WO2020204259A1 - 플라스틱 혼합 바이오매스를 이용한 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법 - Google Patents

플라스틱 혼합 바이오매스를 이용한 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a bio-crude production system, and more particularly, to a bio-crude production system capable of improving the quality of bio-crude, and a bio-crude production method using the same.
  • biomass includes woody, herbaceous, cultivated plants, organic sludge, animal manure and food waste, and methods for producing biocrude using biomass are being widely studied.
  • bio-crude is manufactured using various types of materials, the process of introducing materials into the manufacturing process is important, and a method of manufacturing bio-crude using a new type of waste whenever a new type of waste is discovered. It is important to study.
  • bio-crude refers to a liquid fuel similar to heavy oil produced by methods such as fast pyrolysis or high-temperature, high-pressure hydrolysis of biomass such as sawdust and coffee grounds in an oxygen-free atmosphere near about 500°C.
  • Such bio-crude oil has a disadvantage that its calorific value is lower than that of petroleum oil by about 50% due to the large amount of oxygen contained in the raw material biomass.
  • An aspect of the technology disclosed in the present specification is to provide an improved bio-crude manufacturing system and a bio-crude manufacturing method using the same.
  • Another aspect of the technology disclosed herein is to provide a mixed raw material configured to be provided in a bio-crude production system and used to produce bio-crude.
  • a bio-crude production system includes: a pyrolysis gas generation unit configured to generate pyrolysis gas through a rapid pyrolysis reaction from the supplied mixed raw material; And a bio crude oil generation unit configured to generate bio crude oil by condensing the pyrolysis gas generated from the pyrolysis gas generation unit, wherein the mixed raw material includes a mixture of biomass and plastic, and the bio crude oil production system comprises the pyrolysis It further includes an alcohol supply unit configured to supply alcohol to at least one of the gas generation unit and the bio-crude generation unit.
  • the biomass may include coffee biomass.
  • the plastic may include polystyrene or a mixture of polystyrene and polyethylene.
  • the polystyrene may be composed of a weight% in excess of 25% based on the total weight of the mixed raw material.
  • the alcohol may be methanol or ethanol or a mixture thereof.
  • the pyrolysis gas generating unit may include a mixed material feeder configured to supply the mixed material; A flow yarn feeder for supplying high temperature flow yarn to heat the mixed raw material; And a rapid pyrolysis reactor configured to pyrolyze the supplied mixed raw material by the supplied high-temperature flow sand to generate pyrolysis gas.
  • the rapid pyrolysis reactor may further include a heater providing heat required for rapid pyrolysis of the mixed material.
  • the bio-crude generation unit may include a condenser configured to generate bio-crude by receiving and condensing the pyrolysis gas generated from the rapid pyrolysis reactor of the pyrolysis gas generation unit.
  • the bio-crude production method includes a pyrolysis gas generation step configured to generate pyrolysis gas through a rapid pyrolysis reaction from the supplied mixed raw material; And a bio crude oil generation step configured to generate bio crude oil by condensing the pyrolysis gas generated from the pyrolysis gas generation step, wherein the mixed raw material comprises a mixture of biomass and plastic, and the bio crude oil production method comprises: Further comprising an alcohol supply step of supplying alcohol to at least one of the pyrolysis gas generation step and the bio-crude generation step.
  • the biomass may include coffee biomass.
  • the plastic may include polystyrene or a mixture of polystyrene and polyethylene.
  • the polystyrene may be provided in a weight% exceeding 25% based on the total weight of the mixed raw material.
  • the alcohol may be provided as methanol or ethanol or a mixture thereof.
  • the pyrolysis gas generating step includes a mixed raw material supply step of supplying the mixed raw material; A flow yarn supply step of supplying high temperature flow yarn to heat the mixed raw material; And a rapid pyrolysis reaction step of pyrolyzing the supplied mixed raw material by the supplied high-temperature fluidized sand to generate pyrolysis gas.
  • the pyrolysis gas generation step may further include a heating step of providing heat required for rapid pyrolysis of the mixed material.
  • the bio-crude generation step may include a condensation step configured to receive and condense the pyrolysis gas generated from the rapid pyrolysis reaction step of the pyrolysis gas generation step to generate bio-crude.
  • the mixed raw material according to an embodiment of the technology disclosed in the present specification is a mixed raw material provided to a bio-crude production system and used to generate bio-crude, and is made of coffee biomass and plastic, and the plastic is polystyrene. Include.
  • the polystyrene may be composed of a weight% in excess of 25% based on the total weight of the mixed raw material.
  • bio-crude production system and the bio-crude production method using the bio-crude there is an advantage of improving the calorific value of the bio-crude and improving the viscosity.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a bio-crude production system, which is a technology disclosed herein.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method for producing bio-crude, which is a technique disclosed in the present specification.
  • FIG. 3 is a graph exemplarily showing a viscosity comparison with respect to an ethanol addition ratio to coffee biomass in a method for producing biocrude, which is a technology disclosed in the present specification.
  • FIG. 4 is a graph exemplarily showing a viscosity comparison with respect to a ratio of methanol addition to coffee biomass in a method for producing biocrude oil, which is a technology disclosed in the present specification.
  • first, second, first, or second used in various embodiments may modify various elements regardless of order and/or importance, and corresponding configuration It does not limit the elements.
  • a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be renamed to a first component.
  • the bio-crude production system is a system for producing bio-crude from a mixture of biomass and plastic using rapid pyrolysis technology.
  • Biomass applied to the bio-crude production system and method according to the present embodiment may include woody, herbaceous, performing plants, organic sludge, livestock manure, food waste, etc., but preferably coffee biomass. Can be used.
  • the plastic in this embodiment may include polypropylene, polyethylene, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS), and copolymers thereof, and at least one of the plastics It may be a mixed plastic containing two or more types, preferably polystyrene or a mixed plastic of polystyrene and polyethylene may be used. More preferably, the polystyrene may be a mixed raw material composed of a weight% in excess of 25% based on the total weight of the mixed raw material.
  • the mixed raw material provided to the bio-crude production system according to the present embodiment and configured to be used to generate bio-crude is configured such that the bio-crude production system provided with the mixed raw material undergoes a pyrolysis gas generation step and a bio-crude production step, And an alcohol supply step of supplying alcohol to at least one of the pyrolysis gas generation step and the bio-crude generation step.
  • the bio-crude production system according to an embodiment is largely composed of a pyrolysis gas generation unit and a bio-crude generation unit.
  • the pyrolysis gas generation unit is configured to generate pyrolysis gas through a rapid pyrolysis reaction from the supplied mixed material.
  • the pyrolysis gas generation unit includes a mixed material feeder 120 configured to supply the aforementioned mixed material to the reactor, a fluidized yarn feeder 130 configured to heat the mixed material and supplying high-temperature fluidized yarn, and the supplied mixed material. It consists of a rapid pyrolysis reactor 110 configured to pyrolyze by the supplied high-temperature flow sand to generate gas.
  • the rapid pyrolysis reactor 110 may be provided with a heater 140 that additionally provides heat required for rapid pyrolysis of the supplied mixed material.
  • the biomass and plastic mixed raw material feeder 120 is a device for supplying a mixed raw material composed of biomass and plastic to the heating inclined portion 115 of the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the biomass feeder 120 may be provided at a first inlet formed at an upper side of the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the biomass and plastic mixed material feeder 120 may be provided with a biomass and plastic mixed material input unit at the top of the biomass and plastic mixed material feeder 120, and the biomass and plastic mixed material feeder may be A biomass and plastic mixed material discharge unit may be formed to selectively discharge the mixed material into the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the mixed material discharge unit may be connected in communication with the first inlet of the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the mixed raw material discharge unit of biomass and plastic may be configured to control whether the mixed raw material is discharged or not.
  • the flow yarn feeder 130 is a device that supplies high temperature flow yarn to the heating inclined portion 115 of the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the flow yarn feeder 130 may be provided at a second inlet formed on the other upper side of the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the high-temperature flow sand is a heat transfer medium that is mixed with the mixed material of biomass and plastic to accelerate the rapid pyrolysis process of the mixed material.
  • the flow sand may be a material of small particles that does not melt during rapid pyrolysis.
  • sand or a steel ball may be used as the flow sand, but in this embodiment, sand is used as an example of the flow sand.
  • a flow yarn input unit for injecting flow yarn may be formed at the top of the flow yarn feeder 130, and a flow yarn discharge unit for selectively discharging the flow yarn into the rapid pyrolysis reactor is formed at the bottom of the flow yarn feeder 130 Can be.
  • the flow yarn discharge unit may be connected in communication with the second inlet of the rapid pyrolysis reactor.
  • the flow yarn discharge unit may be configured to control whether or not the flow yarn is discharged.
  • the rapid pyrolysis reactor 110 is a device that generates pyrolysis gas for generating biocrude by performing a rapid pyrolysis reaction of a mixed raw material of biomass and plastic.
  • the rapid pyrolysis reactor 110 may be formed to be hollow in order to pass through the mixed raw material of biomass and plastic and the flow sand during rapid pyrolysis.
  • Such rapid pyrolysis reactor 110 may be formed in a cross section of at least one shape among a circle, an oval, or a polygon, but in this embodiment, for convenience of explanation, the rapid pyrolysis reactor 110 is formed in a rectangular cross-sectional shape. Explain that.
  • the rapid pyrolysis reactor 110 may be provided with a heating slope 115 on at least one side of the four side portions.
  • the mixed raw material and flow of biomass and plastic may slide from the top to the bottom of the rapid pyrolysis reactor 110 along the surface of the heating slope 115.
  • the rapid pyrolysis reactor 110 is disposed obliquely in the vertical direction, and the side portion disposed at a relatively lower side of the side parts of the rapid pyrolysis reactor 110 is heated and inclined. It will be described as forming (115).
  • the heating inclined portion 115 may be formed in various ways according to the design conditions and circumstances of the rapid pyrolysis reactor.
  • a first inlet and a second inlet through which a mixed raw material of biomass and plastic and flowing sand flows may be formed at an upper portion of the rapid pyrolysis reactor 110, and an alcohol supply unit 160 through which alcohol is injected may be formed.
  • the alcohol supplier 160 may spray alcohol to mix alcohol with the supplied mixed raw material.
  • the heater 140 is a device that provides heat required for rapid pyrolysis of a mixed raw material of biomass and plastic to the rapid pyrolysis reactor 110.
  • the heater 140 may be provided under the heating inclined portion 115 to heat the heating inclined portion 115 of the rapid pyrolysis reactor 110. Accordingly, the mixed raw material of biomass and plastic may be rapidly pyrolyzed by heat of the heater 140 transmitted through the heating inclined portion 115 and heat transmitted from the high-temperature fluidized sand.
  • the heater 140 may directly include a heat source, but may receive necessary heat from an external heat source.
  • the heat source of the heater 140 is directly mounted on the rear surface of the heating inclined portion 115 together with the heater 140.
  • the heat source of the heater 140 may be formed by a combustion mechanism such as a burner or an electric heater.
  • the heater 140 may be an electric heating plate attached to the rear surface of the heating inclined portion 115.
  • the heat source of the heater 140 includes a combustion mechanism or an electric heating means, but is not limited thereto.
  • the heater 140 may be formed in a structure that provides hot air generated in an external combustion furnace to the heating slope 115.
  • the pyrolysis gas generated from the rapid pyrolysis reactor 110 of the pyrolysis gas generation unit is transferred to the bio-crude generation unit.
  • the bio-crude generation unit includes a condenser 150, and the condenser 150 is configured to receive and condense the pyrolysis gas generated from the rapid pyrolysis reactor 110 of the pyrolysis gas generation unit to generate bio-crude.
  • the condenser 150 is a device for condensing rapid pyrolysis gas into bio crude oil.
  • the inlet of the condenser 150 may be connected to the rapid pyrolysis reactor 110, and an alcohol supply 160 through which alcohol is injected may be formed.
  • an alcohol supply 160 through which alcohol is injected may be formed.
  • a plurality of condensers are provided, but the present invention is not limited thereto, and a plurality of condensers may be provided in multiple stages according to design conditions and conditions of the bio-crude production system.
  • the alcohol supply 160 provided in the condenser 150 may inject alcohol to mix alcohol with the rapid pyrolysis gas.
  • the condenser 150 condenses the rapid pyrolysis gas or a mixture of the rapid pyrolysis gas and alcohol to generate bio-crude.
  • the bio-crude oil mixed with alcohol may be circulated by the circulation pump 170, and thus alcohol may be continuously supplied into the condenser 150.
  • the bio-crude manufacturing system includes an alcohol supply unit 160 to supply alcohol by spraying it as one of the features.
  • the alcohol supplier 160 may be provided in at least one of the inside of the rapid pyrolysis reactor or the condenser to supply alcohol to at least one of the rapid pyrolysis reactor 110 and the condenser 150. Therefore, alcohol can be injected into the mixed raw material of biomass and plastic supplied to the inside of the rapid pyrolysis reactor 110, or alcohol can be injected into the rapid pyrolysis gas delivered to the condenser 150 after the rapid pyrolysis reaction. Thus, it is possible to improve the viscosity due to wax formation.
  • the alcohol according to the present embodiment may include a linear or branched alcohol having 1 to 5 carbon atoms, and preferably methanol or ethanol or a mixture thereof may be used.
  • FIG. 2 A method of manufacturing bio-crude according to an embodiment is schematically illustrated in FIG. 2.
  • the bio-crude production method comprises a pyrolysis gas generation step configured to generate pyrolysis gas through a rapid pyrolysis reaction from a supplied mixed raw material, and a pyrolysis gas generated from the pyrolysis gas generation step to condense the bio crude oil. It consists of a bio-crude generation step configured to produce. In particular, it characterized in that it includes an alcohol supply step configured to inject alcohol to at least one of the pyrolysis gas generation step and the bio-crude generation step.
  • the pyrolysis gas generation step is a step of preparing a mixed material by mixing biomass and plastic (S01), a mixed material supplying step (S02) configured to supply the mixed material, and a high-temperature flow configured to heat the mixed material.
  • the mixed raw material is provided including at least a mixture of coffee biomass and plastic
  • the plastic is provided as polystyrene or a mixture of polystyrene and polyethylene
  • the polystyrene is the total amount of the mixed raw material. It is made in weight percent in excess of 25% by weight.
  • the mixed raw material supply step (S02) is to supply the mixed raw material into the interior of the rapid pyrolysis reactor through a mixed raw material feeder of biomass and plastic.
  • the flowed yarn is supplied into the interior of the rapid pyrolysis reactor through the flowed yarn feeder.
  • the rapid pyrolysis reaction step (S04) may further include a heating step of providing heat required for rapid pyrolysis of the mixed material.
  • the rapid pyrolysis gas generated in the rapid pyrolysis step is discharged to the outside of the reactor through the gas outlet (S05), the rapid pyrolysis gas is transferred to the condenser and undergoes a condensation step (S06) in which it is liquefied into bio-crude. .
  • the rapid pyrolysis step or condensation step of the pyrolysis gas generation step is characterized in that it includes the step of spraying methanol or ethanol or a mixture thereof.
  • the coffee grounds obtained from Starbucks Korea Co., Ltd. contained 50-60% of moisture, and were dried so that the moisture was less than 10% using a rotary hot air dryer. Coffee grounds are collected in powder form, so no separate grinding process is required.
  • Polyethylene and polypropylene were provided in the form of a film and pulverized to a size of 5 mm or less. Since polystyrene is provided in the form of a polystyrene foam having a very low density, in order to facilitate sample injection, heat treatment in an ingot form to increase the density and pulverize the pretreatment to have a particle size of 5 mm or less.
  • the pretreated coffee grounds, polystyrene and polyethylene were mixed in a ratio of 60:25:15%, respectively.
  • the reaction took place in a rapid pyrolysis reactor in a bio-crude production system.
  • the thermal decomposition reaction temperature was 550°C, and a mixed sample was added at 20 kg per hour and rapidly pyrolyzed for 1 hour.
  • Example 2 It was carried out in the same manner as in Example 1, except that coffee grounds, polystyrene, and polyethylene were mixed in a ratio of 60:30:10%, respectively.
  • Example 2 It was carried out in the same manner as in Example 1, except that coffee grounds, polystyrene, and polyethylene were mixed in a ratio of 60:35:5%, respectively.
  • Example 2 It was carried out in the same manner as in Example 1, except that coffee grounds, polystyrene, and polyethylene were mixed in a ratio of 60:20:20%, respectively.
  • Example 2 It was carried out in the same manner as in Example 1, except that polystyrene was not included, and coffee grounds and polypropylene were mixed in a ratio of 60:40%, respectively.
  • the calorific value of bio-crude was measured using a bomber calorimeter (LECO AC-350) to measure the high calorific value of coffee grounds bio-crude and sawdust bio-crude. As shown in Table 2, the calorific value of bio-crude by coffee biomass was 7157 kcal/kg, and the calorific value of bio-crude by sawdust biomass was measured to be 4465 kcal/kg. This shows that the use of coffee biomass can have a higher calorific value than other biomass based on wood.
  • Coffee grounds biomass was prepared under the same conditions as in Example 1. After the rapid pyrolysis reaction in the bio-crude production system, ethanol was added at a different ratio to the bio-crude. The viscosity was measured using a viscometer (Brookfield, Model DV-II+Pro) at 50°C.
  • FIG. 3 is a graph exemplarily showing a viscosity comparison with respect to an ethanol addition ratio to coffee biomass in a method for producing biocrude, which is a technology disclosed herein.
  • the addition ratio is the weight of ethanol added to the weight of the produced bio-crude.
  • Coffee grounds biomass was prepared under the same conditions as in Example 1. After the rapid pyrolysis reaction in the bio-crude production system, methanol was added to the bio-crude at different rates. The viscosity was measured using a viscometer (Brookfield, Model DV-II+Pro) at 50°C.
  • FIG. 4 is a graph exemplarily showing a viscosity comparison with respect to a ratio of methanol addition to coffee biomass in a method for producing biocrude oil, which is a technology disclosed herein.
  • the addition ratio is the weight of methanol added to the weight of the produced bio-crude.

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Abstract

본 명세서에 개시된 기술은 발열량 및 점도가 개선된 바이오원유를 제조하는 기술에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템은, 공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된 열분해가스 생성부; 및 상기 열분해가스 생성부로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 바이오원유 생성부를 포함하고, 상기 혼합원료는 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 포함하고, 상기 바이오원유 제조시스템은, 상기 열분해가스 생성부 및 상기 바이오원유 생성부 중 적어도 어느 하나에 알코올을 공급하도록 구성되는 알코올 공급부를 더 포함한다.

Description

플라스틱 혼합 바이오매스를 이용한 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법
본 발명은 바이오원유 제조시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바이오원유의 질을 향상시킬 수 있는 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 바이오매스는 목질계, 초본계, 수행식물, 유기성 슬러지, 가축분뇨 및 음식 폐기물 등을 포함하며, 바이오매스를 사용하여 바이오원유를 제조하는 방법들이 널리 연구되고 있다. 그리고, 다양한 종류의 물질들을 사용하여 바이오원유를 제조하기 때문에 물질들을 제조공정에 투입하는 과정이 중요하고, 새로운 종류의 폐기물이 발견될 때마다 새로운 종류의 폐기물을 활용하여 바이오원유를 제조하는 방법을 연구하는 것이 중요하다.
일반적으로 바이오원유란 톱밥, 커피찌꺼기 등의 바이오매스를 약 500℃ 근처의 무산소 분위기에서 급속 열분해(fast pyrolysis) 또는 고온고압 가수분해 등의 방법으로 생산한 중유와 유사한 액체연료를 말한다. 이러한 바이오원유는 원료인 바이오매스에 포함된 다량의 산소 성분으로 인하여 그 발열량이 석유 오일에 비하여 50% 정도로 낮은 단점이 있다.
이에, 바이오원유의 발열량을 향상시키기 위한 원료의 성상에 대한 연구 및 생성된 원유의 점도를 낮추기 위한 방법에 대한 연구의 필요성이 요구되고 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 측면은 개선된 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법을 제공하고자 한다. 본 명세서에 개시된 기술의 다른 측면은, 바이오원유 제조시스템에 제공되어 바이오원유를 생성하는데 사용되도록 구성된 혼합원료를 제공하고자 한다.
본 명세서에 개시된 기술의 기술적 사상에 따른 바이오원유 제조시스템이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제는 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템은, 공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된 열분해가스 생성부; 및 상기 열분해가스 생성부로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 바이오원유 생성부를 포함하고, 상기 혼합원료는 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 포함하고, 상기 바이오원유 제조시스템은, 상기 열분해가스 생성부 및 상기 바이오원유 생성부 중 적어도 어느 하나에 알코올을 공급하도록 구성되는 알코올 공급부를 더 포함한다.
상기 바이오매스는 커피 바이오매스를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱은 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 구성될 수 있다.
상기 알코올은 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
상기 열분해가스 생성부는, 상기 혼합원료를 공급하도록 구성되는 혼합원료 공급기; 상기 혼합원료를 가열하도록 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기; 및 상기 공급된 혼합원료를 상기 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 열분해가스를 생성하도록 구성된 급속 열분해 반응기를 포함할 수 있다.
상기 급속 열분해 반응기에 상기 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열기를 더 포함할 수 있다.
상기 바이오원유 생성부는, 상기 열분해가스 생성부의 상기 급속 열분해 반응기로부터 생성된 열분해가스를 전달받아 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 응축기를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 바이오원유 제조방법은, 공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된 열분해가스 생성단계; 및 상기 열분해가스 생성단계로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 바이오원유 생성단계를 포함하고, 상기 혼합원료는 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 포함하고, 상기 바이오원유 제조방법은, 상기 열분해가스 생성단계 및 상기 바이오원유 생성단계 중 적어도 어느 하나의 단계에 알코올을 공급하는 알코올 공급단계를 더 포함한다.
상기 바이오매스는 커피 바이오매스를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱은 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 제공될 수 있다.
상기 알코올은 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물로서 제공될 수 있다.
상기 열분해가스 생성단계는, 상기 혼합원료를 공급하는 혼합원료 공급단계; 상기 혼합원료를 가열하도록 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급단계; 및 상기 공급된 혼합원료를 상기 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 열분해가스를 생성하는 급속 열분해 반응단계를 포함할 수 있다.
상기 열분해가스 생성단계는, 상기 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열단계를 더 포함할 수 있다.
상기 바이오원유 생성단계는, 상기 열분해가스 생성단계의 상기 급속 열분해 반응단계로부터 생성된 열분해가스를 전달받아 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 응축단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 혼합원료는, 바이오원유 제조시스템에 제공되어 바이오원유를 생성하는데 사용되는 혼합원료로서, 커피 바이오매스, 및 플라스틱을 포함하여 이루어지고, 상기 플라스틱은 폴리스티렌을 포함한다.
상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법에 의하면, 바이오원유의 발열량을 향상시킬 수 있으며, 점도가 개선되는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 바이오원유가 시간에 따라 점도가 증가하는 노화현상을 억제할 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 명세서에 개시된 기술의 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템 및 이를 이용한 바이오원유 제조방법이 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조방법의 플로우챠트를 나타낸다.
도 3은 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조방법에 있어서 커피 바이오매스에 에탄올 첨가비율에 대한 점도 비교를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조방법에 있어서 커피 바이오매스에 메탄올 첨가비율에 대한 점도 비교를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결(접속, 접촉, 결합)”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 다양한 실시예에서 사용된 "제 1", "제 2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 기술의 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 실시예에 의한 바이오원유 제조시스템은 급속 열분해 기술을 이용하여 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료로부터 바이오원유를 제조하는 시스템이다.
혼합원료
본 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템 및 제조방법에 적용되는 바이오매스는 목질계, 초본계, 수행식물, 유기성 슬러지, 가축분뇨, 및 음식폐기물 등을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 커피 바이오매스를 사용할 수 있다.
본 실시예에 있어서의 플라스틱은 폴리프로필렌(Poly Propylene), 폴리에틸렌(Poly Ethylene), 폴리스티렌(Poly Styrene), ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene) 및 이들의 공중합체를 포함할 수 있고, 상기 플라스틱 중 적어도 2 종 이상을 포함하는 혼합 플라스틱일 수 있으며, 바람직하게는 폴리스티렌 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합 플라스틱을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 구성되는 혼합 원료를 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템에 제공되어 바이오원유를 생성하는데 사용되도록 구성된 혼합원료는, 상기 혼합원료가 제공되는 상기 바이오원유 제조시스템이 열분해가스 생성단계 및 바이오원유 생성단계를 거치도록 구성되며, 상기 열분해가스 생성단계 및 상기 바이오원유 생성단계 중 적어도 어느 하나의 단계에 알코올을 공급하는 알코올 공급단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바이오원유 제조시스템
도 1은 바이오원유 제조시스템의 일 실시예를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템은, 크게 열분해가스 생성부와 바이오원유 생성부로 구성된다.
열분해가스 생성부는 공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된다.
열분해가스 생성부는, 앞서 설명한 혼합원료를 반응기로 공급하도록 구성되는 혼합원료 공급기(120)와, 혼합원료를 가열하도록 구성된 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기(130), 및 공급된 혼합원료를 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 가스를 생성하도록 구성된 급속 열분해 반응기(110)으로 구성된다.
그리고, 급속 열분해 반응기(110)에는 공급된 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 추가로 제공하는 가열기(140)가 구성될 수 있다.
도 1을 참조하여 구체적으로 살펴보면, 바이오매스 및 플라스틱 혼합원료 공급기(120)는 급속 열분해 반응기(110)의 가열경사부(115)에 바이오매스 및 플라스틱로 구성된 혼합원료를 공급하는 장치이다. 바이오매스 공급기(120)는 급속 열분해 반응기(110)의 상부 일측에 형성된 제 1 입구에 구비될 수 있다.
바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료 공급기(120)의 상부에는 이러한 혼합원료를 투입하는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료 투입부가 형성될 수 있고, 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료 공급기의 하부에는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료를 급속 열분해 반응기(110)의 내부에 선택적으로 배출하는 바이오매스 및 플라스틱 혼합원료 배출부가 형성될 수 있다. 혼합원료 배출부는 급속 열분해 반응기(110)의 제 1 입구와 연통되게 연결될 수 있다. 또한, 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료 배출부는 이러한 혼합원료의 배출 여부 및 배출량을 조절 가능하도록 구성될 수 있다.
유동사 공급기(130)는 급속 열분해 반응기(110)의 가열경사부(115)에 고온의 유동사를 공급하는 장치이다. 유동사 공급기(130)는 급속 열분해 반응기(110)의 상부 타측에 형성된 제 2 입구에 구비될 수 있다. 여기서, 고온의 유동사는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료와 섞여 혼합원료의 급속 열분해 과정을 촉진시키는 열전달 매체이다. 유동사는 급속 열분해 과정시 용융되지 않는 작은 입자의 물질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 유동사로는 모래 또는 금속구(steel ball) 등이 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는 유동사의 일 예로써 모래가 사용되는 것으로 설명한다.
유동사 공급기(130)의 상부에는 유동사를 투입하는 유동사 투입부가 형성될 수 있고, 유동사 공급기(130)의 하부에는 유동사를 급속 열분해 반응기의 내부에 선택적으로 배출하는 유동사 배출부가 형성될 수 있다. 유동사 배출부는 급속 열분해 반응기의 제 2 입구와 연통되게 연결될 수 있다. 또한, 유동사 배출부는 유동사의 배출 여부 및 배출량을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
급속 열분해 반응기(110)는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료의 급속 열분해 반응이 이루어져 바이오원유 생성을 위한 열분해 가스를 생성하는 장치이다. 급속 열분해 반응기(110)는 급속 열분해시 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료와 유동사를 통과시키기 위하여 내부가 중공되게 형성될 수 있다. 이와 같은 급속 열분해 반응기(110)는 원형, 타원형, 또는 다각형 중 적어도 어느 한 형상의 단면으로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 급속 열분해 반응기(110)가 사각형의 단면 형상으로 형성된 것으로 설명한다.
급속 열분해 반응기(110)는 4개의 측면부 중 적어도 어느 한 측면부에 가열경사부(115)가 구비될 수 있다. 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료와 유동사는 가열경사부(115)의 표면을 따라 급속 열분해 반응기(110)의 상부에서 하부로 슬라이딩 이동될 수 있다. 이하, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 급속 열분해 반응기(110)가 상하 방향으로 비스듬하게 배치되고, 급속 열분해 반응기(110)의 측면부들 중 상대적으로 하측에 배치된 측면부가 가열경사부(115)를 형성하는 것으로 설명한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이러한 가열경사부(115)는 급속 열분해 반응기의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 형성될 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 급속 열분해 반응기(110)의 상부에는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료와 유동사가 유입되는 제 1 입구와 제 2 입구가 형성될 수 있으며, 알코올이 분사되는 알코올 공급기(160)가 형성될 수 있다. 알코올 공급기(160)는 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료와 유동사가 급속 열분해 반응기(110)의 내부에 유입되면 알코올을 분사하여 공급된 혼합원료에 알코올을 혼합시킬 수 있다.
가열기(140)는 급속 열분해 반응기(110)에 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 장치이다. 가열기(140)는 급속 열분해 반응기(110)의 가열경사부(115)를 가열하도록 가열경사부(115)의 하부에 구비될 수 있다. 따라서, 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료는 가열경사부(115)를 통해 전달되는 가열기(140)의 열 및 고온의 유동사로부터 전달되는 열에 의해 급속 열분해될 수 있다.
가열기(140)는 열원을 직접 구비할 수도 있지만, 외부 열원으로부터 필요한 열을 제공받을 수도 있다. 이하, 본 실시예에서는 가열기(140)의 열원이 가열기(140)와 함께 가열경사부(115)의 배면에 직접 장착되는 것으로 설명한다. 가열기(140)의 열원은 버너와 같은 연소 기구 또는 전기 히터 등으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 가열기(140)는 가열경사부(115)의 배면에 부착되는 전기가열판 일 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 가열기(140)의 열원이 연소 기구 또는 전기 가열 수단을 구비하는 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 가열기(140)는 외부의 연소로에서 발생된 열풍을 가열경사부(115)에 제공하는 구조로 형성될 수도 있다.
이러한 열분해가스 생성부의 급속 열분해 반응기(110)로부터 생성된 열분해가스는 바이오원유 생성부로 전달된다. 바이오원유 생성부는 응축기(150)를 포함하고, 응축기(150)는 열분해가스 생성부의 급속 열분해 반응기(110)로부터 생성된 열분해가스를 전달받아 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된다.
도 1을 참조하면, 응축기(150)는 급속 열분해 가스를 바이오 원유로 응축시키는 장치이다. 응축기(150)의 입구부는 급속 열분해 반응기(110)에 연결될 수 있으며, 알코올이 분사되는 알코올 공급기(160)가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 단수개의 응축기가 구비된 것으로 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니며 바이오원유 제조시스템의 설계 조건 및 상황에 따라 복수개가 다단으로 구비될 수도 있다.
이러한 응축기(150)에 구비된 알코올 공급기(160)는 급속 열분해 반응기(110)에서 발생되는 급속 열분해 가스가 응축기(150)에 전달되면 알코올을 분사하여 급속 열분해 가스에 알코올을 혼합시킬 수 있다. 응축기(150)는 급속 열분해 가스 또는 급속 열분해 가스 및 알코올의 혼합물을 응축시켜 바이오원유를 생성시킨다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 알코올이 혼합된 바이오원유는 순환펌프(170)에 의해 순환될 수 있으며, 이에 따라 응축기(150) 내에 계속적으로 알코올이 공급될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 일 실시예에 따른 바이오원유 제조시스템은, 알코올을 분사하여 공급할 수 있도록 알코올 공급기(160)를 포함하는 것을 특징들 중 하나로 한다. 알코올 공급기(160)는 알코올을 급속 열분해 반응기(110) 또는 응축기(150) 중 적어도 하나에 공급하도록 상기 급속 열분해 반응기의 내부 또는 상기 응축기의 내부 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 따라서, 급속 열분해 반응기(110)의 내부에 공급된 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료에 알코올이 분사될 수 있고, 또는 급속 열분해 반응 후 응축기(150)로 전달된 급속 열분해 가스에 알코올이 분사될 수 있도록 하여, 왁스 생성으로 인한 점도를 개선할 수 있다.
본 실시예에 따른 알코올은 탄소수 1 내지 5의 선형 또는 분지형 알코올을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다.
바이오원유 제조방법
일 실시예에 따른 바이오원유 제조방법이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.
일 실시예에 따른 바이오원유 제조방법은, 크게, 공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된 열분해가스 생성단계와, 열분해가스 생성단계로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 바이오원유 생성단계로 구성된다. 특히, 열분해가스 생성단계 및 바이오원유 생성단계 중 적어도 어느 하나의 단계에 알코올을 분사하도록 구성되는 알코올 공급단계가 포함되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 열분해가스 생성단계는, 바이오매스 및 플라스틱을 혼합하여 혼합원료를 제조하는 단계(S01), 혼합원료를 공급하도록 구성되는 혼합원료 공급단계(S02)와, 혼합원료를 가열하도록 구성된 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급단계(S03), 공급된 혼합원료를 상기 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 가스를 생성하도록 구성된 급속 열분해 반응단계(S04) 및 생성된 열분해 가스의 배출단계(S05)로 구성된다.
혼합원료를 제조하는 단계(S01)에 있어서, 혼합원료는 커피 바이오매스 및 플라스틱의 혼합물을 적어도 포함하여 제공되고, 플라스틱은 폴리스티렌 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합물로서 제공되며, 상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 제조된다.
혼합원료 공급단계(S02)는, 혼합원료를 바이오매스 및 플라스틱의 혼합원료 공급기를 통하여 급속 열분해 반응기의 내부로 공급하는 것이다.
유동사 공급단계(S03)는, 유동사를 유동사 공급기를 통하여 급속 열분해 반응기의 내부로 공급한다.
급속 열분해 반응단계(S04)를 통하여, 공급된 혼합원료와 고온의 유동사가 서로 접촉되어 급속 열분해 반응기 내부에서 급속 열분해가 수행되고 그 결과 열분해 가스가 생성된다. 한편, 급속 열분해 반응단계(S04)에 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열단계가 더 포함될 수 있다.
급속 열분해 단계에서 발생한 급속 열분해 가스를 가스 배출구를 통해 반응기의 외부로 배출시키는 단계(S05)를 거친 후, 이러한 급속 열분해 가스는 응축기로 전달되어, 바이오원유로 액화되는 응축 단계(S06)를 거치게 된다.
특히, 열분해가스 생성단계 중 급속 열분해 단계 또는 응축 단계는, 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물을 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
바이오원유의 점도 비교
[실시예 1]
1. 공급원료의 준비
㈜스타벅스 코리아에서 수득한 커피찌꺼기는 50~60 % 의 수분을 포함하고 있어, 회전열풍식 건조기를 이용하여 수분이 10 % 이하가 되도록 건조하였다. 커피찌꺼기는 분말 상태로 수거되므로 별도의 분쇄 과정은 필요하지 않다. 폴리에틸렌과 폴리프로필렌은 필름 형태로 제공되어 크기 5 mm 이하가 되도록 분쇄하였다. 폴리스티렌은 밀도가 매우 낮은 폴리스티렌 폼의 형태로 제공되므로, 시료투입을 용이하게 하기 위하여 잉고트 형태로 열처리하여 밀도를 높이고 이를 분쇄하여 입자크기 5 mm 이하가 되도록 전처리하였다. 전처리된 커피찌꺼기, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 각각 60:25:15 % 비율로 혼합하였다.
2. 급속 열분해 공정
반응은 바이오원유 제조시스템에서의 급속 열분해 반응기에서 이루어졌다. 열분해 반응온도는 550℃이며, 혼합시료를 시간당 20kg로 투입하여 1시간 동안 급속 열분해하였다.
급속 열분해 가스가 바이오원유 제조시스템에서의 응축기로 전달되면 응축 가능한 성분을 응축시켜 바이오원유를 생성하였다.
[실시예 2]
커피찌꺼기, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 각각 60:30:10 % 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 3]
커피찌꺼기, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 각각 60:35:5 % 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[실시예 4]
커피찌꺼기 및 폴리스티렌을 각각 60:40 % 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 1]
커피찌꺼기, 폴리스티렌 및 폴리에틸렌을 각각 60:20:20 % 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
[비교예 2]
폴리스티렌을 포함하지 않고 커피찌꺼기 및 폴리프로필렌을 각각 60:40 % 비율로 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
표 1에는 실시예 1 내지 4, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 바이오원유의 점도를 82℃에서 측정한 값을 수록하였다.
공급원료 점도 (cP) @ 82℃
실시예 1 Coffee ground (60%) + PS (25%) + PE (15%) 2594
실시예 2 Coffee ground (60%) + PS (30%) + PE (10%) 15.1
실시예 3 Coffee ground (60%) + PS (35%) + PE (5%) 6.81
실시예 4 Coffee ground (60%) + PS (40%) 5.37
비교예 1 Coffee ground (60%) + PS (20%) + PE (20%) 3094
비교예 2 Coffee ground (60%) + PP (40%) 움직임 없음 (Not moving at 100℃)
표 1에서 나타난 바와 같이, 공급원료에 폴리스티렌을 전체 중량의 최소 25% 초과하여 혼합한 경우에는 그렇지 않은 경우에 비하여 현저한 점도 개선 효과를 가짐을 알 수 있으며, 특히 30% 이상의 경우 이러한 효과는 더욱 현저하게 나타난다.
바이오원유의 발열량 비교
바이오원유에 대한 발열량 측정은 봄베열량계(LECO AC-350)를 이용하여 커피찌꺼기 바이오원유 및 톱밥 바이오원유의 고위발열량을 측정하였다. 표 2에서와 같이 커피 바이오매스에 의한 바이오원유의 발열량은 7157 kcal/kg이고, 톱밥 바이오매스에 의한 바이오원유의 발열량은 4465 kcal/kg로 측정되었다. 이는 커피 바이오매스를 사용하면 목본계 기타 다른 바이오매스 대비 높은 발열량을 가질 수 있다는 것을 보여준다.
시료 발열량(kcal/kg)
커피찌꺼기 7157 kcal/kg
톱밥 4465 kcal/kg
에탄올 첨가비율에 따른 점도 비교
커피찌꺼기 바이오매스를 실시예 1과 동일한 조건으로 준비하였다. 바이오원유 제조시스템에서 급속 열분해 반응 후 바이오원유에 에탄올의 비율을 달리하여 첨가하였다. 점도는 50℃에서 점도계(Brookfield, Model DV-II+Pro)를 이용하여 측정하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 바이오원유에 에탄올을 첨가할수록 점도가 개선되는 효과가 있음을 알 수 있었다. 도 3은 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조방법에 있어서 커피 바이오매스에 에탄올 첨가비율에 대한 점도 비교를 예시적으로 나타낸 그래프이다. 첨가비율은 생성된 바이오원유 무게대비 첨가된 에탄올 무게이다. 도 3을 참고하면, 급속열분해 반응기, 응축기에 각각 에탄올을 분사하였을 경우 모두 점도가 개선됨을 알 수 있다.
메탄올 첨가비율에 따른 점도 비교
커피찌꺼기 바이오매스를 실시예 1과 동일한 조건으로 준비하였다. 바이오원유 제조시스템에서 급속 열분해 반응 후 바이오원유에 메탄올의 비율을 달리하여 첨가하였다. 점도는 50℃에서 점도계(Brookfield, Model DV-II+Pro)를 이용하여 측정하였다.
도 4에 도시된 바와 같이, 바이오원유에 메탄올을 첨가할수록 점도가 개선되는 효과가 있음을 알 수 있었다. 도 4는 본 명세서에 개시된 기술인 바이오원유 제조방법에 있어서 커피 바이오매스에 메탄올 첨가비율에 대한 점도 비교를 예시적으로 나타낸 그래프이다. 첨가비율은 생성된 바이오원유 무게대비 첨가된 메탄올 무게이다. 도 4를 참고하면, 급속열분해 반응기, 응축기에 각각 메탄올을 분사하였을 경우 모두 점도가 개선됨을 알 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (18)

  1. 바이오원유 제조시스템으로서,
    공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하도록 구성된 열분해가스 생성부; 및
    상기 열분해가스 생성부로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 바이오원유 생성부
    를 포함하고,
    상기 혼합원료는 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 포함하고,
    상기 바이오원유 제조시스템은, 상기 열분해가스 생성부 및 상기 바이오원유 생성부 중 적어도 어느 하나에 알코올을 공급하도록 구성되는 알코올 공급부를 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바이오매스는 커피 바이오매스를 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 구성되는, 바이오원유 제조시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 알코올은 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물인, 바이오원유 제조시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열분해가스 생성부는,
    상기 혼합원료를 공급하도록 구성되는 혼합원료 공급기;
    상기 혼합원료를 가열하도록 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급기; 및
    상기 공급된 혼합원료를 상기 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 열분해가스를 생성하도록 구성된 급속 열분해 반응기
    를 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열분해가스 생성부는, 상기 급속 열분해 반응기에 상기 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열기를 더 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 바이오원유 생성부는, 상기 급속 열분해 반응기로부터 생성된 열분해가스를 전달받아 응축시켜 바이오원유를 생성하도록 구성된 응축기를 포함하는, 바이오원유 제조시스템.
  9. 바이오원유 제조방법으로서,
    공급된 혼합원료로부터 급속 열분해 반응을 통해 열분해가스를 생성하는 열분해가스 생성단계; 및
    상기 열분해가스 생성단계로부터 생성된 열분해가스를 응축시켜 바이오원유를 생성하는 바이오원유 생성단계
    를 포함하고,
    상기 혼합원료는 바이오매스와 플라스틱의 혼합물을 포함하고,
    상기 바이오원유 제조방법은, 상기 열분해가스 생성단계 및 상기 바이오원유 생성단계 중 적어도 어느 하나의 단계에 알코올을 공급하는 알코올 공급단계를 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 바이오매스는 커피 바이오매스를 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리스티렌, 또는 폴리스티렌과 폴리에틸렌의 혼합물을 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 제공되는, 바이오원유 제조방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 알코올은 메탄올 또는 에탄올 또는 이들의 혼합물인, 바이오원유 제조방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    상기 열분해가스 생성단계는,
    상기 혼합원료를 공급하는 혼합원료 공급단계;
    상기 혼합원료를 가열하도록 고온의 유동사를 공급하는 유동사 공급단계; 및
    상기 공급된 혼합원료를 상기 공급된 고온의 유동사에 의하여 열분해하여 열분해가스를 생성하는 급속 열분해 반응단계
    를 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열분해가스 생성단계는, 상기 급속 열분해 반응단계에 상기 혼합원료의 급속 열분해에 필요한 열을 제공하는 가열단계를 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 바이오원유 생성단계는, 상기 급속 열분해 반응단계로부터 생성된 열분해가스를 전달받아 응축시켜 바이오원유를 생성하는 응축단계를 포함하는, 바이오원유 제조방법.
  17. 바이오원유 제조시스템에 제공되어 바이오원유를 생성하는데 사용되는 혼합원료로서,
    커피 바이오매스, 및 플라스틱을 포함하여 이루어지고,
    상기 플라스틱은 폴리스티렌을 포함하는, 혼합원료.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 폴리스티렌은 상기 혼합원료의 총 중량을 기준으로 25%를 초과하는 중량%로 구성되는, 혼합원료.
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