KR20130102545A - 바이오매스/플라스틱 혼합물로부터 연료를 제조하는 시스템 및 방법 - Google Patents

바이오매스/플라스틱 혼합물로부터 연료를 제조하는 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1 단계에서, 바이오매스 및 플라스틱을 재순환 담체 오일의 존재 하에 300 - 400℃에서 분산시키고; 제2 단계에서, 수득된 혼합물을 300 - 400℃에서 반응시키고; 제3 단계에서, 생성된 기체, 액체 및 고체 생성물을 서로 분리시키고, 임의로 추가 가공하고, 여기서, 바이오매스 대 플라스틱의 비가 80:20 내지 10:90 중량%의 범위이고, 여기서, 방법이 담체 오일의 외부적 공급 없이 수행되고, 여기서, 방법이 촉매의 외부적 공급 없이 수행되는 것을 특징으로 하는 고체 바이오매스 및 플라스틱으로부터 연료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 이 방법을 수행하는 시스템에 관한 것이다.

Description

바이오매스/플라스틱 혼합물로부터 연료를 제조하는 시스템 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING FUELS FROM BIOMASS/PLASTIC MIXTURES}
본 발명은 바이오매스 및 플라스틱을 함유하는 혼합물로부터 연료를 제조하는 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 시설에 관한 것이다.
종래 기술에 따르면, 생원성 원료로부터 연료를 제조하는 다양한 방법이 제안되었지만; 이 방법들은 많은 불리한 점을 갖는다.
위저(Wieser)(WO 2006/131293)는 담체 오일을 이용해서 생원성 원료로부터 연료를 제조하는 촉매적 방법을 기술한다.
코치(Koch)(EP 1538191)는 특이한 반응기를 이용해서 촉매적 해중합에 의해 잔류 물질로부터 연료를 제조하는 방법을 기술한다. 이 방법의 한 가지 불리한 점은 그 중에서도 고장이 나기 쉬운 특이한 반응기를 이용해야 한다는 것이다.
고우슬러(Goessler) 등(WO 2010/031803)은 바이오매스 및 중질 연료 오일을 함유하는 혼합물로부터 연료를 추출하는 방법을 기술한다. 이 방법의 한 가지 불리한 점은 그 중에서도 이용되는 바이오매스가 높은 품질 요건을 충족해야 한다는 것이다. 본질적으로, 이 방법의 목적은 바이오매스의 활용을 가능하게 하는 것이 아니라 중질 연료 오일을 가공하기 위한 것이다.
스피자우어(Spitzauer) 등(WO 2009/131590)은 담체 오일을 이용해서 액상에서 다수의 가능한 출발 물질로부터 연료를 제공하는 촉매적 방법을 기술한다.
몰리나리(Molinari) 등(WO 2009/095888)은 마찬가지로 담체 오일을 이용해서 액상에서 다수의 가능한 출발 물질로부터 연료를 제공하는 촉매적 방법을 기술한다.
치르너(Tschirner)(DE 102006052995)는 공정 통합 공동/마찰에 의한 반응 조절 및 에너지 투입에 의해 유기 잔류 물질 및 재생가능 원료로부터 기체 오일을 제조하는 방법을 기술한다. 이 문헌에는 수소 첨가가 게재되어 있지 않다.
밀러(Miller)(US 2009/0151233)는 "플래시 열분해" 원리에 따라서 바이오매스 (25) 및 폐플라스틱으로부터 열분해 오일 (40)을 제조하는 방법을 게재한다. 따라서, 이 문헌에서 기술하는 반응은 액상에서 수행되지 않고 담체 오일이 재순환되지도 않는다.
코퍼(Copper)(US 2008/0072478)는 특수 반응기에서 바이오매스로부터 연료를 제조하는 회분식 방법을 게재한다. 담체 오일의 재순환이 기술되어 있지 않고, 적합한 바이오매스/플라스틱 파라미터도 기술되어 있지 않다.
웨이다(Wada)(US 2005/0075521)는 플라스틱으로부터 오일을 제조하는 촉매적 방법을 게재하고, 여기에서는 출발 물질에 식물 또는 동물 오일도 첨가할 수 있다. 담체 오일의 재순환이 기술되어 있지 않고, 고체 바이오매스 사용도 기술되어 있지 않다.
미요시(Miyoshi) 등(WO 05/021686)은 유동층 열분해 원리에 따라 다양한 출발 물질, 예컨대 폐플라스틱 및 바이오매스로부터 열분해 혼합물을 제조하는, 정유설비와 연결될 수 있는 재순환 공정을 게재한다. 이 공정에서는 출발 물질의 일부를 연소함으로써 요구되는 반응열을 생성한다.
윌름즈(Wilms)(DE 102008047563)는 마찬가지로 유동층 열분해 원리에 따라서 (폐)플라스틱으로부터 석유화학 중간 생성물을 제조하는 방법을 게재하고, 여기에서는 또한 출발 물질에 생물학적(BTL) 잔류 물질도 첨가할 수 있다. 플라스틱 대 바이오매스의 비가 90:10 내지 10:90이라고 명시한다. 반응이 액상에서 일어나지 않고, 담체 매질로서 고체를 언급한다.
스테인버그(Steinberg)(US 5,427,762)는 바이오매스로부터, 임의로 플라스틱 존재 하에, 연료가 아니라 메탄올을 제조하는 방법을 게재한다. 기술된 방법은 마찬가지로 유동층 열분해 공정이다.
언급된 액상 방법들의 불리한 점은 담체 액체를 공정에 첨가해야 한다는 것이다. 담체 액체는 주어진 반응 조건 하에서 충분히 안정하지 않고, 따라서, 연속으로 보충되어야 한다. 언급된 기상 방법의 불리한 점은 생성물 오일의 선택성 및/또는 수율이 불만족스럽다는 것이다. 이 공정에서 형성되는 부산물, 특히, 석탄, CO, CO2 및 공정수의 양을 감소시키는 것이 필요하다. 게다가, 언급된 방법들을 위한 시설의 제어가 힘들고 복잡하며, 따라서, 신뢰성 있게 작동하고 단순한 설계를 갖는 시설이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 생원성 원료를 이용해서 연료를 제조하는 개선된 방법을 제공하는 것 및 상응하는 시설을 제공하는 것이다. 비용효과적으로 작동하고 고품질 생성물을 제조하며 좋은 수율을 제공하고 적용가능한 배출 기준을 충족시키는 시설을 제공하는 것이 특히 중요하다.
위에서 개요한 목적은 독립항에 따라서 달성된다. 종속항은 유리한 실시양태를 제시한다. 따라서, 본 발명은 생원성 원료 및 플라스틱을 함유하는 혼합물로부터 연료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 이러한 출발 물질로부터 연료를 제조하는 시설에 관한 것이다.
직접적인 문맥으로부터 어떤 다른 의미를 나타내지 않으면, 다음 용어는 아래에서 명시하는 의미를 갖는다.
"생원성 원료" 또는 "바이오매스"는 살아있는 유기체에 의해 생화학적으로 연속으로 합성되는 유기 물질 및 그로부터 제조되거나 또는 추출되는 이차 생성물을 의미한다. 생원성 원료는 생성하는 유기체에 의존해서 식물, 미생물 및 동물 바이오매스 영역으로 나눌 수 있다. 식물 바이오매스는 예를 들어 목재, 나뭇잎, 짚, 겨, 건초, 곡물, 과일 및 포도 작물로부터의 압착 잔여물, 비트 펄프, 녹색 폐기물, 원예 및 농업 폐기물, 뿐만 아니라 이차 생성물, 예컨대 스크랩우드 제품, 전분, 당, 셀룰로스 및 폐지를 포함한다. 미생물 바이오매스는 예를 들어 건조된 하수 슬러지 뿐만 아니라 발효 폐기물 및 소화잔재물을 포함한다. 동물 바이오매스는 예를 들어 축산 및 수산물 및 육류 산업으로부터의 폐기물, 우유 및 치즈 산업으로부터의 폐제품, 및 육골분을 포함한다. 본 발명의 범주 내에서는 식물 바이오매스가 바람직하다. 리그노셀룰로스를 함유하는 바이오매스("리그노셀룰로스계 바이오매스")가 특히 바람직하게 사용되고, 대표적으로 30 중량% 초과, 특히 60 중량% 초과의 셀룰로스 함량을 가지거나, 또는 주로 리그노셀룰로스로 이루어진다. 이러한 바람직한 바이오매스는 목본 식물 또는 일년생 식물로 이루어질 수 있거나 또는 그로부터 추출될 수 있고; 예는 다양한 공급원으로부터의 목재(예컨대, 나무 줄기, 특히, 산업적으로 회수될 수 없는 나무 줄기, 나뭇가지, 쓰러진 나무, 목재 가공 플랜트로부터의 스크랩우드); 원예 폐기물 및 농업 잔여물(예컨대, 짚, 겨 및 건조된 비트 펄프)이다. 추가로, 탄수화물을 함유하거나 또는 탄수화물로 이루어진 바이오매스가 특히 바람직하다.
생원성 원료는 액체 또는 고체 형태로 존재할 수 있다. 본 발명의 범주 내에서는 고체 바이오매스가 바람직하다.
건조된, 대표적으로 33 중량% 미만, 특히, 20 중량% 미만의 물 함량을 갖는 바이오매스가 특히 바람직하다.
"플라스틱"은 당업자에게 알려져 있고; 이 용어는 일반적으로 반합성에 의해 및 특히, 합성에 의해 제조된 거대분자 고체를 의미한다. 이 용어는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 및 엘라스토머를 포함한다. 플라스틱은 순수 물질로서 또는 물질 혼합물/블렌드로서 존재할 수 있다. 추가로, 플라스틱은 다양한 정도의 순도로 존재할 수 있고; 따라서, 이 용어는 또한 플라스틱 함유 혼합물을 포함한다.
"연료"는 당업자에게 알려져 있고; 이 용어는 일반적으로 내연기관에 이용될 수 있는 탄화수소 함유 화합물 및 혼합물을 의미한다. 특히, 이 용어는 C6-C25 알칸, C6-C25 알켄, C6-C25 알킨, C3-C25 시클로알칸, C3-C25 시클로알켄 및/또는 C6-C25 방향족물질을 함유하는 물질 혼합물을 의미하고; 또한, 이 정의는 알킬 치환 화합물, 예컨대 톨루엔 또는 메틸시클로헥산, 뿐만 아니라 분지쇄 화합물, 예컨대 2-에틸헥산을 포함한다. 연료의 일부 기준을 충족시키지 않지만 전구체 생성물로 적합한 이러한 물질 및 물질 혼합물은 문맥에 의존해서 생성물 오일 또는 연료라고 부른다.
"담체 액체" 또는 "담체 오일"은 반응 조건 하에서 거의 불활성이거나 또는 불활성인 액체를 의미한다. 액체는 그것이 지배적인 반응 온도에서 끓지 않으면(특히, 그것이 > 380 - 400℃의 비점을 가지면) "거의 불활성"이라고 여긴다. 이러한 담체 액체는 반응 사이클에서 90% 이상이 변하지 않고 그대로 있는 것이 바람직하다. 이 액체는 생원성 원료를 현탁하는 데 적합하다. 특히 적합한 담체 액체는 중질 연료 오일이고, 이것은 본 발명에 따른 방법을 수행하는 동안 연속으로 생성된다. 다른 담체 오일, 예컨대 기체 오일, 디젤, 또는 그의 혼합물이 특히 시설을 운전하는 데 적합하다. 담체 액체는 그 공정 동안 출발 물질과 직접 접촉한다.
"열 오일"은 본 발명에 따른 방법에서 간접적인 열 전달을 위한 액체를 의미한다. 적합한 열 오일은 당업자에게 알려져 있고, 실리콘 오일 또는 탄화수소를 기반으로 할 수 있다. 본 발명의 범주 내에서는 반응 온도에 적합한 어떠한 주어진 열 오일도 이용할 수 있다. 열 오일은 이 공정 동안 생원성 원료 또는 촉매와 직접 접촉하지 않는다.
본 발명과 관련해서 명시한 일반적인, 바람직한, 및 특히 바람직한 실시양태, 범위 등은 어떠한 주어진 방식으로도 서로 조합할 수 있다. 마찬가지로, 개개의 정의, 실시양태 등이 필요 없을 수 있거나, 또는 무관할 수 있다.
본 발명을 도면과 관련해서 더 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시설의 한 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 도면은 원료 제조 및 생성물인 석탄, 연료, 기체 및 물의 회수 같은 보조 유닛이 아니라 물질 전환을 위한 주 유닛을 나타낸다. 이 용어들은 다음 의미를 갖는다: 바이오매스 사일로 (SB), 플라스틱 사일로 (SK), 바이오매스 스크류 가열기 (HB), 플라스틱 스크류 가열기 (HK), 디스퍼저(disperger) (DIS), 반응기 R(주 반응기 (R1), 수소화 반응기 (R2), 혐기성 반응기 (R3)), 진공 증발기 (VVD), 응축기 (K1, K2, K3), 상 분리기 (PT), 분리기(오일상 분리기 (S1) 및 수상 분리기 (S2)), 정류 칼럼(RKT), 및 가스 엔진/가스 터빈 (GM). 방법 또는 시설의 생성물은 P석탄(생성물 석탄), PH2O(생성물 물), P오일(생성물 오일/연료) 및 PE(열 에너지/열, 전력)으로 나타낸다. 방법 또는 시설의 출발 물질은 B(바이오매스) 및 K(플라스틱)으로 나타낸다. 출발 물질에서부터 주 생성물인 연료까지의 생성물 흐름이 강조되어 있다. 중간 생성물(예를 들어, 반응기에서)의 재순환은 도 1에 나타나 있지 않다. 그러나, 진공 증발기 (VVD)로부터 디스퍼저 (DIS)로의 담체 오일의 재순환은 분명히 드러나 있다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 시설의 한 예를 개략적으로 나타낸다. 이 변형예에서, 반응기 R1 및 섬프상(sump phase) 수소화 반응기 R4가 확장되고, 여기에서는 수소를 공급함으로써 섬프상(중질 연료 오일 + 석탄)의 일부가 수소화되고, 반응 생성물이 R1로 직접 재순환된다. 따라서, 이 변형예에서는 R1이 R1 + R4로 대체되고; 시설의 나머지 부분이 도 1에서의 나머지 부분에 상응하여, 완전히 도시되어 있지 않다.
본 발명, 특히, 방법 및 시설(시설들)을 도면과 관련해서 아래에서 더 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명에 따른 방법을 그의 실시양태에서 하나의 독립된 공정으로서 설명한 후, 더 큰 제조 시스템으로 통합하는 것을 포함하는 방법 변형예를 설명한다. 마지막으로, 이 목적에 적합한 시설을 기술하고, 전형적인 실시양태를 설명한다.
본 발명의 제1 측면인 생원성 원료 및 플라스틱으로부터 연료를 제조하는 방법을 아래에서 더 상세히 설명한다.
따라서, 본 발명은 제1 단계에서는 바이오매스 및 플라스틱을 제공하고, 300 - 400℃에서, 임의로 재순환된 담체 오일의 존재 하에, 분산시키고; 제2 단계에서는 수득된 혼합물을 300 - 400℃에서 반응시키고; 제3 단계에서는 생성된 기체, 액체 및 고체 생성물을 서로 분리시키고, 임의로, 추가 가공하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 및 플라스틱으로부터 연료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 플라스틱 및 바이오매스의 합동 오일 생성 방법을 처음으로 나타낸다. 따라서, (화석) 담체 오일의 추가의 연속 공급을 피할 수 있다. 따라서, 공급된 플라스틱이 공정에 내재하는 그의 동시 분열로 인해 담체 오일의 기능을 담당하기 때문에 담체 오일의 연속 외부적 첨가가 불필요한 것으로 추정된다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 담체 오일을 외부에서 공급하지 않고 수행하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 바이오매스(예를 들어, 리그노셀룰로스)를 약 350℃의 뜨거운 담체 오일(예를 들어, 파라핀계 담체 오일, 예컨대 HFO 또는 VGO)에 교반하면서 도입하면, 대표적으로 디젤과 유사한 크래킹 생성물이 응축물로서 발생하고, 그 중 약 50%는 바이오매스로부터 유래하고 50%는 담체 오일로부터 유래한다. 충전된 건조 바이오매스에 대한 수율은 대표적으로 30 - 40 중량%이고, 따라서, 생성물의 15 - 20%가 바이오매스로부터 유래하고, 동일한 양이 담체 오일로부터 유래한다. 두 반응물이 모두 중합체이기 때문에, 그 결과는 바이오매스 뿐만 아니라 담체 오일도 해중합(크래킹)된다는 것이다. 따라서, 담체 오일을 불활성이라고 부를 수 없다. 담체 오일의 분열("해중합")은 C14 방법을 이용한 정확한 균형 및 동시 검사에 의해 확실히 입증할 수 있다. 담체 오일의 크래킹은 담체 오일의 연속 첨가가 필요하기 때문에 원하지 않는 반응이다. 본 발명의 방법에서는, 담체 오일 공급을 완전히 없앨 수 있고, 이것은 공지 방법들에 비해 주요한 이점이다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 제2 단계를 외부적 촉매 첨가 없이 수행하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 비용 이점 외에도, 촉매 첨가가 없는 방법은 촉매를 계량하거나 또는 분리하는 것이 필요하지 않기 때문에 단순화된 공정 제어를 초래한다. 이론에 얽매이지 않지만, 공정에 공급되는 바이오매스는 석탄 형태의 촉매 활성 물질을 형성하는 것으로 추정된다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 본 발명은 반연속으로 또는 연속으로 수행되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법은 유리하게는 단계 1, 2 및 3이 연속으로 수행되는 방식으로 설계된다. 연속식 공정은 효율적이고, 더 큰 시설 시스템으로의 통합을 허용한다.
또 다른 유리한 실시양태("섬프상 수소화")에서, 본 발명은 추가의 단계에서, 제2 단계에서 형성된 섬프상의 일부(예를 들어, 10 - 90%)를 반응기로부터 제거하여 수소화한 후에 반응기로 재순환하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 따라서, 이 실시양태에서는 적어도 2개의 재순환 회로가 존재하고; 하나는 담체 오일을 디스퍼저로 재순환하기 위한 것이고, 하나는 수소화된 섬프상으로부터 반응기 R4로 재순환하기 위한 것이다( 도 2).
본 발명에 따른 공정, 특히, 개개의 하위 단계를 아래에서 더 상세히 설명한다.
제1 단계:
한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 바이오매스:플라스틱의 비가 80:20 내지 10:90 중량%의 범위인 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 놀랍게도, 원료(바이오매스 + 플라스틱) 공급량의 20 중량% 이상의 플라스틱 비율의 경우에는 추가의 담체 오일을 공정에 공급할 필요가 없다는 것을 발견하였다. 어떤 이론에 얽매이지는 않지만, 반응기 내의 플라스틱이 담체 오일과 정확히 동일한 방식으로 생촉매에 의해 연속으로 담체 오일로 분열된 후 추가의 크래킹에 의해 생성물 오일로 전환되는 것으로 추정된다. 따라서, 플라스틱 또는 담체 오일은 수소 공여체라고 여길 수 있고, 생체단량체는 수소 수용체라고 여길 수 있다.
"생원성 원료" 및 "플라스틱"이라는 용어는 위에서 논의하였다. 원료는 대표적으로 "분쇄된 형태", 즉, 칩, 깎아낸 부스러기, 잘라낸 조각, 몰딩된 조각 등의 형태로 반응기에 공급되고, 이렇게 해서, 신속한 완전 반응을 가능하게 한다. 적합한 입자 크기는 사용된 생원성 물질에 의존하고, 간단한 시험으로 결정할 수 있다. 대표적으로, 반응기에 공급된 생원성 원료의 90%는 10 ㎜ 미만, 바람직하게는 3 ㎜ 초과의 입자 크기를 갖는다. 폐기물 선별 플랜트로부터의 대체 연료가 이용될 때, 약 5 ㎜의 입자 크기가 만족스러운 것으로 입증되었다. 농업에서 발생하는 잘게 썬 짚이 이 방법으로 이용될 수 있다. 원료는 대표적으로 스크류 가열기에서 건조되고, 즉, 5% 미만의 잔류 수분과 함께 반응기에 공급된다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 플라스틱이 PE, PP 및/또는 PS를 포함하는(즉, 함유하는 또는 이루어지는) 혼합물인 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 사용되는 플라스틱이 최소 함량 50 중량%, 바람직하게는 65 중량%의 명시된 플라스틱을 가질 때 이 방법에 유리하다. 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리스티렌(PS) 같은 플라스틱은 파라핀과 화학적으로 관련 있고 사슬 길이 및 가교에 관해서는 본질적으로 상이하고 그의 안정성 때문에 수소로 포화되기 때문에, 그것은 바이오매스와 동시에 첨가될 때 크래킹 관련 연속 오일 요건을 충족시킬 수 있다. 대표적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리우레탄(PU) 및 폴리비닐 클로라이드(PVC) 같은 다른 플라스틱도 또한 혼합 플라스틱에 더 낮은 농도로 함유된다. 이러한 플라스틱은 (i) 적합한 분리 방법에 의해 재순환하는 물질에 미리 공급될 수 있거나, 또는 (ii) 이 공정에 공급될 수 있다. 따라서, 사용되는 플라스틱은 가변적인 함량의 헤테로원자, 예컨대 S, O, N 및 Cl을 가질 수 있다. 이 플라스틱은 부분적으로 생성물 오일로 전환될 수 있고, 따라서 불순물로 분류될 것이다. 이러한 불순물은 추가의 수소화 단계(정류 칼럼(RKT); 상기 내용 참조)에서 제거될 수 있다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 바이오매스가 리그노셀룰로스, 탄화수소 및/또는 그의 유도체를 포함하는(즉, 함유하는 또는 이루어지는) 혼합물인 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 본 발명은 기계적 생물학적 폐기물 선별 플랜트의 소위 "높은 발열량 분획"이 원료로 이용되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 또한, 이 분획은 "대체 연료"라고도 불리고, 이미 20% 이상의 혼합 플라스틱, 뿐만 아니라 바이오매스로서 폐지를 함유한다. 대체 연료는 기술적 관점(화학 조성, 입수가능성) 및 경제적 관점(처분 비용) 둘 모두에서 본 발명에 따른 방법에 적합하다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 다른 원료, 예를 들어 목재, 짚 및 생원성 잔류 물질이 20% 이상의 플라스틱 첨가와 함께 출발 물질로 이용되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 사용되는 플라스틱은 처음에 액화/용융되고; 이것은 150 - 200℃에서 가능하고, 예를 들어 스크류 가열기에 의해 사일로로부터 디스퍼저로 충전함으로써 수행될 수 있다. 생성되는 어떠한 증기도 방출되어 아래에 기술하는 바와 같이 추가 가공된다.
또 다른 유리한 실시양태에서, 사용되는 바이오매스는 처음에 가열되어 건조되고; 이것은 150 - 200℃에서 가능하고, 예를 들어 스크류 가열기에 의해 사일로로부터 디스퍼저로 충전함으로써 수행될 수 있다. 생성되는 증기는 방출되어 아래에 기술하는 바와 같이 추가 가공된다.
한 유리한 실시양태에서는, 150 - 200℃로 가열되고 예비건조된 출발 물질이 300 - 400℃의 온도의 담체 오일의 첨가로 분산되고 동시에 가열되어 현탁액을 형성한다. 이 분산은 유리하게는 담체 오일의 첨가로 수행되고, 그 중에서도 담체 오일은 제2 단계에서 형성되어 부분적으로 또는 완전히 재순환된다. 형성된 현탁액이 즉시 반응기로 이송되고(제2 단계); 고체의 대표적인 체류 시간이 분산 영역에서는 0.1 - 1.0 초이고 반응기 영역에서는 10 - 30 분일 때 유리한 것으로 입증되었다.
따라서, 추가로, 본 발명은 제1 단계에서 처음에 바이오매스 및 플라스틱이 제공된 후 150 - 200℃에서 건조/액화되고, 이어서, 300 - 400℃에서, 임의로 담체 오일(바람직하게는 재순환된 담체 오일) 존재 하에, 분산되는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
제2 단계:
한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 제2 단계가 액상에서 수행되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
본 방법을 위한 적합한 반응 온도는 넓은 범위에 걸쳐서 다양할 수 있다. 최적 반응 온도는 다른 요인들 중에서도 특히 사용되는 원료의 종류에 의존하고, 대표적으로 300 - 400℃이다, 개개의 경우에서 최적 온도는 일상적인 검사에 의해 결정할 수 있다. 따라서, 대표적으로 생성물 오일은 처음에 기체 형태로 존재하고, 이렇게 해서 용이한 분리를 제공한다.
본 발명의 방법을 위한 적합한 반응 압력은 넓은 범위에 걸쳐서 다양할 수 있다. 한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 제2 단계가 가압 없이, 즉, 반응기에서 표준 압력에서 수행되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 특히, 안전상의 이유로, 심지어 비가압 반응기/용기인 경우에도, 대표적으로 예를 들어 20 - 40 mbar의 약한 양압이 설정된다. 따라서, 본 발명의 범주 내에서, "비가압"이라는 용어는 표준 압력보다 최대 100 mbar 높은 것을 의미하는 것으로 이해한다. 종래 기술에 따르면, 이러한 압력은 표준 압력 완화 밸브를 이용해서 설정할 수 있다. 약한 양압의 목적은 주변 공기의 침투를 최소화함으로써 폭발성 기체 혼합물 형성 위험을 최소화하기 위한 것이다. 이것은 예를 들어 공정에서 회수/분리되는 CO2를 이용해서 수행할 수 있다. 따라서, 추가로, 본 발명은 CO2를 이용한 불활성화가 적어도 단계 1 또는 2에서 수행되고 불활성화가 바람직하게는 자동 조절되는 방법에 관한 것이다.
본 방법을 위한 적합한 체류 시간은 폭넓은 범위에 걸쳐 다양할 수 있다. 최적 체류 시간은 다른 요인들 중에서도 특히 사용되는 원료의 종류에 의존하고, 대표적으로 10 - 20 분이다. 반응기에서 평균 체류 시간은 대표적으로 디스퍼저에서보다 1000배 더 길다. 개개의 경우에서 최적 체류 시간은 일상적인 검사에 의해 결정할 수 있다.
원리적으로, 본 방법은 촉매를 사용하지 않고서 또는 촉매 존재 하에 수행될 수 있다. 한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 외부에서 공정에 촉매가 첨가되지 않는("무촉매") 것을 특징으로 하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다. 이 실시양태는 높은 리그노셀룰로스 및/또는 회분 함량을 갖는 생원성 물질에 특히 유리하다. 주어진 반응 조건 하에서 생원성 물질, 특히 리그닌 성분으로부터 촉매 활성 물질(석탄)이 형성되는 것으로 추정된다. 반응이 촉매 존재 하에 수행되는 경우에는, 오일 생성 반응을 위해 종래 기술로부터 알려진 촉매가 이용될 수 있다.
제3 단계:
분리: 본 발명에 따른 방법의 반응 생성물은 네 그룹으로 나눌 수 있다: i) 비응축성 기체 PG; ii) 생성물 오일 P오일; iii) 공정수 PH2O; 및 iv) 석탄 P석탄. 얻어지는 기체, 액체 및 고체 생성물은 대표적으로 서로 분리되고 임의로 추가 가공된다. 이들 개개의 그룹의 분리는 그 자체가 알려져 있다.
한 변형예에서는, 예로서, 처음에 반응 조건 하에서 기체인 생성물(기체, 생성물 오일, 공정수)을 분리시키고, 이어서, 이 생성물 스트림으로부터 비응축성 기체를 분리시키고, 마지막으로, 수성상(공정수)을 비수성상(공정 오일)으로부터 분리한다. 개개의 작업을 위한 적합한 장치는 당업자에게 알려져 있고, 생성물 스트림을 기초로 하여 설계될 수 있다. 얻어지는 생성물 오일은 즉시 "연료"에 대해 위에서 언급한 기준을 충족시키거나, 또는 이러한 기준을 충족시키기 위해 추가 처리(예를 들어, 상 분리, 분리, 정류 및 수소화)해야 한다.
반응 조건 하에서 기체인 생성물은 유리하게는 반응기로부터 오버헤드에서 방출되는 반면, 반응 조건 하에서 액체 및 고체인 생성물("섬프상")은 반응기 섬프에 의해 방출된다. 이어서, 오버헤드에서 방출되는 생성물은 유리하게는 기상, 액상, 및 오일상으로 분리되어 개별적으로 추가 가공된다. 이어서, 반응기 섬프로부터 방출되는 생성물은 유리하게는 고체 생성물(석탄) 및 액체 생성물로 분리되어 추가 가공되고, 여기에서, 생성된 액체 생성물("담체 오일")은 전부 또는 일부가 반응기로 재순환할 수 있다. 추가로, 반응기 섬프로부터 방출되는 생성물은 아래에서 설명하는 수소화 단계("섬프상 수소화")를 거칠 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명은 반응 동안 형성되는 기체들을 개별적으로 응축하고, 임의로, 응축된 기체들을 그들의 상으로 분리하여 개별적으로 추가 가공하는 것을 특징으로 하는 상기 방법에 관한 것이다. 응축 후, 반응기로부터 나가는 혼합 증기는 대표적으로 비응축성 기상(즉, 성분들이 표준 조건에서 주로 기체인 상) 및 2개의 액체 상, 즉, 생성물 오일상 및 수성상을 형성한다. 이 공정에서 최적의 물질 및 에너지 활용을 위해서는, 이 두 액상을 그들의 상이한 밀도에 의해 분리한 후 공지 방법에 따라서 개별적으로 추가 가공하는 것이 권장된다.
비응축성 기체: 또 다른 실시양태에서, 본 발명은 이 공정에서 형성되는 비응축성 기체가 부분적으로 또는 완전히 가스 엔진 및/또는 가스 터빈에 공급되는 것을 특징으로 하는 상기한 방법에 관한 것이다. 형성된 기체에 대해서는 다양한 용도가 가능하고; 그것은 가스 엔진/가스 터빈에서 타올라서 전력으로 전환될 수 있거나, 또는 담체에 용해/흡착될 수 있다. 또한, 개개의 방법은 서로 조합될 수 있다. 특정 용도는 다른 요인들 중에서도 경제적 및 (안전 관련) 기술적 고려사항에 의존한다. 바람직하게는, 발생한 기체 양의 대부분 또는 전부가 가스 엔진/가스 터빈에 공급되어 사용되는 생원성 원료의 최적 에너지 활용(열적/전기적)을 허용한다. 따라서, 한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 형성된 기체 생성물이, 임의로 컨디셔닝 후, 가스 엔진 또는 가스 터빈에 공급되는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
석탄: 본 발명에 따른 방법에서 형성된 고체는 본질적으로 비교적 높은 내부 표면 및 높은 기공도를 갖는 석탄, 및 광물성 물질이다. 형성된 석탄은 (본질적으로 담체 오일 중의) 나머지 반응 혼합물로부터 공지 방법 그 자체로 분리할 수 있다. 연속 분리는 바람직하게는 예를 들어 담체 오일에 의해 가열되는 진공 증발기 (VVD)에 의해 수행된다. 형성된 석탄의 분리는 바람직하게는 반응기의 정상 흐름 하부 구역("반응기 섬프")에서 수행된다.
한 바람직한 실시양태에서, 반응기로부터 석탄의 분리는 반응 조건 하에서 오일상인 상과 함께 일어난다. 이 석탄/오일상 혼합물은 하나 이상의 후속 단계에서 추가 처리될 수 있고/있거나 혼합물 구성성분이 서로 분리될 수 있다. 석탄/오일의 추가 처리에는 수소화 공정이 적합한 반면, 석탄/오일 분리에는 열 분리 작업(즉, 임의로 감압에서, 중질 연료 오일의 기화)가 적합하다.
다른 한 실시양태에서, 석탄/오일상의 분리는 추출 분리 후 열 분리에 의해 수행된다. 추출 단계에서 추출제로는 다음 물질이 적합하다: 방향족 용매(예를 들어, 톨루엔), 지방족 용매(예를 들어, 헥산, 헵탄, 시클로헥산) 또는 그의 혼합물. 추출제의 적합한 양은 담체 오일 함량의 100 - 500 중량%, 대표적으로 담체 오일 함량의 300 중량%이다. 추출에서 수득된 액상("미셀라")을 임의로 여과하고, 이어서 증류에 의해 용매 및 담체 오일로 분리한다. 이러한 추출 방법은 일반적으로 알려져 있고, 지방종자로부터 잔류 오일을 제거하는 영역에서 이용된다. 남은 건조 석탄은 추가의 단계에서 열 처리("토스팅")하여 잔류 용매 함량을 추가로 감소시킨다. 대표적으로, 석탄 중에 < 0.5 중량%의 용매 함량이 달성되고; 이러한 용매 손실은 외부적 공급에 의해 또는 바람직하게는 형성된 생성물 오일의 약간의 분율에 의해 보상될 수 있다. 전체 공정에 언급한 증류 및 토스팅 단계의 열 통합은 에너지 균형을 개선한다.
석탄 제조 동안에 생성되는 반응 기체, 예컨대 H2O, H2S, NH3, HCl 등은 생성물 기체 라인으로 연속으로 방출될 수 있다.
석탄 제조에서 수득된 오일상은 바람직하게는 공정으로 다시 공급(재순환)되고/되거나 상기 생성물 오일 (ii)과 함께 추가 가공된다.
석탄 제조에서 수득된 건조된 석탄은 아래에 기술하는 바와 같이 특히 (공정의 에너지 균형을 개선하는) 가스 엔진에 추가로 공급되는 연료 가스 형성을 위한 석탄 기체화 단계의 형태로 및/또는 (시설의 수소 요구량을 충족시키는) 수성 기체 형성을 위한 스팀 개질 단계의 형태로 추가 가공될 수 있다.
따라서, 추가로, 본 발명은 형성된 고체 생성물을, 임의로 건조한 후, 별도의 추가 가공에 제공하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
위에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 추가의 단계, 특히 형성된 생성물 오일의 수소화(하기 제4 단계 참조) 및 석탄 제조(하기 제5 단계)에 의해 보충될 수 있다.
제4 단계:
상기한 바와 같이, 생성물 오일(즉, 반응 동안에 형성된 액체 생성물)은 본 발명에 따른 방법으로 수소화될 수 있지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 생성물 오일을 촉매에 의해 수소화시키는 것이 유리한 것으로 입증되었다. 이 방법 단계는 존재할 수 있는 알켄이 상응하는 알칸으로 전환되고, 동시에, 존재할 수 있는 원하지 않는 수반되는 물질이 제거되기 때문에 생성물 오일의 품질을 개선한다. 이 방법 단계의 결과로, 생성된 생성물 오일은 연료의 현행 상업적 기준을 충족시킨다는 것을 보장할 수 있다. 선택된 공정 파라미터, 시설 설계, 및 사용되는 출발 물질에 의존해서, 표준 디젤의 예를 들어 인, 질소, 황, 염소 및 물 함량의 품질 기준, 뿐만 아니라 현재 적용가능한 DIN EN 590에 따른 산화 안정성이 충족될 수 있다. 수소화 단계에 요구되는 수소는 외부에서 공급될 수 있거나, 또는 공정 자체에서 생성될 수 있다(하기 스팀 개질, 물 - 기체 전환 참조). 생성물 오일의 수소화는 바람직하게는 정류 다음에 일어난다. 존재하는 물질 혼합물의 적합한 수소화 유닛은 그 자체가 알려져 있고, 종래 기술에서 예를 들어 정유설비에서 [이용된다]. 다음 공정 파라미터가 수소화에 유리한 것으로 입증되었다: i) 온도: 200 - 360℃; ii) 압력: -10 - 80 bar; iii) 체류 시간: 5 - 30 분. 존재하는 물질 혼합물을 위한 적합한 촉매는 그 자체가 알려져 있고 상업적으로 입수가능하고; 촉매 활성 금속/활성 금속 화합물이 불활성 담체에 적용된 불균질 촉매가 유리하다. 한 유리한 실시양태에서, 촉매는 고정층으로서 두 부분으로 구성되고, 여기에서, 두 부분은 상이한 수소화 촉매를 함유하고; 촉매층의 대표적인 높이는 20 - 200 ㎝이다. 상부 영역은 바람직하게는 Ni/MoS 고정층으로서 설계된다. 하부 영역은 바람직하게는 Pd/Pt 고정층으로서 설계된다. "견뢰한" 촉매를 갖는 상부 영역은 촉매독(특히, 황 함유 화합물)의 침착을 야기하고, 한편, 하부 영역은 높은 효율의 알칸화를 보장하기 때문에, 이 분할은 특히 좋은 결과를 초래한다.
따라서, 추가로, 한 유리한 실시양태에서, 본 발명은 형성된 액체 생성물(특히, 연료 분획)이 정류 후 수소화를 거치는 것을 특징으로 하는 여기에 기술된 방법에 관한 것이다.
사용되는 생원성 원료 및 시설의 작업 조건에 의존해서, 수소화에는 1 - 10 중량%, 바람직하게는 2 - 5 중량%, 예를 들어 4.0 중량%의 수소가 요구된다(각 경우, 100% 생성물 오일 기준). 따라서, 추가로, 본 발명은 이러한 양의 수소가 공급되는 방법에 관한 것이다. 한 유리한 실시양태에서, 생성물 오일 수소화의 수소화 단계는 수소화가 완결된 후 생성물 오일이 DIN EN 12205에 따른 충분한 산화 안정성을 갖도록 하는 방식으로 설계된다. 수소화 단계의 또 다른 유리한 실시양태에서는, 적외선 분광 측정 기기가 알칸 오일의 방출 라인에 위치한다. 이 측정은 수소화의 간단하고 효율적인 모니터링을 제공하고, 이 측정에 기초해서 수소화의 공정 파라미터를 조정하는 선택을 제공한다.
원리적으로, 순수한 H2, 및 H2 함유 기체 혼합물을 포함해서 당업자에게 알려진 어떠한 주어진 수소 공급원도 이용될 수 있다.
따라서, 수소화 단계의 한 실시양태 변형예에서는, 상업적으로 입수가능한 수소(예를 들어, 고정된 라인에 의해 또는 가압 용기에서)가 이용된다. 이것은 낮은 자본 비용을 초래하지만, 상업적 H2는 대표적으로 생원성이 아니라는, 즉, 지속가능하게 생성되지 않는다는 불리한 점을 갖는다.
따라서, 수소화 단계의 또 다른 실시양태 변형예에서는, 고체의 반응으로부터 생성되는 수소가 이용되고, 그것은 그 공정에서 스팀 개질 후 물 - 기체 전환에 의해 분리되고; 예를 들어, 이 목적을 위한 반응기로는 "열 파이프 개질설비"가 적합할 것이다. 이 실시양태에 관한 세부사항은 아래에서 "석탄 회수" 부분에서 제공된다.
수소화 단계의 또 다른 실시양태 변형예에서는, 천연 가스로부터 스팀 개질 및 뒤이은 물 - 기체 전환 반응에 의해 생성된 수소가 이용된다. 전체 자본 및 시설 작업 비용을 고려할 때 이 방법 절차가 적합할 수 있다.
제5 단계:
형성된 석탄은 본 발명에 따른 방법의 중요한 고체 반응 생성물이고, 다양한 방법으로 재사용할 수 있다.
한 실시양태에서, 본 발명은 임의로 오일을 제거한 형성된 석탄이 물, 바람직하게는 생성된 생성물 물을 이용한 스팀 개질을 거친 후 물 - 기체 전환 반응을 거치는 것을 특징으로 하는 상기한 방법에 관한 것이다. 이 방법 변형예는 이 방법에 요구될 수 있는, 특히, 언급된 수소화 단계에 요구될 수 있는 수소를 제공한다(섬프상의 수소화, 생성물 오일의 수소화).
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 임의로 오일을 제거한 형성된 석탄을 기체화하는 것을 특징으로 하는 상기한 방법에 관한 것이다. 이 변형예에 따르면, 형성된 석탄은 (선택된 석탄 기체화 공정에 의존해서 다양한 양의) CO, H2 및 메탄을 함유하는 혼합물인 연료 가스로 전환된다. 이 연료 가스는 관련 가스 엔진에서 공정 에너지 요건의 일부 또는 전부를 충족시킬 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 발명은 형성된 석탄이 연속으로 분리되어, 공기를 배제한 채 생성된 공정수와 혼합하는 것을 특징으로 하는 상기한 방법에 관한 것이다. 분리된 석탄이 처음에 매우 뜨거워 공기 유입시 즉시 저절로 연소할 것이기 때문에 공기를 배제한 혼합이 유리하다. 형성된 석탄 슬러리는 미세 입자 석탄/석탄 분진의 수송 및 사용을 위한 흔한 형태이다. 동시에, 이 방법 변형예는 아마도 오염되었을 생성물 물을 추가 정제 없이 처리하는 것을 허용한다.
섬프상 수소화:
위에서 언급한 바와 같이, 추가의 수소화 반응기 R4에서 수소를 이용해서 반응기 R1의 섬프상(담체 오일 중의 현탁 석탄)을 추가 수소화하는 선택이 있다. 요구되는 수소는 어떠한 요망되는 공급원으로부터도 얻을 수 있고, 예를 들어 앞에서 기술한 바와 같은 천연 가스 개질설비로부터 얻을 수 있다. 수소화는 알려진 조건 그 자체 하에서 수행될 수 있고; 초음파에 의한 무촉매 수소화가 유리하다. 따라서, 본 발명에 따르면, 다음 세 가지 수소화 선택이 본 발명에 따른 방법에서 서로 독립적으로 또는 함께 이용될 수 있고: 사용되는 플라스틱의 H 공여체 기능, 생성물 오일의 수소화 및 섬프상의 수소화.
어떤 이론에 얽매이지는 않지만, 바이오매스의 높은 산소 함량(공지된 방법으로 제거됨) 및 플라스틱의 해중합 및 알칸화 때문에 반응을 개시할 때는 상당한 수소 결손이 존재하는 것으로 추정된다. 섬프상 수소화는 많은 유리한 효과를 초래한다.
따라서, 섬프상 수소화는 반응기에서 실제 오일 생성 공정에의 개입 및 그 공정의 최적화를 허용한다.
또한, 섬프상 수소화가 이용될 때 플라스틱 최소 첨가의 20% 감소가 가능하다는 것을 관찰하였다.
또한, 생성물 오일을 수소화할 때 수소 소비가 감소한다는 것을 관찰하였다.
또한, 생성물 오일의 수율이 증가한다는 것을 관찰하였다. 어떤 이론에 얽매이지는 않지만, 이것은 감소된 석탄 형성 또는 석탄의 증가된 수소화와 상관 있는 것으로 추정된다.
또한, 더 적은 양의 중질 연료 오일 및 타르가 형성된다는 것을 관찰하였다. 어떤 이론에 얽매이지는 않지만, 이것은 생성물 오일의 산소 함량 저하와 상관 있는 것으로 추정된다.
따라서, 이 실시양태는 특히 유리하다.
한 유리한 실시양태에서, 섬프상의 수소화는 초음파에 의해 수행된다. 어떤 이론에 얽매이지는 않지만, 초음파는 본질적으로 다음 두 가지 효과를 생성하는 것으로 추정된다: (A) 석탄/오일 현탁액의 기화 온도보다 크게 낮은 온도(예를 들어, 100℃ 이하)에서는, 액체에 공동이 생긴 후 미세 기포의 파열이 일어나고, 그 결과, 매우 높은 압력(최고 1000 bar) 및 매우 높은 온도(최고 2000℃)가 발생하고, 이것은 일시적이고 국지적으로 제한된다. 수소가 미세기포 안으로 확산하여 거기에서 해리되고, 이어서, 발생기의 수소가 기포를 둘러싸는 경계층 안으로 확산하는 것으로 추정되고; (B) 석탄/오일 현탁액의 기화 온도 근처의 온도에서는, 공동이 감소된 수준으로 발생한다. 이것은 주로 석탄 입자들의 입자 충돌을 초래하여 입자들이 분쇄/분산된다(습식 분쇄). 또한, 충돌 대역에서 매우 높은 압력 및 온도가 발생함으로써, 공동의 경우와 마찬가지로 유사한 수소화 반응을 예상할 수 있다. 따라서, 석탄의 표면이 적어도 1000 배 확대되고, 따라서 활성화되어 적어도 부분적으로 수소화된다. 어떤 경우이든, 본질적으로 수소의 활성화 및/또는 석탄의 활성화 때문에, 수소화 반응이 초음파에 의해 가속된다. 이 단계에서는 완전 수소화, 즉, 모든 이중결합 및 모든 헤테로원자의 제거가 필요하지는 않고; 다른 반응 파라미터 및 사용되는 출발 물질에 의존해서, 부분 수소화, 예를 들어 이론치의 10 - 90 %의 수소화이면 충분하다. 이 수소화 단계에서 도입되는 기계적 음파 에너지는 궁극적으로 열로 전환되고, 이것은 또한 반응기 가열에 기여할 수 있다.
유리한 실시양태/가장 좋은 방식:
본 발명에 따른 방법의 개개의 단계는 아래에 기술하는 특히 유리한 실시양태로 요약할 수 있다.
1. 생원성 물질의 임의의 분쇄 및 5% 미만의 잔류 수분을 갖도록 예비건조(단계 1)
2. 플라스틱의 임의의 분쇄 및 5% 미만의 잔류 수분을 갖도록 예비건조(단계 1)
3. 제조된 원료의 혼합 및 반응기에 연속 공급(단계 1)
4. 공급된 물질의 비가압 반응 및 생성된 혼합 증기의 연속 오버헤드 분리(단계 2)
5. 반응기 섬프로부터 형성된 석탄 및 형성된 오일상의 연속 분리(단계 3)
6. 석탄으로부터 오일상 분리, 및 반응기로 오일상의 재순환
7. 형성된 석탄의 임의의 스팀 개질 및 물 - 기체 전환 반응, 및 단계 8에 형성된 수소 공급
8. 단계 4의 혼합 증기로부터 생성물 오일의 단리 및 임의의 수소화.
또한, 본 발명에 따른 방법의 개개의 단계는 아래에 기술하는 특히 유리한 다른 실시양태 변형예로 요약할 수 있다.
1. 생원성 물질의 임의의 분쇄 및 5% 미만의 잔류 수분을 갖도록 예비건조(단계 1)
2. 플라스틱의 임의의 분쇄 및 5% 미만의 잔류 수분을 갖도록 예비건조(단계 1)
3. 제조된 원료의 혼합 및 반응기에 연속 공급(단계 1)
4. 액상에서 공급된 물질의 비가압 반응 및 생성된 혼합 증기의 연속 오버헤드 분리(단계 2)
5. 생성된 섬프상(형성된 중질 연료 오일상 및 석탄 함유)을 반응기 섬프로부터 연속 분리(단계 3)
6. 섬프상의 일부를 분리한 후 수소화하여 반응기로 재순환
7. 남은 섬프상을 석탄 및 오일상으로 분리 및 오일상을 반응기 또는 디스퍼저로 재순환
8. 형성된 석탄의 임의의 스팀 개질 및 물 - 기체 전환 반응, 및 단계 9 및/또는 6에 형성된 수소 공급
9. 단계 4의 혼합 증기로부터 생성물 오일의 단리 및 임의의 수소화.
따라서, 제2의 측면에서, 본 발명은 제조 시스템에 통합되는 여기에 기술된 방법, 특히 폐기물/쓰레기 처리 공정과 커플링되는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법 및 상응하는 시설은 개개의 공정 또는 시설("독립형")로서 구성될 수 있거나, 또는 추가의 공정 또는 시설에 커플링될 수 있다. 이 융통성은 본 발명의 근본적인 이점을 나타낸다. 현 상황에서, "커플링"이라는 용어는 물질 및/또는 에너지 흐름이 교환되는 시설들 사이의 제조 시스템을 의미하는 것으로 이해한다.
기계적 생물 폐기물 선별 플랜트와 커플링: 한 실시양태에서, 본 발명은 명시된 출발 물질을, 임의로 임시 저장하여, 폐기물 선별 플랜트로부터 그 공정으로 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 상기한 연료 제조 방법에 관한 것이다.
제2 측면으로서 여기에서 구체적으로 기술한 통합/커플링의 선택 이외에도, 이 명세서 및 특허청구범위로부터 다른 선택을 추론할 수 있다. 게다가, 본 발명의 방법을 커플링하는 기술된 변형예는 또한 상응하는 시설에 적용할 수 있다.
본 발명의 제3 측면인 상기 방법을 수행하기에 적합한 시설을 아래에서 더 상세히 설명한다.
한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 다음을 포함한다(도 1 참조):
Figure pct00001
임의로, 출발 물질을 제공하고 사일로(SB,SK)에 연결되고 디스퍼저 (DIS)에 연결된 하나 이상의 스크류 가열기 (HB,HK),
Figure pct00002
분쇄되고 미리 건조된 출발 물질을 임의로 재순환된 담체 오일과 함께 300 - 400℃에서 혼합하는 디스퍼저 (DIS), 그 다음,
Figure pct00003
출발 물질들이 본질적으로 반응하는 가열가능한 반응기 (R1), 임의로, [그 다음],
Figure pct00004
형성된 중질 연료 오일을 형성된 석탄으로부터 부분적으로 또는 완전히 분리하는, 석탄/오일 혼합물을 분리하기 위한 하나 이상의 장치 (VVD), 및
Figure pct00005
반응기의 기상을 받아들이는, 반응기에 연결된 응축기 (K2), 그 다음,
Figure pct00006
수성상 및 생성물 오일상을 분리하기 위한 상 분리기 (PT), 그 다음,
Figure pct00007
오일 및 물의 후속 제거를 위한 분리기 (S1),(S2), 그 다음,
Figure pct00008
요망되는 연료를 단리하기 위한 정류 칼럼 (RKT), 임의로, 그 다음,
Figure pct00009
생성물 오일을 수소화하기 위한 촉매적 수소화 반응기 (R2).
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 또한 스크류 가열기로부터 상류에 위치하는, 공급된 생원성 원료(목재를 칩으로 분쇄하는 경우) 및/또는 공급된 플라스틱을 분쇄하기 위한 분쇄 장치를 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 스크류 가열기에서 증발되는 자유수 및 모세관수 뿐만 아니라 다른 휘발성 성분을 분리하기 위한 별도의 응축기 (K1)를 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 반응기에서 생성되는 혼합 증기를 분리하기 위한, 반응기와 결합된 응축기 (K2)를 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 응축기 (K2)에서 생성되는 응축물을 분리하기 위한, 응축기 (K2)와 결합된 상 분리기 (PT)를 포함한다,
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 시설에서 생성되는 기체 생성물의 일부 또는 전부를 연소하고 따라서 전력 및/또는 열을 생성하는 데 이용되는 추가의 가스 엔진 및/또는 가스 터빈 (GM)을 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 바이오가스 형성과 함께 수성상의 유기 분획을 감소시키는, 분리기 (S2)와 결합된 추가의 혐기성 반응기 (R3)를 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 출발 물질을 디스퍼저 (DIS)에 수송하기 위한 하나 이상의 가열되는 스크류 (HK),(HB)를 포함한다.
본 발명에 따른 시설은 고정된 모듈형 설계를 가질 수 있다. 시설 크기에 의존해서, 일일 처리량은 명백히 충전에 관한 전체 시설의 치수의 함수로서, 소형 시설의 경우 5 미터톤의 생원성 원료일 수 있고, 대형 시설의 경우 최고 수천 미터톤의 생원성 원료일 수 있다. 시설은 개개의 시설 부품의 크기를 증가/감소시킴으로써, 또는 시설 부품을 병렬로 연결함으로써 치수를 조정할 수 있다.
여기에서 기술된 본 발명에 따른 시설의 개개의 시설 부품(디스퍼저, 반응기, 응축기, 상 분리기 등)은 그 자체가 알려져 있고, 전체로든 또는 부분적으로든 상업적으로 입수가능하다. 적합한 치수, 물질, 내부 성분 등의 선택은 기술 전문지식의 범위 내에 있다.
위에서 명시한 것으로부터 명백한 바와 같이, 시설 부품인 디스퍼저 (DIS), 반응기 (R1), 및 진공 증발기 (VVD)는 직렬로 연결된다. 작업 신뢰성 또는 융통성 같은 다양한 이유 때문에, 개개의 시설 부품에 병렬로 연결되는 추가의 시설 부품을 보충하는 것이 바람직할 수 있거나 또는 필요할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 병렬로 작동되는 두 디스퍼저 다음에 반응기가 있을 수 있다. 이것은 또한 칼럼, 연결 라인, 펌프 등 같은 부수 시설에도 적용된다. 이러한 대안은 본 발명의 범주 내에 포함되고, 별도로 지적하지 않는다. 특히, 반응기는 앞뒤로 연결된 두 반응기 (1) 및 (2)로 대체될 수 있고, 유리하게는 두 번째 반응기가 0 - 30℃ 높은 온도에서 작동된다.
본 발명에 따른 시설은 간단한 온도 프로필로 작동될 수 있다. 각 용기는 특정 온도에서 작동되고; 단계적 온도 조절이 필요하지 않다. 이것은 시설의 안전성을 증가시키고, 또한 규모 증대에 유리하다.
이하에서, 개개의 시설 부품을 상세히 기술하고, 유리한/바람직한 실시양태를 예시한다. 파이프, 밸브, 작동기, 및 측정 장치의 설계는 일반적인 기술 전문지식의 범위 내에 있기 때문에 상세히 기술하지 않는다. 일반적으로, 목적은 예를 들어 열교환기에 의해 폐열을 시설에 반송하고 모든 적합한 위치에 단열을 제공함으로써 최적의 열 활용을 달성하는 것이다.
원료 제조 및 저장: 원료는 포장된 베일(대체 연료)로 또는 벌크로 전달된다. 일반적으로, 입자 크기가 < 5㎜가 되도록 예비분쇄 뿐만 아니라, 필요하면, 수분 수준이 < 20%이 되도록 예비건조도 수행한다. 이어서, 원료를 임시 저장을 위해 하나 이상, 예를 들어 2개의 사일로에 도입하고, 임의로, 거기에서 예를 들어 N2 및/또는 CO2를 이용해서 불활성화한다.
플라스틱 분획: 본 발명에 따른 방법에서, 플라스틱 분획은 20% 이상 90% 이하이어야 한다. 따라서, 마찬가지로, 바이오매스 분획은 10% 이상 80% 이하이어야 한다. 본 발명에 따른 방법은 하나의 또는 다수의 라인, 바람직하게는 2개의 라인을 갖도록 설계된다. 또한, 플라스틱 함량은 대체 연료에서 변동할 수 있고, 이 값이 20% 미만으로 떨어지면, 그 결과로 나타나는 결손은 제2 라인에 의해 보상될 수 있다. 더 높은 플라스틱 함량(최고 90%)은 유해하지 않고, 오히려, 수율을 상당히 증가시킨다. 제1 라인이 오직 바이오매스로만 작동되면, 제2 라인에 의한 플라스틱 첨가는 담체 오일 결손이 발생하지 않도록 하는 방식으로 조절되어, 수율이 최대화된다.
스크류 가열기: 스크류 가열기 (HK),(HB)는 이축 스크류로서 설계되고, 바람직하게는 열 오일을 이용해서 130 - 200℃로 간접적으로 가열된다. 원료에 존재하는 수분이 증발하고, 바람직하게는, 뒤이어서 응축기 (K1)에서 응축된다. 응축물은 그 안에 함유된 어떠한 탈거되는 물질과 함께 상 분리기 (PT)로 통과하고, 비응축 기체가 공유 기체 시스템에 의해 가스 엔진 (GM)에 공급된다. 스크류 가열기에서 바이오매스는 예비가열되고, 플라스틱은 가소화되거나 또는 또한 용융된다.
디스퍼저: 디스퍼저의 목적은 바이오매스 및 플라스틱 원료를 순환되는 담체 오일과 신속하게 혼합하고, 동시에, 온도를 대략 330 - 380℃로 올리기 위한 것이다. 물질 구배 및 속도가 전체 공정의 성공에 매우 중요한 것으로 추정된다.
디스퍼저는 유리하게는 높은 전단 구배를 갖는 모터 구동식 인라인 혼합 유닛으로 이루어진다. 이러한 유형의 디스퍼저는 원료가 순환되는 담체 오일과 신속하게 혼합하는 것을 보장한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 디스퍼저까지는 2개의 라인을 갖도록 설계된다. 이 실시양태에서, 바이오매스 및 플라스틱 원료의 혼합비는 자유롭게 정할 수 있다.
반응기: 반응기 (R1)에는 바람직하게는 교반기 및 순환 펌프가 구비된다. 반응기는 바람직하게는 이중벽 용기로 이루어지고, 열 오일을 이용해서 300 - 400℃, 예를 들어 330 - 380℃로 가열된다. 반응기는 루프 반응기로서 설계되고, 이 목적을 위해, 교반기가 구비된다. 유리하게는, 용기 내의 레벨이 모니터링되어 조절된다(레벨이 낮아지면, 플라스틱의 연속 첨가 분율이 증가될 수 있고; 레벨이 올라가면, 원료의 총량의 첨가가 제한될 수 있다). 순환 펌프는 (반응기의) 하부 구역에서 담체 오일을 끌어들이고, 요구되는 혼합 오일을 임의로 정제한 후 디스퍼저에 공급한다. 순환 오일의 점조도는 연속으로 모니터링되고, 진공 증발기로의 방출을 변화시킴으로써 20 - 50 % 건조 물질이 되도록 정한다. 반응기의 상부 구역에서 탈기체가 일어나고, 그 결과로 생성된 혼합 증기는 유리하게는 에어로졸 분리기에 의해 정제된 후 응축기 (K1)에 공급된다. 그 결과로 생성된 액상은 정적 상 분리기 (PT)로 통과하고, 비응축 기체 분획은 가스 엔진 (GM)에 공급된다.
따라서, 한 유리한 실시양태에서, 본 발명에 따른 시설은 열 오일에 의해 간접적으로 가열되고, 교반기 및 담체 오일을 디스퍼저로 반송하기 위한 순환 펌프에 의해 내부 루프 전도를 갖는 반응기 (R1)를 포함한다.
진공 증발기 고체: 진공 증발기 (VVD)는 바람직하게는 스크레이퍼를 갖는 필름 증발기로서 제공된다. 진공 증발기 (VVD)는 바람직하게는 열 오일에 의해 간접적으로 가열된다. VVD에서, 20 - 50 % 건조 물질 석탄 - 담체 오일 현탁액이 반응기로부터 펌프에 의해 전도되고, 오일은 약 360℃ 및 약 5 mbar의 압력에서 기화된다. 이렇게 해서, 잔류 석탄에 < 1%의 오일 함량이 가능하다. 석탄 - 광물성 물질 혼합물은 물로 습윤시킴으로써 압력 차단에 의해 분말로 방출되고, 그 결과로 생성된 오일 증기는 진공에서 응축되고, 응축물은 상 분리기에 공급되고, 잔류 기체는 진공 펌프에 의해 전도되어 표준 압력에서 재응축된다. 남은 비응축 분획은 가스 엔진으로 방출된다.
응축기: 유리하게는, 혼합 증기의 응축은 바람직하게는 냉각된 순환 응축물로 관개되는 분무 냉각기에서 수행한다.
정적 상 분리기: 모든 응축물은 정적 상 분리기 (PT)에서 합쳐진다. 여기에서는, 중력장에서 오일상이 수성상으로부터 분리되고, 분리 대역이 연속으로 측정되고, 두 상의 회수가 적합히 조절된다.
분리기: 수성상 및 오일상 둘 모두에서 조 오일 (특히, 중질 연료 오일) 및 물(특히, 타르 및 고체)에 부분적으로 에멀전화된 더 조밀한 아상들이 존재한다. 이들 아상은 바람직하게는 2개의 분리기 (S1),(S2)에 의해 분리되어 반응기로 반송된다. S1로부터의 조 오일은 유리하게는 더 가벼운 상으로서 정류 칼럼 (RKT)으로 방출되고, 중질 연료 오일은 반응기 R1로 반송된다. 추가로, S2로부터의 물은 유리하게는 혐기성 반응기 (R3)로 방출되고, 중질 연료 오일/타르는 반응기 R1로 반송된다.
정류: 정류 칼럼 (RKT)의 목적은 생성된 알칸/알켄, 예를 들어 C20 - C23 알칸/알켄의 적합한 끓는 분획을 제공하기 위한 것이다. 이것은 상이한 끓음 특성에 의해 사슬 길이의 함수로서 가능하다. 기화하지 않는 오일은 섬프에 남아서 반응기로 반송된다. 기화하는 부분은 유리하게는 예를 들어 충전 분리 칼럼에서 다시 한번 응축되어 수소화 공정에 공급된다. 정류를 위한 대표적인 작업 조건은 예를 들어 약 20 mbar에서 약 210℃ 섬프 온도이다. 섬프는 유리하게는 열 오일에 의해 가열된다.
혐기성 반응기: 생성된 공정수, 특히, 분리기 (S2)로부터 생성된 공정수는 그 공정에서 발생하는 모든 극성 수용성 물질을 함유한다. 이것은 주로 카르복실산, 알데히드 및 알콜을 포함한다. COD 값은 매우 높고, 대표적으로 100 - 200 g/L이고, 분해성이 매우 좋다. 메탄을 주성분으로 갖는 혐기성 반응기 (R3)에서 생성된 바이오가스는 기체 공급 시스템으로 방출되어 궁극적으로 가스 엔진에 공급된다. 혐기적으로 정제된 폐수는 유리하게는 최종 세정을 위한 활성 슬러지 플랜트로 전달된다.
수소화(생성물 오일): 수소 결손을 보상하는 것은 플라스틱 분획만을 이용해서는 가능하지 않고, 따라서, 또한 바이오매스/플라스틱 혼합비에 의존하기 때문에, 수소화의 목적은 발생하는 수소 결손을 보상하기 위한 것이다. 예상되는 수소 소비량은 조 오일 공급물 기준으로 3 - 6 %이다. 수소화 반응기 (R2)는 촉매가 충전된 가압 반응기이고, 이 반응기에는 최하부로부터 수소가 공급되고 최상부로부터 조 오일이 공급된다. 대표적인 작업 조건은 330 - 360℃ 및 30 ~ 60 bar이다. 수소화의 결과로, 조 오일이 수소로 포화될 뿐만 아니라 부착된 헤테로 원자, 예컨대, S, O, N, Cl이 수소화되고, 기체 형태로 소위 "퍼지 가스"로 방출된다.
수소화(섬프상): 초음파 수소화 유닛(수소화 반응기 R4)는 (i) 반응기 섬프 (R1)로부터 석탄-담체 오일 현탁액의 서브스트림의 유출구, (ii) 최적의 음향 조사 온도를 설정하기 위한 열교환기, (iii) 순환 부피를 설정하기 위한 고체 내성 조절가능 순환 펌프, (iv) 기체 수소(H2)의 계량 포인트, (v) 통합된 반응 챔버와 함께 1 - 5개의 소노트로드를 갖는 초음파 발생기, 및 (vi) 반응기 (R1)로 반송되는 반송 라인으로 이루어진다. 초음파를 이용해서 작동되는 수소화 반응기는 공지되어 있고, 상업적으로 예를 들어 힐셔(Hielscher)로부터 입수가능하다. 이 초음파 수소화 반응기는 액상에서 작동하고 추가의 촉매를 요구하지 않는다.
순환 흐름에 존재하는 소노트로드를 갖는 외부 초음파 발생기에 의해 R4에 에너지 투입이 제공되고, 각 소노트로드는 액체에서 기계적 음파 전달을 일으키는 전자기 음파 발생기로 이루어진다. 액체 진공 펌프 및 강력 챔버 혼합기를 이용하고 그 결과로 마찰/공동이 발생하는 그 밖의 다른 통상의 에너지 투입과 대조적으로, 명시된 초음파 발생기는 예상되는 마모 및 조절 특성에 관해서 주요한 이점을 갖는다.
경험상, 광물성 오일이 크래킹을 겪는다는 것을 알기 때문에 R4에는 담체 오일로서 광물성 오일이 제공되지 않고; 대신, 한편으로는 중질 연료 오일 및 정류 섬프 오일이 반응기로 재순환되고, 다른 한편으로는 담체 오일의 손실이 플라스틱 첨가에 의해 보상될 수 있다.
따라서, 추가로, 본 발명은 출발 물질을 공급하기 위해 반응기 (R1)의 섬프상에 연결되고 수소화 생성물을 전달하기 위해 반응기 (R1)의 헤드상에 연결되는 초음파 수소화 반응기인 수소화 반응기 (R4)를 갖는 시설에 관한 것이다.
개질설비: 개질설비는 천연 가스로부터 수소를 생성하는 데 이용되고; 이 목적으로, 메탄 및 스팀이 반응하고, 동시에 생성되는 CO2가 방출된다. 천연 가스 개질은 종래 기술을 구성하고, 따라서 더 상세히 설명하지 않는다.
가스 엔진/가스 터빈: 유리하게는, 모든 기체를 수집하여 정제해서, 처음에 가스 계량기에 전도한다. 가스 플레어는 만약 잉여 기체가 있을 경우에 안전을 보장한다. 연료 가스는 궁극적으로 가스 엔진에 공급된다. 연료 가스는 13 MJ/N㎥의 평균 가열값을 가지고, 따라서, 바이오가스만큼 좋은 연료이고, 따라서 가스 엔진 뿐만 아니라 가스 터빈의 연료로서 매우 적합하다.
폐열 보일러: 가스 엔진으로부터의 배기 가스는 약 450℃로 존재하고, 유리하게는 폐열 보일러에 공급된다. 열 오일의 흐름 온도는 약 400℃이고, 반송 흐름 온도는 약 250℃이고; 따라서, 유리하게는 보일러에 코일형 가열관이 제공된다. 추가로, 특히, 본 발명에 따른 시설의 작동 개시 및 열 균형 조절을 위해 보조 버너가 제공될 수 있다.
냉각탑: 적합한 치수의 중앙 냉각탑 유닛은 유리하게는 대략 25℃의 흐름 온도에서 공정에 요구되는 냉각수를 제공한다. 냉각수는 특히 응축기를 작동하는 데 필요하다.
불활성화: 전체 시설은 20 - 30 mbar의 약한 양압에서 작동된다. 이 압력이 어느 영역에서든 떨어지면, 불활성 기체, 예컨대 N2 또는 CO2가 자동 공급된다. 또한, 불활성화는 안전상의 이유로 작동 개시 및 작동 중지 작업에서 수행된다.
요약하면, 본 발명은 탄화수소가 탈수소화되어 H2를 탄수화물에 전달하고, 동시에 해중합되는 탄수화물-탄화수소 혼합물의 오일 생성 방법 및 시설을 처음으로 기술한다. 탄수화물은 수소화되어 C, CO, CO2 및 H2O로 분열되고 동시에 해중합되는 것으로 추정된다. 이 방법은 탄수화물이 주로 바이오매스로 이루어지고 탄화수소가 주로 플라스틱으로 이루어질 때 특히 유리한 방식으로 이용될 수 있다.
상기 논의로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법 뿐만 아니라 본 발명에 따른 시설의 중요한 이점은 바이오매스를 연료로 전환할 때 담체 오일 및/또는 촉매의 연속 외부적 첨가를 없앨 수 있다는 것이다. 본 발명의 또 다른 이점은 출발 물질의 양호한 입수가능성 및 비용효과적 절차이다. 본 발명의 추가의 이점은 바이오매스 및 플라스틱 뿐만 아니라 시설 부품의 품질 변동에 대한 공정 견뢰성이다. 본 발명의 또 다른 이점은 유리한 에너지 및 물질 균형이다.
아래에 주어진 실시예는 본 발명을 더 설명하기 위해 이용되고; 결코 그것들이 본 발명을 제한하는 것으로 해석하지 않아야 한다.
실시예 1:
도 1에 따라서 생원성 원료 및 플라스틱을 두 병렬 라인으로 사일로 및 스크류 가열기에 의해 디스퍼저에 연속 공급하고, 그곳으로부터 직접 반응기에 공급하였다. 촉매는 첨가하지 않았다. 시설이 작동 개시한 후 담체 오일의 첨가가 없었다.
수행되는 시험은 다음 균형을 얻었다.
물질 균형: 800 ㎏ 건조 바이오매스 + 200 ㎏ 건조 혼합 플라스틱은 300 ㎏ 생성물 오일을 생성하고, 이것은 360 L 생성물 오일(17.5% 생원성 수율, 80% 플라스틱 수율, 생성물 오일 밀도 0.833 ㎏/L)에 상응하였다. 본 발명에 따른 오일 생성 공정은 균형을 이루기 때문에 추가의 담체 오일을 첨가할 필요가 없었다. 1000 ㎏과의 차이는 기체, 생성물 물 및 석탄의 유출물로 이루어졌다.
에너지 균형: 800 ㎏ x 5 kWh/㎏ + 200 ㎏ x 12 kWh/㎏ [=] 6400 kWh 투입 발열량; 360 L x 10 kWh/L = 3600 kWh 산출 오일 발열량; 3600 kWh/6400 kWh = 56.3% 에너지 수율. 거듭해서, 투입량과 비교할 때 에너지 차이는 기체, 생성물 물 및 석탄의 유출 때문이다.
실시예 2
도 2에 따라서 생원성 원료 및 플라스틱을 두 병렬 라인으로 사일로 및 스크류 가열기에 의해 디스퍼저에 연속 공급하고, 그곳으로부터 직접 반응기에 공급하였다. R1 또는 R4 어느 곳에도 촉매를 첨가하지 않았다. 시설이 작동 개시한 후 담체 오일의 연속 첨가가 없었다.
R1로부터 섬프상을 연속으로 회수하고(100 - 1000 L/h; 고체 점조도: 5 - 20 질량%, 온도: 50 - 380℃), R4에서 0 - 10 bar의 양압에서 수소화하였다(초음파 파라미터: 주파수: 18 - 30 kHz, 전력 파라미터: 300 - 3000 W/L). 수득된 반응 생성물은 반응기 R1로 재순환하였다.
수행된 시험은 실시예 1에 비해 석탄 형성이 감소했다는 것을 알려주었다.

Claims (15)

  1. 고체 바이오매스 및 플라스틱으로부터 연료를 제조하는 반연속식 또는 연속식 방법이며,
    Figure pct00010
    제1 단계에서, 바이오매스 및 플라스틱을 제공하여, 300 - 400℃에서 재순환 담체 오일의 존재 하에 분산시키고,
    Figure pct00011
    제2 단계에서, 수득된 혼합물을 300 - 400℃에서 액상에서 반응시키고,
    Figure pct00012
    제3 단계에서, 생성된 기체, 액체 및 고체 생성물을 서로 분리시키고, 임의로 추가 가공하고,
    Figure pct00013
    임의의 추가의 단계에서, 생성된 액체 생성물을 수소화하고,
    Figure pct00014
    임의의 추가의 단계에서, 생성된 고체 생성물을 스팀 개질 또는 기체화 반응시키고,
    여기서, 바이오매스 대 플라스틱의 비가 80:20 내지 10:90 중량%의 범위이고,
    여기서, 방법을 담체 오일의 외부적 첨가 없이 수행하고,
    여기서, 형성된 담체 오일을 부분적으로 또는 완전히 반응의 제1 단계로 재순환시키고,
    여기서, 방법을 촉매의 외부적 공급 없이 수행하는 것
    을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 추가의 단계에서, 제2 단계에서 형성된 섬프상(sump phase)의 일부를 반응기로부터 제거하고, 수소화하고, 후속적으로 반응기로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 단계에서,
    Figure pct00015
    플라스틱이 PE, PP 및/또는 PS를 함유하거나 또는 그것으로 이루어진 혼합물이고/이거나,
    Figure pct00016
    바이오매스가 리그노셀룰로스, 탄수화물 및/또는 그의 유도체를 함유하거나 또는 그것으로 이루어진 혼합물인 것
    을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 단계에서, 바이오매스 및 플라스틱을
    Figure pct00017
    처음에 제공하고,
    Figure pct00018
    이어서, 150 - 200℃에서 건조/액화시키고,
    Figure pct00019
    이어서, 300 - 400℃에서 재순환 담체 오일의 존재 하에 분산시키는 것
    을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00020
    제2 단계를 액상에서 가압 없이 수행하고/하거나,
    Figure pct00021
    형성된 담체 오일을 부분적으로 또는 완전히 반응의 제1 단계로 재순환시키는 것
    을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 단계에서,
    Figure pct00022
    형성된 기체 생성물을, 임의로 컨디셔닝 후, 가스 엔진 또는 가스 터빈에 공급하고/하거나,
    Figure pct00023
    형성된 액체 오일 생성물을 정류 및 임의로 수소화시키고/시키거나,
    Figure pct00024
    형성된 고체 생성물을, 임의로 건조 후, 스팀 개질 또는 기체화시키고/시키거나,
    형성된 수성상을, 바이오가스를 형성시키면서, 가공하는 것
    을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제공된 출발 물질인 바이오매스 및 플라스틱이
    Figure pct00026
    < 35 %의 잔류 수분, 및/또는
    Figure pct00027
    < 10 ㎜의 입자 크기
    를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 바이오매스 및 플라스틱으로부터 연료를 제조하는 데 적합한 시설이며,
    연속적으로 제공된 하기 장치:
    Figure pct00028
    임의의 스크류 가열기 (HB,HA),
    Figure pct00029
    디스퍼저 (DIS),
    Figure pct00030
    임의로 혼합 장치를 가지며; 헤드 영역에서 기체 생성물을 제거하기 위한 장치를 가지며; 섬프 영역에서 액체/고체 생성물을 제거하기 위한 장치를 갖는 가열가능한 반응 용기 (R1),
    Figure pct00031
    반응기 (R1)의 섬프상에 연결되는 임의의 수소화 반응기 (R4), 및
    Figure pct00032
    석탄/오일 혼합물을 분리하기 위한 임의의 장치 (VVD)
    를 포함하고,
    여기서, 반응 용기 (R1)는 열 오일에 의해 간접적으로 가열되고, 교반기, 및 담체 오일을 디스퍼저로 반송하기 위한 순환 펌프에 의해 내부 루프 전도를 갖는 반응기이고,
    여기서, 수소화 반응기 (R4)는 수소화된 섬프상을 반응기 (R1)로 반송하기 위한 루프 전도가 제공된 것인 시설.
  9. 제8항에 있어서, 연속적으로 제공된 하기 장치:
    Figure pct00033
    R1에 연결된 상 분리기 (PT),
    Figure pct00034
    PT에 연결된, 가벼운 상에 대한 분리기 (S1),
    Figure pct00035
    S1에 연결된 정류 칼럼 (RKT), 및
    Figure pct00036
    RKT에 연결된 수소화 반응기 (R2)
    를 포함하는 시설.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 연속적으로 제공된 하기 장치:
    Figure pct00037
    반응 용기 (R1)에 연결된 상 분리기 (PT),
    Figure pct00038
    PT에 연결된, 무거운 상에 대한 분리기 (S2),
    Figure pct00039
    S2에 연결된 혐기성 반응기 (R3), 및
    Figure pct00040
    R3에 연결된 임의의 가스 엔진 (GM)
    을 포함하는 시설.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 디스퍼저 (DIS)까지는 각각 바이오매스 및 플라스틱을 위한 2개의 별도의 라인을 갖도록 설계된 시설.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 수소화 반응기 (R4)가 초음파 수소화 반응기이고, 이는 출발 물질의 공급을 위해 반응기 (R1)의 섬프상에 연결되고 수소화된 생성물의 전달을 위해 반응기 (R1)의 헤드상에 연결된 것인 시설.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    Figure pct00041
    스크류 가열기 (HB;HK)가 200℃ 이하의 온도로 간접적으로 가열가능하고/하거나,
    Figure pct00042
    디스퍼저 (DIS)가 높은 전단 구배를 갖는 인라인 디스퍼저이고/이거나,
    Figure pct00043
    반응기 (R1)가 교반기, 및 디스퍼저에 담체 오일을 반송하기 위한 순환 펌프에 의해 내부 루프 전도를 갖는 간접적으로 가열되는 반응기이고/이거나,
    Figure pct00044
    반응기 (R4)가, 조절가능한 순환 펌프 및 초음파 발생기가 구비된 초음파 수소화 반응기이고/이거나,
    Figure pct00045
    석탄/오일을 분리하기 위한 장치 (VVD)가 진공 증발기를 포함하고/하거나,
    Figure pct00046
    응축기 (K1,K2,K3)가 바람직하게는 순환 응축물로 관개되는 분무 냉각기이고/이거나,
    Figure pct00047
    상 분리기 (PT)가 정적 상 분리기이고/이거나,
    Figure pct00048
    분리기 (S1,S2)가 고밀도 생성물을 반응기 (R1)에 반송하고/하거나,
    Figure pct00049
    정류 칼럼 (RKT)이 섬프상을 반응기 (R1)에 반송하는 진공 칼럼으로서 설계된 것
    을 특징으로 하는 시설.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 연료를 제조하기 위한, 바이오매스:플라스틱을 80:20 내지 10:90 중량%의 범위로 함유하는 혼합물의 용도.
  15. 연료를 제조하기 위한 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시설의 용도.
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