KR20150104841A - 다단 응축이 가능한 바이오 원유 제조시스템 - Google Patents

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Abstract

바이오 원유 제조시스템은 급속 열분해 반응기 및 응축기를 포함한다. 상기 급속 열분해 반응기는 바이오매스의 급속 열분해 반응이 발생하며, 상기 응축기는 상기 급속 열분해 반응기로부터 발생한 열분해 가스가 유입되어 바이오 원유를 생성한다. 상기 응축기는 직접 응축부 및 간접 응축부를 포함한다. 상기 직접 응축부는 상기 열분해 가스에 응축액을 직접 분사하여 상기 열분해 가스를 응축하여 상기 바이오 원유를 1차적으로 생성한다. 상기 간접 응축부는 상기 직접 응축부에 연결되어, 상기 직접 응축부에서 응축되지 않은 열분해 가스를 응축통로를 통과시키며 응축하여 상기 바이오 원유를 2차적으로 생성한다.

Description

다단 응축이 가능한 바이오 원유 제조시스템{BIOCRUDE-OIL MANUFACTURING SYSTEM WITH MULTI-STAGE CONDENSATION}
본 발명은 바이오 원유 제조시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다단 응축 방법을 이용하여 바이오 원유를 생산할 수 있는 바이오 원유 제조시스템에 관한 것이다.
최근 에너지 자원의 부족 및 환경오염의 문제와 더불어 수소, 연료전지, 태양에너지, 풍력 등의 신재생 에너지에 대한 연구 개발이 경쟁적으로 수행되고 있으며, 목질계 바이오매스(biomass)를 이용하여 바이오 원유를 생산하는 기술도 활발히 연구되고 있다.
바이오 원유란 목질계 바이오매스를 급속 열분해(fast pyrolysis) 또는 고온고압 가수분해 등의 방법으로 생산한 중유와 유사한 액체연료이다. 상기 급속 열분해 방법은 현재까지 개발된 바이오 원유 생산에 있어서 수율이 가장 높은 방법이지만, 반응시간을 매우 짧게 유지하여야 하는 정확성이 필요하며 반응온도의 폭도 상대적으로 좁은 단점이 있다.
상기 급속 열분해를 통한 바이오 원유 제조 시스템과 관련하여, 대한민국 특허출원 제2011-0012430호는 급속 열분해 반응기에 공급된 바이오매스와 유동사를 잘 혼합하여 바이오매스의 급속 열분해 성능을 향상시키며, 유동사의 순환 및 반복 사용이 가능한 시스템을 개시하고 있다.
한편, 상기 바이오매스의 생산에 있어서는 열분해로 발생되는 가스의 응축 시스템이 바이오매스 생산 수율에 중요하며, 이와 관련하여 대한민국 특허출원 제2011-0053056호는 동일한 형태의 응축용 냉각수단을 복수 개를 배열하여 응축 효과를 향상시킨 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 현재까지 급속 열분해를 통한 바이오 원유 제조 시스템에서, 특히 응축 시스템의 효율성을 높이기 위한 연구는 매우 미진하며 현재까지 개발된 응축 시스템의 효율성이 낮아 전체적인 바이오 원유 제조 시스템의 수율이 낮아지는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 응축기의 구조 개선을 통해 응축 효율을 향상시킬 수 있는 바이오 원유 제조시스템에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 바이오 원유 제조시스템은 급속 열분해 반응기 및 응축기를 포함한다. 상기 급속 열분해 반응기는 바이오매스의 급속 열분해 반응이 발생하며, 상기 응축기는 상기 급속 열분해 반응기로부터 발생한 열분해 가스가 유입되어 바이오 원유를 생성한다. 상기 응축기는 직접 응축부 및 간접 응축부를 포함한다. 상기 직접 응축부는 상기 열분해 가스에 응축액을 직접 분사하여 상기 열분해 가스를 응축하여 상기 바이오 원유를 1차적으로 생성한다. 상기 간접 응축부는 상기 직접 응축부에 연결되어, 상기 직접 응축부에서 응축되지 않은 열분해 가스를 응축통로를 통과시키며 응축하여 상기 바이오 원유를 2차적으로 생성한다.
일 실시예에서, 상기 간접 응축부는 적어도 하나 이상으로 연결되어, 이전 간접 응축부에서 응축되지 않은 열분해 가스를 추가로 응축하여 상기 바이오 원유를 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 응축액은 기 생성된 바이오 원유일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직접 응축부는, 상기 열분해 가스에 상기 응축액이 분사되는 메인 응축통로, 상기 메인 응축통로로 상기 응축액을 분사하는 펌프부, 및 상기 메인 응축통로에서 응축되어 생성된 바이오 원유가 저장되며, 상기 저장된 바이오 원유를 상기 펌프부로 공급하는 저장유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 직접 응축부는 상기 저장유닛과 연결되어 상기 저장유닛의 저장량을 초과하는 바이오 원유를 저장하는 메인 저장부를 더 포함할 수 있다. 상기 저장유닛은 내부에 냉각로가 형성되어 상기 바이오 원유를 냉각할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 간접 응축부의 응축통로에는 상기 열분해 가스가 통과하는 복수의 증기배관들이 배열되며, 상기 증기배관들의 외부에 냉각액이 채워질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 간접 응축부는 저장부를 포함하여, 상기 간접 응축부에서 응축된 바이오 원유가 저장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 급속 열분해 반응기의 내부로 상기 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기, 상기 급속 열분해 반응기 내부로 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기, 상기 급속 열분해 반응기에 상기 바이오매스의 급속 열분해를 위한 열을 제공하는 가열기, 상기 급속 열분해 반응기의 하부에 축적된 상기 유동사 및 촤를 상기 급속 열분해 반응기의 외부로 이송하는 이송기, 및 상기 이송기에 의해 이송된 상기 촤는 연소시키고 상기 유동사는 상기 유동사 공급기로 순환 공급하는 순환 유동층 연소기를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 순환 유동층 연소기와 연결되어, 상기 촤의 연소 가스 및 상기 유동사를 분리하여 상기 유동사를 상기 유동사 공급기로 공급하는 유동사 분리기, 및 상기 유동사 분리기로부터 분리된 연소 가스의 열에너지를 이용하여 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 응축기가 직접 응축부 및 간접 응축부로 순차적으로 배열되도록 구성되므로, 상기 직접 응축부에서 응축되지 않은 바이오 원유를 상기 간접 응축부에서 추가적으로 응축할 수 있어, 응축율을 향상시켜 상기 바이오 원유 생산 수율의 향상이 가능하다.
특히, 상기 간접 응축부는 적어도 하나 이상이 연속적으로 배열되어 추가적인 응축을 수행하므로 응축율의 추가 상승이 가능하게 된다.
나아가, 상기 직접 응축부에서는 열분해 가스에 응축액을 직접 분사하는 방식으로 응축을 수행하므로 열분해 가스와 응축액의 직접 접촉 열교환에 의하여 응축 성능이 향상되며, 특히 열분해 가스 통로와 냉각액 통로를 구별하여 응축을 수행하는 간접 응축 방식과 비교하여 상기 열분해 가스에 포함된 고형물에 의해 열분해 가스 통로가 막히는 등의 현상을 방지할 수 있어, 응축의 효율성도 향상된다.
또한, 상기 응축액으로 기 생성된 바이오 원유를 순환하여 사용하므로, 별도의 응축액 공급부 및 회수부를 생략할 수 있어, 시스템 구성이 단순하면서도 설계가 용이하다. 이를 위해, 응축으로 생성되는 바이오 원유가 저장되는 저장유닛을 펌프부와 연결하여 설계의 용이성 및 단순성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 원유 제조시스템을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 응축기를 도시한 블록도이다.
도 3은 도 1의 응축기의 상세 구조를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 3의 응축통로들 각각을 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 원유 제조시스템을 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 바이오 원유 제조시스템(10)은 급속 열분해 반응기(110), 바이오매스 공급기(120), 유동사 공급기(130), 가열기(140), 이송기(150), 순환 유동층 연소기(160), 유동사 분리기(170), 열교환기(180) 및 응축기(200)를 포함한다.
본 실시예에 의한 상기 바이오 원유 제조시스템(10)은 급속 열분해 기술을 이용하여 바이오매스(biomass, M)으로부터 바이오 원유를 제조하는 시스템으로, 상기 바이오매스(M)는 목질계, 초본계, 수행식물, 유기성 슬러지, 가축분뇨 및 음식폐기물 등을 포함할 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 바이오매스(M)가 목질계 바이오매스인 것을 설명하나, 이에 한정되지 않음은 자명하다.
상기 급속 열분해 반응기(110)에서는 상기 바이오매스(M)의 급속 열분해 반응이 이루어지며, 급속 열분해를 위한 상기 바이오매스(M)와 유동사(S)를 통과시키기 위해 내부가 중공인 배관으로 형성된다.
상기 급속 열분해 반응기(110)는 가열경사부(112)를 포함하여, 상기 바이오매스(M) 및 상기 유동사(S)가 상기 가열경사부(112)를 따라 슬라이딩 이동된다. 또한, 상기 급속 열분해 반응기(110)는 상기 가열경사부(112) 상에 혼합촉진부재(190)가 구비되어, 상기 바이오매스와 유동사의 혼합이 촉진된다.
상기 급속 열분해 반응기(110)의 외면에는 복수의 가스 배출구들(114)이 일정 간격으로 형성되며, 상기 가스 배출구들(114)은 상기 급속 열분해 과정에서 생성된 급속 열분해 가스(G0+G1)를 상기 급속 열분해 반응기(110)의 외부로 배출한다. 급속 열분해 가스(G0+G1)는 응축 가능한 가스(G0) 및 비응축 가스(G1)으로 구성되며, 이렇게 배출된 상기 급속 열분해 가스(G0+G1)는 상기 응축기(200)로 전달되어, 상기 응축기(200)는 상기 급속 열분해 가스(G0+G1) 중 응축 가능한 가스(G0)를 응축하여 바이오 원유(B)를 생성한다. 한편, 상기 응축기(200)에서 응축되지 않은 비응축 가스(G1)는 상기 순환 유동층 연소기(160)로 순환 제공되어 열원으로 사용될 수 있다.
상기 바이오매스 공급기(120)는 상기 급속 열분해 반응기(110)의 상기 가열경사부(112)로 상기 바이오매스(M)를 공급한다. 상기 바이오매스 공급기(120)는 상기 급속 열분해 반응기(110)의 상부의 일측에 형성된 제1 입구(110a) 상에 배치될 수 있다.
상기 유동사 공급기(130)는 상기 급속 열분해 반응기(110)의 상기 가열 경사부(112)로 상기 고온의 유동사(S)를 공급한다. 상기 유동사 공급기(130)는 상기 급속 열분해 반응기(110)의 상부에 상기 제1 입구(110a)와 인접하도록 형성된 제2 입구(110b) 상에 배치될 수 있다.
상기 가열기(140)는 상기 급속 열분해 반응기(110)에 상기 바이오매스(M)의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하며, 상기 가열경사부(112)를 직접 가열할 수 있도록 상기 가열경사부(112)의 하면에 배치된다.
상기 이송기(150)는 상기 급속 열분해 반응기(110)의 하부에 축적되는 유동사(S) 및 촤(C)를 상기 급속 열분해 반응기(110)의 외부로 이송한다. 즉, 상기 이송기(150)는 케이싱 유닛(152), 상기 케이싱 유닛(152)의 내부에 배치되어 상기 유동사(S) 및 촤(C)를 이송하는 스크류 컨베이어(154), 및 상기 스크류 컨베이어(154)를 구동하는 구동부(156)를 포함한다.
그리하여, 상기 급속 열분해 반응기(110)로부터 전달된 상기 유동사(S) 및 촤(C)를 상기 순환 유동층 연소기(160)의 연소유닛(166)으로 이송한다.
상기 순환 유동층 연소기(160)는 상기 연소유닛(166)을 포함한다. 상기 연소유닛(166)은 상기 이송기(150)로부터 이송된 상기 촤(C)를 연소한다. 즉, 상기 연소유닛(166)은 상기 유동사(S)를 고온으로 가열하여 상부로 제공하고, 상기 촤(C)를 연소하여 생성된 연소 가스(G2)를 상부로 제공한다.
이 경우, 상기 연소유닛(166)은 상기 열교환기(180)로부터 고온의 공기를 공급받아 연소를 수행할 수 있으며, 상기 연소유닛(166)은 상기 응축기(200)로부터 제공된 비응축 가스(G1)를 열원으로 사용하여 연소를 수행할 수도 있다.
상기 유동사 분리기(170)는 상기 순환 유동층 연소기(160)에 연결된다. 상기 유동사 분리기(170)는 촤(C)의 연소가스(G2)와 유동사(S)를 분리하여, 상기 유동사(S)는 상기 유동사 공급기(S)로 제공하고 상기 촤(C)의 연소가스(G2)는 외부로 배출한다. 이 경우, 상기 촤(C)의 연소가스(G2)를 외부로 직접 배출하지 않고, 상기 열교환기(180)로 제공하여, 상기 연소가스(G2)의 열에너지를 열교환한 후 외부로 배출할 수 있다.
상기 열교환기(180)는 상기 유동사 분리기(170)로부터 분리 제공된 촤(C)의 연소가스(G2)의 열에너지를 이용하여, 제1 팬(181)을 통해 인입되는 외부의 신선한 공기를 가열하고, 제2 팬(182)을 통해 열 교환된 연소가스를 외부로 배출한다. 이와 같이 가열된 외부의 신선한 공기는 상기 연소유닛(166)으로 제공될 수 있다.
상기 응축기(200)는 상기 급속 열분해 반응기(110)에서 발생되는 급속 열분해 가스(G0+G1)를 상기 가스 배출구들(114)을 통해 전달받은 후, 상기 급속 열분해 가스(G0+G1)를 응축시켜 바이오 원유(B)를 생성한다.
이하에서는 상기 응축기(200)에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 응축기를 도시한 블록도이다. 도 3은 도 1의 응축기의 상세 구조를 도시한 모식도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 응축기(200)는 직접응축부(210) 및 간접응축부(240)를 포함한다.
상기 직접응축부(210)는 메인 응축통로(212), 펌프부(220), 저장유닛(215) 및 메인 저장부(230)를 포함하며, 상기 열분해 가스(G0+G1)에 응축액을 직접 분사하여 상기 열분해 가스를 응축하여 바이오 원유(B)로 생성한다. 이하에서는, 구별의 편의를 위해, 상기 직접응축부(210)에서 생성되는 바이오 원유를 BM으로 표기하고, 간접응축부(240)에서 생성되는 바이오 원유를 각 단계마다 B1, B2, ... 등으로 표기한다.
구체적으로, 상기 펌프부(220)의 펌프(221)를 통해 가압되어 펌프배관(222)을 따라 공급된 상기 응축액(B')은 상기 직접응축부(210)의 메인 응축통로(212)로 분사되어, 상기 직접응축부(210)의 메인입구부(211)로 인입된 상기 열분해 가스(G0+G1)와 직접 접촉한다. 그리하여, 상기 열분해 가스(G0+G1)의 대부분은 분사되는 상기 응축액(B')과의 직접 접촉에 의해 바이오 원유(BM)로 응축된다.
이렇게 응축된 상기 바이오 원유(BM)는 상기 메인 응축통로(212)의 하부에 배치된 상기 저장유닛(215)으로 이동되어, 저장된다. 이와 같이, 상기 직접응축부(210)에서의 직접 응축에 의해, 대부분의 열분해 가스(G0+G1)가 바이오 원유(BM)로 응축될 수 있다.
열분해 가스의 초기온도는 300℃~400℃ 정도로 높기 때문에, 응축된 바이오원유도 높은 온도를 가진다. 따라서, 직접 열교환 성능을 향상시키기 위하여 상기 저장유닛에 저장되는 바이오원유를 냉각할 필요가 있다. 이를 위하여, 상기 저장유닛(215)은 내부에 냉각로(216)가 형성되어, 응축된 상기 바이오 원유(BM)를 추가적으로 냉각하게 된다. 이 경우, 상기 냉각로(216)를 통과하는 냉각 물질(W)로는 냉각수나 냉각 공기가 사용될 수 있으며, 이와 달리 상기 냉각로(216)는 냉각 코일의 형태로 형성될 수도 있다.
본 실시예에서는, 상기 저장유닛(215)에 저장되는 응축된 바이오 원유(BM)는 상기 펌프(221)로 재공급되어, 상기 메인 응축통로(212)로 분사되는 응축액으로 재사용될 수 있다. 즉, 응축액으로 기 응축된 바이오 원유(BM)가 재활용되므로, 별도의 응축액 공급 배관 또는 응축액 회수 배관 등이 불필요하고, 응축된 바이오 원유로부터 응축액을 분리하기 위한 장치도 생략될 수 있어, 상대적으로 간단한 설계가 가능하다.
또한, 상기 저장유닛(215)에 저장되는 응축된 바이오 원유(BM)가 상기 저장유닛(215)의 용량을 초과하는 경우, 상기 저장유닛(215)은 메인 저장통로(213)를 통해 연결된 메인저장부(230)로 초과된 바이오 원유(BM)를 공급하게 된다. 그리하여, 최종적으로는 상기 메인저장부(230)에 바이오 원유(BM)가 저장된다.
한편, 상기 직접 응축부(210)를 통해 응축되지 않은 열분해가스(G0+G1)는 메인 출구부(214)를 통해 상기 간접 응축부(240)로 이동하게 된다.
상기 간접 응축부(240)는 상기 직접 응축부(210)에 연속적으로 연결되어, 상기 직접 응축부(210)에서 응축되지 않은 열분해가스(G0+G1)를 추가적으로 응축시켜 바이오 원유를 2차적으로 생성한다.
구체적으로, 본 실시예에서 상기 간접 응축부(240)는 적어도 하나 이상이 연속적으로 연결될 수 있으며, 각각은 별도의 저장부를 포함한다. 도 3에서는 제1 간접 응축부(250) 내지 제5 간접 응축부(290)의 5개의 간접 응축부들(250, 260, 270, 280, 290)가 연속적으로 연결되고, 각각의 간접 응축부에 연결된 제1 내지 제5 저장부들(255, 265, 275, 285, 295)을 도시하였다. 다만, 상기 간접 응축부의 개수 및 상기 저장부의 개수는 도 3에 도시된 것으로 제한되지 않으며 다양하게 설계 변형될 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제5 간접 응축부들(250, 260, 270, 280, 290) 각각은 서로 연속적으로 형성된 것을 제외하고는 실질적으로 동일한 구조로 형성되므로, 이하에서는 꼭 필요한 설명을 제외하고는 대표적으로 제1 및 제2 간접 응축부들(250, 260)에 대하여만 설명하고 중복되는 설명은 생략한다.
상기 제1 간접 응축부(250)는 상기 메인 출구부(214)와 연결된 제1 입구부(251)를 통해 상기 열분해 가스(G0+G1)를 제공받는다. 상기 열분해 가스(G0+G1)는 제1 응축통로(252)의 제1 증기배관(253)을 통과하면서 상기 제1 응축통로(252)의 냉각액에 의해 응축되어 바이오 원유(B1)로 생성된다. 이렇게 생성된 상기 바이오 원유(B1)는 상기 제1 응축통로(252)의 하부에 위치한 제1 저장통로(256)를 통과하여 제1 저장부(255)로 저장된다.
한편, 상기 제1 증기배관(253)을 통과하면서도 응축되지 않은 열분해 가스(G0+G1)는 제1 출구부(254)를 통과하여, 상기 제1 간접 응축부(250)와 연속적으로 연결된 상기 제2 간접 응축부(260)의 제2 입구부(261)로 인입된다.
마찬가지로, 상기 제2 간접 응축부(260)로 인입된 상기 열분해 가스(G0+G1)는 제2 응축통로(262)의 제2 증기배관(263)을 통과하면서 상기 제2 응축통로(262)의 냉각액에 의해 응축되어 바이오 원유(B2)로 생성된다. 이렇게 생성된 상기 바이오 원유(B2)는 상기 제2 응축통로(262)의 하부에 위치한 제2 저장통로(266)을 통과하여 제2 저장부(265)로 저장된다.
나아가, 상기 제2 증기배관(263)을 통과하면서도 응축되지 않은 열분해 가스(G0+G1)는 제2 출구부(264)를 통과하여, 상기 제2 간접 응축부(260)와 연속적으로 연결된 상기 제3 간접 응축부(270)의 제3 입구부(271)로 인입된다.
이 후, 상기 제3 간접 응축부(270) 내지 제5 간접 응축부(290)에서도, 동일한 과정으로 상기 열분해 가스(G0+G1)가 응축되어 바이오 원유(B3, B4, B5)로 생성되어, 각각 제3 내지 제5 저장부들(275, 285, 295)로 저장된다.
이 후, 상기 제5 간접 응축부(290)를 통과하여 모두 바이오 원유로 응축되고 남은 비응축 가스(G1)는 출구부(299)를 통해 상기 응축기(200)의 외부로 방출된다.
한편, 본 실시예에서는 응축된 바이오 원유의 저장을 용이하게 하기 위해 각각의 간접 응축부들의 하부에 저장부들이 배치되며, 이에 따라 상기 열분해 가스(G0+G1)의 용이한 이동을 위해 제1 및 제2 간접응축부들(250, 260), 제3 및 제4 간접응축부들(270, 280), 및 제5 간접응축부(290)와 출구부(299)는 각각 위아래가 바뀐 "U" 자형 배관으로 서로 연결될 수 있다.
이상과 같이, 상기 간접 응축부(240)를 통해, 상기 직접 응축부(210)에서 응축되지 않은 상기 열분해 가스(G0+G1)의 나머지가 바이오 원유로 응축될 수 있다.
도 4는 도 3의 응축통로들 각각을 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제5 간접 응축부들(250, 260, 270, 280, 290) 각각의 제1 내지 제5 응축통로들(252, 262, 272, 282, 292)의 내부에는 제1 내지 제5 증기배관들(253, 263, 273, 283, 293)이 각각 복수개 배열된다.
이미 설명한 바와 같이, 상기 열분해 가스(G0+G1)는 상기 제1 내지 제5 증기배관들(253, 263, 273, 283, 293)을 통과하며, 이 때 상기 제1 내지 제5 응축통로들(252, 262, 272, 282, 292)에 채워진 냉각액(W)에 의해, 상기 열분해 가스(G0+G1)는 바이오 원유(B1, B2, B3, B4, B5)로 각각 응축된다.
이 경우, 상기 제1 내지 제5 응축통로들(252, 262, 272, 282, 292)에 채워진 냉각액은 냉각수나 냉각공기일 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 직접 응축부(210)를 통해 상기 열분해 가스(G0+G1)의 많은 양이 바이오 원유(BM)로 응축되므로, 상기 제1 내지 제5 증기 배관들(253, 263, 273, 283, 293)을 통과하는 상기 열분해 가스(G0+G1)는 상대적으로 적은 양의 고형 불순물을 포함하게 된다. 이에 따라, 상기 제1 내지 제5 증기 배관들(253, 263, 273, 283, 293)에 고형 불순물들이 축적되어 상기 열분해 가스(G0+G1)의 유동을 방해하는 상황이 줄어들어, 보다 효과적인 열분해 가스의 순환 및 바이오 원유의 응축이 가능하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 응축기가 직접 응축부 및 간접 응축부로 순차적으로 배열되도록 구성되므로, 상기 직접 응축부에서 응축되지 않은 바이오 원유를 상기 간접 응축부에서 추가적으로 응축할 수 있어, 응축율을 향상시켜 상기 바이오 원유 생산 수율의 향상이 가능하다.
특히, 상기 간접 응축부는 적어도 하나 이상이 연속적으로 배열되어 추가적인 응축을 수행하므로 응축율의 추가 상승이 가능하게 된다.
나아가, 상기 직접 응축부에서는 열분해 가스에 응축액을 직접 분사하는 방식으로 응축을 수행하므로 열분해 가스와 응축액의 직접 접촉 열교환에 의하여 응축 성능이 향상되며, 특히 열분해 가스 통로와 냉각액 통로를 구별하여 응축을 수행하는 간접 응축 방식과 비교하여 상기 열분해 가스에 포함된 고형물에 의해 열분해 가스 통로가 막히는 등의 현상을 방지할 수 있어, 응축의 효율성도 향상된다.
또한, 상기 응축액으로 기 생성된 바이오 원유를 순환하여 사용하므로, 별도의 응축액 공급부 및 회수부를 생략할 수 있어, 시스템 구성이 단순하면서도 설계가 용이하다. 이를 위해, 응축으로 생성되는 바이오 원유가 저장되는 저장유닛을 펌프부와 연결하여 설계의 용이성 및 단순성을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 바이오 원유 제조시스템은 바이오매스를 이용한 바이오 원유 생산에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 바이오 원유 제조시스템 110 : 급속 열분해 반응기
120 : 바이오매스 공급기 130 : 유동사 공급기
140 : 가열기 150 : 이송기
160 : 순환 유동층 연소기 170 : 유동사 분리기
180 : 열교환기 200 : 응축기
210 : 직접 응축부 220 : 펌프부
230 : 메인저장부 240 : 간접 응축부
250 : 제1 간접응축부 255 : 제1 저장부
260 : 제2 간접응축부 265 : 제2 저장부

Claims (9)

  1. 바이오매스의 급속 열분해 반응이 발생하는 급속 열분해 반응기, 및 상기 급속 열분해 반응기로부터 발생한 열분해 가스가 유입되어 바이오 원유를 생성하는 응축기를 포함하며, 상기 응축기는,
    상기 열분해 가스에 응축액을 직접 분사하여 상기 열분해 가스를 응축하여 상기 바이오 원유를 1차적으로 생성하는 직접 응축부; 및
    상기 직접 응축부에 연결되어, 상기 직접 응축부에서 응축되지 않은 열분해 가스를 응축통로를 통과시키며 응축하여 상기 바이오 원유를 2차적으로 생성하는 간접 응축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 간접 응축부는 적어도 하나 이상으로 연결되어, 이전 간접 응축부에서 응축되지 않은 열분해 가스를 추가로 응축하여 상기 바이오 원유를 생성하는 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 응축액은 기 생성된 바이오 원유인 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 직접 응축부는,
    상기 열분해 가스에 상기 응축액이 분사되는 메인 응축통로;
    상기 메인 응축통로로 상기 응축액을 분사하는 펌프부; 및
    상기 메인 응축통로에서 응축되어 생성된 바이오 원유가 저장되며, 상기 저장된 바이오 원유를 상기 펌프부로 공급하는 저장유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 직접 응축부는 상기 저장유닛과 연결되어 상기 저장유닛의 저장량을 초과하는 바이오 원유를 저장하는 메인 저장부를 더 포함하며,
    상기 저장유닛은 내부에 냉각로가 형성되어 상기 바이오 원유를 냉각하는 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 간접 응축부의 응축통로에는 상기 열분해 가스가 통과하는 복수의 증기배관들이 배열되며, 상기 증기배관들의 외부에 냉각액이 채워진 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 간접 응축부는 저장부를 포함하여, 상기 간접 응축부에서 응축된 바이오 원유가 저장되는 것을 특징으로 하는 바이오 원유 제조시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 급속 열분해 반응기의 내부로 상기 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급기;
    상기 급속 열분해 반응기 내부로 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기;
    상기 급속 열분해 반응기에 상기 바이오매스의 급속 열분해를 위한 열을 제공하는 가열기;
    상기 급속 열분해 반응기의 하부에 축적된 상기 유동사 및 촤를 상기 급속 열분해 반응기의 외부로 이송하는 이송기; 및
    상기 이송기에 의해 이송된 상기 촤는 연소시키고 상기 유동사는 상기 유동사 공급기로 순환 공급하는 순환 유동층 연소기를 더 포함하는 바이오 원유 제조시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 순환 유동층 연소기와 연결되어, 상기 촤의 연소 가스 및 상기 유동사를 분리하여 상기 유동사를 상기 유동사 공급기로 공급하는 유동사 분리기; 및
    상기 유동사 분리기로부터 분리된 연소 가스의 열에너지를 이용하여 외부 공기와의 열교환을 수행하는 열교환기를 더 포함하는 바이오 원유 제조시스템.
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