KR102552067B1 - 신형 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오매스 또는 폐산업재의 열분해 또는 가스화를 위한 신형 반응기에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면인 반응기는 피드 교반부 및 상기 피드 교반부와 이격되어 위치한 피드 처리부를 포함하여, 바이오매스 또는 폐산업재와 같은 피드에 대한 열 전달 효율, 피드 자체 또는 피드 처리 도중 발생하는 중간 산물 등의 전달 효율 및 분급 효율을 극대화하여, 피드로부터 우수한 품질의 산물을 효율적으로 생산할 수 있다.
Description
본 발명은 바이오매스 또는 폐산업재의 열분해 또는 가스화를 위한 신형 반응기에 관한 것이다.
유동층 반응기(Fluidized bed reactor)는 다양한 다중상(multiphase) 화학 반응을 수행하도록 이용될 수 있는 반응기 장치이다. 유동층 반응기에서는 유체(기체 또는 액체)가 고체 물질과 반응하게 되는데, 통상적으로 상기 고체 물질은 작은 구(sphere)의 형상을 가지는 모래와 같은 열전달 매체 또는 촉매이고, 유체는 고체 물질을 부유시키기에 충분한 속도로 유동함으로써 고체 물질이 유체와 유사하게 거동하게 된다. 유동층 반응기는 연속식으로 작업을 수행할 수 있으며, 회분식 반응기 등 다른 유형의 반응기에 비하여 반응기 내에 유입된 피드의 혼합율이 우수한 편이고 균질한 산물을 얻을 수 있다는 뚜렷한 장점이 있어, 화학공업 분야에서 폭 넓게 사용되고 있다.
그러나, 유동층 반응기의 운전에 필수적으로 사용되는 미립자 상태의 고체 물질 (유동층 베드 물질, 예컨대, 모래)이 열분해 또는 가스화의 최종 산물 (일례로 촤, 바이오 촤 또는 활성탄) 내에 혼입되는 문제가 발견되었다. 즉, 미립자가 최종 산물 내에 불순물로 혼입되어, 최종 산물의 순도와 질을 떨어뜨리는 문제가 지적되었다. 미립자가 포함된 최종 산물을 활용하기위해서는 지난한 분리 과정이 요구되는 데 현실적으로 이러한 분리 과정에 소모되는 경비로 인해 많은 열분해 또는 가스화의 최종 산물이 제대로 활용되어지지 못하고 있고 아직까지 상기의 문제를 해결 할 수 있는 열분해 또는 가스화 반응기가 개발된 바 없다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 고품질의 열분해 및 가스화 산물, 특히 고체 산물을 얻기 위한 것이다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 가동 효율을 개선한 반응기를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 측면에서 축부재(11) 및 축부재의 둘레에 형성된 날개(12)를 포함하는 피드 교반부(10); 및 상기 피드 교반부(10)로부터 이탈한 피드를 처리하는 피드 처리부(20)를 포함하며, 상기 피드 처리부는, 열전달 매체(21)를 포함하며, 상기 피드 처리부는, 상기 축부재의 길이 연장 방향과 평행하게 이격되어 위치한, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 상기 열전달 매체는, 복수의 열전달 입자를 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 축부재는 회전 운동하는 것인, 반응기를 제공한다.
반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 반응기는 피드 처리부의 하단에 위치한 기체 유입부(30)를 더 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 피드는, 바이오매스 또는 폐산업재를 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 반응기의 가동 온도는, 200~1000℃인, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 열전달 입자의 형태는, 구형(sphere type)을 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 반응기는, 피드 이송부(40) 및 생산물 배출부(50) 중 하나 이상을 더 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 피드 이송부는, 반응기 외부로부터 반응기 내부로 피드를 이송하며, 교반부의 축부재는, 상기 피드 이송부의 축부재(41)로부터 연장된 것인, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기와 같은 목적에서, 상기 피드 이송부는, 축부재(41)의 둘레에 형성된 날개(42); 및 피드의 외부 이탈을 방지하는 케이스(43)를 더 포함하는, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 날개(12)는 스크류형인, 반응기를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 목적에서, 상기 반응기는 피드의 열분해 또는 가스화를 위한 것인, 반응기를 제공한다.
본 발명의 일 측면인 반응기는 피드 교반부 및 상기 피드 교반부와 이격되어 위치한 피드 처리부를 포함하여, 바이오매스 또는 폐산업재와 같은 피드에 대한 열 전달 효율, 피드 자체 또는 피드 처리 도중 발생하는 중간 산물 등의 전달 효율 및 분급 효율을 극대화하여, 피드로부터 우수한 품질의 산물을 효율적으로 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반응기를 포함한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 반응기의 피드 이송부, 피드 교반부, 피드 처리부 및 기체 유입부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 반응기의 일 구현예를 보이는 도이다.
도 4는 본 발명의 반응기의 피드 교반부, 피드 처리부 및 기체 유입부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 반응기의 피드 이송부, 피드 교반부, 피드 처리부 및 기체 유입부의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 반응기의 일 구현예를 보이는 도이다.
도 4는 본 발명의 반응기의 피드 교반부, 피드 처리부 및 기체 유입부의 단면도이다.
이하에서, 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일 측면에서, 본 발명은 축부재(11) 및 축부재의 둘레에 형성된 날개(12)를 포함하는 피드 교반부(10); 및 상기 피드 교반부(10)로부터 이탈한 피드를 처리하는 피드 처리부(20)를 포함하며, 상기 피드 처리부는, 열전달 매체(21)를 포함하며, 상기 피드 처리부는, 상기 축부재의 길이 연장 방향과 평행하게 이격되어 위치한, 반응기이다.
일 측면에서, 상기 반응기에서는 열분해 또는 가스화가 수행될 수 있다. 상기 열분해 또는 가스화는 반응기 내부 어디에서든 발생할 수 있으며, 예컨대, 피드 교반부의 하부와 같이 반응기 내 별도 구조물이 위치하지 않는 공간에서도 발생할 수 있다. 이 경우, 피드, 피드의 열분해/가스화 중 발생하는 중간 산물, 최종 산물 또는 이들의 혼합물은 무게 또는 밀도차에 의해 분급될 수 있다. 즉, 무게 또는 밀도가 높은 물질은 반응기 내 하단에 위치하며 밀도가 낮은 물질은 상단에 위치하게 된다. 구체적으로, 교반부를 통해 교반되면서 열분해/가스화가 진행되는 중, 교반부에 일시적으로 위치한 피드 또는 중간 산물 등은 무게 또는 밀도로 인해 반응기 상부로부터 침강하여 피드 처리부에 도달하게 되며, 피드 처리부에 도달한 물질은 피드 처리부에 존재하는 열전달 매체에 의해 다시 한 번 열분해/가스화가 수행된다. 한편, 교반부에서 생성된 반응 산물(예컨대, 열분해 촤 등의 고체 생성물)은, 피드에 비하여 밀도가 낮아 시료와 비교하여 상대적으로 상부에 위치하게 되며, 오버플로우 파이프 등에 의해 별도로 분리될 수 있다.
또한, 무게 또는 밀도에 따른 분급은 교반부의 하부에서도 발생한다. 상기 교반부의 하부는, 교반부와 이격되어 위치한 피드 처리부와의 사이에 존재하는 공간을 의미한다. 열전달 매체에 존재하는 열에 의해 열분해/가스화된 산물(예컨대, 가스) 또는 반응 진행 중인 열분해/가스화 중간 산물은, 상대적으로 밀도가 작기 때문에 반응기 상층부로 상승하게 된다.
일 측면에서, 상기 반응기에 포함되는 피드 교반부는 복수개로 포함될 수 있다.
일 측면에서, 상기 피드 처리부는 상기 축부재의 길이 연장 방향과 평행하게 이격되어 위치할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 축부재가 지평선과 평행한 방향으로 연장된다면, 상기 피드 처리부 및 피드 교반부의 하부는 상기 피드 교반부와 이격되고, 지평선과 평행하게 위치할 수 있다. 또한, 이 때, 상기 피드 교반부 하부는 상기 피드 교반부와 비교하여, 하단부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 피드 교반부에 유입된 피드 또는 피드 교반부에서 반응 중인 중간 산물 등이 피드 교반부로부터 탈락할 경우, 스크류 교반부 하부 및/또는 피드 처리부에 도달한 상기 피드 또는 중간 산물 등은 스크류 교반부 하부 및/또는 피드 처리부에서 열분해 등의 반응이 수행되게 된다.
일 측면에서 상기 열전달 매체는, 복수의 열전달 입자를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 입자는, 형태를 불문하며, 예컨대, 구형(sphere type) 일 수 있다.
상기 열전달 입자의 직경은 약 0.1~10 mm, 또는 0.1~5mm 또는 0.2~5mm 또는 2~3mm 또는 0.2~1mm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서, 상기 열전달 매체의 재질은 열전달 효율이 우수한 물질이라면 제한되지 않으며, 예컨대, 금속을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 피드 교반부의 축부재는 회전 운동하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 반응기는 피드 이송부(40) 및 생산물 배출부(50) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
이 때, 피드 이송부는 반응기 외부로부터 반응기 내부로 피드를 이송한다.
상기 피드 이송부는 상기 교반부의 축부재로 연장되는 별도의 축부재(피드 이송부의 축부재(41))를 포함할 수 있다.
또한, 상기 피드 이송부는 축부재의 둘레에 형성된 날개(42) 및 피드의 외부 이탈을 방지하는 케이스(43)을 더 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 피드 교반부의 날개 및 피드 이송부의 날개는 스크류형(type)일 수 있다.
상기 피드 교반부는, 일 구현예에서 스크류 피더를 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 피드 교반부가 스크류 피더일 경우에는, 원료 투입을 위한 스크류 피더가 반응기 내부로 연장된 형태일 수 있다. 이 경우, 스크류 피더를 원료 투입과, 교반 및 열전달 등의 다목적으로 활용할 수 있으므로, 반응기 구조를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라, 반응기 가동에 사용되는 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
일 측면에서, 상기 생산물 배출부는 가스형 생산물 배출부(51, 생산물 배출부 I) 및 고체형 생산물 배출부(52, 생산물 배출부 II)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서 상기 반응기는 피드 처리부 하단에 위치한 기체 유입부(30)를 더 포함할 수 있다. 상기 반응기는 상기 기체 유입부를 포함함으로써, 이를 통해 반응기 내부로 기체를 유입시킬 수 있다. 이 때, 상기 기체 유입부로 유입된 기체는, 반응기 내부의 열, 피드, 중간산물 및/또는 최종 산물의 전달 및/또는 유동화를 촉진할 수 있다.
구체적으로, 상기 기체 유입부를 통해 유입된 가스는, 피드 처리부를 구성하는 복수의 열전달 매체간의 공간을 통해 상부로 이동하면서, 터뷸런스를 발생시킬 수 있으며, 발생된 터뷸런스는 피드 처리부를 포함한 반응기 내부의 열, 피드, 중간산물 및 최종 산물의 전달을 효과적으로 촉진할 수 있다.
일 측면에서, 상기 기체 유입부를 통해 유입되는 가스의 종류는 반응기내 수행하는 반응의 종류에 따라 상이할 수 있다.
예컨대, 열분해를 목적으로 반응기를 가동할 때에는 질소 등의 열분해 가스를 공급할 수 있으며, 가스화를 목적으로 반응기를 가동할 때에는 공기, 스팀/산소, 이산화탄소 등을 공급할 수 있다.
일 측면에서, 상기 피드는 바이오매스 또는 폐산업재를 포함할 수 있다.
상기 바이오매스는 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물 등의 생물체로부터 유래한 물질을 의미한다. 예컨대, 펄프, 목재, 음식 폐기물, 바가스(bagasse) 등이 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폐산업재는, 사업 활동에 수반하여 발생하는 폐기물을 의미할 수 있으며, 예컨대, 재, 슬러지, 폐유, 폐산, 폐알칼리, 폐플라스틱, 폐고무 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 폐플라스틱은, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸메타아크릴레이트 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서, 상기반응기의 가동 온도는, 100~1000℃, 또는 150~1000℃, 200~1000℃, 또는 200~900℃, 또는300~900℃일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서, 상기 반응기는 피드의 열분해 또는 가스화를 위한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
100: 반응기
10: 피드 교반부
11: 피드 교반부의 축부재
12: 피드 교반부의 날개
20: 피드 처리부
21: 열전달 매체
30: 기체 유입부
31: 기체 유입홀(Hole)
40: 피드 이송부
41: 피드 이송부의 축부재
42: 피드 이송부의 날개
51: 생산물 배출부 I(가스형 생산물 배출부)
52: 생산물 배출부 II(고체형 생산물 배출부)
10: 피드 교반부
11: 피드 교반부의 축부재
12: 피드 교반부의 날개
20: 피드 처리부
21: 열전달 매체
30: 기체 유입부
31: 기체 유입홀(Hole)
40: 피드 이송부
41: 피드 이송부의 축부재
42: 피드 이송부의 날개
51: 생산물 배출부 I(가스형 생산물 배출부)
52: 생산물 배출부 II(고체형 생산물 배출부)
Claims (12)
- 축부재(11)의 둘레에 형성된 날개(12)를 포함하는 피드 교반부(10);
상기 피드 교반부로부터 이탈한 피드를 처리하는 피드 처리부(20); 및
반응기 내부로 피드를 이송하는 피드 이송부(40);를 포함하며,
상기 피드 이송부는, 상기 피드 교반부의 축부재(11)가 반응기 외부로 연장되어 형성된 피드 이송부의 축부재(41)와, 상기 피드 이송부의 축부재(41)의 둘레에 형성된 날개(42)와, 피드의 외부 이탈을 방지하는 케이스(43)로 이루어지고,
상기 피드 처리부는, 복수개의 열전달 매체(21)가 적층되어 이루어지고,
상기 피드 처리부는, 상기 축부재의 길이 연장 방향과 평행하게 이격되어 상기 피드 교반부(10)의 아래쪽에 일정 거리 이격되어 위치하고,
상기 피드 처리부의 하단에 위치하고, 상기 피드 처리부를 반응기 바닥으로부터 소정 간격 이격시켜서 기체가 유입될 수 있게 한 기체 유입부(30); 및
상기 기체 유입부(30)에 형성되는 개구로서, 상기 기체 유입부의 기체를 상기 피드 처리부로 공급하는 기체 유입홀(31);을 더 포함하고,
상기 기체 유입홀에서 유입된 기체는 상기 피드 처리부를 구성하는 복수의 열전달 매체간의 공간을 통해 상부로 이동하면서, 터뷸런스를 발생시키고, 발생된 터뷸런스는 피드 처리부를 포함한 반응기 내부의 열을, 피드, 중간산물 및 최종 산물로의 전달 및 유동화를 촉진하고,
상기 기체 유입부로 공급되는 기체는, 질소, 공기, 스팀, 산소, 이산화탄소 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 반응기. - 삭제
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KR1020210105565A KR102552067B1 (ko) | 2021-08-10 | 2021-08-10 | 신형 반응기 |
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US20210231374A1 (en) | 2018-06-01 | 2021-07-29 | E.T.I.A. - Evaluation Technologique, Ingenierie Et Applications | Heat treatment device comprising a refractory envelope |
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KR101982786B1 (ko) | 2017-12-01 | 2019-05-28 | 한국에너지기술연구원 | 유동층 반응기 |
KR20200020518A (ko) * | 2018-08-17 | 2020-02-26 | 서울시립대학교 산학협력단 | 목재 또는 리그닌의 재활용 장치 및 이를 이용하여 목재 또는 리그닌으로부터 페놀을 생산하는 방법 |
-
2021
- 2021-08-10 KR KR1020210105565A patent/KR102552067B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
JP2009183932A (ja) | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Escoadvance Inc | 有機物熱分解装置 |
US20210231374A1 (en) | 2018-06-01 | 2021-07-29 | E.T.I.A. - Evaluation Technologique, Ingenierie Et Applications | Heat treatment device comprising a refractory envelope |
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