KR20200020518A - Recycle device for wood or lignin and method for producing phenol from wood or lignin using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서에는 목재 또는 리그닌의 재활용 장치와, 이를 이용하여 목재 또는 리그닌으로부터 페놀를 생산하는 방법이 개시된다.Disclosed herein is a recycling apparatus for wood or lignin and methods for producing phenol from wood or lignin using the same.
화석연료가 고갈되어 감에 따라 대체에너지의 필요성이 계속적으로 증가하고 있다. 이에, 최근 에너지로의 전환이 가능한 바이오매스가 중요한 자원으로 부각되고 있다. 특히, 목질계 바이오매스는 이산화탄소 배출을 최소화하면서도, 바이오 에탄올 등의 연료 외에도 페놀 등의 유용한 화학적 유도체를 생산할 수 있어, 관련 업계 종사자들의 높은 관심을 받고 있다. 다만, 목질계 바이오매스에 포함되어 있는 리그노셀룰로오즈는, 셀룰로오즈 및 리그닌이 매우 강한 결합을 가지는 천연고분자이기 때문에 가치 있는 액상 연료로 전환시키기 어렵고, 더욱이 리그닌은 복잡한 화학구조로 인해 기존의 방법으로는 효율적인 분해 및 분리가 어려워, 그다지 큰 성과물을 얻지 못하고 있는 실정이다.As fossil fuels are depleted, the need for alternative energy continues to increase. Accordingly, biomass, which can be converted into energy, has recently emerged as an important resource. In particular, wood-based biomass can produce useful chemical derivatives, such as phenol, in addition to fuels such as bioethanol, while minimizing carbon dioxide emissions, and have received high attention from related industry workers. However, lignocellulosic contained in the wood-based biomass is difficult to convert into valuable liquid fuel because cellulose and lignin are natural polymers with very strong bonds. Efficient disassembly and separation are difficult, and so much achievements are not achieved.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 버려지는 폐목재의 재활용 방법을 제공하는 것이다.In one aspect, an object of the present invention is to provide a method for recycling waste wood that is discarded.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 펄프 생산시 버려지는 리그닌을 재활용하는 방법을 제공하는 것이다.In one aspect, it is an object of the present invention to provide a method for recycling lignin that is discarded in pulp production.
일 측면에서, 본 발명의 목적은 폐목재 또는 리그닌으로부터 페놀을 효율적으로 생산하는 것이다.In one aspect, an object of the present invention is to efficiently produce phenol from waste wood or lignin.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 측면에서, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치로서, 상기 장치는, 오거 반응기; 및 유동층 반응기를 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention in one aspect, the recycling apparatus of wood or lignin, the apparatus, auger reactor; And a fluidized bed reactor, providing a recycling apparatus for wood or lignin.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 장치의 오거 반응기 및 유동층 반응기는, 오거 반응기에서 유동층 반응기의 순으로 연결된 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.The present invention also provides, in one aspect, a recycling apparatus for wood or lignin, comprising the auger reactor and fluidized bed reactor of the apparatus connected in order from the auger reactor to the fluidized bed reactor.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 오거 반응기 및 유동층 반응기는 직렬 연결된 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.The present invention also provides, in one aspect, a recycling apparatus for wood or lignin, comprising the auger reactor and the fluidized bed reactor connected in series.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 오거 반응기 및 유동층 반응기 중 하나 이상은, 열분해를 수행하는 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.The present invention also provides, in one aspect, a recycling apparatus for wood or lignin, wherein at least one of the auger reactor and fluidized bed reactor comprises performing pyrolysis.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 열분해의 열분해 온도는, 100 내지 900℃인, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a recycling apparatus for wood or lignin, the pyrolysis temperature of the pyrolysis is 100 to 900 ℃.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 오거 반응기의 열분해 온도는 100~450℃를 포함하고, 상기 유동층 반응기의 열분해 온도는 450~900℃를 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a recycling apparatus for wood or lignin, the pyrolysis temperature of the auger reactor includes 100 ~ 450 ℃, the pyrolysis temperature of the fluidized bed reactor includes 450 ~ 900 ℃.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 장치는, 열분해 산물인 바이오 오일의 총 함량을 기준으로, 10 중량% 이상의 페놀 생산능을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치를 제공한다.In another aspect, the present invention provides a recycling apparatus for wood or lignin, comprising at least 10% by weight phenol production capacity, based on the total content of biodegradation product bio oil.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 장치를 이용한 목재로부터 페놀의 생산 방법을 제공한다.The present invention also provides, in one aspect, a method for producing phenol from wood using the device.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 목재는 폐목재를 포함하는, 목재로부터 페놀의 생산 방법을 제공한다.The present invention also provides, in one aspect, a method for producing phenol from wood, wherein the wood comprises waste wood.
본 발명의 일 측면인, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치는, 오거 반응기와 유동층 반응기를 이용하여 목재 또는 리그닌 함유 물질을 열분해함으로써, 다량의 페놀을 생산할 수 있다. 특히, 상기 장치는, 상대적으로 저온의 온도에서 목재 또는 리그닌 함유 물질을 1차 열분해하여, 목재 또는 리그닌 함유 물질 내 분자 활성도를 높인 후, 고온의 환경에서 2차 열분해함으로써, 페놀 생산 효율을 극대화시킬 수 있다.In one aspect of the present invention, a wood or lignin recycling apparatus may produce a large amount of phenol by pyrolyzing wood or lignin containing material using an auger reactor and a fluidized bed reactor. In particular, the apparatus can maximize the efficiency of phenol production by first pyrolyzing wood or lignin-containing materials at relatively low temperatures to increase molecular activity in the wood or lignin-containing materials and then secondary pyrolysis in high temperature environments. Can be.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 장치를 포함하는 목재 또는 리그닌 재활용을 위한 시스템을 보이는 도면이다.
도 2는 오거 반응기와 유동층 반응기로 구성된 열분해 장치에서의 산물 함량(질량밸런스)을 보이는 것이다.1 shows a system for wood or lignin recycling comprising an apparatus according to one aspect of the invention.
Figure 2 shows the product content (mass balance) in a pyrolysis device consisting of an auger reactor and a fluidized bed reactor.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명은 일 측면에서, 오거 반응기; 및 유동층 반응기를 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치이다.The present invention in one aspect, auger reactor; And a fluidized bed reactor.
본 명세서에서 상기 리그닌은 리그닌 자체 뿐만 아니라, 리그닌을 함유하는 물질(materials)을 포함하는 광의의 개념이며, 예컨대 펄프 생산시 발생하는 찌꺼기를 포함할 수 있고, 목재로부터 생산된 종이를 포함할 수 있다. In the present specification, the lignin is a broad concept including not only lignin itself, but also lignin-containing materials, and may include, for example, residues generated during pulp production, and may include paper produced from wood. .
일 측면에서, 상기 장치의 오거 반응기 및 유동층 반응기는, 오거 반응기에서 유동층 반응기의 순으로 연결된 것을 포함할 수 있다.In one aspect, the auger reactor and fluidized bed reactor of the apparatus may comprise one connected in order from the auger reactor to the fluidized bed reactor.
일 구현예에서, 상기 오거 반응기와 유동층 반응기는 직렬 연결된 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the auger reactor and the fluidized bed reactor may comprise a series connection.
또한, 상기 오거 반응기 및 유동층 반응기 중 하나 이상은, 열분해를 수행하는 것을 포함할 수 있다.In addition, at least one of the auger reactor and the fluidized bed reactor may include performing pyrolysis.
바람직하게는, 상기 오거 반응기 및 유동층 반응기 모두에서 열분해가 수행되는 것을 포함할 수 있다.Preferably, the pyrolysis may be performed in both the auger reactor and the fluidized bed reactor.
상기와 같은 측면에서, 상기 열분해의 열분해 온도는, 100 내지 900℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 오거 반응기의 열분해 온도는, 100~450℃를 포함할 수 있고, 바람직하게는 200~400℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 200~300℃일 수 있다.In the above aspect, the pyrolysis temperature of the pyrolysis may be 100 to 900 ℃. Specifically, the pyrolysis temperature of the auger reactor may include 100 ~ 450 ° C, preferably 200 ~ 400 ° C, more preferably 200 ~ 300 ° C.
오거 반응기의 상기 온도 범위에서 1차 열분해를 수행할 때, 목재 또는 리그닌 함유 물질 내 분자를 활성화하여, 분자들의 결합 길이가 뒤따르는 유동층 반응기에서의 2차 열분해에 최적화되도록 높은 진동상태(vibration state)로 존재할 수 있다. When performing the first pyrolysis over the above temperature range of the auger reactor, the high vibration state is activated to activate the molecules in the wood or lignin-containing material to optimize the second pyrolysis in the fluidized bed reactor followed by the bond length of the molecules. May exist.
즉, 상기 1차 열분해에 의해 목재 또는 리그닌 함유 물질은, 분자 구성 원소 간의 결합 길이가 길어지게 되고 그 결과 분자간 결합력이 떨어져, 분자쇄 결합을 깨기 용이한 상태가 될 수 있다. That is, due to the first pyrolysis, the wood or lignin-containing material may have a long bond length between molecular constituent elements, and as a result, the intermolecular bond strength may be lowered, and thus, the chain chain may be easily broken.
또한, 상기 유동층 반응기의 열분해 온도는, 450~900℃를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 500~800℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 500~700℃일 수 있다.In addition, the pyrolysis temperature of the fluidized bed reactor may include 450 ~ 900 ℃, preferably, may be 500 ~ 800 ℃, more preferably may be 500 ~ 700 ℃.
상기 온도 범위에서, 유동층 반응기에서 2차 열분해를 수행할 때, 페놀의 생산량을 극대화할 수 있다.In the above temperature range, when performing secondary pyrolysis in a fluidized bed reactor, it is possible to maximize the production of phenol.
상기와 같은 측면에서, 상기 장치는, 목재 또는 리그닌 투입부를 기준으로, 오거 반응기->유동층 반응기 순으로 반응기가 연결되고, 상기 온도 범위 내에서 열분해가 수행될 때, 극대화된 목재 또는 리그닌의 재활용 효율 또는 페놀 생산 효율을 얻을 수 있다.In this aspect, the device is connected to the auger reactor-> fluidized bed reactor in the order of the wood or lignin input unit, when the pyrolysis is carried out within the temperature range, maximized recycling efficiency of wood or lignin Or phenol production efficiency.
구체적으로, 오거 반응기는 장치로 투입되는 공급 물질(feed material)인 목재 또는 리그닌 함유 물질의 활성화 역할을 하게 되는데, 공급 물질이 상대적으로 저온인 환경인 반응기 내에 오랜 시간 체류하면서, 충분히 1차 열분해될 수 있다. 한편, 오거 반응기는 반응기 내에 스크류가 구비되어 있어, 활성화된 1차 열분해물을 활성화된 상태 그대로, 후속 반응기에 즉시 전달할 수 있다. Specifically, the auger reactor serves to activate wood or lignin-containing material, which is a feed material that is fed into the device, which is capable of sufficiently primary pyrolysis while staying in the reactor for a long time in a relatively low temperature environment. Can be. On the other hand, the auger reactor is equipped with a screw in the reactor, so that the activated primary pyrolysate can be immediately delivered to the subsequent reactor as it is activated.
오거 반응기에서 1차 열분해된 열분해 산물은 유동층 반응기로 이송되어 2차 열분해된다. 유동층 반응기는, 반응기 내부로 전달된 1차 열분해물 전체에 고온의 열을 고르고, 신속하게 부여하는 결과, 공급물질인 목재 또는 리그닌으로부터 최종적으로 고함량의 페놀을 생산할 수 있다.The first pyrolyzed pyrolysis product in the auger reactor is sent to the fluidized bed reactor for second pyrolysis. The fluidized bed reactor is capable of producing a high content of phenol finally from the feed wood or lignin as a result of the high temperature heat being picked up and quickly applied throughout the primary pyrolysate delivered into the reactor.
일 측면에서, 상기 장치는 열분해 산물인 바이오 오일의 총 함량을 기준으로, 약 10 중량% 이상의 페놀 생산능을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 본 발명의 장치를 이용하여 폐목재를 재활용할 경우, 생산된 바이오 오일 중 10 wt% 이상의 페놀을 생산할 수 있다.In one aspect, the device may comprise at least about 10% by weight of phenol production capacity, based on the total content of the biooil as a pyrolysis product. In one embodiment, when recycling the waste wood using the apparatus of the present invention, it is possible to produce more than 10 wt% phenol in the bio oil produced.
한편, 현재까지 업계 알려져 있는 폐목재 열분해시 바이오 오일 내 페놀의 최대 함량은 약 0.1~3.8중량% 정도로서(G.-G. Choi et al., Bioresource Technology 178 (2015), 99-107page), 본 발명의 장치를 활용시 현저히 다량의 페놀을 생산할 수 있음을 알 수 있다.On the other hand, the maximum content of phenol in bio-oil during the biodegradation of waste wood known to date is about 0.1 to 3.8% by weight (G.-G. Choi et al., Bioresource Technology 178 (2015), 99-107). It can be seen that the use of the device of the invention can produce a significant amount of phenol.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 목재 또는 리그닌의 재활용 장치(페놀 생산용 2단 열분해 장치라고도 함)은 2 단 열분해 장치(100), 목재 또는 리그닌 함유 물질 공급 시스템 (400), 열분해 촤 분리 시스템 (500), ?칭 시스템(600, 600'), 임팩트 분리기(700, 700'), 전기집진기(800, 800') 및 기체 순환 시스템(미도시)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a recycling apparatus for wood or lignin (also referred to as a two-stage pyrolysis device for phenol production) according to one embodiment of the present invention is a two-
상기 공급 시스템(400)은 공급물질이 저장되는 사일로(silo, 410), 공급 물질을 상기 오거 반응기(200)로 전달하기 위한 하나 이상의 스크류 공급 장치(420, 430)를 포함할 수 있으며, 상기 사일로(410) 및 상기 스크류 공급 장치 (420)는 기체투입부(미도시)을 포함한다. 상기 스크류 공급 장치는 하나 이상, 예를 들어, 두 개를 직렬로 연결하여 사용할 경우 물질의 공급을 안정적으로 수행할 수 있다.The
상기 열분해 촤 분리 시스템(500)은 하나 이상의 필터(510, 520)를 포함할 수 있으며, 약 1 ㎛ 이상 또는 약 1 ㎛ 내지 약 100,000 ㎛으로 입자 크기가 큰 열분해 촤 입자를 캡쳐할 수 있다. 상기 필터는 사이클론 필터 및/또는 세라믹 필터일 수 있다.The pyrolysis
상기 ?칭 시스템(600, 600')은 하나 이상의 콘덴서(610, 620)를 포함하며, 상기 콘덴서는 약 0℃ 내지 약 50℃ 및/또는 약 0℃ 내지 약 -50℃의 온도로 오거 반응기(200) 또는 유동층 반응기(300)로부터 배출된 기체 산물을 냉각시킨다. 이 과정에서 액체로의 응축이 진행되고, 비응축 기체는 기체 순환 시스템에 의해 순환될 수 있다.The
상기 임팩트 분리기(700, 700')는 상기 ?칭 시스템(600, 600') 이후에 연결되어 큰 분자량의, 예를 들어, 중량평균분자량이 약 500 g/mole 이상 또는 약 500 g/mole 내지 약 50,000 g/mole인 화합물 기체를 효율적으로 캡쳐할 수 있다.The
상기 전기집진기(800, 800')는 임팩트 분리기(700, 700') 후에 설치되어 기체 중의 에어로졸을 제거하는 역할을 한다.The
상기 기체 순환 시스템에 의해 비응축 기체는 순환되어 유동층 반응기(300) 등으로 순환될 수 있다. 이때 컴프레셔(compressor)가 이용될 수 있으나, 필수는 아니다.The non-condensable gas may be circulated by the gas circulation system and circulated to the fluidized
본 발명의 2 단 열분해 장치는 생성 가스 중 일부를 바이오매스 공급 시스템(400)의 사일로(410)에 투입하여 목재 또는 리그닌 함유 물질의 순탄한 공급을 돕는다.The two-stage pyrolysis apparatus of the present invention injects some of the product gas into the
도 1에는 온도, 압력 등의 물리량이나 화합물의 화학량을 검지하는 TIR (thermal infrared sensor), PIR (passive infrared sensor)과 같은 적외선 센서, 모터 (M), 및 앞서 설명되지 않은 구성들이 표시되어 있으나, 이러한 적외선 센서, 모터 및 앞서 설명되지 않은 구성들은 본 발명의 일 구현예에 따른 시스템 또는 장치에서 필수가 아니다. 도 1은 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시한 것일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.FIG. 1 shows a thermal infrared sensor (TIR) that detects a physical quantity such as temperature and pressure or a chemical quantity of a compound, an infrared sensor such as a passive infrared sensor (PIR), a motor (M), and components not described above. Such infrared sensors, motors and configurations not described above are not required in a system or apparatus according to one embodiment of the invention. 1 is only illustrated to help understand the present invention, but the present invention is not limited thereto.
일 측면에서, 상기 목재는 폐목재를 포함할 수 있다.In one aspect, the wood may comprise waste wood.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 상기 장치를 이용한, 목재 또는 리그닌으로부터 페놀의 생산 방법이다. The present invention is also, in one aspect, a process for the production of phenol from wood or lignin using the device.
상기 방법은, 구체적으로, 목재 또는 리그닌을 100~450℃에서 1차 열분해하는, 1차 열분해 단계; 및 1차 열분해된 목재 또는 리그닌을, 450~900℃에서 2차 열분해하는 2차 열분해 단계를 포함할 수 있다.The method, specifically, the first pyrolysis step, the first pyrolysis of wood or lignin at 100 ~ 450 ℃; And a second pyrolysis step of second pyrolyzing the first pyrolyzed wood or lignin at 450 to 900 ° C.
상기 1차 열분해는 바람직하게, 오거 반응기에서 수행될 수 있으며, 상기 2차 열분해는 바람직하게 유동층 반응기에서 수행될 수 있다.The first pyrolysis may preferably be carried out in an auger reactor, and the second pyrolysis may be preferably carried out in a fluidized bed reactor.
일 구현예에서, 상기 오거 반응기와 유동층 반응기는 직렬 연결된 것을 포함할 수 있다.In one embodiment, the auger reactor and the fluidized bed reactor may comprise a series connection.
이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Test Examples. However, these examples and test examples are provided only for the purpose of illustration in order to help the understanding of the present invention is not limited to the scope and scope of the present invention by the following examples.
[실시예] EXAMPLE
1. 시료의 준비1. Preparation of Sample
주로 낙엽송으로 이루어진 폐목재를 시료로 사용하였다.Waste wood mainly composed of larch was used as a sample.
2. 실험 조건2. Experimental conditions
본 실시에서, 2 단 열분해 장치는 오거 반응기 및 유동층 반응기를 포함한다. 오거 반응기는 유동층 반응기 전에 직접 연결된다. 2 단 열분해 장치를 이용한 실험은 오거 반응기에서의 염소 제거를 위해 고려되었다. 오거 반응기의 반응온도는 실시 예에서는 200~300 ℃이었으며 유동층 반응기 온도는 500~700 ℃ 이었다. In this embodiment, the two stage pyrolysis apparatus includes an auger reactor and a fluidized bed reactor. The auger reactor is connected directly before the fluidized bed reactor. Experiments with a two-stage pyrolysis unit were considered for chlorine removal in the auger reactor. The reaction temperature of the auger reactor was 200-300 ° C. in the example and the fluidized bed reactor temperature was 500-700 ° C.
구체적으로, 오거 반응기 200℃ 및 유동층 반응기 500℃(Run 2로 표시), 오거 반응기 300℃ 및 유동층 반응기 500℃(Run 3으로 표시), 오거 반응기 300℃ 및 유동층 반응기 600℃(Run 4로 표시), 오거 반응기 300℃ 및 유동층 반응기 700℃(Run 5로 표시)의 온도로 열분해를 수행하였다.Specifically,
실험은 약 8 g/min의 속도로 시료를 투입하여 시작되었다. 총 시료 중량은 500 g이었고 실험의 운용 시간은 약 60 분이었다. 운용 전에, 열분해 장치는 질소 기체로 1 시간 동안 퍼지 되었다. 반응로는 퍼지 후, 전기로에 의해 결정된 반응온도까지 가열되었다. 규사 1.2 kg이 유동상 물질로서 사용되었다. 유동층 반응기의 속도로는, 최소 유동화 속도의 3 배가 각 실험의 유속이었다. 오거 반응기에서, 공급 재료의 체류 시간은 약 2분 30초이었다. The experiment was started by loading the sample at a rate of about 8 g / min. The total sample weight was 500 g and the run time of the experiment was about 60 minutes. Prior to operation, the pyrolysis unit was purged with nitrogen gas for 1 hour. The reactor was purged and then heated to the reaction temperature determined by the electric furnace. 1.2 kg of silica sand was used as fluidized bed material. As the speed of the fluidized bed reactor, three times the minimum fluidization rate was the flow rate of each experiment. In the Auger reactor, the residence time of the feed material was about 2 minutes 30 seconds.
한편, 비교예로, 상기 장치에서 오거 반응기를 제외하고, 유동층 반응기만을 이용하여 500℃에서 열분해하는 실험도 수행하였다(Run 1로 표시).On the other hand, as a comparative example, except for the Auger reactor in the apparatus, the experiment was also carried out to pyrolyze at 500 ℃ using only a fluidized bed reactor (labeled as Run 1).
3. 열분해 장치 플랜트3. pyrolysis plant
도 1에 나타난 바와 같이, 1 단 열분해 장치는 오거 반응기가 유동층 반응기 전에 연결된 것이다. 실시예는 2 단 열분해 장치에서 실시되었다. 사일로(410)에서 오거 반응기를 거쳐 액체 산물 수집 장치까지 질소 기체 스트림이 통과되도록 하였다.As shown in FIG. 1, the one-stage pyrolysis apparatus is an auger reactor connected before the fluidized bed reactor. The example was carried out in a two stage pyrolysis apparatus. A nitrogen gas stream was allowed to pass from the
오거 반응기는 내산 처리된 310S 튜브 재질이다. 오거 반응기의 규모는 내경이 23 mm이고 길이가 650 mm였다. 유동층 반응로는 높이 550 mm, 내경 70 mm를 갖는 310S 튜브로 만들어졌다. 상기 반응로는 3 개의 열전쌍 (thermocouple)을 갖고 반응 온도는 상기 열전쌍에 의해 측정된 값으로부터 계산된 평균값으로 규정되었다. 유동층 반응기 이후 열분해 사이클론, 핫필터, ?칭 시스템, 임팩트 분리기, 전기집진기, 및 기체 순환 시스템을 갖추었다. 상기 사이클론은 10 ㎛ 보다 큰 열분해 촤 입자를 캡쳐할 수 있도록 설치되었고 핫 필터는 1 ㎛의 입자를 포획할 수 있도록 설계되었다. ?칭 시스템은 두 개의 스틸 콘덴서를 이용하였으며, 두 콘덴서 중 하나는 20℃로 물 중에서 지속적인 냉각이 수행되었고, 다른 하나는 -20℃로 에탄올 중에서 지속적인 냉각이 수행되었다. 상기 콘덴서 후에 배치된 임팩트 분리기는 큰 중량의 분자를 캡쳐하고 전기집진기는 임팩트 분리기 후에 설치되어 기체 중 에어로졸을 제거한다. 기체 순환 시스템에서는, 비응축 기체가 컴프레셔(N0150ATE, KNF)에 의해 상기 유동층 반응기로 순환되었다. 생산된 기체 산물은 분석을 위해 테프론 가스 주머니를 이용하여 수집되었고, 나머지 기체는 플레어 스택(flare stack)에서 태웠다. 전체 플랜트의 온도를 모니터링 하기 위해, 추가로 두 개의 열전쌍이 배관 라인 및 기체 벤트 라인에 설치되었다. 증기 응축을 막기 위해 가열 밴드 (heating band) 및 유리솜(glass wool)이 사용되었다. 상기이단 열분해 시스템(플랜트)의 개략도를 도 1에 나타내었다.Auger reactor is acid-resistant 310S tube material. Auger reactors were 23 mm in diameter and 650 mm in length. The fluidized bed reactor was made of 310S tube with a height of 550 mm and an inner diameter of 70 mm. The reactor had three thermocouples and the reaction temperature was defined as the average value calculated from the values measured by the thermocouple. The pyrolysis cyclone, hot filter, quenching system, impact separator, electrostatic precipitator, and gas circulation system were equipped after the fluidized bed reactor. The cyclone was installed to capture pyrolytic shock particles larger than 10 μm and the hot filter was designed to capture particles of 1 μm. The quenching system used two steel condensers, one of which was subjected to continuous cooling in water at 20 ° C. and the other at -20 ° C. in ethanol. The impact separator placed after the condenser captures large weight molecules and the electrostatic precipitator is installed after the impact separator to remove aerosols in the gas. In the gas circulation system, non-condensing gas was circulated to the fluidized bed reactor by compressor (N0150ATE, KNF). The produced gas product was collected using a Teflon gas bag for analysis and the remaining gas was burned in a flare stack. To monitor the temperature of the entire plant, two additional thermocouples were installed in the piping line and the gas vent line. Heating bands and glass wool were used to prevent vapor condensation. A schematic diagram of the two-stage pyrolysis system (plant) is shown in FIG. 1.
4. 열분해 산물의 분석4. Analysis of Pyrolysis Products
열분해 산물의 분석은 GC-MS 및 GC-FID 그리고 GC-TCD를 통해 실시 되었다.Analysis of pyrolysis products was carried out through GC-MS and GC-FID and GC-TCD.
5. 결과 분석5. Result Analysis
도 2는 Run1 ~ Run5의 반응기에서의 산물 함량(질량밸런스)을 보이는 것이며, 표 1은 바이오 오일 내 성분들의 농도를 보이는 것이다. Figure 2 shows the product content (mass balance) in the reactor of Run1 ~ Run5, Table 1 shows the concentration of the components in the bio-oil.
그 결과, 유동층 반응기에서만 열분해한 경우 (Run1)와 비교하여, 본 발명의 2단 열분해를수행한 경우, 페놀 함량이 높은 결과물을 생산할 수 있음을 알 수 있었다(도 2 및 표 1 참조). As a result, it was found that when the two-stage pyrolysis of the present invention was carried out as compared with the case of pyrolysis only in the fluidized bed reactor, a high phenol content could be produced (see FIG. 2 and Table 1).
[표 1]TABLE 1
100: 페놀 생산용 2 단 열분해 장치
200: 오거반응기 히터
300: 유동층 반응기
400: 바이오매스 공급 시스템
410: 사일로
420: 스크류 공급 장치
430: 오거 반응기
500: 열분해 촤 분리 시스템
600: ?칭 시스템
610, 620: 콘덴서
700: 임팩트 분리기 800: 전기집진기100: two-stage pyrolysis device for phenol production
200: auger reactor heater
300: fluidized bed reactor
400: biomass supply system
410: silo 420: screw feeder
430: auger reactor
500: pyrolysis and separation system
600: quenching
700: impact separator 800: electrostatic precipitator
Claims (9)
상기 장치는,
오거 반응기; 및 유동층 반응기를 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.As a recycling device of wood or lignin,
The device,
Auger reactor; And a fluidized bed reactor.
상기 장치의 오거 반응기 및 유동층 반응기는,
오거 반응기에서 유동층 반응기의 순으로 연결된 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 1,
Auger reactor and fluidized bed reactor of the device,
Recycling apparatus of wood or lignin, comprising the connection from the auger reactor to the fluidized bed reactor in order.
상기 오거 반응기 및 유동층 반응기는 직렬 연결된 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 2,
Wherein said auger reactor and fluidized bed reactor comprise serially connected units.
상기 오거 반응기 및 유동층 반응기 중 하나 이상은, 열분해를 수행하는 것을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 1,
At least one of said auger reactor and fluidized bed reactor, comprises pyrolysis.
상기 열분해의 열분해 온도는, 100 내지 900℃인, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 4, wherein
The pyrolysis temperature of the pyrolysis is 100 to 900 ℃, recycling apparatus of wood or lignin.
상기 오거 반응기의 열분해 온도는 100~450℃를 포함하고,
상기 유동층 반응기의 열분해 온도는 450~900℃를 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 4, wherein
Pyrolysis temperature of the auger reactor includes 100 ~ 450 ℃,
The pyrolysis temperature of the fluidized bed reactor comprises 450 ~ 900 ℃, wood or lignin recycling apparatus.
상기 장치는,
열분해 산물인 바이오 오일의 총 함량을 기준으로, 25 중량% 이상의 페놀 생산능을 포함하는, 목재 또는 리그닌의 재활용 장치.The method of claim 1,
The device,
A recycling apparatus for wood or lignin, comprising at least 25% by weight of phenol production, based on the total content of the biodegradation product bio oil.
상기 목재는 폐목재를 포함하는, 목재 또는 리그닌으로부터 페놀을 생산하는 방법.The method of claim 8,
Wherein the wood comprises waste wood.
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