KR20220134737A

KR20220134737A - 고체 바이오매스 연료의 생산공정

Info

Publication number: KR20220134737A
Application number: KR1020217007907A
Authority: KR
Inventors: 홍 메이 바이
Original assignee: 홍 메이 바이
Priority date: 2020-02-06
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2022-10-05
Also published as: GB202001650D0; JP2023512944A; US20220306958A1; CN115103895A; GB2591789A; WO2021156628A1; EP4100496A1

Abstract

본 발명은 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 및 상기 공정에 의해 생산된 고체 바이오매스 연료에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 에너지를 생산하기 위해 상기 고체 바이오매스 연료를 연소시키는 단계를 포함하는 연소 공정에 관한 것이다.

Description

고체 바이오매스 연료의 생산공정

본 발명은 고체 바이오매스 연료의 생산 공정, 및 상기 공정에 의해 생산된 고체 바이오매스 연료에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 에너지를 생산하기 위하여 상기 고체 바이오매스 연료를 연소하는 단계를 포함하는 연소 공정에 관한 것이다.

석탄-화력 발전은 전세계 발전소 및 산업 공정에서 사용된다. 석탄 및 기타 화석 연료는 재생-불가능한 에너지 자원이다. 지난 몇 십년에 걸쳐, 석탄-화력 발전소에서의 석탄의 소비를 감소시키고, 대신에 에너지용 재생가능한 자원을 사용하려는 요구가 있었다.

바이오매스로부터 유래된 연료는 석탄을 대체하거나 또는 적어도 부분적으로 대체하기 위하여 사용될 수 있는 재생가능한 에너지 소스의 예이다. 바이오매스 유래 연료는 에너지를 생산하기 위하여 연소 공정의 발전소에서 산소의 존재에서 연소될 수 있다. 바이오매스 유래 연료는 석탄 연소를 위해 원래 고안된 전통적인 발전소에서 연소될 수 있거나, 또는 바이오매스 유래 연료는 바이오매스 연소를 위하여 특별히 건설된 발전소에서 연소될 수 있다. 소정의 형태의 바이오매스는 석탄과 혼합되고, 발전소 내에서 동일한 연소 공정에서 연소될 수 있다. 이러한 공정은 바이오매스의 석탄 공-소성(coal co-firing)으로 알려져 있다. 석탄과의 공-소성에 적합하도록, 바이오매스 유래 연료는 소정 수준의 품질과 같은 소정의 성질 및 성질과 관련된 균질성을 전형적으로 가져야 한다. 예를 들어, 균질한 크기, 밀도, 수분 함량 등의 입자를 포함하는 바이오매스 연료는 공-소성 공정에서 특히 바람직하다. 또한, 바이오매스 연료는 낮은 수준의 애쉬(ash)를 함유하는 것이 바람직하다. 바이오매스 유래 연료 내의 애쉬의 수준은 석탄에서 발견된 것보다 전형적으로 더 높다.

바이오매스 소스로부터 고체 바이오매스 연료를 생산하는 다양한 공정이 알려져 있다. WO 제2014/087949호는 바이오매스 소스가 바이오매스 연료를 형성하도록 가열되는 바이오매스 블록으로 몰드되기 전에 증기 폭발되는 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위한 공정을 개시하고 있다. 상기 공정의 목적은 저장 동안 배출된 물에서 감소된 화학적 산소 요구량 (COD) 및 저장 동안 충분한 취급성을 갖는 바이오매스 연료를 생산하는 것이다. 상기 공정에 사용된 바이오매스 소스는 야자 알맹이 껍질(palm kernel shell)이다.

WO 제2016/056608호는 WO 제2014/087949호의 교시에 기반하며, 연료를 생산하는데 증기 폭발 단계가 요구되지 않는 고체 바이오매스 연료 제조를 위한 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은, 바이오매스 블록이 가열되기 전에, 바이오매스 블록 내로 압축되고 몰딩되기 전에 바이오매스 소스가 파쇄(crush)되는 몰딩 단계를 포함한다. 상기 공정에서 사용되기 위해 교시된 바이오매스 소스는 미송, 독미나리, 삼나무, 사이프러스, 유럽 적송, 아몬드 고목, 아몬드 껍질, 아카시아 목질 부분, 아카시아 나무껍질, 호두 껍질, 사고 야자, 비어있는 과실 송이, 메란티 및 고무와 같은 나무이다.

WO 제2017/175733호는, 바이오매스 블록이 가열되기 전에, 바이오매스 블록 내로 압축되되고 몰딩되기 전에 바이오매스 소스가 파쇄되는 몰딩 단계를 포함하는 유사 공정을 개시하고 있다. WO 제2017/175733호의 공정은, 빗물에 노출될 때 배출된 물에서 감소된 COD를 달성하고 낮은 분해(disintegration)를 나타내는 바이오매스 연료를 제공하는 것에 관한 것이다. 상기 공정에서 사용되는 바이오매스의 소스는 고무 나무, 아카시아, 메란티, 유칼립투스, 티크 및 낙엽송, 가문비나무 및 자작나무의 혼합물로부터 선택된다.

WO 제2019/069849호는 저장 동안 자연 연소에 내성을 가지며 수송 및 저장이 용이한 바이오매스 연료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 바이오매스 연료는, 바이오매스 블록이 가열되기 전에, 바이오매스 소스가 바이오매스 블록으로 압축되고 몰드되기 전에 파쇄되는 몰딩 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 연료 생산을 위한 바이오매스 소스는 고무 나무, 아카시아 나무, 라디에이터 파인, 낙엽송, 가문비나무 및 자작나무의 혼합물; 및 가문비나무, 소나무 및 전나무로부터 선택된다.

WO 제2019/069860호는 바이오매스 고체 연료를 생산하기 위한 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 바이오매스 고체 연료를 얻기 위하여 몰드된 바이오매스 생산물을 탄화시키기 위한 탄화 로(carbonisation furnace)를 포함한다. 상기 장치는 수율 계산 유닛, 온도 측정 유닛 및 제어 유닛을 더욱 포함한다. 상기 제어 유닛은 바이오매스 연료의 자연 연소 성질에 기반하여 탄화 로에 적용된 열을 제어한다. 상기 몰드된 바이오매스 생산물은, 펠릿을 몰드된 바이오매스 생산물로 몰딩하기 전에, 바이오매스 소스를 펠릿으로 분쇄함으로써 형성된다. 바이오매스 소스는 고무 나무, 아카시아, 디프테로카프, 라디아 소나무, 낙엽송, 가문비나무 및 자작나무의 혼합물 또는 가문비나무, 소나무 및 전나무의 혼합물로부터 선택된다.

WO 제2018/181919호는 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위하여 전술한 것과 다른 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 바이오매스를 탄화시키도록 뜨거운 물 내에서 바이오매스 소스가 가압되는 바이오매스의 수열 탄화 단계를 포함한다. 상기 공정은 높은 수율로 높은 분쇄성 및 감소된 제조 비용을 갖는 바이오매스 연료를 제공하는 것으로 보고되어 있다. 상기 바이오매스의 소스는 겉껍질, 야자 알맹이 껍질, 코코넛 야자 나무, 대나무, 비어있는 과실 송이, 살구 및 가지로부터 선택된다.

WO 제2017/175737호는 탄화된 바이오매스를 냉각하기 위한 냉각 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 반-탄화된 몰드된 바이오매스의 냉각 효율을 개선한다. 상기 장치는 그 위에 물을 스프레이함으로써 바이오매스를 냉각한다. 상기 냉각기는 평판 상에 물을 스프레이하기 위한 스프레이 섹션 및 진동 평판을 포함한다. 상기 바이오매스 연료는 전술한 바와 동일한 공정에 의해 생산된다. 바이오매스 연료를 생산하기 위한 바이오매스의 소스는 미송, 독미나리, 삼나무, 사이프러스, 유럽 적송, 아몬드 고목, 아몬드 껍질, 아카시아 목질 부분, 아카시아 나무껍질, 호두 껍질, 사고 야자, 비어있는 과실 송이, 메란티 및 고무 나무이다.

마지막으로, WO 제2014/050964호는 석탄으로 그라인드될 수 있도록 바이오매스의 분쇄성(grindability)을 향상시키기 위한 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 10 내지 50%로 그라인드된 목재 바이오매스의 수분 함량을 증가시키는 단계; 상기 바이오매스를 배소(torrefaction)에 투입하기 전에 0.55 g/cm³ 이상의 밀도를 갖도록 상기 바이오매스를 치밀화하는 단계를 포함한다. 상기 바이오매스의 소스는 목재 칩, 바크(bark), 대팻밥(wood shavings), 및 톱밥을 포함한다.

본 발명의 발명자들은 전술한 문헌에서 논의된 고체 바이오매스 연료 및 이들의 생산을 위한 공정이 이들과 관련된 다양한 문제점들을 갖고 있음을 인식하였다. 예를 들어, 전술한 문헌에서 기술된 바이오매스 소스는 모두 전형적으로 오로지 자연적으로 발생하며, 상업적 규모로 경작 및 수확이 쉽지 않은 식물 및 나무이다. 본 발명자들은 쉽게 성장될 수 있고 수확될 수 있거나 또는 상업적 규모로 얻을 수 있는 바이오매스의 소스를 갖는 것이 유리할 수 있다는 점을 인식하였다. 또한, 바이오매스 소스의 품질 및 특정의 특성이 제어될 수 있도록 성장 및 수확될 수 있는 바이오매스의 소스를 갖는 것이 유리할 것이다. 또한, 연료로서 사용하기 위한 바이오매스 소스의 충분한 양을 제공하기 위하여 과도한 벌채가 요구되지 않는 대안적인 바이오매스 소스를 갖는 것이 유리할 것이다.

대안적으로, 전술한 문헌에서 기술된 바이오매스의 소스는 모두 목재 및 유사 물질을 포함하며, 당업계에 공지된 종래의 분쇄 기술에 투여되는 경우, 낮은 정도의 균질성을 갖는 입자를 형성한다는 점이 본 발명자들에 의해 발견되었다. 나아가, 바이오매스 소스를 분쇄하는 단계는 분쇄하기 어려운 목재-형 물질 및 목재의 본질에 기인하여 값비싸다. 본 발명의 발명자들은 당업계에 알려져 있는 종래의 분쇄 기술에 의해 더욱 쉽게 분쇄되며, 및 분쇄되는 경우 좀더 균질한 크기의 입자를 형성하는, 바이오매스의 소스를 갖는 것이 유리할 것이라는 점을 인식하였다.

추가적으로, 전술한 문헌에서 언급된 바이오매스 소스로부터 제조되고 상기 문헌에서의 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료는 충분한 방수 특성을 갖지 않는다는 점이 본 발명자들에 의해 발견되었다. 방수 특성은, 연소 공정 (그 자체 상에서 또는 석탄과 공-소성되는 경우)에서 사용되는 경우, 건조 (또는 적어도 충분히 건조)될 필요가 있으므로, 고체 바이오매스 연료에 중요하다. 바이오매스 연료는 저장 또는 수송 동안 (빗물로부터와 같은) 수분에 종종 노출된다. 따라서, 증가된 방수 능력을 갖는 바이오매스 연료가 바람직하다.

본 발명자들은 또한 전술한 문헌에서 기술된 바이오매스 연료 생산 공정은 충분한 품질 및 균일성을 갖는 연료를 제공하지 않는다는 점을 인식하고 있다. 특히, 전술한 공정은 몰딩 단계 동안 바이오매스의 밀도의 충분한 제어를 제공하지 못한다.

본 발명은 종래 공정과 관련된 전술한 문제점들을 해결한다. 놀랍게도, 본 발명의 발명자들은 고체 바이오매스 연료를 제공하는데 유용한 바이오매스의 소정의 소스들이 상업적 규모로 성장 및 수확될 수 있다는 점을 발견하였다. 따라서, 연료의 생산을 위한 바이오매스의 고정되고 일정한 소스가 성장 주기로 제공될 수 있다. 추가적으로, 상기 바이오매스 소스를 상업적 규모로 성장시키고 수확하는 것은 바이오매스 소스의 품질 및 균일성을, 예를 들어 경작 및 재배 기술에 의해 제어할 수 있다.

추가적으로, 본 발명의 발명자들에 의해, 농업 폐기 생산물인 바이오매스의 소정의 소스는 고체 바이오매스 고체 연료를 생산하는데 사용될 수 있다는 점이 또한 발견되었다.

상술한 점에 이외에, 본 발명의 발명자들은 개선된 방수 특성을 갖는 바이오매스 연료가 상기 공정의 분쇄, 몰딩 및/또는 가열 단계를 변경함으로써 제공될 수 있다는 점을 발견하였다. 본 발명의 공정의 분쇄, 몰딩 및 가열 단계의 조정 및 제어는 또한 고체 바이오매스 연료 생산물의 품질 및 균일성을 개선하고, 및 연소 공정에 사용하기 위해 크게 바람직한 소정의 물리적 특성을 부여한다는 점이 발견되었다. 나아가, 상기 몰딩 및 가열 단계의 조정은 고체 바이오매스 연료의 수율을 증가시키고, 및 수송 및 저장을 용이하게 하는 연료에 특성을 부과한다는 것이 발견되었다. 본 발명자들은 바이오매스 소스의 본성, 및 분쇄, 몰딩 및 가열 단계의 특정의 특징이 함께 작용하여 당업계에 공지된 것들에 비해서 연소 공정에서 사용하기 위해 우수한 바이오매스 연료 생산물을 제공한다는 점을 발견하였다.

본 발명의 제1 관점에 따르면, 고체 바이오매스 연료의 생산공정이 제공되며, 상기 공정은 다음의 단계들:

(i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계;

(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;

(iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;

(iv) 상기 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생산물을 제공하는 단계;

(v) 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 160℃ 내지 420℃의 온도로 0.25 내지 5 시간의 기간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계; 및

(vi) 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하고;

여기서 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스(bagasse), 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기(sorghum stalk), 대두 줄기(soybean stalks), 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기(rape stalks), 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함한다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는: 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합으로, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어진다.

전형적으로, (i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 잘게 자르는 단계(chopping)를 포함한다.

하나의 구현예에서, (ii) 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된(pulverised) 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, (a) 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이하가 되도록 음압(negative pressure) 공압(pneumatic) 운송 장치의 사용을 포함하는 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 파쇄(crushing)하는 단계를 포함한다.

전형적으로, (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조 실린더에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이상이고, 상기 공정은 다중 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함한다.

몇몇 구현예에서, (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 더욱 포함한다.

전형적으로, (iv) 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조정하는 단계를 포함하고, 선택적으로 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조정하는 단계는 상기 몰딩 단계에서 사용된 몰드의 압축비를 제어하는 단계를 포함한다.

전형적으로, (iv) 건조되고 압축된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 전에, 첨가제는 상기 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말에 첨가된다. 바람직하게는, 상기 첨가제는 몰드된 바이오매스 생산물의 수율을 증가시킨다.

(v) 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 0.4 내지 2.5 시간의 기간 동안 수행되고, 및/또는 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 180 ℃ 내지 350 ℃, 선택적으로 210 ℃ 내지 280 ℃의 온도로 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, (v) 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 배소(torrefaction)를 유도하기 위한 조건 하에서, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계를 포함한다.

전형적으로, (v) 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조정되고, 선택적으로, 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 단계 (v)를 조정하는 단계는 가열되는 동안 몰드된 바이오매스 생산물이 회전되는 장치에서 단계 (v)를 수행하는 단계를 포함하며, 선택적으로, 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하기 위해 단계 (v)를 조정하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 회전의 속도 또는 방향을 제어하는 단계를 포함하고, 선택적으로, 몰드된 바이오매스 생산물은 장치에서 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 회전된다.

바람직하게는, 상기 공정은, (V) 가열하는 단계 후 및 (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계 전에, 고체 바이오매스 연료를 냉각하는 단계를 더욱 포함한다.

전형적으로, (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 스크린으로 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 및 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는다. 몇몇 구현예에서, 드럼 체가 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하기 위해 스크리닝 장치로서 사용되며, 바람직하게는 상기 드럼 체는 회전 드럼 체를 포함한다.

대안적으로 또는 추가적으로, (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 고체 바이오매스 연료를 진동, 회전, 롤링, 또는 이들의 임의의 조합에 적용시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, (vi) 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는 진동 스크린을 사용하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 진동 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는다.

전형적으로, DIN EN 15103에 따라 결정된 고체 바이오매스 연료의 부피 밀도(bulk density)는 0.55 kg/l 내지 0.8 kg/l, 바람직하게는 0.60 kg/l 내지 0.75 kg/l, 좀더 바람직하게는 0.60 내지 0.70 kg/L이다.

전형적으로, DIN EN 15210-1에 따라 결정된 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 90% 이상, 93% 이상, 또는 95% 이상이다.

상기 공정의 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 소스 및 고체 바이오매스 연료는 다음과 같다:

(i) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스를 포함하거나 또는 바가스로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.60 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;

(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 해바라기 줄기를 포함하거나 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.60 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;

(iii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 밀 줄기를 포함하거나 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.58 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;

(iv) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 옥수수 줄기를 포함하거나 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고;

(v) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 수수 줄기를 포함하거나 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;

(vi) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 대두 줄기를 포함하거나 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고;

(vii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 땅콩 줄기를 포함하거나 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;

(viii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 면화 줄기를 포함하거나 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;

(ix) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 평지 줄기를 포함하거나 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.58 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;

(x) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 코코넛 껍질을 포함하거나 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.72 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;

(xi) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 야자 껍질을 포함하거나 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.70 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;

(xii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 해초를 포함하거나 또는 해초로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고;

(xiii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 땅콩 껍질을 포함하거나 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;

여기서 부피 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정되고, 기계적 내구성은 DIN EN 15210-1에 따라 결정된다.

전형적으로, 바이오매스 고체 연료의 총 건조 황 함량은 0.5 중량% 이하, 바람직하게는 0.45 중량% 이하, 좀더 바람직하게는 0.40 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.15 중량% 내지 0.20 중량%이며, 여기서 총 건조 황 함량은 DIN EN 15289에 따라 결정된다.

전형적으로, 바이오매스 고체 연료의 총 건조 수소 함량은 3 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%, 좀더 바람직하게는 5 중량% 내지 7 중량%이며, 여기서 총 건조 수소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정된다.

전형적으로, 바이오매스 고체 연료의 총 건조 산소 함량은 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 내지 42 중량%, 좀더 바람직하게는 28 중량% 내지 40 중량%이며, 여기서 총 건조 산소 함량은 DIN EN 15296에 따라 결정된다.

전형적으로, 바이오매스 고체 연료의 총 건조 탄소 함량은 40 중량% 이상, 바람직하게는 45 중량% 내지 65 중량%, 좀더 바람직하게는 50 중량% 내지 60 중량%이며, 여기서 총 건조 탄소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정된다.

전형적으로, 바이오매스 고체 연료의 총 건조 질소 함량은 5.0 중량% 미만, 바람직하게는 3.0 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 2.5 중량% 미만이며, 여기서 총 건조 질소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정된다.

전형적으로, 물에 침지되었을 때, 상기 고체 바이오매스 연료의 화학적 산소 요구량 (COD)은 5000 ppm 이하, 바람직하게는 4000 ppm 이하, 가장 바람직하게는 3200 ppm 이하이며, 여기서 화학적 산소 요구량은 GB/11914-89에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료의 고정된 탄소 함량은 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 내지 45 중량%이며, 여기서 고정된 탄소 함량은 DIN EN 51734에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료의 애쉬 함량은 20 중량% 미만, 바람직하게는 18 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 10 중량% 미만이며, 여기서 애쉬 함량은 550 ℃에서 EN 14775에 따라 결정된다.

상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 35 중량% 내지 80 중량%, 좀더 바람직하게는 40 중량% 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 50 중량% 내지 80 중량%이고, 여기서 휘발성 물질 함량은 DIN EN 15148에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 8 중량% 미만, 바람직하게는 6 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 5 중량% 미만이며, 여기서 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 바이오매스 고체 연료는 4300 kcal/kg 내지 6500 kcal/kg, 바람직하게는 4800 kcal/kg 내지 5800 kcal/kg의 발열량 값을 가지며, 여기서 발열량 값은 DIN EN 14918에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 바이오매스 고체 연료는 10 중량% 미만, 바람직하게는 8 중량% 미만, 가장 바람직하게는 6 중량% 미만의 기본 수분 함량 (base moisture content)을 가지며, 여기서 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정된다.

전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료의 pH는 4 내지 10이다.

전형적으로, 연소시 상기 고체 바이오매스 연료의 코크스 잔류물은 1 내지 4, 바람직하게는 2 내지 3이다.

전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료는 20 일까지, 바람직하게는 30 일까지, 좀더 바람직하게는 40 일까지 방수된다.

전형적으로, 연소시 상기 고체 바이오매스 연료의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만이다.

전형적으로, 상기 몰드된 바이오매스 생산물의 부피 밀도는 A이고, 상기 바이오매스 고체 연료의 부피 밀도는 B이며, 여기서 B/A는 0.55 내지 1이고, 여기서 부피 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정된다.

바람직하게는, 바이오매스로부터 유래된 물질은 상기 고체 바이오매스 연료의 총 연료 함량의 적어도 95 중량%의 양으로 고체 바이오매스 연료에 존재한다.

본 발명의 제2 관점에 따르면, 임의의 전술한 구현예에 따른 공정에 의해 얻을 수 있거나 또는 얻은 고체 바이오매스 연료가 제공된다.

본 발명의 제3 관점에 따르면, 하나 이상의 바이오매스 소스로부터 유래된 고체 바이오매스 연료가 제공되며, 여기서 하나 이상의 바이오매스 소스는:

(i) 바가스를 포함하거나, 바가스로 이루어지거나, 또는 바가스로 필수적으로 이루어지거나;

(ii) 해바라기 줄기를 포함하거나, 해바라기 줄기로 이루어지거나, 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(iii) 밀 줄기를 포함하거나, 밀 줄기로 이루어지거나, 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(iv) 옥수수 줄기를 포함하거나, 옥수수 줄기로 이루어지거나, 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(v) 대두 줄기를 포함하거나, 대두 줄기로 이루어지거나, 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(vi) 수수 줄기를 포함하거나, 수수 줄기로 이루어지거나, 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(vii) 땅콩 줄기를 포함하거나, 땅콩 줄기로 이루어지거나, 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(viii) 면화 줄기를 포함하거나, 면화 줄기로 이루어지거나, 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(ix) 평지 줄기를 포함하거나, 평지 줄기로 이루어지거나, 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지거나;

(x) 코코넛 껍질을 포함하거나, 코코넛 껍질로 이루어지거나, 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지거나;

(xi) 야자 껍질을 포함하거나, 야자 껍질로 이루어지거나, 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지거나;

(xii) 해초를 포함하거나, 해초로 이루어지거나, 또는 해초로 필수적으로 이루어지거나; 또는

(xiii) 땅콩 껍질을 포함하거나, 땅콩 껍질로 이루어지거나, 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어진다.

바람직하게는, 본 발명의 제2 및 제3 관점에서 바이오매스 또는 고체 바이오매스 연료의 하나 이상의 소스는 본 발명의 제1 관점에 따라 위에서 정의된 바와 같다.

본 발명의 제4 관점에 따르면, 에너지를 생산하기 위해 본 발명의 제2 또는 제3 관점에 따른 고체 바이오매스 연료를 연소시키는 단계를 포함하는 연소 공정이 제공된다.

바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료는 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성(co-fire)되고 및 연소된다.

바람직하게는, 상기 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만이다.

바람직하게는, 연소시 고체 바이오매스 연료의 코크스 잔류물은 1 내지 4, 바람직하게는 2 내지 3이다.

본 발명의 제5 관점에 따르면, 연소 공정에서 연료로서 본 발명의 제2 또는 제3 관점에 따른 고체 바이오매스 연료의 사용방법(use)이 제공되며, 선택적으로 상기 사용방법은 본 발명의 제4 관점에 따른 공정에서 고체 바이오매스 연료를 사용하는 것을 포함하고, 선택적으로 상기 연소 공정은 석탄과 같은 화석 연료와 함께 고체 바이오매스 연료를 공-소성시키는 것을 포함한다.

본 발명의 제6 관점에 따르면, 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위한 하나 이상의 바이오매스 소스의 사용방법이 제공되며, 여기서 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는: (i) 바가스를 포함하거나, 바가스로 이루어지거나, 또는 바가스로 필수적으로 이루어지거나; (ii) 해바라기 줄기를 포함하거나, 해바라기 줄기로 이루어지거나, 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (iii) 밀 줄기를 포함하거나, 밀 줄기로 이루어지거나, 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (iv) 옥수수 줄기를 포함하거나, 옥수수 줄기로 이루어지거나, 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (v) 대두 줄기를 포함하거나, 대두 줄기로 이루어지거나, 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (vi) 수수 줄기를 포함하거나, 수수 줄기로 이루어지거나, 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (vii) 땅콩 줄기를 포함하거나, 땅콩 줄기로 이루어지거나, 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (viii) 면화 줄기를 포함하거나, 면화 줄기로 이루어지거나, 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (ix) 평지 줄기를 포함하거나, 평지 줄기로 이루어지거나, 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지거나; (x) 코코넛 껍질을 포함하거나, 코코넛 껍질로 이루어지거나, 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지거나; (xi) 야자 껍질을 포함하거나, 야자 껍질로 이루어지거나, 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지거나; (xii) 해초를 포함하거나, 해초로 이루어지거나, 또는 해초로 필수적으로 이루어지거나; 또는 (xiii) 땅콩 껍질을 포함하거나, 땅콩 껍질로 이루어지거나, 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어진다.

바람직하게는, 사용방법은 본 발명의 제1 관점에 따른 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 사용하는 것을 포함하고 및/또는 고체 바이오매스 연료는 본 발명의 제2 또는 제3 관점에 따른다.

본 발명의 제7 관점에 따르면, 고체 바이오매스 연료의 생산에 사용하기 위한 하나 이상의 바이오매스 소스를 전-처리하기 위한 전-처리 공정이 제공되며, 여기서 상기 전-처리 공정은 다음의 단계들:

(iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;를 포함하고,

여기서, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함한다.

전형적으로, 상기 (i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는, 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 잘게 자르는 단계(chopping)를 포함한다.

전형적으로, 상기 (ii) 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된(pulverised) 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, (a) 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이하가 되도록 음압 공압 운송 장치의 사용을 포함하는 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 파쇄하는 단계를 포함한다.

전형적으로, 상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조 실린더에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이하이고, 상기 공정은 단일 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이상이고, 상기 공정은 다중 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함한다.

전형적으로, 상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 더욱 포함한다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 본 발명의 제1 관점에 따라 위에서 정의된 바와 같다.

전형적으로, 상기 전-처리 공정은 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 전에 수행되고, 여기서 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 몰딩 또는 가열하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 공정은 본 발명의 제1 관점에 따라 위에서 정의된 바와 같다.

본 발명의 제8 관점에 따르면, 고체 바이오매스 연료를 후-처리하기 위한 후-처리 공정이 제공되고, 여기서 상기 후-처리 공정은 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 고체 바이오매스 연료는 하나 이상의 바이오매스 소스로부터 유래되며, 여기서 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함한다.

바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 스크린으로 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 및 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는다.

전형적으로, 드럼 체가 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하기 위해 스크리닝 장치로서 사용되며, 바람직하게는 상기 드럼 체는 회전 드럼 체를 포함한다.

추가적으로 또는 대안적으로, 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 고체 바이오매스 연료를 진동, 회전, 롤링, 또는 이들의 임의의 조합에 적용시키는 단계를 포함한다. 몇몇 구현예에서, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는 진동 스크린을 사용하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 진동 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는다.

전형적으로, 상기 후-처리 공정은 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 후에 수행되고, 여기서 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 몰딩 또는 가열하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 공정은 본 발명의 제1 관점에 따라 위에서 정의된 바와 같다.

본 발명은 이제 다음과 같은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
도 1은 DIN EN ISO 17828에 의해 결정된 본 발명의 다양한 고체 바이오매스 연료의 부피 밀도를 나타낸다.
도 2는 DIN EN 15210-1에 의해 결정된 본 발명의 다양한 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성을 나타낸다.
도 3은 DIN EN 15289에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 황 함량을 나타낸다.
도 4는 DIN EN 15104에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 건조 수소 함량을 나타낸다.
도 5는 DIN EN 15296에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 건조 산소 함량을 나타낸다.
도 6은 DIN EN 15104에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 건조 탄소 함량을 나타낸다.
도 7은 DIN EN 15104에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 건조 질소 함량을 나타낸다.
도 8은 GB11914-89에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 화학적 산소 요구량 (COD)을 나타낸다.
도 9는 DIN EN 51734에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 고정된 탄소 함량을 나타낸다.
도 10은 550℃에서 DIN EN 14775에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 애쉬 함량을 나타낸다.
도 11은 DIN EN 14774-2에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 내부 수분 함량을 나타낸다.
도 12는 DIN EN 15148에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량을 나타낸다.
도 13은 독일 ECN 시험 기관의 표준 방법에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 PM1.0 배출량을 나타낸다.
도 14는 DIN EN 14918에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 발열량 값을 나타낸다.
도 15는 GB/T 211-2017에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 받아들여진 기본 수분 함량 (received base moisture content)을 나타낸다.
도 16은 DIN EN 18847에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 입자 밀도를 나타낸다.
도 17은 GB/T7702.16-1997에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 pH를 나타낸다.
도 18은 GB/T212-2008에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 코크스 슬래그 특성을 나타낸다.
도 19는 20일 동안 물에 담근 후, GB/T211-2017에 의해 결정된 본 발명의 다양한 바이오매스 연료의 총 수분 함량을 나타낸다.
도 20은 하나 이상의 바이오 매스 소스를 치핑(chipping)하는데 사용될 수 있는 당업계에 공지된 장치의 사진이다.
도 21은 하나 이상의 바이오매스 소스를 압축하는데 사용될 수 있는 당업계에 공지된 장치의 사진이다.
도 22는 하나 이상의 바이오 매스 소스를 압축하는데 사용될 수 있는 당업계에 공지된 장치의 사진이다.
도 23은 하나 이상의 바이오매스 소스를 압축하는데 사용될 수 있는 당업계에 공지된 장치의 사진이다.
Figure 24 is a diagram of a typical compression mold that may be used in accordance with the invention.
도 24는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 전형적인 압축 몰드의 다이어그램이다.
Figures 25 and 26 show apparatus that may be used in vibrating, rolling or rotating a biomass solid fuel product of the invention.
도 25 및 26은 본 발명의 바이오매스 고체 연료 생산물을 진동, 롤링 또는 회전시키는데 사용될 수 있는 장치를 나타낸다.

바이오매스 소스

본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 바이오매스 소스는 전술한 것 중 어느 것일 수 있다. 전형적으로, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 농업 폐기물을 포함한다. 본 발명에 따라 사용하기 위해 위에서 설명된 바이오매스 소스 중 많은 것은 농업 폐기물일 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "농업 폐기물"은 농업 작업의 부산물로서 생산되는 식물-계 폐 생산물을 나타낸다. 예를 들어, 농업 폐기물은 수확된 남은 식물-계 생산물, 또는 식물-계 생산물의 원하지 않는 성분을 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 사용되는 바이오매스의 소스는 농업 작업의 부산물로서 농업 폐기물로서 생산될 수 있다. 대안적으로, 이들 바이오매스 소스는 바이오매스 고체 연료의 제조를 위한 공급원료가되는 목적으로 특별히 재배될 수 있다. 옥수수 줄기는 농업 폐기물로서 생산될 수 있는 물질의 특별한 예이다. 예를 들어, 옥수수는 인간 소비를 위해 재배되고 수확될 수 있다. 인간 소비를 위해 옥수수 식물을 공정처리할 때, 상기 공정은 식용 옥수수 속대로부터 식용 옥수수를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서 옥수수 속대 및 줄기는 농업 폐기물이다. 몇몇 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을(으로) 포함하거나, 이루어지거나, 또는 필수적으로 이루어진다. 바람직한 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합으로 필수적으로 이루어지거나 또는 이루어진다.

상기 논의된 하나 이상의 바이오매스 소스의 각각은 당업계에 공지된 통상적 인 방법에 의해 얻어지거나 수확될 수 있다.

본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "포함하는"은 어느 추가적인 정의되지 않은 성분이 존재할 수 있는 것을 의미하는 것으로 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "이루어지는"은 구체적으로 목록화된 것 이외에, 어떠한 추가적인 성분도 존재할 수 없다는 것을 의미하는데 사용된다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "필수적으로 이루어지는"은 추가적인 정의되지 않은 성분이 존재할 수 있으나, 이들 성분은 상기 조성물의 필수적인 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 것을 의미하는데 사용된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 하나 이상의 바이오매스 소스는 종래 기술에 사용된 물질에 비하여, 상기 바이오매스 소스의 특정의 특성 및 품질의 증가된 제어를 제공하면서, 상업적 규모로 성장 및 수확될 수 있다는 점이 발견되었다. 상기 물질의 사용은 또한 필요한 벌채와 같은 나무를 사용하는 것과 관련된 환경 손상을 방지한다.

본 발명에서 사용되는 하나 이상의 바이오매스 소스의 사용은 또한 목재와 같은 이전에 사용된 물질보다 그라인드하기가 쉽다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 이는 그라인딩 공정의 비용을 감소시킨다.

본 발명의 물질의 사용은, 그라인딩되는 경우, 이전에 사용된 물질보다 좀 더 균질한 믹스를 또한 제공한다. 이론에 한정되지 않으나, 이는 바이오매스 연료 생산물의 좀더 큰 균일성 및 연속성과 같은, 최종 고체 연료 생산물에 유리한 성질을 부여하는 것으로 믿어진다. 이는 몇 가지 이유로 연소 공정에서 바람직하다.

하나 이상의 바이오매스 소스의 제공 단계

전술한 바와 같이, 본 발명의 공정은 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계를 포함한다.

상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 당해 분야에 공지된 표준 기술에 의하여 크기에서 감소될 수 있다. 상기 바이오매스는, 상기 바이오매스가 40,000 ㎛ 내지 50,000 ㎛의 평균 입자 직경과 같이, 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록, 크기에서 감소될 수 있다.

몇몇 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 소스는, 바이오매스의 특정 소스에 따라 물론 좌우되기는 하나, 종래의 치핑 장치 내로 도입됨으로써 전술한 범위의 크기를 갖는 입자로서 제공된다. 예를 들어, 상기 바이오매스 소스가 전술한 범위 내의 크기를 갖는 입자로 자연적으로 발생한다면, 치핑은 필요하지 않을 것이다. 따라서, 몇몇 구현예에서, 본 발명의 공정은 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 하나 이상의 바이오매스 소스를 잘게 자르는 단계를 포함할 수 있다.

몇몇 구현예에서, 30,000 μm 내지 60,000 μm의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는, 통상적인 콤바인으로 하나 이상의 바이오매스 소스를 수확하는 단계를 포함할 수 있다. 콤바인 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 원하는 크기의 입자로 자르고(chopping) 분해(breaking up)하는 단계를 포함한다.

30,000 μm 내지 60,000 μm의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오 매스 소스를 제공하는 단계는 바이오매스의 수분 함량을 50 중량% 미만으로 감소시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 단계는 하나 이상의 바이오매스 소스를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 이 압축 단계는 전형적으로 하나 이상의 바이오매스 소스로부터의 수분을 짜내어서, 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 50 중량% 미만으로 감소되게 한다. 따라서, 몇몇 구현예에서, 상기 논의된 바와 같은 입자 크기를 갖는 바이오매스를 제공하는 단계는, 70 중량%를 초과하는 수분 함량을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 압축하여, 압축 후, 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 50 중량% 미만이 되게 하는 단계를 포함한다.

몇몇 구현예에서, 상기 논의된 바와 같은 입자 크기를 갖는 바이오매스를 제공하는 단계는, 바이오매스를 압축하는 단계 및 또한 바이오매스를 잘게 자르는 단계를 모두 포함한다.

잘게 자르는 단계 및 압축 단계 (포함된 경우)는 별도의 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 상기 단계들은 바이오매스를 치핑 및 압축하도록 구성된 단일 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 바이오매스를 압축하기에 적합한 전동 롤링 장치는 통상적은 치핑 장치를 공급하는 컨베이어 벨트 상에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 바이오매스 소스는 치퍼에 들어가기 전에 압축된다. 하나 이상의 바이오매스 소스의 압축 및 치핑 단계를 수행하기에 적합한 장치는 당업계에 공지되어 있다. 치핑에 사용되는 장치의 예가 도 20에 나타내어진다. 도 20에 나타낸 것과 같은 치핑 장치는 일반적으로 공급 포트를 통해 물질을 공급하는 컨베이어 벨트와 같은 이송 시스템을 통해 치퍼로 들어가는 물질의 원리로 작동한다. 재료는 고속 회전 블레이드 (미도시) 및 기계의 베이스 상에 장착된 블레이드 (미도시)에 의해 칩으로 절단된다. 상기 메커니즘 및 유사한 치핑 메커니즘의 기능은 당업자에게 공지되어 있다.

압축 단계에 사용되는 장치의 예가 도 21에 나타내어진다.

위에서 논의된 바와 같이, 몇몇 구현예에서, 도 21에 나타낸 것과 같은 롤링 장치는 컨베이어 벨트 상에 위치되어 상기 소스 물질이 도 20에 나타낸 것과 같은 치핑 장치에 들어가기 전에 소스 물질을 압축할 수 있다.

다른 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는 하나 이상의 바이오매스 소스를 압축하는 단계를 포함하지 않으며, 및/또는 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량을 감소시키는 단계를 포함하지 않는다.

바이오매스의 분쇄 단계

단계 (ii)는 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함한다.

바이오매스 소스는 당업계에 공지된 표준 기술에 의해 바이오매스 분말로 분쇄될 수 있다. 바이오매스 소스는 바이오매스 분말이 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 분쇄될 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 바이오매스 소스는 1000 μm 내지 8,000 μm, 보다 바람직하게는 1,000 내지 5000 μm의 평균 입자 직경을 갖도록 분쇄된다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서의 사용을 위한 특정 바이오매스 소스를 분쇄하는 단계는 이전에 공지된 바이오매스 소스를 그라인딩함으로써 제공되는 것보다 유리한 더 작은 입자 크기 분포를 갖는 바이오매스 분말을 제공하는 점이 발견되었다.

또한 분쇄된 바이오매스 분말의 입자가 작을수록, 바이오매스 고체 연료 생산물의 품질 및 성능 특성이 더 커진다는 것으로 발견되었다. 이론에 제한되지 않고, 이는 최종 고체 바이오매스 연료 생산물의 더 큰 균일성 및 균질성 때문이라고 믿어진다. 최종 연료 생산물의 더 작은 분말 입자 크기 및 더 큰 균일성 및 균질성은 연소시 연료의 개선된 성능 특성 및 또한 고체 연료 생산물의 개선된 방수 특성과 연결되는 것으로 믿어진다.

분쇄 전에, 30,000 μm 내지 60,000 μm의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스는 전형적으로 50 중량% 미만의 수분을 포함한다.

상이한 분쇄 공정이 상이한 수분 함량을 갖는 상이한 바이오매스 소스에 대해 선호된다. 예를 들어, 하나 이상의 바이오 매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이하일 때, 바람직하게는 바이오매스를 분쇄하는 단계는 음압 공압 이송 장치의 사용을 포함한다. 이러한 음압 공압 이송 장치는 당업계에 공지되어 있다.

하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이상일 때, 하나 이상의 바이오매스 소스는 음압 공압 이송 장치를 사용하지 않고 직접 분쇄될 수 있다.

하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 μm 내지 10,000 μm의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된 바이오 매스 분말을 제공하는 단계 후, 몇몇 구현예에서, 본 발명의 공정은 아래에서 더 자세히 논의되는 건조 단계 이전에 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바이오 매스 분말이 30 중량% 초과의 수분 함량을 갖는다면, 분쇄 후에 바이오매스의 압축이 바람직할 수 있지만, 압축은 더 작은 수분 함량을 갖는 바이오매스 분말에 대해서도 수행될 수 있다.

압축 단계는 당업계에 공지된 적합한 장치를 사용하여 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 장치의 예는 도 22에 나타내어진다. 이러한 장치는 유압식(hydraulic) 압축 장치로 바이오매스 분말을 압축하여 작동한다. 물질은 도 22에 나타낸 메쉬 컨테이너에 삽입될 수 있다. 그 다음, 물질은 유압식 압축 장치로 유압식 압축을 받아, 물이 메시의 구멍을 통해 메시 용기를 빠져나가게 할 수 있다.

바이오매스 분말을 압축하는데 사용될 수 있는 또 다른 장치는, 스크류 물 압착 스퀴징 기계인, 도 23에 나타낸 것이다. 압축될 물질은 나선형 압출 용기로 도입된다. 물질로부터의 수분은 모터-구동 나선형 스크류의 회전에 의해 스크린 메쉬를 통해 짜내어진다.

위에서 논의된 바와 같이 바이오매스가 분쇄된 후 압축 단계를 수행하는 것은 훨씬 더 낮은 수분 함량을 갖는 압축된 바이오매스 분말을 제공한다는 것으로 발견되었다. 전형적으로, 압축된 바이오매스 분말의 수분 함량은 30 중량% 미만, 예를 들어 25 중량% 미만 또는 20 중량% 미만이다. 압축 단계 동안 바이오매스의 수분 감소는, 바이오 매스가 후속 건조 단계의 시작시 더 낮은 수분 함량을 갖도록, 바람직할 수 있다. 따라서, 더 적은 수분이 바이오매스로부터 제거되어야 하기 때문에, 건조 단계가 빨라진다. 그러나, 위에서 논의된 바와 같이, 분쇄된 바이오매스 분말이 건조 전에 압축되는 것이 필수적인 것은 아님을 이해할 것이다.

다른 구현예에서, 본 발명의 공정은 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함하지 않고 및/또는 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량을 감소시키는 단계를 포함하지 않는다.

따라서, 몇몇 구현예에서, 본 발명의 공정은 어떠한 압축 단계를 포함하지 않는다. 유리하게는, 하나 이상의 바이오매스 소스로부터 고체 바이오매스 연료를 형성하는 동안 압축 단계를 수행할 필요가 없다는 것이 발견되었으며, 여기서 하나 이상의 바이오매스 소스는 상기 정의된 바와 같다. 이것은, 고체 바이오매스 연료로 공정처리될 때 수분 함량을 줄이기 위해 압축이 전형적으로 필요한, 풀(grasses)과 같은 바이오매스 고체 연료를 생산하는데 사용될 수 있는 다른 바이오매스 소스와는 대조적이다.

분쇄된 바이오매스 분말의 세척

선택적으로, 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄된 바이오매스 분말로 분쇄시키는 단계 후에, 분쇄된 바이오매스 분말은 세척될 수 있다. 임의의 적절한 세척액이 사용될 수 있다. 세척액의 예는 물과 같은 수성 세척액을 포함한다. 세척 단계는 바이오매스로부터 염을 함유하는 칼륨, 나트륨, 염소, 칼슘 및 인과 같은 미네랄을 제거한다는 점에서 유리한 것으로 본 발명자들에 의해 발견되었다. 바이오매스 분말에서 적은 미네랄을 갖는 것은 아래에 설명된 가열 (배소) 공정을 쉽게 해주고, 일단 형성된 고체바이오 매스 연료를 더 쉽게 연소시킬 수 있다. 사용될 수 있는 세척 단계의 예는 WO2013/162355에서 논의된 예비-세척 단계를 포함한다.

분쇄된 바이오매스 분말을 건조시키는 단계

바이오매스는 본 공정의 단계 (iii)에서 건조된다. 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하기 위해 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계 (iii)는 전형적으로, 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말이 10 중량% 내지 18 중량%, 바람직하게는 12 중량% 내지 15 중량%의 수분 함량을 갖도록, 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함한다. 그러나, 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말이 이 범위 내의 수분 함량을 갖는 것이 필수적인 것은 아님이 이해될 것이다.

바이오매스 분말을 건조하는 단계는 또한 분쇄된 바이오매스 분말을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 하나의 바이오매스 소스가 공정에서 사용되는 경우, 이 단일 바이오매스 소스는 혼합될 수 있다. 대안적으로, 하나 초과의 바이오매스 소스가 공정에 사용되는 경우, 건조 단계는 분쇄된 바이오매스 분말을 하나 이상의 추가적인 바이오매스 소스와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 바이오매스 소스가 적어도 2 개의 바이오매스 소스를 포함하는 경우, 2 개 이상의 바이오매스는 본 발명의 공정의 임의 단계 동안 혼합될 수 있으며, 바람직하게는 하나 이상의 바이오매스 소스는 본 발명의 공정의 건조 단계 동안 혼합된다. 몇몇 구현예에서, 분쇄된 바이오매스 분말은 여기에 기재된 공정 단계를 사용하여 제조된 또한 분쇄된 바이오매스 분말인 추가적인 바이오매스 소스와 혼합된다. 다른 구현예에서, 하나 이상의 추가적인 바이오매스 소스는 여기에 기재된 바와 같이 공정처리되지 않는다. 예를 들어, 여기에 기재된 바와 같이 제조된 분쇄된 바이오매스 분말은 상이한 방식으로 제조된 하나 이상의 추가적인 바이오매스 소스와 혼합될 수 있다.

분쇄된 바이오매스 분말은 당업계에 공지된 표준 건조 실린더를 사용하는 것과 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 건조될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서, 건조 단계는 회전 건조 드럼을 포함하는 건조 장치에서 수행된다. 회전 건조 드럼의 회전은 분쇄된 바이오매스 분말을 전술한 바와 같은 하나 이상의 추가적인 바이오매스 소스와 혼합하는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 회전 건조 드럼은 리프팅 플레이트를 포함한다. 리프팅 플레이트는, 건조 실린더가 회전하는 동안, 물질을 계속 들어올린다. 놀랍게도, 리프팅 플레이트를 갖는 회전 건조 실린더의 사용은 하나 이상의 바이오 매스 분말의 개선된 혼합을 결과한다는 것이 본 발명의 발명자들에 의해 발견되었고, 여기서 하나 이상의 바이오매스 분말이 추가적인 물질과 건조되는 중이거나, 또는 둘 이상의 바이오 매스 분말이 혼합되고 있는 중이다.

분쇄된 바이오매스 분말이 20 중량% 미만의 수분 함량을 갖는 구현예에서, 전형적으로, 분쇄된 바이오매스 분말은 단일 건조 실린더에서 건조된다. 따라서, 이들 구현예에서, 본 발명의 공정은 단 하나의 단일 건조 실린더에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함한다.

분쇄된 바이오매스 분말이 20 중량%를 초과하는 수분 함량을 갖는 구현예에서, 분쇄된 바이오 매스 분말은 전형적으로 다중 건조 실린더에서 건조된다. 따라서, 이들 구현예에서, 본 발명의 공정은 하나 초과의 건조 실린더에서 분쇄된 바이오 매스 분말을 건조하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 상기 공정은 분쇄된 바이오매스 분말을 2 개 이상, 3 개 이상, 4 개 이상, 또는 5 개 이상의 건조 실린더에서 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.

건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계

건조되고 분쇄된 바이오매스 분말은 몰드된 바이오매스 생산물을 제공하기 위해 몰드된다. 몰딩 단계는 당업계에 공지된 임의의 몰딩 장치에서 및 당업계에 공지된 바이오매스 몰딩 기술에 따라 수행될 수 있으며, 압출 시스템을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 몰딩 단계는 압축 몰드에서 수행된다. 바람직하게는, 압축 몰드는 몰드 생산물 출구 홀을 포함한다. 몰딩 단계는 CN 제105435708호에 기재된 바와 같은 장치를 사용하여 수행될 수 있다.

바람직하게는, 몰딩 단계는 건조되고 분쇄된(pulverised) 바이오매스 분말을 펠릿으로 몰딩하는 단계를 포함한다. 따라서, 바람직한 구현예에서, 몰드된 바이오매스 생산물 및 고체 바이오매스 연료 생산물은 바이오매스 펠릿을 포함한다.

몰드된 바이오매스 생산물을 생산하기 위하여 바이오매스 분말을 몰드하는 것은 공지되어 있는 한편, 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 몰딩 단계로부터 생산된 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 소정의 범위 내에 있게 제어되도록 몰딩 단계를 조정(adapting)하는 것은 최종 고체 바이오매스 연료 생산물에 소정의 유리한 성질을 부과한다는 점을 발견하였다. 구체적으로, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도를 1.0 내지 1.35 kg/L 범위 내에 있도록 몰딩 단계를 제어하는 것은 최종 바이오매스 연료 생산물에 유리한 성질을 부과한다는 점이 발견되었다. 바람직하게는, 몰딩 단계는 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 1.0 kg/L 내지 1.35 kg/L가 되도록 제어된다. 전형적으로, 위에서 언급된 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다. 따라서, 몇몇 구현예에서, 몰딩 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 1.0 kg/L 내지 1.35 kg/L가 되도록, 제어되며, 여기서 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다.

몰딩 단계는 다양한 방식으로 제어될 수 있다. 몰딩 공정이 압축 몰드의 사용을 포함하는 경우, 밀도는 전형적으로 8 미만, 바람직하게는 7 미만, 좀더 바람직하게는 6 미만의 압축 비율을 사용하여 제어된다. 매우 바람직한 구현예에서, 3.8 내지 6.5의 압축비가 사용된다. 전형적으로, 압축 비율이 더욱 작을수록, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 더욱 낮아진다. 그러나, 압축 비율이 높을수록, 몰드된 바이오매스 생산물의 수율은 낮아진다.

몰드 생산물 출구 홀을 갖는 압축 몰드에 대한 압축 비율은 몰드 생산물 출구 홀의 직경에 대한 길이의 비율로서 정의될 수 있다.

도 24는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 압축 몰드의 예를 나타낸다. 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말은 상기 도면에서 몰드 생산물 출구 홀을 빠져나가도록 압력에 의해 몰드 내부로부터 스퀴즈되기 전에 몰드의 내부 안으로 삽입된다. 압축 비율은 그 직경에 대해서 홀을 나오는 생산물의 길이의 비율로서 도면에서 나타낸다.

본 발명의 공정에서, 바람직하게는, 상기 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 (iv)는, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 1.1 kg/L 내지 1.35 kg/L의 범위 내로 제어되도록 몰딩 단계를 조정하는 단계를 포함하고, 전형적으로 여기서 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다. 바람직하게는, 밀도는 압축 몰드를 사용하고 및 상기 압축 몰드의 압축 비율을 제어함으로써 제어된다. 좀더 바람직하게는, 압축 비율은 3.8 내지 6.5이다

몰딩 단계 동안 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도를 제어하는 것은 놀랍게도 증가된 방수 성능을 갖는 최종 바이오매스 연료 생산물을 제공하는 것으로 발견되었다. 바람직하게는, 1.1 kg/L 내지 1.35 kg/L 범위 내의 밀도를 갖는 몰드된 바이오매스 생산물로부터 생산된 고체 바이오매스 연료 생산물은 20일까지, 바람직하게는 30일까지 충분히 방수성을 갖는다.

바람직하게는, 첨가제가 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 (iv) 이전에 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말에 부가된다. 상기 첨가제는 몰딩 공정을 개선시키고, 몰딩 단계로부터 생산된 몰드된 바이오매스 생산물의 수율을 증가시키는 것으로 믿어진다. 적합한 첨가제가 당해 분야에 공지되어 있으며, 이에 한정되지 않으나, 녹말 또는 녹말 유도체를 포함한다.

전형적으로, 전술한 것과 같은 첨가제 외에, 어떠한 기타 연료 소스도 몰딩 단계 동안 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말에 부가되지 않는다. 따라서, 몰딩 단계의 몰드된 바이오매스 생산물은 고체 바이오매스 연료 내의 연료 소스와 같은 바이오매스로부터 유래된 물질만을 포함한다. 예를 들어, 상기 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말이 펠릿으로 몰드되는 경우, 전형적으로, 상기 공정의 끝에서 생산된 고체 바이오매스 연료 펠릿이 바이오매스로부터 유래된 연료 소스만을 오직 함유하도록 몰딩 전에 어떠한 기타 연료 소스도 건조되고 분쇄된 바이오매스 생산물에 부가되지 않는다. 바람직한 구현예에서, 따라서 고체 바이오매스 연료는 적어도 적어도 60중량%, 적어도 70중량%, 적어도 80중량%, 적어도 90중량% 및 바람직하게는 적어도 95중량%의 바이오매스로부터 유래된 물질과 같은, 적어도 50중량%의 연료의 총 연료 함량을 포함한다.

용어 고체 연료의 총 연료 함량이 본원에서 사용되는 경우, 이는 바이오매스 유래 물질 및 석탄과 같은 연소성 물질인 고체 연료의 성분을 언급하도록 의도된다. 용어 고체 연료와 관련된 연료 함량은 에너지를 생산하기 위하여 그 자체로 연소되지 않는 고체 연료 펠릿 내에 존재할 수 있는 첨가제를 포괄하는 것으로 의도되지 않는다.

몰딩 단계는 또한 최종 바이오매스 고체 연료 생산물의 방수성 성질을 향상시키는 것으로 발견되었다. 몰딩 단계 동안 일어나는 밀도에서의 증가는 물이 좀 더 치밀한 몰드된 바이오매스 생산물 입자를 관통하기가 더 어렵다는 것을 의미한다.

나아가, 좀더 치밀한 생산물로, 좀더 많은 바이오매스가 몰드된 생산물의 내부로 농축되며, 물과 직접 접촉하지 않는다.

몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계

몰드된 바이오매스 생산물은 가열되어 고체 바아이매스 연료를 생산한다. 상기 가열은 0.25 내지 5 시간의 기간 동안 160℃ 내지 420℃의 온도에서 수행된다. 바람직하게는, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 수행된다. 바람직하게는, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 몰드된 바이오매스 생산물을 180℃ 내지 350℃의 온도, 좀더 바람직하게는 내지 210℃ 내지 280℃의 온도로 가열하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계 (v)는 몰드된 바이오매스 생산물의 배소를 유도하는 조건 하에서 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계를 포함한다. 배소는(torrefaction), 가열이 10% 미만의 산소 함량의 분위기와 같은 낮은 산소 분위기에서 수행되는, 온화한 열분해의 공정이다. 배소의 적합한 조건 및 공정이 당해 분야에 공지되어 있다. 따라서, 바람직하게는 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계 (v)는 배소를 포함한다.

가열 단계는 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하기 위한 당해 분야에 공지된 어느 적합한 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 가열 단계는 EP 제3287509A1호에 개시된 바와 같은 장치에서 및 공정 조건을 사용하여 수행될 수 있다.

바람직하게는, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계 (v)는 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조정되며, 선택적으로 여기서 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조정하는 단계 (v)는 몰드된 바이오매스 생산물이 가열되는 한편, 몰드된 바이오매스 생산물이 회전되는 장치에서 단계 (v)를 수행하는 단계를 포함하며, 선택적으로, 여기서 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 단계 (v)를 조정하는 단계는 몰드된 바이오매스 생산물의 회전의 방향 또는 속도를 제어하는 단계를 포함하며, 선택적으로, 여기서 몰드된 바이오매스 생산물은 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 장치에서 회전된다. 고체 바이오매스 연료의 균일성은 또한 전술한 가열 온도 및 기간에 의해 최적화된다.

몇몇 구현예에서, 본 발명의 공정은 가열 단계 후 고체 바이오 매스 연료를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 공정이 바이오매스를 가열하는 단계 후 냉각 단계를 포함하는 경우, 상기 냉각 단계는 상기 고체 바이오매스 연료를 회전시키는 단계를 포함할 수 있다. 바이오매스는 EP 제3287509A1호에 기재된 것과 같은 적합한 장치에서 회전될 수 있다. 바람직하게는, 바이오매스를 가열하는 단계 (v) 및 냉각시키는 단계 모두는 바이오매스를 회전시키는 단계를 포함한다. 바이오매스가 냉각 단계 또는 가열 단계 중 어느 하나에서 회전되는 경우, 바이오매스는 연속적인 주기로 시계 방향 및 반시계 방향 모두와 같이, 다른 방향에서 회전될 수 있다.

용어 고체 바이오매스 생산물의 '균일성(uniformity)'은 고체 바이오매스 연료 또는 몰드된 바이오매스 생산물의 각각의 입자에 걸쳐, 및 고체 바이오매스 연료 생산물 또는 몰드된 바이오매스 생산물의 벌크 샘플 내의 복수의 입자에 걸쳐 일정하거나 또는 유사한 성질을 갖는 고체 바이오매스 연료 또는 몰드된 바이오매스 생산물을 지칭하는데 사용된다. 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니나, 입자의 밀도, 입자의 연소의 용이성, 입자의 화학적 조성물, 및 입자의 방수 성질이다. 균일성은 연소 공정에 사용하기 위한 바이오매스 연료에 대하여 크게 바람직한 성질이다.

본 발명자들은 또한 전술한 방식에서 가열 단계를 제어하는 것이 종래 기술의 바이오매스 연료와 비교하여 향상된 방수 성질을 갖는 고체 바이오매스 연료 생산물을 제공하는데 부가적으로 도움을 준다는 점을 발견하였다. 가열 단계 동안, 물을 흡수하는 바이오매스 분말 내 존재하는 친수성 화합물은 열화된다(degraded). 나아가, 가열 단계는 바이오매스 분말 내에 존재하는 오일이 바이오매스 분말 입자의 외부로 이동하도록 야기하여, 상기 입자의 소수성을 증가시킨다.

고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계

본 발명의 공정은 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 당해 분야에 공지된 바이오매스 고체 연료 생산 공정에서, 상당한 양의 먼지가 고체 바이오매스 연료에 부착된다는 점이 본 발명의 발명자들에 의해 발견되었다. 이 먼지는 고체 바이오매스 연료의 수송 및 패키징 동안 공기를 오염시킬 수 있기때문에 문제가 된다. 상기 먼지는 또한 국부적 환경을 오염시킬 수 있다. 나아가, 옥외에 저장되는 경우, 먼지 입자는 밀드유(mildew)를 형성시키며 고체 바이오매스 연료의 성능 및 품질에 영향을 미친다. 따라서, 고체 바이오매스 연료의 입자의 표면 상의 먼지가 제거되는 것이 유익할 것이다.

본 발명자들은 바이오매스 고체 연료 입자의 표면 상의 먼지가 입자들 사이의 마찰을 유도함으로써 제거될 수 있다는 점을 발견하였다. 예를 들어, 입자에 부착된 먼지는 고체 바이오매스 연료 입자를 진동시키거나 또는 회전시키는 것과 같은 수단에 의한 마찰을 유도함으로써 제거될 수 있다. 따라서, 고체 바이오매스 입자로부터 먼지를 제거하는 단계 (vi)는 고체 바이오매스 연료 입자들 사이의 마찰을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 고체 바이오매스 입자로부터의 먼지를 제거하는 단계 (vi)는 입자를 진동, 회전, 롤링, 또는 이들의 조합에 적용시키는 단계를 포함한다. 고체 바이오매스 연료 입자의 롤링, 회전, 및 진동을 수행하기 위해 적합한 장치는 당업자에게 공지되어 있으며, 도 25 및 26에 나타낸다. 입자로부터 먼지를 제거하는데 사용될 수 있는 장치의 예는 회전 드럼 체이다.

고체 바이오매스 연료로부터의 먼지 입자를 제거하는 단계 (vi)는 스크린으로 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 스크린은 2 mm 내지 10 mm, 바람직하게는 2 mm 내지 8 mm, 좀더 바람직하게는 2 mm 내지 5 mm, 및 가장 바람직하게는 2 mm to 3 mm의 기공 크기를 갖는다. 고체 바이오매스 연료 입자와 혼합되는 먼지 입자는 스크린을 통해서 통과시킴으로써 고체 바이오매스 연료로부터 분리될 수 있다. 더 큰 고체 바이오매스 연료 입자는 스크린을 통해서 통과하지 않으므로, 따라서 먼지 입자로부터 분리된다. 스크리닝 단계를 수행하는데 적합한 장치 및 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 상기 적합한 장치 중 어느 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 고체 바이오매스 연료의 스크리닝, 롤링 및 회전을 이용하는 장치는 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 이러한 장치의 사용에서, 고체 바이오매스 연료는 스크린 상에 놓일 수 있으며, 스크린은 모터의 작동에 의해 축 상에서 롤 및 회전되도록 구동될 수 있다. 스크린의 롤링/틸팅 및 회전 동안, 스크린의 체 표면 상의 물질이 턴오버된다. 스크린을 통해서 일부 물질이 통과하고, 스크린을 통해서 통과하지 않은 물질로부터 분리된다. 스크린의 롤링 및 회전은 스크린의 기공에 걸린 물질이 떨어지도록 하고 따라서 스크린 기공의 막힘을 방지한다. 대안적으로, 고체 바이오매스 연료 입자를 진동시키고 스크린하는 장치가 사용될 수 있다. 이 경우, 모터가 스크린 표면 상에 물질의 분출을 야기할 수 있는 스크린을 진동시키는데 사용될 수 있다. 이 공정은 좀더 큰 것에 부착된 작은 입자가 풀어진 후, 스크린 내의 기공을 통과하도록 할 수 있다. 좀더 작은 입자로부터 좀더 큰 입자를 분리하기 위하여 스크린 및 진동을 이용하는 장치의 예는, 여기서 더작은 입자가 좀더 큰 입자에 부착될 수 있거나 부착될 수 없으며, CN 제201324717호에 교시된 장치이다.

따라서, 본 발명의 방법은 고체 바이오매스 연료 입자를 롤링, 회전 및 진동중 하나 이상에 투입하여 고체 바이오매스 연료 입자에 부착된 먼지 입자가 상기 입자로부터 제거되도록 하는 고체 바이오매스 연료 입자들 사이의 마찰을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로, 상기 방법은 고체 바이오매스 연료 입자 및 먼지 입자의 혼합물을 전술한 스크리닝 단계에 적용시켜 상기 고체 바이오매스 연료 입자로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함한다. 따라서, 제거 단계 (vi)는 고체 바이오매스 연료의 입자로부터 먼지를 제거하기 위한 효과적인 후-처리이다.

예비-처리 및 후-처리

고체 바이오매스 연료를 형성하도록 몰딩 및 가열의 전술한 단계 (iv) 및 (v)는 하나 이상의 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키는 주요 생산 단계로 전형적으로 고려될 수 있다.

반면에, 바이오매스를 제공, 분쇄 및 건조시키는 단계 (i) 내지 (iii)은 몰딩 및 가열 단계를 통해서 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 (건조되고 분쇄된 바이오매스 분말과 같은 공정처리된 형태로) 고체 바이오매스 연료로 전환시키기 전에 하나 이상의 바이오매스 소스를 예비-처리하는 방법으로 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 예비-처리 공정을 제공한다. 예비-처리 공정은 바이오매스를 제공, 분쇄 및 건조하는 단계 (i) 내지 (iii)을 포함한다. 이들 단계는 고체 바이오매스 연료를 생산하는 본 발명에 따른 공정의 맥락에서 전술한 단계들 (i) 내지 (iii)과 동일할 수 있다.

본 발명의 예비-처리 공정은 바람직하게는 고체 바이오매스 연료를 제조하는 공정의 전술한 단계들 (iv) 내지 (vi) 전에 수행된다. 그러나, 이것은 필수적인 것은 아니고, 본 발명의 예비-처리 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키기 위한 어느 공정 전에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 예비-처리 공정은 몰딩, 가열 또는 몰딩 및 가열 모두를 포함하는 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 전에 수행된다.

본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "예비-처리"는 하나 이상의 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키기 위한 공정에서 출발 물질을 컨디션하기 위하여 수행되는 공정을 나타낸다. 바람직하게는, 용어 "예비-처리"는 상기 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키는 공정 전에 바이오매스 소스 출발 물질을 처리하는 것을 지칭하며, 여기서 상기 공정은 몰딩 또는 가열 단계를 포함한다.

고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 전술한 단계 (vi)은 고체 바이오매스 연료의 후-처리 단계로 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 후-처리 공정을 제공한다.

본 발명의 후-처리 공정은 바람직하게는 고체 바이오매스 연료를 제조하는 전술한 공정의 단계 (iv) 내지 (v), 또는 단계 (i) 내지 (v) 후에 수행된다. 그러나, 이것은 필수적인 것은 아니며, 본 발명의 후-처리 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키는 어느 공정 후에 수행될 수 있다. 바람직하게는, 후-처리 공정은 몰딩, 가열 또는 몰딩 및 가열 모두의 단계를 포함하는 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 후에 수행된다.

본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "후-처리"는 상기 고체 바이오매스 연료가 하나 이상의 바이오매스 소스로부터 생산된 후 고체 바이오매스 연료에서 수행되는 공정을 나타낸다. 바람직하게는, 용어 "후-처리"는 바이오매스 소스를 고체 바이오매스 연료로 전환시키는 공정 후에 바이오매스 소스 출발 물질을 처리하는 것을 나타내며, 여기서 상기 공정은 몰딩 또는 가열 단계를 포함한다.

고체 바이오매스 연료 생산물

고체 바이오매스 연료 생산물은 전술한 물리적 성질 중 어느 것을 가질 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바이오매스 고체 연료는 바람직하게는 펠릿을 포함한다. 펠릿은 어느 적합한 크기일 수 있다. 바람직하게는, 펠릿은 3 mm 내지 100 mm, 좀더 바람직하게는, 5 mm 내지 8 mm의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 펠릿은 20 mm 내지 60 mm, 좀더 바람직하게는 30 mm 내지 50 mm의 길이를 갖는다. 전술한 바와 같이, 놀랍게도, 본 발명의 고체 바이오매스 연료 생산물은 종래 기술의 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료 생산물와 비교하여 향상된 방수 특성을 갖는다는 점이 발견되었다. 이것은 전술한 바와 같은 분쇄, 몰딩 및/또는 가열 단계를 제어하는 것에 기인하는 것으로 믿어진다. 종래 기술의 바이오매스 연료는 단지 10일까지 동안 충분한 방수성을 갖는 것으로 본 발명자들에 의해 발견되었다. 반면에, 본 발명의 고체 바이오매스 연료 생산물은 20일까지, 바람직하게는 30일까지, 좀더 바람직하게는 40일까지의 충분한 방수성을 갖는다는 것으로 발견되었다.

고체 바이오매스 연료의 방수 성질은 네덜란드의 에너지 연구 센터(ECN)의 표준 시험에 따라 결정될 수 있다.

본 발명의 바이오매스 고체 연료의 수분 함량은 표준 ECN 시험 방법에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 전형적으로 8 wt% 미만, 바람직하게는 6 wt% 미만, 및 좀더 바람직하게는 5 wt% 미만이고, 여기서 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정된다.

바이오매스 고체 연료는 전형적으로 10 중량% 미만, 바람직하게는 8 중량% 미만, 가장 바람직하게는 6 중량% 미만의 기본 수분 함량 (base moisture content)을 가지며, 여기서 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정된다.

본 발명의 고체 바이오매스 연료는 예상외로 높은 기계적 내구성을 갖는 것으로 발견되었다. 상기 기계적 내구성은 전형적으로 9%보다 높고, 바람직하게는 95%보다 높다. 이것은 95% 이상의 기계적 내구성을 갖는 바이오매스 펠릿이 2달간의 기간 동안 손상 없이 옥외에 저장될 수 있다고 발견된 것이므로 유리하다. 반면에, 90% 미만의 기계적 내구성을 갖는 바이오매스 펠릿은 전형적으로 강우에 의해 손상되며, 옥외에 저장될 수 없다. 따라서, 높은 기계적 내구성은 본 발명의 바이오매스 펠릿의 부가적인 이점이다.

고체 바이오매스 연료 입자의 높은 내구성과 관련된 부가적인 이점은, 펠릿이 힘에 의해 어느 정도 파괴되는 경우, 이들이 낮은 기계적 내구성을 갖는 펠릿보다 좀 더 큰 피스로 떨어진다는 것이다. 이는 어느 먼지 폭발 위험을 최소화한다.

전술한 바와 같이, 바람직한 구현예에서, 전형적으로, 전술한 것과 같은 첨가제 외에, 기타 어떠한 연료 소스도 몰딩 단계 동안 가열된 바이오매스 생산물에 부가되지 않는다. 따라서, 고체 바이오매스 연료는 전형적으로 고체 바이오매스 연료에서 연료 소스와 같은 바이오매스로부터 유래된 물질만을 포함한다. 예를 들어, 가열된 바이오매스 생산물이 펠릿으로 몰드되는 경우, 전형적으로, 몰딩 단계에 의해 생산된 고체 바이오매스 연료 펠릿이 바이오매스로부터 유래된 연료 소스만을 함유하도록, 몰딩 이전에 가열된 바이오매스 생산물에 기타 어떠한 연료 소스도 부가되지 않는다.

바람직한 구현예에서, 따라서 고체 바이오매스 연료는, 바이오매스로부터 유래된 물질 중 적어도 60중량%, 적어도 70중량%, 적어도 80중량%, 적어도 90중량% 및 바람직하게는 적어도 95중량%와 같은, 연료의 총 연료 함량의 적어도 50중량%를 포함한다.

연소 공정

본 발명의 생산물은 다양한 다른 연소 공정에서 사용될 수 있다. 특정 공정에 사용하기 위한 상기 생산물의 적합성은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 바이오매스 연료는 그 자체로 산업 공정에서 또는 발전소에서 연소 공정에 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 바이오매스 생산물은 공-소성(co-firing) 공정에서 석탄과 같은 부가적인 연료와 함께 연소 공정에서 사용될 수 있다.

유리하게, 본 발명의 생산물은 당업계에 공지된 기타 바이오매스 연료에 비해서 매우 낮은 PM1.0 배출을 제공하는 것으로 발견되었다. 부가적으로, 상기 공정의 PM1.0 배출은 석탄의 연소를 포함하는 공정보다 더 낮다.

유리하게는, 본 발명의 바이오매스 연료의 개선된 물리적 성질은 석탄과의 공-소성에 바이오매스를 특히 적합하게 하는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 생산물의 개선된 품질 및 균일성은 본 발명의 바이오매스 연료를 석탄과 특히 잘 공-소성될 수 있도록 한다. 본 발명의 바이오매스 연료의 개선된 방수 성질은 또한 바이오매스가 석탄과 공-소성되는데 특히 적합하게 할 뿐만 아니라 방수 성질에 기인하여 저장 및 수송을 더욱 쉽게 한다는 것을 의미한다.

실시예 1

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 바가스만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.60 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 2

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 해바라기 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.60 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 3

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 밀 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.58 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 4

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 옥수수 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.61 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 5

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 수수 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.62 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 6

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 대두 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.61 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 7

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 땅콩 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.62 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 8

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 면화 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.62 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 9

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 평지 줄기만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.58 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 10

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 코코넛 껍질만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.62 내지 0.72 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 11

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 야자 껍질만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.62 내지 0.70 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 12

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 해초만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.61 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 13

본 발명에 따른 공정이 수행되었다. 바이오매스의 소스는 오직 땅콩 껍질만이었다. 가열 단계의 온도는 0.4 내지 2 시간의 기간 동안 220℃ 내지 280℃이었다. 가열 단계 후, 고체 바이오매스 연료 생산물은 냉각되었다. 고체 바이오매스 연료는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 바와 같이 0.61 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가졌다.

실시예 1 내지 13에서 생산된 고체 바이오매스 연료 생성물의 특성은 도 1 내지 18에 나타낸다. 이들 도면에서, A는 실시예 1의 생산물에 해당하고, B는 실시예 2의 생산물에 해당하고, C는 실시예 3의 생산물에 해당하고, D는 실시예 4의 생산물에 해당하고, E는 실시예 5의 생산물에 해당하고, F는 실시예 6의 생산물에 해당하고, G는 실시예 7의 생산물에 해당하고, H는 실시예 8의 생산물에 해당하고, I는 실시예 9의 생산물에 해당하고, J는 실시예 10의 생산물에 해당하고, K는 실시예 11의 생산물에 해당하고, L은 실시예 12의 생성물에 해당하고, M은 실시예 13의 생산물에 해당한다.

도 19는 20일 동안 물에 담근 후에 실시예들의 바이오 매스 연료의 총 수분 함량을 나타낸다.

Claims

고체 바이오매스 연료의 생산공정으로서, 상기 공정은 다음의 단계들:
(i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계;
(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(iv) 상기 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생산물을 제공하는 단계;
(v) 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 160℃ 내지 420℃의 온도로 0.25 내지 5 시간의 기간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계; 및
(vi) 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하고;
여기서 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스(bagasse), 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기(sorghum stalk), 대두 줄기(soybean stalks), 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기(rape stalks), 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 1에 있어서,
상기 하나 이상의 바이오매스 소스는: 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합으로 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어지는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 (i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 잘게 자르는 단계(chopping)를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (ii) 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된(pulverised) 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, (a) 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이하가 되도록 음압(negative pressure) 공압(pneumatic) 운송 장치의 사용을 포함하는 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 파쇄(crushing)하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조 실린더에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 5에 있어서,
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이하이고, 상기 공정은 단일 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 5에 있어서,
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이상이고, 상기 공정은 다중 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 더욱 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iv) 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조정하는 단계를 포함하고, 선택적으로는 몰드된 바이오매스 생산물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조정하는 단계는 상기 몰딩 단계에서 사용된 몰드의 압축비를 제어하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iv) 건조되고 압축된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 전에, 첨가제가 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말에 첨가되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 10에 있어서,
상기 첨가제는 몰드된 바이오매스 생산물의 수율을 증가시키는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (v) 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 0.4 내지 2.5 시간의 기간 동안 수행되고, 및/또는 상기 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 180℃ 내지 350 ℃, 선택적으로 210 ℃ 내지 280 ℃의 온도로 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (v) 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 배소(torrefaction)를 유도하기 위한 조건 하에서, 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (v) 몰드된 바이오매스 생산물을 가열하는 단계는 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조정되고, 선택적으로, 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 단계 (v)를 조정하는 단계는 가열되는 동안 몰드된 바이오매스 생산물이 회전되는 장치에서 단계 (v)를 수행하는 단계를 포함하며, 선택적으로, 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하기 위해 단계 (v)를 조정하는 단계는, 몰드된 바이오매스 생산물의 회전의 속도 또는 방향을 제어하는 단계를 포함하고, 선택적으로, 몰드된 바이오매스 생산물은 상기 장치에서 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 회전되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공정은, 상기 (V) 가열하는 단계 후 및 상기 (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계 전에, 고체 바이오매스 연료를 냉각하는 단계를 더욱 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 스크린으로 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 16에 있어서,
상기 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 및 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 16 또는 17에 있어서,
드럼 체가 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하기 위해 스크리닝 장치로서 사용되며, 바람직하게는 상기 드럼 체는 회전 드럼 체를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 고체 바이오매스 연료를 진동, 회전, 롤링, 또는 이들의 임의의 조합에 적용시키는 단계를 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
청구항 19에 있어서,
상기 (vi) 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는 진동 스크린을 사용하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 진동 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
DIN EN 15103에 따라 결정된 상기 고체 바이오매스 연료의 부피 밀도(bulk density)는 0.55 kg/l 내지 0.8 kg/l, 바람직하게는 0.60 kg/l 내지 0.75 kg/l, 좀더 바람직하게는 0.60 내지 0.70 kg/L이고; 및/또는 DIN EN 15210-1에 따라 결정된 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 90% 이상, 93% 이상, 또는 95% 이상인, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
(i) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스를 포함하거나 또는 바가스로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.60 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;
(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 해바라기 줄기를 포함하거나 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.60 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;
(iii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 밀 줄기를 포함하거나 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.58 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 95% 이상이고;
(iv) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 옥수수 줄기를 포함하거나 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고;
(v) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 수수 줄기를 포함하거나 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;
(vi) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 대두 줄기를 포함하거나 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고;
(vii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 땅콩 줄기를 포함하거나 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;
(viii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 면화 줄기를 포함하거나 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.68 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;
(ix) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 평지 줄기를 포함하거나 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.58 kg/L 내지 0.65 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;
(x) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 코코넛 껍질을 포함하거나 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.72 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;
(xi) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 야자 껍질을 포함하거나 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.62 kg/L 내지 0.70 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 98% 이상이고;
(xii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 해초를 포함하거나 또는 해초로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 96% 이상이고; 또는
(xiii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 땅콩 껍질을 포함하거나 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어지고, 여기서 고체 바이오매스 연료는 0.61 kg/L 내지 0.66 kg/L의 부피 밀도를 가지며, 고체 바이오매스 연료의 기계적 내구성은 97% 이상이고;
여기서 부피 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정되고, 기계적 내구성은 DIN EN 15210-1에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
(i) 바이오매스 고체 연료의 총 건조 황 함량은 0.5 중량% 이하, 바람직하게는 0.45 중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.40 중량% 이하이며, 여기서 총 건조 황 함량은 DIN EN 15289에 따라 결정되고;
(ii) 바이오매스 고체 연료의 총 건조 수소 함량은 3 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 내지 10 중량%, 좀더 바람직하게는 5 중량% 내지 7 중량%이며, 여기서 총 건조 수소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정되고;
(iii) 바이오매스 고체 연료의 총 건조 산소 함량은 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 내지 42 중량%, 좀더 바람직하게는 28 중량% 내지 40 중량%이며, 여기서 총 건조 산소 함량은 DIN EN 15296에 따라 결정되고;
(iv) 바이오매스 고체 연료의 총 건조 탄소 함량은 40 중량% 이상, 바람직하게는 45 중량% 내지 65 중량%, 좀더 바람직하게는 50 중량% 내지 60 중량%이며, 여기서 총 건조 탄소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정되고; 및/또는
(v) 바이오매스 고체 연료의 총 건조 질소 함량은 5.0 중량% 미만, 바람직하게는 3.0 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 2.5 중량% 미만이며, 여기서 총 건조 질소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
(i) 물에 침지되었을 때, 상기 고체 바이오매스 연료의 화학적 산소 요구량 (COD)은 5000 ppm 이하, 바람직하게는 4000 ppm 이하, 가장 바람직하게는 3200 ppm 이하이며, 여기서 화학적 산소 요구량은 GB/11914-89에 따라 결정되고;
(ii) 상기 고체 바이오매스 연료의 고정된 탄소 함량은 20 중량% 이상, 바람직하게는 25 중량% 내지 45 중량%이며, 여기서 고정된 탄소 함량은 DIN EN 51734에 따라 결정되고;
(iii) 상기 고체 바이오매스 연료의 애쉬 함량은 20 중량% 미만, 바람직하게는 18 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 10 중량% 미만이며, 여기서 애쉬 함량은 550 ℃에서 EN 14775에 따라 결정되고;
(iv) 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 35 중량% 내지 80 중량%, 좀더 바람직하게는 40 중량% 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 50 중량% 내지 80 중량%이고, 여기서 휘발성 물질 함량은 DIN EN 15148에 따라 결정되고; 및/또는
(v) 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 8 중량% 미만, 바람직하게는 6 중량% 미만, 좀더 바람직하게는 5 중량% 미만이며, 여기서 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오매스 고체 연료는 4300 kcal/kg 내지 6500 kcal/kg, 바람직하게는 4800 kcal/kg 내지 5800 kcal/kg의 발열량 값을 가지며, 여기서 발열량 값은 DIN EN 14918에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바이오매스 고체 연료는 10 중량% 미만, 바람직하게는 8 중량% 미만, 가장 바람직하게는 6 중량% 미만의 기본 수분 함량 (base moisture content)을 가지며, 여기서 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료의 pH는 4 내지 10인, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
연소시 상기 고체 바이오매스 연료의 코크스 잔류물은 1 내지 4, 바람직하게는 2 내지 3인, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료는 20 일까지, 바람직하게는 30 일까지, 좀더 바람직하게는 40 일까지 방수되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
연소시 상기 고체 바이오매스 연료의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만인, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몰드된 바이오매스 생산물의 부피 밀도는 A이고, 상기 바이오매스 고체 연료의 부피 밀도는 B이며, 여기서 B/A는 0.55 내지 1이고, 여기서 부피 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정되는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
바이오매스로부터 유래된 물질은 상기 고체 바이오매스 연료의 총 연료 함량의 적어도 95 중량%의 양으로 고체 바이오매스 연료에 존재하는, 고체 바이오매스 연료의 생산공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 공정에 의해 얻을 수 있는 또는 얻은 고체 바이오매스 연료.
하나 이상의 바이오매스 소스로부터 유래된 고체 바이오매스 연료로서, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는:
(i) 바가스를 포함하거나, 바가스로 이루어지거나, 또는 바가스로 필수적으로 이루어지거나;
(ii) 해바라기 줄기를 포함하거나, 해바라기 줄기로 이루어지거나, 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(iii) 밀 줄기를 포함하거나, 밀 줄기로 이루어지거나, 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(iv) 옥수수 줄기를 포함하거나, 옥수수 줄기로 이루어지거나, 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(v) 대두 줄기를 포함하거나, 대두 줄기로 이루어지거나, 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(vi) 수수 줄기를 포함하거나, 수수 줄기로 이루어지거나, 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(vii) 땅콩 줄기를 포함하거나, 땅콩 줄기로 이루어지거나, 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(viii) 면화 줄기를 포함하거나, 면화 줄기로 이루어지거나, 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(ix) 평지 줄기를 포함하거나, 평지 줄기로 이루어지거나, 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(x) 코코넛 껍질을 포함하거나, 코코넛 껍질로 이루어지거나, 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지거나;
(xi) 야자 껍질을 포함하거나, 야자 껍질로 이루어지거나, 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지거나;
(xii) 해초를 포함하거나, 해초로 이루어지거나, 또는 해초로 필수적으로 이루어지거나; 또는
(xiii) 땅콩 껍질을 포함하거나, 땅콩 껍질로 이루어지거나, 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어진, 고체 바이오매스 연료.
청구항 33 또는 34에 있어서,
상기 하나 이상의 바이오매스 또는 고체 바이오매스 연료의 소스는 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은, 고체 바이오매스 연료.
에너지를 생산하기 위해 청구항 33 내지 35 중 어느 한 항에 따른 고체 바이오매스 연료를 연소시키는 단계를 포함하는 연소 공정.
청구항 36에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료는 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성(co-fire)되고 및 연소되는, 연소 공정.
청구항 36 또는 37에 있어서,
상기 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만인, 연소 공정.
연소 공정에서 연료로서 청구항 33 내지 35 중 어느 한 항에 따른 고체 바이오매스 연료의 사용방법으로서, 선택적으로 상기 사용방법은 청구항 36 내지 38 중 어느 한 항에 따른 공정에서 고체 바이오매스 연료를 사용하는 것을 포함하고, 선택적으로 상기 연소 공정은 석탄과 같은 화석 연료와 함께 고체 바이오매스 연료를 공-소성시키는 것을 포함하는, 고체 바이오매스 연료의 사용방법.
청구항 39에 있어서,
상기 연소 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 및 바람직하게는 150 mg/kg 미만인, 고체 바이오매스 연료의 사용방법.
고체 바이오매스 연료를 생산하기 위한 하나 이상의 바이오매스 소스의 사용방법으로서, 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는:
(i) 바가스를 포함하거나, 바가스로 이루어지거나, 또는 바가스로 필수적으로 이루어지거나;
(ii) 해바라기 줄기를 포함하거나, 해바라기 줄기로 이루어지거나, 또는 해바라기 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(iii) 밀 줄기를 포함하거나, 밀 줄기로 이루어지거나, 또는 밀 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(iv) 옥수수 줄기를 포함하거나, 옥수수 줄기로 이루어지거나, 또는 옥수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(v) 대두 줄기를 포함하거나, 대두 줄기로 이루어지거나, 또는 대두 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(vi) 수수 줄기를 포함하거나, 수수 줄기로 이루어지거나, 또는 수수 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(vii) 땅콩 줄기를 포함하거나, 땅콩 줄기로 이루어지거나, 또는 땅콩 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(viii) 면화 줄기를 포함하거나, 면화 줄기로 이루어지거나, 또는 면화 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(ix) 평지 줄기를 포함하거나, 평지 줄기로 이루어지거나, 또는 평지 줄기로 필수적으로 이루어지거나;
(x) 코코넛 껍질을 포함하거나, 코코넛 껍질로 이루어지거나, 또는 코코넛 껍질로 필수적으로 이루어지거나;
(xi) 야자 껍질을 포함하거나, 야자 껍질로 이루어지거나, 또는 야자 껍질로 필수적으로 이루어지거나; 또는
(xii) 해초를 포함하거나, 해초로 이루어지거나, 또는 해초로 필수적으로 이루어지거나; 또는
(xiii) 땅콩 껍질을 포함하거나, 땅콩 껍질로 이루어지거나, 또는 땅콩 껍질로 필수적으로 이루어진, 바이오매스 소스의 사용방법.
청구항 41에 있어서,
상기 사용방법은 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 따른 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 사용하는 것을 포함하고 및/또는 고체 바이오매스 연료는 청구항 32 내지 34 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은, 바이오매스 소스의 사용방법.
고체 바이오매스 연료의 생산에 사용하기 위한 하나 이상의 바이오매스 소스를 전-처리하기 위한 전-처리 공정으로서, 상기 전-처리 공정은 하기 단계:
(i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계;
(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;를 포함하고,
여기서 상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 43에 있어서,
상기 (i) 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 소스를 제공하는 단계는 30,000 ㎛ 내지 60,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 소스를 잘게 자르는 단계(chopping)를 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 43 또는 44에 있어서,
상기 (ii) 하나 이상의 바이오매스 소스를 분쇄하여 1000 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 평균 입자 직경 (D50)을 갖는 분쇄된(pulverised) 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, (a) 하나 이상의 바이오매스 소스의 수분 함량이 20 중량% 이하가 되도록 음압 공압 운송 장치의 사용을 포함하는 공정에서 하나 이상의 바이오매스 소스를 파쇄하는 단계를 포함하는, 전-처리 공정.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조 실린더에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하는 단계를 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 46에 있어서,
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이하이고, 상기 공정은 단일 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 46에 있어서,
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 20 중량% 이상이고, 상기 공정은 다중 건조 실린더에서 분쇄된 바이오매스를 건조하는 단계를 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 43 내지 47 중 어느 한 항에 있어서,
상기 (iii) 분쇄된 바이오매스 분말을 건조하여 건조되고 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 더욱 포함하는, 전-처리 공정.
청구항 43 내지 49 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 이상의 바이오매스 소스는 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은, 전-처리 공정.
청구항 43 내지 50 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전-처리 공정은 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 전에 수행되고, 여기서 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 몰딩 또는 가열하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 공정은 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은, 전-처리 공정.
고체 바이오매스 연료를 후-처리하기 위한 후-처리 공정으로서, 상기 후-처리 공정은 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 고체 바이오매스 연료는 하나 이상의 바이오매스 소스로부터 유래되며, 여기서 하나 이상의 바이오매스 소스는 바가스, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 대두 줄기, 땅콩 줄기, 면화 줄기, 평지 줄기, 코코넛 껍질, 야자 껍질, 해초, 땅콩 껍질, 또는 이들의 조합을 포함하는, 후-처리 공정.
청구항 52에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 스크린으로 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계를 포함하는, 후-처리 공정.
청구항 53에 있어서,
상기 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 및 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는, 후-처리 공정.
청구항 53 또는 54에 있어서,
드럼 체가 상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하기 위해 스크리닝 장치로서 사용되며, 바람직하게는 상기 드럼 체는 회전 드럼 체를 포함하는, 후-처리 공정.
청구항 52 내지 55 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는, 고체 바이오매스 연료를 진동, 회전, 롤링, 또는 이들의 임의의 조합에 적용시키는 단계를 포함하는, 후-처리 공정.
청구항 56에 있어서,
상기 고체 바이오매스 연료로부터 먼지 입자를 제거하는 단계는 진동 스크린을 사용하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 진동 스크린은 2 mm 내지 8 mm의 기공 크기를 갖고, 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 5 mm의 기공 크기를 가지며, 좀더 바람직하게는 상기 스크린은 2 mm 내지 3 mm의 기공 크기를 갖는, 후-처리 공정.
청구항 52 내지 57 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후-처리 공정은 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정 후에 수행되고, 여기서 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정은 하나 이상의 바이오매스 소스를 몰딩 또는 가열하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 공정은 청구항 1 내지 32 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은, 후-처리 공정.