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목질계 바이오매스로부터 수취한 바이오오일과 물을 혼합한 반응물질을 투입하는 반응물질투입장치(20)와; 투입되는 반응물질을 예열시키고, 예열된 반응물질을 초임계수조건에서 개질시켜 가연성 합성가스가 포함된 생성물을 생산하는 수직형 반응장치(30)와; 상기 수직형반응장치에서 생산된 생성물을 냉각하고 상분리하여 이물질이 제거된 합성가스를 생산하는 후처리장치(40);를 포함하여 구성되고, 상기 반응물질투입장치(20)는,피스톤(212)에 의해 내부가 반응물질챔버(214)와 물챔버(213)로 구획되는 실린더형투입기(21)와;고압펌프(222)에 의해 저장된 물을 실린더형투입기 전단을 통해 물챔버로 고압 이송시키는 하부에 저울이 설치된 제1물저장조(22)와;저울이 설치된 원액저장조(234) 및 제2물저장조(235)로부터 바이오오일 원액과 물을 공급받아 교반시켜 반응물질을 제조하고, 제조된 반응물질은 고압펌프(232)에 의해 실린더형투입기 후단을 통해 반응물질챔버(214)로 충전되도록 하는 반응물질저장조(23)와;수직형반응장치에 반응물질을 공급하기 이전의 초기 운전시 수직형반응장치 내부를 초임계수환경으로 조성하도록 반응물질 대신 공급하는 물이 저장되는 준비수저장조(24);로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오오일 초임계수 개질 반응시스템
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제1항에 있어서, 상기 실린더형투입기(21)는,수직원통체의 실린더(211)와; 상기 실린더 내부공간을 반응물질챔버(214)와 물챔버(213)로 구획하는 피스톤(212)과;상기 실린더의 후단에 배관되어 반응물질챔버(214) 내에 충전된 반응물질을 수직형반응장치(30)로 공급하는 반응물질공급관(215)과;상기 실린더의 후단의 반응물질공급관에 연통설치되어 실린더의 반응물질챔버(214)로 반응물질을 주입시키기 위한 반응물질주입관(231)과;상기 실린더의 전단으로 제1물저장조(22)의 물을 물챔버(213)로 주입하는 물주입관(221)과;상기 실린더 전단의 물주입관(221)에 연통설치되어 반응물질 충전으로 배출되는 물을 제1물저장조(22)로 재이송시키는 회류관(224)과;상기 반응물질공급관(215)과, 반응물질주입관(231)과, 물주입관(221)과, 회류관(224)에 각각 설치되는 단속밸브(216,233,223,225);로 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오오일 초임계수 개질 반응시스템
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제1항에 있어서, 수직형 반응장치(30)는,수직통체로 중간에는 내주면을 따라 중심축으로 돌출된 단턱인 촉매지지대(313)가 형성되고, 상기 촉매지지대에는 금속망(314)을 안치하여 내부를 상부 반응챔버(312)와 하부 예열챔버(311)로 구획하고, 예열챔버 하부 측면에는 반응물질공급관(215)이 연통되고 반응챔버 상단에는 배출관(39)이 연통되어 생성물을 배출시키는 수직형반응기(31)와;상기 예열챔버 내부에 배치되어 반응물질을 가열시키는 내부가열기(32)와;상기 예열챔버 하부 외벽에 코일형태로 설치되어 유입되는 반응물질을 가열시키는 외부가열기(33)와;상기 예열챔버와 반응챔버에 배치되어 반응물질의 예열온도 및 반응온도를 측정하는 열전대(34)와;상기 수직형반응기의 하단에 연통설치되어 반응물질이 가열되면서 부반응(coking)으로 생성되어 침강하는 고형물을 저장하는 고형물저장조(35)와; 상기 반응챔버의 금속망 상부에 충전되는 촉매층(36)과;상기 촉매층 상부에 설치되어 부유에 의해 촉매의 유출을 방지하는 원판형필터(37)와;상기 수직형반응기를 가열하기 위해 수직형반응기를 내포하도록 설치되는 가열로(38);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오오일 초임계수 개질 반응시스템
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제4항에 있어서, 상기 수직형반응기(31)는,예열챔버와 반응챔버를 각 예열관과 반응관으로 분리구성하고, 유니온(union)이나 리듀서(reducer)로 상호 연결하여 일체화하고,연결부분의 내측 돌출부분을 금속망이 안치되는 촉매층지지대로 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 바이오오일 초임계수 개질 반응시스템
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제1항에 있어서, 상기 후처리장치(40)는,상기 수직형 반응장치에서 배출되는 생성물을 상온으로 냉각하는 열교환기(41)와;열교환으로 냉각된 생성물로부터 고형물을 필터링하는 원통형필터(42)와;상기 고형물이 분리된 생성물의 반응압력을 상압으로 감압시키는 후압제어기(43)와;상기 감압된 생성물을 기상과 액상으로 분리하는 기액분리기(44)와;상기 기액분리기하부에 연통되어 액상 유출수 수위를 조절하고 과잉 유출수는 제2물저장조(235)로 이송시키는 단속밸브(442)가 설치된 순환관(441)과;상기 기상 생성물인 합성가스 생성유량을 측정하는 합성가스 유량 측정기(45);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 바이오오일 초임계수 개질 반응시스템
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피스톤에 의해 구획된 일측공간으로 반응물질을 저장하고 타측공간에는 물을 주입시켜 물 주입량만큼 반응물질을 수직형반응장치로 투입하는 실린더형투입기 및 운전초기 반응물질 대신 공급하는 물을 저장하는 준비수저장조를 구비한 반응물질투입장치와; 투입되는 반응물질을 하부로부터 예열시키면서 상승시켜 상부에서는 초임계수조건에서 촉매 개질반응으로 합성가스 생성물을 생산하는 수직형반응장치와; 상기 수직형반응장치에서 생산되는 생성물의 이물질을 제거하여 합성가스를 생성하는 후처리장치를 포함하여 구성되는 초임계수 개질 반응시스템의 운전방법에 있어서,상기 반응시스템의 초기 운전방법은,반응시스템의 유로를 고압으로 형성한 다음 준비수공급관의 단속밸브는 개방하고, 실린더형투입기 후단의 반응물질공급관에 설치된 단속밸브는 폐쇄하여 준비수저장조의 물이 고압펌프에 의해 수직형반응기로 공급되도록 하고, 후처리장치의 후압제어기는 상압을 유지하고 밸브를 완전히 열어 수직형반응기 하부로 공급된 물이 수직형반응기 상부를 통해 기액분리기로 유입되도록 하되, 투입된 물이 외부로 유출되지 못하도록 수직형반응기 하단의 고형물저장조와 기액분리기에 설치된 단속밸브를 모두 폐쇄하여 수직형반응기 상부의 반응챔버 압력과 온도를 초임계수 조건으로 상승시키도록 하며, 상기 반응물질투입장치의 운전방법은,실린더형투입기의 물챔버에는 제1물저장조의 물을 고압펌프로 공급하여 채우고, 실린더형투입기의 반응물질챔버에는 반응물질저장조의 반응물질을 고압펌프로 공급하되 반응물질공급관은 준비수공급관과 합관되는 티(Tee) 부분을 분리하여 실린더형투입기 후단과 분리된 단부 사이의 단속밸브를 개방해 반응물질이 반응물질챔버를 채우고 분리된 단부로 흘러나오면, 단속밸브를 폐쇄하고 분리된 반응물질공급관을 연결한 후 반응물질 투입을 중지하고, 회류관의 단속밸브를 닫은 상태에서 제1물저장조의 물을 실린더형투입기의 물챔버로 연속공급해 피스톤을 상승시켜 반응물질챔버의 압력을 반응압력으로 상승시키고, 압력이 상승 완료되면 물주입관의 단속밸브를 닫고 물투입을 중지하여 반응물질을 수직형반응기에 투입할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 초임계수 반응시스템의 운전방법
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제7항에 있어서, 수직형반응장치의 운전방법은,준비수저장조의 물은 수직형반응기 하부 예열챔버로 공급되고 수직상승하여 반응챔버를 통해 후처리장치를 통과하도록 하고, 후처리장치 중 기액분리기로 물이 흘러나오면 후압제어기를 이용하여 물공급라인의 고압펌프와 후압제어기 사이의 압력을 반응압력까지 상승시키고, 예열챔버에 설치된 내부가열기와, 외부가열기와, 가열로를 가동하여 예열챔버 온도를 500 ℃ 이상으로 가열하여 유지하도록 하고, 준비수저장조의 저장된 물의 량을 저울로 일정 간격으로 측정해 투입되는 물의 유속을 측정하고, 공급될 반응물질의 유속과 같아지도록 설정하여 후압제어기와 준비수공급관및 물공급관의 사이의 압력이 동일한 반응압력으로 유지되도록 하고, 준비수공급관과 반응물질주입관 및 회류관의 단속밸브를 닫고 물주입관의 단속밸브만 개방한 다음 고압펌프를 이용하여 제1물저장조의 물을 물챔버로 공급하여 피스톤을 밀어 반응물질챔버에 저장된 반응물질이 반응물질공급관을 통해 수직형반응기의 예열챔버로 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 초임계수 반응시스템의 운전방법
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제7항에 있어서, 초임계수 개질 반응시스템의 운전방법은,바이오오일과 물을 희석해 제조된 반응물질의 유기물질 농도는 COD 기준으로 약 50,000 - 200,000 mgO2/L인 것을 사용하고, 수직형 반응기의 예열챔버는 500 - 650 ℃ 예열온도, 반응챔버는 650 - 710 ℃ 범위의 반응온도, 25 - 35 MPa 범위의 반응압력, 25 - 50 h-1 LHSV의 유입속도로 반응물질을 공급하여 운전되는 것을 특징으로 하는 초임계수 개질 반응시스템 운전방법
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