KR0180626B1 - 고온 가압 석탄가스화 반응장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온 가압 석탄가스화 반응장치에 관한 것이다. 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는 석탄가스화에 필요한 반응가스를 고온 고압 주반응기(50)에 정량 공급하기 위한 가스정량공급부(10); 반응가스를 혼합하기 위한 가스혼합부(20); 반응가스를 800 내지 1,300℃의 온도로 예열시키기 위한 가스예열기(30); 증기를 고온 고압 주반응기(50)에 정량 공급하기 위한 증기정량주입부(40); 석탄입자를 고온 고압 주반응기(50)에 공급하기 위한 석탄공급부(80); 가스예열기(30)로부터 예열된 반응가스와 석탄공급부(80)에서 공급된 석탄입자를 0 내지 25kg/cm2의 압력 및 600 내지 1,800℃의 온도에서 석탄가스화 반응시키기 위한 고온 고압 주반응기(50); 고온 고압 주반응기(50)로부터 배출된 가스와 반응입자의 분석을 수행하며 가스를 외부로 배출시키기 위한 배기가스처리부(60); 주반응기(50)의 주위에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순환부(70); 및, 주반응기(50) 및 반응가스의 압력, 유량 및 온도를 제어하고 설비운전시의 비상상황을 감시 및 제어하며 설비운전자료를 수집하기 위한 제어 및 자료수집부로 구성된다.
Description
제1도는 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치의 전체 시스템에 대한 개략적인 구성도.
제2도는 본 발명의 증기정량주입부의 상세도.
제3도는 본 발명의 고온 가압 주반응기의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 가스정량공급부 20 : 가스혼합부
30 : 가스예열기 40 : 증기정량주입부
50 : 주반응기 60 : 배가스처리부
70 : 냉각수순환부 80 : 석탄공급부
본 발명은 고온 가압 석탄가스화 반응장치에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 대기압하에서는 물론, 고온 고압하에서의 석탄의 가스화반응을 효과적으로 실험 및 분석할 수 있는 고온 가압 석탄 가스화 반응장치에 관한 것이다.
현재 소비되고 있는 대부분의 석탄은 대기압하에서의 발전용 보일러에서 연소되며, 이와 관련하여 대기압하에서의 석탄의 연소 특성실험을 수행할 수 있는 다양한 형태의 석탄가스화 반응장치가 개발되어 사용되고 있다.
한편, 최근 고효율을 지닌 에너지의 개발에 대한 관심이 고조됨에 따라, 고온 고압하에서 석탄을 가스화하여 발전설비에 사용할 수 있는 석탄가스화 복합발전에 대한 연구가 신기술 개발을 위한 시도의 하나로서 활발히 진행되고 있다.
따라서, 석탄을 원료로 사용하는 고온 고압 석탄가스화 반응기에서 발생하는 가스화 반응과정을 실험적으로 정확히 모사할 수 있는 고온 가압 석탄가스화 반응장치의 개발이 끊임없이 요구되어 왔으나, 상기 한 종래의 석탄 가스화 반응장치는 고온 고압화에서 운용되는 석탄가스화 반응기에서 발생하는 연료 반응특성을 모사할 수 없으므로, 고온 고압하에서의 석탄가스화 반응시 일어나는 석탄의 열분해, 촤(char)의 산화 및 가스화반응 등에 대한 데이타를 얻는 것이 불가능하다는 문제점을 지니고 있었다.
결국, 본 발명은 전술한 종래기술에 따른 석탄가스화 반응장치의 한계를 극복하기 위하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은 대기압하에서는 물론, 1600℃의 온도 및 25kg/cm2의 압력에 이르는 고온 고압하에서의 석탄의 가스화반응을 실험 및 분석할 수 있는 고온 가압 석탄가스화 반응장치를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하는 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는, 석탄가스화에 필요한 반응가스를 고온 고압 주반응기에 정량 공급하기 위한 가스정량공급부; 상기 반응가스를 혼합하기 위한 가스혼합부; 상기한 반응가스를 800 내지 1,300℃의 온도로 예열시키기 위한 가스 예열기; 증기를 고온 고압 주반응기에 정량 공급하기 위한 증기정량주입부; 석탄입자를 고온 고압 주반응기에 공급하기 위한 석탄공급부; 상기한 가스예열기로 부터 예열된 반응가스와 상기한 석탄공급부에서 공급된 석탄입자를 0 내지 25kg/cm2의 압력 및 600 내지 1,800℃의 온도에서 석탄가스화 반응시키기 위한 고온 고압 주반응기; 상기한 고온 고압 주반응기로부터 배출된 가스와 반응입자의 분석을 수행하며 가스를 외부로 배출시키기 위한 배가스처리부; 상기한 고온 고압 주반응기의 주위에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순환부; 및, 상기한 고온 고압 주반응기 및 반응가스의 압력, 유량 및 온도를 제어하고 설비운전시의 비상상황을 감시 및 제어하며 설비운전자료를 수집하기 위한 제어 및 자료수집부로 구성된다.
이때, 산화분위기는 물론 환원분위기에서 석탄의 가스화 반응성 측정을 수행할 수 있도록, 상기한 가스정량공급부 및 증기정량주입부에는 반응가스인 산소, 이산화탄소, 수소, 수증기와, 아르곤의 불활성가스, 및 공기를 개별적으로 또는 혼합하여 정량 공급할 수 있는 유량조절밸브와 질량유량조절기(mass flow controller, MFC) 및 미터링 펌프로 이루어진 유량조절수단을 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 가스정량공급부 및 증기정량공급부는, 공급되는 반응가스의 조성을 실험대상 및 목적에 따라 변화하여 공급하는데, 즉, 석탄의 휘발분이 방출되는 반응속도 측정시에 불활성가스로 질소를 공급하고, 촤-이산화탄소의 반응속도 측정시에는 이산화탄소를 반응가스로 공급하며, 촤-수증기의 반응속도 측정시에는 반응가스로 수증기를 공급하고, 촤-산소의 산화 반응속도 측정시에는 반응가스로 산소를 공급하며, 전기한 각각의 경우에 반응가스의 분율변화에 따른 영향을 측정시에는 질소나 아르곤 등의 불활성가스를 추가로 혼합하여 공급하도록 구성하는 것이 바람직하다.
이때, 상기한 촤-수증기의 반응속도 측정시 증기의 정량공급을 위하여, 상기한 증기정량주입부는 미량의 물을 정량적으로 증기가열로에 공급하기 위한 미터링(metering) 펌프 또는 시린지(syringe) 펌프 등의 펌프와, 정량공급된 물을 일정한 온도로 가열하여 증기를 발생하기 위한 증기가열로와, 전기한 증기가열로의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 증기가열로에 오일을 순환시키기 위한 열-오일(thermo-oil) 펌프로 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 석탄의 반응속도 측정시 상기한 고온 고압 주반응기로부터 발생된 열에 의한 석탄공급부의 영향을 차단하기 위하여, 상기한 주반응기 상부에 설치된 연료주입관을 수냉관으로 구성하고, 주반응기 내에서의 석탄입자의 체류시간을 조절하기 위하여 상기한 연료주입관을 주반응기 내에서 상하로 이동하도록 구성하며, 석탄의 반응속도를 용이하게 측정할 수 있도록 주반응기의 중앙부 및 하단에 복수개의 광학적 창(optical window)을 부설하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기한 주반응기 내에서 석탄의 체류시에만 석탄가스화 반응이 허용되도록 하면서 반응을 신속히 종결시키기 위하여, 상기 한 주반응기의 하단부에 부설된 수집프로브(collection probe)에 상온의 질소를 공급하여 반응가스의 온도를 600℃ 이하로 낮춘 다음, 수냉각에 의해 상온으로 냉각할 수 있도록, 상기한 주반응기는 질소냉각 및 수 냉각을 변용하도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 주반응기의 압력유지 및 조절을 위하여, 대기압 운전시에는 시스템 외부로 가스를 배출함으로써 유량을 조절하도록 상기한 배가스처리부에는 진공펌프(vacuum pump)와 바이패스 밸브(bypass valve)를 형성하며, 가압 운전시에는 전체 시스템의 운전압력이 전자 트랜스듀서(electronic transducer)에 의해 감지되고 콘트롤러(controller)에 송출되어 배압 조절밸브의 배출유량이 공급유량과 동일하도록 조절하여 항상 일정한 압력을 유지하도록 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 주반응기의 가압 운전시 고온의 반응관이 알루미나 튜브의 내외간의 압력차에 의한 알루미나 튜브의 파열을 방지하기 위하여, 반응관의 출구를 알루미나 튜브 외부와 압력용기 사이에 압력 동등화 가스라인(pressure equalizing gas line)으로 연결 구성하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치의 전체 시스템에 대한 개략적인 구성도로서, 제1도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는, 석탄가스화에 필요한 반응가스를 고온 고압 주반응기(50)에 정량 공급하기 위한 가스정량공급부(10); 상기한 반응가스를 혼합하기 위한 가스혼합부(20); 상기한 반응가스를 800 내지 1,300℃의 온도로 예열시키기 위한 가스예열기(30); 증기를 고온 고압 주반응기(50)에 정량 공급하기 위한 증기정량주입부(40); 석탄입자를 고온 고압 주반응기(50)에 공급하기 위한 석탄공급부(80); 상기한 가스예열기(30)로부터 예열된 반응가스와 상기한 석탄공급부(80)에서 공급된 석탄입자를 0 내지 25kg/cm2의 압력 및 600 내지 1,800℃의 온도에서 석탄가스화 반응시키기 위한 고온 고압 주반응기(50); 상기한 고온 고압 주반응기(50)로부터 배출된 가스와 반응입자의 분석을 수행하며 가스를 외부로 배출시키기 위한 배가스처리부(60); 상기한 고온 고압 주반응기(50)의 주위에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순화부(70); 및, 상기한 고온 고압 주반응기(50)와 반응가스의 압력, 유량 및 온도를 제어하고 설비운전시의 비상상황을 감시 및 제어하며 설비운전자료를 수집하기 위한 제어 및 자료수집부(미도시)로 구성된다.
제1도는 가스정량공급부(10) 및 증기정량주입부(40)로부터 석탄의 가스화반응에 필요한 반응가스가 공급되고, 석탄공급부(80)로부터 연료인 석탄입자가 0 내지 25kg/cm2의 압력범위의 가압상태 및 600 내지 1,800℃의 온도범위에서 운용되는 고온 고압 주반응기(50)의 상부로 공급되어 가스화반응이 일어나고, 이때 발생된 가스 및 반응된 입자는 주반응기(50)의 반응관 하부에서 수집되어 배가스처리부(60)에서 분석 및 배출된다.
본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치의 특징은 가스화반응시 발생되는 개별적인 소반응에 대한 분석을 수행할 수 있는 동시에, 매크로(macro)한 가스화반응에 대한 분석을 수행할 수 있다는 것이다.
상기한 주반응기(50)에서는 석탄연소 및 가스화반응이 정밀하게 조절된 온도, 압력, 분위기가스의 조성 및 체류시간 등의 공정변수하에서 하기와 같은 세부적인 반응이 일어날 수 있으며, 이를 정량적으로 측정할 수 있다 :
(1) 석탄char + 휘발분
(2) char + O2--- CO2
(3) char + 0.5 O2--- CO
(4) char + H2O --- CO + H2
(5) char + CO2--- 2CO
(6) chat + H2--- CH4
본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치에서 석탄의 가스화반응을 위하여 가스정량공급부(10) 및 증기정량주입부(40)로부터 주반응기(50)에 공급되는 대표적인 반응가스는 이산화탄소, 산소, 수소 수증기 및 질소이다. 이때, 가스정량공급부(10) 및 증기정량주입부(40)로부터 주반응기(50)에 공급되는 가스의 조성은 다음과 같이 석탄가스화 반응이 실험대상 및 목적에 따라 조절한다: 즉, 주반응기(50)에서 석탄의 반응속도 측정에 필요한 촤를 제조하거나, 온도에 따른 휘발분(volatile matter)이 방출되는 반응속도 측정시에는 가스정량공급부(10)로부터 질소를 공급하고, 촤-이산화탄소의 반응속도 측정시에는 반응가스로 이산화탄소를 공급하며, 촤-수증기의 반응속도 측정시에는 증기정량주입부(40)로부터 수증기를 공급하고, 촤-산소의 산화반응 속도 측정시에는 반응가스로 산소를 공급한다. 전기한 각각의 경우에 반응가스의 분율변화에 따른 영향을 측정하고자 할 때에는 가스정량공급부(10)에서 질소 및 아르곤 등의 불활성가스 등을 추가로 공급 및 혼합하여 주반응기(50)에 공급한다.
반응가스 공급시 유량을 조절하기 위하여, 본 발명의 가스정량공급부(10) 및 증기정량주입부(40)에는 주반응기(50)에서 석탄가스화 및 연소반응이 일어날 수 있도록 반응가스인 산소, 이산화탄소, 수소, 수증기와, 아르곤 등의 불활성가스, 및 공기를 정량 공급할 수 있는 유량 조절밸브(11, 41)와 질량유량조절기(mass flow controller, MFC) (12) 및 미터링 펌프(43)로 이루어진 유량조절수단을 포함하도록 구성하고, 석탄의 이송을 위한 질소 공급장치를 포함하도록 구성한다. 상기한 가스 중 공기를 제외한 모든 가스의 공급은 가스붐베(bombe)를 사용하며, 충분한 산소 및 질소 등의 공급과 동시에 가압하의 석탄가스화반응 실험을 수행하기 위하여 가스의 압력이 25Atg를 유지할 수 있도록 한다.
본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치에서는 환원분위기의 석탄 가스화 반응조건을 형성하기 위하여, 주반응기(50)에 증기(H2O)를 주입하게 되는데, 이때 사용되는 본 발명의 증기정량주입부(40)의 상세도를 제2도에 나타내었다.
제2도에 도시된 바와 같이, 증기정량주입부(40)는 미량의 물을 정량적으로 증기가열로(42)에 공급하기 위한 미터링(metering) 펌프 또는 시린지(syringe) 펌프 등의 펌프(43)와, 펌프(43)에 의해 정량공급된 물을 일정한 온도로 가열하여 증기를 발생하기 위한 증기가열로(42)와, 전기한 증기가열로(42)의 온도를 일정하게 유지하기 위한 증기가열로(42)에 오일을 순환시키기 위한 서모오일(thermo-oil) 펌프(44)로 구성되어, 증기가열로(42) 내부의 전열선(45)의 가열에 의해 발생된 열로 증기를 발생 공급하며, 증기정량주입부(40)로부터 발생된 정량의 증기는 유량 조정밸브(41)를 거쳐 주반응기(50)로 공급되게 된다.
한편, 제3도는 본 발명의 고온 가압 주반응기(50)의 개략도로서, 전기한 주반응기(50)는 그 일단이 가스예열기(30)와 연결된다.
제3도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 주반응기(50)에는 가스예열기(30)에서 예열된 반응가스와 주반응기(50) 내부의 전열선(51)의 직접접촉에 의한 전열선(51)의 손상을 방지하기 위하여, 전열선(51)과 반응가스의 흐름이 직접 접촉하지 않도록 전열선(51)을 알루미나 튜브(52) 등으로 격리하고, 주반응기(50) 내부의 온도를 1,300℃ 이상의 온도로 상승시킬 수 있도록 반응가스가 예열기(30) 내에서 체류하는 시간이 길도록 유지한다. 상기한 가스예열기(30)에 의한 유입된 2차 가스 또는 공기는 가스예열기(30)에 설치된 전열선에 의하여 실험조건에 따라 800 내지 1,300℃로 가열된 후, 하니컴(honeycomb) 형상의 유동 직류기(flow staightener)(53)를 거쳐 층류 형태로 주반응기(50)의 내부로 공급된다. 주반응기(50)에서는 전열선(51)에 의하여 고온으로 유지된 알루미나 튜브(52) 내를 석탄 연료입자가 통과하면서 석탄이 가스화반응이 일어나게 된다.
이때, 주반응기(50)의 전열선(51)으로는 1,600℃ 이상의 고온을 유지할 수 있는 수퍼칸탈(super Kantal) 등을 사용하는 것이 바람직하며, 알루미나 튜브(52)를 따라 일정한 온도를 유지하기 위하여, 즉, 균일한 축방향 온도를 유지하기 위하여 전열선(51)은 3단 이상으로 온도 조절이 가능하도록 구성하며, 이때 각 단별로 독립적으로 온도를 조절하도록 구성한다.
또한, 상기한 주반응기(50)의 가압 운전시 고온의 반응관인 알루미나 튜브(52)의 내외간 압력차에 의한 알루미나 튜브(52)의 파열을 방지하기 위하여, 반응관의 출구를 알루미나 튜브(52) 외부와 압력용기 사이에 압력 동등화 가스라인(pressure equali zing ags line)(54)으로 연결구성함으로써, 알루미나 튜브(52) 파열에 따른 전기로의 손상을 방지한다.
아울러, 고온에서 석탄의 가스화 반응시간을 조절하고 고압을 유지하기 위하여, 주입프로브(injection probe)(55)를 주반응기(50) 내에서 상하로 움직일 수 있도록 구성하며, 주입프로브(55)가 고압을 유지하면서 상하 이동할 수 있도록 주반응기의 상부(56)에는 카본 씰(carbon seal) 또는 메카니컬 씰(mechanical seal)을 설치한다.
또한, 상기한 주반응기(50) 내에서 석탄의 체류시에만 반응이 허용되도록 하면서 반응을 신속히 종결시키기 위하여, 상기한 주반응기(50)의 하단부에 부설된 수집프로브(collection probe)(57)에 상온의 질소를 공급하여 반응가스의 온도를 600℃ 이하로 맞춘 다음, 수냉각에 의해 약 50℃ 정도의 상온으로 냉각할 수 있도록, 상기한 주반응기(50)는 질소냉각 및 수냉각을 병용하도록 구성한다.
아울러, 석탄의 반응속도 측정시 상기한 고온 고압 주반응기(50)로부터 발생된 열에 의한 석탄공급부(80)의 영향을 차단하기 위하여 상기한 주반응기(50) 상부에 설치된 연료주입관(58)을 수냉관으로 구성하고, 주반응기(50) 내에서의 석탄입자의 체류시간을 조절하기 위하여 전기한 연료주입관(58)을 주반응기 내에서 상하로 이동하도록 구성하며, 석탄의 반응속도를 용이하게 측정할 수 있도록 주반응기(50)의 중앙부 및 하단에 복수개의 광학적 창(optical window)(59)을 부설한다.
한편, 제1도에서 보듯이, 상기한 주반응기(50)의 압력유지 및 조절을 위하여, 대기압 운전시에는 시스템 외부로 가스를 배출함으로써 유량을 조절하도록 상기한 배가스처리부(60)에는 진공펌프(61)와 바이패스 밸브(62)를 형성하며, 가압 운전시에는 전체 시스템의 운전압력이 전자 트랜스듀서(electronic transducer)에 의해 감지되고 콘트롤러(controller)에 송출되어 배압 조절밸브(63)의 배출유량이 공급유량과 동일하도록 조절하여 항상 일정한 압력이 유지되도록 한다.
또한, 본 발명의 석탄가스화 반응장치의 구성요소인 석탄공급부(80)는 주반응기(50)에 미량의 연료를 일정하게 공급하는 작용을 수행하며, 유동층 공급기(feeder) 또는 스크류 공급기(screw feeder)(81)를 이용하여 석탄입자를 운송용 질소에 유입시킨 후 석탄주입기(coal injector)(58)를 통하여 주반응로(50)에 공급한다. 이때, 석탄주입기(58) 및 샘플링 프로브(sampling probe)(57)에는 주반응기(50) 내에서 고온에 노출되어 석탄입자의 운송시 가스화반응이 일어나는 것을 방지하기 위하여 냉각수를 공급하고, 또한, 주반응기(50)의 외피온도가 지나치게 상승하는 것을 방지하기 위하여, 냉각수순환부(70)를 주반응기(50)에 부설한다.
또한, 본 발명의 석탄가스화 반응장치는 상기한 주반응기(50)와 반응가스의 압력, 유량 및 온도를 제어하고, 설비운전시의 비상상황을 감시 및 제어하며, 설비운전자료를 수집하기 위하여, 제어 및 자료수집부(미도시)를 포함하는데, 전기한 제어 및 자료수집부는 온도조절기, 싸이리스터(thyristor), 레코더, 전원공급 및 제어회로 등과 이들을 장착할 수 있는 콘트롤 판넬 등으로 구성한다. 이때, 제어 및 자료 수집부는 주반응기(50)의 제어, 비상시 안전을 위한 제어 및 실험 데이타의 수집 등의 작용을 한다.
전술한 구성을 지닌 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는 대기압하에서는 물론, 1600℃의 온도 및 25kg/cm2의 압력에 이르는 고온 고압하에서의 석탄의 가스화반응을 효과적으로 실험 및 분석할 수 있으므로, 고온 고압하에서의 석탄가스화 반응시 일어나는 석탄의 열분해, 촤의 산화 및 가스화반응 등에 대한 데이타를 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는 석탄가스화 복합발전에 대한 연구개발에 기여하는 바가 클 것으로 기대된다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 고온 가압 석탄가스화 반응장치는 대기압하에서는 물론, 1600℃의 온도 및 25kg/cm2의 압력에 이르는 고온 고압하에서의 석탄의 가스화반응을 효과적으로 실험 및 분석할 수 있으므로, 고온 고압하에서의 석탄가스화 반응시 일어나는 석탄의 열분해, 촤의 산화 및 가스화반응 등에 대한 데이타를 용이하게 얻을 수 있다.
Claims (7)
- 석탄입자를 공급하기 위한 석탄공급부; 공급된 석탄이 연소되어 반응하도록 하는 반응기; 반응기에서 연소후 배출된 가스와 반응입자의 분석을 수행하며 가스를 외부로 배출시키기 위한 배가스처리부를 포함하는 석탄의 특성시험장치에 있어서, 석탄가스화에 필요한 반응가스를 고온 고압 주반응기(50)에 정량공급하기 위한 가스정량공급부(10); 상기한 반응가스를 혼합하기 위한 가스혼합부(20); 상기한 반응가스를 800 내지 1,300℃의 온도로 예열시키기 위한 가스예열기(30); 증기를 고온 고압 주반응기(50)에 정량 공급하기 위한 증기정량주입부(40); 상기한 가스예열기(30)로부터 예열된 반응가스와 상기한 석탄공급부(80)에서 공급된 석탄입자를 0 내지 25kg/cm2의 압력 및 600 내지 1,800℃의 온도에서 석탄가스화 반응시키기 위한 고온 고압 주반응기(50); 상기한 고온 고압 주반응기(50)로부터 배출된 가스와 반응입자의 분석을 수행하며 가스를 외부로 배출시키기 위한 배가스처리부(60); 상기한 고온 고압 주반응기(50)의 주위에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수순환부(70); 및, 상기한 고온 고압 주반응기(50) 및 반응가스의 압력, 유량 및 온도를 제어하고 설비운전시의 비상상황을 감시 및 제어하며 설비운전자료를 수집하기 위한 제어 및 자료수집부로 구성된 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 산화분위기는 물론 환원분위기에서 석탄의 가스화 반응성 측정을 수행할 수 있도록, 상기한 가스정량공급부(10) 및 증기정량주입부(40)는 반응가스인 산소, 이산화탄소, 수소, 수증기와, 아르곤의 불활성가스, 및 공기를 개별적으로 또는 혼합하여 정량 공급할 수 있는 유량조절밸브(11, 41)와 질량유량조절기(12) 및 미터링 펌프(43)로 이루어진 유량조절수단을 포함하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 증기정량주입부(40)는 미량의 물을 정량적으로 증기가열로(45)에 공급하기 위한 미터링 펌프(43)와, 펌프(43)에 의해 정량공급된 물을 일정한 온도로 가열하여 증기를 발생하기 위한 증기 가열로(45)와, 전기한 증기가열로(45)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 증기가열로(45)에 오일을 순환시키기 위한 열-오일(thermo-oil) 펌프(44)로 구성된 것을 특징으로 하는 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 석탄의 반응속도 측정시 상기한 고온 고압 주반응기(50)로부터 발생된 열에 의한 석탄공급부(80)의 영향을 차단하기 위하여, 상기한 주반응기(50) 상부에 설치된 연료주입관(58)을 수냉관으로 구성하고, 주반응기(50) 내에서의 석탄입자의 체류시간을 조절하기 위하여 전기한 연료주입관(58)을 주반응기(50) 내에서 상하로 이동하도록 구성하며, 석탄의 반응속도를 용이하게 측정할 수 있도록 주반응기(50)의 중앙부 및 하단에 복수개의 광학적 창(optical window)(59)을 부설한 것을 특증으로 하는 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 주반응기(50) 내에서 석탄의 체류시에만 석탄가스화 반응이 허용되도록 하면서 반응을 신속히 종결시키기 위하여, 상기한 주반응기(50)의 하단부에 부설된 수집프로브(collection probe)(57)에 상온의 질소를 공급하여 반응가스의 온도를 600℃ 이하로 낮춘 다음, 수냉각에 의해 상온으로 냉각할 수 있도록, 상기한 주반응기(50)는 질소냉각 및 수냉각을 병용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 주반응기(50)의 압력유지 및 조절을 위하여, 대기압 운전시에는 시스템 외부로 가스를 배출함으로써 유량을 조절하도록 상기한 배가스처리부(60)에는 진공펌프(61)와 바이패스 밸브(62)를 형성하며, 가압 운전시에는 전체 시스템의 운전압력이 전자 트랜스듀서(electronic transducer)에 의해 감지되고 콘트롤러에 송출되어 조절밸브(63)의 배출유량이 공급유량과 동일하도록 조절하여 항상 일정한 압력이 유지되도록 형성된 것을 특징으로 하는 고온 가압 석탄가스화 반응장치.
- 제1항에 있어서, 상기한 주반응기(50)의 가압 운전시 고온의 반응관인 알루미나 튜브(52)의 내외간의 압력차에 의한 알루미나 튜브(52)의 파열을 방지하기 위하여, 반응관의 출구를 알루미나 튜브(52) 외부와 압력 용기 사이에 압력 동등화 가스라인(pressure equalizing gas line)(54)으로 연결 구성한 것을 특징으로 하는 고온 가압 선탄가스화 반응장치.
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