KR20230098204A - 고체 바이오매스 연료의 생산 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 바이오매스 연료의 생산 공정 및 상기 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 상기 고체 바이오매스 연료를 연소시켜 에너지를 생산하는 단계를 포함하는 연소 공정에 관한 것이다.

Description

고체 바이오매스 연료의 생산 공정
본 발명은 고체 바이오매스 연료의 생산 공정 및 상기 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 상기 고체 바이오매스 연료를 연소시켜 에너지를 생산하는 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 재생 가능한 자원을 에너지로 사용하려는 요구가 있었다.
바이오매스에서 유래된 연료는 석탄을 대체하거나 적어도 부분적으로 대체하기 위해 사용할 수 있는 재생 가능한 에너지원의 예이다. 바이오매스 유래 연료는 발전소에서 산소의 존재 하에 연소 공정을 통해 에너지를 생산할 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 혼합되어 발전소 내에서 동일한 연소 공정으로 연소될 수 있다. 이러한 공정은 바이오매스의 석탄 공-소성(동시 소성, 공소결, co-firing)으로 알려져 있다. 석탄과의 공-소성에 적합하려면 바이오매스 유래 연료는 일반적으로 소정 수준의 품질과 같은 소정의 성질 및 성질과 관련된 균질성을 가져야 한다. 예를 들어, 균질한 크기, 밀도, 수분 함량 등의 입자를 포함하는 바이오매스 연료는 공-소성 공정에서 특히 바람직하다. 또한, 상기 바이오매스 연료는 낮은 수준의 회분(ash)을 함유하는 것이 바람직하다. 바이오매스 유래 연료 내의 회분의 수준은 일반적으로 석탄에서 발견된 것보다 높다.
바이오매스 원료로부터 고체 바이오매스 연료를 생산하는 다양한 공정이 알려져 있다. WO2014/087949는 바이오매스 원료가 바이오매스 연료를 형성하도록 가열되는 바이오매스 블록 내로 몰딩되기 전에 증기 폭발 (steam explode)되는 고체 바이오매스 연료의 생산을 위한 공정을 개시하고 있다. 상기 공정의 목적은 저장 중 충분한 취급성을 가지고, 저장 중 배출수의 화학적 산소 요구량(COD)이 감소된 바이오매스 연료를 생산하는 것이다. 상기 공정에 사용된 바이오매스 원료는 야자 열매 껍질(palm kernel shell)이다.
WO2016/056608은 WO2014/087949의 교시에 기반으로 하며, 연료를 생산하는데 증기 폭발 단계가 요구되지 않는 고체 바이오매스 연료 제조를 위한 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 바이오매스 블록 내로 몰딩되고 압축되기 전에, 바이오매스 블록이 가열되기 전에 바이오매스 원료가 분쇄(crushed)되는 몰딩 단계를 포함한다. 상기 공정에서 사용하기 위해 교시된 바이오매스 원료는 미송, 독미나리, 삼나무, 사이프러스, 유럽 적송, 아몬드 고목, 아몬드 껍질, 아카시아 목질 부분, 아카시아 나무 껍질, 호두 껍질, 사고 야자, 빈 열매 다발, 메란티 및 고무와 같은 나무이다.
WO2017/175733은 바이오매스 블록 내로 몰딩되고 압축되기 전에, 바이오매스 블록이 가열되기 전에 바이오매스 원료가 분쇄되는 몰딩 단계를 포함하는 유사 공정을 개시하고 있다. WO2017/175733의 공정은 빗물에 노출되는 경우 배출수 내에 감소된 COD를 달성하고 낮은 붕괴(disintegration)를 나타내는 바이오매스 연료를 제공하는 것에 관한 것이다. 상기 공정에서 사용되는 바이오매스의 원료는 고무 나무, 아카시아, 메란티, 유칼립투스, 티크 및 낙엽송, 가문비나무 및 자작나무의 혼합물로부터 선택된다.
WO2019/069849는 운송 및 보관이 용이하고, 저장 동안 자연 발화에 내성을 가지는 바이오매스 연료를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기 바이오매스 연료는 바이오매스 블록 내로 몰딩되고 압축되기 전에, 바이오매스 블록이 가열되기 전에 바이오매스 원료가 분쇄되는 몰딩 단계를 포함하는 공정에 의해 제조된다. 연료 생산을 위한 상기 바이오매스 원료는 고무 나무, 아카시아 나무, 라디에이터 파인; 낙엽송과 가문비 나무와 자작 나무의 혼합물; 및 가문비나무, 소나무 및 전나무로부터 선택된다.
WO2019/069860은 바이오매스 고체 연료 생산용 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 바이오매스 고체 연료를 얻기 위하여 몰드된 바이오매스 생성물을 탄화시키기 위한 탄화로(carbonisation furnace)를 포함한다. 상기 장치는 수율 계산 유닛, 온도 측정 유닛, 제어 유닛을 더 포함한다. 상기 제어 유닛은 상기 바이오매스 연료의 자연 연소 성질에 기반하여 탄화로에 적용된 열을 제어한다. 상기 몰드된 바이오매스 생성물은 상기 펠릿을 몰드된 바이오매스 생성물로 몰딩하기 전에 바이오매스 원료를 펠릿으로 분쇄함으로써 형성된다. 상기 바이오매스 원료는 고무 나무, 아카시아, 디프테로카프, 라디아 파인, 낙엽송과 가문비 나무와 자작 나무의 혼 합물 또는 가문비나무와 소나무와 전나무의 혼합물로부터 선택된다.
WO2018/181919는 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위하여 전술한 것과 다른 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 바이오매스를 탄화시키기 위해 뜨거운 물 내에서 바이오매스 원료를 가압하는 바이오매스의 열수 탄화 단계를 포함한다. 상기 공정은 높은 수율 및 감소된 제조 비용으로 높은 분쇄성을 갖는 바이오매스 연료를 제공하는 것으로 보고되어 있다. 상기 바이오매스의 원료는 겉껍질, 야자 열매 껍질, 코코넛 야자, 대나무, 빈 열매 다발, 살구 및 가지로부터 선택된다.
WO2017/175737은 탄화된 바이오매스를 냉각하기 위한 냉각 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 반-탄화(semi-carbonised) 몰드된 바이오매스의 냉각 효율을 개선한다. 상기 장치는 그 위에 물을 분무함으로써 바이오매스를 냉각한다. 상기 냉각기는 진동 평판 및 평판 상에 물을 분무하기 위한 분무부(spraying section)를 포함한다. 상기 바이오매스 연료는 전술한 바와 동일한 공정에 의해 생산된다. 바이오매스 연료를 생산하기 위한 바이오매스의 원료는 미송, 독미나리, 삼나무, 사이프러스, 유럽 적송, 아몬드 고목, 아몬드 껍질, 아카시아 목질 부분, 아카시아 나무 껍질, 호두 껍질, 사고 야자, 빈 열매 다발, 메란티 및 고무 나무이다.
WO2014/050964는 석탄과 함께 분쇄(ground)될 수 있도록 바이오매스의 분쇄성을 향상시키기 위한 공정을 기재하고 있다. 상기 공정은 분쇄된 목재 바이오매스의 수분 함량을 10 내지 50%로 증가시키는 단계; 상기 바이오매스를 반탄화시키기 전에 0.55 g/cm3 이상의 밀도를 갖도록 상기 바이오매스를 치밀화하는 단계를 포함한다. 상기 바이오매스의 원료는 목재 칩, 바크(bark), 대팻밥, 및 톱밥을 포함한다.
WO2013/162355는 바이오매스 원료를 고체 연료로 가공하기 전에 바이오매스 원료에 함유된 염분 및 친수성 유기물질을 제거하기 위하여 바이오매스 원료를 고온 고압의 물로 세척하는 바이오매스 고체 연료의 제조공정을 개시하고 있다. 세척 공정의 근거는 염분과 알칼리 금속 및 할로겐화물 이온과 같은 성분을 제거하는 것이다. 이러한 염은 바이오매스가 연소될 때 연소 시 회분(ashs) 및 층물질(bed materials)의 슬래깅, 오염 및 응집을 초래할 수 있는 저융점 회분의 형성과 같은 심각한 문제를 일으킬 수 있다. 염분은 또한 부식을 일으킬 수 있다.
본 발명의 발명자들은 전술한 고체 바이오매스 연료 및 그 생산 공정이 이들과 관련된 다양한 문제를 갖는다는 것을 인식하였다. 예를 들어, 전술한 문헌에 설명된 바이오매스 원료는 일반적으로 자연적으로만 발생하고, 상업적 규모로 경작 및 수확이 쉽지 않은 식물과 나무이다. 본 발명자들은 용이하게 성장 및 수확될 수 있거나 상업적 규모로 이용 가능한 바이오매스 원료를 갖는 것이 유리할 수 있다는 점을 인식하였다. 또한 바이오매스 원료의 품질 및 특정 특성이 제어될 수 있도록 성장 및 수확될 수 있는 바이오매스 원료를 갖는 것이 유리할 것이다. 또한 연료로 사용하기 위한 충분한 양의 바이오매스 원료를 제공하기 위해 광범위한 삼림 벌채를 필요로 하지 않는 대체 바이오매스 원료를 갖는 것이 유리할 것이다.
추가로, 본 발명자들은 모두 목재 및 유사 물질로 이루어진 상기 문헌에 기재된 바이오매스 원료가 당업계에 공지된 통상적인 분쇄 기술에 적용될 때 낮은 균질도를 갖는 입자를 형성한다는 것을 확인하였다. 또한, 바이오매스 원료를 분쇄하는 것은 목재의 성질 및 목재와 유사한 물질이 분쇄하기 어렵기 때문에 비용이 많이 든다. 본 발명의 발명자들은 당업계에 공지된 통상적인 분쇄 기술에 의해 보다 쉽게 분쇄되고 분쇄될 때 보다 균질한 크기의 입자를 형성하는 바이오매스 원료를 갖는 것이 유리할 것임을 인지하였다.
또한, 본 발명자들은 상기 문헌에서 논의된 바이오매스 원료로부터 제조되고 상기 문헌의 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료가 충분한 방수 특성을 갖지 않는다는 것을 확인하였다. 고체 바이오매스 연료는 연소 공정에 사용될 때(자체적으로 또는 석탄과 함께 연소될 때) 건조(또는 적어도 충분히 건조)해야 하므로 방수 특성이 중요하다. 바이오매스 연료는 보관 또는 운송 중에(예: 빗물) 습기에 자주 노출된다. 따라서 내수성이 향상된 바이오매스 연료가 바람직하다.
본 발명자들은 또한 상기 문헌에 기술된 바이오매스 연료 생산 공정이 충분한 품질 및 균일성을 갖는 연료를 제공하지 않는다는 것을 인식하였다. 전형적으로, 위에서 논의된 프로세스는 몰딩 단계 동안 충분한 바이오매스 밀도 제어를 제공하지 않는다.
본 발명자들은 또한 연료로 가공되기 전에 염 제거를 달성하기 위해 바이오매스 원료가 세척되는 상기 논의된 것과 같은 당업계에 공지된 기존의 세척 공정에 문제가 있음을 인식하였다. 전형적으로, 당업계에 공지된 공정에서, 충분히 낮은 염 수준을 달성하기 위해 세척 공정에 더 높은 온도 및 압력이 요구된다. 이러한 공정은 상승된 온도와 압력을 제공하는데 필요한 에너지로 인해 연료 생산 공정의 비용을 증가시킨다. 본 발명자들은 더 낮은 온도에서 보다 효과적인 염 제거가 일어날 수 있도록 세척 공정의 효율이 개선될 수 있다면 유용할 것임을 인식하였다.
본 발명자들은 또한 상기 논의된 것과 같은 당업계에 공지된 바이오매스 연료 생산 공정에서 상당한 양의 분진(dust)가 고체 바이오매스 연료에 부착된다는 것을 인식하였다. 이 분진은 고체 바이오매스 연료의 운송 및 포장 중에 공기를 오염시킬 수 있기 때문에 문제가 된다. 분진은 또한 지역 환경을 오염시킬 수 있다. 또한 야외에 보관하면 분진 입자가 곰팡이를 형성하고 고체 바이오매스 연료의 성능과 품질에 영향을 미친다. 따라서, 고체 바이오매스 연료 입자 표면의 분진을 제거하는 것이 유리할 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정이 제공되며, 여기서 상기 공정은 다음의 순차적인 단계를 포함한다:
(i) 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계;
(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
선택적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계;
(vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계;
(viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 160℃ 내지 420℃의 온도에서 0.25 내지 5시간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계; 및
(ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계.
전형적으로, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스(calliandra calothyrsus), 아카시아 망기움(acacia mangium), 알비지아 키넨시스(albizia chinensis), 헤베아 브라질리엔시스(hevea brasiliensis), 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지(Pennisetum sinese Roxb)와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 야자 열매 껍질(PKS), 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무(oil palm tree), 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 상기 논의된 하나 이상의 바이오매스 원료로 본질적으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 야자 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 대나무 또는 이들의 임의의 조합과 같은 농업 폐기물을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 상기 논의된 하나 이상의 바이오매스 원료로 본질적으로 구성된다.
보다 바람직하게는, 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다. 가장 바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합으로 본질적으로 구성된다.
일부 구현예에서, (i) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계는 (a) 수분 함량이 50wt% 미만이 되도록 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 단계; 및/또는 (b) 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 절단하는 단계;를 포함한다. 이러한 구현예에서, 바람직하게는 상기 공정은 단계 (a) 및 (b) 모두를 포함한다. 보다 바람직하게는 상기 공정은 (b) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 절단하는 단계 이전에 (a) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 단계를 포함한다. 상기 하나 이상의 바이오매스 원료가 풀과 같은 농업 폐기물을 포함하는 경우 상기 공정이 이러한 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 20wt% 이하인 일 구현예에서, (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 음압 공압식(negative pressure pneumatic) 운반 장치의 사용을 포함하는 공정에서 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 공정은 (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함한다. 특징적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압착(squeezing)하여 압축된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계를 포함한다. 전형적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량이 30wt% 이상일 때 수행된다. 다만, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량이 낮은 경우에도 수행될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 상기 분쇄된 바이오매스 분말은 30wt% 이상의 수분 함량을 가지고, 상기 분쇄된 바이오매스 분말은 압착되어 30wt% 미만, 바람직하게는 25wt% 미만, 보다 바람직하게는 20wt% 미만의 수분 함량을 가지는 압축된 바이오매스 분말을 제공한다.
전형적으로, 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 1회 이상 세척하는 단계를 포함하고, 바람직하게는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 2단 내지 10단의 연속적인 세척단(successive washing stages)에서 세척하고, 보다 바람직하게는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 2단 내지 5단의 연속적인 세척단에서 세척된다. 전형적으로, 상기 연속적인 세척단 각각은, 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말에 수성 세척액을 분무하는 단계 및/또는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액에 침지시키는 단계를 포함한다.
전형적으로, 상기 연속적인 세척단은, 향류 방식으로 수행되어 후단의 세척단에서 발생하는 수성 세척 유출물을 전단의 세척단에서 수성 세척액으로 사용하고, 바람직하게는 새로운 수성 세척액을 최후단의 세척단에서 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 세척하는데 사용하며, 각각의 다른 세척단에서 사용된 수성 세척액은 바로 후단의 세척단에서 발생한 수성 세척 유출물을 포함한다.
대안적인 일 구현예에서, (iv) 세척 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말을 향류 세척 메커니즘을 통해 수성 세척액으로 세척하는 것을 포함하며, 여기서 (iv) 세척 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말을 장치를 통해 제1 방향으로 이송하도록 구성된 스크류를 포함하는 장치에서 수행되고, 상기 장치는 상기 수성 세척액이 상기 장치 내에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말과 접촉하도록 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 수성 세척액을 수용하고 이송하도록 구성된다.
전형적으로, 상기 (iv) 압축된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 160℃일 수 있다. 전형적으로, 상기 단계 (iv)의 연속적인 세척단 각각에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 160℃일 수 있다. 바람직하게는, 상기 (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 35℃일 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 (iv)의 연속적인 세척단 각각에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 35℃일 수 있다.
전형적으로, (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 1.1 bar 내지 15 bar의 압력에서 수행되며, 바람직하게는 단계 (iv)는 대기압에서 수행되고, 더욱 바람직하게는 단계 (iv)는 대기압 및 5℃ 내지 35℃의 온도에서 수행된다.
전형적으로, (v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계는, 상기 세척된 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함한다.
전형적으로, (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 탈수된 바이오매스를 건조하여 수분 함량이 15wt% 미만, 바람직하게는 10wt% 내지 15wt%인 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함한다.
전형적으로, (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 상기 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 추가로 포함한다.
전형적으로, (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조 실린더에서 건조하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 상기 탈수된 바이오매스 분말의 수분 함량이 20wt% 이하인 경우, 상기 공정은 상기 탈수된 바이오매스 분말을 단일 건조 실린더에서 건조하는 단계를 포함한다. 전형적으로, 상기 탈수된 바이오매스 분말의 수분 함량이 20wt% 이상인 경우, 상기 공정은 상기 탈수된 바이오매스 분말을 다중 건조 실린더에서 건조시키는 단계를 포함한다.
전형적으로, (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조절하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조절하는 단계는 상기 몰딩 단계에서 사용되는 몰드의 압축비를 제어하는 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 첨가제는 (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 이전에 상기 건조된 바이오매스 분말에 첨가되며, 선택적으로 첨가제는 몰드된 바이오매스 생성물의 수율을 증가시킨다.
전형적으로, (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는, 0.4 내지 2.5시간 동안 수행된다.
전형적으로, 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 180℃ 내지 350℃의 온도, 선택적으로 210℃ 내지 280℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 0.4 내지 2.5시간 동안 수행되고, 그리고 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 180℃ 내지 350℃의 온도, 선택적으로 210℃ 내지 280℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함한다.
전형적으로, (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 반탄화(torrefaction)를 유도하기 위한 조건 하에서 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계를 포함한다.
전형적으로, (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조절되며, 바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하기 위한 (viii) 조절 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물이 가열되는 동안 회전하는 장치에서 수행하는 (viii) 수행 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하기 위한 (viii) 조절 단계는 상기 장치 내에서 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 속도 또는 회전 방향을 제어하는 것을 포함한다. 보다 바람직한 구현예에서, 상기 몰드된 바이오매스 생성물은 상기 장치에서 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 회전된다.
전형적으로, 상기 공정은 (viii) 가열 단계 후 및 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계 전에, 상기 고체 바이오매스 연료를 냉각하는 단계를 추가로 포함한다.
전형적으로, (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계는, 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 분무하여 세척하는 단계를 포함한다.
전형적으로, 상기 공정은 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계를 추가로 포함하며, 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계와 동시에 수행된다. 바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는 스크린으로 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계를 것이다. 전형적으로, 상기 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 8mm이고, 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 5mm이며, 보다 바람직하게는 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 3mm이다.
일부 구현예에서, 드럼체(drum sieve)는 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하기 위한 스크리닝 장치로서 사용되며, 바람직하게는 드럼체는 회전식 드럼체를 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는 고체 바이오매스 연료에 진동, 회전, 롤링 또는 이들의 임의의 조합에 적용하는 단계를 포함한다. 이러한 구현예에서, 전형적으로, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는 진동 스크린을 사용하는 것을 포함하며, 여기서 진동 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 8mm이고, 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2 mm 내지 5 mm이며, 보다 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2 mm 내지 3 mm이다.
바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계와 동시에 수행되며, 여기서 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계는 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 분무하는 것을 포함하고, 여기서 상기 스크린은 고체 바이오매스 연료로부터 수성 세척액을 배출하는데 사용된다.
일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 야자 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 대나무 또는 이들의 임의의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되며, 여기서:
(i) 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 칼륨 함량의 10wt% 미만이고;
(ii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 칼륨 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 칼륨 함량의 10wt% 미만이고;
(iii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 질소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 질소 함량의 90wt% 미만이고;
(iv) 상기 세척된 바이오매스 분말의 염소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 염소 함량의 90wt% 미만이고;
(v) 상기 세척된 바이오매스 분말의 황 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 황 함량의 60% 이하이고; 및/또는
(vi) 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 황 함량의 50% 이하이다.
일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 야자 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 대나무 또는 이들의 임의의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되며, 여기서:
(i) 상기 세척된 바이오매스 분말의 회분(ash) 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 회분 함량의 75wt% 이하이고;
(ii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 발열량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 발열량의 2% 이상이고;
(iii) 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 고정 탄소 함량의 40wt% 이상이고;
(iv) 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 휘발성 물질 함량의 94% 이하이고; 및/또는
(v) 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 발열량보다 16% 이상 높다.
일부 구현예에서, 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가진다.
전술한 구현예에서, 바람직하게는 상기 황 함량은 DIN EN 15289에 따라 결정되고; 상기 질소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정되고; 상기 고정 탄소 함량은 DIN EN 51734에 따라 결정되고; 상기 회분 함량은 550℃에서 EN 14775에 따라 결정되고; 상기 휘발성 물질 함량은 DIN EN 15148에 따라 결정되고, 상기 발열량은 DIN EN 14918에 따라 결정되고; 상기 염소 함량은 ISO16994:2015에 따라 결정되고, 상기 칼륨 함량은 ISO16995:2015에 따라 결정되고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정되고; 및/또는 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정된다.
매우 바람직한 구현예에서, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다.
바람직하게는, DIN EN 15103에 따라 결정된 상기 고체 바이오매스 연료의 벌크 밀도(bulk density)는 1.0 내지 1.4 g/cm3, 바람직하게는 1.1 내지 1.3 g/cm3, 보다 바람직하게는 1.2 내지 1.3 g/cm3이다.
바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료는 최대 20일, 바람직하게는 최대 30일, 보다 바람직하게는 최대 40일 동안 방수된다.
바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료는 연소 시 PM1.0 배출량이 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만이다.
바람직하게는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 벌크 밀도는 A이고, 상기 고체 바이오매스 연료의 벌크 밀도는 B이고, 여기서 B/A는 0.55 내지 1이며, 상기 벌크 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정된다.
바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료에 존재하는 바이오매스로부터 유래된 물질의 함량은 상기 고체 바이오매스 연료의 총 연료 함량의 적어도 95wt%이다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 고체 바이오매스 연료를 생산하는 공정이 제공되며, 여기서 상기 공정은 다음의 순차적인 단계를 포함한다:
(i) 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계;
(ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
선택적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계;
(vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
(vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계; 및
(viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 160℃ 내지 420℃의 온도에서 0.25 내지 5시간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계;
상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 참깨 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 바나나 나무, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다.
바람직하게는, 상기 공정은 (viii) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 상기 공정은 본 발명의 제1 측면에 따라 상술한 바와 같다.
본 발명의 제3 측면에 따르면, 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 공정에 의해 얻을 수 있거나 얻은 고체 바이오매스 연료가 제공된다.
본 발명의 제4 측면에 따르면, 하나 이상의 바이오매스 원료로부터 유래된 고체 바이오매스 연료가 제공되며, 여기서 하나 이상의 바이오매스 원료는:
(i) 참깨 짚으로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
(ii) 야자 빈 열매 다발로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
(iii) 야자 섬유로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
(iv) 바나나 나무로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
(v) 오일 야자나무 줄기로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고; 또는
(vi) 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 야자 열매 껍질(PKS), 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고, 상기 고체 바이오매스 연료는 하기 특성 중 하나 이상을 갖는다: 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가진다.
상기 고체 바이오매스 연료가 상기 옵션 (v)에서 정의된 바와 같은 경우, 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 언급된 하나 이상의 바이오매스 원료로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되는 하나 이상의 바이오매스 원료로부터 유래된다.
바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료 또는 고체 바이오매스 연료는 상기 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따라 위에서 논의된 바와 같다.
본 발명의 제5 측면에 따르면, 본 발명의 상기 제3 또는 제4 측면에 따라 고체 바이오매스 연료를 연소시켜 에너지를 생성하는 단계를 포함하는 연소 공정이 제공된다.
바람직하게는, 상기 고체 바이오매스 연료는 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성(co-fired) 및 연소된다.
바람직하게는, 상기 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150mg/kg 미만이다.
본 발명의 제6 측면에 따르면, 연소 공정에서 본 발명의 제3 또는 제4 측면에 따른 고체 바이오매스 연료의 용도가 제공되며, 선택적으로 상기 용도는 본 발명의 제5 측면에 따른 공정에서 상기 고체 바이오매스 연료를 사용하는 것을 포함하고, 선택적으로 상기 연소 공정은 상기 고체 바이오매스 연료를 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성하는 것을 포함한다.
바람직하게는 상기 연소 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150mg/kg 미만이다.
본 발명의 제7 측면에 따르면, 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위한 하나 이상의 바이오매스 원료의 용도가 제공되며, 여기서 (i) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는, 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 야자 열매 껍질(PKS), 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고, 상기 고체 바이오매스 연료는 다음 특성 중 하나 이상을 가지고: 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가지고; 또는 (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 참깨 짚, 바나나 나무, 야자 빈 열매 다발(EFB), 오일 야자나무 줄기, 야자 섬유 또는 이들의 조합으로 구성되거나 또는 본질적으로 구성된다.
바람직하게는, 상기 용도는 상기 본 발명의 제1 또는 제2 측면에 따른 공정에서 하나 이상의 바이오매스 원료를 사용하는 것을 포함하고/하거나, 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 본 발명의 제3 또는 제4 측면에 따른다.
본 발명은 선행 공정과 관련하여 위에서 논의된 문제를 다룬다. 고체 바이오매스 연료를 제공하는데 유용한 특정 바이오매스 원료(source)가 상업적 규모로 성장 및 수확될 수 있다는 것이 본 발명의 발명자들에 의해 놀랍게도 확인되었다. 그렇게 함으로써 연료 생산을 위한 고정되고 지속적인 바이오매스 원료가 성장 주기로 제공될 수 있다. 또한, 상업적 규모로 상기 바이오매스 원료를 성장 및 수확하는 것은 예를 들어 재배 및 육종 기술에 의해 바이오매스 원료의 품질 및 균일성을 제어할 수 있게 한다.
또한, 본 발명의 발명자들은 농업 폐기물인 특정 바이오매스 원료가 고체 바이오매스 연료를 생산하는데 사용될 수 있음을 확인하였다.
상기에 더하여, 본 발명의 발명자들은 또한 개선된 방수 특성을 갖는 바이오매스 연료가 공정의 분쇄, 몰딩 및/또는 가열 단계를 개량함으로써 제공될 수 있음을 확인하였다. 본 발명의 공정의 분쇄, 몰딩 및 가열 단계의 조절 및 제어는 또한 고체 바이오매스 연료 제품의 품질 및 균일성을 개선할 뿐만 아니라 연소 공정에서 사용하기에 매우 바람직한 특정 물리적 특성을 부여하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 몰딩 및 가열 단계의 적용은 고체 바이오매스 연료의 수율을 증가시키고 운송 및 저장을 용이하게 하는 연료에 특성을 부여하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명자들은 바이오매스 원료의 특성과 분쇄, 몰딩 및 가열 단계의 특정한 특징이 함께 작용하여 당업계에 공지된 것보다 연소 공정에 사용하기 위한 우수한 바이오매스 연료 생성물을 제공한다는 것을 확인하였다.
또한, 본 발명의 발명자들은 미가공 바이오매스 물질로부터 염과 같은 물질을 제거하기 위한 세척 공정의 효율성이 세척 단계에 특정한 개량을 함으로써 증가될 수 있음을 확인하였다. 아래에서 더 자세히 설명하는 바와 같이, 세척 단계 전에 바이오매스 분말을 압축하기 전에 특정 입자 크기로 바이오매스 입자를 분쇄하면 세척 공정에 특정 이점을 부여할 수 있으며, 그에 따라 효율성이 증가한다.
마지막으로, 본 발명의 발명자들은 또한 제조 후 분진 입자를 포함하는 고체 바이오매스 연료의 문제는 연료가 제조된 후 수성 세척액으로 고체 바이오매스 연료 입자를 세척하는 단계를 통해 완화시킬 수 있음을 확인하였다. 놀랍게도, 이러한 단계는 연료로부터 분진 입자를 제거하는데 사용될 수 있고, 이로써 제조 후 고체 연료에 존재하는 분진 입자의 존재와 관련된 상기 논의된 문제를 완화하거나 제거할 수 있음이 확인되었다. 이 단계의 추가적인 이점으로서, 연료에 존재할 수 있는 다른 불순물이 세척 단계에 의해 제거될 수 있다. 그러한 불순물에는 제조 전 세척 단계에 의해 효과적으로 제거되지 않을 수 있는 상기 논의된 염 및 친수성 유기 물질, 및 또한 몰딩(molding) 또는 반탄화(torrefaction) 단계와 같은 제조 과정에서 고체 연료에 도입될 수 있는 기타 불순물이 포함된다.
놀랍게도, 당업계에 공지된 고체 바이오매스 연료와 대조적으로, 고체 바이오매스 연료 입자의 양호한 방수 특성으로 인해 제조 후에 수성 세척액으로 본 발명의 고체 바이오매스 연료 입자를 세척하는 것이 가능하다는 것이 확인되었다(위에서 논의한 바와 같이). 이전에 알려진 많은 고체 바이오매스 연료는 세척 단계를 견디기에 충분한 방수 특성을 갖지 않기 때문에 만족스럽게 세척될 수 없었다. 충분히 방수되지 않는 입자의 경우 세척액을 적용하면 바이오매스 고체 연료 입자가 너무 많은 물을 흡수하거나 분해될 수 있다. 이러한 상황에서 상기 습윤 입자는 감소된 구조적 완전성으로 인해 물을 흡수하고 분해되고 부서질 수 있다. 따라서, 특정 공지된 바이오매스 연료 입자를 세척액으로 세척하는 것은 불가능하다는 것이 밝혀졌다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 바이오매스 고체 연료의 경우, 위에서 논의된 최적화된 분쇄, 몰딩 및 가열 단계에 의해 부여되는 것으로 여겨지는 연료의 우수한 방수 특성은 고체 바이오매스 연료 입자가 손상되거나 유리한 연료 특성이 손상되지 않고 효과적으로 세척될 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명의 공정에 사용될 수 있는 치핑 장치의 사진이다.
도 2는 본 발명의 공정에 사용될 수 있는 압축 장치의 사진이다.
도 3은 본 발명의 공정에 사용될 수 있는 압축 장치의 사진이다.
도 4는 본 발명의 공정에 사용될 수 있는 압축 장치의 도면이다.
도 5는 본 발명의 공정의 (iv) 세척 단계에 사용될 수 있는 장치의 도면이다.
도 6은 본 발명의 공정에 따라 사용될 수 있는 압축 몰드의 도면이다.
도 7 및 8은 본 발명의 공정에서 바이오매스 고체 연료 입자의 롤링, 회전 및 진동에 사용될 수 있는 장치를 도시한다.
도 9는 본 발명의 공정의 (iv) 세척 단계에 사용될 수 있는 장치의 추가예를 도시한다.
바이오매스 원료
본 발명에서 사용되는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 고체 바이오매스 연료로 가공하기에 적합한 식물 기반 바이오매스의 임의의 형태일 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 바이오매스 원료는 상기 논의된 것 중 임의의 것이다. 전형적으로, 상기 하나 이상의 바이오매스 원룐는 농업 폐기물을 포함한다. 본 발명에 따라 사용하기 위해 전술한 많은 바이오매스 원료는 농업 폐기물일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 "농업 폐기물"이라는 용어는 전형적으로 농업 작업의 부산물로 생성되는 식물성 폐기물을 의미한다. 예를 들어, 농업 폐기물은 수확된 남은 식물 기반 제품 또는 수확된 식물 기반 제품의 원치 않는 구성 요소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 상기 바이오매스 원료는 농업 작업의 부산물로서 농업 폐기물로 생성될 수 있다. 대안적으로, 이러한 바이오매스 원료는 특히 바이오매스 고체 연료의 제조를 위한 공급 원료가 될 목적으로 재배될 수 있다. 옥수수 줄기는 농업 폐기물로 생산될 수 있는 물질의 특정 예이다. 예를 들어, 옥수수는 인간이 소비하기 위해 재배되고 수확될 수 있다. 인간이 소비하기 위해 옥수수 식물을 가공할 때, 그 공정은 먹을 수 없는 옥수수 속대에서 먹을 수 있는 옥수수를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 따라서 옥수수 속대와 줄기는 농업 폐기물이다.
본 발명에서 사용되는 하나 이상의 바이오매스 원료, 예를 들어 상기 논의된 것은 당업계에 공지된 통상적인 방법에 의해 수득되거나 수확될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 "포함하는"이라는 용어는 정의되지 않은 임의의 추가 구성요소가 존재할 수 있음을 의미하는데 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "구성되는"은 구체적으로 열거된 것 이외에 추가의 구성요소가 존재할 수 없음을 의미하는데 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "본질적으로 구성되는"은 정의되지 않은 추가 성분이 존재할 수 있지만 이러한 성분이 조성물의 본질적인 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는다는 의미로 사용된다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명에서 사용되는 특정한 바람직한 하나 이상의 바이오매스 원료는 상업적 규모로 성장 및 수확될 수 있고, 선행 기술에서 사용된 물질에 비해 바이오매스 원료의 품질 및 특정 특성 제어를 개선한다는 것이 밝혀졌다. 또한 상기 원료의 사용은 필요한 삼림 벌채와 같은 나무 사용과 관련된 환경 피해를 방지한다.
본 발명에 사용된 하나 이상의 바이오매스 원료의 사용은 또한 놀랍게도 목재와 같은 이전에 사용된 원료보다 분쇄하기 더 쉬운 것으로 밝혀졌다. 이것은 분쇄 공정의 비용을 줄인다.
본 발명의 원료의 사용에 있어서, 분쇄 시 목재와 같은 이전에 사용된 물질보다 더 균일한 입자 크기의 혼합이 제공된다. 이론에 의해 제한되지 않고, 이는 바이오매스 연료 생성물의 더 우수한 균일성 및 연속성과 같은 최종 고체 연료 생성물에 유리한 특성을 부여하는 것으로 여겨진다. 이는 여러 가지 이유로 연소 공정에서 바람직하다.
하나 이상의 바이오매스 원료 제공
상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 당업계에 공지된 통상적인 수확 및 가공 기술에 의해 제공될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 당업계에 공지된 표준 기술에 의해 크기가 감소될 수 있다. 상기 바이오매스는 상기 바이오매스가 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50), 예를 들어 40,000㎛ 내지 50,000㎛의 평균 입경을 갖도록 크기가 감소될 수 있다.
일부 구현예에서, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 통상적인 치핑 장치(chipping apparatus)에 도입됨으로써 상기 범위의 크기를 갖는 입자로서 제공되지만, 이는 물론 특정 바이오매스 원료에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 상기 바이오매스 원료가 상기 범위의 크기를 갖는 입자로 자연적으로 발생하면 치핑이 필요하지 않는다. 따라서, 일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 갖도록 하나 이상의 바이오매스 원료를 절단(chopping)하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 평균 입경(D50)이 30,000㎛ 내지 60,000㎛인 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계는 보통형 콤바인(conventional combine) 공정으로 하나 이상의 바이오매스 원료를 수확하는 것을 포함할 수 있다. 상기 콤바인 공정은 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 원하는 크기의 입자로 절단하고 분해하는 작업이 포함된다.
30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 갖는 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계는 추가로 상기 바이오매스의 수분 함량을 50wt% 미만으로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 그러한 단계는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 압축 단계는 전형적으로 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 50wt% 미만으로 감소되도록 하나 이상의 바이오매스 원료로부터 수분을 압착한다. 따라서, 일부 구현예들에서, 상기 논의된 바와 같은 입자 크기를 갖는 바이오매스를 제공하는 단계는 수분 함량이 70wt% 초과인 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하고, 압축 후 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 50wt% 미만인 것을 포함한다.
일부 구현예에서, 상기 논의된 바와 같은 입자 크기를 갖는 바이오매스를 제공하는 단계는 상기 바이오매스를 압축하는 단계 및 또한 상기 바이오매스를 절단하는 단계를 모두 포함한다.
상기 절단 단계 및 압축 단계(포함된 경우)는 별도의 장치를 사용하여 수행할 수 있다. 대안적으로, 상기 단계들은 상기 바이오매스를 치핑하고 압축하기 위해 구성된 단일 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 압축에 적합한 전동 롤링 장치는 기존의 치핑 장치에 공급하는 컨베이어 벨트에 놓일 수 있다. 이와 관련하여 상기 바이오매스 원료는 치퍼(chipper)에 들어가기 전에 압축된다. 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 압축 및 치핑 단계를 수행하기에 적합한 장치는 당업계에 공지되어 있다. 치핑에 사용되는 장치의 예는 도 1에 나타내었다. 도 1에 표시된 것과 같은 치핑 장치는 전형적으로 공급 포트(feeding port)를 통해 원료를 공급하는 컨베이어 벨트와 같은 이송 시스템을 통해 치퍼에 원료가 들어가는 원리로 작동한다. 그런 다음 원료는 고속 회전 블레이드(미도시)와 기계 베이스에 장착된 블레이드(미도시)에 의해 칩(chip)으로 절단된다. 상기 메커니즘 및 유사한 절단 메커니즘의 기능은 당업자에게 공지되어 있다.
상기 압축 단계에 사용되는 장치의 예는 도 2에 나타내었다.
위에서 논의된 바와 같이, 일부 구현예에서, 도 2에 도시된 것과 같은 롤링 장치는 상기 원료가 도 1에 도시된 것과 같은 치핑 장치에 들어가기 전에 원료를 압축하기 위해 컨베이어 벨트 상에 위치될 수 있다.
다른 구현예에서, 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 것을 포함하지 않고/않거나, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량을 감소시키는 것을 포함하지 않는다.
바이오매스의 분쇄
단계 (ii)는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 것을 포함한다.
상기 바이오매스 원료는 당업계에 공지된 표준 기술에 의해 바이오매스 분말로 분쇄될 수 있다. 상기 바이오매스 원료는 바이오매스 분말의 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛가 되도록 분쇄될 수 있다. 바람직하게는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 1000㎛ 내지 10,000㎛, 보다 바람직하게는 1,000 내지 5000㎛의 평균 입경을 갖도록 분쇄된다. 위에서 논의된 바와 같이, 본 발명에서 사용하기 위한 바람직한 특정 바이오매스 원료를 분쇄하는 단계는, 목재와 같은 이전에 공지된 바이오매스 원료를 분쇄하여 제공되는 것보다 유리한 더 작은 입자 크기 분포를 갖는 바이오매스 분말을 제공한다.
또한, 상기 명시된 범위 내에서 분쇄된 바이오매스 분말의 입자가 작을수록 바이오매스 고체 연료 생성물의 품질 및 성능 특성이 더 우수하다는 것이 밝혀졌다. 이론에 구애받지 않고, 이는 최종 고체 바이오매스 연료 생성물의 더 우수한 균일성 및 균질성으로 인한 것으로 믿어진다. 더 작은 분말 입자 크기 및 최종 연료 생성물의 더 우수한 균일성 및 균질성은 연소 시 연료의 개선된 성능 특성 및 고체 연료 생성물의 개선된 방수 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다.
분쇄 전에, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 전형적으로 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 가지고, 전형적으로 50wt% 미만의 수분을 포함한다.
수분 함량이 다른 다양한 바이오매스 원료에 대해 다양한 분쇄 공정이 수행된다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 20wt% 이하인 경우, 바람직하게는 상기 바이오매스를 분쇄하는 단계는 음압 공압식(negative pressure pneumatic) 운반 장치의 사용을 포함한다. 이러한 음압 공압식 운반 장치는 당업계에 공지되어 있다.
상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 20wt% 이상인 경우, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 음압 공압식 운반 장치를 사용하지 않고 직접 분쇄될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하기 위해 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄함으로써, 놀랍게도 특정 이점이 후단에서 수행되는 세척 단계 (iv)에 제공된다는 것이 밝혀졌다. 이론에 구애받지 않고, 감소된 입자 크기는 세척 단계의 효율에 도움이 되는 것으로 여겨진다. 분쇄로 입자 크기를 줄이면 바이오매스 원료의 표면적이 증가한다. 상기 분쇄된 바이오매스를 후속적으로 세척할 때, 더 큰 표면적은 더 작은 표면적의 입자를 세척할 때보다 더 효율적이고 효과적인 세척이 수행됨을 의미한다. 세척 공정의 더 우수한 효율성 및 유효성은 세척 단계에서 사용되는 수성 세척액의 더 낮은 온도와 같이 덜 가혹한 조건이 세척 단계에서 사용될 수 있음을 의미한다. 더 낮은 온도의 수성 세척액은 물이 더 낮은 온도에 있기 때문에 물을 액체로 유지하기 위해 더 높은 압력이 필요하지 않기 때문에 더 낮은 압력도 사용될 수 있음을 의미한다. 상기 공정을 위한 더 낮은 온도 및 압력은 더 큰 표면적을 갖는 바이오매스 입자의 더 효과적인 세척을 제공하기 위해 일반적으로 더 높은 온도 및 압력 세척 단계를 사용하는 선행 기술 공정과 비교하여 공정 비용이 감소될 수 있음을 의미한다. 더 낮은 온도와 압력을 사용하여 안전성도 향상된다. 따라서 세척 전에 분쇄 단계를 사용하여 효율성을 제공한다. 상기 분쇄 단계로 인해, 상기 바이오매스 원료를 효과적으로 세척하기 위해 일반적으로 매우 많은 연속 세척단을 사용하는 선행 기술 공정보다 더 적은 연속적인 세척단을 사용하는 것도 가능할 수 있다.
그러나, 본 발명의 발명자들은 세척 공정의 효율성 및 유효성을 증가시키는 것이 상기 바이오매스 원료를 증가된 표면적을 갖는 더 작은 바이오매스 입자 크기로 분쇄하는 것만큼 간단하지 않다는 것을 확인하였다. 상기 바이오매스의 크기가 너무 많이 감소하면(1000㎛ 미만) 세척 공정의 효율성이 부정적인 영향을 받는다. 이는 특히, 물과 분쇄된 바이오매스의 혼합물이 고체 입자의 구조적 완전성(structural integrity)이 덜한 슬러리를 형성할 수 있기 때문에 세척 후(예를 들어 후속 압축 단계에서) 상기 세척된 바이오매스로부터 물을 분리하는 것이 더 어렵고, 상기 세척 단계에서 세척수가 상기 분쇄된 바이오매스를 운반할 수 있다는 사실(예를 들어 메쉬 또는 스크린을 사용하여 상기 바이오매스에서 세척수를 배출하는 경우) 때문에, 복잡한 장비를 사용하여 이를 방지하지 않는 한 상기 공정의 수율을 감소시킨다. 따라서, 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말이 후속 세척 단계의 효율을 높이는데 최적인 것으로 확인되었다.
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 압축
본 발명의 공정은 (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
분쇄 후 상기 바이오매스의 압축은 전형적으로 상기 바이오매스 분말의 수분 함량이 30wt%를 초과하는 경우 바람직할 수 있지만, 압축은 상기 바이오매스 분말의 수분 함량이 더 낮은 경우에도 수행될 수 있다. 전형적으로, 세척 전 상기 바이오매스 분말의 압축은 상기 분쇄된 바이오매스의 수분 함량에 관계없이 유리한 것으로 확인되었다.
상기 압축 단계는 당업계에 공지된 적합한 장치를 사용하여 상기 바이오매스 분말을 압축하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 장치의 예는 도 3에 나타내었다. 이러한 장치는 수압 압축 장치(hydraulic compression device)로 상기 바이오매스 분말을 압축하도록 작동한다. 물질(material)은 도 3에 표시된 메쉬 컨테이너에 투입될 수 있다. 그런 다음 물질은 수압 압축 장치로 수압 압축을 받아 물이 메쉬의 구멍을 통해 물이 메쉬 컨테이너에서 빠져나오게 할 수 있다.
바이오매스 분말을 압축하는데 사용할 수 있는 또 다른 장치는 스크류 물 압착기(screw water squeezing machine)로서 도 4에 나타내었다. 압축할 원료는 나선형 압출 용기에 투입된다. 상기 물질의 수분은 모터 구동 나선형 스크류의 회전에 의해 스크리닝 메쉬(screening mesh)를 통해 압착된다.
위에서 논의된 바와 같이 상기 바이오매스가 분쇄된 후 압축 단계를 수행하면 수분 함량이 훨씬 더 낮은 압축된 바이오매스 분말이 제공된다는 것을 확인하였다. 전형적으로, 상기 압축된 바이오매스 분말의 수분 함량은 30wt% 미만, 예를 들어 25wt% 미만 또는 20wt% 미만이다.
놀랍게도, 본 발명의 발명자들은 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계가 이후에 수행되는 세척 단계에 다양한 이점을 부여한다는 것을 확인하였다. 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하면 상기 바이오매스의 수분 함량이 감소한다. 이어서 바이오매스가 물로 세척될 때(예를 들어, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 분무 또는 바이오매스를 물에 침지하는 방법으로), 상기 세척수는 감소된 수분 함량으로 인해 상기 압축된 바이오매스 분말을 보다 효과적으로 세척할 수 있다. 이론에 구애받지 않고, 이는 상기 바이오매스의 수분 함량이 감소하여 더 큰 확산 구배로 인해 세척 중에 상기 세척액이 상기 바이오매스에 더 잘 침투할 수 있게 하기 때문인 것으로 판단된다. 상기 세척 단계의 개선된 효율성 및 유효성은 상기 세척 단계에서 더 낮은 온도 및 압력이 사용될 수 있음을 의미하며, 위에서 논의된 이점을 제공한다. 위에서도 논의한 바와 같이, 상기 바이오매스를 압축할 때 분쇄된 바이오매스 분말의 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 것이 압축 단계에 특히 유리한 것으로 확인되었다.
다른 구체예에서, 본 발명의 공정은 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함하지 않고, 및/또는 상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량을 감소시키는 것을 포함하지 않는다.
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 세척
상기 공정은 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스를 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함한다. 상기 세척 단계는 바이오매스로부터 염을 함유하는 칼륨, 나트륨, 염소, 칼슘 및 인과 같은 미네랄을 제거한다는 점에서 유리하다는 것이 발명자들에 의해 확인되었다. 상기 바이오매스 분말에 미네랄이 적으면 아래에 설명된 후속 가열(반탄화) 공정이 용이해지고, 일단 형성된 고체 바이오매스 연료를 연소하기가 더 용이해진다. 염과 같은 미네랄의 존재는 상기 바이오매스가 연소될 때 저융점 회분의 형성과 같은 심각한 문제를 야기할 수 있으며, 이는 연소 시 회분 및 층물질의 슬래깅(slagging), 오염 및 응집을 초래할 수 있다. 염분은 또한 부식을 일으킬 수 있다.
상기 논의된 바와 같이, 바람직하게는 상기 세척 공정은 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 연속적인 세척단에서 1회 이상 세척하는 것을 포함한다. 본 발명의 이점은 세척 및 무기염 제거의 동일한 효과를 달성하면서 당업계에 공지된 세척 공정보다 적은 연속적인 세척단이 사용될 수 있다는 것이다. 이론에 구애받지 않고, 이는 위에서 상세히 논의된 세척 전 분쇄 및 압축 단계의 조절으로 인한 것으로 여겨진다.
각각의 연속적인 세척단은 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말에 수성 세척액을 분무하는 단계, 및/또는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액에 침지하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 세척액은 예를 들어 상기 바이오매스로부터 세척액을 배출하는 메쉬 또는 스크린에 의해 각각의 연속적인 세척단에서 제거될 수 있다. 상기 메쉬 또는 스크린은 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말이 스크린 상에 놓이도록 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말의 크기보다 작은 메쉬 크기를 가질 수 있고, 상기 수성 세척액은 상기 스크린으로부터 배출되어 각각의 연속적인 세척단으로부터 제거될 수 있다.
임의의 적합한 수성 세척액을 사용할 수 있다. 상기 수성 세척액의 예로서 물을 포함한다. 바람직하게는, 상기 물은 순수하고 그 안에 용해되거나 분산된 염 또는 기타 화합물을 포함하지 않는다. 그러나, 상기 수성 세척액은 필요에 따라 그 안에 용해되거나 분산된 다른 성분을 함유할 수 있다.
상기 분쇄된 바이오매스 분말을 세척하기 위한 적절한 장치는 도 5에 나타내었다. 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말은 도 5에 표시된 장치의 왼쪽으로 투입된다. 상기 물은 도 5에 표시된 장치의 오른쪽으로 투입된다. 도 5의 장치에는 4개의 연속적인 세척단이 있다. 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말은 각 단에서 세척된다. 물과 같은 새로운(fresh) 수성 세척액은 도면의 맨 오른쪽에 최종 연속 세척단에서 바이오매스를 세척하는데 사용된다. 마지막 세척단의 세척수는 세척 이후에 배출 및 수집된 후 세번째 세척단의 세척을 위한 세척수로 사용된다. 상기 세번째 세척단의 세척수는 수집되어 두번째 세척단의 세척수로 사용되며, 그 반대의 경우도 두번째 및 첫번째 세척단에서 사용된다. 이와 관련하여, 상기 바이오매스 분말은 향류 방식으로 세척된다. 이러한 방식의 세척은 보다 효과적인 세척 및 미네랄 염 제거를 유리하게 제공하는 것으로 확인되었다.
상기 논의된 바와 같이, 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말은 상기 수성 세척액으로 분무되거나 수성 세척액에 침지될 수 있다. 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말이 수성 세척액으로 분무되는 구현예에서, 본 발명의 공정의 상기 세척 단계는 또한 상기 분쇄 또는 압축 바이오매스 분말을 세척액으로 분무하는 단계 동안 또는 후에 상기 분쇄 또는 압축 바이오매스 분말을 브러싱(brushing)하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 장치는 상기 분쇄 또는 압축된 바이오매스 분말로부터 세척액을 브러싱하는 동시에 상기 분쇄된 바이오매스 분말에 세척액을 분무(spray)하는데 사용될 수 있다. 또는 도 5에 나타낸 기계를 사용하여 상기 분쇄 또는 압축된 바이오매스 분말을 세척액으로 분무한 후 브러싱하기 위해 사용할 수 있다.
도 5에 도시된 장치와 같이 상기 논의된 세척 단계에서 사용될 수 있는 장치는, 상기 분쇄 또는 압축된 바이오매스 분말이 배치되는 세척 드럼을 포함할 수 있다. 상기 분쇄된 바이오매스 분말은 적합한 브러싱 구성요소(전형적으로 브러시 플레이트)에 의해 브러싱되기 전에 적합한 분무 구성요소(전형적으로 분무 튜브)에 의해 분무될 수 있다. 대안적으로, 브러싱 구성요소는 상기 분쇄된 바이오매스가 분무되는 것과 동시에 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 브러싱할 수 있다.
상기 세척 단계 동안 또는 세척 단계 이후에, 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 브러싱하는 단계는 유리하게 세척 단계의 효율성을 증가시키고 위에서 논의된 무기염의 제거를 돕는 것으로 밝혀졌다. 상기 브러싱 단계는 또한 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말로부터 분진 및 기타 불순물을 제거함으로써 상기 바이오매스를 세척하는데 도움이 될 수 있다.
따라서, (iv) 세척 단계의 적어도 하나의 세척단은 세척 동안 또는 세척 후에 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 브러싱하는 것을 포함한다. 바람직하게는, (iv) 세척 단계의 각각의 연속적인 세척단은 세척 동안 또는 세척 후에 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 브러싱하는 것을 포함한다.
도 5에 도시된 장치와 같이 위에서 논의된 세척 단계에 따라 사용될 수 있는 장치는, 세척 드럼 아래에 위치한 물 탱크와 같은 물 탱크를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, (iv) 세척 단계의 각각의 연속적인 세척단은 세척 드럼(washing drum) 및 2개의 세척 탱크(washing tank)를 포함한다. 하나의 세척 탱크는 새로운(fresh) 물을 세척 튜브로 공급하거나, 상기 압축 또는 분쇄된 바이오매스 분말의 분무 또는 침지를 위한 구성요소를 제공하는 다른 적절한 세척액을 공급하는데 사용할 수 있다. 다른 세척 탱크는 상기 분쇄 또는 압축된 바이오매스 분말을 분무하기 위해 사용된 세척액을 수집할 수 있다. 일단 세척액이 이 물 탱크에 수집되면, 다른 세척 단계, 예를 들어 위에서 설명한 향류 공정과 같은 이전 세척 단계에서 재사용할 수 있는 깨끗한 물을 생산하고 다른 세척 단계에서 재사용할 수 있도록 물 탱크에서 적절한 필터 구성 요소에 의해 여과될 수 있다.
일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 상기 분쇄 또는 압축된 바이오매스 분말을 회전하는 세척 드럼에 넣는 세척 단계를 포함한다. 일부 구현예에서, 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 회전 세척 드럼에 넣고 세척액을 분무하여 세척된 분말을 브러싱하기 전에 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 세척한다.
(iv) 세척 단계의 다른 특징은 WO2013/162355에 기재된 바와 같을 수 있다.
도 9는 본 발명의 공정의 (iv) 세척 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있는 추가 장치를 도시한다. 도 9에 도시된 장치에서, 스크류를 포함하는 압출형(extrusion-type) 장치는 (iv) 세척 단계에 사용될 수 있다. 세척할 상기 바이오매스 분말은 장치의 왼쪽으로 투입되고 스크류의 회전을 통해 상기 장치의 오른쪽으로 이동한다. 상기 수성 세척액은 상기 장치의 오른쪽으로 투입되고 상기 바이오매스 물질의 통과 방향과 반대 방향으로 장치의 왼쪽을 향해 흐르게 된다. 이와 관련하여, 새로운 수성 세척액이 상기 바이오매스 물질과 반대 방향으로 장치를 통과하기 때문에 상기 바이오매스 물질은 향류 메커니즘으로 수성 세척액에 의해 세척된다.
따라서, 일부 구현예에서, (iv) 세척 단계는 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말을 향류 세척 메커니즘을 통해 수성 세척액으로 세척하는 것을 포함하며, 여기서 (iv) 세척 단계는 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말을 장치를 통해 제1 방향으로 수송하도록 배치된 스크류를 포함하는 장치에서 수행되고; 상기 장치는 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 장치를 통해 상기 수성 세척액을 수용하고 이송하도록 하여 상기 수성 세척액이 장치 내에서 상기 분쇄된 바이오매스 분말 또는 압축된 바이오매스 분말과 접촉하도록 한다.
위에서 상세히 논의된 세척 전 분쇄 및 압축 단계의 조절은 또한 위에서 설명되고 도 9에 예시된 구현예에 특히 유용하다.
도 5에 도시된 것과 같은 구현예에 비해 도 9에 도시된 것과 같은 상기 논의된 구현예의 이점은, 이전 세척단에서 상기 바이오매스 물질로 재투입되기 전에 각각의 연속적인 세척단에서 바이오매스 물질로부터 수성 세척액을 배수 및 제거할 필요가 없다는 것이다. 상기 세척액의 이러한 연속적인 배수, 수집 및 재투입은 공정의 에너지 요구 사항을 증가시킬 수 있으므로 이러한 단계를 피할 수 있으면 공정의 효율성을 높이는데 유리하다. 도 9에 도시된 것과 같은 구현예에서, 상기 수성 세척액은 단순히 바이오매스 물질의 통과 방향과 반대 방향으로 장치를 통해 흐르고 상기 세척액의 반복적인 배수, 수집 및 재투입이 필요하지 않다.
향류 세척 메커니즘이라는 용어는 당업계에서 용어의 통상적인 의미와 관련하여 본 명세서에서 사용된다. 예를 들어, 전형적인 향류 세척 메커니즘은 수성 세척액에 가장 많이 노출된 바이오매스 물질 부분을 가장 신선한 수성 세척액 부분과 접촉시키는 것을 수반할 것이다. 수성 세척액에 가장 많이 노출된 바이오매스 물질 부분을 세척한 후, 상기 세척액은 계속해서 수성 세척액에 덜 노출된 바이오매스 물질 부분과 접촉하게 된다. 이러한 방식으로, 염이 연속적으로 세척되고 바이오매스 물질로부터 제거되도록 수성 세척액과 세척되는 바이오매스 물질 사이에 용해된 염 농도 구배가 유지될 수 있다. 따라서 도 5 및 9 모두에 도시된 장치는 향류 세척 메커니즘을 포함한다.
전술한 바와 같이, (iv) 세척 단계는 바람직하게는 5℃ 내지 160℃의 온도, 보다 바람직하게는 5℃ 내지 35℃의 주위 온도에서 수행된다. 상기 (iv) 세척 단계는 또한 바람직하게는 1.1 내지 15 bar의 압력, 가장 바람직하게는 대기압에서 수행된다. 본 발명의 상기 세척 공정의 주요 이점은 여전히 매우 효과적인 무기염 제거를 달성하면서 대기압 및 주위 온도에서 수행될 수 있다는 것이다. 그 결과 공정이 더 상업적으로 실행 가능하고 더 안전해진다. 더 많은 주변 조건에서 이러한 더 높은 효율성은 적어도 부분적으로는 위에서 논의된 분쇄 및 압축 단계의 적용에 기인한다고 판단된다. 상기 적용은 본 발명의 공정이 효과적인 무기염 제거를 달성하기 위해 150℃이상의 온도가 사용되는 당업계에 공지된 기술(예를 들어 WO2013/162355에 개시된 기술)에 의해 달성되는 주변 온도 및 압력을 사용하여 유사한 수준의 무기염 제거를 달성할 수 있음을 의미한다.
상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수
단계 (v)는 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하는 것을 포함한다. 바람직하게는, 세척된 바이오매스 분말은 기계적으로 탈수되어 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공한다. 바람직하게는, 단계 (v)는 상기 세척된 바이오매스 분말을 압착 또는 압축하는 것을 포함한다. 선택적으로, 사용된 압축 장치 및 방법은 상기 공정의 (iii) 압축 단계에 사용된 것과 동일할 수 있다. 대안적인 구현예에서, 단계 (v)는 WO2013/162355에 개시된 기계적 탈수 단계에 기재된 바와 같을 수 있다.
상기 (v) 압축 단계의 목적은 상기 세척된 바이오매스 분말에서 물을 제거하여 후속 (v) 건조 단계의 용이성과 효율성을 개선하는 것이다.
상기 분쇄된 바이오매스 분말의 건조
상기 바이오매스는 상기 공정의 단계 (vi)에서 건조된다. (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는 전형적으로 건조된 바이오매스 분말이 10wt% 내지 18wt%, 바람직하게는 12wt% 내지 15wt%의 수분 함량을 갖도록 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하는 것을 포함한다. 그러나, 상기 건조된 바이오매스 분말이 이 범위 내의 수분 함량을 갖는 것이 필수적인 것은 아님을 이해해야 할 것이다.
상기 바이오매스 분말을 건조시키는 단계는 또한 건조 동안에 상기 바이오매스 분말을 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 하나의 바이오매스 원료가 공정에 사용되는 경우 이 단일 바이오매스 원료가 혼합될 수 있다. 대안적으로, 상기 공정에서 하나 이상의 바이오매스 원료가 사용되는 경우, 상기 건조 단계는 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 하나 이상의 추가 바이오매스 원료와 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료가 적어도 두 개의 바이오매스 원료를 포함하는 경우, 두 개 이상의 바이오매스 원료는 본 발명의 임의의 단계 동안에 혼합될 수 있지만, 바람직하게는 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 본 발명의 공정의 상기 건조 단계에서 혼합된다. 일부 구현예에서, 상기 분쇄된 바이오매스 분말은 또한 본 발명의 단계 (i) 내지 (v)에 의해 제조된 바이오매스의 추가 원료와 혼합된다. 다른 구현예에서, 상기 바이오매스의 하나 이상의 추가 원료는 본 발명에 기술된 바와 같이 처리되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 기재된 바와 같이 제조된 상기 탈수된 바이오매스 분말은 상이한 방식으로 제조된 하나 이상의 추가 바이오매스 원료와 혼합될 수 있다.
상기 탈수된 바이오매스 분말은 당업계에 공지된 표준 건조 실린더를 사용하는 것과 같은 임의의 적합한 방법을 사용하여 건조될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 상기 건조 단계는 회전식 건조 드럼을 포함하는 건조 장치에서 수행된다. 상기 회전식 건조 드럼의 회전은 상기 탈수된 바이오매스 분말을 전술한 바와 같이 하나 이상의 추가 바이오매스 원료와 혼합하는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 상기 회전식 건조 드럼은 리프팅 플레이트(lifting plate)를 포함한다. 상기 리프팅 플레이트는 상기 건조 실린더가 회전하는 동안 지속적으로 물질을 들어 올린다. 놀랍게도 본 발명의 발명자들은 리프팅 플레이트가 있는 회전식 건조 실린더를 사용하면, 하나 이상의 바이오매스 분말이 추가 원료와 함께 건조되거나 둘 이상의 바이오매스 분말이 혼합되는 경우 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 혼합을 개선한다는 것을 확인하였다.
상기 탈수된 바이오매스 분말이 20wt% 미만의 수분 함량을 갖는 실구현예에서, 전형적으로 상기 탈수된 바이오매스 분말은 단일 건조 실린더에서 건조된다. 따라서, 이들 구현예에서, 본 발명의 공정은 오직 하나의 단일 건조 실린더에서 탈수된 바이오매스 분말을 건조시키는 것을 포함한다.
상기 탈수된 바이오매스 분말의 수분 함량이 20wt%를 초과하는 구현예에서, 상기 탈수된 바이오매스 분말은 전형적으로 다중 건조 실린더에서 건조된다. 따라서, 이들 구현예에서, 본 발명의 공정은 하나 초과의 건조 실린더에서 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 상기 공정은 상기 탈수된 바이오매스 분말을 2개 이상, 3개 이상, 4개 이상 또는 5개 이상의 건조 실린더에서 건조하는 것을 포함할 수 있다.
상기 건조된 바이오매스 분말의 몰딩
상기 건조된 바이오매스 분말은 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하도록 몰딩된다. 상기 몰딩 단계는 당업계에 공지된 임의의 몰딩 장치에서 당업계에 공지된 바이오매스 몰딩 기술에 따라 수행될 수 있고, 압출 시스템을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 몰딩 단계는 압축 몰드(compression mold)에서 수행된다. 바람직하게는, 상기 압축 몰드는 상기 몰드 생성물 출구 홀(mold product exit hole)을 포함한다. 상기 몰딩 단계는 CN105435708에 기재된 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 몰딩 단계는 상기 건조된 바이오매스 분말을 펠릿으로 몰딩하는 것을 포함한다. 따라서, 바람직한 구현예에서, 상기 몰드된 바이오매스 생성물 및 고체 바이오매스 연료 생성물은 바이오매스 펠릿을 포함한다.
상기 몰드된 바이오매스 생성물을 생산하기 위해 바이오매스 분말을 몰딩하는 것이 알려져 있지만, 본 발명의 발명자들은 놀랍게도 상기 단계로부터 생산된 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 특정 범위 내로 제어되도록 상기 몰딩 단계를 조절하는 것이 최종 고체 바이오매스 연료 생성물에 특정한 유리한 특성을 부여한다는 것을 확인하였다. 구체적으로, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 1.0 내지 1.35 kg/L 범위 내에 있도록 상기 몰딩 단계를 제어하는 것이 최종 바이오매스 연료 생성물에 유리한 특성을 부여하는 것으로 확인되었다. 바람직하게는, 상기 몰딩 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 1.0 kg/L 내지 1.35 kg/L가 되도록 제어된다. 전형적으로 위에서 언급한 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다. 따라서, 일부 구현예에서, 상기 몰딩 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 1.0 kg/L 내지 1.35 kg/L가 되도록 제어되며, 여기서 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다.
상기 몰딩 단계는 다양한 방식으로 제어될 수 있다. 상기 몰딩 공정이 압축 몰드의 사용을 포함하는 경우, 상기 밀도는 전형적으로 9 미만, 보다 바람직하게는 3.8 내지 9의 압축비를 사용하여 제어된다. 일반적으로, 상기 압축비가 작을수록 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도는 낮아진다. 그러나, 상기 압축비가 높을수록 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 수율이 낮아진다.
일부 구현예에서, 3.8 내지 6.5의 압축비가 사용된다.
다른 구현예에서, 6 내지 9, 바람직하게는 6.5 내지 9, 가장 바람직하게는 6.5 내지 8의 압축비가 사용된다.
위에서 논의된 상기 몰드된 바이오매스 생성물에 대한 바람직한 밀도를 달성하기 위해 사용하는 최적의 압축비는 상기 공정에서 사용되는 바이오매스의 원료에 따라 달라질 것이다. 전형적으로, 보다 높은 밀도의 바이오매스 원료 출발 물질은 바람직한 밀도를 달성하기 위해 상기 논의된 범위에서 하한의 압축비를 필요로 하는 반면, 보다 낮은 밀도의 바이오매스 원료 출발 물질은 바람직한 밀도를 달성하기 위해 위에서 논의된 범위에서 상한의 압축비가 필요할 것이다.
상기 하나 이상의 바이오매스 원료가 짚 또는 옥수수 짚을 포함하는 구현예에서, 바람직하게는 6 내지 9, 더욱 바람직하게는 6.5 내지 9, 가장 바람직하게는 6.5 내지 8의 압축비가 사용된다.
몰드 생성물 출구 홀(mold product exit hole)이 구비된 압축 몰드의 압축비는, 상기 몰드 생성물 출구 홀의 직경(diameter)에 대한 길이(length)의 비율로 정의할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 압축 몰드의 예를 도시한다. 상기 건조된 바이오매스 분말은 압력에 의해 도면의 상기 몰드 생성물 출구 홀을 빠져나가도록 상기 몰드 내부에서 압착되기 전에 상기 몰드의 내부로 삽입된다. 상기 압축비는 상기 몰드 생성물 출구 홀의 직경에 대한 길이의 비율로 도면에 표시된다.
본 발명의 공정에서, 바람직하게는, 상기 (vii) 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 1.1 kg/L 내지 1.35 kg/L 범위 내로 제어되도록 상기 몰딩 단계를 조절하는 것을 포함하고, 여기서 전형적으로 상기 밀도는 NY/T 1881.7-2010에 따라 결정된다. 바람직하게는, 압축 몰드를 사용하고 상기 압축 몰드의 압축비를 조절하여 상기 밀도를 조절한다. 보다 바람직하게는, 상기 압축비는 6.5 내지 8이다. 매우 바람직한 구현예에서, 상기 압축비는 6.5 내지 8이고, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합을 포함한다.
상기 몰딩 단계 동안에 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도를 제어하는 것은 놀랍게도 방수 용량이 증가된 최종 바이오매스 연료 생성물을 제공하는 것으로 확인되었다. 바람직하게는, 상기 밀도가 1.1 kg/L 내지 1.35 kg/L 범위인 몰드된 바이오매스 생성물로부터 제조된 고체 바이오매스 연료 생성물은 최대 20일, 바람직하게는 최대 30일 동안 충분히 방수된다.
바람직하게는, (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 이전에 상기 건조된 바이오매스 분말에 첨가제를 첨가한다. 상기 첨가제는 상기 몰딩 공정을 개선하고 상기 몰딩 단계로부터 생성된 몰드된 바이오매스 생성물의 수율을 증가시키는 것으로 여겨진다. 적합한 첨가제는 당업계에 공지되어 있으며 전분 또는 전분 유도체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
전형적으로, 위에서 논의된 것과 같은 첨가제 외에, 상기 몰딩 단계 동안에 상기 건조된 분쇄된 바이오매스 분말에 다른 연료원이 첨가되지 않는다. 따라서, 상기 몰딩 단계의 몰드된 바이오매스 생성물은 전형적으로 상기 고체 바이오매스 연료의 연료원으로서 바이오매스로부터 유래된 물질만을 포함한다. 예를 들어, 상기 건조된 분쇄된 바이오매스 분말이 펠릿으로 몰딩될 때, 전형적으로, 몰딩 전에 상기 건조된 분쇄된 바이오매스 생성물에 다른 연료원이 첨가되지 않아 공정 종료 시 생성되는 고체 바이오매스 연료 펠릿에는 바이오매스로부터 유래된 연료원만을 포함한다. 바람직한 구현예에서, 따라서 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 연료의 총 연료 함량의 적어도 50wt%, 예를 들어 적어도 60wt%, 적어도 70wt%, 적어도 80wt%, 적어도 90wt%, 바람직하게는 적어도 95wt%의 바이오매스로부터 유래된 물질을 포함한다.
상기 고체 연료의 총 연료 함량이라는 용어가 본 발명에서 사용되는 경우, 이는 상기 바이오매스로부터 유래된 물질 및 석탄과 같은 가연성 물질인 고체 연료의 성분을 지칭하는 것으로 의도된다. 상기 고체 연료와 관련하여 연료 함량이라는 용어는 스스로 연소하여 에너지를 생성하지 않는 상기 고체 연료 펠릿에 존재할 수 있는 첨가제를 포함하려는 의도가 아니다.
또한, 상기 몰딩 단계는 최종 바이오매스 고체 연료 생성물의 방수 특성을 향상시키는 것으로 확인되었다. 상기 몰딩 단계에서 발생하는 밀도의 증가는 밀도가 높은 몰드된 바이오매스 생성물 입자에 물이 침투하기 어렵다는 것을 의미한다.
또한, 생성물의 밀도가 높을수록 상기 몰드된 생성물 내부에 더 많은 바이오매스가 집중되어 물과 직접 접촉하지 않는다.
상기 몰드된 바이오매스 생성물의 가열
상기 몰드된 바이오매스 생성물은 가열되어 고체 바이오매스 연료를 생성한다. 상기 가열은 0.25 내지 5시간 동안 160℃ 내지 420℃의 온도에서 수행된다. 바람직하게는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 0.4 내지 2시간 동안 수행된다. 바람직하게는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 180℃ 내지 350℃, 보다 바람직하게는 210℃ 내지 280℃의 온도로 가열하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 상기 (viii) 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 반탄화를 유도하는 조건에서 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 반탄화는 산소 함량이 10% 미만인 분위기와 같은 낮은 산소 분위기에서 가열이 수행되는 마일드(mild)한 열분해 공정이다. 상기 반탄화의 적합한 조건 및 공정은 당업계에 공지되어 있다. 따라서, 바람직하게는 (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 반탄화를 포함한다.
상기 가열 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하기 위해 당업계에 공지된 임의의 적합한 장치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 가열 단계는 장치에서 EP3287509A1에 개시된 공정 조건을 사용하여 수행될 수 있다.
바람직하게는, (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조절되며, 선택적으로 (viii) 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하기 위한 조절 단계는 (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물이 가열되는 동안 회전하는 장치에서 수행하는 단계를 포함하고, 선택적으로 (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물이 가열되는 동안 회전하는 장치에서 수행하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 속도 또는 회전 방향을 제어하고, 선택적으로 상기 몰드된 바이오매스 생성물은 장치에서 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 회전된다. 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성은 위에서 논의한 가열 온도와 시간에 의해 최적화된다.
일부 구현예에서, 본 발명의 공정은 가열 후 상기 고체 바이오매스 연료를 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 공정이 상기 바이오매스를 가열하는 단계 후에 냉각 단계를 포함하는 경우, 상기 냉각 단계는 상기 고체 바이오매스 연료를 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 상기 바이오매스는 EP 3287509A1에 개시된 것과 같은 적절한 장치에서 회전될 수 있다. 바람직하게는, (viii) 가열 단계 및 상기 바이오매스를 냉각하는 단계 모두는 상기 바이오매스를 회전시키는 것을 포함한다. 상기 냉각 단계 또는 가열 단계에서 상기 바이오매스가 회전하는 경우, 상기 바이오매스는 연속적인 사이클로 시계 방향 및 시계 반대 방향 모두와 같이 서로 다른 방향으로 회전될 수 있다.
상기 고체 바이오매스 생성물의 '균일성(uniformity)'이라는 용어는 상기 고체 바이오매스 연료 또는 몰드된 바이오매스 생성물의 각 입자에 걸쳐, 그리고 상기 고체 바이오매스 연료 또는 몰드된 바이오매스 생성물의 벌크 샘플 내의 복수의 입자에 걸쳐 일정하거나 유사한 특성을 갖는 고체 바이오매스 연료 또는 몰드된 바이오매스 생성물을 지칭하는데 사용된다. 예를 들어, 상기 입자의 밀도, 입자의 연소 용이성, 입자의 화학적 조성 및 입자의 내수성 등이 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 균일성은 연소 공정에 사용되는 바이오매스 연료에 매우 바람직한 특성이다.
또한, 본 발명자들은 위에서 논의된 방식으로 가열 단계를 제어하는 것이 선행 기술의 바이오매스 연료와 비교하여 향상된 방수 특성을 갖는 고체 바이오매스 연료 생성물을 제공하는데 추가로 도움이 된다는 것을 확인하였다. 상기 가열 단계 동안, 물을 흡수하는 바이오매스 분말에 존재하는 친수성 화합물이 분해된다. 또한, 상기 가열 단계는 상기 바이오매스 분말에 존재하는 오일이 상기 바이오매스 분말 입자의 외부로 이동하게 하여 상기 입자의 소수성을 증가시킨다.
상기 고체 바이오매스 연료의 세척
위에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 공정은 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계를 포함한다. 상기 수성 액체는 바람직하게는 순수를 포함한다. 그러나, 특정 염과 같은 특정 물질이 용해된 물 또한 본 발명의 고체 바이오매스 연료를 세척하는데 사용될 수 있다.
상기 고체 바이오매스 연료는 상기 수성 세척액에 침지되거나 상기 수성 세척액으로 분무될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 상기 고체 바이오매스 연료는 (ix) 세척 단계에서 수성 세척액으로 분무된다.
또한, (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 세척하는 단계는 위에서 더 상세히 논의된 바와 같이 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하기 위한 추가 단계를 포함할 수 있다.
본 발명자들은 상기 바이오매스 고체 연료 입자 표면의 분진이 입자 간의 마찰을 유도하여 제거될 수 있음을 확인하였다. 예를 들어, 상기 고체 바이오매스 연료 입자를 진동시키거나 회전시키는 등의 수단으로 마찰을 유도하여 입자에 부착된 분진을 제거할 수 있다. 따라서, 단계 (ix)는 상기 고체 바이오매스 연료 입자 사이에 마찰을 유도하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 단계 (ix)는 상기 입자에 진동, 회전, 롤링 또는 이들의 조합을 적용하는 것을 포함할 수 있다. 상기 고체 바이오매스 연료 입자의 롤링, 회전 및 진동을 수행하기 위한 적합한 장치는 당업자에게 공지되어 있고, 도 7 및 8에 도시되어 있다. 상기 입자로부터 분진을 제거하는데 사용될 수 있는 장치의 예는 회전식 드럼체(drum sieve)이다.
단계 (ix)는 스크린으로 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 전형적으로, 상기 스크린은 2mm 내지 10mm, 바람직하게는 2mm 내지 8mm, 더욱 바람직하게는 2mm 내지 5mm, 가장 바람직하게는 2mm 내지 3mm의 기공 크기를 갖는다. 상기 고체 바이오매스 연료 입자와 혼합된 분진 입자는 스크린을 통과함으로써 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분리될 수 있다. 더 큰 고체 바이오매스 연료 입자는 스크린을 통과하지 못하므로 분진 입자와 분리된다. 상기 스크리닝 단계를 수행하기 위한 적합한 장치 및 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 상기 적합한 장치 중 임의의 것이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 고체 바이오매스 연료를 스크리닝, 롤링 및 회전시키는 장치를 사용하여 상기 고체 바이오매스 연료에서 분진 입자를 제거할 수 있다. 그러한 장치의 사용에 있어서, 상기 고체 바이오매스 연료는 스크린 위에 놓일 수 있고 스크린은 모터의 작동에 의해 그 축에서 롤링 및 회전하도록 구동될 수 있다. 상기 스크린의 롤링/틸팅(tilting) 및 회전 중에 상기 스크린의 체 표면에 있는 물질이 뒤집어진다. 일부 물질은 스크린을 통과하고 스크린을 통과하지 않는 물질과 분리된다. 상기 스크린의 롤링과 회전은 상기 스크린의 기공에 달라붙은 물질을 빠져나가게 하여 상기 스크린의 기공 막힘을 방지한다. 대안적으로, 상기 고체 바이오매스 연료 입자를 진동시키고 스크린하는 장치가 사용될 수 있다. 이 경우 모터를 사용하여 스크린을 진동시켜 스크린 표면에 물질이 튀게 할 수 있다. 이 과정에서 큰 입자에 부착된 작은 입자가 떨어져 나와 스크린의 구멍을 통과할 수 있다. 더 작은 입자가 더 큰 입자에 부착되거나 부착되지 않을 수 있는 더 작은 입자로부터 더 큰 입자를 분리하기 위해 스크린 및 진동을 이용하는 장치의 예는 CN201324717에 교시된 바와 같은 장치이다.
따라서, 본 발명의 공정은 상기 고체 바이오매스 연료 입자에 부착된 분진 입자가 상기 입자로부터 제거되도록 상기 고체 바이오매스 연료 입자 사이에 마찰을 유도하기 위해 상기 고체 바이오매스 연료 입자를 롤링, 회전 및 진동 중 하나 이상에 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음 방법은 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료 입자로부터 상기 분진 입자를 제거하기 위해 상기 논의된 바와 같이 상기 고체 바이오매스 연료 입자와 분진 입자의 혼합물을 스크리닝 단계에 적용하는 것을 포함한다. 따라서, 단계 (ix)는 상기 고체 바이오매스 연료 입자로부터 분진을 제거하기 위한 효과적인 후처리이다.
상기 스크린이 사용되는 구현예에서, 상기 스크린은 (ix) 단계, 예를 들어, 상기 고체 바이오매스 연료 입자가 상기 스크린 상에 배치되고 수성 세척액으로 분무되는 단계에서 사용된 세척액을 제거하고 배출하기 위해 추가로 사용될 수 있다.
상기 고체 바이오매스 연료 생성물
상기 고체 바이오매스 연료 생성물은 위에서 논의된 임의의 물리적 특성을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바이오매스 고체 연료는 바람직하게는 펠릿을 포함한다. 상기 펠릿은 임의의 적합한 크기일 수 있다. 바람직하게는, 상기 펠렛은 3mm 내지 100mm, 보다 바람직하게는 5mm 내지 8mm의 직경을 갖는다. 바람직하게는, 상기 펠렛은 20mm 내지 60mm, 보다 바람직하게는 30mm 내지 50mm의 길이를 갖는다. 위에서 논의된 바와 같이, 놀랍게도, 본 발명의 고체 바이오매스 연료 생성물은 선행 기술 공정에 의해 제조된 고체 바이오매스 연료 생성물에 비해 향상된 방수 특성을 갖는다는 것이 확인되었다. 이는 위에서 논의된 바와 같이 분쇄, 몰딩 및/또는 가열 단계를 제어하기 때문인 것으로 판단된다. 종래 기술의 바이오매스 연료는 최대 10일 동안만 충분히 방수되는 것으로 발명자들에 의해 확인되었다. 대조적으로, 본 발명의 고체 바이오매스 연료 생성물은 20일, 바람직하게는 30일, 더 바람직하게는 40일까지 충분히 방수되는 것으로 확인되었다.
상기 고체 바이오매스 연료의 방수 특성은 네덜란드 에너지 연구 센터(ECN)의 표준 테스트에 따라 결정될 수 있다.
본 발명의 바이오매스 고체 연료의 수분 함량은 또한 표준 ECN 테스트 방법에 의해 결정될 수 있다. 본 발명의 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 전형적으로 8wt% 미만, 바람직하게는 6wt% 미만, 보다 바람직하게는 5wt% 미만이며, 여기서 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정된다.
상기 바이오매스 고체 연료는 전형적으로 10wt% 미만, 바람직하게는 8wt% 미만, 가장 바람직하게는 6wt% 미만의 기본 수분 함량을 가지며, 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정된다.
또한, 본 발명의 고체 바이오매스 연료는 예상외로 높은 기계적 내구성을 갖는 것으로 확인되었다. 상기 기계적 내구성은 전형적으로 90% 초과, 바람직하게는 95% 초과이다. 이는 기계적 내구성이 95% 이상인 바이오매스 펠릿이 최대 2개월 동안 손상 없이 외부에 보관할 수 있는 것으로 확인되었기 때문에 유리하다. 반대로 기계적 내구성이 90% 미만인 바이오매스 펠릿은 일반적으로 강우에 의해 손상되어 외부에 저장할 수 없다. 따라서, 높은 기계적 내구성은 본 발명의 바이오매스 펠릿의 추가적인 이점이다.
상기 고체 바이오매스 연료 입자의 높은 내구성과 관련된 추가적인 이점은 펠릿이 어떻게든 힘에 의해 부서지면 기계적 내구성이 낮은 펠릿보다 더 큰 조각으로 떨어져 나간다는 것이다. 이렇게 하면 분진 폭발(dust explosion) 위험이 최소화된다.
위에서 논의된 바와 같이, 바람직한 구현예에서, 전형적으로 위에서 논의된 것과 같은 첨가제 외에, 몰딩 단계 동안 가열된 바이오매스 생성물에 다른 연료원이 추가되지 않는다. 따라서, 상기 고체 바이오매스 연료는 전형적으로 고체 바이오매스 연료의 연료원으로서 바이오매스로부터 유래된 물질만을 포함한다. 예를 들어, 상기 가열된 바이오매스 생성물이 펠릿으로 몰딩될 때, 전형적으로 몰딩 단계에 의해 생성된 고체 바이오매스 연료 펠릿이 바이오매스로부터 유래된 연료원만을 포함하도록 몰딩 전에 가열된 바이오매스 생성물에 다른 연료원이 첨가되지 않는다.
따라서, 바람직한 구현예에서, 상기 고체 바이오매스 연료는 연료의 총 연료 함량의 적어도 50wt%, 예를 들어 적어도 60wt%, 적어도 70wt%, 적어도 80wt%, 적어도 90wt%, 바람직하게는 적어도 95wt%의 바이오매스 유래 물질을 포함한다.
연소 공정
본 발명의 생성물은 다양한 상이한 연소 공정에서 사용될 수 있다. 특정 공정에 사용하기 위한 상기 생성물의 적합성은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 바이오매스 연료는 자체적으로 발전소 또는 산업 공정의 연소 공정에서 사용될 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 바이오매스 생성물은 공-소성 공정에서 석탄과 같은 추가 연료와 함께 연소 공정에서 사용될 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 생성물은 당업계에 공지된 다른 바이오매스 연료와 비교할 때 매우 낮은 PM1.0 배출을 제공하는 것으로 확인되었다. 또한, 공정의 PM1.0 배출량은 석탄 연소와 관련된 공정보다 낮다.
유리하게는, 본 발명의 바이오매스 연료의 개선된 물리적 특성은 바이오매스가 석탄과의 공-소성에 특히 적합한 것으로 확인되었다. 예를 들어, 사익 생성물의 개선된 품질 및 균일성은 본 발명의 바이오매스 연료가 석탄과 특히 용이하게 공-소성될 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 바이오매스 연료의 개선된 방수 특성은 상기 바이오매스가 석탄과 함께 연소되는데 특히 적합할 뿐만 아니라 방수 특성으로 인해 저장 및 운송이 더 용이하다는 것을 의미한다.
실시예 1
본 발명의 공정은 옥수수 짚으로 본질적으로 구성된 바이오매스 원료로 수행되었다. (iv) 세척 단계에 사용된 상기 세척 공정은 4개의 연속적인 세척단을 포함하고 대기압에서 대기(가열되지 않은) 온도에서 수성 세척액을 사용하여 수행되었다. 상기 공정은 (iii) 압축 단계를 포함한다. (iv) 세척 단계 및 (v) 기계적 탈수 단계 후 상기 탈수된 바이오매스 분말의 다양한 미네랄의 함량(wt%)은 아래 표 1에 나타내었다.
단계 (v) 이후 탈수된 바이오매스 분말의 미네랄 함량(wt%) 고체 바이오매스 연료 생성물의 미네랄 함량(wt%)
공기-건조 기준 회분(Air-dried basis ash) Ada % 4.67 6.96
칼륨 함량(wt%) 0.05 0.06
질소 함량(wt%) 0.76 0.88
염소 함량(wt%) 0.015 0.017
황 함량(wt%) 0.08 0.06
실시예 2
본 발명의 공정은 짚으로 본질적으로 구성된 바이오매스 원료로 수행되었다. (iv) 세척 단계에 사용된 세척 공정은 4개의 연속적인 세척단을 포함하고 대기압에서 대기(가열되지 않은) 온도에서 수성 세척액을 사용하여 수행되었다. 상기 공정은 (iii) 압축 단계를 포함한다. (iv) 세척 단계 및 (v) 기계적 탈수 단계 후 상기 탈수된 바이오매스 분말의 다양한 미네랄의 함량(wt%)은 아래 표 2에 나타내었다.
단계 (v) 이후 탈수된 바이오매스 분말의 미네랄 함량(wt%) 고체 바이오매스 연료 생성물의 미네랄 함량(wt%)
공기-건조 기준 회분(Air-dried basis ash) Ada % 8.02 10.93
칼륨 함량(wt%) 0.09 0.1
질소 함량(wt%) 0.44 0.66
염소 함량(wt%) 0.009 0.009
황 함량(wt%) 0.05 0.03
상기 표 1 및 2의 데이터는 상기 바이오매스 원료 출발 물질을 세척함으로써 효과적으로 무기염을 제거할 수 있다는 것을 보여준다. 유리하게는, 본 발명의 공정을 사용하여, 상기 세척 단계를 마일드하고 대기 조건으로 수행하여 효과적으로 무기염을 제거할 수 있다. 대기압과 대기 온도(예: 가열되지 않은 물)를 사용하여 효과적인 미네랄 염 제거가 이루어진다. 이것은 효과적인 미네랄 염 제거를 달성하기 위해 일반적으로 훨씬 더 높은 온도의 물을 사용하고 공정에서 사용되는 물을 액체로 유지하기 위해 더 높은 압력을 사용하는 종래의 세척 공정과 대조된다.
실시예 1 및 2에서 생성된 고체 바이오매스 연료 및 탈수된 바이오매스 분말의 다른 특성을 하기 표 3에 나타내었다.
고정 탄소 함량 휘발성 물질 함량 회분 함량 내부 수분 함량 수용된 기본 수분 함량 공기 건조 기준 총 발열량 밀도
wt% wt% wt% wt% wt% MJ/Kg g/cm3
옥수수 짚 원료 19.11 71.82 7.58 1.50 13.62 4265
옥수수 짚 탈수 바이오매스 분말 14.61 79.22 4.93 1.25 10.69 4379
옥수수 짚 고체 바이오매스 연료 26.70 66.06 6.86 0.37 3.78 5099 1.2358
짚 원료 16.81 69.18 12.36 1.66 10.43 3923
짚 탈수 바이오매스 분말 13.77 76.76 8.28 1.19 11.55 4182
짚 고체 바이오매스 연료 24.97 63.66 11.24 0.07 2.63 4797 1.2619
실시예 3
바이오매스 원료로 참깨 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발, 야자 섬유, 야자 껍질 및 대나무를 사용하여 상기 실시예 1 및 2와 동일한 공정을 수행하였다.
모든 바이오매스 출발 물질에 대해 질소 및 염소 함량이 (iv) 세척 단계에 의해 적어도 10% 감소될 수 있음을 확인하였다. 모든 경우에, 황 함량은 (iv) 세척 단계에 의해 40% 이상 감소되었다.
모든 경우에, 상기 고체 바이오매스 연료의 미네랄 함량을 상기 바이오매스 원료 출발 물질과 비교했을 때 칼륨 함량은 90% 이상 감소했다. 황 함량은 50% 이상 감소했다. 질소 함량은 현저히 감소했다.
모든 경우에, 상기 바이오매스 원료의 회분 함량은 (iv) 세척 단계에서 30% 이상 감소했으며, 발열량은 (iv) 세척 단계에서 2% 이상 증가했다.
모든 경우에, 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 상기 바이오매스 출발 물질에 비해 6% 이상 감소했다. 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 상기 바이오매스 출발 물질에 비해 35% 이상 증가했다. 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 상기 바이오매스 출발 물질에 비해 16% 이상 증가했다.

Claims (57)

  1. 고체 바이오매스 연료의 생산 공정으로서, 다음의 순차적인 단계들을 포함하는 공정:
    (i) 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계;
    (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    선택적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계;
    (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계;
    (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 160℃ 내지 420℃의 온도에서 0.25 내지 5시간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계; 및
    (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스(calliandra calothyrsus), 아카시아 망기움(acacia mangium), 알비지아 키넨시스(albizia chinensis), 헤베아 브라질리엔시스(hevea brasiliensis), 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지(Pennisetum sinese Roxb)와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 야자 열매 껍질(PKS), 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무(oil palm tree), 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 공정.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 야자 껍질, 대나무, 야자나무 줄기 또는 이들의 임의의 조합과 같은 농업 폐기물을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 공정.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 공정.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 (i) 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계는, (a) 수분 함량이 50wt% 미만이 되도록 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 단계; 및/또는 (b) 30,000㎛ 내지 60,000㎛의 평균 입경(D50)을 갖도록 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 절단하는 단계;를 포함하고, 바람직하게는 상기 공정은 단계 (a) 및 (b) 모두를 포함하고, 보다 바람직하게는 상기 공정은 (b) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 절단하는 단계 이전에 (a) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 압축하는 단계를 포함하는 공정.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 수분 함량이 20wt% 이하일 때 음압 공압식(negative pressure pneumatic) 운반 장치의 사용을 포함하는 공정에서 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하는 단계를 포함하는 공정.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압착(squeezing)하여 압축된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 분쇄된 바이오매스 분말은 압착되어 수분 함량이 30wt% 미만, 바람직하게는 25wt% 미만, 보다 바람직하게는 20wt% 미만인 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 공정.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 1회 이상 세척하는 단계를 포함하고, 바람직하게는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 2단 내지 10단의 연속적인 세척단(washing stages)에서 세척하고, 보다 바람직하게는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 2단 내지 5단의 연속적인 세척단에서 세척하는 공정.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연속적인 세척단 각각은 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말에 수성 세척액을 분무하는 단계, 및/또는 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액에 침지시키는 단계를 포함하는 공정.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 연속적인 세척단은 향류 방식으로 수행되어 후단의 세척단에서 발생하는 수성 세척 유출물을 전단의 세척단에서 수성 세척액으로 사용하고, 바람직하게는 새로운 수성 세척액을 최후단의 세척단에서 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 세척하는데 사용하며, 각각의 다른 세척단에서 사용된 수성 세척액은 바로 후단의 세척단에서 발생한 수성 세척 유출물을 포함하는 공정.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계에서, 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 160℃이고, 바람직하게는 상기 (iv) 단계의 연속적인 세척단 각각에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 160℃인 공정.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계에서, 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 35℃이고, 바람직하게는 상기 (iv) 단계의 연속적인 세척단 각각에서 상기 수성 세척액의 온도는 5℃ 내지 35℃인 공정.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 1.1 bar 내지 15 bar의 압력에서 수행되고, 바람직하게는 대기압에서 수행되며, 보다 바람직하게는 대기압 및 5℃ to 35℃의 온도에서 수행되는 공정.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함하는 공정.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 분쇄된 바이오매스 분말의 수분 함량은 적어도 30wt%이고, 상기 (iii) 압축 단계 이후에, 상기 압축된 바이오매스 분말의 수분 함량은 30wt% 미만, 바람직하게는 25wt% 이하, 보다 바람직하게는 20wt% 이하인 공정.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    (v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계는, 상기 세척된 바이오매스 분말을 압축하는 단계를 포함하는 공정.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 탈수된 바이오매스를 건조하여 수분 함량이 15wt% 미만, 바람직하게는 10wt% 내지 15wt%인 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계를 포함하는 공정.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 건조하는 동안 상기 분쇄된 바이오매스 분말 입자를 혼합하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계는, 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 건조 실린더에서 건조하는 단계를 포함하는 공정.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    (a) 상기 탈수된 바이오매스 분말의 수분 함량이 20wt% 이하이고, 상기 공정은 상기 탈수된 바이오매스 파우더를 단일 건조 실린더에서 건조하는 단계를 포함하고, 또는, (b) 상기 탈수된 바이오매스 분말의 수분 함량이 20wt% 이상이고, 상기 공정은 상기 탈수된 바이오매스 분말을 다중 건조 실린더에서 건조하는 단계를 포함하는 공정.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조절하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 밀도가 제어되도록 몰딩 단계를 조절하는 단계는 상기 몰딩 단계에서 사용되는 몰드의 압축비를 제어하는 것인 공정.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하는 단계 이전에 상기 건조된 바이오매스 분말에 첨가제를 첨가하고, 선택적으로 상기 첨가제는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 수율을 증가시키는 공정.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는, 0.4 내지 2.5시간 동안 수행되고, 및/또는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 180℃ 내지 350℃의 온도, 선택적으로 210℃ 내지 280℃의 온도에서 가열하는 단계를 포함하는 공정.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는, 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 반탄화(torrefaction)를 유도하기 위한 조건 하에서 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계를 포함하는 공정.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 가열하는 단계는, 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조절하는 단계를 포함하고, 선택적으로 상기 (viii) 단계에서 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조절하는 단계는 (viii) 단계에서 상기 몰드된 바이오매스 생성물이 가열되는 동안 회전하는 장치에서 수행되고, 선택적으로 상기 (viii) 단계에서 상기 고체 바이오매스 연료의 균일성을 제어하도록 조절하는 단계는 상기 몰드된 바이오매스 생성물의 속도 또는 회전 방향을 제어하는 것을 포함하고, 선택적으로 상기 몰드된 바이오매스 생성물은 장치에서 반시계 방향 및 시계 방향 모두로 회전되는 공정.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 (viii) 가열 단계 후 및 (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계 전에, 상기 고체 바이오매스 연료를 냉각하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계는, 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 분무하여 세척하는 단계를 포함하는 공정.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진(dust) 입자를 제거하는 단계를 추가로 포함하고, 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는, (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계와 동시에 수행되는 공정.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는, 스크린으로 상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 것인 공정.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 8mm이고, 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 5mm이며, 보다 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2mm 내지 3mm인 공정.
  31. 제29항 또는 제30항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하기 위한 스크리닝 장치로서 드럼체(drum sieve)를 사용하고, 바람직하게는 상기 드럼체는 회전식 드럼체를 포함하는 공정.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는, 상기 고체 바이오매스 연료에 진동, 회전, 롤링 또는 이들의 임의의 조합을 가하는 단계를 포함하는 공정.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는, 진동 스크린을 사용하는 것을 포함하고, 상기 진동 스크린의 기공 크기는 2 mm 내지 8 mm이고, 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2 mm 내지 5 mm이며, 보다 바람직하게는 상기 스크린의 기공 크기는 2 mm 내지 3 mm인 공정.
  34. 제29항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료로부터 분진 입자를 제거하는 단계는, (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계와 동시에 수행되며, (ix) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계는 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 분무하는 것을 포함하고, 상기 스크린은 상기 고체 바이오매스 연료로부터 수성 세척액을 배출하는데 사용되는 공정.
  35. 제1항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 야자 껍질, 대나무 또는 이들의 임의의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되며,
    (i) 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 칼륨 함량의 10wt% 미만이고;
    (ii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 칼륨 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 칼륨 함량의 10wt% 미만이고;
    (iii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 질소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 질소 함량의 90wt% 미만이고;
    (iv) 상기 세척된 바이오매스 분말의 염소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 염소 함량의 90wt% 미만이고;
    (v) 상기 세척된 바이오매스 분말의 황 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 황 함량의 60% 이하이고; 및/또는
    (vi) 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 황 함량의 50% 이하인 공정.
  36. 제1항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 옥수수 짚, 참깨 짚, 짚, 바나나 나무, 땅콩 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 야자 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 대나무 또는 이들의 임의의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되며,
    (i) 상기 세척된 바이오매스 분말의 회분(ash) 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 회분 함량의 75wt% 이하이고;
    (ii) 상기 세척된 바이오매스 분말의 발열량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 발열량의 2% 이상이고;
    (iii) 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 고정 탄소 함량의 40wt% 이상이고;
    (iv) 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 휘발성 물질 함량의 94% 이하이고; 및/또는
    (v) 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 단위 중량당 상기 하나 이상의 바이오매스 원료의 발열량보다 16% 이상 높은 공정.
  37. 제1항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료는 다음 특성 중 하나 이상을 가지는 공정: 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가진다.
  38. 제35항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 짚, 옥수수 짚 또는 이들의 조합으로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 공정.
  39. 제35항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 황 함량은 DIN EN 15289에 따라 결정되고; 상기 질소 함량은 DIN EN 15104에 따라 결정되고; 상기 고정 탄소 함량은 DIN EN 51734에 따라 결정되고; 상기 회분 함량은 550℃에서 EN 14775에 따라 결정되고; 상기 휘발성 물질 함량은 DIN EN 15148에 따라 결정되고, 상기 발열량은 DIN EN 14918에 따라 결정되고; 상기 염소 함량은 ISO16994:2015에 따라 결정되고, 상기 칼륨 함량은 ISO16995:2015에 따라 결정되고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 GB/T211-2017에 따라 결정되고; 및/또는 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 DIN EN 14774에 따라 결정되는 공정.
  40. 제1항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    DIN EN 15103에 따라 결정된 상기 고체 바이오매스 연료의 벌크 밀도(bulk density)는 1.0 내지 1.4 g/cm3, 바람직하게는 1.1 내지 1.3 g/cm3, 보다 바람직하게는 1.2 내지 1.3 g/cm3인 공정.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료는 최대 20일, 바람직하게는 최대 30일, 보다 바람직하게는 최대 40일 동안 방수되는 공정.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료는 연소 시 PM1.0 배출량이 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150 mg/kg 미만인 공정.
  43. 제1항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몰드된 바이오매스 생성물의 벌크 밀도는 A이고, 상기 고체 바이오매스 연료의 벌크 밀도는 B이고, B/A는 0.55 내지 1이며, 상기 벌크 밀도는 DIN EN 15103에 따라 결정되는 공정.
  44. 제1항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료에 존재하는 바이오매스로부터 유래된 물질의 함량은 상기 고체 바이오매스 연료의 총 연료 함량의 적어도 95wt%인 공정.
  45. 고체 바이오매스 연료의 생산 공정으로서, 다음의 순차적인 단계들을 포함하는 공정:
    (i) 하나 이상의 바이오매스 원료를 제공하는 단계;
    (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 분쇄하여 평균 입경(D50)이 1000㎛ 내지 20,000㎛인 분쇄된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    선택적으로, (iii) 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 압축하여 압축된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (iv) 상기 압축된 바이오매스 분말 또는 상기 분쇄된 바이오매스 분말을 수성 세척액으로 세척하여 세척된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (v) 상기 세척된 바이오매스 분말을 기계적으로 탈수하여 탈수된 바이오매스 분말 및 수성 유출물을 제공하는 단계;
    (vi) 상기 탈수된 바이오매스 분말을 건조하여 건조된 바이오매스 분말을 제공하는 단계;
    (vii) 상기 건조된 바이오매스 분말을 몰딩하여 몰드된 바이오매스 생성물을 제공하는 단계; 및
    (viii) 상기 몰드된 바이오매스 생성물을 160℃ 내지 420℃의 온도에서 0.25 내지 5시간 동안 가열하여 고체 바이오매스 연료를 제공하는 단계;
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 참깨 짚, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 바나나 나무, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성된다.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 공정은 (viii) 상기 고체 바이오매스 연료를 수성 세척액으로 세척하는 단계를 추가로 포함하는 공정.
  47. 제45항 또는 제46항에 있어서,
    상기 공정은 제2항 내지 제44항 중 어느 한 항에서 추가로 정의된 바와 같은 공정.
  48. 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 공정으로 얻을 수 있거나 얻은 고체 바이오매스 연료.
  49. 하나 이상의 바이오매스 원료로부터 유래된 고체 바이오매스 연료로서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료는,
    (i) 참깨 짚으로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
    (ii) 야자 빈 열매 다발로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
    (iii) 야자 섬유로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
    (iv) 바나나 나무로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고;
    (v) 오일 야자나무 줄기로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고; 또는
    (vi) 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 야자 열매 껍질(PKS), 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되고, 상기 고체 바이오매스 연료는 다음 특성 중 하나 이상을 가지는 고체 바이오매스 연료: 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가진다.
  50. 제48항 또는 제49항에 있어서,
    상기 하나 이상의 바이오매스 원료 또는 고체 바이오매스 연료는 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에서 추가로 정의된 바와 같은 고체 바이오매스 연료.
  51. 제48항 내지 제50항 중 어느 한 항에 따른 고체 바이오매스 연료를 연소시켜 에너지를 생산하는 단계를 포함하는 연소 공정.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 고체 바이오매스 연료는 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성(co-fired) 및 연소되는 공정.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서,
    상기 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150mg/kg 미만인 공정.
  54. 연소 공정에서 연료로서의 제48항 내지 제50항 중 어느 한 한에 따른 고체 바이오매스 연료의 용도로서, 선택적으로 상기 용도는 상기 고체 바이오매스 연료를 제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 따른 공정에서 사용하는 것을 포함하고, 선택적으로 상기 연소 공정은 상기 고체 바이오매스 연료를 석탄과 같은 화석 연료와 함께 공-소성하는 것을 포함하는 용도.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 연소 공정의 PM1.0 배출량은 175 mg/kg 미만, 바람직하게는 150mg/kg 미만인 용도.
  56. 고체 바이오매스 연료를 생산하기 위한 하나 이상의 바이오매스 원료의 용도로서, (i) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는, 농업 폐기물, 캘리안드라 칼로사이르서스, 아카시아 망기움, 알비지아 키넨시스, 헤베아 브라질리엔시스, 쌀겨, 짚, 참마, 옥수수 속대, 혼합 목재와 같은 목재, 페니세툼 시네지와 같은 풀, 사탕수수, 해바라기 줄기, 밀 줄기, 옥수수 줄기, 수수 줄기, 콩 줄기, 땅콩 줄기, 목화 줄기, 유채 줄기, 코코넛 껍질, 오일 야자나무 줄기와 같은 오일 야자나무, 야자 열매 껍질(PKS), 해초, 땅콩 껍질 또는 이들의 임의의 조합을 포함하거나, 이들로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되고, 상기 고체 바이오매스 연료는 다음 특성 중 하나 이상을 가지고: 상기 고체 바이오매스 연료의 회분 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 칼륨 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 질소 함량은 2wt% 이하, 바람직하게는 1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 염소 함량은 0.05wt% 이하, 바람직하게는 0.02wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 황 함량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.1wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 고정 탄소 함량은 40wt% 이하, 바람직하게는 30wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 휘발성 물질 함량은 15wt% 이하, 바람직하게는 12wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 내부 수분 함량은 1wt% 이하, 바람직하게는 0.5wt% 이하이고; 상기 고체 바이오매스 연료의 수용된 기본 수분 함량은 6wt% 이하, 바람직하게는 4wt% 이하이고; 또는 상기 고체 바이오매스 연료의 발열량은 4500 MJ/Kg 이상, 바람직하게는 4750 MJ/Kg 이상이고; 바람직하게는 상기 고체 바이오매스 연료는 상기 특성을 모두 가지고; 또는 (ii) 상기 하나 이상의 바이오매스 원료는 참깨 짚, 바나나 나무, 야자 빈 열매 다발(EFB), 야자 섬유, 오일 야자나무 줄기 또는 이들의 조합으로 구성되거나 또는 본질적으로 구성되는 용도.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 용도는 제1항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 공정에서의 상기 하나 이상의 바이오매스 원료를 사용하는 것을 포함하고/하거나 상기 고체 바이오매스 연료는 제48항 내지 제50항 중 어느 한 항에서 정의된 바와 같은 용도.
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