KR20130113832A - 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 바이오 오일 제조 장치는 사일로에서 바이오매스를 공급받는 반응기; 상기 반응기에서 토출되는 합성가스를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론; 상기 사이클론에서 촤와 분리 가능하게 처리된 상기 합성가스에 대한 냉각을 통해 바이오 오일을 단계적으로 생산하는 응축부; 및 상기 응축부에서 배출된 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 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.
본 발명은 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.
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.
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.
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.
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.
종래의 바이오오일 생산 방법으로서, 국내등록특허 제10-0857247호를 예로 들 수 있다. 상기 인용 발명은 수열안정성이 뛰어나고 기공 크기가 큰 메조 기공을 갖는 촉매를 바이오 오일 개질 반응에 적용함으로써 안정성 및 발열량이 증가된 바이오 오일을 생산하는 방법에 관한 것이다. 즉, 수열 안정성이 뛰어나고 표면적이 큰 메조 기공 제올라이트 촉매를 이용하여 바이오오일을 개질함으로써 바이오 오일 성분 중의 산소를 H2O, CO, CO2 등으로 제거하여 보다 더 안정성 있고, 발열량이 높은 바이오 오일을 생산하는 것이다.
그러나, 상기 등록특허에 개시된 바이오오일 생산 방법은 바이오매스를 이용하여 바이오오일을 생산한다는 것에 대해서는 기재되어 있지만, 구체적으로 팜오일 제조 과정에서 발생하는 EFB(Empty Fruit Bunch)를 이용하여 바이오오일을 제조하는 과정에 대해서는 언급하지 않는다는 한계가 있다.
이에 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.
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.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 관점에 따른 바이오 오일 제조 장치는 사일로에서 바이오매스를 공급받는 반응기; 상기 반응기에서 토출되는 합성가스를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론; 상기 사이클론에서 촤와 분리 가능하게 처리된 상기 합성가스에 대한 냉각을 통해 바이오 오일을 단계적으로 생산하는 응축부; 및 상기 응축부에서 배출된 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 바이오 오일 제조 장치는, 직렬로 배치되는 복수개의 응축부에 연결되는 복수개의 오일 탱크;를 더 포함하고, 상기 응축부는 상기 사이클론에 직접적으로 연결되는 제 1 응축부 및 상기 제 1 응축부의 후단에 연결되는 제 2 응축부를 포함하며, 상기 복수개의 오일 탱크는 상기 제 1 응축부로부터의 오일을 저장하는 중 오일 탱크 및 상기 제 2 응축부로부터의 오일을 저장하는 경 오일 탱크를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 중 오일 탱크는 100℃ 이상 200 ℃미만의 온도 범위이고, 상기 경 오일 탱크는 0℃ 초과 100 ℃ 미만의 온도 범위인 것이 바람직할 수 있다.
상기 비응축가스 공급부에 저장된 비응축가스는 상기 반응기에 재공급될 수 있는 것이 바람직할 수 있다.
상기 바이오 오일 제조 장치는, 상기 비응축가스 공급부에서 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 가스 예열기;를 더 포함하고, 상기 예열기는 상기 반응기에서 배출되는 가스로부터 열에너지를 제공받는 것이 바람직할 수 있다.
상기 가스 예열기는 상기 반응기에 연결되는 매연가스 배출관로에 접속되는 제 1 가스 예열기 및 상기 제 1 가스 예열기와 상기 반응기 사이에 배치되는 제 2 가스 예열기를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 반응기에 비가연가스를 공급하는 비가연가스 공급부; 및 상기 비가연가스 공급부 및 상기 비응축가스 공급부에 전기적으로 접속되는 제어부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 비가연가스 또는 비응축가스의 혼합을 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 관점에 따른 바이오 오일 제조 공정은 (a) 사일로에서부터 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 사일로에서의 바이오매스를 계속적으로 공급할지 여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계 이전에, (f) 비가연가스 공급부에 저장된 비가연가스를 예열하여 상기 반응기에 공급하는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
상기 (c) 단계는, (c1) 상기의 냉각된 바이오 오일을 상기 응축부의 냉각유로 사용하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명인 바이오 오일 제조 장치는 EFB와 같이 고열량을 생성할 수 있는 바이오매스를 활용하여 급속열분해 및 다단계 냉각을 수행함으로써 순도 높은 바이오 오일을 생산하고, 바이오 오일을 생산한 후 비응축 가스인 비응축가스를 선택적으로 재공급하는 과정을 거침으로써 가스의 재활용을 기하는 동시에 폐열을 효과적으로 이용할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오 오일 제조 장치(100)의 구성요소 간의 전체적인 연결 배치관계를 보이는 구성도이다.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정을 상세히 설명하기로 한다.
바이오 오일 제조 장치(100)의 전체적인 구성 설명
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 바이오 오일 제조 장치(100)의 전체적인 구성을 살핀다.
바이오 오일 제조 장치(100)는 반응기(10), 반응기(10)로 EFB(empty fruit bunch)와 같은 바이오매스를 공급하는 사일로(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 냉각을 통해 바이오 오일을 생산하는 응축부(40,quencher), 응축부(40)에서 응축이 이루어지지 않은 비응축가스를 분리하여 저장하는 컴프레서(70), 바이오 오일 제조 장치(100)를 구성하는 관로 상으로 가스를 공급하는 비가연가스 공급부(90) 및 상기 컴프레서(70)에서 반응기(10)로 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 가스 예열기(83,85)를 포함한다. 바이오 오일 제조 장치(100)의 구성요소들을 연결하는 관로 상에는 복수의 온도계(미도시) 및 압력 게이지(미도시)가 필요에 따라 설치될 수 있다. 바이오 오일 제조 장치(100)를 구성하는 구성요소들은 제어부에 전기적으로 접속되어져 조절 가능하다.
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 상하 2단으로 형성 가능하고, 하단부에 배치되는 분배기는 비가연가스 공급부(90)로부터 토출되는 비가연가스를 높은 압력으로 유입시켜 가스와 촤(char)가 유동화되도록 하고, 윈드 박스(미도시)는 예열된 비가연가스를 균일한 흐름으로 분배기에 도달하게 한다.
반응기(10)에서는 바이오매스와 유동사(hot sand)가 유입되는 입구(11) 및 바이오매스의 급속 열분해시 생성된 촤 및 급속 열분해시 사용된 유동사를 배출하는 출구(미도시)가 형성될 수 있다. 반응기(10)에서 열분해 공정을 통해 생성되는 촤는 별도의 압축 공정을 통해 펠릿으로 형성되어 별도의 배출구를 통해 배출된다. 상기 펠릿은 재생에너지원으로서 사용할 수 있다.
사일로(20)에서 입구(11)를 통해 유입되는 바이오매스는 200kg/h 및 30℃ 의 온도로 유입된다.
반응기(10)의 매연 배출구(13)를 통해 배출되는 유해 가스는 매연 배출 관로(7)와 열교환기(81)를 거친 후 제 1 배기굴뚝(3)을 통해 배기된다. 열교환기(81)는 반응기(10)에서 배출되는 고온의 유해 가스의 열을 외부로부터 유입되는 대기에 전달하게 한다.
반응기(10)에 직접적으로 연결되는 반응기 히터(12)는 열교환기(81)에서 열을 공급받은 대기를 이용하여 반응기(10)의 내부 온도를 유지하는 기능을 한다.
가스 예열기(83,85)는 비가연가스 공급부(90)와 컴프레서(70)로부터 혼합된 가스를 공급받아 가열하는 제 1 가스 예열기(83) 및 제 1 가스 예열기(83)와 반응기(10) 사이에 배치되는 제 2 가스 예열기(85)를 포함한다. 제 1 가스 예열기(83)는 반응기(10)와 열교환기(81)를 연결하는 관로 상에 접속되어지는데, 이를 통해 반응기(10)에서 토출되는 고온의 유해 가스로부터 열을 제공받을 수 있다.
제 2 가스 예열기(85)는 그 내부에 별개의 필터가 내장되는데, 반응기(10)로 혼합된 가스를 공급하기 전에 필터를 통해 걸러진 유해 성분을 제 1 배기굴뚝(3)으로 보내게 된다.
사일로(20)는 바이오매스를 투입시키기 위한 호퍼(미도시), 및 호퍼를 통해 투입된 바이오매스를 유입시키기 위한 피더(미도시)를 포함할 수 있다.
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.
상기 EFB의 특징적인 물리화학적 성질을 설명하면 다음와 같다. 기본적인 겉보기 밀도(apparent density)는 125.57 (㎏/㎥)이고 열량(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.
| 원소의 종류 | C | H | N | O | S |
| EFB | 41.21% | 5.57% | 0.76% | 37.67% | N/D |
| Moisture | Volatile | Ash | Fixed carbon |
| 9.63% | 64.95% | 5.94% | 19.48% |
| Cellulose | Hemi-cellulose | Lignin |
| 59.70% | 22.10% | 18.20% |
사이클론(30)은 반응기(10)의 합성가스 토출구(15)를 통해 유입되는 가스 및 촤에 대해 원심 분리 방식으로 분리공정을 수행함으로써 하부 방향으로 촤를 제거하고 합성가스를 상부로 배출하게 한다.
한편, 사이클론(30)으로부터 응축부(40)로 유동하는 가스는 22.4CCM, 500℃의 유량 및 온도로 이동하고, 이중 비합성가스는 266kg/h의 유량이고, 파일로 가스는 130kg/h의 유량일 수 있다.
사이클론(30)으로 합성가스를 배출하는 과정에서 허용한도를 초과하는 부분은 잉여 합성가스 배출관로(8)를 통해 제 2 배기굴뚝(4)으로 배기된다. 한편, 잉여 합성가스 배출관로(8) 상에는 역화 방지기(6)가 부설되어져 예상치 않은 화염 발생을 방지하게 된다.
응축부(40)는 일 실시예로서 직렬로 배치되는 복수의 단위 응축부(41,46)를 구비한 상태에서, 사이클론(30)으로부터 유입되는 합성가스를 단계적으로 응축하는 기능을 담당한다. 상기 응축부(40)는 사이클론(30)에 직접적으로 연결되는 제 1 응축부(41) 및 제 1 응축부(41)의 후단에 연결되는 제 2 응축부(46)를 포함한다.
제 1 응축부(41)로부터 제 2 응축부(46)로 유동하는 가스는 9.1CCM, 150℃의 유량 및 온도로 이동하고, 제 2 응축부(46)로부터 토출되는 가스는 5.6CCM, 15℃의 유량 및 온도로 이동한다.
제 1 단위 응축부(41)를 통해 냉각되어 생성된 바이오오일은 중 오일 탱크(61)에 저장되고, 제 2 단위 응축부(46)를 통해 냉각되어 생성된 바이오오일은 경 오일 탱크(66)에 저장되어진다. 중 오일 탱크(61)로 유동하는 바이오오일의 유량 및 온도범위는 각각 10~11Ton/h 및 150~160℃이고, 바람직하게는 10.1 Ton/h 및 158 ℃일 수 있다. 경 오일 탱크(66)로 유동하는 바이오오일의 유량 및 온도범위는 각각 9~11Ton/h 및 0~30℃ 일 수 있고, 바람직하게는 10Ton/h 및 8~28℃일 수 있다.
한편, 응축된 바이오 오일은 응축부(40)에 다시 공급되어져 냉각유로 활용됨으로써 냉각효율을 증대할 수 있다. 응축부(40)에는 바이오 오일을 순환하게 하는 오일 순환장치(51,56)가 연결된다. 상기 오일 순환장치(51,56)는 제 1 단위 응축부(41)에 연결되는 제 1 오일 순환장치(51) 및 제 2 단위 응축부(46)에 연결되는 제 2 오일 순환장치(56)를 포함한다. 오일 순환장치(51,56)는 각각 냉각 타워(1) 및 슬러리 탱크(2)에 연결된다. 슬러리 탱크(2)에서 필터링된 오일은 오일 순환장치(51,56)에 공급되어 응축부(40)에서 냉각 기능을 수행 후 오일 탱크(61,66)에 저장된다. 한편, 냉각 타워(1)는 외기를 이용하여 오일 순환장치(51,56)를 유동하는 오일의 온도를 낮추게 한다.
상기와 같이, 오일 순환장치(51,56)로부터 공급되는 냉각된 오일이 응축부(40)를 순환유동하도록 함에 의해서 사이클론(30)에서 촤가 제거된 합성가스로부터 액상의 바이오 오일을 선택적으로 추출하여 오일 탱크(61,66)에 저장할 수 있다.
컴프레서(70)는 응축부(40)를 거치면서 비응축된 합성가스를 취합하여 이를 다시 재사용할 수 있게 공급한다. 컴프레서(70)로부터의 비응축가스 및 비가연가스 공급부(90)로부터의 비가연가스는 혼합된 상태에서 가스 예열기(83,85)로 유동한다. 이를 통해 비응축가스는 비가연가스에 의해 원활히 유동 가능하도록 조절된 상태에서 가스 예열기(83,85)에 공급된다. 컴프레서(70)로부터 제 1 가스 예열기(83)로 유동하는 혼합가스는 3.0CCM, 30℃의 유량 및 온도로 유동하고, 제 1 가스 예열기(83)에서 제 2 가스 예열기(85)로는 8.4CCM, 495℃의 유량 및 온도로 유동하며, 제 2 가스 예열기(85)로부터 반응기(10)로는 10CCM, 646℃의 유량 및 온도로 유동한다.
한편, 컴프레서(70)와 가스 예열기(83,85) 사이의 관로 상에는 역화 방지기(6)가 부설되어져 예상치 않은 화염 발생을 방지한다.
컴프레서(70) 및 비가연가스 공급부(90)에 전기적으로 접속될 수 있는 제어부(미도시)는 비가연가스 또는 비응축가스의 배출을 조절함으로써 혼합된 가스의 유동을 원활하게 한다. 일 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.
비가연가스 공급부(90)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.
비가연가스 공급부(90)는 제 1 가스 공급부(91), 제 2 가스 공급부(92) 및 가스 공급부(91,92) 사이에 배치되는 가스 조절부(93)를 포함한다. 제 1 가스 공급부(91)는 잉여 합성가스 배출관로(8)에 연결되고, 제 2 가스 공급부(92)는 매연 배출관로(7)에 연결된 상태에서 배출관로(7,8)를 유동하는 합성가스와 매연 가스의 원활한 이동을 지원한다. 가스 조절부(93)는 가스 공급부(91,92)에 충전되는 비가연가스가 적절한 배분 상태를 유지하게 함으로써 압력 상태를 조절한다.
한편, 응축부(40)와 컴프레서(70) 사이의 관로 상에는 다수의 장치들이 부가될 수 있다. 구체적으로는 EP 필터(72), 습식 가스 미터(미도시), 마이크로 GC(미도시), 및 가스 샘플링 포트(미도시)를 포함할 수 있다. EP 필터(72)는 응축부(40)로부터 토출되는 미응축된 합성가스를 정제하는 기능을 담당한다.
바이오 오일 제조 장치(100)의 작동 과정 설명
이하, 다시 도 1을 참조하여 본 발명의 바이오 오일 제조 장치(100)의 작동 과정에 대해 설명한다.
먼저, 사일로(20)를 통해 바이오매스를 공급하기 전에 비가연가스 공급부(90)에 저장된 질소를 가스 예열기(83,85)를 거치게 하여 반응기(10)로 공급한다(S10). 상기 S10 단계에서는 반응기(10)에 질소를 충전하는 과정을 시행함으로써 반응기(10)에 잔존하는 산소 성분을 제거하여 급속 열분해 과정에서의 효율을 증가하고자 한다.
이후, 사일로(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.
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.
한편, 상기 S30 단계를 진행하는 과정에 있어서, 상기 반응기(10)에서 배출되는 고온 상태의 결과물로부터 열에너지를 회수하여 이를 가스 예열기(83) 및 반응기 히터(12)에 전달할 수 있다. 즉, 반응기(10)의 매연 배출구(13)를 통해 배출되는 고온의 유해 가스는 매연 배출 관로(7)에서 제 1 가스 예열기(83)에 접속되는 동시에, 열교환기(81)를 통해 반응기 히터(12)에 열을 공급할 수 있다. 이를 통해 바이오 오일 제조 장치(100)를 운용하는 과정에서 발생하는 폐열을 효과적으로 재순환하게 한다는 차원에서 장점이 있게 된다.
다음으로 응축부(40)에서는 냉각이 이루어지는데, 증기생성물이 액상의 오일미스트로 변환되고 에어로졸은 응집됨으로서 최종적으로는 바이오 오일이 된다(S40). 최종 생성된 바이오오일은 오일 탱크(61,66)에 취합되고, 이 과정에서 바이오오일은 극성물질이므로 오일 탱크(61,66)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.
응축부(40)에서 배출되는 바이오 오일이 추출된 합성 가스는 EP 필터(72)에서 재차 촤가 제거된 상태에서 컴프레서(70)로 유입된다(S50).
컴프레서(70)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.
제어부는 컴프레서(70)로부터 배출되는 가스를 반응기(10)로 재투입할 것인지 판단하는 과정을 거친다(S60). 즉, 제어부는 컴프레서(70)로부터의 가스를 가스 예열기(83)로 공급하기 전에 완급조절을 기하게 된다. 즉, 반응기(10)에서의 처리 과정에 따라서 비가연가스 공급부(90)로부터 공급되는 질소의 양이 조절된 비응축가스를 공급할 수 있다.
상기 S60 단계에서, 비응축가스의 재투입이 필요하다고 판단되는 경우에는 가스 예열기(83,85)를 거친 가열된 비응축가스를 반응기(10)로 공급하게 한다(S70). 한편, 상기 S60 단계에서, 비응축가스의 재투입이 필요없다고 판단되는 경우에는 비가연가스 공급부(90)로부터 질소를 예열하여 공급한다(S72). 상기 가스 예열기(83,85)를 통해 비응축가스 또는 질소를 예열하는 경우에, 가스 예열기(83,85)는 반응기(10)에서 배출되는 고온 상태의 결과물로부터 열에너지를 제공받을 수 있다.
상술한 바와 같이, 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.
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.
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.
10 : 반응기
20 : 사일로
30 : 사이클론
40 : 응축부
41 : 제 1 단위 응축부
46 : 제 2 단위 응축부
51 : 제 1 오일 순환장치
56 : 제 2 오일 순환장치
61 : 중 오일 탱크
66 : 경 오일 탱크
70 : 컴프레서
81 : 열교환기
83,85 : 가스 예열기
90 : 비가연가스 공급부
100 : 바이오 오일 제조 장치
20 : 사일로
30 : 사이클론
40 : 응축부
41 : 제 1 단위 응축부
46 : 제 2 단위 응축부
51 : 제 1 오일 순환장치
56 : 제 2 오일 순환장치
61 : 중 오일 탱크
66 : 경 오일 탱크
70 : 컴프레서
81 : 열교환기
83,85 : 가스 예열기
90 : 비가연가스 공급부
100 : 바이오 오일 제조 장치
Claims (10)
- 사일로에서 바이오매스를 공급받는 반응기;
상기 반응기에서 토출되는 합성가스를 수용한 후 분리공정을 수행하는 사이클론;
상기 사이클론에서 촤와 분리 가능하게 처리된 상기 합성가스에 대한 냉각을 통해 바이오 오일을 단계적으로 생산하는 응축부; 및
상기 응축부에서 배출된 비응축가스를 분리하여 저장하는 비응축가스 저장부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 바이오 오일 제조 장치는,
직렬로 배치되는 복수개의 응축부에 연결되는 복수개의 오일 탱크;를 더 포함하고,
상기 응축부는 상기 사이클론에 직접적으로 연결되는 제 1 응축부 및 상기 제 1 응축부의 후단에 연결되는 제 2 응축부를 포함하며, 상기 복수개의 오일 탱크는 상기 제 1 응축부로부터의 오일을 저장하는 중 오일 탱크 및 상기 제 2 응축부로부터의 오일을 저장하는 경 오일 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- 제 2 항에 있어서,
상기 중 오일 탱크는 100℃ 이상 200 ℃미만의 온도 범위이고, 상기 경 오일 탱크는 0℃ 초과 100 ℃ 미만의 온도 범위인 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 비응축가스 공급부에 저장된 비응축가스는 상기 반응기에 재공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 바이오 오일 제조 장치는,
상기 비응축가스 공급부에서 공급되는 가스에 에너지를 공급하여 온도를 증가하게 하는 가스 예열기;를 더 포함하고,
상기 예열기는 상기 반응기에서 배출되는 가스로부터 열에너지를 제공받는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 가스 예열기는 상기 반응기에 연결되는 매연가스 배출관로에 접속되는 제 1 가스 예열기 및 상기 제 1 가스 예열기와 상기 반응기 사이에 배치되는 제 2 가스 예열기를 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치
- 제 1 항에 있어서,
상기 바이오 오일 제조 장치는,
상기 반응기에 비가연가스를 공급하는 비가연가스 공급부; 및
상기 비가연가스 공급부 및 상기 비응축가스 공급부에 전기적으로 접속되는 제어부;
를 더 포함하고,
상기 제어부는 비가연가스 또는 비응축가스의 혼합을 조절하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 장치.
- (a) 사일로에서부터 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 사일로에서의 바이오매스를 계속적으로 공급할지 여부를 판단하는 단계;
를 포함하는,
바이오 오일 제조 공정.
- 제 8 항에 있어서,
상기 (a) 단계 이전에,
(f) 비가연가스 공급부에 저장된 비가연가스를 예열하여 상기 반응기에 공급하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 공정.
- 제 8 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
(c1) 상기의 냉각된 바이오 오일을 상기 응축부의 냉각유로 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
바이오 오일 제조 공정.
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| KR1020120036370A KR101376737B1 (ko) | 2012-04-06 | 2012-04-06 | 바이오 오일 제조 장치 및 이를 이용한 바이오 오일 제조 공정 |
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