KR20160018463A - 로터리 마찰 드라이어 및 그 사용 방법 - Google Patents

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로버트 엘 하이만
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엔지누이티 월드와이드, 엘엘씨
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Abstract

로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기와 이의 사용 방법이 제공된다. 로터리 마찰 드라이어는, 일반적으로, 입구 스테이지, 출구 스테이지, 상기 입구와 출구 스테이지를 분리하도록 위치되는 감압 구역, 다단 압축 스크류, 상기 스크류에 접속되는 혼합 수단, 상기 감압 구역에 위치되는 적어도 하나의 배기 벤트, 및 상기 출구 스테이지에 위치되는 적어도 하나의 토출 아웃렛을 포함한다. 상기 입구 스테이지는 흡입 쓰로트를 포함하고 각각의 스테이지(입구 및 출구)의 온도는 제어가능하다.

Description

로터리 마찰 드라이어 및 그 사용 방법{ROTARY FRICTION DRYER AND METHOD OF USE}
본 개시는 재생 가능한 에너지 소스(source)에 관한 것으로, 특히, 화석 연료에 의존하지 않으며, 또한 대기 중으로의 "온실 가스"인 이산화탄소의 방출을 저감하는 자원(resources)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 연소 가능한 바이오매스를 형성하는 제조 프로세스들에 관한 것으로, 이러한 바이오매스로는, 건조 또는 구워진 바이오매스: 바이오숯(biochar); 목초(wood vinegar)(예컨대, 목초산), 카본, 또는 바이오-프로덕트 재료들이 포함되지만 이에 한정되지 않는다.
본 란에서의 설명은 본 개시에 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이며 종래 기술을 구성하는 것은 아니다. 바이오매스 재료들을 건조 및/또는 가스화하기 위한 로터리 스크류 방법들은 단순히 마찰력을 이용하여 전체 스크류 길이에 걸쳐서 바이오매스를 연속적으로 압축하고, 압축 구역으로 알려진 좁은 개구를 통해 추가적인 압축을 가한다. 이들 마찰력에 의해 발생된 열은 바이오매스를 건조시키기에 적절하거나 또는 상기 프로세스는 연속적인 방식으로 가스화하도록 조정될 수 있다. 현재 설계되고 운용되고 있는 것과 같이, 이들 로터리 스크류 드라이어들은 폭발성이 있고, 격렬하고, 불완전하고, 다루기 힘든 부분이 있지만, 건조, 부분 열분해, 열분해 및 가스화에 소요되는 비용이 저렴하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 형태로서, 입구 스테이지, 출구 스테이지, 상기 입구와 출구 스테이지를 분리하도록 위치되는 감압 구역, 다단 압축 스크류, 상기 스크류에 접속되는 혼합 수단, 상기 감압 구역에 위치되는 적어도 하나의 배기 벤트, 및 상기 출구 스테이지에 위치되는 적어도 하나의 토출 아웃렛을 포함하는 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기가 제공된다. 상기 입구 스테이지는 흡입 쓰로트(throat)를 포함하고 각각의 스테이지(입구 및 출구)의 온도는 제어 가능하다. 상기 감압 구역의 온도 역시 제어 가능하게 할 수 있다. 상기 다단 압축 스크류의 일부는 상기 입구 스테이지, 상기 감압 구역 및 상기 출구 스테이지에 있다. 선택적으로, 상기 감압 구역에 위치되는 상기 적어도 하나의 배기 벤트는 진공 시스템에 접속되게 할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 상기 로터리 마찰 드라이어는 상기 출구 스테이지에 상기 토출 아웃렛에 접속되는 후냉각 장치(aftercooling device)를 더 포함한다. 상기 후냉각 장치는 상향 토출 아웃렛 및 하향 토출 아웃렛의 양방을 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 상기 혼합 수단은 상기 스크류의 쓰레드(threads)에 위치되는 1개 이상의 작은 핀을 포함한다. 상기 작은 핀은 상기 쓰레드의 깊이의 2% 정도 내지 98% 정도와 동등한 길이를 가질 수 있다. 상기 작은 핀들은 상기 감압 구역 내인 상기 스크류 부분에 위치될 수 있다.
본 개시의 다른 형태로서, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법은, 본 개시에 설명된 바와 같은 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기를 제공하는 단계; 바이오매스를 형성하도록 상기 입구 스테이지 내로 물, 고형물 및 화학물질의 혼합물을 공급하는 단계; 상기 바이오매스가 상기 감압 구역 내로 상기 입구 스테이지를 거쳐 진행함에 따라 상기 바이오매스를 혼합하고 가열시킴으로써, 가공된 재료를 형성하는 단계; 수증기가 상기 감압 구역에 위치되는 배기를 통해 스팀으로서 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계; 상기 가공된 재료가 상기 감압 구역으로부터 상기 출구 스테이지 내로 진행함에 따라 상기 가공된 재료를 더 혼합하고 가열시키는 단계; 상기 화학물질 및 고형 재료가, 상기 출구 스테이지에 위치되는 상기 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계; 및 상기 화학물질 및 상기 고형 재료 중 적어도 하나를 수집하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 상기 방법은 상기 감압 구역에 위치되는 상기 배기를 통한 수증기의 제거를 돕도록 진공을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트 바로 위에 커뮤테이션 밀(commutation mill)을 배치하는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 진동 피더(vibratory feeder)를 사용하여 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트에 대한 피드 레이트(feed rate)를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 상기 입구 스테이지에서의 온도는 상기 바이오매스의 발화 온도 아래로 유지된다. 상기 출구 스테이지로부터 제거될 당시 상기 고형 재료는 드라이 바이오매스, 부분적으로 가열건조된 바이오매스(partially torrefied biomass), 구워진 바이오매스(roasted biomass), 바이오숯(biochar) 및 카본 중 하나이다. 상기 로터리 마찰 드라이어에서 배출되는 상기 고형 재료는, 상기 고형 재료의 온도를 그 점화 온도 아래로 감소시키는 것을 돕도록 설계된 오거 시스템(auger system) 내에 놓인다.
상기 물 및 고형 재료로부터 분리되는 상기 화학물질은 타르, 오일 및 목초(wood vinegar) 중 하나 이상이다. 상기 화학물질은 상기 후냉각 장치에서의 상기 상향 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나오도록 되고, 상기 고형 재료는 상기 후냉각 장치에서의 상기 하향 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 드라이어를 빠져나오도록 된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 본원에 기재된 방법에 따라 분리되고 수집된 화학물질 또는 고형 재료는 저장되거나 다양하게 적용되어 사용된다.
본원에서 제공되는 설명으로부터 적용 가능성의 추가 영역이 분명하게 될 것이다. 본 설명 및 특정 실시예들은 설명을 목적으로 한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
본 개시를 보다 잘 이해하기 위해서, 이하 첨부 도면들을 참조하여 예로서 주어진 그 각종 형태들을 설명한다.
도 1은 본 개시에 따라서 조립된 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기의 개략도이며, 도 2는 본 개시의 교시에 따라 물, 고형 재료 및 화학물질들의 혼합물을 분리하는 프로세스 또는 방법의 흐름도이다.
본 명세서에서 설명하는 도면은 단지 설명을 위한 것이며, 본 개시의 범위를 어떤 식으로든 한정하려 의도하는 것이 아니다.
이하의 설명은 본질상 예시적인 것일 뿐이며, 본 개시, 적용 또는 이용을 제한하려 하는 것이 아니다. 본 개시의 로터리 마찰 드라이어는, 2006년 12월 6일 공표된 "우드 가스화 장치(Wood Gasification Apparatus)"라는 명칭의 미국특허 제 7,144,558호와, "로터리 바이오매스 드라이어(Rotary Biomass Dryer)"라는 명칭의 미국특허 제8,667,706호에 기재된 우드 가스화 장치를 개선한 것에 해당하며, 상기 특허문헌의 내용은 그 전체가 본원에 원용된다.
본 개시의 일 양태에 따르면, 본 개시에 따라 설계되고 동작되는 로터리 스크류 드라이어는, 감압 구역에 의해 분리된 2단 스크류의 부가에 의하여 목초 증기로부터 수증기를 분리하는 수단을 제공할 수 있다. 도 1을 참조하면, 로터리 스크류 드라이어(1)의 감압 구역(20)이 피드(입구)(10) 스테이지의 흡입 쓰로트(15)와 출구(30) 스테이지에서의 배기 벤트(35) 사이의 임의의 개소에 위치될 수 있으며, 대안으로서, 피드와 출구 사이의 대략 중간에 위치될 수 있다. 이 감압 구역(20)은 또한 프로세스가 바이오매스로부터 스팀으로서 수분을 축출함에 따라, 바렐(barrel)(3)에서의 외부 포트(25)를 통한 스팀의 배기를 위해 스크류(7)를 죽 따라서 위치하게 될 것이다. 감압 구역(20)으로 진입하기 전의 프로덕트 온도는 바이오매스의 발화 온도 아래인 것이 바람직하다. 바이오매스로부터 빠져나오는 스팀은 로우 엔드(low end) 휘발성 재료의 어떤 혼합물을 포함하거나 포함하지 않을 수 있는데, 이 스팀은 스팀 팽창에 의해 작동되는 자연 통풍에 의하거나 또는 진공에 의해 도움을 받아 토출될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 본 개시의 다른 양태에 따라, 현재의 설계는 열처리, 및/또는 굽거나 가스화 없이 바이오매스의 일부가 통과하는 것을 허용하므로, 스크류(7)에 혼합 수단이 부가될 수 있다. 혼합 수단은, 피드 쓰레드(9)의 뿌리에 균일하게 이격되거나 간헐적으로 그리고 그 직경 둘레에 레이디얼하게 또는 랜덤하게 위치되는 작은 핀(40)이거나 또는 바이오매스 재료의 혼합을 제공하는 것이 목적인 다른 혼합 수단일 수 있다. 작은 핀(40)들은 사이즈에 있어서 스크류 쓰레드 깊이(d)의 2% 정도 내지 98% 정도의 범위일 수 있다. 혼합 장치는 전체 스크류의 길이를 따라 어디에라도 위치될 수 있다. 혹은, 혼합 장치는, 기체의 재료를 벤팅(venting)하거나 벤팅하는 일 없이, 감압 구역에 혼합 수단이 있도록 위치된다.
로터리 마찰 드라이어에서 이 혼합 수단의 설계 및 사용은, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기에 대한 기존의 설계에 대해 2가지 혜택을 제공한다. 이들 혜택은 1) 오프 가스(off-gases)의 바람직하지 못한 혼합과 2) 바이오매스의 비균일한 열처리를 감소시키거나 제거하는 것을 포함한다. 본 개시의 건조 프로세스는 증기에 대해 2가지 출력을 포함할 수 있는데, 1) 첫째는 대부분 스팀이고, 2) 둘째는 대부분 스팀이 없고, 목초 증기가 지배적인 것이다. 이에 대한 대안으로, 로터리 마찰 건조/가스화 프로세스에서 생성되는 모든 기상/증기 혼합물이 출력될 수 있는데, 그 출력부에 기화된 출력물들로부터 가치있는 스트림들(streams)을 분리해 내는 수단이 접속되어 있을 수도 있다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 후냉각 장치 및 프로세스의 이용을 통해 로터리 마찰 드라이어로부터 고형물 및 증기/가스들이 토출된다. 이 프로세스는, 다른 무엇보다도, 드라이 바이오매스, 부분적으로 가열건조된 바이오매스(partially torrefied biomass), 구워진 바이오매스(roasted biomass), 바이오숯(biochar) 및 카본을 포함하는, 다양한 가치있는 고형 재료를 생산해 낼 수 있다. 이 프로세스로부터의 기상/증기 프로덕트들은 스팀, 수증기, 물, 타르, 오일 및 목초를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
목초는 아세트산, 메탄올, 아세톤, 우드 오일(wood oil) 및 타르를 함유하는 바이오매스의 열분해에 의해 형성되는 적갈색의 열분해 액체(목초산)이다. 목초는 미생물의 증식을 증가시키고, 식물 성장을 유도하는 효과를 가진 것으로 보고되어 있다. 목초는 비료도 아니고 농약도 아니지만, 식물 및/또는 토양에 대해 올바르게 적용되었을 때, 비료의 흡수를 향상시키고, 여러 가지 식물 질병에 의해 받는 손상을 감소시킨다. 또한, 목초는 뿌리박음을 향상시키고, 미생물학적 개체군의 균형을 유지하고, 질병을 지닌 토양의 경향을 감소시키고 이것이 근계(root system)의 활력을 증대시켜 영양분이 보다 양호하게 흡수되도록 한다. 추가적으로, 특정 희석 농도에 있어서는, 목초는 계면 활성제 특성을 지녀서 물의 흡수가 3분의 1만큼 증가될 수 있고, 이것은 식물이 물을 보다 쉽게 흡수할 수 있음을 의미한다.
일 실시형태에서, 본 개시에 따른 로터리 마찰 드라이어는 압축 구역 직후에 상향 토출 튜브 및 하방으로 면하는 토출 튜브의 양방을 갖고 배치되는 후냉각 장치를 포함한다. 출력의 상향 및 하향 배향은 상향 출력을 통한 기상 재료의 이동과, 하향 출력을 통한 고형물의 이동을 허용한다. 그러나 압축 구역의 출구에서 고형물로부터 가스를 분리하는 2가지 재료를 임의의 각도로 배향시키는 것이 가능하다. 대안으로서, 가스의 유동을 하향으로 하고 고형물의 유동을 상향으로 반전하기 위해 상기 설계에 진공이 포함될 수도 있다. 당업자라면, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고서, 물리적 상(phase)을 분리(고형물로부터 가스/증기)하는 임의의 수단, 및 임의의 여러 가지 토출 각도가 상정될 수 있음을 이해할 수 있다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 취급되는 바이오매스가 건조되거나 부분적으로 열분해되거나, 또는 완전히 열분해될 수 있다. 건조되거나 열분해된 바이오매스는 깃이 달린(flighted) 압축 스크류로부터 증기 및 가스에 대한 일 섹션과 고형 토출물에 대한 하나의 파티션 섹션을 갖는 티(tee) 내로 토출될 수 있다. 고형물 토출 섹션은 고형물 토출 수단의 주위 부근에 배치된 하나 이상의 냉각 장치를 갖고 구성된다. 당해 토출부가 튜브 형상일 경우, 냉각 장치는 튜브 둘레에 레이디얼(radial)하게 배치된다. 논-레이디얼(non-radial) 토출에 있어서, 하나 이상의 냉각 장치는 주위 부근에 간헐적으로 배치된다. 바이오매스 냉각 장치는 물안개(water mist), 스팀 스프레이, 스프레이 노즐, 액체 CO2로부터 만들어지는 드라이아이스 플레이킹 노즐(flaking nozzle), 냉각 및/또는 포화 미디엄으로서 목초를 재도입시키는 노즐 또는 CO2 노즐일 수 있다.
본 개시의 또 다른 양태에 따르면, 고형의 출력물 토출 파이프가 오거의 기원 포인트(origination point)에서 수용 빈(bin) 또는 호퍼에 축적하여 소정 각도로 배향(수평으로부터 5-75°)된 종래의 재료 오거로 들어간다. 호퍼 또는 빈이 시일링되어 기상(gaseous)의 에어 락(air-lock) 수단을 제공하는데, 왜냐하면 CO2가 산소보다 2배 무겁기 때문이다. 이 설계는 로터리 에어 락을 합체시키는 디테일 및 비용을 줄일 수 있다. 그러므로 풍부한 CO2의 공급으로, 오거뿐만 아니라 고형 토출 포인트 및 수용 호퍼 밖으로도 모든 산소가 토출된다.
이어서, 바이오매스 재료는, 양방 모두가 유체를 순환시키고 열을 제거하는 액체 칠러(chiller) 및 펌프에 접속될 수 있는, 재킷형 오거 하우징 및/또는 중공의 플라이트(flight) 냉각 스크류에 의해 부가적인 냉각이 얻어질 수 있는 오거를 거쳐 이동된다. 혹은, 오거 스크류가 슈라우드(shroud) 내에 포함될 수 있고 당해 슈라우드를 통과하는 냉각 공기 또는 양방의 냉각 수단의 조합이 후냉각 시스템에 영향을 주도록 이용될 수 있다. 오거 샤프트의 혼합 핀들이 냉각을 향상시킬 수 있다. 또한, 후냉각 시스템은 바이오매스의 온도를 그 점화 온도 아래로 안전하게 감소시키는 다른 설계를 포함할 수도 있다. 후냉각 시스템은, 선택적으로, 로터리/가스화기로부터 분리되도록 또는 일직선으로 놓이거나, 또는 서로 합체될 수 있다.
토출 루트를 따른 임의의 편리한 위치에서 탈출하는 바이오매스 상에 목초가 스프레이되고, 이에 의해서 다른 어떤 특성보다도, 연료 특성 또는 개선된 바이오숯 배양 특성을 나타내는 제품을 얻을 수 있다.
대안적으로, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기는, 압축 구역 내로, CO2, 질소, 수소 또는 스팀을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 활성 가스, 증기, 또는 다른 재료를 분사하는 수단을 포함할 수 있다. 이 가스 또는 증기는 인 시추(in situ) 활성 탄소 및/또는 활성 바이오 숯을 만들어낼 수 있는 화학적 활성화제(chemical activator)로서 작용할 것이다.
본 개시의 다른 양태에 따르면, 얻어지는 고형 토출 재료의 가공성을 개선하고 향상시키기 위해서, 로터리 마찰 드라이어는 또한, 2차 연마 수단, 즉 인 시추 입자 사이즈 저감을 행할 수 있다. 로터리 마찰 드라이어가 가스화기(gasifier)로서 사용되는 경우, (다른 여러 배향 중에서도 아마도 하방으로 향하는) 고형 토출물은, 애쉬(ash)로도 불리는 완전히 열분해된 바이오매스의 제거를 가능하게 한다. 이 애쉬는 물에 의해 냉각될 수 있고, 및/또는 불잉걸(ember 타다 남은 재)이 남지 않도록 분쇄되고, 저장을 위해 운반되거나 다른 곳으로 이송될 수 있다.
선택적으로, 압축 스크류의 균일한 피딩(feeding)을 가능하게 하기 위해서, 로터리 스크류 마찰 드라이어 또는 가스화기의 흡입 쓰로트(intake throat) 바로 위에 커뮤테이션 밀(commutation mill)이 배치될 수 있다.
본 개시의 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기의 다른 양태는 가치있는 목초 재료를 응축하는 수단을 제공하는 것이다. 이와 관련하여, 로터리 마찰 가스화기 또는 드라이어의 가스 증기 토출부에 튜브 또는 파이프가 부착될 수 있다. 이 튜브 또는 파이프는 증기가 냉각될 때 그 증기를 운반하기 위해 사용되고, 이에 의해서 목초 증기를 응축시킨다. 튜브 또는 파이프는 상향 또는 하향으로 면하거나 또는 적절한 응축을 위해 제공되는 임의의 적합한 각도가 그 사이에 있을 수 있다. 상향으로 면하는 설계에 있어서, 튜브 또는 파이프의 밑면에 제공되는 구멍은 액체 응축물이 수집 장치 내로 유동하도록 허용한다. 하향으로 면하는 구성에서, 액체 응축물은 중력에 의해 수집 장치 내로 유동할 것이다. 수집되어진 응축물은 하나에서 상이한 비중을 갖는 다수의 프랙션/성분(fractions/constituents)으로 이루어진다. 침강 탱크(settling tank)의 합체는 상기 프랙션들이 분리되도록 할 것이다. 상이한 프랙션들을 분리하는 것을 허용하도록 침강 탱크로 응축물을 이전하는데 임의의 펌프 메커니즘이 이용될 수 있다. 상이한 프랙션들로의 응축물의 분리를 촉진하는 것이 바람직할 경우, 성분들의 분리를 촉진하도록 당해 응축물이 원심력을 받을 수 있다. 추가로, 튜브 또는 파이프는 목초 증기를 포함하는 가스/증기 재료의 응축을 향상시키도록 냉각 수단과 함께 이용될 수 있다. 냉각 수단은 튜브/파이프 둘레의 재킷형 하우징(jacketed housing)일 수 있거나 또는 냉각 미디엄 또는 재료로 충진된 플렉시블 배관으로 간단하게 둘러싸일 수 있다.
바렐(barrel)/노즐 설계와 결합된, 로터리 바이오매스 드라이어에서 이용되는 압축 스크류는 스팀을 만들어냄으로써 수분과 결합되지 않은 가스뿐만 아니라 수분과 결합된 가스를 배기하는 수단을 제공한다. 오버피딩(overfeeding)은 압축 스크류의 플러깅(plugging)과 재앙적인(catastrophic) 락업(lock-up)을 형성하여 메커니즘에 손상을 초래하기 때문에, 이 설계의 근본적인 제어 양상은 원료의 균일한 피드 레이트이다. 대안적으로, 언더피딩은 메커니즘의 불안정한 온도 프로파일 및 재료의 일관되지 못한 프로세싱을 형성할 수 있다. 그러므로, 균일한 피드 레이트를 제공하는 수단을 개시한다. 그 장치는 가변 컨트롤러, 가변 피드 레이트 컨트롤러를 구비한 벨트, 및 조정가능한 피드 게이트를 구비한 중력 유동 피더를 구비한 오거를 사용할 수 있다. 재료를 피딩하는 일 바람직한 방법은 바이브레이터 피더(vibrator feeder)인데, 왜냐하면 바이브레이터 피더 효율은 모든 형태의 습식(wet) 및 건식(dry) 재료에 대해 일관되고 제어된 피드 레이트를 제공함이 잘 입증되었기 때문이다.
이제 도 2를 참조하면, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기를 제공하는 단계(110); 바이오매스를 형성하도록 상기 입구 스테이지 내로 물, 고형물 및 화학물질의 혼합물을 공급하는 단계(120); 상기 바이오매스가 상기 감압 구역 내로 상기 입구 스테이지를 거쳐 진행함에 따라 상기 바이오매스를 혼합하고 가열시킴으로써, 가공된 재료를 형성하는 단계(130); 수증기가 상기 감압 구역에 위치되는 배기를 통해 스팀으로서 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계(140); 상기 가공된 재료가 상기 감압 구역으로부터 상기 출구 스테이지 내로 진행함에 따라 상기 가공된 재료를 더 혼합하고 가열시키는 단계(150); 상기 화학물질 및 고형 재료가, 상기 출구 스테이지에 위치되는 상기 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계(160); 및 상기 화학물질 및 상기 고형 재료 중 적어도 하나를 수집하는 단계(170)를 포함하는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법(100)이 제공된다. 선택적으로, 상기 방법은 상기 감압 구역에 위치되는 상기 배기를 통한 수증기의 제거를 돕도록 진공을 인가하는 단계(190)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 상기 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트 바로 위에 커뮤테이션 밀을 배치하는 단계(180)를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 진동 피더(vibratory feeder)를 사용하여 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트에 대한 피드 레이트를 제어하는 단계(185)를 더 포함할 수 있다. 수집된 고형 재료는 상기 고형 재료의 온도를 그 점화 온도 아래로 감소시키는 것을 돕도록 설계된 오거 시스템 내에 놓일 수 있다(200).
본 발명은 형태, 수분 함수량(moisture contents) 및 물리적 형상이 다른 다양한 그룹의 가공된 재료를 가공하는데 이용될 수 있다. 본 발명은 다른 무엇보다 옥수수, 대두, 밀, 수수, 바가스(bagasse), 귀리, 건식 증류 주정박(dry distillers grains; DDGs)을 포함하는 곡물 및 다른 농업 재료를 가공하는데 이용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 어떤 경우에, 본 발명의 로터리 바이오매스 드라이어는 곡물 및/또는 DDGs 및/또는 바이오매스의 혼합물을 가공하여 원하는 최종 프로덕트에 이르는 효율적인 생산 공정을 달성하도록 이용될 수 있다. 목초 응축기는 후속하는 재사용을 위해 컨테이너 내로 목초를 드레인하도록 이용되는, 액랭식 사이클론 또는 일련의 냉각된 파이프들에서 상방으로 향하는 증기를 포획한다. 이 프로세스의 목초는, 조작된 연료를 위한 BTU 부스터로서, 바이오매스 연료로서, 버그 스프레이, 식물 성장 증진제, 살충제, 우드 킬러, 항진균제 재료로서의 사용을 포함하지만, 이에 한정되지 않는, 다수의 상이한 애플리케이션에서 이용될 수 있다. 이들 이로운 이용은, 수용액에 있어서 물에 대한 목초의 비율을 변경함으로써 달성될 수 있다. 또한, 목초는 바이오숯에 대한 부가적인 포화제(saturate)로서 이용될 수 있는데, 바이오숯은 이 발명을 이용한 연속적인 프로세스에서 얻어지거나 2단계의 프로세스로서 얻어질 수 있다. 목초와 바이오숯의 조합은, 농업 또는 원예 용도에 있어 혜택을 주는, 이 프로세스에 의해 얻어지는 프로덕트이다.
본 개시에 따라 설계되고 동작되는 로터리 마찰 드라이어로부터의 고형 토출물이 수집되어 시험된다. 고형 토출물은 구워진 옥수수 대(corn stover)를 체적으로 200cc, 구워진 하드우드를 체적으로 20cc, 총 체적에 기초하여 ½% 바인더, 및 8 밀리리터의 NaOH로 이루어짐을 알았다. 이 고형 토출물을 혼합하고 110℃의 온도에서 2" 다이(die) 내에 둔다. 이 다이를 유압 프레스를 사용하여 재료 리퓨절(material refusal)까지 압축한다(35 톤).
본 개시의 로터리 마찰 드라이어에 노출되지 않은 종래의 재료 펠릿에 대해 상기한 고밀화된 퍽(puck)을 비교하는 퀵 워터 테스트(Quick Water Test)를 이용하여, 고밀화된 재료를 시험한다. 이 종래의 재료 펠릿은 2 방울의 물을 즉시 흡수하고 부풀어서 완전히 연질의 재료인 (로터리 마찰 건조가 없는) 8㎜ 스토버 펠릿을 포함한다. 본 개시의 2" 퍽은 물방울의 즉각적인 비딩(beading)을 포함하지만 그 물을 서서히 흡수한다. 본 개시의 2" 퍽은 물 침지조(immersion bath) 내에 놓이고 그 밀도가 40lbs/ft3보다 크기 때문에 가라않는 것이 관찰된다.
본 발명은, 예로서 설명 및 도시된 각종 형태들로 제한되지 않음을 알아야 한다. 많은 다양한 변경예들이 설명되어 있으며 당업자의 지식의 일부이다. 이들 및 다른 변경예들은, 본 특허 및 본 개시의 보호 범위를 벗어나지 않고서, 기술적 균등물에 의한 임의의 치환물과 함께, 상기 설명과 도면들에 부가될 수 있다.

Claims (16)

  1. 입구 스테이지 및 출구 스테이지;
    상기 입구 및 출구 스테이지를 분리하도록 위치되는 감압 구역;
    상기 입구 스테이지, 감압 구역 및 출구 스테이지에 그 일부가 있는 다단 압축 스크류;
    상기 스크류에 접속되는 혼합 수단;
    상기 감압 구역에 위치되는 적어도 하나의 배기 벤트; 및
    상기 출구 스테이지에 위치되는 적어도 하나의 토출 아웃렛을 포함하고,
    상기 입구 스테이지는 흡입 쓰로트를 포함하고 각각의 스테이지의 온도는 제어 가능한 것인, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출구 스테이지에 상기 토출 아웃렛에 접속되는 후냉각 장치(aftercooling device)를 더 포함하는, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 혼합 수단은 상기 스크류의 쓰레드에 위치되는 1개 이상의 작은 핀이고; 상기 작은 핀은 상기 쓰레드의 깊이의 2% 내지 98%와 동등한 길이를 갖는, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 작은 핀들은 상기 감압 구역 내인 상기 스크류의 일부 상에 위치되는, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감압 구역에 위치되는 상기 적어도 하나의 배기 벤트는 진공 시스템에 접속되는, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 후냉각 장치는 상향 토출 아웃렛 및 하향 토출 아웃렛의 양방을 포함하는, 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기.
  7. 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법으로서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 로터리 마찰 드라이어 또는 가스화기를 제공하는 단계;
    바이오매스를 형성하도록 상기 입구 스테이지 내로 물, 고형물 및 화학물질의 혼합물을 공급하는 단계;
    상기 바이오매스가 상기 감압 구역 내로 상기 입구 스테이지를 거쳐 진행함에 따라 상기 바이오매스를 혼합하고 가열시킴으로써, 가공된 재료를 형성하는 단계;
    수증기가 상기 감압 구역에 위치되는 배기를 통해 스팀으로서 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계;
    상기 가공된 재료가 상기 감압 구역으로부터 상기 출구 스테이지 내로 진행함에 따라 상기 가공된 재료를 더 혼합하고 가열시키는 단계;
    상기 화학물질 및 고형 재료가, 상기 출구 스테이지에 위치되는 상기 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나가도록 허용하는 단계; 및
    상기 화학물질 및 상기 고형 재료 중 적어도 하나를 수집하는 단계
    를 포함하는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 입구 스테이지에서의 온도는 상기 바이오매스의 발화 온도 아래인, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 감압 구역에 위치되는 상기 배기를 통한 수증기의 제거를 돕도록 진공을 인가하는 단계를 더 포함하는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출구 스테이지로부터 제거될 때 상기 고형 재료는 드라이 바이오매스, 부분적으로 가열건조된 바이오매스(partially torrefied biomass), 구워진 바이오매스(roasted biomass), 바이오숯(biochar) 및 카본 중 하나인, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 물 및 고형 재료로부터 분리되는 상기 화학물질은 타르, 오일 및 목초(wood vinegar) 중 하나 이상인, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학물질은 상기 후냉각 장치에서의 상기 상향 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나오도록 허용되고, 상기 고형 재료는 상기 후냉각 장치에서의 상기 하향 토출 아웃렛을 통해 상기 로터리 드라이어를 빠져나오도록 허용되는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  13. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터리 마찰 드라이어를 빠져나올 때 상기 고형 재료는, 상기 고형 재료의 온도를 그 발화 온도 아래로 감소시키는 것을 돕도록 설계된 오거 시스템(auger system) 내에 놓이는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트 바로 위에 커뮤테이션 밀(commutation mill)을 배치하는 단계를 더 포함하는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  15. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    진동 피더(vibratory feeder)를 사용하여 로터리 스크류 마찰 드라이어의 흡입 쓰로트에 대한 피드 레이트를 제어하는 단계를 더 포함하는, 물, 고형 재료 및 화학물질의 혼합물을 분리하는 방법.
  16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 분리되고 수집된, 화학물질 또는 고형 재료.
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