KR20170052163A - 고온 바이오-오일의 효율적인 냉각시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온 바이오-오일의 효율적인 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 300℃이상의 반응공정에서 배출되는 가스 상의 바이오오일을 효율적으로 냉각하여 저장 탱크에 저장하기 위한 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 구성은 외측에 냉각수가 유통되며, 일측에 상기 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일이 수직 방향으로 유동하여 냉각되도록 형성되는 제1 냉각장치(100); 외측에 냉각수가 유통되며, 상기 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 가스 상의 바이오오일이 내부의 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 순차적으로 통과하도록 형성되는 제2 냉각장치(200); 및 외측에 냉각수가 유통되며, 상기 제2 냉각장치(200)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일을 냉각시키도록 형성되는 다수의 냉각수단이 구비되는 제3 냉각장치(300); 를 포함하여 이루어진다.

Description

고온 바이오-오일의 효율적인 냉각시스템{HIGH EFFICIENCY COOLING SYSTEM FOR BIO-OIL PRODUCED AT HIGH TEMPERATURE}
본 발명은 고온 바이오-오일의 효율적인 냉각시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 300℃이상의 반응공정에서 배출되는 가스 상의 바이오오일을 효율적으로 냉각하여 저장 탱크에 저장하기 위한 고온 바이오 오일의 효율적인 냉각시스템에 관한 것이다.
기존 화석 연료를 주 에너지원으로 사용하면서 발생한 환경오염 문제와 에너지 자원 고갈 문제를 해결하기 위해 신재생에너지가 크게 주목받고 있다.
특히 최근 10년간은 식물을 비롯한 바이오매스(biomass)가 화석연료 중심의 기존 산업시설 및 장치 등에 직접 적용할 수 있는 대체에너지원으로 인식되면서 현재 빠른 속도로 기술개발이 이루어지고 있다.
바이오매스란 육상과 수상의 식물과 동물 및 미생물을 포함하는 지구상의 유기체 전부를 물질로 환산한 것을 가리키는 것으로, 목재, 곡물, 농업 임업 관련 부산물이나 하수처리장의 슬러지, 도시 고형폐기물 등의 유기성 물질 전체를 포함하는 개념이다. 생물계는 식물체를 근간으로 형성되며 식물체는 곧 화학결합 중에 태양에너지를 저장하는 탄소화합물이라고 할 수 있기 때문에 결국 바이오매스는 화석연료와 같이 탄소화합물로 이루어진 에너지 저장 물질이라고 할 수 있다. 따라서 바이오매스는 재생자원 중 유일하게 화석연료를 대신하여 에너지원으로서는 물론 화학공업 원료물질 공급원(chemical feedstock)으로서의 역할까지도 수행할 수 있는 자원이 된다.
바이오매스는 원료의 종류에 따라 분류되는데, 전분질계 바이오매스(곡류, 감자류 등), 목질계 바이오매스(목본, 초본, 볏집과 왕겨 등 농업 부산물), 당질계 바이오매스(사탕수수, 사탕무 등), 동물 단백질계 바이오매스(동물사체, 미생물 균체 등) 등으로 구분할 수 있다.
그 중에서 목질계 바이오매스 발생량은 국내의 경우 5백만톤 이상이며 말레이시아의 경우 팜오일 착유공장에서 발생하는 에너지작물 부산물(EFB)만 연간 2천만톤 정도로 비교적 안정적인 원료공급이 가능하기 때문에, 목질계 바이오매스를 이용하여 바이오원유를 생성하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
이와 관련된 기술이 한국등록특허 제0857247호("촉매 열분해에 의한 바이오오일의 생산 방법", 등록일 2008.09.05., 이하, 선행기술)에 개시되어 있으며, 상기 선행기술은 바이오매스의 열분해 시 생성되는 바이오오일을 보다 더 안정성 있고, 발열량이 높은 바이오오일로 개질하는 방법에 관한 것이다.
그러나, 상기 선행기술과 같은 기술로 생성된 바이오오일은 반응공정을 통해 배출될 때, 고온의 가스 상태로 배출된다. 이때, 가스 상의 바이오오일은 대기 중으로 날아가는 경우가 빈번히 발생한다.
따라서, 최근에는 이러한 가스 상의 바이오오일을 효율적으로 냉각시켜, 액체 상의 바이오오일을 생산할 수 있는 냉각시스템에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
한국등록특허 제0857247호("촉매 열분해에 의한 바이오오 일의 생산 방법", 등록일 2008.09.05.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 300℃이상의 반응공정에서 배출되는 가스 상의 바이오오일을 효율적으로 냉각하여 저장 탱크에 저장하기 위한 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템을 제공함에 있다.
본 발명은 고온의 가스 상으로 유입되는 바이오오일을 냉각하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템에 관한 것으로, 외측에 냉각수가 유통되도록 구비되며, 일측에 상기 가스 상의 바이오 오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일이 수직 방향으로 유동하여 냉각되도록 형성되는 제1 냉각장치(100); 외측에 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)가 구비되어, 상기 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 가스 상의 바이오 오일이 내부의 상기 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 순차적으로 통과하도록 형성되는 제2 냉각장치(200); 및 외측에 냉각수가 유통되며, 상기 제2 냉각장치(200)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일을 냉각시키도록 형성되는 다수의 냉각수단이 구비되는 제3 냉각장치(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 냉각장치(100)는 하부에서 상기 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 수직방향으로 유동되도록 형성되는 제1 수직냉각기(110); 및 하부가 상기 제1 수직냉각기(110)와 연결되며, 상기 제1 수직냉각기(110)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 수직방향으로 유동되도록 형성되는 제2 수직냉각기(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 냉각장치(200)는 내부에 상기 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 구획하도록 수직방향으로 형성되며, 하부에 가스 상의 바이오오일이 유통되도록 형성되는 격벽(203)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각튜브(210)는 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되는 부분에 구비되며, 상부에서 유입되는 바이오오일이 하부방향으로 유동되도록 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 수직방향으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각튜브(210)는 외부로부터 냉각수가 유입 또는 배출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각필터(220)는 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 냉각튜브(210)를 통과한 가스 상의 바이오오일이 유출되는 부분에 위치하며, 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템은 상기 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 또는 제3 냉각장치(300) 중 적어도 하나 이상 연결되어, 냉각된 액체 상의 바이오오일이 저장되는 저장조(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템에 의하면, 300℃이상의 반응공정에서 배출되는 가스 상의 바이오오일을 효율적으로 냉각하여 저장 탱크에 저장할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템의 전체 개념도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도1은 본 발명에 따른 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템의 전체 개념도이다.
도1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 고온 바이오오일의 냉각시스템은 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 및 제3 냉각장치(300)로 이루어진다. 또한, 상기 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 및 제3 냉각장치(300)는 적어도 하나 이상 저장조(400)와 연결되어 형성된다.
이러한 본 발명의 고온 바이오오일의 냉각시스템은 반응공정에서 배출되는 고온의 가스 상 바이오오일을 제1 냉각장치(100)를 통해 1차적으로 냉각하고, 상기 제1 냉각장치(100)를 통과한 가스 상의 바이오오일은 제2 냉각장치(200)로 유입된다. 상기 제2 냉각장치(200)는 상기 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 가스 상의 바이오오일을 냉각한다. 이때, 상기 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 바이오오일은 대부분 저분자 바이오오일과 수분으로 이루어진다. 상기 제2 냉각장치(200)를 통과한 가스 상의 바이오오일은 제3 냉각장치(300)로 유입된다. 상기 제3 냉각장치(300)는 다수의 냉각수단이 연결되어 이루어진다. 이러한 상기 제3 냉각장치(300)는 미량의 바이오오일을 냉각하여 포집한다. 또한, 본 발명의 고온 바이오오일 냉각시스템은 상기 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 및 제3 냉각장치(300) 중 적어도 하나 이상 저장조(400)와 연결되어, 액체 상의 바이오오일을 상기 저장조(400)에 저장한다.
본 발명의 제1 냉각장치(100)에 대해 설명하면, 상기 제1 냉각장치(100)는 제1 수직냉각기(110) 및 제2 수직냉각기(120)로 이루어진다.
제1 수직냉각기(110)는 반응공정을 통해 고온 가스 상의 바이오오일이 처음으로 유입되어 냉각하는 장치이다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 제1 수직냉각기(110)는 하부에 고온 가스 상의 바이오오일이 유입되며, 상부에 구비되는 제1 수직배관(111)을 통해 제2 수직냉각기(120)와 연결된다. 이러한 상기 제1 수직냉각기(110)는 유입되는 고온 가스 상의 바이오 오일이 하부에서 상부로 유동된다. 또한, 상기 제1 수직냉각기(110)는 외측에 냉각수가 유통되어, 상기 고온 가스 상의 바이오 오일이 하부에서 상부로 이동할 때, 상기 고온 가스 상의 바이오오일을 냉각한다. 이때, 상기 가스 상의 바이오 오일은 고비점 물질이 포함한 저급 바이오-오일이다. 또한, 상기 제1 수직냉각기(110)는 유출구가 제2 수직냉각기(120)의 유입구보다 낮게 형성되어야 한다. 그 이유는 상기 제1 수직냉각기(110)에서 유출되는 가스 상의 바이오 오일이 상승기류를 타고 바로 제2 수직냉각기(120)로 유입시키기 위한 것이다. 또 다른 이유는 제1 수직냉각기(110)의 유출구가 제2 수직냉각기(120)의 유입구보다 낮게 형성됨으로써, 제1 수직배관(111)의 길이를 짧게 하여, 가스 상의 바이오오일을 제1 수직냉각기(110)에서 제2 수직냉각기(120)로 바로 유입시켜 냉각효율을 높이기 위한 것이다.
제2 수직냉각기(120)는 외측에 냉각수가 유통되며, 하부에 제1 수직배관(111)을 통해 상기 제1 수직냉각기(110)와 연결된다. 이로 인해 제2 수직냉각기(120)는 상기 제1 수직냉각기(110)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입된다. 또한, 상기 제2 수직냉각기(120)는 상부 에 제2 수직배관(121)이 구비되며, 제2 냉각장치(200)와 연결된다. 이때, 상기 제2 수직냉각기(120) 내부의 가스 상의 바이오오일은 상기 제2 수직배관(121)을 통해 제2 냉각장치(200)로 유입된다. 또한, 상기 제2 수직배관(121)은 가스 상의 바이오오일을 제2 냉각장치(200)로 좀 더 효율적으로 유동시키기 위해, 유동펌프(미도시)가 더 구비되기도 한다.
제2 냉각장치(200)는 외측에 냉각수가 유통되며, 상부 일측에서 제2 수직배관(121)을 통해 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되고, 상부 타측으로 이송배관(201)을 통해 가스 상의 바이오오일이 제3 냉각장치(300)로 이송된다. 또한, 상기 제2 냉각장치(200)는 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 가스 상의 바이오오일이 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 순차적으로 통과하도록 형성된다. 상기 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)는 제1 냉각장치(100)를 통과한 미량의 기상 바이오-오닐을 제3 냉각장치로 되도록 넘어 가지 않도록 냉각 및 포집을 더욱 확실하게 하기 위한 것이다.
또한, 상기 이송배관(201)은 가스 상의 바이오오일을 제3 냉각장치(300)로 유동시키게 한다.
또한, 상기 제2 냉각장치(200)는 내부에 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 구획하는 격벽(203)이 구비된다. 상기 격벽(203)은 제2 냉각장치(200) 내부에 수직방향으로 형성되며, 하부에 가스 상의 바이오오일이 유통되도록 형성된다. 즉, 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되는 부분에 냉각튜브(210)가 구비되며, 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 냉각튜브(210)를 통과한 가스 상의 바이오 오일이 유출되는 부분에 냉각필터(220)가 구비된다. 이때, 상기 냉각필터(220)는 가스 상의 바이오 오일이 유입되는 역 방향으로 구비되는데, 가스 흐름 방향이 역으로 되면, 가스가 쉽게 통과되지 않고 냉각필터(220)와 충분한 접촉에 의한 냉각 효율을 높일 수 있다.
냉각튜브(210)는 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되는 부분에 구비되며, 상부에서 유입되는 바이오오일이 하부방향으로 유동되도록 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 수직방향으로 다수개 형성된다. 이러한 냉각튜브(210)는 가스 상의 바이오오일이 상부에서 하부방향으로 이동할 때, 냉각할 수 있는 단면적을 최대한 넓게 하기 위한 것이다. 또한, 상기 냉각튜브(210)는 외부로부터 냉각수가 유입되어, 한바퀴 순환 후 외부로 배출된다.
냉각필터(220)는 상기 격벽(203)을 기준으로 상기 냉각튜브(210)를 통과한 가스 상의 바이오오일이 유출되는 부분에 위치하며, 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 형성된다. 또한, 상기 냉각필터(220)는 수분 및 저분자 가스 상을 쉽게 냉각 또는 포집할 수 있는 다공성인 울 또는 철 매쉬 형태로 이루어지거나, 흡착재 등이 충진되는 형태로 이루어지기도 한다.
이러한 구성의 제2 냉각장치(200)는 상부 일측에서 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되며, 유입된 가스 상의 바이오오일은 상부에서 하부방향으로 유동하여 상기 냉각튜브(210)를 통과한다. 이후, 상기 가스 상의 냉각튜브(210)를 제2 냉각장치(200)의 내부 바닥면과 격벽(203)사이를 통과하여, 상부방향으로 이동한다. 이때, 상기 가스 상의 바이오오일은 하부에서 상부방향으로 이동하여 상기 냉각필터(220)를 통과하고, 제3 냉각장치(300)로 배출된다.
제3 냉각장치(300)는 제2 냉각장치(200)로부터 유입되는 미량의 저분자 및 수분 물질을 최대한 냉각 및 포집하기 위한 장치이다.
상기 제3 냉각장치(300)는 도4에서 보는 바와 같이 제1 내지 제4 냉각수단(304)으로 이루어지기도 하지만, 경우에 따라 제1 냉각수단(301)으로 이루어질 수도 있다.
즉, 상기 제3 냉각장치(300)는 제2 냉각장치(200)로부터 유입되는 가스 상의 바이오오일을 분석하여 하나의 냉각수단만 사용할 수도 있고, 다수의 냉각수단을 사용할 수 도 있다.
상기 제1 내지 제4 냉각수단(304)은 외부에 냉각수가 유통되며, 제1 냉각수단(301)에서 제4 냉각수단(304)까지 순차적으로 연결되어 형성된다. 여기에는 다양한 형태의 충진제나 구조 형태가 도입될 수 있다.
본 발명의 고온 바이오오일의 냉각시스템은 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 및 제3 냉각장치(300) 중 적어도 하나 이상의 저장조(400)와 연결된다. 즉, 각 냉각장치에서 냉각되어 포집된 액상의 바이오오일을 상기 저장조(400)로 배출하여 저장한다. 또한, 상기 각 냉각장치와 저장조(400)를 연결하는 배출배관(410)은 각 냉각장치에서 배출되는 배출구에 배출밸브(411)가 각각 구비된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 제1 냉각장치
110 : 제1 수직냉각기
111 : 제1 수직배관
120 : 제2 수직냉각기
121 : 제2 수직배관
200 : 제2 냉각장치
201 : 이송배관
202 : 가스분석기
203 : 격벽
210 : 냉각튜브
220 : 냉각필터
300 : 제3 냉각장치
301 : 제1 냉각수단
302 : 제2 냉각수단
303 : 제3 냉각수단
304 : 제4 냉각수단
400 : 저장조
410 : 배출배관
411 : 배출밸브

Claims (7)

  1. 고온의 가스 상으로 유입되는 바이오오일을 냉각하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템에 있어서,
    외측에 냉각수가 유통되도록 구비되며, 일측에 상기 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일이 수직 방향으로 유동하여 냉각되도록 형성되는 제1 냉각장치(100);
    외측에 냉각수가 유통되며, 내부에 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)가 구비되어, 상기 제1 냉각장치(100)로부터 유입되는 가스 상의 바이오오일이 내부의 상기 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 순차적으로 통과하도록 형성되는 제2 냉각장치(200); 및
    외측에 냉각수가 유통되며, 상기 제2 냉각장치(200)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 상기 가스 상의 바이오오일을 냉각시키도록 형성되는 다수의 냉각수단이 구비되는 제3 냉각장치(300);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각장치(100)는
    하부에서 상기 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 수직방향으로 유동되도록 형성되는 제1 수직냉각기(110); 및
    하부에 상기 제1 수직냉각기(110)와 연결되며, 상기 제1 수직냉각기(110)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되어, 수직방향으로 유동되도록 형성되는 제2 수직냉각기(120);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각장치(200)는
    내부에 상기 냉각튜브(210) 및 냉각필터(220)를 구획하도록 수직방향으로 형성되며, 하부에 가스 상의 바이오오일이 유통되도록 형성되는 격벽(203)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉각튜브(210)는
    상기 격벽(203)을 기준으로 상기 제1 냉각장치(100)로부터 가스 상의 바이오오일이 유입되는 부분에 구비되며, 상부에서 유입되는 바이오오일이 하부방향으로 유동되도록 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 수직방향으로 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각튜브(210)는
    외부로부터 냉각수가 유입 또는 배출되는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 냉각필터(220)는
    상기 격벽(203)을 기준으로 상기 냉각튜브(210)를 통과한 가스 상의 바이오오일이 유출되는 부분에 위치하며, 상기 제2 냉각장치(200) 내부에 일정 높이 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 냉각장치(100), 제2 냉각장치(200) 또는 제3 냉각장치(300) 중 적어도 하나 이상 연결되어, 냉각된 액체 상의 바이오오일이 저장되는 저장조(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고온 바이오오일의 효율적인 냉각시스템.
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