KR20160022191A - 바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법 - Google Patents

바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법 Download PDF

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최영찬
김정근
홍재창
박세준
배종수
이영주
박주형
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한국에너지기술연구원
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Abstract

본 발명은 초본계 또는 목질계 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 전처리 공정 후에 생성되는 리그닌 폐액 또는 당화공정 후에 생성되는 당을 활용한 석탄과 고형 바이오매스, 리그닌 폐액 또는 당을 혼합하고 그래뉼 형태로 만든 후 건조 및 탄화 공정을 거쳐 밀도와 발열량을 향상시킨 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법으로서 저급탄의 수송시 발생되고 분진발생, 자연발화, 수분 재흡착 등의 문제를 해결할 수 있다.

Description

바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법{Hyophobic coal-biomass granule type mixed fuel, apparatus and manufacturing method thereof using biomass ethanol process }
본 발명은 바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초본계 또는 목질계 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 전처리 공정 후에 생성되는 리그닌 폐액 또는 당화공정 후에 생성되는 당을 활용한 석탄과 고형 바이오매스, 리그닌 폐액 또는 당을 혼합하고 그래뉼 형태로 만든 후 건조 및 탄화 공정을 거쳐 밀도와 발열량을 향상시킨 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 지속적으로 상승하는 유가와 원자력 에너지의 안정성에 대한 불신 등의 원인으로 에너지원으로서의 석탄에 대한 관심이 다시 고조되고 있다. 그러나 석탄은 화석연료 중 이산화탄소 발생량이 가장 많은 것으로서 지구 온난화 문제를 감안하면 경쟁력이 취약한 에너지원인 셈이다. 따라서 현재 에너지원으로서 세계적으로 이슈화 되고 있는 것 중에 신재생에너지의 이용 및 보급을 들 수 있는데, 이는 기존의 석유, 석탄 등 화석연료에 비하여 이산화탄소의 배출이 저감되어 지구온난화 및 기후변화에 대응할 수 있는 에너지원으로서 각광받고 있기 때문이다. 그러나 국내에서는 아직까지 태양광 또는 풍력 등의 신재생에너지원을 발전용 또는 난방용으로 사용하는 경우에는 화석연료와 비교하면 발전단가 등의 차이로 인하여 획기적인 이용 및 보급이 제한적인 상황이었다.
우리나라도 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 신재생에너지 의무할당제가 거론되기 시작한 이래 2012년부터 신재생에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standard; RPS)가 도입됨으로써 에너지 사업자들에게는 부담으로 작용하는 것이 사실이다.
이에 따라 발전사에서는 석탄의 이산화탄소 발생을 감축시키는 노력으로 석탄가스화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC) 및 바이오매스(bio-mass) 혼소 등을 시도하고 있지만, IGCC는 기존의 석탄 화력 발전시설을 이용할 수 없고, 1기당 약 1조 3천억원 규모의 막대한 건설비용이 필요하며, 이산화탄소 처리를 위하여 이산화탄소 포집 및 저장설비(Carbon Capture and Storage; CCS)를 추가로 설치해야 하는 기술로서 경제적인 부담이 매우 크다.
그리고 바이오매스 혼소의 경우에는 석탄에 비하여 상대적으로 낮은 발열량의 바이오매스를 연소함에 따른 발전효율 감소 등의 문제점을 안고 있다. 즉 단순히 석탄과 오일계 바이오매스를 혼합시킨 연료의 경우, 석탄의 표면이 오일로 코팅되거나 기공 안으로 오일이 함침된다. 하지만 오일자체의 낮은 표면장력 및 오일계 바이오매스와 석탄 표면의 결합력 부족으로 각각의 연료, 즉 석탄과 바이오매스가 각각 기존의 연소 특성을 유지하고 결국 다른 연소 특징을 보이게 된다. 이를 발전소에 적용 시 버너 앞부분에서 오일의 저온 연소 패턴으로 인하여 산소가 우선적으로 과잉 소모하게 되고, 이는 결국 석탄의 연소를 저해하여 미연소탄소(unburned carbon)의 양이 증가하게 되며 발전 효율을 감소시키게 된다.
한국공개특허 제2012-0077991호에서는 내부에 분말화된 셀룰로오스계 바이오매스 시료와, 산 또는 알카리 용액 및 이산화탄소가 투입되어 고온 고압 하에서 반응이 이루어지는 반응조; 상기 반응조의 하단에 설치되고, 내부가 저온 저압 조건으로 유지되는 분리조; 상기 반응조와 분리조 사이에 설치되어, 반응조에서 생성된 고온 고압의 반응물을 분리조의 내부에 저온 저압으로 분출시켜 탄수화물를 분리할 수 있는 미세노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 에탄올 발효용 기질 생산을 위한 전처리 장치가 개시되어 있다.
한국등록특허 제10-1171922호에서는 탄수화물-함유 재료를 제조 및 처리하여 그들의 구조를 변화시키는 방법, 및 구조적으로 변화된 재료로부터 만들어진 생성물에 관한 것으로 예를 들어, 천연 재료에 비해서 보다 낮은 분자량 및/또는 결정화도를 지닌 셀룰로스 및/또는 리그노셀룰로스 재료를 제공하고 각종 미생물에 의해 더욱 쉽게 이용되어 유용한 생성물, 예컨대, 수소, 알코올(예컨대, 에탄올 혹은 뷰탄올), 유기산(예컨대, 유기산), 탄화수소, 부산물(예컨대, 단백질) 혹은 이들의 임의의 혼합물을 생성할 수 있는 재료를 제공하는 시스템을 개시하고 있다.
일본공개특허 제2011-205933호에서는 바이오매스(biomass)로부터 효소를 이용해 당화액을 제조하는 방법이며, 소수성의 유기용매(organic solvent)가 존재하는 반응 용매(reaction solvent) 중 , 바이오매스(biomass) 및 효소를 첨가해 교반하는 것으로써, 상기 바이오매스(biomass) 중의 다당류를 보다 저분자의 당류에 가수분해(hydrolysis)하는 분해 스텝과 필요하게 보다 상기 분해 스텝의 최종 단계(final stage)로 상기 반응 용매(reaction solvent) 중 수계 용매를 첨가하고, 상기 분해 되었던 것보다 저분자의 당류를 수계 용매에 추출하는 추출 스텝과 상기 수계 용매에 추출된 당류를 당화액으로서 회수하는 회수 스텝과 (을)를 포함하는 것을 특징으로 하는 당화액을 제조하는 제조 방법을 개시하고 있다.
한국특허공보 제10-1195416호에서는 저급탄에 존재하는 친수성 표면을 바이오매스 유래 물질의 탄소성분으로 코팅하여 소수성으로 개질함으로써 건조 후에도 수분의 재흡착이 억제된, 석탄 고유의 천연 탄소성분과 인공 탄소성분이 혼성된 고발열량의 하이브리드 석탄 및 그를 제조하는 방법으로써 석탄을 바이오매스 유래 물질의 용액으로 반죽하여 페이스트를 형성하는 단계, ii) 상기 페이스트를 탄화로에 투입하여 바이오매스 유래 물질의 건조 및 탄화를 동시에 수행하는 단계를 포함하는, 석탄의 친수성 표면에 바이오매스 유래 탄소성분이 코팅된 고발열량의 하이브리드 석탄을 제조하는 방법으로서, 상기 (ii)단계를 수행하기 전에 상온, 상압 분위기에서 페이스트를 5～240 시간 숙성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고발열량의 하이브리드 석탄을 제조하는 방법을 개시하고 있다.
한국특허공보 특1984-0001778호에서는 공기가 배제된 상태에서 약 40미크론 이하의 크기로 원료석탄을 분쇄하여 소수성 석탄부분과 친수성분진 부분을 형성하고 수용액과 상기 부분들을 접촉시켜 분진을 함유하는 입자에는 흡습성을 주고 석탄 부분을 함유하는 입자는 실질적으로 건조된 상태로 남게한 뒤 석탄부분과 분진을 분리하고 석탄부분과 액체를 혼합하는 것으로 구성된 미립자 석탄-액체 혼합물의 제조방법이 개시되어 있다.
한국특허공보 제10-1195417호에서는 석탄을 바이오매스 유래 물질의 용액으로 반죽하여 페이스트를 형성하는 단계, ii) 상기 페이스트를 탄화로에 투입하여 바이오매스 유래 물질의 건조 및 탄화를 동시에 수행하여 하이브리드 석탄을 얻는 단계, iii) 하이브리드 석탄을 물/알코올, 물/계면활성제 또는 물/알코올/계면활성제 중에서 선택된 어느 하나의 분산매에 첨가하여 하이브리드 석탄 슬러리를 형성하는 단계를 포함하는, 고농도 하이브리드 석탄 슬러리의 제조방법이 개시되어 있다.
또한 이로 인해 신재생에너지의 이용 및 보급을 촉진하고, 바이오매스 연료의 공급 안정성을 확보하기 위하여 다양한 바이오매스 유래 물질을 석탄 화력발전에 이용할 수 있는 획기적인 기술개발에 대한 요구가 대두되고 있다.
그러나 바이오에탄올 공정에서 생성되는 리그닌 폐액, 당 또는 에탄올을 활용하여 입자크기에 확보하면서 석탄산지에서 수입을 위한 해상 수송시 수분 재흡착에 의한 운송비 증가의 방지하고, 입도가 낮은 석탄에 의한 분진발생 및 자연발화를 방지할 수 있으며, 국내 발전연료 적용을 위한 발열량 및 RPS 요건에 맞는 연료, 연료제조 장치 및 연료제조방법 기술은 아직까지 제시된 바 없다.
한국공개특허 제2012-0077991호 한국등록특허 제10-1171922호 일본공개특허 제2011-205933호 한국특허공보 제10-1195416호 한국특허공보 특1984-0001778호 한국특허공보 제10-1195417호
본 발명은 상기와 같은 연구를 수행하기 위해 안출된 발명으로 본 발명의 목적은 바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초본계 또는 목질계 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 전처리 공정 후에 생성되는 리그닌 폐액 또는 당화공정 후에 생성되는 당을 활용한 석탄과 고형 바이오매스, 리그닌 폐액 또는 당을 혼합하고 그래뉼 형태로 만든 후 건조 및 탄화 공정을 거쳐 밀도와 발열량을 향상시킨 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료, 제조장치 및 그의 제조방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 것으로 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법에 있어서,
바이오매스를 겉보기 밀도를 감소시키기 위한 물리적 처리를 하는 제1 단계;
상기 물리적 처리된 바이오매스와 물, 산, 알칼리, 이온성 액체 또는 CO2를 포함하는 가스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 혼합시켜 바이오매스의 구조를 와해시키는 제2 단계;
상기 2 단계를 거친 바이오매스를 50 내지 500℃, 1 내지 100 kg/cm2 조건에서 물, 상기 제2 단계의 농도 보다 높은 산, 알칼리, 이온성 액체 또는 CO2를 포함하는 가스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 혼합하는 화학적 처리 및/또는 물리적 처리 후 최종 산물로 전환되지 않는 리그닌 폐액을 분리하고 상기 최종산물이 당화반응을 통해 생성된 당을 분리하는 제3 단계;
상기 분리된 리그닌 폐액 또는 당을 조분쇄하여 입자 크기가 10mm 이하인 석탄 파우더 및 고형 바이오매스 혼합물에 첨가하여 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성하는 제4단계;
상기 그래뉼 형태의 혼합연료를 건조하는 제5 단계;
상기 건조된 그래뉼 형태의 혼합연료를 탄화하여 소수성 그래뉼 형태의 혼합연료를 제조하는 제6 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법을 제공한다.
상기 제4 단계에서, 상기 고형 바이오매스 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%와 상기 석탄 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%를 포함할 수 있다.
상기 제1단계에서, 상기 수산화나트륨을 포함하는 리그닌폐액, 당 또는 에탄올 중 어느 하나 이상의 것은 석탄 중량 대비 0.1 내지 50 중량% 첨가할 수 있다.
상기 고형 바이오매스 파우더는 목질계인 나무 블럭, 우드칩, 통나무, 나무 가지, 나무 부스러기, 낙엽, 목판, 톱밥, 리그닌, 자일렌, 리그노셀룰로오스, 야자나무, PKS(palm kernel shell), 야자섬유질, EFB(empty fruit bunches), FFB(fresh fruit bunches), 야자잎, 야자제분찌꺼기 등과, 초본계인 옥수수대, 볏짚, 수수대, 사탕수수대, 곡물(쌀, 수수, 커피 등) 허스크, 사탕무잎, 바가스, 기장, 아티초크, 당밀, 아마, 대마, 양마, 면줄기, 담배줄기, 전분질계인 옥수수, 감자, 카사바, 밀, 보리, 라이밀, 기타 전분계 가공 잔재물, 과실류인 아보카도, 자트로파 및 이들의 가공 잔재물, 유지작물류인 유채, 콩, 해바라기, 콩, 유채씨유 찌꺼기, 카놀라, 그리고 유기성폐기물류인 음식물폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨, 식물잔재물, 과일폐기물 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제4 단계에서, 상기 혼합연료의 입자 크기는 4 내지 100 mm일 수 있다.
상기 제4 단계는 디스크형 또는 드럼형의 텀블링(Tumbling) 그래뉼레이터, 퍼그(Pug) 밀형 또는 패들(Paddle)밀형의 저속 믹서 그래뉼레이터, 수직 슈기(Schugi) 믹서형, 수평 핀(Pin) 또는 페그(Peg) 믹서형의 고속 믹서 그래뉼레이터, 유동층 그래뉼레이터, 원심 그래뉼레이터, 스프레이 드라이어, 프릴링(Prilling) 타워 또는 플래시 드라이어의 스프레이 공정, 몰딩, 피스톤, 타블랫 또는 롤 프레싱의 컨파인 압력 장치, 펠렛 밀 또는 스크류 익스트루더의 압출 장치 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 수행될 수 있다.
상기 제5 단계에 투입되는 상기 그래뉼 형태의 혼합연료는 입자 크기가 4 mm 이상이며, 4mm 미만의 상기 그래뉼 형태의 혼합연료는 제4 단계로 재투입될 수 있다.
상기 제4 단계에서, 상기 혼합물에 대해서 0 초과 내지 50 중량% 이하의 리그닌 폐액 또는 당이 첨가되는 것을 더 포함될 수 있다.
상기 제5단계 및 제6 단계에서, 온도범위는 30℃ 내지 700℃로 건조 및 탄화를 일체로 수행하거나 단계별로 수행할 수 있다.
상기 제6 단계에서, 탄화 온도는 200℃ 내지 700℃ 일 수 있다.
상기 제3 단계에서 제거된 리그닌 폐액 또는 당을 물리, 화학적으로 처리하여 상기 제4 단계에서 혼합물에 첨가되어 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성하기 위한 농도를 갖도록 전처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 석탄은 이탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄 중에서 선택된 어느 하나 또는 2이상의 것을 혼합할 수 있다.
상기 제4 단계에서, 상기 그래뉼 형태의 혼합연료 제조방식은 선택적으로 과립기, 성형기, 압출기 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
상기 혼합연료는 1 내지 100 kg/cm2 압력조건에서 형성될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는바이오매스 이용 에탄올 생산공정을 연계한 소수성 석탄 슬러리 혼합연료를 제공한다.
상기 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 형태의 혼합연료의 연소특성은 반응성이 다른 연료의 혼합에 의한 독립된 연소특성이 아닌 단일 연료의 연소특성을 나타낸다.
또한 본 발명은 상기 제4 단계는 과립기, 성형기, 압출기 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행되고, 상기 제5 단계는 건조기에서, 상기 제6 단계는 탄화기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 연료, 제조장치 및 그의 제조 방법에 따르면, 연료크기가 유사한 유동층 보일러의 연료로 제조가 가능하며, 해당 연료는 강한 소수성, 높은 연료밀도 및 강도를 갖는다. 선행특허(등록번호 : 1011954160000)에서 명시한 하이브리드 석탄과 같이 석탄-바이오매스 그래뉼 연료는 석탄과 바이오매스의 단순 혼합이 아닌 반응성이 다른 두 가지의 연료가 결합되어 하나의 연소 특성을 갖는 two-in-one 연료로 석탄화력발전 보일러의 미연분을 줄임으로써 발전효율을 높일 수 있다. 또한 저급탄의 수송시 발생되고 분진발생, 자연발화, 수분재흡착 등의 문제를 해결할 수 있으며, 석탄 함량 70% 이상의 그래뉼 연료의 경우 미분탄 화력발전용 연료(설계탄 6,080 kcal/kg)로 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면에 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명을 생략한다.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에서 사용되는 석탄은 이탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄 중에서 선택된 어느 하나의 것일 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법은 바이오매스를 물리적 처리하는 것으로부터 출발한다. 이때 바이오매스의 겉보기 밀도를 감소시키기 위한 바이오매스의 치수를 저감시키는 방법은 전단, 절단 또는 분쇄(즉, 그라인딩(grinding))를 포함할 수 있다. 상기 방법을 수행하는 장치는 밀, 믹서기, 스크류 형태 익스트루더, 회전 나이프 커터가 될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 고형 바이오매스 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%와, 석탄 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%를 고르게 혼합한다.
이때 고형 바이오매스 원료로는 목질계인 나무 블럭, 우드칩, 통나무, 나무 가지, 나무 부스러기, 낙엽, 목판, 톱밥, 리그닌, 자일렌, 리그노셀룰로오스, 야자나무, PKS(palm kernel shell), 야자섬유질, EFB(empty fruit bunches), FFB(fresh fruit bunches), 야자잎, 야자제분찌꺼기 등과, 초본계인 옥수수대, 볏짚, 수수대, 사탕수수대, 곡물(쌀, 수수, 커피 등) 허스크, 사탕무잎, 바가스, 기장, 아티초크, 당밀, 아마, 대마, 양마, 면줄기, 담배줄기, 전분질계인 옥수수, 감자, 카사바, 밀, 보리, 라이밀, 기타 전분계 가공 잔재물, 과실류인 아보카도, 자트로파 및 이들의 가공 잔재물, 유지작물류인 유채, 콩, 해바라기, 콩, 유채씨유 찌꺼기, 카놀라, 그리고 유기성폐기물류인 음식물폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨, 식물잔재물, 과일폐기물 등 모든 고형물질의 바이오매스가 사용될 수 있다.
석탄 파우더의 소재로는 이탄, 아탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서는 석탄 파우더의 소재로 갈탄, 아역청탄과 같은 저급탄을 사용하였다.
다음으로 혼합한 고형 바이오매스 파우더와 석탄 파우더 혼합물에 리그닌 폐액 또는 당을 분사하여 그래뉼화에 적절한 리그닌 폐액와 수분의 양이 첨가되도록 한다. 리그닌 폐액이 분뢰된 최종 산물의 당화반응을 통해 당은 생성된다. 상기 최종 산물은 셀룰로오스, 헤미셀룰로옷, 리그닌, 회분을 포함한다.
이어서 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성한다. 이때 그래뉼레이터의 형식은 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성한다면 그 장치에 제한되지 않는다. 그래뉼 형태의 혼합연료 입자 크기가 0.1 내지 100 mm이 되게 체류시간과 각 원료의 투입량을 조절한다. 바람직하게는 입자 크기가 1 내지 50 mm되게 체류시간과 각 원료의 투입량을 조절한다. 더욱 바람직하게는 입자 크기가 4 내지 20 mm되게 체류시간과 각 원료의 투입량을 조절한다. 상기 범위보다 입자크기가 작으면 비산 및 발화 문제가 발생할 수 있으며, 상기 범위보다 입자크기가 크면 그래뉼형태의 입자 형성시 투입되는 에너지가 많이 소요된다. 혼합연료에 대해서 0 초과 내지 50 이하 중량%의 리그닌 폐액 또는 당이 추가될 수 있다. 리그닌 폐액 또는 당을 사용하는 경우 혼합연료의 성형을 촉진하고, 제조되는 그래뉼 연료의 압축강도를 증가시킬 수 있다. 혼합연료의 형성은 단일 장치에서 일체로 수행되거나 단계별로 별도의 장치에서 수행될 수 있다.
다음으로 그래뉼 형태의 혼합연료를 크기에 따라 선별한다. 그리고 선별하고 남은 혼합연료는 혼합연료 제조단계로 재투입한다.재투입되는 연료의 입자크기는 4 mm 미만인 연료를 대상으로 한다.
그리고 그래뉼 형태의 혼합연료를 탄화하여 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 형태의 혼합연료 제조한다. 이때 선별된, 즉 입자 크기가 4 mm이상 100mm 이하인 그래뉼 형태의 혼합연료를 탄화시켜 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 연료를 제조한다. 건조 및 탄화 온도는 30 내지 700℃가 바람직하다. 상기 건조 및 탄화는 일체로 수행되거나 단계별로 수행될 수 있다. 단계별로 수행될 경우, 건조온도는 바람직하게는 50 내지 200℃가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 80 내지 150℃가 바람직하다. 상기 온도 범위보다 낮으면 건조효과를 얻을 수 없으며, 상기 온도 범위보다 높으면 대상 연료의 탄화 또는 발화현상이 나타나게 된다. 단계별로 수행될 경우, 탄화온도는 150 내지 700℃이다. 바람직하게는 200 내지 500℃이다. 더욱 바람직하게는 200 내지 300℃이다. 상기 온도 범위 보다 낮다면 탄화효과를 얻을 수 없으며 상기 온도보다 높다면 탄화효과에 비하여 너무 많은 에너지가 투입된다.
이와 같이 제조된 본 발명에 따른 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼형태의 혼합연료는 석탄에 고형 바이오매스가 혼합된 구조를 갖기 때문에, 강한 소수성, 높은 연료밀도, 강한 성형강도(압축강도)를 갖고 있다.
그래뉼형태 혼합연료의 제조 장치는 리그닌 폐액 또는 당 공급기, 과립기와 건조기를 포함하며, 그 외 바이오매스 물리적 처리장치, 바이오매스 화학적 처리장치, 리그닌 폐액 또는 당 제거장치, 리그닌 폐액 또는 당 농도 조절장치, 원탄 저장 탱크, 분쇄 및 분류기, 바이오매스 공급기, 선별기, 탄화기, 분쇄기, 고형 바이오매스 저장탱크 및 바이오매스 분쇄기를 더 포함할 수 있다.
여기서 리그닌 폐액 또는 당 공급기는 소정의 그래뉼형태 혼합연료 생성조건에 따라 리그닌 폐액 또는 당 농도 조절장치를 선택적으로 포함할 수 있다.
바이오매스 화학적 처리장치는 물, 산, 알카리, 이온성 액체가 선택적으로 소정의 조건에 따라 바이오매스에 혼합될 수 있다. 산은 황산, 인산, 염산, 질산 등의 무기산 또는 개미산, 아세트산, 구연산 등의 유기산이 될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다. 알칼리는 Sodium, Potassium, Calcium, ammonium, hydroxide 등이 될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
이온성 액체는 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-부틸-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸리움 에틸설페이트, 1,2,3-트리메틸이미다졸리움에틸설페이트, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움설페이트, 1-아릴-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-벤질-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-헥실-3-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-메틸-3-옥틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 토실레이트, 1-에틸-1-메틸피롤리디니움 브로마이드, 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 브로마이드, 1-부틸-1-메틸피롤리디니움 클로라이드, 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸리움 클로라이드, N-부틸피리디니움 클로라이드, 3-메틸-N-푸틸피리디이움 클로라이드, 1-에틸이미다졸리움 나이트레이트, 1-메틸이미다졸리움 브로마이드, 1-메틸이미다졸리움 클로라이드, 1-에틸이미다졸리움 브로마이드, 1-에틸이미다졸리움 클로라이드, 1,2-디메틸이미다졸리움 클로라이드 또는 이의 조합이 될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 오존이나 과산화수소와 같은 강산화제가 첨가될 수 있다.
바이오매스 물리적 처리장치는 파쇄, 전단, 폭기, 폭쇄 등 바이오매스의 크기를 줄이는 동시에 효소가 반응할 수 있는 표면적을 넓히는 목적을 달성할 수 있다면 그 방법에 제한이 되지 않는다.
리그닌 폐액 또는 당 농도 조절장치는 소정의 조건에 따라 리그닌 폐액 또는 당의 농도를 제어할 수 있다. 용매첨가, 증발 농축, 동결 농축, 역삼투압 농축, 진공농축, 중력식 농축, 부상식 농축, 원심농축, 중력식 밸트 농축 등의 방법이 선택될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
첨가되는 용매는 물의 존재 형태인 순수, 담수, 기수, 염수, 또는 알코올과 물의 혼합매와 같은 수계 용매와 헥산 등의 지방족 탄화수소류 ; 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 메틸나프탈렌 등의 방향족 탄화수소류 ; 퀴놀린, 피리딘 등의 복소고리 화합물 ;아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논 등의 케톤류 ; 아세트산메틸, 아크릴산메틸 등의 에스테르류 ; 디에틸렌트리아민, N,N-디메틸아미노프로필아민 등의 아민류 ; 디에틸에테르, 프로필렌옥사이드, 테트라히드로푸란 (THF) 등의 에테르류 : N-메틸피롤리돈 (NMP), 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드 등의 아미드류 ; 헥사메틸포스팔아미드, 디메틸술폭사이드 등의 비프로톤성 극성 용매와 같은 유기계 용매 중 어느 하나 이상을 포함될 수 있다.
여기서 과립기는 그래뉼형태의 혼합연료를 형성하기 위한 기기로 선택적으로 과립기, 성형기, 압출기 중 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행될 수 있으며 이러한 기기의 실제 장치형태로는 디스크형 또는 드럼형의 텀블링(Tumbling) 그래뉼레이터, 퍼그(Pug) 밀형 또는 패들(Paddle)밀형의 저속 믹서 그래뉼레이터, 수직 슈기(Schugi) 믹서형, 수평 핀(Pin) 또는 페그(Peg) 믹서형의 고속 믹서 그래뉼레이터, 유동층 그래뉼레이터, 원심 그래뉼레이터, 스프레이 드라이어, 프릴링(Prilling) 타워 또는 플래시 드라이어의 스프레이 공정, 몰딩, 피스톤, 타블랫 또는 롤 프레싱의 컨파인 압력 장치, 펠렛 밀 또는 스크류 익스트루더의 압출 장치 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
원탄 저장 탱크는 그래뉼 하이브리드 연료의 제조에 사용되는 원탄을 저장하는 탱크이다. 원탄은 수분을 포함하고 있으며, 표면에는 다수의 기공이 형성되어 있다. 원탄으로는 이탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 원탄으로 기본적으로 갈탄, 아역청탄과 같이 수분 함량, 예컨대 20 내지 60 중량%로 높은 저급탄을 대상으로 하여 그래뉼 하이브리드 연료를 제조하는 데 있지만, 고급탄을 대상으로 하여도 무방하다.
분쇄 및 분류기는 원탄 저장 탱크로부터 원탄을 공급받고, 공급받은 원탄을 분쇄한다. 분쇄 및 분류기는 분쇄한 원탄에서 석탄 파우더를 분류한다. 예컨대 분쇄 및 분류기는 분쇄한 원탄 중 입자 크기가 10mm 이하인 석탄 파우더를 분류할 수 있다. 바람직하게는 분쇄 및 분류기는 6mm 이하의 석탄 파우더를 분류할 수 있다. 더욱 바람직하게는 분쇄 및 분류기는 4mm 이하의 석탄 파우더를 분류할 수 있다. 한편 입자 크기가 10mm 초과하는 석탄 파우더는 분쇄 및 분류기에서 분쇄가 계속적으로 이루어진다.
한편 본 실시예에서는 분쇄 및 분류기가 일체로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 원탄을 분쇄하는 분쇄기와, 분쇄된 원탄에서 석탄 파우더를 분류하는 분류기가 별도로 구비되어 인라인으로 연결될 수 있다. 이 경우 분쇄기에서 분쇄된 원탄은 분류기로 공급되고, 분류기는 분쇄한 원탄 중에서 석탄 파우더를 분류한다. 분류기는 분류하고 남은 분쇄한 원탄은 분쇄기로 공급하여 다시 분쇄할 수 있다.
분쇄 및 분류기는 분류한 석탄 파우더를 과립기로 공급한다.
과립기는 분류된 석탄 파우더에 액상의 소수성 바이오매스를 포함하는 리그닌 폐액 또는 당을 분사하여 혼합 연료를 형성하고, 형성한 혼합 연료에 대한 과립화(granulation)를 통하여 혼합 연료의 크기를 증가시킨다. 이때 혼합 연료는 0.1 내지 50 중량%의 리그닌 폐액 또는 당을 포함할 수 있다.
건조기는 리그닌 폐액 또는 당이 포함된 과립화된 혼합 연료를 건조하여 과립화된 혼합 연료에 리그닌 폐액 또는 당을 흡착시킨다.
리그닌 폐액 또는 당 공급기는 과립기의 리그닌 폐액 또는 당을 분사하는 분사부에 액상의 리그닌 폐액 또는 당을 공급한다.
액상의 리그닌 폐액 또는 당은 과립기 또는 건조기에서 모세관 현상에 의해 석탄의 기공 내에 함침되거나 표면에 흡착된다. 석탄의 기공에 함침되고 남은 리그닌 폐액또는 당은 석탄의 표면에 남게 된다.
한편 본 실시예에서는 과립기와 건조기가 별도로 구비되어 인라인으로 연결된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 과립기와 건조기는 일체로 형성될 수 있다. 이러한 과립 및 건조기로는 드럼형, 킬른형 또는 디스크형 그래뉼레이터가 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.또한, 로타리 킬른 타입(rotary kiln type)의 과립 및 건조기(40)로 구현할 수 있다.
고형 바이오매스 저장탱크는 그래뉼 하이브리드 연료의 제조에 사용되는 목질을 기반으로 하는 고형 바이오매스를 저장한다. 이러한 고형 바이오매스로는 목재 또는 목질계 바이오매스가 사용될 수 있다. 예컨대 고형 바이오매스로는 목재, 커피허스크, 라이스허스크, 팜허스크, 아보카도허스크 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
바이오매스 분쇄기는 고형 바이오매스 저장태크로부터 고형 바이오매스를 공급받아 분쇄하여 고형 바이오매스 파우더를 제조한다. 고형 바이오매스 파우더의 입자 크기는 석탄 파우더의 입자 크기에 대응될 수 있다.
바이오매스 분쇄기는 분쇄한 고형 바이오매스 파우더를 과립기를 공급할 수 있다.
이때 과립기는 분류된 석탄 파우더에 목질을 기반으로 하는 고형 바이오매스 파우더를 혼합하여 혼합물을 형성하고, 혼합물에 액상의 리그닌 폐액 또는 당을 분사하여 혼합 연료를 형성하고, 형성한 혼합 연료에 대한 과립화를 통하여 혼합 연료의 크기를 증가시킬 수 있다. 즉 혼합 연료를 제조할 때, 석탄 파우더에 고형 바이오매스 파우더를 혼합할 수 있다. 예컨대 혼합 연료는 고형 바이오매스 파우더 0 초과 내지 100 중량% 미만과, 석탄 파우더 0 초과 내지 100 중량% 미만을 포함할 수 있다.
선별기은 건조기에 연결되며, 건조기로부터 공급받은 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료를 입자 크기별로 분류하여 탄화기 또는 과립기로 공급한다. 즉 선별기는 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료 중 입자 크기가 4mm 이상인 것을 분류하여 탄화기로 공급할 수 있다. 반면에 선별기는 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료 중 입자 크기가 4mm 이하인 것은 과립기로 공급할 수 있다. 한편 본 실시예에서는 선별기가 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료를 입자 크기로 분류할 때, 4mm를 기준으로 분류하는 예를 개시하였지만, 분류를 위한 입자 크기의 기준은 가변이 가능함은 물론이다. 예컨대 선별기는 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료 중 입자 크기가 1 내지 100mm 인 것을 선별할 수 있다. 바람직하게는 선별기는 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료 중 입자 크기가 4 내지 100mm 인 것을 선별하는 것이다.
이와 같이 선별기에서 분류된 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료는 이전의 건조기에서의 건조 공정을 통하여 수분이 거의 제거되기 때문에, 선별기에서 분류된 상태로 운반이 가능하다.
탄화기는 선별기에 공급된 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료를 탄화하여 그래뉼 하이브리드 연료를 제조한다. 이때 리그닌 폐액 또는 당이 흡착된 혼합 연료를 탄화는 과정에서, 리그닌 폐액 또는 당은 탄화되어 석탄의 기공에 남게 되고, 제조된 그래뉼 하이브리드 연료는 소수성화 된다. 탄화기에서 탄화된 그래뉼 하이브리드 연료는 덩어리 형태를 가질 수 있다.
이와 같이 탄화기에서 탄화된 그래뉼 하이브리드 연료는 소수성을 띄기 때문에, 수분의 재흡착을 억제할 수 있고, 수분이 제거되었기 때문에 무게 절감을 통하여 수송비를 저감시킬 수 있다.
한편 그래뉼 하이브리드 연료를 수송하는 측면에서 볼 때, 분쇄하여 미분화한 그래뉼 하이브리드 연료를 수송하는 것이 수송비를 저감시키고, 바로 발전용 연료로 사용할 수 있는 이점이 있을 수 있다. 하지만 미분화한 상태로 그래뉼 하이브리드 연료를 탱크로 운반할 경우, 폭발의 위험이 있기 때문에 바람직한 운반 방법이 아니다. 즉 미분화한 상태로 그래뉼 하이브리드 연료를 탱크로 운반하는 과정에서 작용하는 충격이나 기타 기계적인 스트레스에 의해 미분화한 그래뉼 하이브리드 연료가 탱크 내부에 비산할 수 있다. 비산된 그래뉼 하이브리드 연료는 기계적인 마찰 등에 의해 폭발하는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
또한 액상의 리그닌 폐액 또는 당을 이용하여 저급탄을 고품위의 고급탄 특성을 갖는 그래뉼 하이브리드 연료로 제조할 수 있다.
그리고 분쇄기는 탄화기에서 제조된 그래뉼 하이브리드 연료를 공급받아 미분 상태로 분쇄한다. 이와 같이 미분화된 그래뉼 하이브리드 연료는 미분탄 화력발전용으로 사용할 수 있다. 분쇄기는 미분탄 화력발전소에 설치되거나, 인접한 곳에 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 본 도면에 개시된 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

Claims (17)

  1. 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법에 있어서,
    바이오매스를 겉보기 밀도를 감소시키기 위한 물리적 처리를 하는 제1 단계;
    상기 물리적 처리된 바이오매스와 물, 산, 알칼리, 이온성 액체 또는 CO2를 포함하는 가스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 혼합시켜 바이오매스의 구조를 와해시키는 제2 단계;
    상기 2 단계를 거친 바이오매스를 50 내지 500℃, 1 내지 100 kg/cm2 조건에서 물, 상기 제2 단계의 농도 보다 높은 산, 알칼리, 이온성 액체 또는 CO2를 포함하는 가스 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 것을 혼합하는 화학적 처리 및/또는 물리적 처리 후 최종 산물로 전환되지 않는 리그닌 폐액을 분리하고 상기 최종산물이 당화반응을 통해 생성된 당을 분리하는 제3 단계;
    상기 분리된 리그닌 폐액 또는 당을 조분쇄하여 입자 크기가 10mm 이하인 석탄 파우더 및 고형 바이오매스 혼합물에 첨가하여 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성하는 제4단계;
    상기 그래뉼 형태의 혼합연료를 건조하는 제5 단계;
    상기 건조된 그래뉼 형태의 혼합연료를 탄화하여 소수성 그래뉼 형태의 혼합연료를 제조하는 제6 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 고형 바이오매스 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%와 상기 석탄 파우더 0 초과 내지 100 미만 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고형 바이오매스 파우더는 목질계인 나무 블럭, 우드칩, 통나무, 나무 가지, 나무 부스러기, 낙엽, 목판, 톱밥, 리그닌, 자일렌, 리그노셀룰로오스, 야자나무, PKS(palm kernel shell), 야자섬유질, EFB(empty fruit bunches), FFB(fresh fruit bunches), 야자잎, 야자제분찌꺼기 등과, 초본계인 옥수수대, 볏짚, 수수대, 사탕수수대, 곡물(쌀, 수수, 커피 등) 허스크, 사탕무잎, 바가스, 기장, 아티초크, 당밀, 아마, 대마, 양마, 면줄기, 담배줄기, 전분질계인 옥수수, 감자, 카사바, 밀, 보리, 라이밀, 기타 전분계 가공 잔재물, 과실류인 아보카도, 자트로파 및 이들의 가공 잔재물, 유지작물류인 유채, 콩, 해바라기, 콩, 유채씨유 찌꺼기, 카놀라, 그리고 유기성폐기물류인 음식물폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨, 식물잔재물, 과일폐기물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 혼합연료의 입자 크기는 4 내지 100 mm인 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계는 디스크형 또는 드럼형의 텀블링(Tumbling) 그래뉼레이터, 퍼그(Pug) 밀형 또는 패들(Paddle)밀형의 저속 믹서 그래뉼레이터, 수직 슈기(Schugi) 믹서형, 수평 핀(Pin) 또는 페그(Peg) 믹서형의 고속 믹서 그래뉼레이터, 유동층 그래뉼레이터, 원심 그래뉼레이터, 스프레이 드라이어, 프릴링(Prilling) 타워 또는 플래시 드라이어의 스프레이 공정, 몰딩, 피스톤, 타블랫 또는 롤 프레싱의 컨파인 압력 장치, 펠렛 밀 또는 스크류 익스트루더의 압출 장치 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제5 단계에 투입되는 상기 그래뉼 형태의 혼합연료는 입자 크기가 4 mm 이상이며, 4mm 미만의 상기 그래뉼 형태의 혼합연료는 제4 단계로 재투입되어지는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 혼합물에 대해서 0 초과 내지 50 중량% 이하의 리그닌 폐액 또는 당이 첨가되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계 및 제6 단계에서, 온도범위는 30℃ 내지 700℃로 건조 및 탄화를 일체로 수행하거나 단계별로 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제6 단계에서, 탄화 온도는 200℃ 내지 700℃인 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 제거된 리그닌 폐액 또는 당을 물리, 화학적으로 처리하여 상기 제4 단계에서 혼합물에 첨가되어 그래뉼 형태의 혼합연료를 형성하기 위한 농도를 갖도록 전처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 석탄은 이탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄 또는 무연탄 중에서 선택된 어느 하나 또는 2이상의 것을 혼합한 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서, 상기 그래뉼 형태의 혼합연료 제조방식은 선택적으로 과립기, 성형기, 압출기 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 혼합연료는 1 내지 100 kg/cm2의 압력조건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 형태의 혼합연료의 연소특성은 반응성이 다른 연료의 혼합에 의한 독립된 연소특성이 아닌 단일 연료의 연소특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료.
  16. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법에서,
    상기 제4 단계는 과립기, 성형기, 압출기 중 어느 하나 또는 2 이상의 결합에 의해서 단계적으로 또는 동시에 수행되고, 상기 제5 단계는 건조기에서, 상기 제6 단계는 탄화기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 소수성 석탄-바이오매스 그래뉼 형태의 혼합연료의 연소특성은 반응성이 다른 연료의 혼합에 의한 독립된 연소특성이 아닌 단일 연료의 연소특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 바이오매스 이용 에탄올 생산공정의 리그닌 폐액 또는 당을 연계한 소수성 그래뉼 형태 혼합연료 제조 장치.
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