KR20190050223A - 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템 - Google Patents

제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템에 관한 것으로서 구체적으로 고온고압반응 유닛을 통해 초본계 또는 목질계 바이오 매스로부터 리그닌의 농도가 증가된 바이오액과 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오액을 생성하고, 이를 이용하여 저급탄 석탄에 함침, 코팅 및 열처리를 하여 발열량을 향상시킴과 동시에 내수성이 우수한 바이오매스를 이용하여 저등급 석탄을 고품위화하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

Description

제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템{System for high concentration bio-liquid using 2nd generation biomass}
본 발명은 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템에 관한 것으로서 구체적으로 고온고압반응 유닛을 통해 초본계 또는 목질계 바이오 매스로부터 리그닌의 농도가 증가된 바이오액과 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오액을 생성하기 위한 장치에 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 많으므로 지구 온난화 문제를 감안하면 경쟁력이 취약한 에너지원인 셈이다.
따라서 현재 에너지원으로서 세계적으로 이슈화 되고 있는 것 중에 신재생 에너지의 이용 및 보급을 들 수 있으며, 이는 기존의 석유, 석탄 등 화석연료에 비하여 이산화탄소의 배출이 저감되어 지구온난화 및 기후변화에 대응할 수 있는 에너지원이기 때문이다.
그러나 국내에서는 아직까지 태양광 또는 풍력 등의 신재생 에너지원을 발전용 또는 난방용으로 사용하는 경우에는 화석연료와 비교하면 발전단가 등의 차이로 인하여 획기적인 이용 및 보급이 제한적인 상황이지만, 화석연료의 고갈과 더불어 국제조약인 기후변화협약 대응에 따른 온실가스 감축이 대두되면서 신재생 에너지 의무할당제가 거론되기 시작한 이래 2012년부터 신재생 에너지 의무할당제(Renewable Portfolio Standard; RPS)가 도입되어 국내 에너지 사업자들에게는 부담으로 작용하고 있는 실정이다.
이에 따라 발전사에서는 석탄의 이산화탄소 발생을 감축시키는 노력으로 석탄 가스화 복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC) 및 바이오 매스(bio-mass) 혼소 등을 시도하고 있다.
그러나 IGCC는 기존의 석탄 화력 발전시설을 이용할 수 없고, 1기당 약 1조 3천 억 원 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.
또 바이오 매스 혼소의 경우에는 석탄에 비하여 상대적으로 낮은 발열량의 바이오 매스를 연소함에 따라 발전효율이 저하된다는 문제점을 안고 있다. 즉 단순히 석탄과 오일계 바이오 매스를 혼합시킨 연료의 경우, 석탄의 표면이 오일로 코팅되거나 기공 안으로 오일이 함침 된다. 하지만 오일 자체의 낮은 표면장력과 오일계 바이오 매스와 석탄 표면의 결합력이 부족하여, 석탄과 바이오 매스는 각각 기존의 연소 특성을 유지하므로 결과적으로는 다른 연소 특징을 보이게 된다. 따라서 이를 발전소에 적용하면 버너 앞부분에서 오일의 저온 연소 패턴으로 인하여 산소가 우선적으로 과잉 소모하게 되고, 결국 석탄의 연소를 저해하여 미연 탄소(unburned carbon)의 양이 증가하게 되며 발전 효율을 감소시키게 된다.
한편 상기와 같은 문제점들에 대응하기 위한 다수의 공지된 문헌들을 살펴보면 아래와 같다.
한국공개특허 제2007-0091168호에서는 효소적 가수분해를 바이오 매스에 기계적 힘 (1차적으로 전단력 및 파열력)을 가하는 것을 보장하기 위해 중력의 법칙에 의존하는 유형의 혼합과 병행하는 높은 건조물 함량을 갖는 폴리사카라이드 함유 바이오 매스의 액화 및 사카린화 방법을 개시하고 있다.
한국공개특허 제2012-0077991호에서는 내부에 분말화된 셀룰로오스계 바이오 매스 시료와, 산 또는 알칼리 용액 및 이산화탄소가 투입되어 고온고압 하에서 반응이 이루어지는 반응조; 상기 반응조의 하단에 설치되고, 내부가 저온저압 조건으로 유지되는 분리조; 상기 반응조와 분리조 사이에 설치되어, 반응조에서 생성된 고온 고압의 반응물을 분리조의 내부에 저온 저압으로 분출시켜 탄수화물을 분리할 수 있는 미세노즐; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 리그노셀룰로오스계 바이오 매스로부터 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 셀룰로오스 및/또는 리그노 셀룰로오스 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 바이오 매스(biomass)로부터 효소를 이용해 당화액을 제조하는 방법이며, 소수성의 유기용매(organic solvent)가 존재하는 반응 용매(reaction solvent) 중, 바이오 매스(biomass) 및 효소를 첨가해 교반 하는 것으로써, 상기 바이오 매스(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 분해되었던 것보다 저분자의 당류를 수계 용매에 추출하는 추출 스텝과 상기 수계 용매에 추출된 당류를 당화액으로서 회수하는 회수 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 당화액을 제조하는 제조 방법을 개시하고 있다.
한국특허공보 제10-1195416호에서는 저급탄에 존재하는 친수성 표면을 바이오 매스 유래 물질의 탄소성분으로 코팅하여 개질 함으로써 건조 후에도 수분의 재흡착이 억제된, 석탄 고유의 천연 탄소성분과 인공 탄소성분이 혼성된 고발열량의 하이브리드 석탄 및 그를 제조하는 방법으로써, ⅰ) 석탄을 바이오 매스 유래물질의 용액으로 반죽하여 페이스트를 형성하는 단계, ⅱ) 상기 페이스트를 탄화로에 투입하여 바이오 매스 유래 물질의 건조 및 탄화를 동시에 수행하는 단계를 포함하는, 석탄의 친수성 표면에 바이오 매스 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.
그러나 지금까지 알려진 종래기술들에서는 바이오 매스로부터 리그닌을 제거하고 글루코스(glucose)가 주성분인 셀룰로오스와 자일로스(xylose)가 주성분인 헤미셀룰로오스를 추출하기 위해 약품을 사용하거나 분해효소 등을 주로 사용하고 있으나, 산 또는 알칼리와 같은 약품을 사용할 경우에는 약품비가 증가할 뿐만 아니라 사용된 약품을 회수하는 공정이 수반되어야 하므로 공정이 복잡하다는 문제점이 있다. 또 동일한 셀룰로오스를 포함하는 바이오 매스라 하더라도 그 원료의 종류에 따라 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌 등의 함유량이 상이하므로 당화 시 다양한 분해효소 및 분해조건이 만족되어야 한다. 이는 결과적으로 원하는 물질의 추출 및 분리조건이 신뢰성을 갖지 못하게 하는 원인으로 작용한다.
따라서 신재생 에너지의 이용 및 보급을 촉진하고, 바이오 매스 연료의 공급 안정성을 확보하기 위해서는, 바이오 매스 유래 물질을 효과적으로 추출 및 분리하고 이를 활용한 저등급 석탄의 고품위화에 관한 기술개발이 절실히 요구되고 있다.
한국공개특허 제2007-0091168호 한국공개특허 제2012-0077991호 한국등록특허 제10-1171922호 일본공개특허 제2011-205933호 한국특허공보 제10-1195416호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 고온고압반응 유닛을 통해 초본계 또는 목질계 바이오 매스로부터 고농도의 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 고농도의 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액을 생성하는 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명에서는 제2세대 바이오 매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템에 있어서, 제2세대 바이오매스와 염기용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌을 포함하는 바이오 당액으로 분리하는 제1고온고압 반응 유닛; 2세대 바이오매스와 상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌을 포함하는 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제2고온고압 반응 유닛; 2세대 바이오매스와 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 더 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제3고온고압반응 유닛; 상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 산성 용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액을 생성하는 제4고온고압반응 유닛; 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제4고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액을 생성하는 제5고온고압반응 유닛; 상기 제3고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제5고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 더 증가된 바이오 당액을 생성하는 제6고온고압반응 유닛;을 포함하는 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템을 제공한다.
본 발명은 기존의 산이나 알칼리 등 화학약품을 대체하면서, 고온고압 반응조건을 통하여 초본계 또는 목질계 바이오 매스로부터 자일로스 및 글루코스등을 포함하는 바이오 당액을를 효과적이면서 쉽게 추출 분리할 수 있으며, 바이오 당액의 농도가 증가되는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템의 블록도이다.
도2는 본 발명에 따른 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 방법을 나타낸 흐름도이다.
도3은 고온고압반응 횟수에 따른 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 농도를 나타낸 그래프도이다.
도4는 반응온도에 따른 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 농도를 나타낸 그래프도이다.
도5는 반응 시간에 따른 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 농도를 나타낸 그래프도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바이오 매스를 이용한 저등급 석탄의 고품위화 방법을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명에 따른 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 제1고온고압반응 유닛; 제2고온고압반응 유닛; 제3고온고압반응 유닛; 제4고온고압반응 유닛; 제5고온고압반응 유닛; 제6고온고압반응 유닛으로 이루어진다.
여기서, 상기 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템에 의해 생성된 혼합 바이오 당액을 이용하여 고발열량의 석탄을 제조하는 HCK 제조 유닛이 추가로 포함될 수 있다.
상기 HCK 제조 유닛은 이 발명에 앞서, 본 발명자들에 의해 고안된 것으로 한국등록특허 제10-1709328호, 한국등록특허 제10-1695702호, 한국등록특허 제10-14164920호에 상세하게 기재되어 있다.
도2는 본 발명에 따른 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 방법을 나타낸 흐름도이다.
상기 2세대 바이오매스는 리그노셀룰로오스 기반의 초본, 목질계 바이오매스를 의미하며 상기 바이오매스에 속하는 물질이라면 제한을 두지 않는다. 리그노셀룰로오스의 주요 성분인 셀룰로오스는 글루코오스(glucose)가 β-1,4 결합으로 연결된 안정된 구조의 다당류이다. 또 다른 주요 성분인 5탄당인 자일로오스(xylose)의 중합체로 구성되고 그 외에도 5탄당인 아라비노오스(arabinose), 6탄당인 만노스(mannose), 갈락토오스(galactose), 글루코오스, 람노오스(rhamnose) 등의 중합체로 구성된다.
본 발명에 따른 2세대 바이오매스를 이용한 바이오액 농축 방법은 바이오 매스를 물리적으로 처리하는 것으로부터 출발한다. 바이오 매스의 물리적 처리방법은 파쇄, 전단, 절단 등 바이오 매스의 크기를 줄이는 동시에 표면적을 넓히는 목적을 달성할 수 있다면 그 방법에 제한이 되지 않는다. 여기서 바이오 매스의 물리적 처리방법을 수행하는 장치로는 밀, 믹서, 스크류 형태 익스트루더, 회전 나이프커터가 될 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.
적절한 크기로 분쇄된 바이오 매스는 가온 된 증기 또는 온수와 함께 고온고압 반응기로 이송되며, 반응기는 소정의 온도, 압력 및 반응시간이 유지되도록 운전된다. 고온고압 반응기에 공급된 바이오 매스 입자는 높은 압력과 온도로 인해 조직이 파괴된다.
도2에 나타난 바와 같이, 제2세대 바이오매스는 염기용액과 제1고온고압 반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌을 포함하는 바이오 당액으로 분리된다.
셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 산에 용해되는 반면 리그닌은 알칼리에 용해되는 특성을 가지므로 제1고온고압반응 유닛에서 2세대 바이오매스는 리그닌을 포함하는 바이오액과 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분으로 분리된다.
글루칸(glucan)은 포도당으로 구성되는 다당의 총칭으로 D-글루코오스 끼리의 결합양식에 따라 다양한 종류가 있으며, 부제탄소원자의 배치에 의해 크게 α-글루칸과 β-글루칸으로 나누어진다. α-글루칸에는 아밀로스(α-1,4결합), 아밀로펙틴(α-1,4와 α-1,6결합), 글리코겐(α-1,4와 α-1,6결합), 세균의 덱스트란(α-1,6결합) 등이 포함된다. β-글루칸의 대표적인 것으로는 셀룰로오스(β-1,4결합), 갈조류의 라미나란(β-1,3결합), 지의류의 리케난(β-1,3과 β-1,4 결합) 등이 있다.
자일란이 포함된 성분에는 자일란(xylan). 글루쿠로노자일란(glucuronoxylan), 아라비노자일란(arabinoxylan), 글루코만난(glucomannan), 자일로글루칸(xyloglucan)등이 포함될 수 있다. 상기 기재된 성분으로 자일란이 포함된 성분은 제한되는 것은 아니며, 투입되는 바이오 매스의 성분에 따라 다양한 성분들이 분리될 수 있다.
상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌을 포함하는 바이오 당액은 2세대 바이오매스와 함께 제2고온고압 반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액으로 분리된다.
여기서, 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액이 2세대 바이오매스와 함께 제3고온고압반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 더 증가된 바이오 당액으로 분리된다.
상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분은 산성 용액과 함께 제4고온고압반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액을 생성하고, 상기 제4고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액이 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 함께 제5고온고압반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액을 생성한다.
여기서, 상기 제5고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액은 상기 제3고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 제6고온고압반응 유닛에 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 더 증가된 바이오 당액을 생성할 수 있다.
여기서 리그닌을 포함하는 바이오액은 제2고온고압반응유닛에 투입되어 농도가 증가되고, 농도가 증가된 리그닌 바이오액은 제3고온고압반응유닛에 투입되어 농도가 더 증가될 수 있다.
제1고온고압반응 유닛에서 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분은 산성 용액과 함께 제4고온고압반응 유닛에 투입되어 자일로스와 글루코스를 포함하는 바이오액이 생성되고, 상기 자일로스와 글루코스를 포함하는 바이오액은 제2고온고압 반응유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 함께 제5고온고압반응 유닛에 투입되어 농도가 증가된 자일로스와 글루코스를 포함하는 바이오액을 생성한다.
여기서, 제1, 2, 3고온고압 반응 유닛에서 온도조건은 30 이상 내지 300 ℃ 이하 일 수 있다. 바람직하게는 100 이상 내지 250 ℃이하 일수 있으며, 더욱 바람직하게는 200 이상 내지 220 ℃ 이하 일수 있다. 이 온도조건 보다 낮으면 바이오매스의 분해율이 낮아지고, 이 온도조건 보다 높으면 투입되는 공정비용 등에 따른 분해효율성이 낮아진다.
제4, 5, 6고온고압 반응 유닛에서 온도조건은 30 이상 내지 300 ℃ 이하 일 수 있다. 바람직하게는 100 이상 내지 250 ℃이하 일수 있으며, 더욱 바람직하게는 150 이상 내지 180 ℃ 이하 일수 있다. 이 온도조건 보다 높으면 과반응에 의해 자일로스와 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 농도가 낮아지게 된다.
또한, 상기 고온고압 반응은 고온고압 반응 유닛에서 수행되되, 0.4 이상 내지 90 bar 이하 조건에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
고온고압 반응 유닛에서 압력조건은 0.4 이상 내지 90 bar 이하 일 수 있다. 바람직하게는 1 이상 내지 41 bar이하 일수 있으며, 더욱 바람직하게는 4.8 이상 내지 23.3 bar 이하 일수 있다. 이 압력조건 보다 낮으면 바이오매스의 분해율이 낮아지고, 이 압력조건 보다 높으면 투입되는 공정비용 등에 따른 분해효율성이 낮아진다.
또한, 상기 고온고압 반응은 고온고압 반응 유닛에서 수행되되, 반응시간은 1분 초과 내지 4시간 이하에서 반응시키는 것을 특징으로 한다.
여기서 반응시간은 1분 초과 4시간 미만일 수 있다. 바람직하게는 5분 이상 내지 2시간 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10분 이상 내지 30분 이하 일 수 있다.
상기 고온고압 반응 유닛에서 반응시간은 목표온도 도달 후, 반응기 정상 상태에서부터의 반응시간을 의미한다.
상기 반응시간 보다 적으면, 투입되는 바이오매스의 분해효과가 떨어지고 상기 반응시간 보다 크면, 투입되는 바이오매스의 분해효과에 소요되는 에너지 소모량이 크게 되어 공정비용이 많이 소요된다.
<실시예 1>
도 3에 나타난 바와 같이, 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액은 고온고압반응 횟수가 증가함에 따라 농도가 증가하게 된다.
<실시예 2>
도 4에 나타난 바와 같이, 리그닌 용액의 경우 처리 온도가 증가함에 따라 농도가 증가하지만, 자일로스와 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 경우 170도 보다 높은 온도에서 처리하게 되면 과반응에 의해 당액의 농도가 낮아지게 된다.
<실시예 3>
도 5에 나타난 바와 같이, 리그닌을 포함하는 바이오 당액과 자일로스 및 글루코스를 포함하는 바이오 당액의 경우 체류시간이 30분이 넘어가게 되면 과반응에 의해 당의 손실이 발생하게 된다. 이에, 최대 반응 시간은 30분이 한계 시간으로 작용하게 된다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다.
따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다.
또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
10: 제1고온고압반응 유닛
20: 제2고온고압반응 유닛
30: 제3고온고압반응 유닛
40: 제4고온고압반응 유닛
50: 제5고온고압반응 유닛
60: 제6고온고압반응 유닛
70: HCK 제조 유닛

Claims (5)

  1. 제2세대 바이오매스와 염기용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌을 포함하는 바이오 당액으로 분리하는 제1고온고압 반응 유닛;
    2세대 바이오매스와 상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌을 포함하는 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제2고온고압 반응 유닛;
    2세대 바이오매스와 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 더 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제3고온고압반응 유닛;
    상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 산성 용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액을 생성하는 제4고온고압반응 유닛;
    상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제4고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액을 생성하는 제5고온고압반응 유닛;
    상기 제3고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제5고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 더 증가된 바이오 당액을 생성하는 제6고온고압반응 유닛;을 포함하는 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3고온고압반응유닛의 온도조건은 170℃ 이상 내지 220 ℃이하이고, 상기 제4 내지 제6고온고압반응유닛의 온도조건은 150℃ 이상 내지 200 ℃이하 인 것을 특징으로 하는 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제6고온고압 반응 유닛에서 압력 조건은0.4 이상 내지 90 bar 이하 이고, 반응시간은 1분 초과 내지 4시간 인 것을 특징으로 하는 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3고온고압반응 유닛으로부터 생성된 리그닌의 농도가 더 증가된 바이오 당액과 상기 제6고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스의 농도가 더 증가된 바이오 당액을 이용하여 고발열량의 하이브리드 석탄을 제조하는 하이브리드 석탄 제조 유닛;을 추가로 포함하는 제2세대 바이오매스를 이용한 혼합 바이오 당액 고농도화 시스템.
  5. 제2세대 바이오매스와 염기용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌을 포함하는 바이오 당액으로 분리하는 제1고온고압 반응 단계;
    2세대 바이오매스와 상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌을 포함하는 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제2고온고압 반응 단계;
    2세대 바이오매스와 상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 리그닌의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 리그닌의 농도가 더 증가된 바이오 당액으로 분리하는 제3고온고압반응 단계;
    상기 제1고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 산성 용액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액을 생성하는 제4고온고압반응 단계;
    상기 제2고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제4고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스가 포함된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액을 생성하는 제5고온고압반응 단계;
    상기 제3고온고압반응 유닛으로부터 분리된 자일란 및 글루칸을 포함하는 고상 성분과 상기 제5고온고압반응 유닛으로부터 생성된 자일로스 및 글루코스의 농도가 증가된 바이오 당액이 투입되어 고온고압반응을 통해 자일로스 및 글루코스의 농도가 더 증가된 바이오 당액을 생성하는 제6고온고압반응 단계;을 포함하는 제2세대 바이오매스를 이용한 고농도 혼합 바이오 당액 제조 방법.
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