is provided by (a) supplying the biomass from the raw material supply to the reactor, (b) the synthesis gas introduced into the cyclone from the reactor by the centrifugal separation (char) Is partially removed and the syngas is separated, (c) cooling is performed in the condensation unit to generate bio-oil, and (d) whether or not the non-condensing gas condensed in the condensation unit is reintroduced into the reactor. Determining, and (e) determining whether to continuously supply biomass from the raw material supply to the reactor.
상기 바이오 오일 제조 공정에 있어서, 상기 반응기 내의 온도는 400 내지 600 ℃ 의 범위인 것이 바람직할 수 있다.In the bio-oil production process, the temperature in the reactor may be preferably in the range of 400 to 600 ℃.
상기 (a) 단계 이전에, (f) 비가연가스 공급부에 저장된 비가연가스를 예열하여 상기 반응기에 공급하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.Before the step (a), it may be preferable to further include the step of preheating the non-flammable gas stored in the non-flammable gas supply to the reactor.
상기 (c) 단계는, (c1) 상기의 냉각된 바이오 오일을 상기 응축부의 냉각유로 사용하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
The step (c) may further comprise (c1) using the cooled bio-oil as cooling oil of the condensation unit.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명인 바이오 오일 제조 장치는 EFB와 같이 고열량의 바이오 오일을 생성할 수 있는 바이오매스를 활용하여 급속열분해함으로써 순도 높은 바이오 오일을 생산하게 한다.As described above, the bio-oil production apparatus of the present invention enables high-temperature bio-oil to be produced by rapid pyrolysis using biomass capable of generating high-calorie bio-oil such as EFB.
본 발명은 바이오 오일을 생산한 후 비응축 가스인 비응축가스를 선택적으로 재공급하는 과정을 거침으로써 가스의 재활용을 기하는 동시에 폐열을 효과적으로 이용할 수 있게 된다.According to the present invention, after the bio-oil is produced, the non-condensed gas, which is a non-condensed gas, is selectively resupplied, thereby allowing the gas to be recycled and effectively utilizing waste heat.
또한, 본 발명의 바이오 오일 제조 공정은 반응기에서 생성되는 합성가스에서 바이오 오일 및 촤를 추출한 후 순환 처리 방식에 따라 계속적으로 반응기에 공급할 수 있게 함으로써 환경영향적인 측면에서 긍정적이다.
In addition, the bio-oil production process of the present invention is positive in terms of environmental impact by being able to continuously extract the bio-oil and fuel from the synthesis gas generated in the reactor and then supply to the reactor according to the circulation treatment method.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 오일 제조 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 응축부에 대한 구체적인 도면, 및
도 3은 본 발명에 따른 바이오 오일 제조 공정을 시계열적으로 나타낸 순서도이다.1 is a configuration diagram of a bio-oil production apparatus according to the present invention,
2 is a detailed view of the condensation unit of FIG. 1, and
Figure 3 is a flow chart showing a time series of bio-oil production process according to the present invention.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 기술되는 실시예는 발명의 설명을 위해 예시적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.These and other objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The described embodiments are provided by way of example for purposes of illustration, and do not limit the technical scope of the present invention.
본 발명의 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 이루는 각 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.Bio-oil manufacturing apparatus of the present invention and each component constituting the bio-oil manufacturing process using the same may be used integrally or separately separated as needed. In addition, some components may be omitted depending on the form of use.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, a bio oil production apparatus and a bio oil production process using the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
바이오 오일 제조 장치(100)의 전체적인 구성 설명Explanation of Overall Configuration of
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 바이오 오일 제조 장치(100)의 전체적인 구성을 살핀다.First, referring to Figure 1 looks at the overall configuration of the
바이오 오일 제조 장치(100)는 반응기(10), 반응기(10)로 바이오매스를 공급하는 원재료 공급부(20), 반응기(10)에서 배출되는 고온고압의 열분해 가스 및 촤(char)를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론(30), 사이클론(30)에서 처리된 합성 가스에 대한 냉각(quenching)을 통해 바이오 오일을 생산하는 응축부(40), 응축부(40)에서 응축이 이루어지지 않은 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 공급부(80), 비가연가스 공급부(50)와 비응축가스 공급부(80)에 연결되는 가스조절부(70), 및 상기 가스조절부(70)에서 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 예열기(60)를 포함한다. 바이오 오일 제조 장치(100)의 구성요소들을 연결하는 관로 상에는 복수의 온도계(2) 및 압력 게이지(4)가 필요에 따라 설치될 수 있다. 바이오 오일 제조 장치(100)를 구성하는 구성요소들은 제어부에 전기적으로 접속되어져 조절 가능하다.The
반응기(10)는 바이오매스와 같은 공급되는 원재료를 급속 열분해시켜 바이오 원유를 생성하기 위한 초기 단계의 장치로서, 바이오매스를 수용하기 위해 내부가 중공으로 형성될 수 있다. 반응기(10)는 그 하단에 배치되는 분배기(12) 및 윈드 박스(14)를 구비한다. 상기 반응기(10)는 상하 2단으로 형성 가능하고, 분배기(12)는 비가연가스 공급부(50)로부터 토출되는 비가연가스를 높은 압력으로 유입시켜 가스와 촤(char)가 유동화되도록 하고, 윈드 박스(14)는 예열된 비가연가스를 균일한 흐름으로 분배기(12)에 도달하게 한다.The
반응기(10)에서는 바이오매스와 유동사(11,hot sand)가 유입되는 입구 및 바이오매스의 급속 열분해시 생성된 촤(15) 및 급속 열분해시 사용된 유동사(11)를 배출하는 출구(17)가 형성될 수 있다. 한편, 반응기(10)와 윈드 박스(14) 내부의 압력을 감지하는 압력 감지부(16) 및 압력 감지부(16)에 전기적으로 접속되는 입력부(18)가 추가적으로 배치될 수 있다. 반응기(10)에서 열분해 공정을 통해 생성되는 촤(15)는 별도의 압축 공정을 통해 펠릿(19)으로 형성되어 출구(17)를 통해 배출된다. 상기 펠릿(19)은 재생에너지원으로서 사용할 수 있다.In the
원재료 공급부(20)는 바이오매스를 투입시키기 위한 호퍼, 및 호퍼를 통해 투입된 바이오매스를 유입시키기 위한 피더를 포함할 수 있다.The raw
본 발명에서는 바이오매스로서 야자과 나무 열매의 일부분인 EFB(empty fruit bunch)를 이용하여 바이오 오일을 추출하고자 하는 것으로서 처리과정에서 발생하는 열량이 다른 바이오매스 종류와 비교하여 높다는 점에서 적용성이 높다.In the present invention, biofuel is extracted using EFB (empty fruit bunch), which is a part of palm fruit as biomass, and is highly applicable in that calorie generated during processing is higher than other biomass types.
상기 EFB의 특징적인 물리화학적 성질을 설명하면 다음와 같다. 기본적인 겉보기 밀도(apparent density)는 125.57 (㎏/㎥)이고 고열량(high heating value)은 3930.11 (㎉/㎏)이다. 하기의 표 1,2,3은 EFB에 대한 원소 분석, 근사 분석, 및 화학적 조성을 각각 나타낸다. 한편, 표 1 내지 3의 자료들은 일 실험예를 나타낸 것으로서 수% 범위 내에서 변동이 가능하다.
The characteristic physicochemical properties of the EFB are as follows. The default apparent density is 125.57 (kg / m 3) and the high heating value is 3930.11 (kV / kg). Tables 1,2 and 3 below show elemental analysis, approximate analysis, and chemical composition for EFB, respectively. On the other hand, the data of Tables 1 to 3 shows an example of the experiment can be varied within a few% range.
사이클론(30)은 반응기(10)로부터 유입되는 가스 및 촤에 대해 원심 분리 방식으로 분리공정을 수행함으로써 하부 방향으로 촤를 제거하고 합성가스를 상부로 배출하게 한다.The
응축부(40)는 일 실시예로서 냉각부(46)로부로터 공급되는 냉각물질이 순환유동하도록 함에 의해서 사이클론(30)에서 촤가 제거된 합성가스로부터 액상의 바이오 오일을 선택적으로 추출하여 바이오 오일 저장부(48)에 저장한다.The
한편, 응축부(40)에 대한 구체적인 실시예로서 도 2를 참조하면, 응축부(40)는 다단으로 이루어진 냉각 시스템으로 구성이 가능할 수 있다. 상기의 다단 냉각 시스템은 상부로부터 차례로 제 1 단위응축부(41), 제 2 단위응축부(42), 제 3 단위응축부(43), 및 상기 복수의 단위응축부(41,42,43)의 내부를 관통하는 합성가스관(45)을 포함한다. 각각의 응축부들(41,42,43)에는 냉각수 유입구(41a,42a,43a) 및 냉각수 배출구(41b,42b,43b)가 구비된다. 냉각부(46)에서 공급되는 냉각물질은 응축부들(41,42,43)을 차례로 지나면서 합성가스관(45)으로 유동하는 합성가스에 대한 열교환을 통해 바이오 오일의 생성을 용이하게 한다.Meanwhile, referring to FIG. 2 as a specific embodiment of the
여기에서, 응축된 바이오 오일은 응축부(40)에 공급되어져 냉각유로 활용됨으로써 냉각효율을 증대할 수 있다.Here, the condensed bio-oil may be supplied to the
비응축가스 공급부(80)는 응축부(40)를 거치면서 비응축된 비응축가스를 취합하여 이를 다시 재사용할 수 있게 공급한다.The non-condensing
가스조절부(70)는 비가연가스 공급부(50)로부터의 비가연가스 및 비응축가스 공급부(80)로부터의 비응축가스가 혼합되는 장소로서 비응축가스가 비가연가스에 의해 원활히 유동 가능하도록 혼합하여 저장한 후에 이를 예열기(60)에 공급한다. 가스조절부(70)는 비응축가스 공급관로(62)를 통해 윈드 박스(14)에 연결된다.The
가스조절부(70)에 전기적으로 접속되는 제어부(미도시)는 가스조절부(70)에 저장되는 비가연가스 또는 비응축가스의 배출을 조절한다. 실시예로서, 반응기(10)에 바이오매스를 투입하여 열분해를 시작하기 전에는 비가연가스만을 공급하여 반응기(10)의 내부 세정을 실시하도록 하거나 또는 열분해가 이루어지는 과정 중에는 비응축가스의 원활한 이송을 가능하게 하기 위하여 비가연가스를 추가로 투입할 수 있다.A controller (not shown) electrically connected to the
비응축가스 공급관로(62) 상에는 원재료 유입 조절부(24)가 설치되고, 상기 원재료 유입 조절부(24)는 원재료 공급 관로(22)를 통해 원재료 공급부(20)에 전기적으로 접속된다.The raw material
비가연가스 공급부(50)는 바이오 오일 제조 장치(100)에서 처리가 이루어지는 과정에서 반응기(10) 내에 잔존하는 불필요 가스를 제거하는 동시에 비응축가스의 원활한 이송을 가능하게 하는 것으로서 질소를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The non-flammable
한편, 응축부(40)와 비응축가스 공급부(80) 사이의 관로 상에는 다수의 장치들이 부가될 수 있다. 구체적으로는 습식 가스 미터(92), EP(94), 마이크로 GC(96), 및 가스 샘플링 포트(98)를 포함한다. EP(94)와 마이크로 GC(96) 사이에는 비응축가스 유동 조절부(97)가 배치되고, 상기 비응축가스 유동 조절부(97)는 응축부(40)에서 배출되는 비응축가스의 일부를 마이크로 GC(96) 또는 가스 샘플링 포트(98)로 유동하게 한다.
On the other hand, a plurality of devices may be added on the conduit between the
바이오 오일 제조 장치(100)의 Of the
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)의 작동 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, an operation process of the
먼저, 원재료 공급부(20)를 통해 바이오매스를 공급하기 전에 비가연가스 공급부(50)에 저장된 질소를 가스조절부(70)와 예열기(60)를 거치게 하여 반응기(10)로 공급한다(S10). 상기 S10 단계는 반응기(10)에 질소를 충전하는 과정을 시행함으로써 반응기(10)에 잔존하는 산소 성분을 제거하여 급속 열분해 과정에서의 효율을 증가하고자 한다.First, before supplying biomass through the raw
이후, 원재료 공급부(20)를 통해 EFB를 공급하는데, 공급과정에서 2~3mm 정도의 크기로 분쇄가 이루어지게 함으로써 급속 열분해 과정에서 반응성을 향상하게 한다(S20). 더불어, 반응기(10) 내의 온도는 400 내지 600 ℃ 의 범위를 유지하게 하고, 바람직하게는 500℃ 정도로 유지할 수 있다.Thereafter, the EFB is supplied through the raw
반응기(10)에서 배출되는 결과물은 사이클론(30)으로 유입되어져 원심 분리 방식으로 공정이 진행되어져 촤가 일부 제거되고 나머지 합성가스가 상부로 배출된다(S30). 구체적으로는, 반응기(10)에서 급속 열분해된 기체상인 증기생성물, 에어로졸 및 비응축성 증기생성물 등의 생성물이 생성되고 고체상인 촤도 일부 생성된다. 상기 생성물들은 사이클론(30)에서의 공정을 거치면서 촤가 일부 제거된다.The resultant discharged from the
한편, 상기 S30 단계를 진행하는 과정에 있어서, 상기 반응기(10)에서 배출되는 고온 상태의 결과물로부터 열에너지를 회수하여 이를 예열기(60)에 전달할 수 있다. 이는 바이오 오일 제조 장치(100)를 운용하는 과정에서 발생하는 폐열을 효과적으로 재순환하게 한다는 차원에서 장점이 있게 된다.On the other hand, in the process of proceeding the step S30, it is possible to recover the thermal energy from the result of the high temperature state discharged from the
다음으로 응축부(40)에서는 냉각이 이루어지는데, 증기생성물이 액상의 오일미스트로 변환되고 에어로졸은 응집됨으로서 최종적으로는 바이오 오일이 된다(S40). 최종 생성된 바이오오일은 바이오 오일 저장부(48)에 취합되고, 이 과정에서 바이오오일은 극성물질이므로 바이오 오일 저장부(48)에 설치될 수 있는 전기집진모듈에서 용이하게 포집될 수 있다. 한편, 본원발명에서는 응축된 바이오 오일을 냉각유로 활용하여 냉각부에서 일반적으로 사용되는 물과 함께 적용함으로써 냉각효율을 증대할 수 있다. Next, cooling is performed in the
응축부(40)에서 배출되는 바이오 오일이 추출된 합성 가스는 EP(94)에서 재차 촤가 제거된 상태에서 비응축가스 공급부(80)로 유입된다(S50).The synthesis gas from which the bio-oil discharged from the
상기 비응축가스 공급부(80)에 저장되는 비응축가스는 응축이 진행되지 않은 가스를 통칭할 수 있는데, 불필요한 성분인 촤가 대부분 제거되고 반응기(10)에서 여러가지 사정으로 인해 미반응된 물질로서 재투입되는 과정을 거친다.The non-condensed gas stored in the non-condensed
비응축가스 공급부(80)로부터 배출되는 가스는 가스조절부(70)에서 반응기(10)로의 재투입을 할 것인지 판단하는 과정을 거친다(S60). 즉, 가스조절부(70)는 비응축가스 공급부(80)로부터 전달받은 가스를 예열기(60)로 공급하기 전에 거치게 함으로써 완급조절을 기하게 된다. 즉, 반응기(10)에서의 처리 과정에 따라서 비가연가스 공급부(50)로부터 공급되는 질소의 양이 조절된 비응축가스를 공급할 수 있다.The gas discharged from the non-condensed
상기 S60 단계에서, 비응축가스의 재투입이 필요하다고 판단되는 경우에는 가스조절부(70) 및 예열기(60)를 거친 가열된 비응축가스는 비응축가스 공급관로(62)를 통해 반응기(10)의 윈드 박스(14)로 공급된다(S70). 한편, 상기 S60 단계에서, 비응축가스의 재투입이 필요없다고 판단되는 경우에는 비가연가스 공급부(50)로부터 질소를 예열하여 공급한다(S72). 상기 예열기(60)를 통해 비응축가스 또는 질소를 예열하는 경우에, 예열기(60)는 반응기(10)에서 배출되는 고온 상태의 결과물로부터 열에너지를 제공받을 수 있다.In step S60, when it is determined that re-condensation of the non-condensed gas is necessary, the heated non-condensed gas that has passed through the
다음으로, 제어부는 비응축가스가 반응기(10)로 재투입되는 과정 중에 원재료 유입 조절부(24)를 통해 반응기(10)로 바이오매스를 계속적으로 공급할 것인지를 판단한다(S80). 상기 S80 단계에서, 반응기(10) 내에 반응물질이 부족한 것으로 판단되는 경우에는 바이오매스의 계속적인 공급이 요구되므로 원재료 유입 조절부(24)를 적절히 개방하여 바이오매스를 공급한다(S90). 만약, 상기 S80 단계에서, 반응기(10) 내에 반응물질이 충분한 경우에는 원재료 유입 조절부(24)를 일시적으로 폐쇄할 수 있다.
Next, the control unit determines whether to continuously supply the biomass to the
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 바이오 오일 제조 공정의 효과를 검증하기 위하여 본 출원인이 실험한 데이터를 상술한다. 본 실험은 300(g/hr)급의 유동층 반응기를 통한 급속 열분해 공정을 통한 것으로서 구체적인 실험 조건은 하기 표 4와 같다.
Hereinafter will be described in detail data tested by the applicant in order to verify the effect of the bio-oil manufacturing process according to an embodiment of the present invention. This experiment is through a rapid pyrolysis process through a fluidized bed reactor of 300 (g / hr) class, specific experimental conditions are shown in Table 4 below.
하기의 표 5는 상기 실험 조건을 토대로 생성된 바이오 오일, 촤, 및 기타 가스의 수율을 나타낸다. 하기 표 5에서 보듯이, EFB 를 사용하여 공정을 수행한 결과 50(wt.%)를 상회하는 정도의 우수한 수율을 나타내는 것을 볼 수 있다.Table 5 below shows the yields of bio oils, chars, and other gases produced based on the experimental conditions. As shown in Table 5, as a result of performing the process using EFB it can be seen that the excellent yield of more than 50 (wt.%).
상술한 바와 같이, 본 발명은 본 발명인 바이오 오일 제조 장치는 EFB와 같이 고열량을 생성할 수 있는 바이오매스를 활용하여 급속열분해함으로써 순도 높은 바이오 오일을 생산하고, 바이오 오일을 생산한 후 비응축 가스인 비응축가스를 선택적으로 재공급하는 과정을 거침으로써 가스의 재활용을 기하는 동시에 폐열을 효과적으로 이용할 수 있다.As described above, the present invention is a bio-oil production apparatus of the present invention by producing a high-purity bio-oil by rapid pyrolysis using a biomass capable of generating a high caloric value, such as EFB, after producing a bio-oil is a non-condensable gas By selectively refeeding non-condensable gas, waste heat can be effectively utilized while recycling the gas.
또한, 종래의 바이오 오일을 생산하기 위한 주재료로서의 야자수 껍질 및 소나무 등과 비교할 때 상대적으로 높은 HHV 및 점도를 갖는 동시에 양호한 수율을 획득할 수 있다는 장점이 있을 수 있다.In addition, there can be an advantage that a relatively high HHV and viscosity can be obtained and a good yield can be obtained as compared with palm bark and pine as the main materials for producing conventional bio-oil.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that numerous modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the appended claims. And equivalents should also be considered to be within the scope of the present invention.
10 : 반응기
11 : 유동사
12 : 분배기
14 : 윈드 박스
16 : 압력 감지부
18 : 입력부
20 : 원재료 공급부
24 : 원재료 유입 조절부
30 : 사이클론
40 : 응축부
50 : 비가연가스 공급부
60 : 예열기
70 : 가스조절부
80 : 비응축가스 공급부
92 : 습식 가스 미터
94 : EP
96 : 마이크로 GC
98 : 가스 샘플링 포트
97 : 비응축가스 유동 조절부
100 : 바이오 오일 제조 장치10: reactor
11: floating yarn
12: distributor
14: windbox
16: pressure sensing unit
18: input unit
20: raw material supply unit
24: raw material inlet control unit
30: cyclone
40: condensation unit
50: non-flammable gas supply unit
60: preheater
70: gas control unit
80: non-condensing gas supply unit
92: wet gas meter
94: EP
96: micro GC
98 gas sampling port
97: non-condensing gas flow control unit
100: bio oil manufacturing apparatus
Claims (10)
상기 반응기에서 토출되는 합성가스를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론;
상기 사이클론에서 촤와 분리 가능하게 처리된 상기 합성가스에 대한 냉각(quenching)을 통해 바이오 오일을 생산하는 응축부; 및
상기 응축부에서 배출된 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 공급부;
를 포함하며,
상기 비응축가스 공급부에 저장된 비응축가스는 상기 반응기에 재공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
A reactor receiving biomass from a raw material supply unit;
A cyclone that receives the synthesis gas discharged from the reactor and performs a separation process;
A condenser for producing bio-oil through quenching of the syngas that is separable from the cyclone in the cyclone; And
A non-condensing gas supply unit for separating and storing the non-condensing gas discharged from the condensation unit;
Including;
Characterized in that the non-condensing gas stored in the non-condensing gas supply can be supplied to the reactor,
Bio oil manufacturing device.
상기 응축부는 복수의 단위응축부와 상기 단위응축부를 관통하는 합성가스관을 포함하는 다단 냉각 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
The method of claim 1,
The condensation unit is characterized by consisting of a multi-stage cooling structure comprising a plurality of unit condensation unit and the syngas pipe passing through the unit condensation unit,
Bio oil manufacturing device.
상기 응축부에서 냉각을 통해 생성되는 바이오 오일은 상기 응축부를 위한 냉각제로 기능하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
The method of claim 1,
Bio oil generated through the cooling in the condensation unit, characterized in that it functions as a coolant for the condensation unit,
Bio oil manufacturing device.
상기 바이오매스는 EFB(empty fruit bunch)인 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
The method of claim 1,
The biomass is characterized in that the EFB (empty fruit bunch),
Bio oil manufacturing device.
상기 바이오 오일 제조 장치는,
상기 비응축가스 공급부에 연결되어 상기 비응축가스를 제공받는 가스조절부;
상기 가스조절부에 비가연가스를 공급하는 비가연가스 공급부; 및
상기 가스조절부에 전기적으로 접속되는 제어부;
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 가스조절부에 저장되는 상기 비가연가스 또는 상기 비응축가스의 배출을 조절하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
The method of claim 1,
The bio oil production device,
A gas control unit connected to the non-condensing gas supply unit to receive the non-condensing gas;
A non-flammable gas supply unit which supplies a non-flammable gas to the gas control unit; And
A control unit electrically connected to the gas control unit;
Further comprising:
The control unit is characterized in that for controlling the discharge of the non-combustible gas or the non-condensed gas stored in the gas control unit,
Bio oil manufacturing device.
상기 바이오 오일 제조 장치는,
상기 가스조절부에서 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 예열기;를 더 포함하고,
상기 예열기는 상기 반응기에서 토출되는 합성가스로부터 열에너지를 제공받는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
The method of claim 5, wherein
The bio oil production device,
Further comprising: a preheater to increase the temperature by supplying energy to the gas supplied from the gas control unit,
The preheater is characterized in that for receiving thermal energy from the synthesis gas discharged from the reactor,
Bio oil manufacturing device.
(b) 상기 반응기로부터 사이클론으로 유입된 합성가스가 원심 분리 방식으로 촤(char)가 일부 제거되고 상기 합성가스가 분리되는 단계;
(c) 응축부에서 냉각이 이루어져 바이오 오일이 생성되는 단계;
(d) 상기 응축부에서 미응축된 비응축가스를 상기 반응기에 재투입할지 여부를 판단하는 단계; 및
(e) 상기 반응기로 상기 원재료 공급부로부터의 바이오매스를 계속적으로 공급할지 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는,
바이오 오일 제조 공정.
(a) supplying biomass from the raw material supply to the reactor;
(b) removing some of the char from the syngas introduced into the cyclone from the reactor by centrifugal separation and separating the syngas;
(c) cooling the condensing unit to produce bio oil;
(d) determining whether to re-inject the non-condensed gas condensed in the condenser into the reactor; And
(e) determining whether to continuously supply biomass from the raw material supply to the reactor;
/ RTI >
Bio oil manufacturing process.
상기 바이오 오일 제조 공정에 있어서,
상기 반응기 내의 온도는 400 내지 600 ℃ 의 범위인 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 공정.
The method of claim 7, wherein
In the bio-oil manufacturing process,
The temperature in the reactor is characterized in that the range of 400 to 600 ℃,
Bio oil manufacturing process.
상기 (a) 단계 이전에,
(f) 비가연가스 공급부에 저장된 비가연가스를 예열하여 상기 반응기에 공급하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 공정.
The method of claim 7, wherein
Before the step (a)
(f) preheating the non-flammable gas stored in the non-flammable gas supply unit and supplying it to the reactor;
Characterized in that it further comprises,
Bio oil manufacturing process.
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기의 냉각된 바이오 오일을 상기 응축부의 냉각유로 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 공정.The method of claim 7, wherein
The step (c)
(c1) further comprising using the cooled bio-oil as cooling oil of the condensation unit.
Bio oil manufacturing process.
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