KR20170089748A

KR20170089748A - 식물성 오일 부산물을 이용한 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20170089748A
Application number: KR1020160135304A
Authority: KR
Inventors: 전신성; 엄민섭; 김병권
Original assignee: 에스씨에코 주식회사
Priority date: 2016-01-27
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2017-08-04
Also published as: KR101931159B1

Abstract

본 발명은 식물성 오일을 생산하는 공정에서 발생하는 최종 부산물 및 잔사와 바이오매스를 이용하여 화력발전소 및 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로의 사용이 가능한 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 바이오매스 성형연료의 저위발열량 기준 약 4,000 kcal/kg보다 개선되어 석탄과 유사한 4,000 내지 6,000 kcal/kg의 고발열량을 가짐과 동시에 연소성이 우수한 화력발전소 및 제철소용 기능성 고발열량 바이오매스 성형연료 제조방법을 개시한다.
본 발명의 화력발전소 및 제철소용 기능성 고발열량 바이오매스 성형연료 제조방법은 바이오매스를 분쇄하는 단계, 바이오매스를 분쇄하는 단계 후에 식물성 오일 부산물을 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계, 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 분쇄된 상기 바이오매스와 식물성 오일 부산물을 가온교반하는 단계, 가온교반하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 바이오매스를 건조 및 안정화하는 단계, 그리고 건조 및 안정화하는 단계 후에 식물성 오일 부산물과 바이오매스를 압착성형하는 단계를 포함한다.

Description

식물성 오일 부산물을 이용한 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법 {Biomass molded fuel with high calorific value, apparatus and manufacturing method for thermoelectric power plant and steelworks using vegetable Oil generation by-product}

본 발명은 식물성 오일을 생산하는 공정에서 발생하는 최종 부산물 및 잔사와 바이오매스를 이용하여 화력발전소 및 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로의 사용이 가능한 고발열량 바이오매스 성형연료 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 바이오매스 성형연료의 저위발열량 기준 약 4,000 kcal/kg보다 개선되어 석탄과 유사한 4,000 내지 6,000 kcal/kg의 고발열량을 가짐과 동시에 연소성이 우수한 화력발전소 및 제철소용 기능성 고발열량 바이오매스 성형연료에 관한 것이다.

화력 발전소와 제철소는 전기 및 철강제품 생산을 위해 화석연료, 특히 석탄을 대규모로 사용하는 대표적인 온실가스 배출산업으로 1997년 도쿄의정서 및 2015년 파리협약 등 국제적인 온실가스 감축요구, 배출권 거래제 및 친환경 기업으로의 이미지 제고 등 청정개발체제(CDM, Clean development mechanism) 사업 수행을 위해 사용 중인 석탄의 일부를 태양광, 풍력, 소수력 및 바이오매스 에너지 등과 같은 다양한 신재생 에너지로 대체 중에 있으며 특히, 석탄과 같은 고형연료인 우드칩, 우드펠렛 등의 바이오매스를 활발하게 사용하고 있다. 화력 발전소는 바이오매스를 이용하여 전소 또는 석탄과 혼합하는 혼소발전을 통해 전력을 생산하고 있으며 제철소는 연료 대체 목적 외에도 고로 등 공정 내에서 산소를 제거하기 위한 환원제 또는 용강의 이동을 위한 레들카 등에서의 온도저하를 최소화하기 위한 승열제로 바이오매스를 사용하고 있다.

그러나 바이오매스의 경우 발열량은 3,500 내지 4,500 kcal/kg으로 석탄에 비해 63 내지 80% 수준임에도 불구하고 가격이 2배 이상 비싼 단점으로 연료 구입비 및 발열량 손실에 따른 경제적 부담이 가중되고 있다. 또한, 탄소함량은 약 45% 정도로 석탄 70% 이상에 비해 매우 낮은 수준이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근 바이오매스를 질소퍼지 후 약 200℃ 이상으로 가온하여 탄소함량 및 발열량을 향상시키는 반탄화 기술이 적용, 검토되고 있으나 설비투자 및 가열에 필요한 화석연료 등 경제성 문제는 여전히 남아있어 이에 대한 해결이 요구되고 있으며 다양한 동식물성 유지 및 오일을 열량개선을 위한 첨가제로 활용한 기술들이 연구, 개발되고 있는 실정이다.

바이오매스 연료의 경우 운반 및 취급의 편의성을 위해 펠렛, 브리켓 등의 형상으로 성형을 실시하고 있으며 이들 성형을 위해 건조, 혼합, 성형, 냉각 등의 단계를 거치는 것이 일반적인 성형과정이다. 바이오매스 연료 성형제조 시 강도유지를 위해 전분, 아교 및 당밀 등 다양한 부형재를 바인더로 사용하고 있으나 이들 바인더는 낮은 발열량으로 화석연료 대비 열량저하의 요인이 되고 있으며 과도한 리그닌 함량으로 성형을 위한 융점이 높아지고 롤러 및 익스트루더에 압출부하에 따른 마찰열이 자주 발생하여 장비의 수명단축과 화재의 위험이 증가하게 된다.

기존 바이오매스 성형연료의 경우 석탄과 달리 낮은 비중 및 분쇄도로 인해 화력발전소 및 제철소의 기존 석탄 미분기 내에서 석탄과의 균일한 분쇄가 어려워 보일러 내 부하요인으로 작용되는 문제점이 있으며 연료보관 및 운송 시 제품에서 발생되는 분진으로 인해 창고 및 부두 하역 시 민원이 빈번하게 발생되고 있다.

인도네시아 및 말레이시아 등 동남아 지역의 경우 팜, 코코넛, 커피 및 콩 등 식물성 오일을 생산하는 공정에서 발생되는 부산물과 잔사 등은 높은 발열량에도 불구하고 낮은 융점, 상온에서의 높은 점성과 고체상태를 유지하는 단점 등으로 인해 일반적인 취급이 어려워 대부분 폐기되거나 저부가가치 원료로 단순 재활용 되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 식물성 오일 부산물을 톱밥 또는 우드칩과 같은 바이오매스에 혼합 및 침적시켜 최종적으로 제품 성형성 및 장비수명을 연장시킴과 동시에 향상된 발열량으로 인해 화력발전소 및 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로 사용이 가능한 고발열량 바이오매스 성형연료, 그의 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 바이오매스를 분쇄하는 단계, 상기 바이오매스를 분쇄하는 단계 후에 식물성 오일 부산물을 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계, 상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 분쇄된 상기 바이오매스와 식물성 오일 부산물을 가온교반하는 단계, 상기 가온교반하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 건조 및 안정화하는 단계, 그리고 상기 건조 및 안정화하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 압착성형하는 단계를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법을 제공한다.

상기 바이오매스를 분쇄하는 단계는 상기 바이오 매스를 가루 또는 분말 형태로 제조하는 것이 바람직하다.

상기 바이오매스를 분쇄하는 단계 후에 분쇄된 상기 바이오매스의 일정한 크기 이하의 입자를 선별하고 동시에 이물질을 선별하는 입도 및 이물질 선별단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 분쇄 시 발생하는 분진을 회수하여 부원료로 활용하기 위한 분진 포집 및 재공급단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 바이오매스를 파쇄하는 단계, 상기 바이오매스를 파쇄하는 단계 후에 식물성 오일 부산물을 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계, 상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계, 상기 침적단계 후에 침적 후 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 건조 및 안정화하는 단계, 상기 건조 및 안정화하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물이 첨착된 상기 바이오매스를 분쇄하는 분쇄단계, 상기 분쇄단계 후에 상기 식물성 오일 부산물이 첨착된 바이오매스를 가온교반하는 단계, 그리고 상기 가온교반하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 압착성형하는 단계를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법을 제공한다.

상기 바이오매스를 파쇄하는 단계는 상기 바이오매스를 일정한 크기의 우드칩 또는 핀칩으로 제조하는 것이 바람직하다.

상기 바이오매스를 파쇄하는 단계 후에 파쇄된 상기 바이오매스의 일정한 크기의 우드칩 또는 핀칩을 선별하고 동시에 이물질을 선별하는 입도 및 이물질 선별단계를 포함할 수 있다.

상기 분쇄단계 후에 파쇄 및 분쇄 시 발생하는 분진을 회수하여 부원료로 활용하기 위한 분진 포집 및 재공급단계를 포함할 수 있다.

상기 가온교반하는 단계에서 상기 식물성 오일 부산물이 침적된 바이오매스와 비침적된 바이오매스를 혼합하는 혼합단계를 포함할 수 있다.

상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계에서 상기 식물성 오일 부산물의 온도가 40 내지 100℃의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계에서 침적시간이 1 내지 60분의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가온교반하는 단계에서 가온교반기의 내부 온도가 40 내지 80℃의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 가온교반하는 단계에서 교반시간이 10 내지 60분의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 건조 및 안정화하는 단계에서 건조 및 안정화 반응기의 내부 온도가 80 내지 120℃의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 건조 및 안정화하는 단계에서 건조 및 안정화하는 시간이 30 내지 120분의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 압착성형하는 단계에서는 상기 바이오매스와 상기 식물성 오일 부산물을 압착하는 단계, 상기 압착하는 단계 후에 급속 냉각을 통해 모양을 유지시키고 동시에 강도를 향상시키는 성형유지단계를 포함할 수 있다.

상기 압착하는 단계에서 발생되는 마찰열이 상기 성형유지단계에 있는 성형 연료로 전달되는 것을 차단하는 열차단 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 압착하는 단계는 압착 시 온도가 80 내지 120℃의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성형유지단계는 온도를 0 내지 40℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하다.

상기 식물성 오일 부산물은 성형을 위한 바인더와 발열량 보조제인 것을 특징으로 한다.

상기 식물성 오일 부산물은 저위발열량 기준 4,500 내지 9,900 kcal/kg의 범위의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 식물성 오일 부산물은 팜 슬러지, PAO(Palm Acid Oil), 코코넛 오일 부산물, 대두박, 올리브 오일 부산물, 카놀라 오일 부산물 또는 커피 부산물 중의 적어도 하나 이상을 선택하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성형연료는 상기 식물성 오일 부산물의 함량이 1 내지 30중량%의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성형연료는 수분함량이 1 내지 10중량%의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 성형연료는 저위발열량 기준 4,000 내지 6,000kcal/kg의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 바이오매스를 분쇄하는 분쇄기, 상기 분쇄기에서 분쇄된 바이오매스의 입도를 선별하는 입도선별기, 상기 입도선별기에서 선별된 바이오매스와 식물성 오일 부산물을 공급받아 혼합하는 가온교반기, 상기 가온교반기에서 바이오매스에 혼합된 식물성 오일 부산물을 건조 및 안정화시키는 건조 및 안정화 반응기, 그리고 상기 건조 및 안정화 반응기에서 건조 및 안정화되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착성형하는 압착성형기를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 바이오매스를 파쇄하는 파쇄기, 상기 파쇄기에서 파쇄된 우드칩 또는 핀칩 형태의 바이오매스 입도를 선별하는 입도선별기, 상기 입도선별기에서 선별된 바이오매스에 식물성 오일 부산물을 첨착시키는 침적반응기, 상기 침적반응기에서 바이오매스에 첨착된 식물성 오일 부산물을 건조 및 안정화시키는 건조 및 안정화 반응기, 상기 건조 및 안정화 반응기에서 건조 및 안정화되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 분쇄하는 분쇄기, 상기 분쇄기에서 분쇄되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 혼합시키는 가온교반기, 그리고 상기 가온교반기에서 혼합된 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착성형하는 압착성형기를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치를 제공하는데 있다.

상기 압착성형기는 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착하는 압착부, 상기 압착부를 통과한 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 급속냉각시켜 모양을 유지하고 강도를 증대시키는 성형유지부를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 압착성형기는 열차단부를 더 포함하며,

상기 열차단부는 상기 압착부와 성형유지부 사이에 배치되어 상기 압착부에서 발생한 마찰열이 상기 성형유지부로 전달되는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은 저위발열량 기준 4,500 내지 9,900 kcal/kg의 범위의 식물성 오일 부산물을 바이오매스에 1 내지 30중량%의 범위로 혼합, 성형함에 따라 4,000 내지 6,000 kcal/kg 범위의 석탄과 유사한 화력발전소 및 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로 사용이 가능한 고발열량 바이오매스 성형연료를 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 성형연료 제조 시 제품의 강도유지를 위한 바인더로 식물성 오일 부산물의 고발열량, 상온에서의 높은 점도 및 점결특성을 활용함에 따라 성형연료의 강도, 형상유지와 함께 상기 기술한 바와 같이 연료의 발열량도 동시에 향상시킬 수 있다. 또한 리그닌에 비해 융점이 낮은 식물성 오일 부산물의 특성을 활용함에 압출성형 시 낮은 온도에서도 제품성형이 가능하여 운전비의 절감이 가능하다.

이와 같은 본 발명은 성형연료 제조 시 식물성 오일 부산물의 유지성분으로 인해 성형제품의 표면 마찰력을 감소시켜 롤러 및 익스트루더 압출부하 및 마찰열을 감소시켜 장비의 수명단축 및 화재발생의 위험을 감소시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은 식물성 오일 부산물의 낮은 융점으로 인해 화력발전소 및 제철소의 기존 석탄 미분기의 고온조건에서 고발열량 바이오매스 성형연료의 강도가 스스로 약화되어 분쇄 및 연소에 유리한 크기로 작아짐에 따라 기존 보일러의 부하 및 분쇄도 저하의 문제를 해결할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 식물성 오일 부산물이 침적된 바이오매스 성형연료는 기존의 일반 바이오매스 성형연료에 비해 강도 및 비중이 높아져 분진 비산 등에 따른 환경문제 등 민원발생을 최소화 시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은 바인더 및 열량 보조제인 식물성 오일 부산물과 분쇄된 바이오매스를 압출성형 전 가온교반, 건조 및 안정화 공정을 사전에 적용함에 따라 압착성형 시 바인더 및 원료 혼합불량에 따른 문제점을 해결할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 식물성 오일 부산물의 휘발분과 악취성분을 전처리 단계인 가온교반, 건조 및 안정화 공정에서 사전 제거함과 동시에 식물성 오일 부산물의 유지성분이 바이오매스에 고르게 혼합침적되어 코팅됨에 따라 성형연료 보관 시 수분 재흡습과 자연발화의 위험을 최소화 시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은 성형연료의 형상을 압축을 통해 구현하는 압착부, 마찰열 전달을 차단하기 위한 열차단부와 급속냉각을 위한 성형유지부를 포함하는 일원화된 압착성형 단계를 적용함에 따라 식물성 오일 부산물의 유지성분과 바이오매스가 급격한 마찰열 상승 및 압력강하에 의해 발생되는 팝핑현상을 해결함과 동시에 냉각기의 냉각부하 저감을 가능하게 하여 성형연료의 강도강화, 광택유지 및 운전비 절감을 가능케 한다.

이와 같은 본 발명은 바이오매스 분쇄 및 입도선별단계에서 포집된 분진을 압착성형 시 리그닌 원으로 재활용함에 따라 제품원료의 손실을 방지하여 생산비 절감을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 전 분쇄형 전체 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 후 분쇄형 전체 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 압착부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 전 분쇄형 제품생산 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 후 분쇄형 제품생산 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시예를 설명하기 위해 압착성형기의 주요 구성을 도시한 구성도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하기로 한다.

도 1과 2는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 순서도로, 식물성 오일 부산물을 이용한 화력발전소 및 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로 사용이 가능한 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법을 도시하고 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 도 1과 2의 압착성형 단계(S5)에 대한 세부 구조도를 도시하고 있다.

도 4와 5는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위해 고발열량 바이오매스 성형연료를 생산하는 과정을 설명하기 위한 제품생산 공정도이다.

본 발명의 실시 예의 바이오매스를 사전에 분말화시켜 식물성 오일 부산물과 가온교반하여 고발열량 바이오매스 성형연료를 제조하는 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 바이오매스를 분쇄하는 단계(S1), 분쇄된 바이오매스의 이물질을 선별하고 입도를 조절하는 단계(S2), 공급된 식물성 오일 부산물과 입도조절된 바이오매스 분쇄물의 혼합을 위해 가온 교반하는 단계(S3), 식물성 오일 부산물과 바이오매스 혼합물의 수분조절 및 안정화를 위한 건조 및 안정화 단계(S4), 연료제품 성형을 위한 압착성형 단계(S5), 최종 제품을 포장하는 포장단계(S6), 식물성 오일 부산물을 공정에 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계(S7), 그리고 바이오매스 분쇄단계(S1)에서 발생된 분진을 회수하여 부원료로 활용하기 위한 분진포집 및 재공급 단계(S8)을 포함한다.

바이오매스를 분쇄하는 단계(S1)는 임야에서 간벌 및 벌목한 원목 또는 가공된 우드칩 등을 대상으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 분쇄기(1, Mill)를 이용하여 톱밥 또는 목분 등의 형태로 가공하며 본 발명에서 사용되는 분쇄기(Mill)는 해머밀(Hammer Mill), 롤밀(Roll Mill), 핀밀(Pin Mill) 및 제트밀(Jet Mill) 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 바이오매스의 원료는 활엽수, 침엽수 등의 칩과 같은 1차 가공물과 원목뿐만 아니라 수피, 나무뿌리, 열매, 과육, 씨앗 및 건초 등 기타 농업 부산물 원물 또는 가공된 형태 모두 사용할 수 있다.

바이오매스를 분쇄하는 단계에서 바이오매스는 톱밥 같은 분체로 이루어질 수 있으며, 그의 크기는 1~5mm의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

분쇄된 바이오매스의 이물질을 선별하여 입도를 선별하는 단계(S2)는 도 4에 도시한 입도선별기(2, Particle Size Separator)를 통해 원하는 크기로 조절하며 본 발명에서 사용하는 입도선별기(2, Particle Size Separator)는 트롬멜 스크린(Trommel Screen), 진동 스크린(Vibrating Screen), 공기선별기(Air Classifier) 및 관성선별기(Internal Separation) 등이 사용될 수 있다.

식물성 오일 부산물 공급단계(S7)에서 발열량 향상, 성형성 유지 및 압출부하 감소 등을 위해 사용되는 식물성 오일 부산물은 저위 발열량 기준 4,500 내지 9,900 kcal/kg의 범위의 팜 슬러지, PAO(Palm Acid Oil), 코코넛 오일 부산물, 대두박, 올리브 오일 부산물, 카놀라 오일 부산물 및 커피 부산물 등도 모두 사용할 수 있다. 식물성 오일 부산물은 대규모 오일생산 공장이 있는 인도네시아 및 말레이시아 등 동남아 지역에서 주로 수급이 가능하며 팜유, 쿠킹오일과 같은 식물성 오일 생산공정에서 최종 배출되는 것으로 상온에서는 고점도의 고체이며, 배출 후 보관된 시간에 따라 색깔이 상이하고 부패도에 따라 악취정도의 차이가 있으나 본 발명에서는 연료 성형 전 전처리 공정에서 악취를 모두 제거할 수 있어 부패도 등 등급에 관계없이 상기 발열량 조건을 만족하는 경우 모두 사용이 가능하다.

식물성 오일 부산물은 도 4에 도시한 식물성 오일 부산물 탱크(3, Vegetable Oil Generation By-product Tank)에서 공급피더(4, Supply Feeder)를 통해서 입도 조절된 바이오매스 분말과의 혼합을 위해 가온 교반하는 단계(S3)로 공급되며 본 발명에서 사용하는 공급피더(4, Supply Feeder)는 펌프 또는 노즐분사에 의한 압송식 및 기계식 컨베이어를 활용한 이송식 등이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 화력발전소와 제철소에서 연료, 환원제 및 승열제로 활용하기 위한 고발열량 바이오매스 성형연료로 사용할 수 있도록 저위 발열량 기준 4,000 내지 6,000 kcal/kg을 확보하기 위해 식물성 오일 부산물의 공급량을 공급피더(4, Supply Feeder)를 통해 요구되는 발열량에 따라 총 성형연료량의 1 내지 30중량%로 조절하여 제어할 수 있도록 한다.

식물성 오일 부산물과 바이오매스의 혼합을 위한 가온 교반하는 단계(S3)에서 도 4에 도시한 바와 같이 가온 교반기 (5. Heating Mixer)를 이용하여 정량공급된 식물성 오일 부산물과 분쇄된 바이오매스를 균일하게 혼합시킨다. 본 발명에서 사용하는 가온 교반기 (5. Heating Mixer)는 패들믹서, 리본믹서 및 콘믹서 등의 교반용 믹서가 사용될 수 있다. 또한 가온을 위해 스팀, 온수, 전기히터 및 열풍을 이용하여 교반기 내부를 직접 가온하는 방식과 외부에서 간접적으로 가온하는 방식 모두 사용될 수 있으며 이를 위해 보일러와 같은 별도의 열원을 사용하거나 건조 및 안정화 반응기의 배기열 등 공정 내 폐열을 회수하여 사용할 수도 있다.

바이오매스는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌 등으로 이루어진 유기물로 내부에 많은 공극을 가지는 다공성 물질로 공급피더(4, Supply Feeder)를 통해 공급된 후 가온 교반기(5. Heating Mixer)에서 액상화된 식물성 오일 부산물은 바이오매스의 표면뿐만 아니라 이들 내부 공극으로 침투하여 균일한 침적이 이루어지게 된다. 따라서 바이오매스 전체에 균일한 발열량 증가효과와 함께 식물성 오일 부산물의 유지성분이 고르게 코팅됨에 따라 최종 성형연료 제품을 외부에 야적보관 시 대기 중 수분이 재흡착되는 것을 방지할 수 있다.

일반적인 식물성 오일 부산물의 경우 상온에서 높은 점도와 고체상태를 유지하며 유동성이 확보되는 유동점(Pour Point)이 35℃이며 끓기 시작하는 끓는점(Boiling Point)는 125℃, 발화가 시작되는 인화점(Flesh Point)은 200℃의 물성을 가진다. 따라서 식물성 오일 부산물의 바이오매스와의 혼합 및 침적을 위한 최소한의 유동성 확보와 혼합효율, 물성이 변하지 않는 끓는점 이하의 조건 및 공급된 식물성 오일 부산물이 손실되지 않는 조건을 고려하여 온도를 40 내지 80℃로 유지하는 것이 바람직하다. 식물성 오일 부산물의 경우 40℃이상에서 유동성은 확보되어 액상으로 취급이 가능하지만 팜 계열 오일 부산물의 경우 50℃에서 보통 점도가 17 내지 18cst 수준으로 다소 점성이 존재하여 혼합 및 침적효율이 저하될 수 있다. 따라서 다양한 식물성 오일 부산물의 액상 유동화를 고려할 때 최소한의 점성도 회피하기 위해 가온 교반기(5. Heating Mixer)를 60 내지 80℃에서 운전하는 것이 더욱 바람직하다.

또한 요구되는 발열량의 성형연료 생산을 위해 사용되는 식물성 오일 부산물의 혼합율에 따라 상이하나 가온 교반기(5. Heating Mixer)의 교반시간은 10 내지 60분의 범위로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 분쇄된 바이오매스와 식물성 오일 부산물의 혼합물을 건조 및 안정화하는 단계(S4)는 도 4에 도시한 바와 같이 제품의 압착성형 전 요구되는 원료의 함수율을 조절하기 위해 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)를 이용하며 배치식의 건조용 챔버, 오븐 및 연속식 킬른 등이 사용될 수 있다. 도 4의 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)에서는 상기 기술한 함수율 조절 외에 식물성 오일 부산물에 존재하는 휘발분과 악취성분을 동시에 제거할 수 있다. 식물성 오일 부산물에 존재하는 휘발분은 성형연료로 제조될 경우 화력발전소 및 제철소에서 장기간 야적 보관 시 자연발화의 원인이 되며 보일러에 투입된 경우 연료 착화점 이전에 휘발분이 먼저 폭발하여 보일러 내에서 충격 열부하로 작용하게 되므로 연료의 안정성 확보를 위해 제거되어야 한다.

식물성 오일 부산물의 경우 오일 생산 공정 내 최종 배출되는 것으로 특유의 냄새와 함께 보관된 시간, 부패도에 따라 악취가 존재하여 보일러 등에서 연소 시 문제는 없으나 성형연료의 운반, 하역 등과 관련된 작업자에게 불쾌감을 유발할 수 있어 도 4에 도시된 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)를 통해서 이를 제거한다.

본 발명에서는 상기 기술한 연료 내 수분, 휘발분 및 악취제거를 위해 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)의 온도를 80 내지 120℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하며 식물성 오일 부산물의 끓는 점이 125℃로 가온교반을 통해 균일하게 첨착된 식물성 오일 부산물이 다시 끓으면서 바이오매스 외부로 유출될 수 있으므로 그 이상의 온도는 배제되어야 한다.

본 발명에서는 도 4에 도시된 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)의 온도를 유지하기 위해 스팀, 온수, 전기히터 및 열풍을 이용하여 반응기 내부를 직접 가온하는 방식과 반응기 외부를 간접적으로 가온하는 방식 모두 사용될 수 있으며 이를 위해 도 4에 도시된 보일러(6, Boiler)를 열원을 사용하거나 공정 내 폐열을 회수하여 사용할 수 있다.

또한 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)로 유입된 혼합물이 함유한 수분, 휘발분 및 악취정도에 따라 상이하나 이의 제거를 위해 내부 체류시간을 30 내지 120분으로 운전하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서 타 바이오매스 원료에 비해 상대적으로 높은 셀룰로오스 함량 등의 재질상 특징으로 인해 사전 단계에서 분쇄를 통한 분말화가 어려운 경우 우선 파쇄를 실시하고 이를 통해 생산한 우드칩 또는 핀칩 등의 바이오매스 파쇄물에 식물성 오일 부산물을 침적한 후 건조 및 안정화를 거쳐 내구성 및 강도가 약화된 고발열량 바이오매스 원료를 분쇄, 분말화시켜 가온교반 및 압착성형을 통해 고발열량 바이오매스 성형연료를 제조하는 방법을 도 2에 도시하였다.

사전 단계에서 분쇄를 통한 바이오매스의 분말화가 어려운 경우에는 도 2에 도시된 바와 같이 바이오매스를 파쇄하는 단계(S11), 파쇄된 바이오매스의 이물질을 선별하고 입도를 조절하는 단계(S2), 입도조절된 바이오매스 파쇄물에 식물성 오일 부산물을 첨착시키기 위한 침적단계(S12), 식물성 오일 부산물이 첨착된 고발열량 바이오매스 원료의 수분조절 및 안정화를 위한 건조 및 안정화 단계(S4), 고열량 바이오매스 원료를 분말화시키기 위한 분쇄 단계(S1), 고열량 바이오매스 원료 분쇄물과 공정에서 회수된 톱밥분진 등과의 혼합을 위한 가온 교반 단계(S3), 연료제품 성형을 위한 압착성형 단계(S5), 최종 제품을 포장하는 포장단계(S6), 식물성 오일 부산물을 공정에 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계(S7), 그리고 바이오매스 파쇄단계(S11)와 분쇄단계(S1)에서 발생된 분진을 회수하여 부원료로 재활용하기 위한 분진포집 및 재공급 단계(S8)을 포함한다.

본 발명의 실시 예에서는 바이오매스를 사전단계에서 분쇄, 분말화하는 것이 어려운 경우 도 2에 도시된 바와 같이 바이오매스를 파쇄하는 단계(S11)가 우선되어야 하며 이를 위해 도 5에 도시된 바와 같이, 파쇄기(21. Crusher)를 이용하여 우드칩 또는 핀칩 등의 형태로 가공한다. 이를 위해 본 발명에서 사용되는 파쇄기(21. Crusher)는 우드칩퍼(Wood Chipper) 및 조크러셔(Jaw Crusher) 등을 사용할 수 있으며 본 발명에서 사용되는 바이오매스 원료는 상기 도 1과 4에 도시, 기술한 사전분쇄를 통한 분말화 방법의 실시 예와 동일하다.

바이오매스를 파쇄한 후 도 2에 도시된 바와 같이 이물질 및 입도 선별 단계(S2)를 거치게 되며 이를 위해 도 5에 도시한 입도선별기(2, Particle Size Separator)를 통해 이물질 선별과 동시에 원하는 크기로 조절하며 본 발명에서 사용하는 입도선별기(2, Particle Size Separator)는 도 4에 도시, 기술한 실시 예와 동일하다.

파쇄된 바이오매스는 10~100cm 정도의 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시 예에서 원하는 크기로 입도가 선별된 바이오매스 파쇄물의 표면과 내부에 균일하게 식물성 오일 부산물을 첨착시키기 위해 도 2에 도시한 바와 같이 침적단계(S12)를 거치게 되며 이때 침적단계(S12)에 식물성 오일 부산물 공급단계(S7)를 연계하는 것이 바람직하다.

식물성 오일 부산물은 도 5에 도시한 식물성 오일 부산물 탱크(3, Vegetable Oil Generation By-product Tank)에서 공급피더(4, Supply Feeder)를 통해서 침적반응기(22. Sedimentation Reactor) 내부로 공급되어 충진된다. 본 발명에서 사용하는 공급피더(4, Supply Feeder)는 도 4에서의 실시 예와 동일하게 펌프 또는 노즐분사에 의한 압송식 및 기계식 컨베이어를 활용한 이송식 등이 사용될 수 있다.

또한 본 발명에서 사용하는 침적반응기(22. Sedimentation Reactor)는 반응기 내부의 식물성 오일 부산물에 우드칩 또는 핀칩 등을 침적시켜 바이오매스 파쇄물 표면과 내부에 식물성 오일 부산물을 첨착시키며 이 때 첨착 요구량 외 잉여 식물성 오일 부산물이 최대한 제거될 수 있도록 그물망 벨트 컨베이어(Mesh Belt Conveyer), 그물망 스크류 컨베이어(Mesh Screw Conveyer) 및 그물망 상자(Mesh Cage) 등이 내부에 설치될 수 있다.

본 발명에서 고발열량 바이오매스 성형연료는 저위 발열량 기준 4,000 내지 6,000 kcal/kg가 요구되므로 식물성 오일 부산물의 첨착량을 총 성형연료량의 1 내지 30중량%로 하는 것이 바람직하다.

고발열량 바이오매스 성형연료의 저위 발열량이 6,000 kcal/kg을 초과하는 경우 석탄보다 높은 발열량으로 인해 기존 화력발전소 및 제철소의 보일러 내 열부하 균형에 영향을 초래하여 계통운전에 변화를 주어 안정적인 운전에 악영향을 준다.

본 발명의 실시예의 다른 예로 식물성 오일 부산물의 첨착량을 총 성형연료량의 30중량% 이하로 할 수 있다.

본 발명에서는 상기 식물성 오일 부산물의 첨착량을 조절하기 위해 침적반응기(22. Sedimentation Reactor) 내부온도와 침적시간을 조절할 수 있다.

본 발명에서 침적반응기(22. Sedimentation Reactor)의 내부온도는 40 내지 100℃로 하는 것이 바람직하다. 식물성 오일 부산물의 유동점(Pour Point), 끓는점(Boiling Point) 및 인화점(Flesh Point) 등은 도 4의 가온교반기(5, Heating Mixer)에서 기술한 실시 예와 동일하나 도 4의 경우 바이오매스 분말을 사용하는 것에 비해 침적반응기(22. Sedimentation Reactor)는 입도가 상대적으로 매우 큰 바이오매스 파쇄물을 사용하므로 원활한 첨착반응을 위해 온도를 40 내지 100℃로 다소 높게 설정하였다. 또한 침적단계에서 바이오매스 파쇄물의 내부 공극에서 배출된 수분이 식물성 오일 부산물과의 비중차이로 반응기 하부에 침강되어 존재하다가 물의 끓는점(Boiling Point)인 100℃ 이상의 조건에서는 물이 끓게 되어 반응기 상부로 부상하여 바이오매스의 침적, 식물성 오일 부산물과의 원활한 첨착반응 및 운전 중 유수분리 등에 의한 수분제거를 방해할 수 있다. 따라서 이의 해결을 위해 침적반응기(22. Sedimentation Reactor)의 내부온도는 40 내지 100℃로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 1 내지 30중량%의 첨착율을 확보하기 위해 침적반응기(22. Sedimentation Reactor) 내에서의 바이오매스 파쇄물 침적시간을 1 내지 60분으로 하는 것이 바람직하다. 침적에 적합한 시간을 확인하기 위해 우드칩을 대상으로 식물성 오일 부산물의 온도를 100℃로 고정하고 [표 1]에서 보는 바와 같이 최대 80분까지 침적시간을 변화시키며 수분이 모두 제거되도록 충분한 건조를 실시한 후 첨착율과 저위발열량(LHV)를 측정하였다.

[표 1]에 표시한 바와 같이 침적 후 최초 1분의 경우 식물성 오일 부산물의 대부분은 우드칩 표면에만 첨착되고 내부 공극으로 유입되지 않아 첨착량이 약 6중량%에 불과하나 5분이 경과하면서 급격히 우드칩 공극내로 식물성 오일 부산물이 유입되면서 첨착량이 20.69중량%로 급격히 증가하게 된다. 또한 20분을 경과하면서 46.07중량%의 첨착량을 보이는 것을 알 수 있으며 60분을 경고하면서 첨착량은 큰 변화가 없음을 알 수 있다. 우드칩의 저위발열량을 분석한 결과 [표 1]에서 보는 바와 같이 침적시간 5분을 경과하면서 4.461 kcal/kg을, 20분을 경과하면서 6,110 kcal/kg을 가지며 60분 이후부터 약 7,000 kcal/kg에서 침적시간에 비해 상대적으로 큰 변화는 없는 것으로 확인되었다.

따라서 침적에 소요되는 시간은 표면과 공극내에 식물성 오일 부산물이 첨착되는 1분 내지 60분으로 하고, 바람직하게는 석탄대체가 가능하도록 유, 무연탄과 유사한 수준의 저위발열량 확보가 가능한 5 내지 20분으로 침적시간을 유지하는 것이 더욱 바람직하다.

침적시간에 따른 첨착율 및 저위발열량 변화

침적시간 (분)	1	5	10	15	20	25	30	35	40
첨착율 (중량%)	9.04	20.69	33.13	39.77	46.07	47.70	49.58	52.17	52.94
저위발열량 (kcal/kg)	3,996	4,461	5,371	5,950	6,110	6,289	6,310	6,458	6,602
침적시간 (분)	45	50	55	60	65	70	75	80	비고
첨착율 (중량%)	54.58	55.19	57.56	58.87	60.43	60.53	61.69	61.96
저위발열량 (kcal/kg)	6,795	6,830	6,865	6,940	7,012	7.109	7,118	7,118

본 발명의 실시 예에서 식물성 오일 부산물이 첨착된 바이오매스 파쇄물은 제품 압착성형 전 요구되는 함수율 조절, 휘발분 및 악취제거 등을 위해 도 5에 도시된 바와 같이 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)를 이용하며 상세한 내용은 도 4에서 도시, 기술한 건조 및 안정화 반응기(7. Drying & Stabilizing Reactor)의 실시 예와 동일하다.

본 발명의 실시 예에서 건조 및 안정화가 이루어진 바이오매스는 분말화를 위해 분쇄단계(S1)를 거치게 되며 이를 위해 도 5에 도시된 분쇄기(1, Mill)을 이용하며 상세한 내용은 도 4에 도시, 기술한 분쇄기(1, Mill)의 실시 예와 동일하다.

식물성 오일 부산물이 첨착된 바이오매스 분쇄물을 가온 교반하는 단계(S3)에서 도 5에 도시한 바와 같이 가온 교반기 (5. Heating Mixer)를 이용하여 균일하게 혼합시키며 필요한 경우 성형 전 원료의 함수율 및 식물성 오일 부산물의 함량 등의 재조정을 위해 톱밥 등의 일반 바이오매스 분말을 추가하여 혼합할 수도 있다. 본 발명에서 사용하는 가온 교반기 (5. Heating Mixer)는 도 4에 도시하여 기술한 실시 예와 동일하다.

본 발명에서는 바이오매스 연료를 펠렛, 브리켓 등의 형상으로 성형 시 강도유지를 위한 바인더 및 발열량 향상을 위한 첨가제의 목적으로 상기 기술한 바와 같이 식물성 오일 부산물을 활용하였다.

본 발명의 실시 예에서 도 1과 2에 도시한 바와 같이 사전 분쇄를 실시한 경우에는 건조 및 안정화, 사전 분쇄가 어려워 파쇄를 실시한 경우에는 분쇄를 통해 분말화 시킨 바이오매스와 식물성 오일 부산물 혼합물을 성형하여 제품화하기 위해 도 1과 2에 도시한 바와 같이 압착성형 단계(S5)를 거치게 되며 도 3에 도시한 바와 같이 압착성형 단계(S5)는 압착부(D1), 열차단부(D2) 및 성형유지부(D3)로 구분하여 구성된다.

압착성형 단계(S5) 중 압착부(D1)는 성형을 위한 압력 및 외력을 견딜 수 있도록 고강도의 금속성 금형을 제작하여 사용하며 요구되는 성형연료의 규격에 따라 투입구와 배출구의 규격을 조정하여 제작하며 화력발전소 및 제철소 등 보일러 투입조건을 고려할 때 입경 기준 6 내지 10mm의 범위로 제작하는 것이 바람직하다. 압착부의 경우 투입된 바이오매스 내 리그닌과 바인더 및 발열량 보조제인 식물성 오일 부산물의 용융, 압축을 위해 온도를 80 내지 120℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하며 상기 온도를 압력과 마찰열에 의해 발생, 유지될 수 있도록 필요한 경우 금형의 투입구와 배출구의 규격이 다른 테이퍼 가공 등을 사용할 수 있다. 일반적인 테이퍼 가공을 포함한 압착성형의 경우 투입되는 바이오매스의 종류에 따라 마찰열이 상이하며 전분, 아교 등의 바인더 내 리그닌에 의해 융점이 높아져 원활한 성형이 이루어지지 않으며 성형을 위해 압출부하를 증가시켜 마찰열을 과도하게 발생시키는 경우 성형장비의 수명단축과 화재위험이 증가하고 경우에 따라 배출구가 폐색되는 등 다양한 문제가 발생하나 본 발명의 경우 리그닌 대비 융점이 낮아 표면마찰을 최소화 시키면서 바인더 역할을 동시에 수행하는 식물성 오일 부산물을 사용함에 따라 상기 기술한 성형불량, 장비수명 단축, 화재위험 및 배출구폐색 등의 문제를 해결할 수 있다.

압착성형 단계(S5) 중 열차단부(D2)는 비전열성의 고강도 MC 나일론, 실리콘 및 우레탄 등의 소재로 가공하며 성형된 외형이 유지될 수 있도록 상기 압착부(D1) 금형 배출구경과 동일한 규격으로 제작하여 압착부(D1)에서 발생한 마찰열이 성형유지부(D3)로 전달되지 않도록 하여 도 3에 도시된 냉각기(D4)의 냉각부하를 절감하여 준다.

압착성형 단계(S5) 중 성형유지부(D3)는 압착부(D1)과 열차단부(D2)를 통과한 성형연료의 외형이 유지되고 제품강도가 신속하게 유지, 강화될 수 있도록 도 3에 도시된 냉각기(D4)와 냉각효율이 좋은 금속성의 소재로 가공된 금형을 사용하며 상기 기술한 바와 같이 제품의 성형성이 유지될 수 있도록 압착부(D1) 금형 토출구경과 동일한 규격으로 제작한다.

식물성 오일 부산물을 포함한 유지성분의 경우 바이오매스 등 유기물과 혼합된 상태에서 온도와 압력조건이 고온, 고압에서 저온, 저압으로 변경되는 경우 유기물의 세포벽이 확대되어 강도가 약해지고 부피는 커지는 팝핑현상이 발생하여 유지성분을 첨가제로 사용하는 성형연료 생산공정에서 제품강도 저하의 요인으로 작용하나 본 발명의 경우 압력이 유지되는 동일한 배출구경 내에서 급속히 온도를 저하시켜 팝핑현상을 방지하고 식물성 오일 부산물의 상온 고형화 현상을 촉진시킴으로써 제품강도 향상을 위한 바인더로써의 역할을 배가하였다.

성형유지부(D3)의 원활한 기능수행을 위해 도 3에 도시된 바와 같이 냉각기(D4)를 사용하여 성형유지부(D3)의 온도를 0 내지 40℃의 범위로 유지하는 것이 바람직하며 이때 사용되는 냉각기(D4)는 에틸렌글리콜, 공정수 등을 냉매로 이용한 수냉식과 공기를 냉매로 이용한 공랭식 냉각기가 사용될 수 있다. 또한 성형유지부(D3)는 상기 냉각방식의 효율성 향상을 위해 외부보냉보온 및 이중냉각 자켓 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 상기의 목적을 위해 압착성형 단계(S5) 중 도 3의 압착부(D1), 열차단부(D2), 성형유지부(D3) 및 냉각기(D4)를 연계하여 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 압착성형기(8. Assembled Pressing Molder)를 통해서 요구에 따라 펠렛, 브리켓 및 블록 등의 형상으로 성형연료를 생산할 수 있다.

바이오매스 파쇄(S11) 및 분쇄단계(S1)에서 발생된 바이오매스 분진은 도 1과 2에 도시된 바와 같이 분진포집 및 재공급 단계(S8)를 통해 외부에서 추가로 공급되는 톱밥 등의 부원료를 대체할 수 있다. 이를 위해 도 4와 5에 도시된 백필터(10, Bag Filter)와 재공급피더(11, Re-supply Feeder)를 통해 가온교반기(5. Heating Mixer)에 공급된 분진은 성형 시 리그닌 원료, 함수율 및 식물성 오일 함량 재조정 등의 역할을 수행할 수 있다.

바이오매스와 식물성 오일 부산물을 이용하여 도 1과 2에 도시된 각각의 모든 단계를 거쳐 최종 생산된 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료는 요구되는 발열량에 따라 식물성 오일 부산물의 함량은 성형연료 총량 대비 1 내지 30중량%, 저위 발열량 기준 4,000 내지 6,000 kcal/kg의 범위에서 생산하는 것이 바람직하며 함수율은 성형연료 총량기준 1 내지 10중량%로 하는 것이 바람직하다.

성형연료의 함수율이 10중량%를 초과하는 경우 제품의 강도유지에 문제가 있어 장기 보관시 성형된 연료가 분말로 재해체되며 과도한 수분으로 인해 화력발전소 및 제철소의 보일러 내에서 연소성에 영향을 주어 보일러의 효율을 저하시키게 된다.

본 발명의 실시예의 다른 예시로 함수율이 성형연료 총량기준 10중량% 이하로 이루어질 수 있다.

최종 생산된 제품은 도 1과 2에 도시한 바와 같이 포장단계(S6)를 거치게 되며 도 4와 5에 도시한 바와 같이 포장기(9, Packing Utility)를 사용하여 반출 및 납품을 실시한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1. 분쇄기 2. 입도선별기
3. 식물성 오일 부산물 탱크 4. 공급피더
5. 가온교반기 6. 보일러
7. 건조안정화 반응기 8. 압착성형기
9. 제품포장지 10. 백필터
11. 재공급피더 21. 파쇄기
22. 침적반응기

Claims

바이오매스를 분쇄하는 단계,
상기 바이오매스를 분쇄하는 단계 후에 식물성 오일 부산물을 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계,
상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 분쇄된 상기 바이오매스와 식물성 오일 부산물을 가온교반하는 단계,
상기 가온교반하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 건조 및 안정화하는 단계, 그리고
상기 건조 및 안정화하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 압착성형하는 단계,
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 바이오매스를 분쇄하는 단계는
상기 바이오 매스를 가루 또는 분말 형태로 제조하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 바이오매스를 분쇄하는 단계 후에
분쇄된 상기 바이오매스의 일정한 크기 이하의 입자를 선별하고 동시에 이물질을 선별하는 입도 및 이물질 선별단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에
분쇄 시 발생하는 분진을 회수하여 부원료로 활용하기 위한 분진 포집 및 재공급단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
바이오매스를 파쇄하는 단계,
상기 바이오매스를 파쇄하는 단계 후에 식물성 오일 부산물을 공급하는 식물성 오일 부산물 공급단계,
상기 식물성 오일 부산물 공급단계 후에 상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계,
상기 침적단계 후에 침적 후 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 건조 및 안정화하는 단계,
상기 건조 및 안정화하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물이 첨착된 상기 바이오매스를 분쇄하는 분쇄단계,
상기 분쇄단계 후에 상기 식물성 오일 부산물이 첨착된 바이오매스를 가온교반하는 단계, 그리고
상기 가온교반하는 단계 후에 상기 식물성 오일 부산물과 상기 바이오매스를 압착성형하는 단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 바이오매스를 파쇄하는 단계는
상기 바이오매스를 일정한 크기의 우드칩 또는 핀칩으로 제조하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 바이오매스를 파쇄하는 단계 후에
파쇄된 상기 바이오매스의 일정한 크기의 우드칩 또는 핀칩을 선별하고 동시에 이물질을 선별하는 입도 및 이물질 선별단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 분쇄단계 후에
파쇄 및 분쇄 시 발생하는 분진을 회수하여 부원료로 활용하기 위한 분진 포집 및 재공급단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 가온교반하는 단계에서
상기 식물성 오일 부산물이 침적된 바이오매스와 비침적된 바이오매스를 혼합하는 혼합단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계에서
상기 식물성 오일 부산물의 온도가 40 내지 100℃의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 바이오매스에 식물성 오일 부산물 첨착을 위한 침적단계에서
침적시간이 1 내지 60분의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 가온교반하는 단계에서
가온교반기의 내부 온도가 40 내지 80℃의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 가온교반하는 단계에서 교반시간이 10 내지 60분의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 건조 및 안정화하는 단계에서
건조 및 안정화 반응기의 내부 온도가 80 내지 120℃의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 건조 및 안정화하는 단계에서
건조 및 안정화하는 시간이 30 내지 120분의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 압착성형하는 단계에서는
상기 바이오매스와 상기 식물성 오일 부산물을 압착하는 단계,
상기 압착하는 단계 후에 급속 냉각을 통해 모양을 유지시키고 동시에 강도를 향상시키는 성형유지단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 압착하는 단계에서 발생되는 마찰열이
상기 성형유지단계에 있는 성형 연료로 전달되는 것을 차단하는 열차단 단계
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 압착하는 단계는
압착 시 온도가 80 내지 120℃의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 16에 있어서,
상기 성형유지단계는
온도를 0 내지 40℃의 범위로 유지하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 식물성 오일 부산물은
성형을 위한 바인더와 발열량 보조제인 것을 특징으로 하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 식물성 오일 부산물은
저위발열량 기준 4,500 내지 9,900 kcal/kg의 범위의 것을 사용하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 또는 5에 있어서,
상기 식물성 오일 부산물은
팜 슬러지, PAO(Palm Acid Oil), 코코넛 오일 부산물, 대두박, 올리브 오일 부산물, 카놀라 오일 부산물 또는 커피 부산물 중의 적어도 하나 이상을 선택하여 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법.
청구항 1 내지 22 중 어느 한 항에 기재된 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조방법으로 제조된 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료.
청구항 23에 있어서,
상기 성형연료는
상기 식물성 오일 부산물의 함량이 30중량% 이하로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료.
청구항 23에 있어서,
상기 성형연료는
수분함량이 10중량% 이하로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료.
청구항 23에 있어서,
상기 성형연료는
저위발열량 기준 4,000 내지 6,000kcal/kg의 범위로 이루어지는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료.
바이오매스를 분쇄하는 분쇄기,
상기 분쇄기에서 분쇄된 바이오매스의 입도를 선별하는 입도선별기,
상기 입도선별기에서 선별된 바이오매스와 식물성 오일 부산물을 공급받아 혼합하는 가온교반기,
상기 가온교반기에서 바이오매스에 혼합된 식물성 오일 부산물을 건조 및 안정화시키는 건조 및 안정화 반응기, 그리고
상기 건조 및 안정화 반응기에서 건조 및 안정화되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착성형하는 압착성형기,
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치.
바이오매스를 파쇄하는 파쇄기,
상기 파쇄기에서 파쇄된 우드칩 또는 핀칩 형태의 바이오매스 입도를 선별하는 입도선별기,
상기 입도선별기에서 선별된 바이오매스에 식물성 오일 부산물을 첨착시키는 침적반응기,
상기 침적반응기에서 바이오매스에 첨착된 식물성 오일 부산물을 건조 및 안정화시키는 건조 및 안정화 반응기,
상기 건조 및 안정화 반응기에서 건조 및 안정화되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 분쇄하는 분쇄기,
상기 분쇄기에서 분쇄되어 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 혼합시키는 가온교반기, 그리고
상기 가온교반기에서 혼합된 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착성형하는 압착성형기
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치.
청구항 27 또는 28에 있어서,
상기 압착성형기는
식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 압착하는 압착부,
상기 압착부를 통과한 식물성 오일 부산물이 포함된 바이오매스를 급속냉각시켜 모양을 유지하고 강도를 증대시키는 성형유지부
를 포함하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치.
청구항 29에 있어서,
상기 압착성형기는 열차단부를 더 포함하며,
상기 열차단부는
상기 압착부와 성형유지부 사이에 배치되어 상기 압착부에서 발생한 마찰열이 상기 성형유지부로 전달되는 것을 차단하는 화력발전소 및 제철소용 고발열량 바이오매스 성형연료의 제조장치.