KR101798332B1 - System and method for producing biochar and dealing with thermal decomposition gases - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a system and a method for producing biochar and treating thermal decomposition gases. The system for producing biochar and treating thermal decomposition gases according to the present invention comprises a boiler and a thermal decomposition reactor receiving biomass therein and generating biochar through a thermal decomposition reaction. An exhaust gas of the boiler is supplied to the thermal decomposition reactor so a thermal decomposition reaction occurs using the exhaust gas as a heat source. The thermal decomposition gas generated from a process of generating biochar is supplied into the boiler and combusted.

Description

바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템 및 처리 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING BIOCHAR AND DEALING WITH THERMAL DECOMPOSITION GASES}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a biochemical production process and a pyrolysis gas processing system,

본 발명은 바이오촤(biochar) 생산 및 열분해 가스 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오매스(biomass)를 열분해하여 바이오촤를 생성하고 열분해 반응으로 바이오촤를 생성하는 과정에서 발생하는 열분해 가스를 처리하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템 및 처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a biochar production process and a pyrolytic gas treatment system and a treatment method thereof, and more particularly, to a biochar production process and a pyrolytic gas treatment system which are used in a process of pyrolyzing a biomass to produce a bio- A pyrolysis gas treatment system, and a treatment method.

화석연료는 환경 오염을 유발시키며 매장량에도 한계가 있다. 따라서, 각 국에서는 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 개발에 많은 노력을 기울이고 있으며, 각국마다 에너지 수입의존도를 최대한 감소시킬 수 있는 장기적인 에너지원 수급정책의 수립과 근본적인 청정 대체에너지를 개발 중에 있다.Fossil fuels cause environmental pollution and have limited reserves. Therefore, each country is making efforts to develop new and renewable energy that can replace fossil fuels. In each country, long-term energy supply and demand policy that can reduce dependence on energy import is established and fundamental clean alternative energy is developed have.

바이오매스는 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 우려를 해소할 수 있는 대체에너지 중 하나이다. 바이오매스란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의하여 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기체이다. 따라서, 바이오매스 자원은 곡물 등의 전분질계 자원과 임목 및 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원, 사탕수수, 사탕무우와 같은 당질계의 자원 및 음식폐기물 등의 유기성 폐기물 등을 포함하는 포괄적인 의미를 갖는다.Biomass is one of the alternative energies that can alleviate fossil fuel depletion and environmental pollution concerns. Biomass is a biological organism that includes plants and cells that are produced by photosynthesis of plants and microorganisms that receive solar energy, and animals that live on them. Therefore, biomass resources include starchy resources such as grains, cellulosic resources including timber and agricultural products such as rice straw and rice husks, sugar-based resources such as sugarcane, sugar beet, and organic wastes such as food wastes Has a comprehensive meaning.

이러한 바이오매스의 저속 열분해 과정에서 생성되는 탄소 위주의 다공성 고체인 바이오촤는 수질 개선용 흡착제로 1차 이용이 가능하며, 영양성분과 미네랄을 흡착하여 포화된 바이오촤는 토질 개선용 비료로서 작물생산량의 증대와 합성 비료 사용의 저감에 이용된다. 또한, 이런 바이오촤는 질량기준으로 85% 이상의 탄소로 구성되어 안정된 물질로서, 산화 없이 토양 내 장기간 존재하여 온실가스를 반영구적으로 격리함으로써 온실가스 제거효과를 확보할 수도 있다.Bio-인, a carbon-based porous solid generated during the low-speed thermal decomposition process of biomass, can be used first as an adsorbent for water quality improvement. As a fertilizer for soil improvement, saturated biomass by adsorbing nutrients and minerals, And to reduce the use of synthetic fertilizers. In addition, such bio-fuels are stable substances composed of at least 85% of carbon on a mass basis and can exist for a long time in the soil without oxidation, so that the greenhouse gas can be semi-permanently isolated by securing the effect of removing greenhouse gases.

이와 같이, 바이오촤는 화석연료를 대체하는 에너지원인 동시에 수질 및 토양질의 개선기능, 온실가스의 반영구 고정/제거기능을 동시에 수행할 수 있다.As such, bio-fuels can simultaneously function as energy sources to replace fossil fuels, improve water quality and soil quality, and permanently fix / remove greenhouse gases.

이러한 바이오촤를 생성하기 위해서는 500℃ 내외에서의 열분해를 위한 열원이 필요하고, 또한 열분해 과정에서 바이오촤와 함께 생성되는 타르를 포함하는 열분해 가스의 응축, 분리, 저장을 통한 처리 및 비응축성 가스의 연소 등 열분해 가스의 처리를 위한 복잡한 처리 과정이 필요하여 이를 위한 별도의 처리 설비를 구축하여야 한다는 문제점이 발생하였다. 이러한 처리 설비는 독립적인 플랜트로서 설치하는 것이 어렵고 에너지 효율과 경제성도 낮다.In order to generate such biotopes, a heat source for pyrolysis at around 500 ° C. is required. In addition, the pyrolysis gas containing tar generated together with the bio-pyrolysis process is condensed, separated, stored and treated, A complicated process for the treatment of pyrolysis gas such as combustion is required and a separate treatment facility has to be constructed. These treatment plants are difficult to install as independent plants and have low energy efficiency and economical efficiency.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 화력발전소의 보일러, 지역 난방용 대형 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 대형 보일러를 이용하여 대형 보일러 내의 고온의 배가스를 바이오매스를 열분해 시키기 위한 열원으로 활용하고 열분해 과정에서 바이오촤와 함께 생성되는 가연성의 열분해 가스를 보일러 내에 공급하여 열분해 가스의 응축 및 분리 등을 위한 별도의 처리 설비 없이 재생 에너지로 활용할 수 있는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a method and apparatus for heating a high-temperature flue gas in a large boiler using a boiler of a thermal power plant, a large boiler for district heating, And the pyrolysis gas generated by the pyrolysis process in the pyrolysis process is supplied to the boiler to produce biomass that can be utilized as renewable energy without the separate treatment facilities for condensation and separation of pyrolysis gas and pyrolysis gas treatment System.

또한, 화력발전소의 보일러, 지역 난방용 대형 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 대형 보일러를 이용하여 대형 보일러 내의 고온의 배가스를 바이오매스를 열분해 시키기 위한 열원으로 활용하고 열분해 과정에서 바이오촤와 함께 생성되는 가연성의 열분해 가스를 보일러 내에 공급하여 열분해 가스의 응축 및 분리 등을 위한 별도의 처리 설비 없이 재생 에너지로 활용할 수 있는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법을 제공함에 있다Also, by using boiler of thermal power plant, large boiler for district heating, or industrial large boiler for heat production, high temperature flue gas in large boiler is utilized as heat source for pyrolysis of biomass, and flammable There is provided a method for producing biodegradable and pyrolysis gas which can be utilized as renewable energy without supplying a separate treatment facility for supplying pyrolysis gas into a boiler to condense and separate pyrolysis gas

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 보일러; 및 내부에 바이오매스를 공급받아 열분해 반응으로 바이오촤를 생성하는 열분해 반응기를 포함하고, 상기 보일러의 배가스를 상기 열분해 반응기에 공급하여 상기 배가스를 열원으로 상기 열분해 반응을 일으키고, 상기 바이오촤를 생성하는 과정에서 발생하는 열분해 가스를 상기 보일러 내부로 공급시켜 연소시키는 것을 특징으로 하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템에 의해 달성될 수가 있다. This object is achieved by a boiler according to the invention, And a pyrolysis reactor for supplying biomass to the inside of the pyrolysis reactor and generating biomass by a pyrolysis reaction, wherein the pyrolysis reactor is supplied to the pyrolysis reactor to cause the pyrolysis reaction with the flue gas as a heat source, And the pyrolysis gas generated in the process is supplied to the inside of the boiler to burn the pyrolysis gas.

여기서, 상기 배가스를 상기 바이오매스에 직접 접촉하는 열전달을 통해 열분해 반응을 일으킬 수가 있다. Here, the exhaust gas may cause a thermal decomposition reaction through heat transfer in direct contact with the biomass.

여기서, 상기 보일러 내의 서로 다른 위치와 상기 열분해 반응기를 연결하는 복수의 배가스 공급배관을 형성하고, 상기 배가스 공급배관 각각을 통해 공급되는 배가스의 온도는 서로 다를 수가 있다. Here, a plurality of exhaust gas supply pipes for connecting the pyrolysis reactors to different positions in the boiler are formed, and the temperature of the exhaust gas supplied through each of the exhaust gas supply pipes may be different from each other.

여기서, 상기 열분해 가스는 상기 보일러의 주연소 영역의 연료 및 공기 주입 포트, 화염 상부 공기 포트(over-fire air port) 또는 재순환배가스 포트 중 어느 하나를 통해 상기 보일로 내부로 공급되어 연소될 수가 있다. Here, the pyrolysis gas may be supplied into the furnace through the fuel and air inlet port, the over-fire air port, or the recirculated flue gas port of the main flue region of the boiler and burned therein .

여기서, 상기 보일러는 화력 발전소의 보일러, 지역 난방의 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 보일러 중 어느 하나일 수가 있다. Here, the boiler may be any one of a boiler of a thermal power plant, a district heating boiler, or an industrial boiler for heat production.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, (a) 바이오매스(biomass)가 공급된 열분해 반응기에 보일러의 배가스를 공급하는 단계; (b) 상기 열분해 반응기 내부에서 상기 배가스를 열원으로 열분해 반응을 일으켜 바이오촤를 생성하는 단계; 및 (c) 상기 바이오촤를 생성하는 과정에서 발생하는 가연성의 열분해 가스를 상기 보일러 내부에 공급시켜 연소시키는 단계를 포함하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법에 의해 달성될 수가 있다. According to the present invention, the above object can also be achieved by a process for producing a pyrolysis reactor, comprising the steps of: (a) supplying an exhaust gas of a boiler to a pyrolysis reactor supplied with biomass; (b) pyrolysis reaction of the exhaust gas with a heat source in the pyrolysis reactor to produce a biofilm; And (c) supplying combustible pyrolysis gas generated in the process of producing the bio-fuel into the boiler and burning the bio-pyrolysis gas.

여기서, 상기 (b) 단계에서, 상기 배가스를 상기 바이오매스에 직접 접촉하는 열전달을 통해 열분해 반응을 일으킬 수가 있다. Here, in the step (b), the exhaust gas may cause a thermal decomposition reaction through heat transfer in direct contact with the biomass.

또한, 상기 바이오촤를 생성한 이후, 상기 바이오촤를 분리시켜 냉각시키는 단계를 더 포함할 수가 있다. The method may further include separating and cooling the biofuel after the biofuel is produced.

여기서, 상기 보일러 내의 위치에 따른 배가스의 온도 차이와 공급하는 유량의 조절을 통해 상기 열분해 반응기의 운전 조건을 제어할 수가 있다. Here, the operating condition of the pyrolysis reactor can be controlled by adjusting the temperature difference of the flue gas and the supplied flow rate according to the position in the boiler.

여기서, 상기 보일러는 화력 발전소의 보일러, 지역 난방의 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 보일러 중 어느 하나일 수가 있다. Here, the boiler may be any one of a boiler of a thermal power plant, a district heating boiler, or an industrial boiler for heat production.

상기한 바와 같은 본 발명의 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템 및 처리 방법에 따르면, 대형 보일러 내부의 배가스를 바이오매스의 열분해를 위한 열원으로 활용하기 때문에 별도의 열원이 필요없이 바이오촤를 대량생산할 수 있다는 장점이 있다. According to the biomass production and pyrolysis gas treatment system and treatment method of the present invention as described above, since the exhaust gas inside the large boiler is used as a heat source for pyrolysis of biomass, it is possible to mass- .

또한, 보일러의 배가스를 활용하여 바이오매스를 열분해하여 바이오촤를 생성하는 과정에서 함께 생성되는 가연성의 열분해 가스를 보일러에 재공급하여 직접 연소시킴으로써, 열분해 가스의 냉각 및 응축을 통한 오일 생산과 비응축성 가스의 분리 등 별도의 처리 설비 없이 재생 에너지로 활용할 수 있다는 장점도 있다. In addition, by combusting combustible pyrolysis gas, which is generated in the process of pyrolyzing the biomass by using the flue gas of the boiler, the pyrolysis gas is directly supplied to the boiler and directly combusted. Thus, the oil production through the cooling and condensation of pyrolysis gas and non- It also has the advantage that it can be used as renewable energy without separate treatment facilities such as gas separation.

또한, 보일러의 배가스는 산소 농도가 낮아 바이오매스와 직접 접촉시키는 방식은 열원과 분리되어 간접 접촉하는 방식에 비해 열전달이 빠르기 때문에 열분해 반응기의 크기를 최소화할 수 있다는 장점도 있다. In addition, since the exhaust gas of the boiler has a low oxygen concentration, direct contact with the biomass is advantageous in that the size of the pyrolysis reactor can be minimized because heat transfer is faster than indirect contact with the heat source.

또한, 열분해 가스를 보일러에 공급하여 연소시킴으로써 바이오매스를 재생에너지로 활용할 수 있다는 장점도 있다. In addition, there is an advantage that biomass can be utilized as renewable energy by supplying pyrolysis gas to a boiler and burning it.

또한, 종래에 보일러에서 바이오매스를 연료와 혼합하여 직접 투입하는 방식과 달리, 열분해 가스를 혼소함으로써 연료의 성상 제한이 없는 새로운 혼소 방식으로 활용이 가능하다는 장점도 있다. Unlike the conventional method in which the biomass is mixed with the fuel and directly injected into the boiler, the pyrolysis gas is mixed with the fuel so that the fuel can be utilized as a new combustion mode without limitation in fuel properties.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 보일러 내에 위치별 배가스의 온도 분포를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법의 순서도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view showing a bio-chemical production and pyrolysis gas processing system according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a diagram showing the temperature distribution of the exhaust gas in each boiler. FIG.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of producing a biofuel and a method of treating a pyrolysis gas according to an embodiment of the present invention.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The details of the embodiments are included in the detailed description and the drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템 및 처리 방법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described with reference to the accompanying drawings which illustrate a biofuel production and pyrolysis gas treatment system and a treatment method according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 2는 보일러 내에 위치별 배가스의 온도 분포를 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법의 순서도이다. FIG. 1 is a view showing a biofuel production and pyrolysis gas processing system according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a temperature distribution of a flue gas in each boiler in a boiler, and FIG. Fig. 2 is a flow chart of a bio-fuels production and pyrolysis gas treatment method according to an example. Fig.

본 발명의 일 실시예에 따른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템은 보일러(100) 및 열분해 반응기(200)를 포함할 수가 있다. The biofuel production and pyrolysis gas treatment system according to an embodiment of the present invention may include a boiler 100 and a pyrolysis reactor 200.

본 발명에서 보일러(100)는 화력 발전소 또는 지역 난방에 사용되는 대형의 보일러(100)일 수가 있는데, 도 1은 화력 발전기용 중유 보일러(100)를 도시하고 있다. 연료 및 공기 주입 포트(122)를 통해 연료인 중유와 공기가 공급 및 연소되어 발생하는 주 연소 영역의 배가스는 1300℃ 이상의 온도를 나타내지만, 보일러(100) 벽면 및 과열기(S/H), 재열기(R/H), 절탄기(ECO) 등의 관군부를 거쳐 이동하면서 200℃ 내외의 온도로 순차적으로 냉각된다. 이러한, 보일러(100) 내부의 위치에 따른 배가스의 온도 분포는 도 2에 도시되어 있다. In the present invention, the boiler 100 may be a large-sized boiler 100 used for a thermal power plant or district heating. FIG. 1 shows a heavy oil boiler 100 for a thermal power plant. The flue gas in the main combustion region generated by supplying and burning heavy oil and air as fuel through the fuel and air inlet port 122 shows a temperature of 1300 ° C or higher but the flue gas of the boiler 100 wall surface and the superheater S / (R / H), and a separator (ECO), and is sequentially cooled to a temperature of about 200 캜. Such a temperature distribution of the exhaust gas according to the position inside the boiler 100 is shown in Fig.

본 발명에서는 보일러(100) 내 소정의 위치에 특정 온도의 배가스를 추출하여 열분해 반응기(200)로 공급함으로써, 배가스를 열분해 반응기(200) 내의 바이오매스를 열분해하기 위한 열원으로 활용하도록 한다. In the present invention, the flue gas having a specific temperature is extracted at a predetermined position in the boiler 100 and supplied to the pyrolysis reactor 200, so that the flue gas is utilized as a heat source for pyrolyzing the biomass in the pyrolysis reactor 200.

도 2에 도시되어 있는 것과 같이 보일러(100) 내 위치에 따라서 배가스의 온도는 다를 수가 있는데, 소정의 온도 분포를 갖는 보일러(100)의 임의의 위치와 열분해 반응기(200)를 연결하는 공급배관을 형성하고, 상기 공급배관을 통해 보일러(100) 내 소정 온도의 배가스를 열분해 반응기(200)로 공급할 수가 있다. 2, the temperature of the exhaust gas may vary according to the position in the boiler 100, and a supply pipe connecting the pyrolysis reactor 200 to an arbitrary position of the boiler 100 having a predetermined temperature distribution And the exhaust gas at a predetermined temperature in the boiler 100 can be supplied to the pyrolysis reactor 200 through the supply pipe.

이때, 도시되어 있지 않지만, 보일러(100) 내에 배가스의 온도 분포가 서로 다른 복수의 위치와 열분해 반응기(200)를 연결하는 복수의 배가스 공급배관을 형성하도록 하여, 보일러(100)를 통해 공급되는 배가스의 온도를 다르게 제어할 수도 있다. 즉, 복수의 배가스 공급배관 각각을 통해 공급되는 배가스의 온도가 서로 다르므로, 복수의 배가스 공급배관 중 어느 하나의 배가스 공급배관을 통해 보일러(100) 내 특정 위치의 배가스를 열분해 반응기(200)로 공급하도록 함으로써, 특정 온도의 배가스를 공급할 수가 있다. 따라서, 바이오매스의 열분해 반응을 위한 최적의 온도 제어를 수행할 수가 있다. At this time, although not shown, a plurality of exhaust gas supply pipes connecting the pyrolysis reactor 200 and a plurality of positions having different temperature distribution of the exhaust gas are formed in the boiler 100, and the exhaust gas supplied through the boiler 100 May be controlled differently. That is, since the temperatures of the exhaust gases supplied through the plurality of exhaust gas supply pipes are different from each other, the exhaust gas at a specific position in the boiler 100 is supplied to the pyrolysis reactor 200 through one of the plurality of exhaust gas supply pipes The exhaust gas of a specific temperature can be supplied. Therefore, optimal temperature control for the pyrolysis reaction of the biomass can be performed.

도 1에서는 배가스의 온도가 700~800℃의 분포를 가지는 재열기와 과열기 사이의 위치에 단일의 배가스 공급배관을 형성하여 상기 온도의 배가스를 추출하여 열분해 반응기(200)로 공급하도록 하는 것을 도시하고 있다. In FIG. 1, a single exhaust gas supply pipe is formed at a position between the reheater and the superheater having the temperature of the exhaust gas of 700 to 800 ° C, and the exhaust gas at the above temperature is extracted and supplied to the pyrolysis reactor 200 have.

이때, 보일러(100)에서 추출되어 공급되는 배가스는 바이오매스 입자들과 직접 접촉하도록 하여 바이오매스를 400℃~500℃ 내외로 승온시켜 건조 및 열분해가 일어나도록 할 수가 있다. 본 발명에서 보일러 내 배가스의 산소 농도는 약 1-3%로 매우 낮기 때문에 바이오매스가 착화되지 않으므로, 열전달 효율이 높은 직접 접촉 방식으로 열분해 반응이 일어나도록 할 수가 있다. 따라서, 배가스를 열분해 반응기(200) 내부의 바이오매스를 향하여 공급하기만 하면 되므로, 다른 부수적인 장치가 필요가 없어서 열분해 반응기(200)의 크기를 최소화하여 제작할 수가 있다. 또한, 직접 접촉 방식에 의해 열분해 반응이 수행되므로 열전달 효율이 높아서, 바이오촤를 대량생산할 수가 있다.At this time, the exhaust gas extracted from the boiler 100 is brought into direct contact with the biomass particles, and the biomass can be heated to about 400 ° C to 500 ° C to dry and pyrolyze. In the present invention, since the oxygen concentration of the flue gas in the boiler is as low as about 1-3%, the biomass is not ignited, so that the pyrolysis reaction can be performed in a direct contact manner with high heat transfer efficiency. Therefore, since only the exhaust gas is supplied toward the biomass in the pyrolysis reactor 200, it is possible to manufacture the pyrolysis reactor 200 by minimizing the size of the pyrolysis reactor 200. In addition, since the thermal decomposition reaction is carried out by the direct contact method, the heat transfer efficiency is high, so that the biofuel can be mass-produced.

전술한 바와 같이 배가스를 바이오매스에 직접 접촉시켜 소정의 온도로 열분해 반응을 일으키면 바이오촤가 생성되며, 바이오촤의 생성과 함께 응축성 고분자화합물류(타르) 및 H2O, CO, H2, CO2, CH4 등과 같은 가연성/비가연성 가스를 포함하는 열분해 가스가 발생하게 된다. As described above, when the exhaust gas is directly brought into contact with the biomass to cause a pyrolysis reaction at a predetermined temperature, biooxidation is generated. In addition, biodegradation of the condensable polymer compound (tar) and H 2 O, CO, H 2 , A pyrolysis gas containing flammable / nonflammable gas such as CO 2 , CH 4 and the like is generated.

열분해 반응기(200)에서 생성되는 바이오촤는 열분해 반응기(200)의 후단에서 별도의 분리 및 냉각 장치(미도시)를 구비하여 분리하여 냉각시키도록 하고, 본 발명에서는 열분해 반응기(200)에서 생성되는 열분해 가스를 보일러(100) 내부로 공급하여 가연성분이 연소되도록 한다. The bio-vats produced in the pyrolysis reactor 200 are separated and cooled separately by having a separate separation and cooling unit (not shown) at the rear end of the pyrolysis reactor 200. In the present invention, The pyrolysis gas is supplied into the boiler 100 so that the combustible component is burned.

이때, 열분해 가스는 보일러(100)의 주연소 영역의 연료 및 공기 주입 포트(122), 화염 상부 공기 포트(over-fire air port)(124), 또는 재순환배가스 포트(126) 중 어느 하나를 통해 보일러(100) 내부로 공급시켜 연소시킬 수가 있다. 바이오매스의 열분해 가스는 고체 상태의 바이오매스와는 달리 연소 속도가 빠르기 때문에 화염 상부 공기 포트(124)를 통해 공급하여도 완전 연소가 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 보일러(100) 내에서 열분해 가스를 혼소함으로써, 열분해 가스의 처리를 위한 별도의 처리 설비를 구비할 필요가 없다. At this time the pyrolysis gas flows through either the fuel and air inlet port 122, the over-fire air port 124, or the recirculation flue gas port 126 of the main combustion region of the boiler 100 So that it can be supplied into the boiler 100 and burned. Unlike the solid state biomass, the pyrolysis gas of the biomass has a high burning rate, so that it can be completely burned even if it is supplied through the flame upper air port 124. Therefore, in the present invention, it is not necessary to dispose the pyrolysis gas in the boiler 100, thereby providing a separate treatment facility for treating the pyrolysis gas.

수분 20%의 목질계 바이오매스를 예를 들어 설명을 하면, 500℃ 까지 승온시키기 위해서는 바이오매스 1kg 당 약 1.5MJ의 열량이 필요하며, 이를 위한 800℃ 배가스의 무게는 최대 4kg이다. 이를 통해 대략 0.25kg의 바이오촤와 0.75kg의 열분해 가스가 생성되는데, 이때 열분해 가스의 예상 열량은 대략 7.2MJ이다. For example, when a woody biomass with a moisture content of 20% is taken into consideration, a heating rate of about 1.5MJ per kilogram of biomass is required to raise the temperature to 500 ° C. This yields approximately 0.25 kg of biodegradable and 0.75 kg of pyrolysis gas, with an estimated calorific value of 7.2 MJ pyrolysis gas.

따라서, 상용 규모인 1kg/s(또는 3.6ton/h)의 바이오매스를 처리하기 위해서는 4kg/s의 배가스가 필요하며, 이때 바이오촤 0.25kg/s(0.9ton/h)와 열분해 가스 0.8kg/s(2.7ton/h 및 열량 7.2 MWth)가 생성된다. Therefore, in order to treat a commercially available biomass of 1 kg / s (or 3.6 ton / h), 4 kg / s of flue gas is required. At this time, the biodegradation rate of 0.25 kg / s (0.9 ton / s (2.7 ton / h and 7.2 MWth calorie) is generated.

도 1에 도시된 100 MWe급 중유 보일러(100)의 경우 배가스의 유량은 110kg/s(조성: CO2 13%, H2O 13%, O2 1%, N2 73%)이므로, 따라서 재열기 후단에서 4kg/s의 배가스를 추출하여도 추출된 배가스는 총 유량의 3.6%로서 비중이 크지 않고, 또한 열분해 반응기(200) 내에서 생성되는 열분해 가스와 추출된 배가스와 함께 보일러(100)에 공급되어 연소되기 때문에 열분해 가스의 연소에 의한 배가스의 유량이 증가하게 되므로, 보일러(100)의 운전과 관련하여 나타나는 문제는 발생하지 않는다. The flow rate of the exhaust gas for a 100 MWe-class heavy oil boiler 100 shown in Figure 1 is 110kg / s (composition: CO 2 13%, H 2 O 13%, O 2 1% and N 2 73%). Therefore, even if 4 kg / s of exhaust gas is extracted from the reheating end, the extracted exhaust gas has a specific gravity of 3.6% of the total flow amount and is not thermally decomposed in the pyrolysis reactor 200 Since the gas and the extracted flue gas are supplied to the boiler 100 and are burnt, the flow rate of the flue gas due to the combustion of the pyrolysis gas is increased, so that the problem related to the operation of the boiler 100 does not occur.

이하, 도 3을 참조로 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법에 관하여 설명하기로 한다. Hereinafter, a method for producing biochemical and treating a pyrolysis gas will be described with reference to FIG.

화학 발전소 또는 지역 난방의 보일러(100)와 같은 대형 보일러(100)의 연소에 의해 발생하는 배가스를 추출하여 열분해 반응기(200)에 공급한다(S310). 이때, 보일러(100) 내에서 위치에 따라 배가스의 온도가 다르므로, 보일러(100) 내에서 배가스를 추출하는 위치에 따라서 공급되는 배가스의 온도가 다르게 제어할 수가 있다. The exhaust gas generated by the combustion of the large boiler 100 such as the chemical power plant or the boiler 100 of the district heating is extracted and supplied to the pyrolysis reactor 200 at step S310. At this time, since the temperature of the exhaust gas differs depending on the position in the boiler 100, the temperature of the exhaust gas supplied may be differently controlled according to the position where the exhaust gas is extracted in the boiler 100.

다음, 열분해 반응기(200)로 공급되는 보일러(100)의 배가스를 바이오매스를 열분해하는 열분해 반응의 열원으로 활용하여, 열분해 반응기(200) 내부를 적정 온도로 승온시켜 바이오촤를 생성할 수가 있다(S320). 이때, 보일러(100)의 배가스에는 산소 농도가 낮기 때문에 배가스를 바이오매스에 직접 접촉시켜 빠른 열교환으로 열분해 반응을 일으킬 수가 있다. 따라서, 열분해 반응기(200)의 크기를 최소화하면서 바이오촤를 대량 생산할 수가 있다. Next, the flue gas of the boiler 100 supplied to the pyrolysis reactor 200 can be used as a heat source for pyrolysis reaction for pyrolyzing the biomass, and the inside of the pyrolysis reactor 200 can be heated to an appropriate temperature to generate bio-pyrolysis S320). At this time, since the oxygen concentration of the exhaust gas of the boiler 100 is low, the exhaust gas may directly contact the biomass to cause a thermal decomposition reaction due to rapid heat exchange. Therefore, it is possible to mass-produce the biofilm while minimizing the size of the pyrolysis reactor 200.

다음, 열분해 반응에 의해 바이오촤의 생성과 동시에 성성되는 열분해 가스를 보일러(100) 내부에 공급하여 혼소함으로써, 열분해 가스를 재생 에너지로 활용할 수가 있다(S330). 따라서, 본 발명에서는 열분해 가스를 처리하기 위한 별도의 시설 설비를 구비할 필요가 없다. 이때, 열분해 가스는 보일러(100)의 주연소 영역의 연료 및 공기 주입 포트(122), 화염 상부 공기 포트(124), 또는 재순환배가스 포트(126) 중 어느 하나를 통해 보일로 내부로 공급되어 보일러(100)의 연료와 혼소될 수가 있다. Next, the pyrolysis gas, which is formed at the same time as the biodegradation, is supplied into the boiler 100 by the pyrolysis reaction, and the pyrolysis gas is used as regenerated energy (S330). Therefore, in the present invention, it is not necessary to provide separate facilities for treating the pyrolysis gas. At this time, the pyrolysis gas is supplied into the furnace through the fuel and air inlet port 122, the flame upper air port 124, or the recycle flue gas port 126 in the main combustion region of the boiler 100, And can be mixed with the fuel of the engine 100.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

100: 보일러 122: 연료 및 공기 주입 포트
124: 화염 상부 공기 포트 126: 재순환배가스 포트
200: 열분해 반응기100: boiler 122: fuel and air injection port
124: flame top air port 126: recirculated flue gas port
200: Pyrolysis reactor

Claims (10)

화력 발전소의 보일러, 지역 난방의 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 보일러 중 어느 하나인 보일러; 및
내부에 바이오매스(biomass)를 공급받아 열분해 반응으로 바이오촤를 생성하는 열분해 반응기를 포함하고,
상기 열분해 반응기는 상기 보일러의 배가스를 공급받아 상기 배가스를 열원으로 상기 바이오매스에 직접 접촉시켜 상기 열분해 반응을 일으키고,
상기 보일러는 상기 배가스에 의한 직접 접촉으로 상기 바이오촤를 생성하는 과정에서 발생하는 열분해 가스를 포함하는 가스를 상기 열분해 반응기로부터 공급받아 초고온의 상기 보일러 내에서 연소시키는 것을 특징으로 하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템.A boiler that is either a boiler of a thermal power plant, a boiler of a district heating, or an industrial boiler for heat production; And
And a pyrolysis reactor for supplying a biomass into the inside of the reactor and generating a bio-reactor by a pyrolysis reaction,
The pyrolysis reactor receives the flue gas of the boiler and directly contacts the biomass with the exhaust gas as a heat source to cause the pyrolysis reaction,
Characterized in that the boiler is supplied from the pyrolysis reactor with a gas containing pyrolysis gas generated in the process of producing the bio-pyramid by direct contact with the exhaust gas, and is burned in the boiler at ultra-high temperature. Gas treatment system. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 보일러 내의 서로 다른 위치와 상기 열분해 반응기를 연결하는 복수의 배가스 공급배관을 형성하고, 상기 배가스 공급배관 각각을 통해 공급되는 배가스의 온도는 서로 다른 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템.The method according to claim 1,
And a plurality of exhaust gas supply pipes for connecting the pyrolysis reactors to different positions in the boiler are formed, and the temperature of the exhaust gas supplied through each of the exhaust gas supply pipes is different. 제 1 항에 있어서,
상기 열분해 가스는 상기 보일러의 주연소 영역의 연료 및 공기 주입 포트, 화염 상부 공기 포트(over-fire air port) 또는 재순환배가스 포트 중 어느 하나를 통해 상기 보일로 내부로 공급되어 연소되는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the pyrolysis gas is supplied to the boiler via either the fuel and air inlet port, the over-fire air port, or the recirculated flue gas port of the main combustion zone of the boiler, Pyrolysis gas treatment system. 삭제delete (a) 바이오매스(biomass)가 공급된 열분해 반응기에 보일러의 배가스를 공급하는 단계;
(b) 상기 열분해 반응기 내부에서 상기 배가스를 열원으로 상기 바이오매스에 직접 접촉시켜 열분해 반응을 일으켜 바이오촤를 생성하는 단계; 및
(c) 상기 배가스에 의한 직접 접촉으로 상기 바이오촤를 생성하는 과정에서 발생하는 열분해 가스를 포함하는 가스를 초고온의 상기 보일러 내부에 공급시켜 연소시키는 단계를 포함하고,
상기 보일러는 화력 발전소의 보일러, 지역 난방의 보일러 또는 열 생산을 위한 산업용 보일러 중 어느 하나인 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법. (a) supplying a flue gas of a boiler to a pyrolysis reactor supplied with biomass;
(b) directly contacting the biomass with the exhaust gas as a heat source in the pyrolysis reactor to cause a pyrolysis reaction to produce a biofilm; And
(c) supplying a gas containing a pyrolysis gas generated during the process of producing the bio-oven by direct contact with the flue gas into an ultra-high temperature boiler,
Wherein the boiler is any one of a boiler of a thermal power plant, a boiler of a district heating, or an industrial boiler for producing heat, and a method of treating pyrolysis gas. 삭제delete 제 6 항에 있어서,
상기 바이오촤를 생성한 이후,
상기 바이오촤를 분리시켜 냉각시키는 단계를 더 포함하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법. The method according to claim 6,
After generating the biofilm,
And separating and cooling the bio-fuel. 제 6 항에 있어서,
상기 보일러 내의 위치에 따른 배가스의 온도 차이로 상기 열분해 반응기에 공급되는 배가스의 온도를 제어하는 바이오촤 생산 및 열분해 가스 처리 방법.The method according to claim 6,
Wherein the temperature of the flue gas supplied to the pyrolysis reactor is controlled by the temperature difference of the flue gas according to the position in the boiler. 삭제delete
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