KR20250079009A - 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법 - Google Patents

홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20250079009A
KR20250079009A KR1020257014584A KR20257014584A KR20250079009A KR 20250079009 A KR20250079009 A KR 20250079009A KR 1020257014584 A KR1020257014584 A KR 1020257014584A KR 20257014584 A KR20257014584 A KR 20257014584A KR 20250079009 A KR20250079009 A KR 20250079009A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactor
reaction zone
pyrolysis
pyrolysis oil
biomass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020257014584A
Other languages
English (en)
Inventor
타이스 머레인 라멘스
아드리아너스 아이히디위스 요하너스 투상
로베르투스 헨드리쿠스 펜더르보스흐
Original Assignee
비티지 바이오리퀴드스 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비티지 바이오리퀴드스 비.브이. filed Critical 비티지 바이오리퀴드스 비.브이.
Publication of KR20250079009A publication Critical patent/KR20250079009A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B49/00—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated
    • C10B49/16—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form
    • C10B49/20—Destructive distillation of solid carbonaceous materials by direct heating with heat-carrying agents including the partial combustion of the solid material to be treated with moving solid heat-carriers in divided form in dispersed form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/10—Feedstock materials
    • C10G2300/1011—Biomass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)

Abstract

본 발명은 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로부터 열분해 오일을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 특히 향상된 열분해 오일/숯 비율 또는 더 높은 수율을 제공한다. 본 방법은 특히 탄소(C)/산소(O) 비율이나 에너지 함량이 향상된 열분해 오일을 추가로 제공한다. 구체적으로, 본 발명은, a) 바이오매스와 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도를 갖는 고형물 열 운반체를 각각 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에 도입하는 단계; b) 산소가 없는 상태에서, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 바이오매스와 고형물 열 운반체를 연속적으로 혼합하여 0.5 내지 5초의 첫 번째 기간의 열분해 처리를 제공하여 부분적으로 열분해된 바이오매스, 고형물 열 운반체 및 1차 열분해 가스를 포함하는 혼합물을 생성하는 단계; c) 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 제2 반응기 또는 제2 반응 구역으로 혼합물을 도입하는 단계로, 상기 제2 반응기 또는 제2 반응 구역은 중력에 의해 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에서 고형물을 침전 또는 분리하도록 구성되어, 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 고형물 층을 형성하는 것인, 단계; d) 산소가 없는 상태에서, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 혼합물을 10 내지 1200초의 두 번째 기간 동안 열분해 처리하여 2차 열분해 가스와 고형물 숯을 추가로 생성하고, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 열분해 가스를 수집하는 단계; e) 수집된 1차 및 2차 열분해 가스를, 바람직하게는 60 ℃ 이하의 온도로 급냉함으로써 열분해 오일로 응축하는 단계;를 포함한다.

Description

홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법
본 발명은 홀로셀룰로오스(holocellulose) 및 리그닌을 포함하는 바이오매스(biomass)로부터 열분해 오일(pyrolysis oil)을 제공하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 특히 향상된 열분해 오일/숯 비율(char ratio) 또는 더 높은 수율을 제공한다. 본 방법은 특히 탄소(C)/산소(O) 비율이나 에너지 함량이 향상된 열분해 오일을 추가로 제공한다.
빠른 열분해는, 느린 열분해와 마찬가지로, 산소가 없는 상태에서 바이오매스를 가열하는 것이다. 느린 열분해와는 달리, 빠른 열분해는 일반적으로 높은 가열 속도, 짧은 체류 시간, 및 증기의 빠른 급냉(quenching)을 이용해 바이오 오일 또는 열분해 오일이라고도 불리는 유기 액체 오일 생성물의 생산을 극대화한다.
높은 가열 속도와 빠른 증기 냉각을 통한 바이오매스의 빠른 열분해로 2차 분해 반응과 재중합을 최소화할 수 있다. 높은 온도에서 작동함으로써, 비교적 높은 수율의 열분해 오일을 얻을 수 있다. 바이오매스의 빠른 열분해는 일반적으로 바이오매스의 수분을 10 중량% 미만으로 건조하고 바이오매스를 2 내지 3 mm의 입자 크기로 분쇄하는 것을 포함하는 바이오매스 전처리 과정과 결합된다. 빠른 열분해를 위한 여러 기술이 현재 상업적으로 이용되고 있거나, 과거에 상업적으로 이용된 바 있다:
- Dynamotive Energy Systems Corporation 등이 개발한 유동층 반응기를 사용한 고속 열분해 공정;
- Ensyn Technologies가 개발한 운송 희석 유동층을 사용한 RTP(Rapid Thermal Processing) 공정; 및
- Savon Voima가 개발한 유동층 반응기를 사용한 빠른 열분해 공정; 및
- Biomass Technology Group이 개발한 변형된 회전 원뿔 반응기를 사용한 빠른 열분해 공정.
처음 세 가지 기술에서는, 응축 불가능한 생성물의 재순환이 층의 유동화를 유도하며, 유동화 속도는 반응기 내 증기 체류 시간을 결정한다. 모든 경우에, 생산된 가스의 일부는 열분해에 필요한 에너지를 제공하는 데 사용된다. RTP 공정에서는, 특히, 일반적으로 모래인 뜨거운 운반 희석 유동층이 두 반응기 사이를 순환한다: 제1 반응기는 열분해에 사용되고, 제2 반응기는 열분해 중에 형성된 숯을 태워 모래 입자를 재가열한다.
반면에, BTG에 의해 상용화한 공정은 변형된 회전 원뿔형 반응기에서 바이오매스 입자와 뜨거운 모래를 집중적으로 혼합하는 방식을 기반으로 한다. 운반 가스를 사용하지 않기 때문에, 반응기에서 나오는 증기의 부피가 유동층 반응기보다 훨씬 적고, 결과적으로 바이오-오일을 회수하는 응축기의 크기도 다른 기술보다 작다. 숯과 모래 입자를 포함하는 고형물의 흐름은 연소 구역으로 재활용되며, 여기서 숯이 타면서 열분해 반응기로 다시 보내지는 모래 입자를 다시 가열하는 데 필요한 에너지가 제공된다.
빠른 열분해 기술이 상업적으로 이용 가능함에도 불구하고, 해당 기술 분야에서는, 예를 들어 수율을 최적화하고, 수분 함량을 낮추고/낮추거나, 최종 열분해 오일의 에너지 함량을 높이는 빠른 열분해 공정의 매개변수를 개선하려는 지속적인 요구가 있다.
본 발명의 목적은 특히 당업계의 상기 필요성을 해결하는 것이다.
상기 필요성은 첨부된 청구범위에 나타낸 바와 같은 본 발명에 의해 충족된다.
구체적으로, 본 발명은 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로부터 열분해 오일을 제공하는 방법을 통해 상기 요구 사항을 충족시키며, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
a) 바이오매스와 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도를 갖는 고형물 열 운반체(solid heat carrier)를 각각 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에 도입하는 단계;
b) 산소가 없는 상태에서, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 바이오매스와 고형물 열 운반체를 연속적으로 혼합하여 0.5 내지 5초의 첫 번째 기간의 열분해 처리를 제공하여 부분적으로 열분해된 바이오매스 및 고형물 열 운반체 및 1차 열분해 가스를 포함하는 혼합물을 생성하는 단계;
b1) 선택적으로, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 1차 열분해 가스를 수집하는 단계;
c) 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 제2 반응기 또는 제2 반응 구역으로 상기 혼합물을 도입하는 단계로, 상기 제2 반응기 또는 제2 반응 구역은 중력에 의해 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 고형물을 침전시키거나 분리하도록 구성되어, 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 고형물 층을 형성하는 것인, 단계;
d) 산소가 없는 상태에서, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 혼합물을 10 내지 1200초의 두 번째 기간 동안 열분해 처리하여 2차 열분해 가스와 고형물 숯을 추가로 생성하고, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 열분해 가스를 수집하는 단계;
e) 수집된 1차 및 2차 열분해 가스를, 바람직하게는 60 ℃ 이하의 온도로 급냉함으로써 열분해 오일로 응축하는 단계.
본 발명자들은 놀랍게도, 선행 기술과 비교하여, 제2 반응기에서 열분해 처리 기간을 늘리면, 열분해 오일 수율이 증가하고, 생성된 열분해 오일의 수분 함량이 낮아지고/지거나, 더 높은 탄소(C)/산소(O) 비율에 의해 나타나는 바와 같이 생성된 열분해 오일의 에너지 함량이 증가한다는 것을 발견했다.
메커니즘에 국한되기를 바라지 않고, 본 발명자들은 바이오매스에 존재하는 홀로셀룰로오스(헤미셀룰로오스 및 셀룰로오스)가 주로 제1 반응기 또는 반응 구역에서 열분해 처리(분해)되는 반면, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 시간이 길어짐에 따라 리그닌을 비롯한 추가 열분해 처리(분해)가 가능하다고 가정한다.
본 발명에 따른 방법에서는, 제1 반응기 또는 반응 구역에 도입된 열 운반체에 의해 제공된 열 외에는 더 이상 열이 방법에 도입되지 않는다.
본 발명에 따르면, 본 방법은 별도의 반응기 용기에서 수행될 수 있거나, 필요한 혼합 및 분리를 허용하는 분리된 반응 구역을 포함하는 단일 장치에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 일반적으로 모래와 숯으로 구성된 고형물 층은 제2 반응기 또는 반응 구역의 바닥에 존재하며, 산소가 제2 반응기 또는 반응 구역으로 유입되는 것을 방지하는 데 필수적인 것으로 간주된다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 두 번째 기간은 제2 반응기 또는 반응 구역의 바닥에 침전되거나 분리된 고형물의 층 또는 디프레그(dipleg)의 높이에 의해 결정된다. 고형물은 주로 열 운반체와 (부분적으로) 열분해 처리된 바이오매스 또는 숯의 혼합물이다.
본 발명의 특히 바람직한 양태에 따르면, 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 있는 침전되거나 분리된 고형물 층의 높이는 두 번째 기간을 제어하는데, 높이가 증가할수록 두 번째 기간이 길어진다. 제2 반응기 또는 반응 구역에서, 바닥의 고형물 층의 높이는 레벨 컨트롤러를 사용하여 쉽게 제어할 수 있으며, 이를 통해 제2 반응기 또는 반응 구역의 바닥에서 고형물을 제거할 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 본 방법의 두 번째 기간은 10 내지 900초, 바람직하게는 50 내지 900초, 더 바람직하게는 100 내지 900초, 가장 바람직하게는 200 내지 720초이다.
본 발명에 따르면, 본 고형물 열 운반체는 규산질 광물(siliceous mineral), 촉매 광물, 금속, 제올라이트 및 모래로 이루어진 군에서 선택된다. 모래는 쉽게 구할 수 있고 불활성 물질이기 때문에 선호된다.
본 방법은 증가된 C 함량을 갖는 열분해 오일, 증가된 오일/숯 비율 또는 수율을 갖는 열분해 오일 및/또는 증가된 C/O 비율 또는 에너지 함량을 갖는 열분해 오일을 제공한다.
본 방법에서 사용되는 적합한 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스는 목재, 목재 유래 제품, 농산물, 농업 폐기물, 원예 제품, 원예 폐기물, 임업 제품, 임업 폐기물, 인간 또는 동물의 식품 가공 산업 폐기물, 목재 칩, 톱밥(saw dust), 목재 펠릿, 나무껍질, 씨앗, 커널(kernel), 껍질(husk) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에 따르면, 첫 번째 기간은 제1 반응기 또는 반응 구역의 부피에 의해 결정되고, 바이오매스 및 고형물 열 운반체의 공급 속도, 즉 제1 반응기 또는 반응 구역은 0.5 내지 5초의 체류 시간을 제공하도록 구성 및 작동된다.
본 발명의 방법은 바람직하게는 연속 공정인데, 즉 바이오매스와 고형물 열 운반체는 제1 반응기 또는 반응 구역에 연속적으로 공급되고, 열분해 가스는 반응기(들) 또는 반응 구역(들)에서 연속적으로 수집되고, 고형물 열 운반체와 숯은 제2 반응기 또는 반응 구역에서 연속적으로 제거된다.
바람직하게는, 바이오매스의 수분 함량은 10 중량% 미만, 바람직하게는 5 중량% 미만, 더 바람직하게는 3 중량% 미만 또는 4 중량% 미만이다.
본 발명에 따르면, 단계 (a)에서 열 운반체의 온도는 바람직하게는 450 ℃ 내지 650 ℃, 더욱 바람직하게는 450 ℃ 내지 600 ℃이다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역은 바이오매스와 열 운반체를 위한 혼합 수단 및 주입구(inlet), 부분적으로 열분해된 바이오매스와 고형물 열 운반체를 포함하는 혼합물을 위한 배출구(outlet), 및 선택적으로 1차 열분해 가스를 위한 배출구를 포함한다.
본 발명의 바람직한 양태에 따르면, 제2 반응기 또는 제2 반응 구역은 중력에 의해 고형물 입자와 가스를 분리하기 위한 수단을 포함하고, 제2 반응기는 부분적으로 열분해된 바이오매스와 고형물 열 운반체를 포함하는 혼합물을 위한 주입구, 제2 반응기 바닥에서 침전되거나 분리된 고형물을 위한 배출구, 및 열분해 가스를 위한 배출구를 더 포함한다.
본 발명을 하기 실시예와 도면에서 더욱 상세히 설명할 것이다. 실시예에서, 하기 도면을 참조한다:
도 1은 본 방법의 개략도를 나타내고; 도 1의 상단은 열분해 가스가 제1 및 제2 반응기에서 수집되는 양태를 나타낸다. 도 1의 하단은 가스가 제2 반응기에서 수집되는 양태를 나타낸다.
도 2는 제2 반응기 바닥에 침전되거나 분리된 고형물의 층(회색 영역) 또는 디프레그의 높이가 서로 다른 제2 반응기의 개략도를 나타낸다.
도 3은 열분해 오일의 수율, 탄소 함량 및 에너지 함량과 제2 반응기 또는 반응 구역에서의 체류 시간 사이의 관계를 그래프로 나타낸다.
도 4는 제2 반응기 또는 반응 구역에서의 숯 생산과 체류 시간 사이의 관계를 그래프로 나타낸다.
실시예
개요
본 발명에 따르면, 바이오매스의 열분해는 두 단계로 구분될 수 있다: 1) 홀로셀룰로오스(헤미셀룰로오스 및 셀룰로오스)의 분해, 2) 리그닌의 분해. 두 단계 모두 서로 다른 제품을 생산하며, 최적으로는 두 가지 분해 전략이 필요하다. 첫 번째 분해 전략은 일반적으로 홀로셀룰로오스를 분해하기 위해 온도를 빠르게 증가시키고, 그 결과로 생성되는 열분해 가스(1차 가스)를 빠르게 냉각시켜 이후 영구 가스와 물로 변환되는 것을 방지하는 것을 포함한다. 두 번째 분해 전략은 일반적으로 리그닌을 고온에 노출시키는 것을 포함하지만, 홀로셀룰로오스 분해와 달리, 리그닌을 고온에서 유지하여 충분한 전환율을 얻는다. 생성된 가스는 뜨거운 모래층을 통과하여 더욱 분해되어 짧은 사슬 탄소 생성물(2차 열분해 가스)을 얻는다.
본 발명은 두 열분해 단계가 단일 열분해 공정에서 최적으로 결합되는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 다음과 같은 이점을 제공한다:
1) 고품질 오일(물 함량이 적고, 유기물 함량이 많으며, 산 함량이 높음 - 유화제, 페놀 사슬이 작음 - 극성이 적고 상 분리가 덜 일어남);
2) 1차 가스에서 분해된 "비응축성 가스"가 적어, 석유 수율이 높아진다.
3) 리그닌의 분해가 증가하면 더 적은 "숯"을 제공하여, 오일 수율이 더 높아진다.
본 방법의 실시예는 도 1에 개략적으로 나타냈다. 본 방법은 두 개의 반응기를 사용하는데, 바이오매스와 열 운반체는 0.5 내지 5초의 체류 시간을 제공하도록 구성된 제1 반응기에 공급된다. 이후, 부분적으로 열분해된 바이오매스는 10 내지 1200초의 체류 시간을 허용하도록 구성된 제2 반응기에 공급된다.
구체적으로, 바이오매스와 열 운반체(모래)가 반응기 1에 공급되어, 물리적으로 즉시 혼합된다. 반응기 1에서는, "급속 열분해"가 일어나며, 바이오매스의 급격한 온난화와 1차 가스의 짧은 체류 시간이 특징이다. 1차 가스의 체류 시간은 가능한 한 짧다(0.5 내지 5초 정도).
바이오매스, 열 운반체(모래) 및 급속 열분해에서 발생하는 분해 가스의 혼합물이 반응기 1에서 반응기 2(분리기)로 배출된다. 급속 열분해의 1차 열분해 가스는 분리기에서 직접 올라가고, 열 운반체(모래)와 고형물 바이오매스(제1 반응기에서 체류 시간이 짧아 불완전하게 분해됨)는 분리기(중력)에서 내려간다.
고형물은 분리기에서 천천히 가라앉는 층(디프레그)을 형성한다(체류 시간은 약 10 내지 900초). 디프레그의 고온(일반적으로 350 ℃ 초과)으로 인해, 리그닌이 "균열(cracks through)"되고, 남아 있는 물질이 뜨거운 모래층을 통해 위쪽으로 이동하는 가스를 생성하고, 결국 2차 열분해 가스를 형성한다.
1차 가스와 2차 가스가 결합된 것은, 예를 들면 사이클론을 통해 액체(열분해 오일)로 응축되고, 열 운반체(모래)와 완전히 전환된 바이오매스(숯)는 분리기 바닥을 통해 빠져나간다.
실험 설정
열분해는 디프레그 모래 높이를 3가지 다른 수준으로 조정한 미니 파일럿 플랜트를 사용하여 수행해(도 2에 개략적으로 도시됨), 디프레그 내 리그닌의 체류 시간이 생성된 열분해 오일의 품질과 수율에 미치는 영향을 입증했다.
구체적으로, 목재 바이오매스, 깨끗한 모래 및 시동(start-up) 액체를 사용하여 세 가지 실험을 수행했으며, 다른 작동 매개변수를 일정하게 유지하면서, 각 운전(run)에 대해 디프레그의 다른 높이 수준(I, II 및 III)을 제공하는 방식으로, 분리기(반응기 2) 아래에서 모래와 숯을 제거하기 위한 스크류의 출력을 실험마다 다르게 했다. 사용된 다양한 높이 수준은 다음과 같다: I = 매우 낮음, 산소 전달의 한계에 있음; II = 낮은 수준; III = 높은 수준. 사용된 실험 설정에서, 제2 반응기에서의 체류 시간은 다음과 같다: III: 11분(1번째 운전) ; II: 4.5분(2번째 운전); I: 3.6분(3번째 운전).
결과
도 3 및 아래 표에서 볼 수 있듯이, 분리기 수준이 높을수록 더 높은 품질의 열분해 오일을 얻을 수 있는데, 그 이유는 다음과 같다:
1) C/O 비율이 증가하면 유기 성분이 더 많아지고;
2) 열분해 오일의 수분 함량이 더 낮아지고;
도 4 및 아래 표에서 볼 수 있듯이, 더 높은 오일/숯 수율 비율(질량 수지(mass balance))이 얻어졌다.

Claims (15)

  1. 홀로셀룰로오스(holocellulose) 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로부터 열분해 오일(pyrolysis oil)을 제공하는 방법으로서, 상기 방법은, 하기 단계들을 포함하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법:
    a) 바이오매스와 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도를 갖는 고형물 열 운반체(solid heat carrier)를 각각 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에 도입하는 단계;
    b) 산소가 없는 상태에서, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 바이오매스와 고형물 열 운반체를 연속적으로 혼합하여 0.5 내지 5초의 첫 번째 기간의 열분해 처리를 제공하여 부분적으로 열분해된 바이오매스 및 고형물 열 운반체 및 1차 열분해 가스를 포함하는 혼합물을 생성하는 단계;
    b1) 선택적으로, 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 1차 열분해 가스를 수집하는 단계;
    c) 제1 반응기 또는 제1 반응 구역에서 제2 반응기 또는 제2 반응 구역으로 혼합물을 도입하는 단계로, 상기 제2 반응기 또는 제2 반응 구역은 중력에 의해 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 고형물을 침전시키거나 분리하도록 구성되어, 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 고형물 층을 형성하는 것인, 단계;
    d) 산소가 없는 상태에서, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 혼합물을 10 내지 1200초의 두 번째 기간 동안 열분해 처리하여 2차 열분해 가스와 고형물 숯을 추가로 생성하고, 제2 반응기 또는 반응 구역에서 열분해 가스를 수집하는 단계;
    e) 수집된 1차 및 2차 열분해 가스를, 바람직하게는 60 ℃ 이하의 온도로 급냉함으로써 열분해 오일로 응축하는 단계.
  2. 제1항에 있어서,
    열분해 처리를 위한 상기 두 번째 기간은 제2 반응기 또는 제2 반응 구역의 바닥에 침전되거나 분리된 고형물 층의 높이에 따라 결정되는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 반응기 또는 2차 반응 구역의 바닥에 침전되거나 분리된 고형물 층의 높이는 두 번째 기간을 제어하고, 높이가 증가할수록 두 번째 기간이 길어지는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    열분해 처리를 위한 상기 두 번째 기간은 10 내지 900초, 바람직하게는 50 내지 900초, 보다 바람직하게는 100 내지 900초, 가장 바람직하게는 200 내지 720초인 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고형물 열 운반체는 규산질 광물, 촉매 광물, 금속, 제올라이트 및 모래로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 증가된 탄소(C) 함량을 갖는 열분해 오일을 제공하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 증가된 오일/숯 비율(char ratio) 또는 수율을 갖는 열분해 오일을 제공하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 증가된 탄소(C)/산소(O) 비율 또는 에너지 함량을 갖는 열분해 오일을 제공하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스는 목재, 목재 유래 제품, 농산물, 농업 폐기물, 원예 제품, 원예 폐기물, 임업 제품, 임업 폐기물, 인간 또는 동물의 식품 가공 산업 폐기물, 목재 칩, 톱밥, 목재 펠릿, 나무껍질, 씨앗, 커널(kernel), 껍질(husk) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첫 번째 기간은 제1 반응기의 부피와 바이오매스 및 고형물 열 운반체의 공급 속도에 의해 결정되는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 연속 공정인 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스의 수분 함량은 10 중량% 미만, 바람직하게는 5 중량% 미만, 더 바람직하게는 3 중량% 또는 4 중량% 미만인 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (a)에서 상기 열 운반체의 온도는 450 ℃ 내지 650 ℃, 바람직하게는 450 ℃ 내지 600 ℃인 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 반응기 또는 제1 반응 구역은 바이오매스와 열 운반체를 위한 혼합 수단 및 주입구, 부분적으로 열분해된 바이오매스와 고형물 열 운반체를 포함하는 혼합물을 위한 배출구, 및 선택적으로 1차 열분해 가스를 위한 배출구를 포함하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 반응기 또는 제2 반응 구역은 중력에 의해 고형물 입자와 가스를 분리하기 위한 수단을 포함하고, 제2 반응기는 부분적으로 열분해된 바이오매스와 고형물 열 운반체를 포함하는 혼합물을 위한 주입구, 제2 반응기 바닥에서 침전되거나 분리된 고형물을 위한 배출구, 및 열분해 가스를 위한 배출구를 더 포함하는 것인, 열분해 오일을 제공하는 방법.
KR1020257014584A 2022-10-31 2022-10-31 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법 Pending KR20250079009A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2022/080384 WO2024094285A1 (en) 2022-10-31 2022-10-31 Methods for providing pyrolysis oil from holocellulose and lignin comprising biomass

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20250079009A true KR20250079009A (ko) 2025-06-04

Family

ID=84363672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020257014584A Pending KR20250079009A (ko) 2022-10-31 2022-10-31 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4612256A1 (ko)
JP (1) JP2026511293A (ko)
KR (1) KR20250079009A (ko)
CN (1) CN120322524A (ko)
AU (1) AU2022485286A1 (ko)
WO (1) WO2024094285A1 (ko)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9017428B2 (en) * 2010-11-16 2015-04-28 Kior, Inc. Two-stage reactor and process for conversion of solid biomass material
US9908092B2 (en) * 2016-02-23 2018-03-06 Phillips 66 Company Systems for two-stage biomass pyrolysis

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024094285A1 (en) 2024-05-10
AU2022485286A1 (en) 2025-04-17
JP2026511293A (ja) 2026-04-13
CN120322524A (zh) 2025-07-15
EP4612256A1 (en) 2025-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9738833B2 (en) Process for conversion of biomass in multi-zone reactor
KR101772165B1 (ko) 반탄화 및 급속열분해 공정을 이용한 바이오오일 제조방법
EP2199364A2 (en) Counter-current process for biomass conversion
US9347005B2 (en) Methods and apparatuses for rapid thermal processing of carbonaceous material
EP2829589A1 (en) Method for producing charcoal
US20130326935A1 (en) System for treating biomass
US10059883B2 (en) Method for producing a pyrolysis product
EP1377650A1 (en) Processing of carbonaceous material
US8287723B2 (en) Biomass pyrolysis in refinery feedstock
US20130232855A1 (en) Two-Stage Reactor And Process For Conversion Of Solid Biomass Material
CN103396820A (zh) 一种生物质热解制备生物油的方法
EP3256551B1 (en) Cooling process of torrefied biomass and apparatus
CA3113577A1 (en) Process of treating carbonaceous material and apparatus therefor
CN108342211A (zh) 一种新型生物质热解综合利用工艺以及系统
KR20250079009A (ko) 홀로셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 바이오매스로로부터 열분해 오일을 제공하는 방법
US20140318944A1 (en) Catalytic pyrolysis of biomass using a multi-stage catalyst regenerator
EP3858950A1 (en) A pyrolysis system, a method for producing purified pyrolysis gas and pyrolysis liquids and use of a pyrolysis system
US20230151281A1 (en) Process to prepare a gas oil product
US20240384174A1 (en) Process to convert a solid biomass to a crude fuel
US10400175B2 (en) Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing of carbonaceous material
WO2023088881A1 (en) Process to continuously prepare a gas oil product
NZ719158B2 (en) Apparatuses and methods for controlling heat for rapid thermal processing

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20250430

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application