KR102602440B1 - Manufacturing method of high-quality wood pellets using semi-Carbonized forest biomass and wood tar and high-quality pellets using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반탄화 장치 및 목타르를 이용한 고품질 목재 펠릿에 관한 것이다. 이를 위해, 미이용 산림바이오매스의 일부를 로터리킬른장치(100)에 투입하고, 일부를 목분으로 가공하는 단계(S100); 로터리킬른장치(100)가 반탄화된 연료 및 부산물인 목타르를 배출하는 단계(S110, S120); 혼합장치에서 목분, 반탄화 연료 및 목타르를 혼합하는 단계(S160); 및 성형기가 상기 목분, 상기 반탄화 연료 및 상기 목타르의 혼합물로부터 펠릿을 성형하는 단계(S170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법이 제공된다. The present invention relates to high-quality wood pellets using torrefaction devices and wood tar. For this purpose, a step of inputting a part of the unused forest biomass into the rotary kiln device 100 and processing a part into wood flour (S100); Steps (S110, S120) in which the rotary kiln device 100 discharges torrefied fuel and wood tar as a by-product; Mixing wood flour, torrefied fuel, and wood tar in a mixing device (S160); and a step (S170) in which a molder molds pellets from a mixture of the wood powder, the torrefied fuel, and the wood tar. A method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar is provided. .

Description

반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법 및 이를 이용한 고품질 펠릿{Manufacturing method of high-quality wood pellets using semi-Carbonized forest biomass and wood tar and high-quality pellets using the same}Manufacturing method of high-quality wood pellets using semi-Carbonized forest biomass and wood tar and high-quality pellets using the same}

본 발명은 목재펠릿에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발열량 향상, 제품 강도 개선, 오염물질 배출 저감 등의 성능 개선효과가 있는 반탄화(半炭火)된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법 및 이를 이용한 고품질 펠릿에 관한 것이며, 환경부(한국환경산업기술원) 중소환경기업사업화지원사업인 ‘폐자원의 Up-cycling을 통한 고효율 친환경 고형연료 사업화’ 결과물이다.The present invention relates to wood pellets, and more specifically, a method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar, which have performance improvement effects such as increased calorific value, improved product strength, and reduced pollutant emissions. and high-quality pellets using it, and is the result of the Ministry of Environment (Korea Environmental Industry and Technology Institute) small and medium-sized environmental enterprise commercialization support project, 'Commercialization of highly efficient, eco-friendly solid fuel through up-cycling of waste resources.'

최근에는 보일러를 가정용이나 소규모의 업무용으로 사용하는 일반농가, 축산농가, 낙농업 농가, 공장 등을 중심으로 펠릿 연료(Pellet fuel)를 이용할 수 있는 보일러의 보급 및 사용이 나날이 증가하고 있는 추세이다.Recently, the supply and use of boilers that can use pellet fuel is increasing day by day, mainly in general farms, livestock farms, dairy farms, and factories that use boilers for home or small-scale business purposes.

보일러의 연료로 사용되는 펠릿은 톱밥 또는 간벌에 의한 나무 등을 파쇄 한 후 압축하여 만든 연료로 석탄이나 석유와 같은 화석연료보다 이산화탄소의 배출량이 적고, 연소 후 남게 되는 잔존물이 적어 그 쓰임세가 급격하게 증가하고 있다. 특히, 농어촌과 같이 도시가스의 보급이 열악한 지역이나 대규모 축사나 낙농업 단지에서는 난방을 위하여 석유류에 비해 가격이 저렴한 펠릿의 사용이 더욱 증가하고 있다.Pellets used as fuel for boilers are fuel made by crushing sawdust or trees from thinning and then compressing them. They emit less carbon dioxide than fossil fuels such as coal or oil, and the residue left after combustion is small, so their use is rapidly increasing. It is increasing. In particular, in areas where city gas is poorly supplied, such as farming and fishing villages, or in large-scale livestock farms or dairy complexes, the use of pellets, which are cheaper than petroleum products, for heating is increasing.

현재 펠릿의 주 사용처는, 화력/바이오매스 혼소 발전소용으로 연간 150만톤 이상이 사용되며, 발전용 연료로 사용되는 펠릿은 대부분 수입산 목재 펠릿에 의존하고 있다. 국내에서 생산되는 펠릿은 대부분 가정용/산업용으로 사용되며, 연간 생산량은 약 20만톤이다.Currently, the main use of pellets is for thermal/biomass co-fired power plants, where more than 1.5 million tons are used annually, and most pellets used as fuel for power generation depend on imported wood pellets. Most pellets produced domestically are used for household/industrial purposes, and annual production is approximately 200,000 tons.

국산 펠릿의 발전용 펠릿 시장의 진출을 위해 단가가 낮은 수입산 목재 펠릿에 대한 국산 펠릿의 가격 경쟁력 확보를 위하여 저렴한 목재 펠릿 제조용 확보가 필요한 상황이다. In order for domestic pellets to enter the power generation pellet market, it is necessary to secure inexpensive wood pellet manufacturing in order to secure price competitiveness of domestic pellets against imported wood pellets with low unit prices.

따라서 기존에 폐기 처리 또는 퇴비 등의 원료로 사용되고 있는 임목부산물 (미이용 산림바이오매스)인 가지목 및 뿌리목 등을 국내 화력/바이오매스 혼소 발전소의 연료용 목재 펠릿으로 생산 기술 개발이 필요한 상황이다. Therefore, there is a need to develop production technology for wood pellets and root wood, which are forest by-products (unused forest biomass) that are currently used as raw materials for waste treatment or compost, into wood pellets for fuel in domestic thermal/biomass co-fired power plants.

또한, 산림바이오매스를 열분해로에서 열분해하는 경우 필연적으로 목타르가 발생한다. 이러한 목타르는 흑색의 유상물질로 점성이 높고, 굳어서 딱딱해지는 특징이 있다. 이러한 목타르는 열분해로를 폐색하는 원인으로 지목되기 때문에 주기적으로 제거해서 별도로 폐기하곤 했다.In addition, when forest biomass is pyrolyzed in a pyrolysis furnace, wood tar is inevitably generated. This type of wood tar is a black oily substance with high viscosity and has the characteristic of becoming hard when hardened. Since this wood tar was pointed out as a cause of clogging of pyrolysis furnaces, it was periodically removed and disposed of separately.

1. 대한민국 특허공개번호 제 10-2013-0090600호(반탄화 펠렛 제조장치 및 방법 그리고 이를 이용하여 제조된 반탄화 펠렛),1. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2013-0090600 (Torrefied pellet manufacturing apparatus and method and torrefied pellets manufactured using the same), 2. 대한민국 특허등록 제 10-1308397호(저온 반탄화법에 의한 고발열량 목질계 고형연료의 제조방법),2. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1308397 (Method for manufacturing high calorific value lignocellulosic solid fuel by low-temperature torrefaction method), 3. 대한민국 특허공개번호 제 10-2021-0029542호(고발열량 목질계 고형연료).3. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0029542 (high calorific value lignocellulosic solid fuel).

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 미이용 산림바이오매스를 마이크로웨이브로 반탄화하고, 열분해시 부산물로 나오는 목타르를 산림바이오매스와 혼합하여 고품질 펠릿의 제조방법 및 이를 이용한 고품질 펠릿을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems, and the problem to be solved by the present invention is torrefy unused forest biomass with a microwave and mix wood tar, which is a by-product of pyrolysis, with forest biomass. The purpose is to provide a method for manufacturing high quality pellets and high quality pellets using the same.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly apparent to those skilled in the art from the description below. It will be understandable.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 미이용 산림바이오매스의 일부를 로터리킬른장치(100)에 투입하고, 일부를 목분으로 가공하는 단계(S100); 상기 로터리킬른장치(100)가 반탄화된 연료 및 부산물인 목타르를 배출하는 단계(S110, S120); 혼합장치에서 상기 목분, 상기 반탄화 연료 및 상기 목타르를 혼합하는 단계(S160); 및 성형기가 상기 목분, 상기 반탄화 연료 및 상기 목타르의 혼합물로부터 펠릿을 성형하는 단계(S170);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above technical task, a part of unused forest biomass is inputted into the rotary kiln device 100 and a part is processed into wood flour (S100); The rotary kiln device 100 discharging torrefied fuel and wood tar as a by-product (S110, S120); Mixing the wood flour, the torrefied fuel, and the wood tar in a mixing device (S160); and a step (S170) in which a molder molds pellets from a mixture of the wood powder, the torrefied fuel, and the wood tar. A method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar is provided. .

또한, 목분 가공단계(S100)는, 자력선별기가 상기 산림바이오매스로부터 철조각을 선별하는 단계(S130); 및 분쇄기가 상기 산림바이오매스를 소정입자크기로 분쇄하여 목분을 생산하는 단계(S140);를 포함한다. In addition, the wood flour processing step (S100) includes a magnetic separator selecting iron pieces from the forest biomass (S130); and a step (S140) in which a grinder grinds the forest biomass to a predetermined particle size to produce wood meal.

또한, 혼합단계(S160)는, 상기 반탄화 연료 100중량부에 대해 3 ~ 20 중량부의 상기 목타르; 및 90 ~ 120 중량부의 상기 목분;이 함께 투입된다.In addition, the mixing step (S160) includes 3 to 20 parts by weight of the wood tar based on 100 parts by weight of the torrefied fuel; and 90 to 120 parts by weight of the wood powder are added together.

또한, 성형단계(S170)에서 상기 펠릿은 30mm ~ 50mm의 길이로 성형된다.Additionally, in the molding step (S170), the pellets are molded to a length of 30 mm to 50 mm.

또한, 로터리킬른장치(100)는 반탄화를 위해 마이크로웨이브(160)를 방사하는 마이크로웨이브장치(150)를 더 포함한다.In addition, the rotary kiln device 100 further includes a microwave device 150 that radiates microwaves 160 for torrefaction.

또한, 마이크로웨이브(160)는 300 MHz ~ 300 GHz의 주파수 범위이고, 상기 로터리킬른장치(100)는 200℃ ~ 250℃의 범위로 가열되며, 로터리킬른장치(100)의 열분해시간은 10분 ~ 30분 범위이다.In addition, the microwave 160 has a frequency range of 300 MHz to 300 GHz, the rotary kiln device 100 is heated in the range of 200°C to 250°C, and the pyrolysis time of the rotary kiln device 100 is 10 minutes to 10 minutes. The range is 30 minutes.

상기와 같은 본 발명의 목적은 또 다른 실시예로써, 전술한 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿에 의해서도 달성될 수 있다. As another embodiment, the object of the present invention as described above can also be achieved by high-quality pellets using forest biomass and wood tar, which are manufactured by the above-described manufacturing method.

본 발명의 일실시예에 따르면, 바이오매스 연료와 석탄 연료의 혼소시 바이오매스의 혼소율을 높일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, when co-firing biomass fuel and coal fuel, the co-firing rate of biomass can be increased.

그리고, 혼소율의 증가로 화석연료의 사용량을 감소시킬 수 있다. Additionally, the amount of fossil fuel usage can be reduced by increasing the co-firing rate.

아울러, 제조된 반탄화 펠릿은 발열량 향상, 제품 강도 개선, 오염물질 배출 저감 등의 성능 개선효과가 있다. In addition, the manufactured torrefied pellets have performance improvement effects such as increased calorific value, improved product strength, and reduced pollutant emissions.

목타르의 점성 및 점착성으로 인해 펠릿의 길이를 충분히 길게 성형할 수 있고, 펠릿의 밀도도 증가시킬 수 있다. Due to the viscosity and adhesiveness of wood tar, the length of the pellets can be formed sufficiently long and the density of the pellets can also be increased.

또한, 목타르의 점착성으로 인해 미세 목분의 발생을 최소화하고, 펠릿의 내구성을 높일 수 있다. In addition, due to the stickiness of wood tar, the generation of fine wood powder can be minimized and the durability of the pellets can be increased.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be obtained from the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. You will be able to.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산림바이오매스의 반탄화장치의 측면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법의 흐름도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the invention described later. Therefore, the present invention includes the matters described in such drawings. It should not be interpreted as limited to only .
Figure 1 is a side view of a torrefaction device for forest biomass using microwaves according to the present invention;
Figure 2 is a flow chart of a method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, since the description of the present invention is only an example for structural or functional explanation, the scope of the present invention should not be construed as limited by the examples described in the text. In other words, since the embodiments can be modified in various ways and can have various forms, the scope of rights of the present invention should be understood to include equivalents that can realize the technical idea. In addition, the purpose or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment must include all or only such effects, so the scope of the present invention should not be understood as limited thereby.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are used to distinguish one component from another component, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component. When a component is referred to as being “connected” to another component, it should be understood that it may be directly connected to the other component, but that other components may also exist in between. On the other hand, when a component is referred to as being “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Meanwhile, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly neighboring" should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions should be understood to include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to the specified features, numbers, steps, operations, components, parts, or them. It is intended to specify the existence of a combination, and should be understood as not excluding in advance the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein, unless otherwise defined, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with the meaning they have in the context of the related technology, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in the present invention.

실시예의 구성Configuration of the Example

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 산림바이오매스의 반탄화장치의 측면도이다. 본 발명에서, 미이용 산림바이오매스는 임목부산물(예 : 가지목 및 뿌리목 등)이 될 수 있다. Hereinafter, the configuration of the preferred embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 1 is a side view of a torrefaction device for forest biomass using microwaves according to the present invention. In the present invention, unused forest biomass can be forestry by-products (e.g., branch trees and root trees, etc.).

본 발명의 반탄화장치는 공지의 로터리킬른장치(100)에 적용될 수 있다. 투입부(110)는 일측에 구비되는 미이용 산림바이오매스가 투입되는 호퍼장치일 수 있다. The torrefaction device of the present invention can be applied to the known rotary kiln device 100. The input unit 110 may be a hopper device provided on one side into which unused forest biomass is input.

반응로(120)는 회전 가능한 원통 형상의 밀폐 구조이며, 내부가 진공 상태를 유지할 수 있다. 반응로(120) 내부의 산림바이오매스는 산소없이 고온으로 가열되어 열분해 반응을 일으킨다. 반응로(120)에서의 열분해시간은 10분 ~ 30분 범위이다. 최적의 생산효율과 반탄화 반응을 위해 10분 ~ 30분 범위에서 동작될 수 있으며, 바람직하게는 20분 ~ 30분이다. The reactor 120 has a rotatable cylindrical sealed structure, and its interior can maintain a vacuum state. The forest biomass inside the reactor 120 is heated to a high temperature without oxygen to cause a thermal decomposition reaction. The thermal decomposition time in the reactor 120 ranges from 10 minutes to 30 minutes. For optimal production efficiency and torrefaction reaction, it can be operated in the range of 10 to 30 minutes, preferably 20 to 30 minutes.

구동장치(130)는 원통형상의 반응로(120)를 일정한 속도로 회전시키거나 180° ~ 360° 범위에서 정역회전 시킬 수 있다. The driving device 130 can rotate the cylindrical reactor 120 at a constant speed or rotate it forward or backward in the range of 180° to 360°.

버너장치(140)는 반응로(120)의 둘레에 설치되어 반응로(120)를 최대 600℃까지 가열할 수 있다. 버너장치(140)는 가스버너 또는 기름버너가 될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 반탄화를 위해 버너장치(140)는 200℃ ~ 250℃의 범위로 가열한다. 다수의 실험을 통해 200℃ ~ 250℃가 약 30분동안의 열분해 과정중 최적의 반탄화 반응을 일으키는 것으로 확인되었다. The burner device 140 is installed around the reactor 120 and can heat the reactor 120 up to 600°C. The burner device 140 may be a gas burner or an oil burner. For torrefaction in an embodiment of the present invention, the burner device 140 is heated in the range of 200°C to 250°C. Through numerous experiments, it was confirmed that 200℃ ~ 250℃ causes the optimal torrefaction reaction during the thermal decomposition process for about 30 minutes.

마이크로웨이브장치(150)는 반응로(120) 내면에 구비되어 반응로(120)와 함께 회전하며, 반응로(120) 내부를 향해 마이크로웨이브(160)를 방사한다. 마이크로웨이브(160)는 300 MHz ~ 300 GHz의 주파수 범위를 갖는다. 바람직하게는 2 ~ 3 GHz가 될 수 있고, 마이크로웨이브장치(150)는 마그네트론이 될 수 있고, 둘레에 단열처리가 된다. The microwave device 150 is provided on the inner surface of the reactor 120 and rotates with the reactor 120, and radiates microwaves 160 toward the inside of the reactor 120. Microwave 160 has a frequency range of 300 MHz to 300 GHz. Preferably, it can be 2 to 3 GHz, and the microwave device 150 can be a magnetron, and is insulated around it.

회전케이블(190)은 마이크로웨이브장치(150)와 교류 전원장치(180) 사이에 연결되어 마이크로웨이브장치(150)에 필요한 전력을 공급한다. 구동장치(130)가 180° ~ 360° 범위에서 정역회전하는 경우, 회전케이블(190)은 최소 반응로(120)의 원주길이에 대응되는 길이를 갖는 전기 배선이 될 수 있다. 반응로(120)의 회전에 방해되지 않으면 전력을 공급하기 충분한 길이면 족하다. The rotating cable 190 is connected between the microwave device 150 and the AC power supply 180 to supply the necessary power to the microwave device 150. When the driving device 130 rotates forward and backward in the range of 180° to 360°, the rotation cable 190 may be an electrical wire with a length corresponding to the minimum circumferential length of the reactor 120. Any length sufficient to supply power is sufficient as long as it does not interfere with the rotation of the reactor 120.

선택적으로, 구동장치(130)가 일정 속도로 회전하는 경우, 회전케이블(190)은 반응로(120)의 외곽 원주를 따라 설치된 슬립형 링전극이다. 공지의 슬립형 링전극을 통해 회전하는 반응로(120)의 내부로 전력을 공급할 수 있다. Optionally, when the driving device 130 rotates at a constant speed, the rotating cable 190 is a slip-type ring electrode installed along the outer circumference of the reactor 120. Power can be supplied to the inside of the rotating reactor 120 through a known slip-type ring electrode.

배출장치(170)는 마이크로웨이브(160)에 의해 반탄화된 산림바이오매스를 배출한다. 반탄화된 산림바이오매스는 펠릿 성형기에서 목재펠릿으로 성형된다. The discharge device 170 discharges forest biomass torrefied by the microwave 160. The torrefied forest biomass is formed into wood pellets in a pellet molding machine.

실시예의 동작Operation of the Embodiment

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 동작을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법의 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저, 미이용 산림바이오매스의 일부를 호퍼에 투입하고(S100), 나머지를 목분으로 가공한다. 미이용 산림바이오매스는 임목부산물(예 : 가지목 및 뿌리목 등)이 될 수 있고, 투입장치인 호퍼는 공지의 기계류이다. Hereinafter, the operation of the preferred embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 2 is a flow chart of a method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar according to an embodiment of the present invention. As shown in Figure 2, first, part of the unused forest biomass is put into the hopper (S100), and the remainder is processed into wood flour. Unused forest biomass can be forestry by-products (e.g. branch trees and root trees, etc.), and the hopper, which is an input device, is a known piece of machinery.

마이크로웨이브(160)는 산림바이오매스의 내부 깊숙이 투과하면서 반탄화 반응을 일으킨다. 즉, 버너장치(140)에 의해 산림바이오매스의 겉면만 열분해되는 과정과는 상이하다. 본 발명의 일실시예에서는 산림바이오매스의 외면은 저온(200℃ ~ 250℃)에서 약 30분 동안 열분해 반응이 일어나고, 마이크로웨이브(160)에 의해 내부로부터 발열이 일어나며 이로 인해 반탄화 반응이 동시에 복합적으로 일어난다. The microwave 160 penetrates deep into the forest biomass and causes a torrefaction reaction. In other words, it is different from the process in which only the outer surface of forest biomass is pyrolyzed by the burner device 140. In one embodiment of the present invention, a thermal decomposition reaction occurs on the outer surface of the forest biomass for about 30 minutes at a low temperature (200 ° C. to 250 ° C.), and heat is generated from the inside by the microwave 160, which simultaneously causes a torrefaction reaction. It happens complexly.

그 다음, 로터리킬른장치(100)가 반탄화된 연료 및 부산물인 목타르를 각각 배출한다(S110, S120). 목타르는 미이용 바이오매스를 열분해로에서 열분해하는 경우 필연적으로 발생하는 부산물이다. 이러한 목타르는 흑색의 유상물질로 점성이 높고, 굳어서 딱딱해지는 특징이 있다. Next, the rotary kiln device 100 discharges the torrefied fuel and the wood tar as a by-product, respectively (S110, S120). Wood tar is a by-product that inevitably occurs when unused biomass is pyrolyzed in a pyrolysis furnace. This type of wood tar is a black oily substance with high viscosity and has the characteristic of becoming hard when hardened.

한편, 목분 가공단계(S100)는, 자력선별기가 산림바이오매스로부터 철조각을 선별한 뒤(S130), 분쇄기가 산림바이오매스를 소정입자 크기로 분쇄하여 목분을 생산한다(S140). 자력선별기는 3,000 ~ 5,000 가우스의 강자력을 갖는다. 분쇄기는 믹서 또는 그라인더, 블랜더 등이 될 수 있고, 생산된 목분은 1 mm ~ 8 mm 범위의 크기를 갖는다. Meanwhile, in the wood flour processing step (S100), a magnetic separator selects iron pieces from forest biomass (S130), and then a grinder crushes the forest biomass to a predetermined particle size to produce wood flour (S140). The magnetic separator has a strong magnetic force of 3,000 to 5,000 Gauss. The grinder can be a mixer, grinder, blender, etc., and the produced wood flour has a size ranging from 1 mm to 8 mm.

그 다음, 혼합장치가 목분, 반탄화 연료 및 목타르를 혼합한다(S160). 이때, 반탄화 연료 100중량부에 대해 3 ~ 20 중량부의 목타르; 및 90 ~ 120 중량부의 목분이 함께 투입된다. 3 중량부 미만의 목타르는 목분의 점착 성능을 기대하기 어렵고, 20 중량부를 초과하면 목타르의 점성으로 인해 재료의 이동과 성형성이 저하된다. 목분은 반탄화 연료와 동일하거나 비슷한 중량으로 투입한다. Next, the mixing device mixes wood flour, torrefied fuel, and wood tar (S160). At this time, 3 to 20 parts by weight of wood tar per 100 parts by weight of torrefied fuel; and 90 to 120 parts by weight of wood flour are added together. If the wood tar is less than 3 parts by weight, it is difficult to expect the adhesion performance of wood flour, and if it exceeds 20 parts by weight, the movement and formability of the material are reduced due to the viscosity of the wood tar. Wood flour is added in the same or similar weight to the torrefied fuel.

또한, 혼합단계(S160)에서, 혼합장치는 30℃ ~ 50℃로 예열된다. 혼합장치의 예열을 통해 목타르의 냉각을 방지할 수 있다. 예열을 위해 혼합장치에는 전열히터 또는 온수관이 배치될 수 있다. Additionally, in the mixing step (S160), the mixing device is preheated to 30°C to 50°C. Cooling of the wood tar can be prevented by preheating the mixing device. An electric heater or a hot water pipe may be placed in the mixing device for preheating.

그 다음, 성형기가 목분과 목타르의 혼합물로부터 고품질의 펠릿을 성형하여 완성한다(S170). 이 때, 완성된 펠릿은 원통 형상이며, 길이는 30mm ~ 50mm의 길이를 갖는다. 종래 펠릿의 길이가 20 mm 내외인 점을 감안할 때, 30mm ~ 50mm의 길이는 충분한 장신 펠릿이라고 할 수 있다. Next, the molding machine forms high-quality pellets from a mixture of wood flour and wood tar (S170). At this time, the completed pellet has a cylindrical shape and has a length of 30 mm to 50 mm. Considering that the length of conventional pellets is around 20 mm, a pellet with a length of 30 mm to 50 mm can be said to be sufficiently long.

비록 본 발명의 산림바이오매스는 미이용 산림바이오매스를 중심으로 설명하였으나, 초본계(볏짚, 옥수수대, 보리대, 밀대, 펄프, 야자나무잎 등) 또는 목질계, 그리고 초본계와 목질계가 혼합된 형태의 산림바이오매스도 가능하다.Although the forest biomass of the present invention was explained focusing on unused forest biomass, it is herbaceous (rice straw, corn stalks, barley stalks, wheat stalks, pulp, palm leaves, etc.) or woody type, and a mixture of herbaceous and woody types. Forest biomass is also possible.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.A detailed description of preferred embodiments of the invention disclosed above is provided to enable any person skilled in the art to make or practice the invention. Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, a person skilled in the art may use each configuration described in the above-described embodiments by combining them with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential features of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that do not have an explicit reference relationship in the patent claims can be combined to form an embodiment or included as a new claim through amendment after filing.

100 : 로터리 킬른장치,
110 : 투입부,
120 : 반응로,
130 : 구동장치,
140 : 버너장치,
150 : 마이크로웨이브 장치,
160 : 마이크로웨이브,
170 : 배출장치,
180 : 전원장치,
190 : 회전케이블.
100: Rotary kiln device,
110: input part,
120: reactor,
130: driving device,
140: burner device,
150: microwave device,
160: microwave,
170: discharge device,
180: power supply,
190: Rotating cable.

Claims (7)

미이용 산림바이오매스의 일부를 로터리킬른장치(100)에 투입하고, 일부를 목분으로 가공하는 단계(S100);
상기 로터리킬른장치(100)가 반탄화된 연료 및 부산물인 목타르를 배출하는 단계(S110, S120);
혼합장치에서 상기 목분, 상기 반탄화 연료 및 상기 목타르를 혼합하는 단계(S160); 및
성형기가 상기 목분, 상기 반탄화 연료 및 상기 목타르의 혼합물로부터 펠릿을 성형하는 단계(S170);를 포함하며,
상기 로터리킬른장치(100)는,
반탄화를 위해 마이크로웨이브(160)를 방사하는 마이크로웨이브장치(150);
상기 산림바이오매스가 투입되며, 회전 가능한 원통 형상의 밀폐 구조로 내부가 진공 상태로 유지되는 반응로(120);
상기 반응로(120)를 일정한 속도로 회전시키거나 180° ~ 360°범위에서 정역회전시키기 위한 구동장치(130);
상기 반응로(120)의 둘레에 설치되어 상기 반응로(120)를 가열하는 버너장치(140);
상기 마이크로웨이브장치(150)에 전력을 공급하기 위한 교류 전원장치(180); 및
상기 마이크로웨이브장치(150)와 상기 교류 전원장치(180)의 사이에 연결되어 상기 마이크로웨이브장치(150)에 필요한 전력을 공급하며, 최소 반응로(120)의 원주길이에 대응되는 길이를 갖는 전기 배선인 회전케이블(190);을 포함하고,
상기 마이크로웨이브장치(150)는 상기 반응로(120) 내면에 구비되어 상기 반응로(120)와 함께 회전하며, 상기 반응로(120) 내부를 향해 마이크로웨이브(160)를 방사하고,
상기 마이크로웨이브(160)는 300 MHz ~ 300 GHz의 주파수 범위이며,
상기 반응로(120)는 상기 버너장치(140)를 통해 200℃ ~ 250℃의 범위로 가열되고,
상기 산림바이오매스는 상기 반응로(120) 내부에서 산소없이 가열되어 열분해 반응을 일으키며,
상기 반응로(120)는 상기 산림바이오매스의 열분해시간이 10분 ~ 30분 범위이고,
상기 혼합단계(S160)는, 상기 혼합장치가 전열히터 또는 온수관의 배치를 통해 30℃ ~ 50℃로 예열되는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법.
Injecting a portion of unused forest biomass into the rotary kiln device 100 and processing a portion into wood flour (S100);
The rotary kiln device 100 discharging torrefied fuel and wood tar as a by-product (S110, S120);
Mixing the wood flour, the torrefied fuel, and the wood tar in a mixing device (S160); and
A molding machine includes a step (S170) of molding pellets from a mixture of the wood flour, the torrefied fuel, and the wood tar,
The rotary kiln device 100,
A microwave device 150 that radiates microwaves 160 for torrefaction;
A reactor 120 into which the forest biomass is input, the inside of which is maintained in a vacuum state with a sealed structure in a rotatable cylindrical shape;
A driving device 130 for rotating the reactor 120 at a constant speed or rotating it forward and backward in the range of 180° to 360°;
A burner device 140 installed around the reactor 120 to heat the reactor 120;
AC power supply device 180 for supplying power to the microwave device 150; and
It is connected between the microwave device 150 and the AC power supply device 180 to supply the power required for the microwave device 150, and has a length corresponding to the minimum circumferential length of the reactor 120. Includes a rotating cable 190, which is a wiring,
The microwave device 150 is provided on the inner surface of the reactor 120, rotates with the reactor 120, and radiates microwaves 160 toward the inside of the reactor 120,
The microwave 160 has a frequency range of 300 MHz to 300 GHz,
The reactor 120 is heated to a range of 200°C to 250°C through the burner device 140,
The forest biomass is heated without oxygen inside the reactor 120 to cause a thermal decomposition reaction,
In the reactor 120, the thermal decomposition time of the forest biomass ranges from 10 minutes to 30 minutes,
The mixing step (S160) is a method of producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar, characterized in that the mixing device is preheated to 30 ° C. to 50 ° C. through the arrangement of an electric heater or a hot water pipe.
제 1 항에 있어서,
상기 목분 가공단계(S100)는,
자력선별기가 상기 산림바이오매스로부터 철조각을 선별하는 단계(S130); 및
분쇄기가 상기 산림바이오매스를 소정 입자 크기로 분쇄하여 목분을 생산하는 단계(S140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법.
According to claim 1,
The wood flour processing step (S100),
A magnetic separator selects iron pieces from the forest biomass (S130); and
A method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar, comprising a step (S140) in which a pulverizer grinds the forest biomass to a predetermined particle size to produce wood flour.
제 1 항에 있어서,
상기 혼합단계(S160)는, 상기 반탄화 연료 100중량부에 대해
3 ~ 20 중량부의 상기 목타르; 및
90 ~ 120 중량부의 상기 목분;이 함께 투입되는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법.
According to claim 1,
The mixing step (S160) is for 100 parts by weight of the torrefied fuel.
3 to 20 parts by weight of the wood tar; and
A method for producing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar, characterized in that 90 to 120 parts by weight of the wood flour is added together.
제 1 항에 있어서,
상기 성형단계(S170)에서 상기 펠릿은 30mm ~ 50mm의 길이로 성형되는 것을 특징으로 하는 반탄화된 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿의 제조방법.
According to claim 1,
A method of manufacturing high-quality pellets using torrefied forest biomass and wood tar, characterized in that in the forming step (S170), the pellets are molded to a length of 30 mm to 50 mm.
삭제delete 삭제delete 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 산림바이오매스와 목타르를 이용한 고품질 펠릿.High-quality pellets using forest biomass and wood tar, characterized in that they are manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 4.
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