KR20140070273A - Method for producing biochar and device for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 바이오촤의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 반응기 내에서 바이오매스를 반응 기체로 균일하게 분포되게 하는 바이오촤의 제조 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a biofuel. More specifically, the present invention relates to a method for producing a biomass which uniformly distributes biomass into a reaction gas in a reactor.
바이오촤는 바이오 숯이라고도 한다. 바이오촤는 다양한 용도로 사용될 수 있기 때문에, 이의 기능과 중요성에 대한 관심이 집중되고 있다.Bio-촤 is also called bio-charcoal. Because biofuels can be used for a variety of uses, attention is focused on their function and importance.
바이오촤는 자연적으로 생성될 수도 있고, 인위적인 합성에 의해서도 생성될 수 있다. Biotopes can be produced naturally or by artificial synthesis.
상기 자연적으로 생성된 바이오촤는 토양 내에서, 이산화탄소를 포집하여 장기적으로 축적함으로써 지구온난화를 방지할 수 있고 식생을 조성하는데 기여할 수 있다. The naturally produced biotope can collect carbon dioxide in the soil and accumulate it in the long term, thereby preventing global warming and contributing to the creation of vegetation.
또한, 인위적인 합성에 의해서 생성되는 바이오촤는 예를 들면, 바이오매스의 열분해 공정을 통하여 생성될 수 있다. 바이오촤는 음이온 공급원으로 작용할 수 있고, 습도를 조절할 수 있으며, 보온 효과, 산화방지 효과 등의 다양한 효과를 나타낼 수 있다.In addition, biomass produced by artificial synthesis can be generated, for example, through the pyrolysis process of biomass. Biotope can act as an anion source, can control humidity, exhibit various effects such as thermal effect and antioxidant effect.
일반적으로 바이오촤를 생성하기 위해서, 종래의 열분해 공정 및 열분해 장치는 단순히 밀폐된 금속통 내부에 바이오매스를 공급하고, 진공 상태 또는 불활성 기체 분위기에서 이를 열분해함으로써 바이오촤를 생성한다. 상기와 같은 종래의 방법을 사용하여 생성된 바이오촤는 비표면적이 낮다는 문제가 있다.Generally, in order to produce bio-fumes, conventional pyrolysis processes and pyrolysis apparatus simply produce biomass by supplying biomass into a closed metal cylinder and pyrolyzing it in a vacuum or in an inert gas atmosphere. The biofilm produced using the above conventional method has a problem that the specific surface area is low.
본 발명의 일 목적은 종래의 바이오촤의 제조 방법이 가지고 있는 문제를 해결하여, 비표면적이 넓거나 또는 적어도 탄소 함량이 많은 바이오촤를 경제적으로 생성할 수 있는 바이오촤의 제조 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a biofuel which is capable of economically producing a biofuel having a large specific surface area or at least a large carbon content by solving the problems of conventional biofuel production methods .
또한, 본 발명의 다른 목적은 비표면적이 넓거나 또는 적어도 탄소 함량이 많은 바이오촤를 경제적으로 생성할 수 있는 바이오촤의 제조 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a biofuel which can economically produce a biofuel having a large specific surface area or at least a carbon content.
상기 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is
(a) 반응기 내에서 비활성 기체를 공급하면서 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 단계; 및 (a) generating biodegradable and pyrolytic gases by pyrolyzing biomass while supplying an inert gas in the reactor; And
(b) 상기 바이오촤를 수집하는 단계; (b) collecting the biofilm;
를 포함하고, 상기 (a) 단계에서, 상기 비활성 기체에 의해 상기 바이오매스에 열이 전달됨으로써 상기 바이오매스가 열분해 되고, 상기 (b) 단계는 사이클론을 이용하여 연속 공정으로 수행되는 바이오촤의 제조 방법을 제공한다.Wherein the biomass is pyrolyzed by transferring heat to the biomass by the inert gas in the step (a), and the step (b) comprises the step of preparing a bio- ≪ / RTI >
바이오촤의 제조 방법에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 반응기의 온도를 1 ℃/min 내지 20 ℃/min로 증가시키는 승온 단계; 및 상기 승온 단계에 이어서 상기 반응기의 온도를 일정하게 유지시키는 등온 유지 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step (a) includes a temperature raising step of raising the temperature of the reactor from 1 占 폚 / min to 20 占 폚 / min; And an isothermal holding step of keeping the temperature of the reactor constant after the temperature elevating step.
바이오촤의 제조 방법에 있어서, 상기 바이오매스의 열분해는 400 내지 600℃에서 수행될 수 있다. In the method for producing a biofuel, the pyrolysis of the biomass may be performed at 400 to 600 ° C.
바이오촤의 제조 방법에 있어서, 상기 열분해 기체는 상기 (a) 단계에서 공급되는 열원으로 사용될 수 있다.In the method for producing a biofuel, the pyrolysis gas may be used as the heat source supplied in the step (a).
바이오촤의 제조 방법은 상기 (a) 단계에서 상기 열분해 기체를 상기 반응기에 공급되는 상기 비활성 기체와 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method for producing the biofilm may further include mixing the pyrolysis gas with the inert gas supplied to the reactor in the step (a).
바이오촤의 제조 방법에 있어서, 상기 비활성 기체는 질소 및 이산화탄소로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In the method for producing a biofuel, the inert gas may include at least one selected from nitrogen and carbon dioxide.
바이오촤의 제조 방법에 있어서, 상기 바이오촤의 비표면적은 15 m2/g 내지 150 m2/g일 수 있다. In the method for producing a biofuel, the specific surface area of the biofuel may be 15 m 2 / g to 150 m 2 / g.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은,According to another aspect of the present invention,
바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 반응기;A reactor for producing biofuel and pyrolysis gas by pyrolyzing biomass;
상기 반응기에 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관; An inert gas supply pipe for supplying an inert gas to the reactor;
상기 반응기로부터 전달받은 상기 바이오촤, 상기 열분해 기체 및 상기 비활성 기체를 포함하는 유체에서 바이오촤를 수집하는 제1사이클론; 및 A first cyclone for collecting biotopes in a fluid containing the bio-scale, the pyrolysis gas, and the inert gas transferred from the reactor; And
상기 제1사이클론을 통과한 상기 반응기로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제2사이클론A second cyclone for collecting biotopes from the fluid from the reactor that has passed through the first cyclone;
을 포함하는 바이오촤의 제조 장치를 제공한다.The present invention also provides a manufacturing apparatus for a bio-cell including the bio-cell.
상기 바이오촤의 제조 장치는 상기 반응기를 가열하는 가열기를 더 포함하고, 상기 가열기는 제1 열분해 기체 공급관과 연결될 수 있다.The apparatus for producing bio-fumes may further include a heater for heating the reactor, and the heater may be connected to the first pyrolysis gas supply pipe.
상기 바이오촤의 제조 장치는 상기 비활성 기체 공급관 및 제2 열분해 기체 공급관을 더 포함할 수 있다.The apparatus for producing bio-fuel may further include the inert gas supply pipe and the second pyrolysis gas supply pipe.
상기 바이오촤의 제조 방법은 반응기 내의 바이오매스가 고르게 열분해될 수 있게 함으로써, 높은 비표면적을 갖는 바이오촤를 제공할 수 있다.The biomass can be pyrolyzed evenly in the reactor, thereby providing a biomass having a high specific surface area.
또한, 상기 바이오촤의 제조 방법은 연속 공정으로 바이오촤를 생성할 수 있고, 바이오촤의 제조 중에 생성되는 열분해 기체를 바이오매스의 열분해에 재사용할 수 있기 때문에, 바이오촤의 제조 비용을 감소시킬 수 있다. 따라서, 바이오촤를 더욱 경제적으로 제조할 수 있다.In addition, since the biodegradable polymer can be produced in a continuous process and the pyrolysis gas produced during the production of the biomass can be reused for pyrolysis of the biomass, the manufacturing cost of the biomass can be reduced have. Therefore, the biofilm can be manufactured more economically.
도 1은 본 발명의 바이오촤의 제조 방법을 실시하는데 사용될 수 있는 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치의 구성도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for manufacturing a bio-cell according to an embodiment of the present invention that can be used for carrying out the method of manufacturing the bio-cell of the present invention.
이하, 본 발명의 여러 구현예들에 따른 바이오촤의 제조 방법 및 바이오촤의 제조 장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a bio-tile according to various embodiments of the present invention and an apparatus for manufacturing a bio-tile will be described in detail.
바이오촤는 기공이 있으므로 흑연과 같은 순수한 탄소와 구분될 수 있다. 일반적으로, 바이오촤는 5 내지 50 cm2/g의 비표면적을 갖는 것을 말한다. 그러나, 본 구현예에 따른 바이오촤의 제조 방법은 15 m2/g 내지 150 m2/g의 비표면적을 갖는 바이오촤를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오촤의 제조 방법에 의해 제공되는 바이오촤 중에서, 비표면적이 낮은 바이오촤는 토질 개량제로 사용될 수 있고, 비표면적이 높은 바이오촤는 환경 오염 물질 제거제로 사용될 수 있다. 즉, 본 구현예에 따른 바이오촤의 제조 방법에 의해 제공되는 바이오촤는 비표면적에 따라 다양한 용도로 사용될 수 있다. 또한, 상기 바이오촤의 제조 방법은 60 wt% 내지 70 wt%의 탄소 함량을 갖는 바이오촤를 제공할 수 있다.Because biofilms are porous, they can be distinguished from pure carbon, such as graphite. Generally, a biofilm has a specific surface area of 5 to 50 cm 2 / g. However, the method of the present invention can provide a bio-coating having a specific surface area of 15 m 2 / g to 150 m 2 / g. For example, among the biofumes provided by the method for producing biofuel, the biofuel having a low specific surface area can be used as a soil improving agent, and the biofuel having a high specific surface area can be used as an environmental pollutant removing agent. That is, the bio-ze according to the present embodiment can be used for various purposes depending on the specific surface area. In addition, the method of the present invention can provide a biocide having a carbon content of 60 wt% to 70 wt%.
상기 바이오촤의 제조 방법에 의해 제공되는 바이오촤의 비표면적, 기공의 부피 등의 물성은 상기 바이오촤의 제조 방법에서 적용하는 구체적인 조건에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 바이오촤의 제조 방법에 의해 제공되는 바이오촤는 바이오매스의 열분해 온도, 가열 속도 및 공급되는 바이오매스의 입경 등을 조절함으로써, 원하는 물성을 가질 수 있다.The physical properties such as the specific surface area and the volume of the pores of the biofuel provided by the method of manufacturing the biofuel may be controlled by specific conditions applied to the method of manufacturing the biofuel. For example, the biofuel provided by the method for producing biofuel may have desired physical properties by controlling the thermal decomposition temperature of the biomass, the heating rate, and the particle size of the supplied biomass.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 바이오촤의 제조 방법은 (a) 반응기 내에서 비활성 기체를 공급하면서 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 바이오촤를 수집하는 단계; 를 포함하고, 상기 (a) 단계에서, 상기 비활성 기체에 의해 상기 바이오매스에 열이 전달됨으로써 상기 바이오매스가 열분해되고, 상기 (b) 단계는 사이클론을 이용하여 연속 공정으로 수행된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a biofuel comprising the steps of: (a) generating biodegradable and pyrolytic gases by pyrolyzing biomass while supplying an inert gas in the reactor; And (b) collecting the biofilm; In the step (a), heat is transferred to the biomass by the inert gas to pyrolyze the biomass, and the step (b) is performed in a continuous process using a cyclone.
상기 (a) 단계에서 상기 바이오매스는 리그닌, 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스와 같은 다당류 탄수화물을 포함하고 있는 것이면 제한되지 않는다. 상기 바이오매스는 구체적으로 나무 등의 목질계 바이오매스, 낙엽 등의 초본계 바이오매스 및 옥수수대 등의 농업 부산물 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 바이오매스는 구체적으로 리그닌 또는 셀룰로오스가 포함된 나무, 초본 식물 및 이들로부터 파생된 생성물 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. In the step (a), the biomass is not limited as long as it contains polysaccharide carbohydrates such as lignin, cellulose or hemicellulose. The biomass may be, but is not limited to, woody biomass such as wood, herbaceous biomass such as fallen leaves, and agricultural by-products such as cornstalks. The biomass may be, but is not limited to, trees, herbaceous plants and products derived therefrom, including lignin or cellulose.
상기 바이오매스는 크게 목질계 바이오매스와 초본계 바이오매스로 구분될 수 있다. 상기 목질계 바이오매스는 구체적으로 아카시아 나무, 참나무, 대나무, 고무나무, 단풍나무, 야자수 나무, 소나무 및 오크 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 초본계 바이오매스는 구체적으로 볏짚, 옥수수대, 사탕수수대, 보리대 및 갈대 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 농업 부산물 바이오매스는 옥수수대, 볏짚, 보리대, 사탕수수대 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 리그닌 또는 셀룰로오스가 포함된 나무, 초본 식물로부터 파생된 생성물은 구체적으로 폐목재, 합판, MDF 및 종이 등이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The biomass can be largely classified into woody biomass and herbaceous biomass. The woody biomass may be, but is not limited to, acacia tree, oak tree, bamboo tree, maple tree, palm tree, pine tree and oak tree. The herbaceous biomass may be, but is not limited to, rice straw, cornstalks, sugarcane, barley, and reed. The agricultural by-product biomass may be, but is not limited to, corn stover, rice straw, barley stand, sugar cane stand, and the like. The product derived from the tree or herbaceous plant including lignin or cellulose may be, but not limited to, waste wood, plywood, MDF, paper, and the like.
상기 (a) 단계에서 상기 반응기 내에서 상기 바이오매스의 열분해가 진행됨에 따라, 바이오매스의 당류로부터 휘발 성분 예를 들면, CH4와 같은 CxHy , H2, CO 및 CO2를 포함하는 열분해 기체가 생성된다. 또한, 바이오매스의 리그닌 또는 셀룰로오스로부터는 바이오촤가 생성된다. 상기 (a) 단계에서 반응기의 최종 온도를 조절함으로써 열분해 기체의 조성을 변화시킬 수 있다. 예를 들면,반응기의 최종 온도를 높일수록 CH4와 같은 CxHy , H2 및 CO의 비율이 증가하고, CO2의 비율은 낮아진다.As the pyrolysis of the biomass progresses in the reactor in the step (a), it is possible to remove volatile components such as CH 4 , C x H y , H 2 , CO and CO 2 from the saccharide of the biomass Pyrolysis gas is produced. Biotopes are also produced from lignin or cellulose of biomass. In the step (a), the composition of the pyrolysis gas may be changed by controlling the final temperature of the reactor. For example, The higher the final temperature of the reactor C x H y, H 2, such as CH 4 And CO are increased, and the ratio of CO 2 is lowered.
상기 (a) 단계에 있어서, 상기 비활성 기체는 질소 또는 이산화탄소로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 비활성 기체는 반응기에 도입되기 이전에 별도의 가열 수단에 의하여 가열될 수 있다. 그 다음, 상기 가열된 비활성 기체를 상기 반응기에 도입할 수 있다. 반응기 내부의 온도 정도의 온도를 갖는 비활성 기체를 반응기 내부에 도입함으로써, 반응기 내부에 새로운 비활성 기체를 계속해서 공급함에도 불구하고 상기 반응기의 온도가 적정하게 유지될 수 있다. 이렇게 함으로써, 비표면적이 넓은 바이오촤를 얻을 수 있다. In the step (a), the inert gas may include at least one selected from nitrogen or carbon dioxide, but is not limited thereto. The inert gas may be heated by separate heating means prior to introduction into the reactor. The heated inert gas may then be introduced into the reactor. By introducing an inert gas having a temperature around the inside of the reactor into the inside of the reactor, the temperature of the reactor can be properly maintained even though the new inert gas is continuously supplied into the reactor. By doing so, a biocomponent having a large specific surface area can be obtained.
상기 (a) 단계에 있어서, 상기 반응기의 온도를 증가시키는 승온 단계가 포함될 수 있다. 상기 반응기의 온도는 구체적으로 1 ℃/min 내지 20 ℃/min로 증가될 수 있고, 더욱 구체적으로 5 ℃/min 내지 15 ℃/min로 증가될 수 있다. 상기 반응기의 온도를 1℃/min 미만으로 증가시키면 반응 시간이 길어지며, 20℃/min 초과로 증가시키면 바이오촤의 생성이 상대적으로 급속히 일어나므로, 바이오촤의 기공이 적게 생성된다. In the step (a), a step of raising the temperature of the reactor may be included. The temperature of the reactor can be specifically increased from 1 占 폚 / min to 20 占 폚 / min, more specifically from 5 占 폚 / min to 15 占 폚 / min. When the temperature of the reactor is increased to less than 1 ° C / min, the reaction time is prolonged. When the temperature is increased to more than 20 ° C / min, biooxidation occurs relatively rapidly, resulting in less bioavailability.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 반응기의 온도가 증가된 이후에, 이어서 상기 반응기의 온도를 일정하게 유지시키는 등온 유지 단계가 포함될 수 있다. 상기 등온 유지 단계는 구체적으로 400 내지 600℃에서 수행될 수 있다. 더욱 구체적으로 450 내지 550℃에서 수행될 수 있다. 상기 반응기의 최종 온도가 400℃ 미만인 경우에는 열분해가 덜 일어나므로 생성 바이오촤의 비표면적과 탄소 함량이 낮아진다. 또한, 상기 반응기의 최종 온도가 400℃ 미만인 경우에는 염기성의 바이오촤를 얻을 수 있다. 상기 반응기의 최종 온도가 600℃ 초과인 경우에는 바이오촤의 수율이 낮아질 수 있고, 산성의 바이오촤를 얻을 수 있다.According to another embodiment of the present invention, in the step (a), an isothermal holding step may be performed after the temperature of the reactor is increased, and then the temperature of the reactor is kept constant. The isothermal holding step may be performed at 400 to 600 < 0 > C. More specifically 450 to 550 < 0 > C. When the final temperature of the reactor is less than 400 ° C., the pyrolysis is less likely to occur, and thus the specific surface area and carbon content of the produced biocide are lowered. Further, when the final temperature of the reactor is lower than 400 ° C, a basic biocide can be obtained. If the final temperature of the reactor is higher than 600 ° C, the yield of the bio-vibe can be lowered and an acidic bio-vibe can be obtained.
전술한 바와 같이 상기 (a) 단계에 있어서, 상기 반응기의 온도를 증가시키는 단계와 상기 반응기의 온도를 일정하게 유지되는 등온 유지 단계가 진행되는 동안 바이오매스의 열분해가 수행될 수 있다. 상기 열분해는 400 내지 600℃에서 수행될 수 있다. 상기 열분해가 400℃ 미만에서 수행되는 경우에는 열분해가 덜 일어나므로 생성 바이오촤의 비표면적과 탄소 함량이 낮아진다. 또한, 염기성의 바이오촤를 얻을 수 있다. 상기 열분해가 600℃ 초과에서 수행되는 경우에는 바이오촤의 수율이 낮아질 수 있고, 산성의 바이오촤를 얻을 수 있다.As described above, in the step (a), pyrolysis of the biomass may be performed during the step of increasing the temperature of the reactor and the isothermal maintaining step in which the temperature of the reactor is kept constant. The pyrolysis can be carried out at 400 to 600 ° C. When the pyrolysis is carried out at a temperature lower than 400 ° C., the pyrolysis is less likely to occur, so that the specific surface area and the carbon content of the produced biocide are lowered. In addition, a basic bio-gel can be obtained. When the pyrolysis is carried out at a temperature higher than 600 ° C., the yield of the biocide can be lowered and an acidic biocide can be obtained.
상기 비활성 기체는 구체적으로 1 내지 20 L/min로 공급될 수 있고, 더욱 구체적으로 3 내지 15 L/min 로 공급될 수 있다. 1 L/min 미만으로 반응 기체가 공급되면, 반응기 내에서 바이오매스가 균일하게 분포되지 않을 수 있고, 20 L/min 초과로 반응 기체가 공급되면 반응기 내에 투입되는 바이오매스가 유체의 흐름에 의하여 상기 반응기에서 열분해 반응이 일어나기도 전에 상기 반응기를 빠져나갈 수 있다. 본 명세서에서 유체의 유량은 20℃ 및 1기압의 정상상태 조건하에서 측정된 값이다. 즉 L/min은 더 정확하게는 NL/min로 표시될 수 있다. The inert gas may be specifically supplied at 1 to 20 L / min, more specifically 3 to 15 L / min. When the reaction gas is supplied at less than 1 L / min, the biomass may not be uniformly distributed in the reactor. When the reaction gas is supplied at a rate higher than 20 L / min, It is possible to exit the reactor before the pyrolysis reaction takes place in the reactor. In this specification, the flow rate of the fluid is a value measured under a steady state condition of 20 캜 and 1 atm. That is, L / min can be expressed more accurately as NL / min.
이때, 초기 반응기내에서 비활성기체 및/또는 반응기내에서 재공급되는 열분해 기체와 바이오매스간의 접촉시간(contact time)은 0.5초-1분, 일상적 운전에서는 1초-20초 그리고 최적 운전시는 1-5초 정도인 것이 바람직하다. 상기 접촉 시간이 0.5초 미만이면 바이오매스의 열분해가 충분하지 않고, 반대로 상기 접촉시간이 1분을 초과하면, 바이오촤의 수율 감소의 문제가 발생할 수 있다.In this case, the contact time between the pyrolysis gas and the biomass re-supplied in the inert gas and / or the reactor in the initial reactor is 0.5 to 1 min, 1 to 20 sec in the normal operation and 1 -5 seconds. If the contact time is less than 0.5 second, the pyrolysis of the biomass is not sufficient. On the other hand, if the contact time exceeds 1 minute, the yield of the biomass may be reduced.
상기 (b) 단계에서 바이오촤가 수집된다. 상기 (b) 단계에서 바이오촤를 수집하기 위하여, 상기 (b) 단계는 퇴적, 사이클론 등의 다양한 방법 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 선택되는 방법은 바이오촤의 제조 방법 또는 제조 장치에 의하여 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 (b) 단계는 사이클론을 사용할 수 있다. In step (b), the biofilm is collected. The step (b) may be performed by one or more methods selected from various methods such as deposition, cyclone, etc., but the present invention is not limited thereto. The method of selection may be varied depending on the manufacturing method or apparatus of the bio-cell. For example, the step (b) may use a cyclone.
본 구현예에 따른 바이오촤의 제조 방법은 상기 (b) 단계에서, 반응기 내에 비활성 기체를 빠른 속도로 흐르게 함으로써, 반응기 내에서 생산되어 퇴적된 바이오촤를 사이클론으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 상기 바이오촤의 제조 방법의 일 구현예는 반응기를 분리하거나, 정지시키는 등의 별도의 조작을 가하지 않고도 바이오촤를 수집할 수 있으므로 바이오촤를 연속 공정으로 제조할 수 있다. 그러므로, 상기 바이오촤의 제조 방법의 일 구현예는 바이오촤의 단위 시간 당 생산성이 높다. 상기 사이클론은 높은 유속, 예를 들어 약 40 L/min에서 평균 직경이 10μm 이상의 바이오촤를 수집할 수 있다. According to this embodiment, in step (b), an inert gas is allowed to flow through the reactor at a high speed, thereby transferring the biomass produced and deposited in the reactor to the cyclone. Therefore, one embodiment of the method of manufacturing the bio-vane can collect the bio-vial without any separate operation such as separating or stopping the reactor, and thus the bio-vial can be manufactured by a continuous process. Therefore, an embodiment of the method of manufacturing the bio-tie is high in productivity per unit time of the bio-tie. The cyclone is capable of collecting biofilms having an average diameter of at least 10 mu m at a high flow rate, for example, about 40 L / min.
상기 (a) 단계에서 생성된 열분해 기체는 상기 (a) 단계에 공급되는 열원으로 사용될 수 있다. 열분해 기체의 발열량은 5 x 106 J/Nm3 내지 10 x 106 J/Nm3의 범위에 있을 수 있으므로, 열분해 기체는 바이오매스를 열분해하는 열원으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 바이오촤의 제조 방법의 일 구현예는 반응기를 가열하는 가열기가 반응기 외부에 더 있는 바이오 촤의 제조 장치를 이용하여, 상기 가열기에 공급되는 열분해 기체를 원료로 가열기를 가열함으로써 수행될 수 있다. 상기 가열기를 가열하는 열원으로는 열분해 기체 이외에 프로판 등을 더 포함하는 연료가 사용될 수 있다. 상기 바이오촤의 제조 방법은 열분해 기체를 상기 (a) 단계에서의 열원으로 사용함으로써, 바이오촤를 제조하는데 필요한 비용을 낮출 수 있다. The pyrolysis gas produced in the step (a) may be used as a heat source supplied to the step (a). The calorific value of the pyrolysis gas is 5 x 10 6 J / Nm 3 To 10 x 10 < 6 > J / Nm < 3 >, the pyrolysis gas may be used as a heat source for pyrolyzing biomass. Specifically, one embodiment of the method for manufacturing the bio-bake is performed by heating a pyrolysis gas supplied to the heater as a raw material by using a device for manufacturing a bio-bell having a heater outside the reactor for heating the reactor . As the heat source for heating the heater, a fuel including propane or the like may be used in addition to the pyrolysis gas. The production method of the bio-bake can reduce the cost required for manufacturing bio-bake by using the pyrolysis gas as the heat source in the step (a).
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 바이오촤 제조 방법은 상기 (a) 단계에서 생성된 열분해 기체를 상기 반응기에 공급되는 상기 비활성 기체와 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 열분해 기체는 바이오매스와 반응하지 않을 정도로 충분히 비활성일 수 있으므로, 열분해시에 공급될 수 있다. 본 발명의 다른 구현예에 따르면, 비활성 기체에 열분해 기체를 혼합하여 (a) 단계에 공급함으로써, 바이오촤를 제조하는데 필요한 비용을 낮출 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the method may further include mixing the pyrolysis gas produced in the step (a) with the inert gas supplied to the reactor. The pyrolysis gas may be sufficiently inert to the extent that it does not react with the biomass, so it can be supplied upon pyrolysis. According to another embodiment of the present invention, by mixing the inert gas with a thermal decomposition gas and feeding it to the step (a), the cost required to manufacture the bio-chemical can be reduced.
본 구현예에 따른 바이오촤의 제조 방법에 따르면, 상기 반응기 내에 공급되는 상기 비활성 기체가 바이오매스에 열을 전달함으로써, 반응기 내에 쌓여진 바이오매스의 내부에까지 열을 전달할 수 있다. 따라서, 상기 바이오촤의 제조 방법은 반응기 내의 위치에 따라 바이오매스의 열분해가 일어나는 정도가 균일해질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 바이오촤의 제조 방법은 높은 비표면적을 갖는 바이오촤를 제공할 수 있다.According to this embodiment, the inert gas supplied into the reactor transfers heat to the biomass, thereby transferring heat to the inside of the biomass stacked in the reactor. Therefore, the biodegradable biomass can be uniformly pyrolyzed according to the location of the biomass in the reactor. Accordingly, the method of the present invention can provide a bio-coating having a high specific surface area.
본 발명의 다른 측면에 따른 바이오촤의 제조 장치는 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 반응기; 상기 반응기에 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관; 상기 반응기로부터 전달받은 상기 바이오촤, 상기 열분해 기체 및 상기 비활성 기체를 포함하는 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제1사이클론; 및 상기 제1사이클론을 통과한 상기 반응기로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제2사이클론을 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a bio-fuel, comprising: a reactor for producing biodegradable and pyrolytic gas by pyrolyzing biomass; An inert gas supply pipe for supplying an inert gas to the reactor; A first cyclone for collecting biomass from a fluid containing the bio-chemical, the pyrolysis gas and the inert gas transferred from the reactor; And a second cyclone for collecting biotopes from the fluid from the reactor that has passed through the first cyclone.
상기 반응기로부터 상기 제1사이클론으로 전달된 유체는 상기 반응기에서 생성된 바이오촤 및 열분해 기체를 포함하고, 상기 반응기에 공급되었던 비활성 기체를 포함한다. 상기 유체 내에 포함된 바이오촤의 일부는 상기 제1사이클론에 의하여 수집되고, 상기 유체의 나머지는 상기 제2사이클론으로 전달된다. 따라서, 상기 제1사이클론으로부터 상기 제2사이클론으로 전달되는 유체는 상기 반응기로부터 상기 제1사이클론으로 전달된 유체에서 상기 제1사이클론에서 수집된 바이오촤를 제외한 나머지이다. The fluid transferred from the reactor to the first cyclone includes an inert gas that has been supplied to the reactor, and includes a biodegradable and pyrolytic gas produced in the reactor. A portion of the biofilm contained in the fluid is collected by the first cyclone and the remainder of the fluid is delivered to the second cyclone. Thus, the fluid transferred from the first cyclone to the second cyclone is the remainder of the fluid transferred from the reactor to the first cyclone, excluding the bio-collected from the first cyclone.
상기 반응기는 상기 바이오매스를 공급하기 위한 원료 공급 개구부; 상기 비활성 기체를 공급하기 위한 비활성 기체 주입구; 및 상기 반응기 내에서 생성된 생성물을 배출하기 위한 생성물 배출구를 포함할 수 있다. 바이오촤의 원료로 사용되는 바이오매스는 상기 원료 공급 개구부를 통해 공급된다. 상기 비활성 기체 주입구는 비활성 기체 공급관과 연결되어 있고, 이를 통해 비활성 기체가 공급된다. 상기 생성물 배출구는 상기 제1사이클론에 연결되어 있고, 이를 통해 반응기로부터 활성탄, 열분해 기체 및 비활성 기체를 포함하는 유체가 상기 제1사이클론에 전달된다.The reactor comprising: a raw material supply opening for supplying the biomass; An inert gas inlet for supplying the inert gas; And a product outlet for discharging the product produced in the reactor. The biomass used as a raw material of the biofuel is supplied through the raw material supply opening. The inert gas inlet is connected to an inert gas supply line through which an inert gas is supplied. The product outlet is connected to the first cyclone, through which a fluid containing activated carbon, pyrolysis gas and inert gas is transferred from the reactor to the first cyclone.
상기 제1사이클론은 반응기로부터 전달받은 유체로부터 바이오촤를 수집할 수 있다. 상기 반응기에 비활성 기체가 공급됨으로써, 유체의 흐름이 발생하므로, 이러한 유체의 흐름으로 인하여 반응기로부터 제1사이클론으로 바이오촤가 전달될 수 있다. The first cyclone may collect biotopes from the fluid delivered from the reactor. By supplying an inert gas to the reactor, a flow of the fluid is generated, so that the biofilm can be transferred from the reactor to the first cyclone due to the flow of the fluid.
상기 제2사이클론은 제1사이클론을 통과한 반응기로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집할 수 있다. 상기 반응기 내에서 열분해가 일어나면, 바이오촤는 반응기 내에 퇴적될 수 있다. 이 때, 비활성 기체를 빠르게 공급함으로써 반응기 내에 퇴적된 바이오촤를 제2사이클론으로 전달할 수 있고, 상기 제2사이클론이 바이오촤를 수집한다. 구체적으로, 반응기에서 열분해 반응이 종료된 후 비활성 기체를 30 L/min 이상으로 공급하면, 상기 비활성 기체를 통해 반응기 내에 퇴적되어 있던 바이오촤가 제1사이클론을 거쳐 제2사이클론까지 전달될 수 있다. 상기 제2사이클론에 전달된 바이오촤는 제2사이클론에서 수집될 수 있다. 제1사이클론 및 제2사이클론을 통해 반응기 내에 퇴적되어 있던 바이오촤를 수집함으로써, 반응기를 냉각시키거나 별도의 조작을 하지 않고도 바이오촤를 수집할 수 있으므로, 연속 공정으로 바이오촤를 제조할 수 있다. The second cyclone is capable of collecting biooxidant from the fluid from the reactor that has passed through the first cyclone. When pyrolysis occurs in the reactor, the biofilm can be deposited in the reactor. At this time, by supplying the inert gas at a rapid rate, it is possible to transfer the biomass deposited in the reactor to the second cyclone, and the second cyclone collects the bio-catalyst. Specifically, when the inert gas is supplied at a rate of 30 L / min or more after the completion of the pyrolysis reaction in the reactor, the bio-fuel accumulated in the reactor through the inert gas can be transferred to the second cyclone via the first cyclone. The bio-ves transferred to the second cyclone can be collected in the second cyclone. By collecting the biomass accumulated in the reactor through the first cyclone and the second cyclone, the biomass can be collected without cooling or otherwise operating the reactor, so that the biomass can be produced in a continuous process.
본 발명의 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 가열기를 더 포함할 수 있다. 상기 가열기의 온도를 변화시킴으로써 반응기의 온도를 변화시킬 수 있다. 가열기 내에 연료가 공급될 수 있고, 공급된 연료를 연소시킴으로써 발생한 열을 이용하여 반응기의 온도를 증가시킬 수 있다. 가열기 내에 공급되는 연료는 프로판 등의 탄화수소 기체일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 가열기 내에 공급되는 연료에 반응기로부터 얻어진 열분해 기체가 더 혼합될 수 있다. 열분해 기체가 연료에 더 혼합되는 경우, 상기 가열기는 제1 열분해 기체 공급관와 연결될 수 있다.The apparatus for manufacturing a biofuel according to another embodiment of the present invention may further include a heater. The temperature of the reactor can be changed by changing the temperature of the heater. The fuel can be supplied in the heater, and the temperature generated by burning the supplied fuel can be used to increase the temperature of the reactor. The fuel supplied to the heater may be a hydrocarbon gas such as propane, but is not limited thereto. The pyrolysis gas obtained from the reactor may be further mixed with the fuel supplied into the heater. When the pyrolysis gas is further mixed with the fuel, the heater may be connected to the first pyrolysis gas supply pipe.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 상기 비활성 기체 공급관 및 제2사이클론에 함께 연결되어 있는 제2 열분해 기체 공급관을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 열분해 기체 공급관을 통하여 반응기로부터의 열분해 기체를 다시 반응기로 공급할 수 있다. 열분해 기체가 반응기로 다시 공급되는 경우, 열분해 기체는 밸브를 포함하는 제2 열분해 기체 공급관 또는 블로어(blower)를 포함하는 제2 열분해 기체 공급관을 통해 반응기로 공급될 수 있다.The apparatus for producing bio-fuel according to another embodiment of the present invention may further include a second pyrolysis gas supply pipe connected to the inert gas supply pipe and the second cyclone. The pyrolysis gas from the reactor can be supplied to the reactor through the second pyrolysis gas supply pipe. When the pyrolysis gas is supplied back to the reactor, the pyrolysis gas may be supplied to the reactor through a second pyrolysis gas supply pipe including a valve or a second pyrolysis gas supply pipe including a blower.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 사일로를 더 포함할 수 있다. 사일로는 반응기에 공급될 바이오매스를 저장할 수 있다. 사일로는 반응기의 상류에 위치할 수 있으며, 반응기에 연결될 수 있다. 구체적으로 사일로는 반응기의 원료 공급 개구부를 통해 반응기에 연결될 수 있다. The apparatus for manufacturing a biofuel according to another embodiment of the present invention may further include a silo. The silos can store the biomass to be fed into the reactor. The silo can be located upstream of the reactor and can be connected to the reactor. Specifically, the silo can be connected to the reactor through the feed opening of the reactor.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 피더를 더 포함할 수 있다. 피더에 캐리어 기체가 공급됨으로써, 유체의 흐름이 생길 수 있고, 상기 유체의 흐름을 통하여 바이오매스가 반응기로 전달될 수 있다. 구체적으로 피더는 스크류 피더일 수 있다. 바이오촤의 제조 장치가 사일로를 더 포함하는 경우, 피더를 통해 공급되는 캐리어 기체가 사일로의 바이오매스를 반응기에 전달할 수 있다. 상기 캐리어 기체는 비활성기체이다.The apparatus for manufacturing a biofuel according to another embodiment of the present invention may further include a feeder. By supplying the carrier gas to the feeder, a flow of fluid can be generated, and the biomass can be transferred to the reactor through the flow of the fluid. Specifically, the feeder may be a screw feeder. When the production apparatus of the bio-fuel further includes a silo, the carrier gas fed through the feeder can transfer the biomass of the silo to the reactor. The carrier gas is an inert gas.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 수냉 응축기를 더 포함할 수 있다. 상기 수냉 응축기는 제2사이클론에 연결되어 있을 수 있다. 반응기로부터 전달된 열분해 기체를 냉각시킴으로써, 상기 열분해 기체 내의 끓는점이 높은 바이오 오일을 응축할 수 있다. 수냉 응축기는 2개 이상이 직렬로 연결되어 있을 수 있다. The apparatus for manufacturing a biofuel according to another embodiment of the present invention may further include a water-cooled condenser. The water-cooled condenser may be connected to the second cyclone. By cooling the pyrolysis gas transferred from the reactor, the bio-oil having a high boiling point in the pyrolysis gas can be condensed. Two or more water cooled condensers may be connected in series.
본 발명의 또 다른 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치는 예비 가열기를 더 포함할 수 있다. 상기 예비 가열기는 비활성 기체 공급관을 통과하는 비활성 기체를 가열함으로써, 반응기에 공급되는 비활성 기체의 온도를 반응기 내부의 온도 정도로 증가시켜 공급할 수 있다. The apparatus for manufacturing a biofuel according to another embodiment of the present invention may further include a preheater. The preheater can supply the inert gas to the reactor by increasing the temperature of the inert gas supplied to the reactor to about the temperature inside the reactor by heating the inert gas passing through the inert gas supply pipe.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 이는 오직 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 참조에 의하여 제한되는 것을 의미하지 않음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that this is for the purpose of illustrating the invention only and that the scope of the invention is not limited by these references.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 바이오촤의 제조 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of a bio-cell manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 바이오촤의 제조 방법은 반응기(1) 내에 비활성 기체를 공급하면서 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 단계; 및 (b) 상기 바이오촤를 수집하는 단계;를 포함하고, 상기 (a) 단계에서, 상기 비활성 기체에 의해 상기 바이오매스에 열이 전달됨으로써 바이오매스가 열분해 되고, 상기 (b) 단계는 사이클론(3, 4)을 이용하여 연속 공정으로 수행된다.A method for producing a biofuel according to an aspect of the present invention includes the steps of: producing a biofuel and a pyrolysis gas by pyrolyzing a biomass while supplying an inert gas into the reactor; And (b) collecting the biomass. In the step (a), heat is transferred to the biomass by the inert gas to pyrolyze the biomass, and the step (b) 3, 4).
비활성 기체는 반응기에 도입되기 이전에 별도의 가열 수단(15)에 의하여 가열될 수 있다. 그 다음, 상기 가열된 비활성 기체를 상기 반응기(1)에 도입할 수 있다. The inert gas may be heated by a separate heating means (15) before it is introduced into the reactor. The heated inert gas can then be introduced into the reactor (1).
반응기(1) 내에 비활성 기체를 빠른 속도로 흐르게 함으로써, 반응기(1) 내에서 생산되어 퇴적된 바이오촤를 사이클론(3, 4)으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 이러한 방법으로 바이오촤를 수집하는 경우, 반응기(1)를 분리하거나, 정지시키는 등의 별도의 조작을 가하지 않고도 바이오촤를 수집할 수 있으므로 바이오촤를 연속 공정으로 제조할 수 있다. 그러므로 본 발명의 바이오촤의 제조 방법을 이용하면 생산성이 높아진다.By moving the inert gas into the reactor 1 at high speed, the bio-vats produced and deposited in the reactor 1 can be transferred to the cyclones 3, 4. Therefore, in the case of collecting the biofilm by this method, the biofilm can be collected without any additional operation such as separating or stopping the reactor 1, so that the biofilm can be produced in a continuous process. Therefore, productivity of the biofuel of the present invention is increased.
본 발명의 다른 측면에 따른 바이오촤의 제조 장치(30)는 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤 및 열분해 기체를 생성하는 반응기(1); 상기 반응기(1)에 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관(2); 상기 반응기(1)로부터 전달받은 상기 바이오촤, 상기 열분해 기체 및 상기 비활성 기체를 포함하는 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제1사이클론(3); 및 제1사이클론(3)을 통과한 반응기(1)로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제2사이클론(4)을 포함한다.Another aspect of the present invention is an apparatus (30) for producing bio-fumes, comprising: a reactor (1) for producing bio-fumes and pyrolysis gases by pyrolyzing biomass; An inert gas supply pipe (2) for supplying an inert gas to the reactor (1); A first cyclone (3) for collecting biomass from a fluid containing the bio-fuel, the pyrolysis gas and the inert gas received from the reactor (1); And a second cyclone (4) for collecting biotope from the fluid from the reactor (1) which has passed through the first cyclone (3).
상기 반응기(1)는 상기 바이오매스를 공급하기 위한 원료 공급 개구부(5); 상기 비활성 기체를 공급하기 위한 비활성 기체 주입구(6); 및 상기 반응기(1) 내에서 생성된 생성물을 배출하기 위한 생성물 배출구(7)를 포함할 수 있다. 상기 비활성 기체 주입구(6)는 비활성 기체 공급관(2)과 연결되어 있고, 이를 통해 비활성 기체가 반응기(1)에 공급된다. 상기 생성물 배출구(7)는 상기 제1사이클론(3)에 연결되어 있고, 이를 통해 반응기(1)로부터 유체가 상기 제1사이클론(3)에 전달된다.The reactor (1) comprises a raw material supply opening (5) for supplying the biomass; An inert gas inlet (6) for supplying the inert gas; And a product outlet 7 for discharging the product produced in the reactor 1. The inert gas inlet (6) is connected to an inert gas supply line (2) through which an inert gas is supplied to the reactor (1). The product outlet 7 is connected to the first cyclone 3 through which the fluid is transferred to the first cyclone 3 from the reactor 1.
상기 반응기(1)에 비활성 기체가 공급됨으로써, 유체의 흐름이 발생하므로, 이러한 유체의 흐름으로 인하여 반응기에서 생성되는 바이오촤의 일부가 제1사이클론(3)으로 전달된다. 상기 제2사이클론(4)은 제1사이클론(3)을 통과한 반응기(1)로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집할 수 있다. 상기 반응기(1) 내에서 열분해가 일어나면, 바이오촤가 반응기(1) 내에 퇴적되는데, 열분해 반응이 종료된 후 비활성 기체를 빠르게 공급함으로써 반응기(1) 내에 퇴적된 바이오촤를 제1사이클론(3)을 거쳐 제2사이클론(4)까지 전달할 수 있다. 따라서 제1사이클론(3)에서 수집되지 않은 바이오촤는 상기 제2사이클론에서 수집될 수 있다.A portion of the biofilm generated in the reactor is transferred to the first cyclone 3 due to the flow of the fluid due to the supply of the inert gas to the reactor 1. The second cyclone 4 is capable of collecting biotopes from the fluid from the reactor 1 which has passed through the first cyclone 3. When pyrolysis occurs in the reactor 1, the biofilm is deposited in the reactor 1. After the pyrolysis reaction is completed, the inert gas is rapidly supplied to the first cyclone 3 in the reactor 1, To the second cyclone (4). Therefore, the bio-ves not collected in the first cyclone 3 can be collected in the second cyclone.
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 가열기(8)를 더 포함할 수 있다. 상기 가열기(8) 내에 연료가 공급될 수 있고, 공급된 연료를 연소시킴으로써 발생한 열을 이용하여 반응기(1)의 온도를 증가시킬 수 있다. 가열기(8) 내에 공급되는 연료에 반응기(1)로부터 얻어진 열분해 기체가 더 혼합될 수 있다. 열분해 기체가 연료에 더 혼합되는 경우, 상기 가열기(8)는 제1 열분해 기체 공급관(20)을 통해 연결될 수 있다.The
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 상기 비활성 기체 공급관(2) 및 제2사이클론(4)에 함께 연결되어 있는 제2 열분해 기체 공급관(9)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 열분해 기체 공급관 (9)을 통하여 반응기(1)로부터의 열분해 기체를 다시 반응기(1)로 공급할 수 있다. 열분해 기체가 반응기(1)로 다시 공급되는 경우, 열분해 기체는 밸브를 포함하는 제2 열분해 기체 공급관(9) 또는 블로어(blower)(14)를 포함하는 제2 열분해 기체 공급관(9)을 통해 반응기(1)로 공급될 수 있다.The
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 사일로(10)를 더 포함할 수 있다. 사일로(10)는 반응기(1)의 상류에 위치할 수 있으며, 반응기(1)에 연결될 수 있다. 구체적으로 사일로(10)는 반응기(1)의 원료 공급 개구부(5)를 통해 연결될 수 있다. The
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 피더(11)를 더 포함할 수 있다. 피더(11)에 캐리어 기체가 공급됨으로써 유체의 흐름이 생길 수 있고, 상기 유체의 흐름을 통하여 바이오매스가 반응기(1)로 전달될 수 있다. 구체적으로 피더(11)는 스크류 피더(12)일 수 있다. 바이오촤의 제조 장치(30)가 사일로(10)를 더 포함하는 경우, 피더(11)를 통해 공급되는 캐리어 기체가 사일로(10)의 바이오매스를 반응기(1)에 전달할 수 있다. 상기 캐리어 기체는 비활성기체이다.The
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 수냉 응축기(13)를 더 포함할 수 있다. 상기 수냉 응축기(13)는 제2사이클론(4)에 연결되어 있을 수 있다. 수냉 응축기(13)는 반응기(1)로부터 전달된 열분해 기체를 냉각시킴으로써 상기 열분해 기체 내의 끓는점이 높은 바이오 오일을 응축할 수 있다. 수냉 응축기(13)는 2개 이상이 직렬로 연결되어 있을 수 있다.The
상기 바이오촤의 제조 장치(30)는 예비 가열기(15)를 더 포함할 수 있다. 상기 예비 가열기(15)는 비활성 기체 공급관(2)을 통과하는 비활성 기체를 가열함으로써, 반응기(1)에 공급되는 비활성 기체의 온도를 반응기 내부의 온도 정도로 증가시켜 공급할 수 있다. The
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오직 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것을 의미하지 않음은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for illustrating the present invention and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments.
실시예 1Example 1
도 1에 도시된 바이오촤의 제조 장치(30)을 이용하여 바이오촤를 다음과 같이 연속적으로 제조하였다.Using the
200g의 참나무 톱밥을 스크류 피더를 통해 반응기에 공급하였다. 반응기에 질소를 공급하면서 반응기를 가열하였다. 이 때, 상기 반응기에 질소를 10 L/min의 유량으로 공급하였고, 상기 반응기를 10 ℃/min로 가열하였다. 상기 반응기의 온도가 500℃가 될 때까지 50분간 가열한 후 20분간 500℃를 유지하였다. 이때, 초기 반응기내에서 질소 기체와 참나무 톱밥간의 접촉시간은 약 3초 이었다.200 g of oak sawdust was fed to the reactor via a screw feeder. The reactor was heated while supplying nitrogen to the reactor. At this time, nitrogen was supplied to the reactor at a flow rate of 10 L / min, and the reactor was heated at 10 ° C / min. The reactor was heated for 50 minutes until the temperature of the reactor reached 500 DEG C, and then maintained at 500 DEG C for 20 minutes. At this time, the contact time between the nitrogen gas and the oak sawdust in the initial reactor was about 3 seconds.
반응이 끝난 후 수집된 바이오촤는 56g이었고, 수율은 28%였다. 상기 바이오촤의 비표면적은 107 m2/g이었다. 상기 바이오촤의 미세 기공의 부피는 약 0.0491 cm3/g, 메조 기공의 부피는 약 0.012 cm3/g, 전체 기공의 부피는 약 0.0501 cm3/g 이었다. 상기 바이오촤의 평균 직경은 약 1.87 nm이고, 탄소 함량은 약 80.9 wt%이었다.After the reaction, the collected biotope was 56 g, and the yield was 28%. The specific surface area of the biofuel was 107 m 2 / g. The volume of the micropores of the biofilm was about 0.0491 cm 3 / g, the volume of the mesopores was about 0.012 cm 3 / g, and the volume of the total pores was about 0.0501 cm 3 / g. The average diameter of the biofilm was about 1.87 nm and the carbon content was about 80.9 wt%.
실시예 2Example 2
도 1에 도시된 바이오촤의 제조 장치(30)을 이용하여 바이오촤를 다음과 같이 연속적으로 제조하였다.Using the
200g의 참나무 톱밥을 스크류 피더를 통해 반응기에 공급하였다. 이어서 초기에 질소가 채워진 반응기의 10 ℃/min로 가열하여 온도를 높이고, 이 때 온도가 높아가면 생성된 열분해 가스에 의해 반응기내의 압력이 높아지면 여분의 가스는 반응시스템 외부로 유출시켜 반응기내의 압력을 안전하게 유지하였다. 반응기는 이제 열분해 생성 가스로만 채워져서 바이오촤가 생성된다. 이 때 열분해 기체의 유량은 10 L/min로 하였다. 상기 반응기의 온도가 500℃가 될 때까지 50분간 가열한 후 20분간 500℃를 유지하였다. 이때, 초기 반응기내에서 열분해 기체와 참나무 톱밥간의 접촉시간은 약 3초이었다.200 g of oak sawdust was fed to the reactor via a screw feeder. Subsequently, the temperature is increased by heating at a rate of 10 ° C / min in a reactor filled with nitrogen initially, and when the temperature is increased at this time, when the pressure in the reactor is increased by the generated pyrolysis gas, the excess gas flows out of the reaction system, Lt; / RTI > The reactor is now only filled with the pyrolysis gas to produce the bio-fuel. At this time, the flow rate of the pyrolysis gas was set to 10 L / min. The reactor was heated for 50 minutes until the temperature of the reactor reached 500 DEG C, and then maintained at 500 DEG C for 20 minutes. At this time, the contact time between the pyrolysis gas and the oak sawdust in the initial reactor was about 3 seconds.
반응이 끝난 후 수집된 바이오촤는 50 g 이었고, 수율은 25 %였다. 상기 바이오촤의 비표면적은 약 15 m2/g이었다. 탄소 함량은 약 85 wt%이었다. 본 실시예에 따르면 고가의 질소가스를 절약할 수 있으며 열분해 기체의 열에너지를 재활용할 수 있는 장점이 있다.After the reaction was completed, the biooxidant collected was 50 g and the yield was 25%. The specific surface area of the biofuel was about 15 m 2 / g. The carbon content was about 85 wt%. According to the present embodiment, it is possible to save expensive nitrogen gas and to recycle the thermal energy of the pyrolysis gas.
비교예 1Comparative Example 1
경목재(hardwood)를 Catherine E. Brewer et al., Characterization of Biochar from Fast Pyrolysis and Gasification, Environmental Progress & Sustainable Energy (Vol.28, No.3) 386-396에 기재된 구조를 갖는 열분해 반응기에서 이 논문에 개시된 조건하에서 저속 열분해하였다. 이때, 반응기에 질소를 유입하면서 15 ℃/min 속도로 500℃까지 가열하였다.In a thermal cracking reactor having the structure described in Catherine E. Brewer et al., Characterization of Biochar from Fast Pyrolysis and Gasification, Environmental Progress & Sustainable Energy (Vol. 28, No. 3) 386-396, Lt; / RTI > At this time, the reactor was heated to 500 DEG C at a rate of 15 DEG C / min while introducing nitrogen into the reactor.
그 후, 반응기로부터 바이오촤를 수집하였다. 상기 수집된 바이오촤의 비표면적은 약 19.7 m2/g 이었고 탄소 함량은 약 63.8wt% 였다.Thereafter, the biofilm was collected from the reactor. The specific surface area of the collected biotite was about 19.7 m 2 / g and the carbon content was about 63.8 wt%.
비교예2Comparative Example 2
1dm3 크기로 분쇄된 소나무 250g을 W. Kwapinski et al., Biochar from Biomass and Waste, Waste Biomass Valor (2010) 1:177-89에 기재된 구조를 갖는 열분해 반응기에서 반응기 내에 추가의 질소도 공급하지 않고 무산소하에서 500℃까지 온도를 높인 후 10분 동안 가열하였다. 이때, 초기 반응기내에서 소나무 조각과 반응기체의 접촉시간은 약 4-6 초이라고 생각할 수 있다.The pine 250g ground to a size 1dm 3 W. Kwapinski et al, Biochar from Biomass and Waste, Waste Biomass Valor (2010) 1:. , Without the supply of nitrogen is also added in the reactor in the pyrolysis reactor having a structure according to 177-89 The temperature was raised to 500 < 0 > C under anaerobic conditions and then heated for 10 minutes. In this case, the contact time between the pine chips and the reaction gas in the initial reactor may be considered to be about 4-6 seconds.
반응기로부터 바이오촤를 수집하였다. 바이오촤의 비표면적은 약 2 m2/g 이었고 탄소 함량은 약 81.4wt% 였다. Biotope was collected from the reactor. The specific surface area of biofuel was about 2 m 2 / g and the carbon content was about 81.4 wt%.
바이오촤Biofuel 물성 측정 Property measurement
바이오촤의 비표면적 SBET은 BET법(Brunauer-Emmett-Teller method)에 따른 물리 흡착 기체량을 측정함으로써, 고체의 외부 및 내부의 전비표면적을 측정하였다. 이때 한국산업표준 KS A 0094의 "기체흡착에 의한 분체(고체)의 비표면적 측정방법"에 따랐다.The specific surface area of biofilm S BET was determined by measuring the amount of physical adsorbed gas according to the BET method (Brunauer-Emmett-Teller method). At this time, it was followed by Korean Industrial Standard KS A 0094 "Method of measuring specific surface area of powder (solid) by gas adsorption".
바이오촤의 마이크로 기공의 부피 Vmicro 및 메조 기공의 부피 Vmeso는 문헌 Computations from nitrogen isotherms, J. Am. Chem. Soc. (1951), 73, 373-380을 참조하여 측정하였다. 여기서 Vmicro는 마이크로기공의 부피를 나타내고 Vmeso는 메조기공의 부피를 나타낸다. 여기서 마이크로기공은 기공 크기가 2 나노미터 이하인 범위의 기공을 나타내고, 메조기공은 기공 크기가 2 ~ 25 나노미터 범위의 기공을 나타낸다.바이오촤의 총 기공 부피 V의 Gurvich 측정법에 따라 측정하였다. Gurvich 측정법은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다. Gurvich 측정법에 관한 더욱 상세한 내용에 대해서는 예컨대 L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Russ. 47, 805, 및 또한 S. Lowell et al., characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, pages 111 이하를 참조할 수 있다.The volume V micro of the micropores of the biofilm and the volume V meso of the mesopores are described in Computations from nitrogen isotherms, J. Am. Chem. Soc. (1951), 73, 373-380. Where V micro is the volume of the micro pore and V meso is the volume of the mesopore. Here, the micropores represent pores having a pore size of 2 nanometers or less, and mesopores have pores having a pore size ranging from 2 to 25 nanometers. The total pore volume V of the biofilm was measured according to the Gurvich method. The Gurvich measurement is well known to those of ordinary skill in the art. For further details on Gurvich measurements see, for example, L. Gurvich (1915), J. Phys. Chem. Soc. Russ. 47, 805, and also S. Lowell et al., Characterization of Porous Solids and Powders: Surface Area Pore Size and Density, Kluwer Academic Publishers, Article Technology Series, pages 111 and below.
활성탄의 기공의 평균 직경은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 BJH(Barrett, Joyner and Halenda) 모델링 방법을 이용하여 측정하였다.The average diameter of the pores of the activated carbon was measured using a BJH (Barrett, Joyner and Halenda) modeling method well known to those skilled in the art.
탄소 함량은 원소분석 방법을 이용하여 측정하였다.The carbon content was measured using an elemental analysis method.
실시예 1, 2 및 비교예로 제조된 바이오촤의 비표면적, 미세 기공의 부피, 메조 기공의 부피, 총기공의 부피, 기공의 평균 직경, 탄소 함량은 표 1과 같다. Table 1 shows the specific surface area, volume of micropores, volume of mesopore, volume of total pores, average diameter of pores, and carbon content of the biofilm prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example.
(m2/g)S BET
(m 2 / g)
(cm3/g)V micro
(cm < 3 > / g)
(cm3/g)V meso
(cm < 3 > / g)
(cm3/g)V
(cm < 3 > / g)
표 1을 참조하면, 상기 바이오촤의 제조 방법의 일 구현예에 따른 실시예 1은 비교예 1 및 2보다 비표면적이 넓은 바이오촤를 제공한다. 즉, 상기 바이오촤의 제조 방법에 따른 질소 기체의 흐름에 의한 교반(agitation) 효과에 의하여 균질한 반응 조건을 유지할 수 있어서 종래의 바이오촤의 제조 방법에 의해 제조된 바이오촤보다 더 높은 비표면적을 갖는 바이오촤를 제공하기 적합함을 알 수 있다. 이와 같은 고비표면적의 바이오촤는 폐수 중금속의 흡착능이 증가하는 효과를 기대할 수 있다.Referring to Table 1, Example 1 according to an embodiment of the present invention provides a biomass having a larger specific surface area than Comparative Examples 1 and 2. That is, the homogenous reaction conditions can be maintained by the agitation effect of the flow of the nitrogen gas according to the production method of the bio-vesicle, so that the specific surface area is higher than that of the bio- It is preferable to provide a biofuel having a specific activity. Such a high surface area biomass can be expected to increase the adsorption capacity of heavy metals in wastewater.
또한, 상기 바이오촤의 제조 방법의 다른 구현예에 따른 실시예 2는 비교예 2보다 비표면적이 넓은 바이오촤 및 높은 탄소함량를 제공한다. 즉, 상기 바이오촤의 제조 방법은 질소 대신에 열분해 기체를 공급하면서 바이오매스를 열분해 하는 경우에도, 높은 비표면적 및 높은 탄소함량을 갖는 바이오촤를 제공함을 알 수 있다. 따라서, 상기 바이오촤의 제조 방법은 더 낮은 비용으로도 종래의 바이오촤의 제조 방법으로 제조된 바이오촤와 비교하여, 비표면적이 동등하거나 더 높을 수 있다. 이와 같은 높은 탄소함량의 바이오촤는 발전소 연료 및 제철 공정의 코크스로서 유리하다.In addition, Example 2 according to another embodiment of the method for producing the bio-bods has a larger specific surface area than that of Comparative Example 2 and provides a higher carbon content. That is, it can be seen that the method of producing the bio-fuel provides a bio-fuel having a high specific surface area and a high carbon content even when the pyrolysis gas is supplied instead of nitrogen and the biomass is pyrolyzed. Therefore, the method of producing the bio-nanoparticles may be equivalent to or higher in specific surface area than the bio-nanoparticles produced by the conventional method of manufacturing bio-nanoparticles at a lower cost. Such high carbon content biomass is beneficial as a coke for power plant fuels and steelmaking processes.
1: 반응기
2: 비활성 기체 공급관
3, 4: 제1 및 제2 사이클론
5: 원료 공급 개구부
6: 비활성 기체 주입구
7: 생성물 배출구
8: 가열기
9: 제2 열분해 기체 공급관
10: 사일로
11: 피더
12: 스크류 피더
20: 제1 열분해 기체 공급관
14: 블로어
30: 바이오촤의 제조 장치1: Reactor
2: inert gas supply pipe
3, 4: first and second cyclones
5: Feed opening
6: inert gas inlet
7: Product outlet
8: Heater
9: Second pyrolysis gas supply pipe
10: Silos
11: Feeder
12: screw feeder
20: First pyrolysis gas supply pipe
14: Blower
30: Manufacturing device of bio-촤
Claims (10)
(b) 상기 바이오촤를 수집하는 단계; 를 포함하고,
상기 (a) 단계에서, 상기 비활성 기체에 의해 상기 바이오매스에 열이 전달됨으로써 상기 바이오매스가 열분해 되고, 상기 (b) 단계는 사이클론을 이용하여 연속 공정으로 수행되는 바이오촤의 제조 방법.(a) generating biodegradable and pyrolytic gases by pyrolyzing biomass while supplying an inert gas in the reactor; And
(b) collecting the biofilm; Lt; / RTI >
In the step (a), heat is transferred to the biomass by the inert gas to pyrolyze the biomass, and the step (b) is performed in a continuous process using a cyclone.
상기 반응기에 비활성 기체를 공급하는 비활성 기체 공급관;
상기 반응기로부터 전달받은 상기 바이오촤, 상기 열분해 기체 및 상기 비활성 기체를 포함하는 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제1사이클론; 및
상기 제1사이클론을 통과한 상기 반응기로부터의 유체로부터 바이오촤를 수집하는 제2사이클론
을 포함하는 바이오촤의 제조 장치.A reactor for producing biofuel and pyrolysis gas by pyrolyzing biomass;
An inert gas supply pipe for supplying an inert gas to the reactor;
A first cyclone for collecting biomass from a fluid containing the bio-chemical, the pyrolysis gas and the inert gas transferred from the reactor; And
A second cyclone for collecting biotopes from the fluid from the reactor that has passed through the first cyclone;
Wherein the biodegradable polymer is a biodegradable polymer.
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