KR20170132640A - A Bio oil manufacturing system using oxy-fuel combustion energy recovery device and circulating fluidized bed fast pyrolysis device and method for manufacturing Bio oil using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지 회수장치를 결합하여 생성되는 열은 유동매질을 가열하는 보조열원으로, 고농도 CO2는 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 재순환하여 급속열분해 반응기로 공급함으로써 기존의 순환유동층 시스템과 비교하여 에너지 효율이 높은 바이오 오일 제조 시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a bio-oil production system using a pure oxygen combustion energy recovery device and a circulating fluidized-bed rapid thermal decomposition device, and a bio-oil production method using the same, wherein heat generated by combining a pure oxygen combustion energy recovery device with a recycle portion of a fluid- As a supplementary heat source for heating the fluidized medium, the high concentration CO 2 is mixed with the non-condensing gas and recycled to the fluidized gas to be supplied to the rapid thermal decomposition reactor. Thus, compared to the conventional circulating fluidized bed system, To an oil production method.
화석에너지 고갈 및 지구온난화 문제가 심각해짐에 따라 대체 에너지의 개발 및 보급의 필요성이 전 세계적으로 부각되고 있고 다양한 신재생에너지 및 대체에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 폐 바이오매스를 원료로 하여 에너지를 생산하는 바이오에너지는 탄소 중립적이고 환경에 미치는 영향이 작기 때문에 주목받고 있는 분야이다.As fossil energy depletion and global warming problems become more serious, the need for the development and dissemination of alternative energy is becoming increasingly recognized worldwide, and a variety of new and renewable energy and alternative energy research are actively being conducted. Among them, bioenergy that produces energy using pulmonary biomass as raw material is a field of attention because it is carbon neutral and has a small environmental impact.
폐 바이오매스 원료는 열화학적 공정을 통하여 더욱 가치있는 에너지 형태로 변환될 수 있으며, 열화학적 공정은 열분해, 가스화, 연소의 세 가지 공정으로 구분된다. 열분해 기술은 무산소 조건에서 원료를 열적 분해하여 생성물을 액상, 기상, 고상의 형태로 회수하는 방법이다. The pulmonary biomass feedstock can be transformed into a more valuable form of energy through a thermochemical process, and the thermochemical process is divided into three processes: pyrolysis, gasification, and combustion. Pyrolysis technology is a method of recovering products in liquid, vapor, and solid form by thermally decomposing the raw materials under anoxic conditions.
열분해방법 중 급속열분해 기술은 반응기 내 기체 체류시간을 2초 이하로 짧게 운전하여 액상 생성물의 수율을 극대화 할 수 있는 기술이다. 급속열분해 공정에는 높은 열전달 효율을 가지는 유동층 반응기가 많이 사용된다. 그 중 순환유동층 반응기는 기포유동층 반응기에 비해 높은 공탑속도에서 운전하여 고속기체와 입자간의 활발한 접촉을 통하여 다양한 물리화학적 반응을 수행할 수 있는 유동층 반응기이다. The rapid pyrolysis technique among the pyrolysis methods is a technique that can maximize the yield of the liquid product by operating the gas retention time in the reactor as short as 2 seconds or less. Fluidized bed reactors with high heat transfer efficiency are often used in rapid pyrolysis processes. Among them, a circulating fluidized bed reactor is a fluidized bed reactor which can perform various physicochemical reactions through active contact between high velocity gas and particles by operating at a superficial velocity higher than that of a bubbling fluidized bed reactor.
순환유동층 반응기는 층 전체에 대하여 기체-고체 간의 혼합이 매우 우수하고 균일하기 때문에 접촉효율이 높고 낮은 과잉 공기비로도 높은 열분해 효율을 얻을 수 있다. 또한 높은 공탑속도로 인해 단위 면적대비 높은 연료처리가 가능하여 대규모 장치에 적합한 형태이다. 바이오오일은 열분해 된 증기상의 가스를 응축시켜 회수하며, 주로 shell and tube 열교환기, 직접접촉 열교환기 등이 사용된다. The circulating fluidized bed reactor has very high gas-solid mixing and homogeneity with respect to the whole layer, so that it has high contact efficiency and high pyrolysis efficiency even at low excess air ratio. Also, because of the high superficial velocity, it is suitable for large scale equipment because it can treat fuel more than unit area. Bio-oil condenses and recovers gas from pyrolyzed vapor phase, mainly shell and tube heat exchanger and direct contact heat exchanger.
대기중의 공기를 사용하는 연소, 가스화 공정과는 다르게 급속열분해 공정은 무산소 조건에서 실시되어야 하며 산소를 포함하지 않는 유동화 가스를 사용한다. 순환유동층 공정에서는 반응기 내 고체 입자들을 모두 비산시켜야 하므로 대량의 유동화 가스를 필요로 한다. 무산소 조건을 유지하기 위하여 운전시간 동안 새로운 유동화 가스를 공급하게 되면 막대한 운전비용이 필요하다.Unlike combustion and gasification processes that use atmospheric air, rapid pyrolysis processes must be carried out under anaerobic conditions and fluidized gas that does not contain oxygen is used. In the circulating fluidized bed process, a large amount of fluidized gas is required because all of the solid particles in the reactor must be scattered. Supplying fresh fluidizing gas during operating hours to maintain anaerobic conditions requires enormous operating costs.
또한, 급속열분해 시 생성되는 부산물인 촤(char)는 반응기 내에 체류하며 증기상태의 생성물을 분해하는 촉매 역할을 하여 바이오오일의 수율에 영향을 미치며 유동매질과 바이오매스와의 접촉을 방해하여 급속열분해 효율에도 영향을 미치므로 신속하게 분리 제거되어야 한다.In addition, char, which is a byproduct produced during rapid thermal decomposition, stays in the reactor and acts as a catalyst for decomposing the product in the vapor state, which affects the yield of bio oil and impedes contact between the fluid medium and biomass, It also affects efficiency and must be removed quickly.
그러나, 상기와 같은 조건을 모두 충족시키는 급속 열분해 기술 및 제조 시스템 개발은 미흡한 실정이다.However, development of rapid pyrolysis technology and manufacturing system satisfying all of the above conditions is insufficient.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지 회수장치를 적용하여 급속열분해 공정 및 바이오오일 수율에 부정적인 영향을 미치는 촤를 연소를 통하여 제거하고 연소과정에서 생성되는 열을 이용하여 순환되는 유동매질을 가열하는데 사용하며 또한 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 함께 급속열분해 반응기로 재순환시켜 운전비용을 절감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a pure oxygen combustion energy recovery device for a recycle section of a fluidized medium, which removes the ozone which has a negative influence on the rapid pyrolysis process and bio oil yield, And to provide a method of reducing operating costs by recirculating the generated high concentration CO 2 to the rapid thermal cracking reactor together with the non-condensing gas.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본원발명은 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서, 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치와, 상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질과 혼합되어 급속열분해 되는 급속열분해 반응기와, 상기 급속열분해 반응기로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치과, 상기 원심력 집진장치에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기와, 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기 및, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질을 공급하고 생성된 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기로 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템을 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a bio-oil production system for producing bio-oil by condensing gas produced by rapid pyrolysis of biomass, comprising: a biomass supply device for supplying biomass inside through a supply pipe; A rapid thermal decomposition reactor in which the biomass supplied to the biomass feeder is mixed with the fluid medium and pyrolyzed rapidly, a centrifugal force dust collector which receives the pyrolysis gas of the biomass from the rapid pyrolysis reactor and recovers the pyrolysis gas contained in the pyrolysis gas, A bio-oil condenser for condensing the bio-oil from the pyrolysis gas removed from the centrifugal force collector by the centrifugal force collector, and a pump for collecting dust and oil mist from the pyrolysis gas not condensed with the bio-oil from the bio-oil condenser, An electrostatic precipitator, Group with oxy-fuel combustion energy recovery apparatus described above with oxy-fuel combustion of the recovered char from the centrifugal force dust collection device rapidly supplying the fluidized medium heated to a pyrolysis reactor, and supplying the generated high-concentration CO 2 to the non-condensing gas and mixed with rapid pyrolysis reactor The present invention also provides a system for manufacturing a bio-oil using the pure oxygen combustion energy recovery device and the circulating fluidized bed rapid thermal decomposition device.
또한, 본원발명은 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서, (a) 급속열분해 반응기에 바이오매스 공급장치로부터 바이오매스가 공급되는 단계와, (b) 상기 급속열분해 반응기의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계와, (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치가 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 공급하는 단계와, (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계 및, (e) 상기 바이오오일 응축기로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법을 제공한다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for producing a bio-oil, comprising the steps of: (a) supplying biomass from a biomass feeder to a rapid thermal cracking reactor; Wherein the biomass is pyrolyzed rapidly due to the flow medium as the inside and the outside of the rapid pyrolysis reactor are heated, and (c) a centrifugal force collector is used to remove the pyrolysis gas from the pyrolysis gas generated during the rapid pyrolysis process, The method comprising the steps of: (a) combusting a gas recovered from the apparatus in a pure oxygen combustion energy recovery apparatus to supply a heated fluid medium and high concentration CO 2 to the rapid thermal decomposition reactor; and (d) supplying the pyrolysis gas, (B) extracting the bio-oil from the bio-oil condenser through a condensation process; and And a step of collecting the dust and oil mist after the pyrolysis gas which is not condensed with the io oil is transferred to the electrostatic precipitator and further extracting the bio-oil, characterized in that the pure oxygen combustion energy recovery device and the circulating fluidized bed rapid thermal decomposition The present invention also provides a method for producing a bio-oil using the apparatus.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The present invention has the following effects.
첫째, 본 발명은 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 순산소 연소시켜 연소 반응시간이 긴 촤를 순산소연소를 통하여 효율적으로 연소시킬 수 있으며 촤를 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있다.Firstly, the present invention is a method for producing bio-oil by circulating fluidized-bed rapid pyrolysis, which is an obstacle to the process of producing bio-oil, by oxy-fuel combustion, thereby efficiently burning the long- The secondary reaction in the reactor can be inhibited and the yield of the bio-oil can be increased.
둘째, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 발생되는 열을 순환되는 유동매질 가열에 사용함으로써 유동매질 가열에 사용되는 열 에너지를 절약할 수 있다.Second, the present invention can save heat energy used for heating the flow medium by using the heat generated from the pure oxygen combustion energy recovery device for the circulating flow medium heating.
셋째, 본 발명은 순산소연소를 통하여 생성되는 CO2를 포집하여 CCS(carbon capture & storage)가 가능하다.Third, the present invention enables CCS (carbon capture & storage) by capturing CO 2 generated through pure oxygen combustion.
넷째, 본 발명은 순산소연소를 통하여 공기를 투입한 연소 시 생성될 수 있는 NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있다.Fourth, the present invention can reduce pollutants such as NOx that can be generated during combustion by injecting air through pure oxygen combustion.
다섯째, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다.Fifth, the present invention uses a high-concentration CO 2 generated from a pure oxygen combustion energy recovery device with a non-condensing gas and supplies it to a rapid thermal decomposition reactor to use as a fluidizing gas, thereby reducing a supply amount of a new gas, The cost can be reduced.
여섯째, 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 평균분자량을 조절할 수 있고 이를 통하여 유동영역을 변화시킬 수 있다. 유동영역의 변화는 기체-고체간의 혼합과 열전달에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 급속열분해 반응을 상황에따라 조절할 수 있다.Sixth, the average molecular weight in the fluidized gas can be controlled through the high concentration CO 2 concentration control device, and the flow region can be changed. The change in the flow region affects gas-solid intermixing and heat transfer, so that the rapid pyrolysis reaction can be controlled as the result.
일곱째, 상기 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 가스 농도분포를 조절할 수 있다. 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하 될 수 있으므로 유동화 가스내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해반응을 조절할 수 있다.Seventh, the gas concentration distribution in the fluidized gas can be controlled through the high concentration CO 2 concentration control device. In the rapid thermal decomposition reaction, the reaction efficiency may increase or decrease depending on the composition of the fluidizing gas, so that the thermal decomposition reaction can be finally controlled by adjusting the concentration distribution in the fluidizing gas.
도1은 본원발명의 바이오 오일 제조 시스템에 관한 일실시예를 나타내는 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a bio-oil production system of the present invention. Fig.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법의 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which a system for manufacturing a bio-oil using a pure oxygen combustion energy recovery apparatus, a circulating fluid bed rapid pyrolysis apparatus and a method for producing bio-
도1은 본원발명의 바이오 오일 제조 시스템에 관한 일실시예를 나타내는 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a bio-oil production system of the present invention. Fig.
본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조 시스템에 있어서, 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치(100)와, 상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질로 인해 급속 열분해시키는 급속열분해 반응기(110)와, 상기 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치(120)과, 상기 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기(130)와, 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기(140) 및, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치(150)와 CO2 농도조절장치(160) 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a bio-oil production system using a pure oxygen combustion energy recovery apparatus and a circulating fluid bed rapid pyrolysis apparatus, and more particularly, to a bio-oil production system for producing a bio-oil by condensing gas produced by rapid pyrolysis of biomass, A rapid
본원발명은 바이오매스 공급장치(100), 급속열분해 반응기(110), 원심력 집진장치(120), 바이오오일 응축기(130), 전기집진기(140) 및 순산소연소 에너지 회수장치(150), CO2 농도조절장치(160)로 구성되는 것으로 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 연소시켜 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있는 바이오 오일 제조시스템(10)에 관한 것이다.The present invention biomass supply 100, a
화석에너지 고갈 및 지구온난화 문제가 심각해짐에 따라 대체 에너지의 개발 및 보급의 필요성이 전 세계적으로 부각되고 있고 다양한 신재생에너지 및 대체에너지에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 폐 바이오매스를 원료로 하여 에너지를 생산하는 바이오에너지는 탄소 중립적이고 환경에 미치는 영향이 작기 때문에 주목받고 있는 분야이다.As fossil energy depletion and global warming problems become more serious, the need for the development and dissemination of alternative energy is becoming increasingly recognized worldwide, and a variety of new and renewable energy and alternative energy research are actively being conducted. Among them, bioenergy that produces energy using pulmonary biomass as raw material is a field of attention because it is carbon neutral and has a small environmental impact.
폐 바이오매스 원료는 열화학적 공정을 통하여 더욱 가치있는 에너지 형태로 변환될 수 있으며, 열화학적 공정은 열분해, 가스화, 연소의 세 가지 공정으로 구분된다. 열분해 기술은 무산소 조건에서 원료를 열적 분해하여 생성물을 액상, 기상, 고상의 형태로 회수하는 방법이다. The pulmonary biomass feedstock can be transformed into a more valuable form of energy through a thermochemical process, and the thermochemical process is divided into three processes: pyrolysis, gasification, and combustion. Pyrolysis technology is a method of recovering products in liquid, vapor, and solid form by thermally decomposing the raw materials under anoxic conditions.
열분해방법 중 급속열분해 기술은 반응기 내 기체 체류시간을 2초 이하로 짧게 운전하여 액상 생성물의 수율을 극대화 할 수 있는 기술이다. 급속열분해 공정에는 높은 열전달 효율을 가지는 유동층 반응기가 많이 사용된다. 그 중 순환유동층 반응기는 기포유동층 반응기에 비해 높은 공탑속도에서 운전하여 고속기체와 입자간의 활발한 접촉을 통하여 다양한 물리화학적 반응을 수행할 수 있는 유동층 반응기이다. The rapid pyrolysis technique among the pyrolysis methods is a technique that can maximize the yield of the liquid product by operating the gas retention time in the reactor as short as 2 seconds or less. Fluidized bed reactors with high heat transfer efficiency are often used in rapid pyrolysis processes. Among them, a circulating fluidized bed reactor is a fluidized bed reactor which can perform various physicochemical reactions through active contact between high velocity gas and particles by operating at a superficial velocity higher than that of a bubbling fluidized bed reactor.
순환유동층 반응기는 층 전체에 대하여 기체-고체 간의 혼합이 매우 우수하고 균일하기 때문에 접촉효율이 높고 낮은 과잉 공기비로도 높은 열분해 효율을 얻을 수 있다. 또한 높은 공탑속도로 인해 단위 면적대비 높은 연료처리가 가능하여 대규모 장치에 적합한 형태이다. 바이오오일은 열분해 된 증기상의 가스를 응축시켜 회수하며, 주로 shell and tube 열교환기, 직접접촉 열교환기 등이 사용된다. The circulating fluidized bed reactor has very high gas-solid mixing and homogeneity with respect to the whole layer, so that it has high contact efficiency and high pyrolysis efficiency even at low excess air ratio. Also, because of the high superficial velocity, it is suitable for large scale equipment because it can treat fuel more than unit area. Bio-oil condenses and recovers gas from pyrolyzed vapor phase, mainly shell and tube heat exchanger and direct contact heat exchanger.
대기중의 공기를 사용하는 연소, 가스화 공정과는 다르게 급속열분해 공정은 무산소 조건에서 실시되어야 하며 산소를 포함하지 않는 유동화 가스를 사용한다. 순환유동층 공정에서는 반응기 내 고체 입자들을 모두 비산시켜야 하므로 대량의 유동화 가스를 필요로 한다. 무산소 조건을 유지하기 위하여 운전시간 동안 새로운 유동화 가스를 공급하게 되면 막대한 운전비용이 필요하다.Unlike combustion and gasification processes that use atmospheric air, rapid pyrolysis processes must be carried out under anaerobic conditions and fluidized gas that does not contain oxygen is used. In the circulating fluidized bed process, a large amount of fluidized gas is required because all of the solid particles in the reactor must be scattered. Supplying fresh fluidizing gas during operating hours to maintain anaerobic conditions requires enormous operating costs.
또한, 급속열분해 시 생성되는 부산물인 촤(char)는 반응기 내에 체류하며 증기상태의 생성물을 분해하는 촉매 역할을 하여 바이오오일의 수율에 영향을 미치며 유동매질과 바이오매스와의 접촉을 방해하여 급속열분해 효율에도 영향을 미치므로 신속하게 분리 제거되어야 한다. In addition, char, which is a byproduct produced during rapid thermal decomposition, stays in the reactor and acts as a catalyst for decomposing the product in the vapor state, which affects the yield of bio oil and impedes contact between the fluid medium and biomass, It also affects efficiency and must be removed quickly.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로 유동매질의 재순환부에 순산소연소 에너지회수장치를 적용하여 급속열분해 공정 및 바이오오일 수율에 부정적인 영향을 미치는 촤를 연소를 통하여 제거하고 순산소연소 과정에서 생성되는 열을 이용하여 순환되는 유동매질을 가열하는데 사용하며 또한 생성되는 고농도 CO2를 급속열분해 반응기로 재순환시켜 운전비용을 절감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to overcome the above problems, and it is an object of the present invention to apply a pure oxygen combustion energy recovery device to a recycle section of a fluidized medium to remove a fume which has a negative effect on a rapid pyrolysis process and a bio oil yield, The present invention provides a method for heating a circulating fluidized medium using heat generated in a combustion process, and recycling the generated high concentration CO 2 to a rapid thermal decomposition reactor to reduce operating costs.
즉, 본 발명은 순환유동층 급속열분해를 통하여 바이오오일을 생산하는 공정의 방해요인이 되는 촤를 순산소 연소시켜 제거함으로써 반응기 내 2차반응을 억제하여 바이오오일의 수율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 발생되는 열을 순환되는 유동매질 가열에 사용함으로써 유동매질 가열에 사용되는 열 에너지를 절약할 수 있다. 또한, 본 발명은 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다. 또한 생성되는 CO2를 포집하여 CCS가 가능하며 순산소 연소를 통해 NOx 등의 공해물질을 저감할 수 있다. 또한 순산소연소 에너지 회수장치로부터 생성되는 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 급속열분해 반응기에 공급하여 유동화가스로 이용하므로 신규 가스 공급량을 줄일 수 있고 이로 인하여 바이오오일 제조 시스템의 운전비용을 절감할 수 있다. 또한, 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 평균분자량을 조절할 수 있고 이를 통하여 유동영역을 변화시킬 수 있다. 유동영역의 변화는 기체-고체간의 혼합과 열전달에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 급속열분해 반응을 상황에따라 조절할 수 있다. 또한, 상기 고농도 CO2 농도 조절장치를 통하여 유동화가스 내 가스 농도분포를 조절할 수 있다. 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하 될 수 있으므로 유동화 가스내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해반응을 조절할 수 있다.That is, the present invention can increase the yield of bio-oil by suppressing the secondary reaction in the reactor by removing oxygen, which is an obstacle to the process of producing bio-oil through the circulating fluidized bed rapid thermal decomposition, by pure oxygen combustion. Further, the present invention can save heat energy used for heating the flow medium by using the heat generated from the pure oxygen combustion energy recovery device for circulating fluid medium heating. In addition, since the present invention uses high-concentration CO 2 generated from the pure oxygen combustion energy recovery device as a fluidizing gas by supplying it to the rapid thermal decomposition reactor, it is possible to reduce the amount of new gas supplied and thereby reduce the operation cost of the bio oil production system . In addition, CCS can be captured by capturing generated CO 2 , and pollutants such as NOx can be reduced through pure oxygen combustion. In addition, since the high concentration CO 2 generated from the pure oxygen combustion energy recovering device is mixed with the non-condensing gas and supplied to the rapid thermal decomposition reactor and used as the fluidized gas, the amount of new gas can be reduced and the operation cost of the bio oil production system can be reduced . In addition, the average molecular weight of the fluidized gas can be controlled through a high concentration CO 2 concentration control device, thereby changing the flow region. The change in the flow region affects gas-solid intermixing and heat transfer, so that the rapid pyrolysis reaction can be controlled as the result. In addition, the gas concentration distribution in the fluidized gas can be controlled through the high concentration CO 2 concentration adjusting device. In the rapid thermal decomposition reaction, the reaction efficiency may increase or decrease depending on the composition of the fluidizing gas, so that the thermal decomposition reaction can be finally controlled by adjusting the concentration distribution in the fluidizing gas.
바이오매스 공급장치(100)는 공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 구성이다. 바이오매스 공급장치(100)는 급속열분해 반응기(110)의 일측에 설치되어 급속열분해 반응기(110) 내부로 바이오매스를 원할히 공급할 수 있으면 다양한 형태와 재료가 사용될 수 있다. The
급속열분해 반응기(110)는 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질과 혼합을 통해 급속 열분해되는 구성이다. 급속열분해 반응기(110)는 바이오매스가 열분해되어 가스화되는 곳으로 유동매질을 이용하여 바이오매스를 급속 열분해시키는 부재이다. 급속열분해 반응기(110)는 가열기에 의해서 내외부가 가열되어 급속열분해 반응기(110) 내에서 급속 열분해 반응이 일어난다. 상기와 같이 바이오매스가 급속 열분해되면, 바이오매스로부터 바이오 오일이 함유된 열분해 가스가 생성될 수 있다. The rapid
원심력 집진장치(120)은 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 구성이다. 원심력 집진장치(120)은 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하기 위하여 설치되는 구성이다. 원심력 집진장치(120)은 가스에 함유된 촤를 회수할 수 있으면 다양한 형태의 원심력 집진장치가 이용될 수 있다. 또한, 원심력 집진장치(120)은 필요에 따라 복수 개가 연속적으로 배치될 수 있으며, 이에 따라 급속열분해 반응기(110)에서 배출된 열분해 가스는 복수 개의 원심력 집진장치에 의해서 단계적으로 처리될 수 있다.The
바이오오일 응축기(130)는 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 구성이다. 바이오오일 응축기(130)는 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시킬 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.The
전기집진기(140)는 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 구성이다. 전기집진기(140)는 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일을 회수할 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.The
순산소연소 에너지 회수장치(150)는 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 구성이다. 순산소연소 에너지 회수장치(150)는 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 공급할 수 있으면 다양한 구성으로 제작될 수 있다. 순산소연소 에너지 회수장치를 통하여 생성되는 고농도 CO2를 CO2농도 조절장치(160)을 통하여 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화 가스와 혼합하여 급속열분해 반응기(110)로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 급속열분해 반응기(110)의 유동영역을 조절할 수 있으며 이는 기체-고체간의 혼합 및 열전달에 영향을 미치며 최종적으로는 반응을 촉진시킬 수 있다. The pure oxygen combustion
CO2 농도 조절장치(160)은 상기 순산소연소 에너지 회수장치(150)로부터 생성되는 고농도 CO2를 목표하는 농도에 따라 비응축가스에 혼합하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 공급하는 장치이다. CO2 농도 조절장치(160)는 고농도 CO2를 목표하는 농도에 따라 급속열분해 반응기(110)로 공급할 수 있으면 다양한 장치가 사용될 수 있다. The CO 2 concentration controller 160 mixes the high-concentration CO 2 generated from the pure-oxygen combustion
또한, 본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 상세하게는 바이오매스가 급속 열분해되어 생산된 가스를 응축시켜 바이오 오일을 만드는 바이오 오일 제조방법에 있어서, (a) 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계와, (b) 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질과 혼합하여 바이오매스가 급속 열분해되는 단계와, (c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)이 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 CO2 농도 조절장치(160)를 통하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 단계와, (d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계 및, (e) 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention also relates to a method for producing a bio-oil using a pure oxygen combustion energy recovery apparatus and a circulating fluid bed rapid pyrolysis apparatus, and more particularly, to a bio-oil production method for producing a bio-oil by condensing gas produced by rapid pyrolysis of biomass (B) mixing the biomass with the fluidized medium while heating the inside and the outside of the rapid thermal decomposition reactor (110); (c) (C) a centrifugal force collector (120) is removed from the pyrolysis gas generated in the rapid pyrolysis process, and the recovered ozone from the centrifugal force collector (120) is subjected to pure oxygen combustion energy the combustion in the
본원발명은 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법에 관한 것으로 (a)단계 내지 (e)단계로 구성되어 있다. 본원발명에서 설명되어 지지 않는 상세한 구성은 상기 바이오 오일 제조 시스템(10)에서 설명되어 진 것으로 한다.The present invention relates to a method for producing a bio-oil using a pure oxygen combustion energy recovery apparatus and a circulating fluidized-bed rapid thermal decomposition apparatus, and comprises steps (a) to (e). A detailed configuration not described in the present invention is described in the
(a)단계는 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계이다. (a)단계는 바이오매스가 열분되어 가스를 생산하기 위한 준비단계로 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스가 공급되는 단계이다.In step (a), the biomass is supplied from the
(b)단계는 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계이다. (b)단계는 바이오매스가 열분해되어 가스가 생산되는 단계이다. In step (b), the inside and the outside of the rapid
(c)단계는 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)이 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 가열된 유동매질을 상기 급속열분해 반응기(110)로 순환시키고, CO2농도 조절장치(160)을 통하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 고농도 CO2를 공급하는 단계이다. 연소장치를 통하여 생성되는 고농도 CO2를 열분해 생성물인 비응축가스로 구성된 유동화 가스와 혼합하여 급속열분해 반응기(110)로 재순환시 CO2의 양을 조절함으로써 혼합된 유동화가스의 평균 분자량을 조절하여 급속열분해 반응기(110)의 유동영역을 변화시킬 수 있다. 또한 CO2농도 조절장치(160)을 통하여 유동화가스 내 가스농도 분포를 조절할 수 있으며, 급속열분해 반응은 유동화가스의 조성에 따라 반응의 효율이 상승 또는 저하될 수 있으므로 유동화 가스 내 농도 분포를 조절하여 최종적으로 열분해 반응을 조절할 수 있다. (c)단계는 열분해 가스에 포함된 촤를 제거하는 단계로서 상황에 따라 다수의 원심력 집진장치(120)이 설치되어 있을 수 있다. 또한, (c)단계는 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질 및 고농도 CO2를 유동화가스로 공급하는 단계이다.In the step (c), the
(d)단계는 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계이다. (d)단계는 열분해 가스를 응축하여 바이오 오일을 추출하는 단계로 다양한 바이오오일 응축기(130)가 제작되어 사용될 수 있다.In the step (d), the pyrolysis gas from which the lime is removed is supplied to the
(e)단계는 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계이다. 전기집진기(140)는 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일을 회수할 수 있으면 다양한 공정이 함유된 구성으로 제작될 수 있다.In step (e), the pyrolysis gas, which is not condensed into bio-oil, is transferred from the
이상으로 본 발명에 따른 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템 및 이를 이용한 바이오 오일 제조방법의 바람직한 실시예를 설명하였으나 이는 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 작용이 제한되지는 아니하는 것으로, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 도면 또는 도면을 참조한 설명에 의해 한정/제한되지는 아니하는 것이다. 또한 본 발명에서 제시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로써 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 사용되어질 수 있을 것인데, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의한 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술되는 본 발명의 기술적 범위에 구속되는 것으로서, 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능한 것이다.As described above, the preferred embodiment of the bio-oil production system using the pure oxygen combustion energy recovery device and the circulating fluidized-bed rapid thermal decomposition device according to the present invention and the bio-oil production method using the same is explained as at least one embodiment, The scope of the present invention is not limited by the description of the drawings or the drawings. It will also be appreciated by those skilled in the art that the concepts and embodiments of the invention set forth herein may be used as a basis for modifying or designing other structures for carrying out the same purposes of the present invention It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims and their equivalents. And various changes, substitutions, and alterations can be made without departing from the scope of the invention.
100 : 바이오매스 공급장치
110 : 급속열분해 반응기
120 : 원심력 집진장치
130 : 바이오오일 응축기
140 : 전기집진기
150 : 순산소연소 에너지 회수장치
160 : CO2 농도 조절장치
G1 : 유동화가스
G2 : 비응축가스
G3 : 고농도 CO2
G4 : O2 100: Biomass feeder
110: Rapid thermal cracking reactor
120: Centrifugal force collector
130: Bio-oil condenser
140: Electrostatic precipitator
150: Oxygen combustion energy recovery device
160: CO 2 concentration control device
G1: Fluidized gas
G2: Non-condensing gas
G3: High concentration CO 2
G4: O 2
Claims (4)
공급관을 통해 내부의 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급장치(100);
상기 바이오매스 공급장치로 공급된 바이오매스가 유동매질로 인해 급속 열분해시키는 급속열분해 반응기(110);
상기 급속열분해 반응기(110)로부터 상기 바이오매스의 열분해 가스를 전달받아 열분해 가스에 함유된 촤를 회수하는 원심력 집진장치(120);
상기 원심력 집진장치(120)에서 촤가 제거된 열분해 가스로부터 바이오 오일을 응축시키는 바이오오일 응축기(130);
상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스로부터 분진 및 오일미스트를 포집하여 바이오 오일과 함께 회수하는 전기집진기(140); 및,
상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질을 공급하는 순산소연소 에너지 회수장치(150), CO2농도 조절장치(160)를 통하여 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템.A bio-oil production system for producing a bio-oil by condensing gas produced by rapid pyrolysis of biomass,
A biomass supply device 100 for supplying biomass inside through a supply pipe;
A rapid thermal cracking reactor 110 for rapidly pyrolyzing biomass supplied to the biomass feeder due to a fluid medium;
A centrifugal force collector 120 for receiving the pyrolysis gas of the biomass from the rapid pyrolysis reactor 110 and recovering the pyrolysis gas contained in the pyrolysis gas;
A bio-oil condenser 130 for condensing the bio-oil from the pyrolysis gas removed from the centrifugal force dust collector 120;
An electrostatic precipitator 140 for collecting dust and oil mist from the pyrolysis gas not condensed with the bio oil from the bio-oil condenser 130 and collecting the dust and oil mist together with the bio oil; And
A pure oxygen combustion energy recovery device 150 for supplying pure oxygen to the rapid thermal decomposition reactor 110 and supplying the heated medium to the rapid thermal decomposition reactor 110, a CO 2 concentration regulator 160, Wherein the high-concentration CO 2 is mixed with a non-condensing gas and supplied as a fluidizing gas. The system for manufacturing a bio-oil using a pure oxygen combustion energy recovery device and a circulating fluidized bed rapid thermal decomposition device.
상기 순산소연소 에너지 회수장치(150)는 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤를 순산소연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질을 공급하는 장치이며 상기 순산소연소 에너지 회수장치(150)로부터 생성되는 CO2의 농도를 조절하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 CO2농도 조절장치(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조시스템.The method according to claim 1,
The pure oxygen combustion energy recovering apparatus 150 is a device for supplying a heated fluid to the rapid thermal decomposition reactor 110 by burning oxygen recovered from the centrifugal force collector 120, And a CO 2 concentration adjusting device 160 for adjusting the concentration of CO 2 produced from the apparatus 150 to mix the high concentration CO 2 with the non-condensing gas into the rapid thermal decomposition reactor 110 to supply the mixed gas to the fluidizing gas And a bio - oil production system using a circulating fluidized - bed rapid pyrolysis unit.
(a) 급속열분해 반응기(110)에 바이오매스 공급장치(100)로부터 바이오매스가 공급되는 단계;
(b) 상기 급속열분해 반응기(110)의 내외부가 가열되면서 유동매질로 인해 바이오매스가 급속 열분해되는 단계;
(c) 상기 급속 열분해 과정에서 발생되는 열분해 가스로부터 원심력 집진장치(120)이 이용되어 촤가 제거되고, 상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤 를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질을 순환시키고 CO2농도 조절장치(160)를 통하여 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 단계;
(d) 상기 촤가 제거된 열분해 가스가 바이오오일 응축기(130)로 공급되어 응축 공정을 통해 바이오 오일이 추출되는 단계; 및,
(e) 상기 바이오오일 응축기(130)로부터 바이오 오일로 응축되지 않는 열분해 가스가 전기집진기(140)로 전달된 후 분진 및 오일미스트를 포집하는 방법으로 바이오 오일이 추가로 추출되는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법.A method for producing a bio-oil in which biomass is rapidly pyrolyzed to condense the produced gas to produce a bio-oil,
(a) supplying biomass from a biomass feeder (100) to a rapid thermal cracking reactor (110);
(b) rapidly pyrolyzing the biomass due to the fluidized medium while heating the inside and the outside of the rapid thermal decomposition reactor 110;
(c) a centrifugal force collecting device 120 is used to remove the pyrolysis gas from the pyrolysis gas generated in the rapid pyrolysis process, and the ozone recovered from the centrifugal force collecting device 120 is burned in the pure oxygen combustion energy recovery device 150 Circulating the fluidized medium heated by the rapid thermal decomposition reactor 110 and mixing the high concentration CO 2 with the non-condensed gas through the CO 2 concentration controller 160 to supply the fluidized gas;
(d) supplying the pyrolysis gas to the bio-oil condenser 130 to extract the bio-oil through a condensation process; And
(e) a pyrolysis gas which is not condensed with bio-oil from the bio-oil condenser 130 is transferred to the electrostatic precipitator 140, and then the bio-oil is further extracted by a method of collecting dust and oil mist (EN) A method for producing bio - oil using a pure oxygen combustion energy recovery device and a circulating fluidized bed rapid pyrolysis device.
상기 (c)단계는
상기 원심력 집진장치(120)으로부터 회수된 촤 를 순산소연소 에너지 회수장치(150)에서 연소하여 상기 급속열분해 반응기(110)로 가열된 유동매질을 순환시키고 CO2농도 조절장치(160)를 통하여 고농도 CO2를 비응축가스와 혼합하여 유동화가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 순산소연소 에너지 회수장치와 순환유동층 급속열분해 장치를 이용한 바이오 오일 제조방법.The method of claim 3,
The step (c)
The centrifugal force collecting device 120 recovers the spent fuel in the oxy-fuel combustion energy recovery device 150 to circulate the fluidized medium heated by the rapid thermal decomposition reactor 110 and the CO 2 concentration control device 160 CO 2 is mixed with a non-condensing gas and supplied as a fluidizing gas. The method for producing bio-oil using a pure oxygen combustion energy recovery apparatus and a circulating fluidized bed rapid thermal decomposition apparatus.
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WO2019245175A1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-26 | 한국생산기술연구원 | System for collecting pressurized pure oxygen pollutants using biochar |
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WO2019245175A1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-26 | 한국생산기술연구원 | System for collecting pressurized pure oxygen pollutants using biochar |
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