KR100992868B1 - Gasification method and apparatus for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from psa - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A gasification device and a method thereof are provided to control the carbon dioxide concentration by recirculating the carbon dioxide which is divided in a PSA(Pressure swing Absorbent), thereby enhancing the hydrogen generation amount by increasing the generation amount of hydrogen and carbon monoxide. CONSTITUTION: A gasification device which generates the hydrogen includes a gas phase or liquid carbon dioxide storage tank(80), a gasification device(10), a boiler(20), a cooler(30), a collector(40), a refiner(50), a water gas shift reactor(60), a PSA gas separator(70), a gas circulation pipe, a concentration controller(100). The boiler collects the heat of the decomposition gas which is flown out from gasification device. The cooler cools the decomposition gas of the high temperature exhausted from the boiler. The refiner removes the acidic gas and oxidizing substances by contacting the decomposition gas with the washed object. The water gas shift reactor changes the carbon monoxide and steam of the decomposition gas into the carbon dioxide and hydrogen. The PSA gas separator absorbs the carbon dioxide among the converted carbon dioxide and hydrogen and divides the hydrogen gas. The gas circulation pipe recirculates the carbon dioxide of the PSA gas separator inside the gasification device. If the gas density inside the gasification device measured in the density measurement sensor(101) is less than the reference concentration, the controller respectively and successively controls the opening and closing angle of a second electronic valve which is installed to the gas circulation pipe and a first electronic valve(103) which is installed to the gas supply pipe and recirculates the carbon dioxide of the PAS gas separator to the first tank. If the gas density inside the gasification device measured in the density measurement sensor is lower than the reference concentration even in recirculation of the carbon dioxide of the PSA gas divider, the controller recirculates the carbon dioxide of the gas storing tank to the second rank. The concentration controller comprised of controller maintaining the gas concentration inside the gasification device in range of reference concentration.

Description

피에스에이에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법 및 장치{GASIFICATION METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING HYDROGEN BY RECYCLING CARBON DIOXIDE SEPARATED FROM PSA}GASIFICATION METHOD AND APPARATUS FOR GENERATING HYDROGEN BY RECYCLING CARBON DIOXIDE SEPARATED FROM PSA}

본 발명은 가스화 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 가스화기에 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하고, PSA(Pressure Swing Absorbent) 가스분리기에서 분리된 이산화탄소(CO2)를 가스화기로 재순환시키면서 이산화탄소(CO2)의 농도를 조절함으로써 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 발생량을 증가시키도록 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gasification method and apparatus, and in particular, water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) is supplied to the gasifier, and separated in a PSA (Pressure Swing Absorbent) gas separator CO-gasifier to produce hydrogen and recycling the carbon dioxide separated in the PSA that to (CO 2) to increase the amount of gasification group recycled while carbon dioxide (CO 2) carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2) by adjusting the concentration of the A method and apparatus are disclosed.

공장 등의 산업체에서 발생되는 폐유, 폐유기용제 등과 같은 고분자 액상 폐기물이나 석탄, 폐타이어와 같은 고분자 고상 유기물을 가스화한다는 것은 고분자 유기물 내의 탄소, 수소 성분을 가스상의 연료인 일산화탄소와 수소가스가 주성분인 합성가스(Syngas)로 전환하는 것을 의미한다.Gasification of polymer liquid waste such as waste oil and waste organic solvent generated from industrial factories, and polymer solid organic matter such as coal and waste tire is mainly performed by carbon monoxide and hydrogen gas, which are gaseous fuels. It means to convert to syngas.

즉, 폐유, 폐플라스틱, 석탄, 폐타이어와 같은 고분자 유기물에 산소를 주입하여 연소할 때에는 산화반응이 일어나게 되고, 산화반응을 통해 생성된 증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 1200℃를 넘는 고온으로 유지되는 밀폐된 공간에서 고분자 유기물과 반응할 때에는 환원반응(개질반응)이 일어나 연료가스인 수소(H2)와 일산화탄소(CO)와, 이산화탄소(CO2)로 가스화되는 것이다. 다시 말해 모든 탄화물질은 1200℃ 이상에서 개질되어 수소(H2)와 일산화탄소(CO)와, 이산화탄소(CO2)로 가스화되는 것이다.That is, when oxygen is injected into and combusted with high molecular weight organic materials such as waste oil, waste plastic, coal, and waste tire, an oxidation reaction occurs, and steam (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ) generated through the oxidation reaction are 1200 ° C. When reacted with the polymer organic material in a closed space maintained at a high temperature exceeding the reduction reaction (reformation reaction) occurs to gasify into hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) as fuel gas. In other words, all the carbonized materials are reformed at 1200 ° C. or higher to gasify hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and carbon dioxide (CO 2 ).

이러한 가스화 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 가스화기에 폐유, 폐유기용제 등과 같은 고분자 액상 폐기물이나 석탄, 폐타이어와 같은 고분자 고상 유기물과, 물(H2O)과 산소(O2)를 공급하여 가스화를 수행한다. 이를 화학식으로 나타내면 다음과 같다.In this gasification process, as shown in FIG. 1, a high-molecular liquid waste such as waste oil, waste organic solvent, or polymer solid organic matter such as coal and waste tire, water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) are supplied to the gasifier. Gasification is carried out. This is represented by the following formula.

Figure 112010041438342-pat00001
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Figure 112010041438342-pat00002
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Figure 112010041438342-pat00003
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그리고, 가스화기(10)로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 현열 보일러(20)를 통해 회수한 후 냉각기(30)를 통해 분해 가스를 냉각시킨다. 이때 현열 보일러(20)는 분해 가스가 보유하는 열량을 회수하여 수증기를 발생활용시키는 보일러로서 분해 가스를 200℃ 까지 냉각시킨다. 생산된 수증기는 그 자체로 또는 스팀터빈으로 자체공정에 필요한 전력생산 등에 활용될 수 있다.Then, the sensible heat of the decomposition gas flowing out of the gasifier 10 is recovered through the sensible heat boiler 20 and then the decomposition gas is cooled through the cooler 30. At this time, the sensible heat boiler 20 is a boiler for recovering the amount of heat held by the decomposition gas to generate and utilize water vapor to cool the decomposition gas to 200 ℃. The steam produced can be used by itself or as a steam turbine to produce power for its own processes.

냉각이 완료된 분해 가스는 집진기(40)를 통해 먼지가 집진된 후, 정제기(50)로 공급되어 분해 가스를 세정물과 접촉시켜 황화수소나 염화수소 등의 산성가스와, 다이옥신, SOx, NOx와 같은 산화물질을 제거한다.After the cooling is completed, the dust is collected through the dust collector 40, and then supplied to the purifier 50 to bring the decomposition gas into contact with the cleaning product to oxidize acidic gases such as hydrogen sulfide and hydrogen chloride, and oxidation such as dioxins, SOx, and NOx. Remove the material.

그런 다음, 수성가스 전환반응기(WGS, Water Gas Shift reactor)(60)에서 분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 반응시켜 아래의 화학식과 같이 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)로 전환시킨다.Then, carbon monoxide (CO) and water vapor (H 2 O) of the decomposition gas are reacted in a water gas shift reactor (WGS) 60 to form carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H). 2 ).

Figure 112010041438342-pat00004
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그리고, 전환된 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)중 이산화탄소(CO2)를 PSA(Pressure swing Absorbent : 압력순환흡착) 가스분리기(70)에서 신형아민, 암모니아수, 탄산염 등을 사용하여 액상 흡수하고, 수소가스를 분리하며, 그 외의 가스는 방출한다.Then, the conversion of carbon dioxide (CO 2) and hydrogen (H 2) of carbon dioxide (CO 2) the PSA (Pressure swing Absorbent: a pressure swing adsorption), the gas separator 70, the liquid absorption by using the new amine, ammonium hydroxide, carbonates such as in Hydrogen gas is separated and other gases are released.

한편, 사회구조가 복잡해지고 고도화되면서 세계 각국의 에너지 소비는 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 현재 에너지 소비의 근간이 되는 석유, 천연가스 등의 화석에너지의 고갈이 점차 다가오고 있으며 지구온난화와 같은 전지구적 환경 문제가 크게 부각되고 있다. 21세기들어 많은 국가들은 풍부한 자원으로부터 얻을 수 있으며 연소 생성물이 환경을 오염시키지 않고 에너지의 저장 및 수송이 가능한 화학물질인 수소(H2)가 유력한 대안으로 인식되고 있다.Meanwhile, as the social structure becomes more complex and sophisticated, energy consumption in each country continues to increase. However, the depletion of fossil energy such as oil and natural gas, which is the basis of energy consumption, is approaching gradually, and global environmental problems such as global warming are being highlighted. In the 21st century, many countries have recognized hydrogen (H 2 ) as a viable alternative, a chemical that can be obtained from abundant resources and allows combustion products to store and transport energy without contaminating the environment.

수소 자원을 생산하는 방법으로 전 세계 수송천연가스 개질 공정이 널리 연소 생고 있으나 가격의 불안정, 천연가스 매립지의 지역별 편차 등으로 인해서 석탄으로부터 수소를 생산하기 위한 연구 및 개발이 확대되고 있다. 특히 이산화탄소 저장 기술 확대의 핵심 공정으로써 석탄 가스화를 통한 수소 기술이 큰 각광을 받고 있다.Although the natural gas reforming process is widely used as a method of producing hydrogen resources, research and development for producing hydrogen from coal are being expanded due to price instability and regional variations in natural gas landfills. In particular, hydrogen technology through coal gasification has gained great attention as a core process for expanding carbon dioxide storage technology.

그러나, 이러한 종래의 가스화 방법을 통해서는 생산된 합성가스중의 수소를 이용하기보다는 합성가스들 전체의 에너지를 직접적으로 이용할 수 있는 복합발전 이나 생산수소의 공장자체이용이 더 일반적이다. 이는 생산된 합성가스중의 수소가 경제성이 많지 않게 소량으로 생산되거나 다량 생산되더라도 이를 압축, 저장, 운송한 후에 사용하기 위해서는 추가 비용이 지나치게 많이 들어감으로 인해 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.However, in such a conventional gasification method, it is more common to use a complex power generation or a hydrogen production plant itself, which can directly use the energy of all the synthesis gases, rather than using hydrogen in the produced synthesis gas. This is a problem in that the economic efficiency of the hydrogen produced in the synthesis gas is produced in a small amount or a large amount is not much economical because the additional cost is too much for use after compressing, storing, transporting.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스화기에 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하고, PSA(Pressure swing Absorbent) 가스분리기에서 분리된 이산화탄소(CO2)를 가스화기로 재순환시키면서 이산화탄소(CO2)의 농도를 조절함으로써 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 발생량을 증가시킴으로써 수소의 생산량을 증대시키도록 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, supplying water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) to the gasifier, carbon dioxide separated from the pressure swing absorber (PSA) gas separator By recycling the (CO 2 ) to the gasifier while controlling the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) by increasing the amount of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) generated by recycling the carbon dioxide separated from the PSA to increase the production of hydrogen It is an object of the present invention to provide a gasification method and apparatus for generating hydrogen.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,Features of the present invention for achieving the above object,

가스상 또는 액상의 이산화탄소(CO2)가 저장되는 가스 저장탱크와; 고분자 액상 폐기물 또는 고분자 고상 유기물에 물(H2O)과 산소(O2) 및 상기 가스 저장탱크와 가스 공급관을 통해 연결되어 이산화탄소를 공급받아 가스화를 수행하는 가스화기와; 상기 가스화기로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 회수하는 보일러와; 상기 보일러에서 배출되는 고온의 분해 가스를 냉각시키는 냉각기와; 냉각이 완료된 분해 가스의 먼지를 집진하는 집진기와; 집진이 완료된 분해 가스를 세정물과 접촉시켜 산성가스와, 산화물질을 제거하는 정제기와; 분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 반응시켜 이산화탄소와 수소(H2)로 전환시키는 수성가스 전환반응기; 및 상기에서 전환된 이산화탄소와 수소중 이산화탄소를 액상 흡수하고, 수소가스를 분리하는 PSA(Pressure Swing Absorbent : 압력순환흡착) 가스분리기를 포함하는 것을 특징으로 한다.A gas storage tank in which gaseous or liquid carbon dioxide (CO 2 ) is stored; A gasifier connected to water (H 2 O), oxygen (O 2 ), and the gas storage tank and a gas supply pipe to a polymer liquid waste or a polymer solid organic material to receive carbon dioxide and perform gasification; A boiler for recovering sensible heat of the decomposition gas flowing out of the gasifier; A cooler for cooling the hot decomposition gas discharged from the boiler; A dust collector for collecting dust of the decomposition gas after cooling is completed; A purifier for removing the acid gas and the oxide by contacting the decomposed gas, which has been collected, with the cleaning material; A water gas shift reactor for converting carbon monoxide (CO) and steam (H 2 O) of the cracked gas into carbon dioxide and hydrogen (H 2 ); And a pressure swing adsorption (PSA) gas separator for liquid-phase absorption of the converted carbon dioxide and carbon dioxide in hydrogen and separating hydrogen gas.

여기에서, 본 발명에 따른 상기 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치는 상기 PSA 가스분리기와 상기 가스화기를 상호 연결시키고, 상기 PSA 가스분리기 내부의 이산화탄소를 상기 가스화기로 재순환시키는 가스 순환관을 더 구비한다.Here, the gasifier for generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention interconnects the PSA gas separator and the gasifier, the gas circulation to recycle the carbon dioxide inside the PSA gas separator to the gasifier Further provided with a tube.

여기에서 또, 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치는 상기 가스화기 내부의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지하는 농도 조절기를 더 포함한다.Here, the gasifier for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention further includes a concentration controller for maintaining a constant carbon dioxide concentration inside the gasifier.

여기에서 또, 상기 농도 조절기는 상기 가스화기 내부의 이산화탄소,수소,일산화탄소 중 어느 하나의 가스 농도를 측정하는 농도 측정 센서와; 상기 가스 공급관에 설치되는 제 1전자 밸브와; 상기 제 1가스 순환관에 설치되는 제 2전자 밸브; 및 상기 제 1전자 밸브와, 제 2전자 밸브를 제어하여 상기 가스화기 내부의 이산화탄소 농도를 기준 농도 범위로 유지하는 컨트롤러로 이루어진다.Here, the concentration controller may include a concentration measuring sensor for measuring a gas concentration of any one of carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide in the gasifier; A first solenoid valve installed on the gas supply pipe; A second solenoid valve installed in the first gas circulation pipe; And a controller for controlling the first solenoid valve and the second solenoid valve to maintain the carbon dioxide concentration inside the gasifier within a reference concentration range.

여기에서 또, 상기 컨트롤러는 상기 농도 측정 센서로부터 측정된 상기 가스화기 내부의 가스 농도가 기준 농도 미만인 경우 상기 제 2전자 밸브와, 제 1전자 밸브의 개폐도를 각각 순차적으로 제어하여 1순위로 상기 PSA 가스분리기의 이산화탄소가 재순환되도록 하고, 상기 PSA 가스분리기의 이산화탄소의 재순환에도 기준 농도 미만인 경우 2순위로 상기 가스 저장 탱크의 이산화탄소가 재순환되도록 한다.Here, when the gas concentration in the gasifier measured by the concentration measuring sensor is less than a reference concentration, the controller controls the opening and closing degree of the second solenoid valve and the first solenoid valve sequentially to the first priority. The carbon dioxide of the PSA gas separator is recycled, and the carbon dioxide of the gas storage tank is recycled secondly if the carbon dioxide of the PSA gas separator is less than the reference concentration.

여기에서 또, 상기 가스 저장탱크는 상기 PSA 가스분리기에서 흡수된 액상 이산화탄소 또는 이를 기체로 변환시킨 가스상 이산화탄소가 저장시키거나 또는 이산화탄소의 양이 공정내에서 공급이 불가능한 경우 외부 이산화탄소가 저장된다.
Here, the gas storage tank stores liquid carbon dioxide absorbed by the PSA gas separator or gaseous carbon dioxide converted into gas, or external carbon dioxide when the amount of carbon dioxide cannot be supplied in the process.

본 발명의 다른 특징은,According to another aspect of the present invention,

상기 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치를 이용한 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법에 있어서, 고분자 액상 폐기물 또는 고분자 고상 유기물이 투입된 가스화기 내로 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하여 가스화를 수행하는 가스화 공정과; 상기 가스화기로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 보일러를 통해 회수하는 현열 회수 공정과; 상기 보일러에서 배출되는 고온의 분해 가스를 냉각기를 통해 냉각시키는 냉각 공정과; 냉각이 완료된 분해 가스의 먼지를 집진기를 통해 집진하는 집진 공정과; 집진이 완료된 분해 가스를 정제기에서 세정물과 접촉시켜 산성가스와, 산화물질을 제거하는 정제 공정과; 분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 수성가스 전환반응기를 통해 반응시켜 이산화탄소와 수소(H2)로 전환시키는 수성가스 전환반응 공정; 및 전환된 이산화탄소와 수소중 이산화탄소를 PSA(Pressure Swing Absorbent : 압력순환흡착) 가스분리기를 통해 액상 흡수하고, 수소가스를 분리하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the gasification method of generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA using a gasifier that generates hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA, water (H 2) into the gasifier in which the polymer liquid waste or the polymer solid organic material is introduced. A gasification process for performing gasification by supplying O), oxygen (O 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ); A sensible heat recovery step of recovering sensible heat of the decomposition gas flowing out of the gasifier through a boiler; A cooling step of cooling the hot decomposition gas discharged from the boiler through a cooler; A dust collecting step of collecting dust of the decomposed gas which has been cooled through a dust collector; A purifying step of removing the acid gas and the oxide material by contacting the decomposed gas, which has been collected, with the washings in a purifier; A water gas shift reaction step of converting carbon monoxide (CO) and water vapor (H 2 O) of the cracked gas into a carbon dioxide and hydrogen (H 2 ) by reacting the same through a water gas shift reactor; And a separation process in which the converted carbon dioxide and carbon dioxide in hydrogen are absorbed in a liquid phase through a PSA (Pressure Swing Absorbent) gas separator, and the hydrogen gas is separated.

여기에서, 상기 가스화 공정은 상기 PSA 가스분리기 내부의 이산화탄소를 상기 가스화기로 재순환시거나 또는 가스 저장탱크에 저장된 가스상 또는 액상의 이산화탄소를 상기 가스화기로 공급한다.Here, the gasification process recycles carbon dioxide inside the PSA gas separator to the gasifier or supplies gaseous or liquid carbon dioxide stored in a gas storage tank to the gasifier.

따라서, PSA 가스분리기에서 분리된 이산화탄소를 화학공정에 필요한 수요처에 활용할 수도 있지만, 본 발명에서는 회수된 이산화탄소를 가스화기내에 가스화에 필요한 가스로 재활용 또는 재주입함으로 공정자체에서 지속적으로 일정량의 이산화탄소가 순환함으로 최종출구에서의 배출량은 줄어드는 효과를 나타낼 수 있다.Therefore, although the carbon dioxide separated in the PSA gas separator may be used as a demand source for the chemical process, in the present invention, a predetermined amount of carbon dioxide is continuously circulated in the process itself by recycling or reinjecting the recovered carbon dioxide into the gas for gasification in the gasifier. As a result, emissions from the final exit can be reduced.

상기와 같이 구성되는 본 발명인 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법 및 장치에 따르면, 가스화기에 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하고, PSA(Pressure swing Absorbent) 가스분리기에서 분리된 이산화탄소(CO2)를 가스화기로 재순환시키면서 이산화탄소(CO2)의 농도를 조절함으로써 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 발생량을 증가시킴으로써 수소의 생산량을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.According to the gasification method and apparatus for generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA of the present invention configured as described above, the gasifier is supplied with water (H 2 O) and oxygen (O 2 ) and carbon dioxide (CO 2 ) The amount of hydrogen produced by increasing the generation of carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) by controlling the concentration of carbon dioxide (CO 2 ) while recycling the carbon dioxide (CO 2 ) separated from the pressure swing absorber (PSA) gas separator into the gasifier. There is an advantage that can be increased.

도 1은 종래의 가스화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a conventional gasifier.
Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a gasifier for generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention.
3 is a process diagram illustrating a gasification method for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention.

이하, 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of a gasifier for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

도 2는 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개요도이다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing the configuration of a gasifier for generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치(1)는 가스화기(10)와, 보일러(20)와, 냉각기(30)와, 집진기(40)와, 정제기(50)와, 수성가스 전환반응기(60)와, PSA 가스분리기(70)와, 가스 저장탱크(80)와, 가스 순환관(90) 및 농도 조절기(100)로 구성된다.Referring to FIG. 2, a gasifier 1 for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from a PSA according to the present invention includes a gasifier 10, a boiler 20, a cooler 30, and a dust collector 40. ), A purifier 50, a water gas shift reactor 60, a PSA gas separator 70, a gas storage tank 80, a gas circulation tube 90, and a concentration controller 100.

먼저, 가스화기(10)와, 보일러(20)와, 냉각기(30)와, 집진기(40)와, 정제기(50)와, 수성가스 전환반응기(60)와, PSA 가스분리기(70)는 종래와 동일 구성으로 동일 도부호를 부여하고, 그 중복 설명은 생략한다. 또한, 냉각기(30)는 경우에 따라 필수설치설비가 아닐 수 있으며 그 기능을 수행하는 설비가 냉각기 전후단에서 설치되어질 수 있다. 또, 정제기(50)는 하나의 공정 또는 동일기능을 수행하는 각각의 공정으로 나누어져 설치될 수 있다.First, the gasifier 10, the boiler 20, the cooler 30, the dust collector 40, the purifier 50, the water gas shift reactor 60, and the PSA gas separator 70 are conventionally The same reference numerals are assigned to the same components as those, and the description thereof will be omitted. In addition, the cooler 30 may not be an essential installation equipment in some cases, and equipment that performs the function may be installed at the front and rear ends of the cooler. In addition, the purifier 50 may be installed divided into one process or each process performing the same function.

그리고, 가스 저장탱크(80)는 가스상 또는 액상의 이산화탄소(CO2)가 저장되고, 이를 가스 공급관(81)을 통해 가스화기(10)로 공급한다. 여기에서, 가스 저장탱크(80)는 PSA 가스분리기(70)에서 흡수된 액상 이산화탄소 또는 이를 기체로 변환시킨 가스상 이산화탄소가 저장되는 것이 바람직하고, 선택에 따라 외부에서 공급된 이산화탄소를 저장하여 활용할 수 있다.In addition, the gas storage tank 80 stores gaseous or liquid carbon dioxide (CO 2 ), and supplies it to the gasifier 10 through the gas supply pipe 81. Here, the gas storage tank 80 preferably stores liquid carbon dioxide absorbed by the PSA gas separator 70 or gaseous carbon dioxide converted into a gas, and may store and utilize carbon dioxide supplied from the outside according to a selection. .

또한, 가스 순환관(90)은 PSA 가스분리기(70)와 가스화기(10)를 상호 연결시키고, PSA 가스분리기(70) 내부의 이산화탄소를 가스화기(10)로 재순환시킨다.In addition, the gas circulation pipe 90 interconnects the PSA gas separator 70 and the gasifier 10, and recycles carbon dioxide inside the PSA gas separator 70 to the gasifier 10.

한편, 농도 조절기(100)는 가스화기(10) 내부의 이산화탄소 농도를 일정하게 유지시키도록 농도 측정 센서(101)와, 제 1전자 밸브(103)와, 제 2전자 밸브(105)와, 컨트롤러(107)로 이루어진다.On the other hand, the concentration regulator 100 is a concentration measuring sensor 101, the first solenoid valve 103, the second solenoid valve 105, the controller to maintain a constant carbon dioxide concentration inside the gasifier 10 It consists of 107.

농도 측정 센서(101)는 가스화기(10) 내부의 이산화탄소, 수소, 일산화탄소 중 어느 하나의 가스 농도를 측정하여 측정 신호를 컨트롤러(107)로 출력한다.The concentration sensor 101 measures the gas concentration of any one of carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide in the gasifier 10, and outputs a measurement signal to the controller 107.

제 1전자 밸브(103)는 컨트롤러(107)의 제어에 따라 개폐 및 개폐도가 조절되고, 가스 공급관(81)에 설치되어 가스 저장탱크(80)에서 가스화기(10)로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 조절한다.Opening and closing degree of the first solenoid valve 103 is controlled according to the control of the controller 107, the amount of carbon dioxide supplied to the gasifier 10 from the gas storage tank 80 is installed in the gas supply pipe 81 Adjust.

제 2전자 밸브(105)는 컨트롤러(107)의 제어에 따라 개폐 및 개폐도가 조절되고, 가스 순환관(90)에 설치되어 PSA 가스분리기(70)에서 가스화기(10)로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 조절한다.The second solenoid valve 105 is controlled to open and close and open and close according to the control of the controller 107, and installed in the gas circulation pipe 90 to supply carbon dioxide supplied from the PSA gas separator 70 to the gasifier 10. Adjust the supply.

컨트롤러(107)는 농도 측정 센서(101)로부터 측정된 가스화기(10) 내부의 가스 농도가 기준 농도 미만인 경우 제 2전자 밸브(105)와, 제 1전자 밸브(103)의 개폐도를 각각 순차적으로 제어하여 1순위로 PSA 가스분리기(70)의 이산화탄소가 재순환되도록 하고, PSA 가스분리기(70)의 이산화탄소의 재순환에도 기준 농도 미만인 경우 가스 저장 탱크(80)의 이산화탄소가 재순환되도록 한다. 이때, 기준 농도는 선택에 따라 가변이 가능하다.When the gas concentration in the gasifier 10 measured by the concentration measuring sensor 101 is less than the reference concentration, the controller 107 sequentially opens and closes the opening and closing views of the second solenoid valve 105 and the first solenoid valve 103, respectively. The carbon dioxide of the PSA gas separator 70 is recycled in the first order, and the carbon dioxide of the gas storage tank 80 is recycled when the carbon dioxide of the PSA gas separator 70 is less than the reference concentration. At this time, the reference concentration can be varied according to the selection.

반대로, 컨트롤러(107)는 농도 측정 센서(101)로부터 측정된 가스화기(10) 내부의 가스 농도가 기준 농도 초과하는 경우에도 상기와 같은 동작으로 제 1전자 밸브(103)와, 제 2전자 밸브(105)의 개폐도를 각각 순차적으로 제어한다.
On the contrary, the controller 107 operates the first solenoid valve 103 and the second solenoid valve in the same manner as described above even when the gas concentration in the gasifier 10 measured by the concentration measuring sensor 101 exceeds the reference concentration. The opening and closing degrees of the 105 are sequentially controlled.

이하, 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법을 도 2 및 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a gasification method for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from PSA according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3.

도 3은 본 발명에 따른 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법을 설명하기 위한 공정도이다.3 is a process diagram illustrating a gasification method for generating hydrogen by recycling carbon dioxide separated from the PSA according to the present invention.

먼저, 고분자 액상 폐기물 또는 고분자 고상 유기물이 투입된 가스화기(10) 내로 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하여 가스화를 수행한다(S100). 이때, 컨트롤러(107)는 제 2전자 밸브(105)와, 제 1전자 밸브(103)의 개폐도를 각각 순차적으로 제어하여 가스화기(10) 내부에 이산화탄소를 공급하되, 농도 측정 센서(101)로부터 측정된 가스화기(10) 내부의 이산화탄소 농도가 기준 농도 미만인 경우 상기에서 설명한 바와 같이 제 2전자 밸브(105)와, 제 1전자 밸브(103)의 개폐도를 각각 순차적으로 제어하여 가스화기(10) 내부의 이산화탄소 농도를 조절한다.First, water (H 2 O), oxygen (O 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ) are supplied into the gasifier 10 into which the polymer liquid waste or the polymer solid organic material is injected (S100). At this time, the controller 107 sequentially controls the opening and closing degrees of the second solenoid valve 105 and the first solenoid valve 103 to supply carbon dioxide into the gasifier 10, but the concentration measurement sensor 101 is performed. When the carbon dioxide concentration inside the gasifier 10 measured from the reference concentration is less than the reference concentration, as described above, the opening and closing degrees of the second solenoid valve 105 and the first solenoid valve 103 are sequentially controlled, respectively. 10) Adjust the concentration of carbon dioxide inside.

그리고, 가스화기(10)로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 보일러(20)를 통해 회수하고(S110), 보일러에서 배출되는 고온의 분해 가스를 냉각기(30)를 통해 냉각시킨다(S120).Then, the sensible heat of the decomposition gas flowing out from the gasifier 10 is recovered through the boiler 20 (S110), and the high-temperature decomposition gas discharged from the boiler is cooled through the cooler 30 (S120).

분해 가스의 냉각이 완료되면, 분해 가스의 먼지를 집진기(40)를 통해 집진하고(S130), 집진이 완료된 분해 가스를 정제기(50)에서 세정물과 접촉시켜 산성가스(황화수소나 염화수소)와, 산화물질(다이옥신, SOx, NOx)을 제거한다(S140).When the cooling of the decomposition gas is completed, dust of the decomposition gas is collected through the dust collector 40 (S130), and the collected decomposition gas is brought into contact with the cleaning material in the purifier 50 to acid gas (hydrogen sulfide or hydrogen chloride), Oxides (dioxin, SOx, NOx) are removed (S140).

그런 다음, 분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 수성가스 전환반응기(60)를 통해 반응시켜 이산화탄소와 수소(H2)로 전환시키고(S150), 전환된 이산화탄소와 수소중 이산화탄소를 PSA 가스분리기(70)를 통해 액상 흡수하고, 수소가스를 분리한다(S160).Then, carbon monoxide (CO) and water vapor (H 2 O) of the decomposition gas is reacted through the water gas shift reactor 60 to convert carbon dioxide and hydrogen (H 2 ) (S150), the converted carbon dioxide and carbon dioxide in hydrogen To absorb the liquid through the PSA gas separator 70, and separates the hydrogen gas (S160).

본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. It is to be understood, however, that the present invention is not limited to the specific forms referred to in the description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Should be.

10 : 가스화기 20 : 보일러
30 : 냉각기 40 : 집진기
50 : 정제기 60 : 수성가스 전환반응기
70 : PSA 가스분리기 80 : 가스 저장탱크
90 : 가스 순환관 100 : 농도 조절기
101 : 농도 측정 센서 103, 105 :제 1, 2전자 밸브
107 : 컨트롤러
10: gasifier 20: boiler
30: cooler 40: dust collector
50: purifier 60: water gas conversion reactor
70: PSA gas separator 80: gas storage tank
90: gas circulation tube 100: concentration regulator
101: concentration measurement sensor 103, 105: first, second solenoid valve
107: controller

Claims (8)

가스상 또는 액상의 이산화탄소(CO2)가 저장되는 가스 저장탱크와;
고분자 액상 폐기물 또는 고분자 고상 유기물에 물(H2O)과 산소(O2) 및 상기 가스 저장탱크와 가스 공급관을 통해 연결되어 이산화탄소를 공급받아 가스화를 수행하는 가스화기와;
상기 가스화기로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 회수하는 보일러와;
상기 보일러에서 배출되는 고온의 분해 가스를 냉각시키는 냉각기와;
냉각이 완료된 분해 가스의 먼지를 집진하는 집진기와;
집진이 완료된 분해 가스를 세정물과 접촉시켜 산성가스와, 산화물질을 제거하는 정제기와;
분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 반응시켜 이산화탄소와 수소(H2)로 전환시키는 수성가스 전환반응기와;
상기에서 전환된 이산화탄소와 수소중 이산화탄소를 액상 흡수하고, 수소가스를 분리하는 PSA(Pressure Swing Adsorption : 압력순환흡착) 가스분리기와;
상기 PSA 가스분리기와 상기 가스화기를 상호 연결시키고, 상기 PSA 가스분리기 내부의 이산화탄소를 상기 가스화기로 재순환시키는 가스 순환관; 및
상기 가스화기 내부의 이산화탄소, 수소, 일산화탄소중 어느 하나의 가스 농도를 측정하는 농도 측정 센서와, 상기 가스 공급관에 설치되는 제 1전자 밸브와, 상기 가스 순환관에 설치되는 제 2전자 밸브와, 상기 농도 측정 센서로부터 측정된 상기 가스화기 내부의 가스 농도가 기준 농도 미만인 경우 상기 제 2전자 밸브와, 제 1전자 밸브의 개폐도를 각각 순차적으로 제어하여 1순위로 상기 PSA 가스분리기의 이산화탄소가 재순환되도록 하고, 상기 PSA 가스분리기의 이산화탄소의 재순환에도 기준 농도 미만인 경우 2순위로 상기 가스 저장 탱크의 이산화탄소가 재순환되도록 제어하여 상기 가스화기 내부의 가스 농도를 기준 농도 범위로 유지하는 컨트롤러로 이루어지는 농도 조절기를 포함하는 것을 특징으로 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치.
A gas storage tank in which gaseous or liquid carbon dioxide (CO 2) is stored;
A gasifier connected to water (H 2 O), oxygen (O 2), and the gas storage tank and a gas supply pipe to a polymer liquid waste or a polymer solid organic material to receive carbon dioxide and perform gasification;
A boiler for recovering sensible heat of the decomposition gas flowing out of the gasifier;
A cooler for cooling the hot decomposition gas discharged from the boiler;
A dust collector for collecting dust of the decomposition gas after cooling is completed;
A purifier for removing the acid gas and the oxide by contacting the decomposed gas, which has been collected, with the cleaning material;
A water gas shift reactor for reacting carbon monoxide (CO) and water vapor (H 2 O) of the cracked gas to convert carbon dioxide and hydrogen (H 2);
A pressure swing adsorption (PSA) gas separator for absorbing the converted carbon dioxide and carbon dioxide in hydrogen in a liquid phase and separating hydrogen gas;
A gas circulation pipe interconnecting the PSA gas separator and the gasifier and recycling carbon dioxide inside the PSA gas separator to the gasifier; And
A concentration sensor for measuring the concentration of any one of carbon dioxide, hydrogen, carbon monoxide in the gasifier, a first solenoid valve provided in the gas supply pipe, a second solenoid valve provided in the gas circulation pipe, and When the gas concentration in the gasifier measured from the concentration sensor is less than the reference concentration, the second solenoid valve and the first solenoid valve are sequentially controlled so that the carbon dioxide of the PSA gas separator is recycled first. And a concentration controller including a controller for controlling carbon dioxide of the gas storage tank to be recycled at a second priority when the carbon dioxide of the PSA gas separator is less than the reference concentration, thereby maintaining the gas concentration within the gasifier within the reference concentration range. Recycling the separated carbon dioxide from the PSA, characterized in that Gasifier for generating a hydrogen-W.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 가스 저장탱크는,
상기 PSA 가스분리기에서 흡수된 액상 이산화탄소 또는 이를 기체로 변환시킨 가스상 이산화탄소가 저장되거나 또는 이산화탄소의 양이 공정내에서 공급이 불가능한 경우 외부 이산화탄소가 저장되는 것을 특징으로 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치.
The method of claim 1,
The gas storage tank,
The liquid carbon dioxide absorbed by the PSA gas separator or gaseous carbon dioxide converted into a gas is stored, or external carbon dioxide is stored when the amount of carbon dioxide cannot be supplied in the process. Gasification device for generating.
제 1 항의 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 장치를 이용한 가스화 방법에 있어서,
고분자 액상 폐기물 또는 고분자 고상 유기물이 투입된 가스화기 내로 물(H2O)과 산소(O2) 및 이산화탄소(CO2)를 공급하여 가스화를 수행하는 가스화 공정과;
상기 가스화기로부터 유출되는 분해 가스의 현열을 보일러를 통해 회수하는 현열 회수 공정과;
상기 보일러에서 배출되는 고온의 분해 가스를 냉각기를 통해 냉각시키는 냉각 공정과;
냉각이 완료된 분해 가스의 먼지를 집진기를 통해 집진하는 집진 공정과;
집진이 완료된 분해 가스를 정제기에서 세정물과 접촉시켜 산성가스와, 산화물질을 제거하는 정제 공정과;
분해 가스의 일산화탄소(CO)와 수증기(H2O)를 수성가스 전환반응기를 통해 반응시켜 이산화탄소와 수소(H2)로 전환시키는 수성가스 전환반응 공정; 및
전환된 이산화탄소와 수소중 이산화탄소를 PSA(Pressure Swing Adsorption : 압력순환흡착) 가스분리기를 통해 액상 흡수하고, 수소가스를 분리하는 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법.
In the gasification method using a gasification apparatus for generating hydrogen by recycling the carbon dioxide separated from the PSA of claim 1,
A gasification process for performing gasification by supplying water (H 2 O), oxygen (O 2 ), and carbon dioxide (CO 2 ) into a gasifier in which a polymer liquid waste or a polymer solid organic material is introduced;
A sensible heat recovery step of recovering sensible heat of the decomposition gas flowing out of the gasifier through a boiler;
A cooling step of cooling the hot decomposition gas discharged from the boiler through a cooler;
A dust collecting step of collecting dust of the decomposed gas which has been cooled through a dust collector;
A purifying step of removing the acid gas and the oxide material by contacting the decomposed gas, which has been collected, with the washings in a purifier;
A water gas shift reaction step of converting carbon monoxide (CO) and water vapor (H 2 O) of the cracked gas into a carbon dioxide and hydrogen (H 2 ) by reacting the same through a water gas shift reactor; And
Hydrogen is recycled by recycling the carbon dioxide separated from the PSA, which includes a separation process in which the converted carbon dioxide and carbon dioxide in hydrogen are absorbed in a liquid phase through a pressure swing adsorption (PSA) gas separator, and the hydrogen gas is separated. Gasification method that occurs.
제 7 항에 있어서,
상기 가스화 공정은,
상기 PSA 가스분리기 내부의 이산화탄소를 상기 가스화기로 재순환시키거나 또는 가스 저장탱크에 저장된 가스상 또는 액상의 이산화탄소를 상기 가스화기로 공급하는 것을 특징으로 하는 PSA에서 분리된 이산화탄소를 재활용하여 수소를 발생하는 가스화 방법.
The method of claim 7, wherein
The gasification process,
Recycling the carbon dioxide inside the PSA gas separator to the gasifier, or supplying gaseous or liquid carbon dioxide stored in the gas storage tank to the gasifier to recycle the carbon dioxide separated from the PSA gas generation method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101872990B1 (en) * 2018-01-08 2018-07-02 농업회사법인 상무농원 유한회사 System for producing hydrogen using polymeric waste
CN113234493A (en) * 2021-06-10 2021-08-10 哈尔滨理工大学 Improve gaseous solid-liquid-gas separation system who constitutes of WGSR behind coal gasification
KR102428300B1 (en) * 2021-12-27 2022-08-02 부산대학교 산학협력단 method of making hydrogen using crushed waste

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