KR101066187B1 - 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템 - Google Patents

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윤창수
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송재헌
이은도
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최영태
김영두
이정우
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 가스화 영역과 연소 영역이 분리된 일체형 유동층 가스화기로 주요 연소 반응이 일어나는 농후상(Dense bed)영역을 벗어난 연소기 상부에 가스화기에서 생성된 합성가스를 직접 주입함으로서 합성가스 내에 존재하는 타르를 열분해(Thermal cracking)에 의해 분해하여 타르로 인한 물리적인 문제를 최소화 하는 동시에 합성가스의 발열량을 극대화하고 연소가스 중의 스팀(Steam)을 이용한 수증기 개질(Steam reforming)을 통해 가스엔진 및 합성가스 혼소보일러에 사용 가능한 합성가스의 생산 및 타르 저감 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 주요구성은 내부에 모래층이 형성되고 고체연료를 가스화시켜 H2, CO, CO2, CH4가 주성분인 가연성 합성가스를 생성하는 가스화기(10)와; 가스화기(10)에 연결되어 가스화기의 모래를 제공받는 제1루프실(20)과; 루프실 연결부(33)를 통해 제1루프실로부터 모래를 제공받고 합성가스 공급부(34)를 통해 가스화기(10)에서 생성된 합성가스를 제공받으며 연료를 연소시켜 모래를 가열하는 CFB 연소기(30)와; CFB 연소기(30)의 상부에 연결되어 있으며 CFB 연소기(30)로부터 배출되는 가스와 고체입자를 분리하는 싸이클론(40)과; 싸이클론(40)의 하부에 위치하며 싸이클론(40)에서 분리된 열전달 매체인 모래를 낙하시키는 하강관(50)과; 일단이 하강관(50)의 하부에 연결되고, 타단이 가스화기(10)의 상부에 연결되어 있으며, 하강관(50)을 통해 낙하된 모래가 포집되어 모래층(61)을 형성하는 제2루프실(60)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템{Syngas production and tar reduction system by using air and steam at fluidized bed}
본 발명은 가스화 영역과 연소 영역이 분리된 일체형 유동층 가스화기로 주요 연소 반응이 일어나는 농후상(Dense bed)영역을 벗어난 연소기 상부에 가스화기에서 생성된 합성가스를 직접 주입함으로서 합성가스 내에 존재하는 타르(Tar)를 열분해(Thermal cracking)에 의해 분해하고 연소가스 중의 스팀(Steam)과 열 교환을 통해 얻어진 스팀(Steam)을 이용한 수증기 개질(Steam reforming)을 통해 가스엔진 및 합성가스 혼소보일러에 사용 가능한 합성가스의 생산 및 타르를 저감 시스템에 관한 것이다.
가스화는 고체연료를 H2, CO, CO2, CH4 등으로 구성된 합성가스로 전환하는 공정이다. 가스화를 통해 얻어진 합성가스는 전기 및 열 생산뿐 아니라 화학적 합성, 수소가스, SNG(Synthetic Natural Gas) 생산을 위한 원료로 다양하게 활용될 수 있다.
가스화 공정은 반응 및 생성물의 목적에 따라 가스화기 및 조업조건이 결정되며 가스화기의 종류에 따라 분류층(Entrained bed), 유동층(Fluidized bed), 이동층/고정층(Moving/Fixed bed)로 나눌 수 있다.
분류층 가스화 반응기는 많은 석탄가스화 복합발전(IGCC)에서 이용되어지고 있다. 하지만 사용연료가 제한적이며 다른 종류의 가스화기에 비해 대용량 가스화에 적용되는 특징을 가지고 있다. 이동층/고정층 가스화 반응기는 비교적 소용량 가스화에 이용되며 효율이 낮고 타르 등의 오염물질의 제어가 어렵다는 단점을 가지고 있다. 이에 반해 유동층 가스화기는 광범위한 연료사용 및 다양한 용량에 적용이 가능하며 타르제어, 합성가스 조성제어가 용이한 장점을 가지고 있다.
가스화 공정을 통해 생성되는 생성물에는 합성가스, 차(Char) 이외에 타르가 존재하고 있다. 타르는 벤젠보다 분자량이 높은 고분자 유기성 물질로 반응기의 종류, 반응온도, 체류시간 등에 따라 생성물 조성이 매우 다르며, 타르 이슬점 온도(Tar dew point)(350℃) 이하에서는 응축되어 점도가 높은 액상물질로 존재한다.
타르는 이슬점(Dew point) 이하에서 파이프(Pipe) 및 튜브(Tube) 등에 Fouling이나 plugging을 발생시켜 설비의 연속운전을 어렵게 하며, 관의 부식을 유발하므로 시스템의 안정적인 연속운전을 위해서는 반드시 제거해야 하는 물질로 알려져 있다.
타르를 제거하기 위해 습식 스크러버(Wet scrubber), 습식 전기집진기(Wet Electrostatic precipitators), 베리어 필터(Barrier filter), 사이클론(Cyclone)을 이용한 물리적 처리 방법과, 촉매 및 열분해(Thermal cracking)에 의한 방법이 사용되고 있다.
한국특허 제10-0999470호에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 고체 연료의 연소 반응이 일어나는 연소로인 상승관(111), 상승관의 상부에 연결되어 고체연료 중 고체 입자와 연소 반응에서 발생된 기체를 분리하는 제1싸이클론(112), 제1싸이클론에서 주 반응기로 연결된 하강관(113), 하강관과 연결되어 고체연료의 가스화 반응이 일어나도록 기포 유동층으로 조업되는 주반응기(114), 주 반응기의 고체 순환물질을 상승관으로 재순환 시키는 룹씰(115), 그리고 주반응기(114)에서 유출되는 가스를 배출하거나 미세입자를 포집하기 위한 제2싸이클론(116)으로 구성되는 이단 순환유동층 반응기를 제시하였다.
그러나, 한국특허 제10-0999470호의 주 반응기에서 생성된 합성가스는 다량의 타르가 포함된 상태로 배출 되므로 타르 정제를 위한 별도의 후처리시설이 필요한 문제가 여전히 남아 있다. 또한, 제1싸이클론에서 주 반응기로 연결된 하강관(113)은 주 반응기에서 생성된 합성가스의 역류에 의해 싸이클론의 효율을 감소시킬 수 있는 문제가 있다. 또한 연소생성가스와 가스화 생성가스를 분리하여 질소 희석이 없는 중 열량 가스(10-20MJ/Nm3)의 생성가스의 생성이 가능하나 가스화 매체로서 산소 또는 스팀(Steam)이 주입되어야 하므로 이를 위한 추가적인 설비가 필요하다.
본 발명이 해결하려는 과제는 가스화기로부터 생성된 합성가스를 고온의 연소기로 공급함으로서 합성가스 내에 존재하는 타르를 열분해(Thermal cracking)에 의해 분해하여 타르가 저감된 합성가스를 생산하는 데 있다.
본 발명의 다른 해결과제는 합성가스를 순환유동층연소기(CFB 연소기)에 공급하여 열전달매체의 순환을 위해 필요한 연소가스 양을 감소시켜 연소기의 부하를 감소시킬 수 있고, 싸이클론 후단에 고온의 가스체류 공간을 배치하여 반응에 필요한 충분한 체류시간을 제공함으로서 연소가스 중의 스팀(Steam)이 합성가스와의 수증기 개질(Steam reforming)을 통한 개질된 합성가스를 생산하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 해결과제는 열 교환을 통해 얻어진 스팀(Steam)을 가스화기에 공급함으로서 수증기 개질(Steam reforming)에 의해 수소의 수율이 증가된 합성가스를 생산하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 해결과제는 CFB 연소기에서 가스화기로 연소가스 등이 역류하는 것을 방지하고, 가스화기에서 하강관으로 합성가스가 역류 되는 것을 방지하여 싸이클론의 효율을 증가 시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 해결과제는 경제적인 운전을 위해 고 비용의 산소 및 스팀(Steam)을 유동화 및 가스화 매체로 주입하는 대신, 가스화기에 일부 에어(Air)를 사용하여 부분산화 시켜 가스화기에 필요한 열원으로 사용하고, 에어(Air)사용에 따른 생성가스의 손실은 타르 크래킹(Tar cracking)에 의한 합성가스 생성을 통해 보완하고, 열 교환을 통해 생성된 스팀(Steam)을 가스화기에 공급함으로서 비용을 감소시키는 데 있다.
본 발명의 또 다른 해결과제는 연소기와 가스화기의 부하를 탄력적으로 조정하여 사용되는 연료의 성상에 따라 타르 크래킹(Tar cracking)에 적합한 운전 환경을 만드는 동시에 생산되는 합성가스의 조성을 목적에 맞게 조절하는데 있다.
본 발명의 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템은, 내부에 열전달 매체인 모래가 충진 되고 고체연료의 가스화를 통해 H 2 , CO, CO 2 , CH4가 주성분인 가연성 합성가스를 생성하는 가스화기(10)와; 가스화기(10)에 연결되어 가스화기의 모래 및 미반응 차(Char)를 제공받는 제1루프실(20)과; 루프실 연결부(33)를 통해 제1루프실로부터 모래 및 미반응 차(Char)를 제공받고, 합성가스 공급부(34)를 통해 가스화기(10)에서 생성된 합성가스를 제공받으며, 열전달 매체인 모래를 가열하는 CFB 연소기(30)와; CFB 연소기(30)의 상부에 연결되어 있으며 CFB 연소기(30)로부터 배출되는 가스와 고체입자를 분리하는 싸이클론(40)과; 싸이클론(40)의 하부에 위치하며 싸이클론(40)에서 분리된 열전달 매체인 모래를 낙하시키는 하강관(50)과; 일단이 하강관(50)의 하부에 연결되고, 타단이 가스화기(10)의 상부에 연결되어 있으며, 하강관(50)을 통해 낙하된 모래층(61)에서 가스화기(10)로 모래를 전달하는 제2루프실(60)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 가스화기(10)는 일측에 고온의 스팀(Steam)을 공급받는 스팀공급부(13)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 가스화기(10)는 일측에 외부로부터 모래가 공급되는 모래 공급부(15)가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 제1루프실(20)은 하부 일측이 가스화기(10)와 연결되어 모래와 미반응 차(Char)를 제공받고, 상부 일측이 CFB 연소기(30)에 연결되어 루프실연결부(33)을 통해 모래 및 미반응 차(Char)를 CFB 연소기(30)에 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, CFB 연소기의 합성가스 공급부(34)는 루프실 연결부(33) 상단에 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, CFB 연소기(30)와 싸이클론(40)의 연결부는 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 제2루프실(60)의 일측에는 포집된 모래를 가스화기(10)로 이송시키는 제2송풍부(62)가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 제2루프실(60)은 'U'형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 싸이클론(40)에서 배출되는 가스를 제공받아 연소가스 중의 스팀(Steam)이 합성가스와의 수증기 개질(Steam reforming)을 위한 충분한 체류시간을 공급하는 고온가스 체류관(70)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 가스화 영역과 연소 영역이 분리된 일체형 유동층 가스화기로 주요 연소 반응이 일어나는 농후상(Dense bed)으로부터 벗어난 고온의 연소기에 가스화기에서 생성된 합성가스를 직접 주입함으로서 합성가스 내에 존재하는 타르를 열분해(Thermal cracking)에 의해 분해할 수 있는 장점이 있다.
또한, 합성가스를 순환유동층연소기(CFB 연소기)에 공급하여 열전달매체(유동사 등)의 순환을 위해 필요한 연소가스 양을 감소시켜 연소기의 부하를 감소시킬 수 있고, 싸이클론 후단에 고온의 가스체류 공간을 배치하여 반응에 필요한 충분한 체류시간을 제공함으로서 연소가스 중의 스팀(Steam)이 합성가스와의 수증기 개질(Steam reforming)을 통해 개질된 합성가스를 생산하는 장점이 있다.
또한, 가스화기에 열 교환을 통해 얻어진 스팀(Steam)을 사용할 수 있어 수증기 개질(Steam reforming)에 의해 생성되는 수소를 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, CFB 연소기와 가스화기 사이 및 가스화기와 하강관 사이에 각각 모래층으로 압력을 유지할 수 있는 루프실을 형성하여 합성가스의 싸이클론으로의 역류를 방지하는 장점이 있다.
또한, CFB 연소기에서의 연소 부하와 가스화기에서의 부분연소 부하를 탄력적으로 조절하여 타르 크래킹(Tar cracking)을 극대화 하는 동시에 합성가스 발열량을 최대화 하는 탄력적 운전이 가능한 장점이 있다.
도 1은 일반적인 순환 유동층 반응기의 개략도.
도 2은 본 발명에 따른 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템의 개략도.
도 3은 본 발명의 가스화기, 제1루프실, CFB 연소기의 상세 단면도.
도 4는 본 발명의 싸이클론, 하강관, 제2루프실의 상세 단면도.
본 발명의 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템은 가연성 합성가스를 생산하는 가스화기(10), 제1루프실(20), CFB 연소기(30), 싸이클론(40), 하강관(50), 제2루프실(60), 고온가스 체류관(70) 등을 구비한다. 이때, 가스화기(10)는 제1루프실(20) 및 CFB 연소기(30)보다 높은 압력을 유지하는 것이 바람직하다.
가스화기(10)는 일측에 에어(Air)가 공급되는 제1에어공급부(11)와 고체연료가 공급되는 제1연료공급부(12)를 구비하며, 제1에어공급부(11)와 제1연료공급부(12)를 통해 각각 에어(Air)와 고체연료를 공급받고 고체연료를 부분산화 또는 가스화반응시켜 H2, CO, CO2, CH4가 주성분인 가연성 합성가스를 생성한다. 이때, 고체연료를 합성가스로 전환시키는 반응은 흡열반응(endothermic reaction)으로 가스화기(10)의 반응온도 유지를 위해 고체연료의 일부가 에어에 의해 부분산화되어 가스화기(10)에 필요한 열을 전달한다. 또한, 가스화기(10)는 일측에 고온의 스팀(Steam)을 공급받는 스팀공급부(13)를 구비하여 고온의 스팀(Steam)을 가스화기(10)내에서 스팀 가스화 반응을 위한 가스화 매체로 이용할 수 있다. 고체연료는 바이오매스, 석탄 등을 이용할 수 있다.
한편, 가스화기(10)의 하부에는 흡열반응에 필요한 열을 전달하는 모래층(14)이 일정한 레벨로 위치하며, 모래층(14)은 가스화 반응에서 생성된 일부 미반응된 차(Char)와 함께 제1루프실(20)을 통해 CFB연소기(30)로 전달된다. 제1루프실(20)의 하부에는 제1송풍부(21)가 형성되어 유입된 모래를 CFB 연소기(30)로 원활하게 공급시킨다. 이러한 제1루프실(20)은 CFB 연소기(30)에서 생성된 연소가스가 역류되는 것을 방지하도록 CFB 연소기(30)보다 높은 압력을 유지시키는 것이 바람직하다. 가스화기(10)의 일측에는 외부로부터 모래가 공급되는 모래공급부(15)가 형성된다. 모래 공급부(15)로부터 공급되는 모래는 CFB 연소기(30)를 통해 유실되는 모래로 인해 유동화 물질이 줄어들 경우, 가스화기(10)가 제1루프실(20) 및 CFB 연소기(30)보다 높은 압력을 유지 할 수 없을 때에 공급된다.
CFB 연소기(30)는 가스화기(10)에서 열전달 매체로 사용된 모래를 재가열하고 순환시키기 위해 고속으로 운전되며, 하부 일측에 에어(Air)가 공급되는 제2에어공급부(31)와 연료가 공급되는 제2연료공급부(32)가 형성되어 있으며, 이를 통하여 에어(Air)와 연료를 공급받는다. 또한, CFB 연소기(30)의 일측에는 제1루프실(20)의 모래 및 미반응 차(Char)를 공급받는 루프실 연결부(33)가 형성된다. 그리고, CFB 연소기(30)의 연료공급부의 상부 일측에는 가스화기(10)에서 생성된 합성가스를 제공받는 합성가스 공급부(34)가 형성된다. 이때, 합성가스 공급부(34)가 CFB 연소기(30)의 하단에 위치하면 유입된 합성가스가 연소되어 효율이 낮아지기 때문에 루프실 연결부(33)의 농후층(Dense bed) 상부를 벗어난 곳에 위치하는 것이 바람직하다.
이러한 CFB 연소기(30)는 하단으로 공급된 연료를 연소시키면서 루프실 연결부(33)를 통해 공급된 모래를 가열하게 된다. 이때, 모래에 포함된 차(Char)는 함께 공급되어 연소되고 열원을 제공하게 된다. 또한, CFB 연소기(30)의 하단에서 발생된 연소가스와 모래는 제2에어공급부(31)에서 공급되는 에어(Air)의 압력으로 가스화기(10)로부터 제공받은 합성가스와 혼합되면서 상단으로 상승하게 되다. 이때, CFB 연소기(30)로 공급된 합성가스에 존재하는 타르는 CFB 연소기(30) 내를 연소가스와 함께 통과하면서 CFB 연소기(30) 내의 고온에 의한 열분해(Thermal cracking)이 발생되고 싸이클론(40) 후단의 고온의 구간을 지나면서 높은 체류시간을 가지고 반응을 유지하게 된다.
이에 따라 타르에 의해 발생되는 후단의 Pipe 및 Tube등에 Fouling이나 plugging이 생기는 것을 저감시킬 수 있다. 또한 CFB 연소기(30)는 열전달 매체의 순환을 위해 고속으로 운전하게 되는데 가스화기(10)로부터 생성된 합성가스가 CFB 연소기(30)로 공급되면서 Secondary Air 역할을 함으로서 운전에 필요한 속도를 제공하여 연소기의 부하를 줄여 줄 수 있는 역할을 한다. 필요에 따라 CFB 연소기에서 합성가스가 공급되는 위치 하단 부분에서 층물질(Bed material)인 유동사의 원활한 순환을 위하여 연소기의 단면적을 줄일 수 있다.
싸이클론(40)은 CFB 연소기(30)의 상부에 연결되어 있으며, CFB 연소기(30)로부터 배출되는 연소가스, 합성가스, 모래 등을 제공받아 원심력(centrifugal force)으로 가스와 고체입자(모래+일부 Ash)를 분리하여 포집한다. 싸이클론(40)의 상부에는 가스배출부(41)가 형성되어 분리된 가스가 배출된다. CFB 연소기(30)와 싸이클론(40)의 연결부는 경사지게 형성되어 CFB 연소기(30)에서 배출되는 고체입자가 쌓이는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
하강관(50)은 싸이클론(40)의 하부에 위치하며 싸이클론(40)에서 분리된 고온의 열전달 매체인 모래를 낙하시키면서 하단에 연결된 제2루프실(60)로 전달한다.
제2루프실(60)은 'U'형상으로 이루어지며 일단이 하강관(50)의 하부에 연결되고, 타단이 가스화기(10)의 상부에 연결되어 있으며, 하강관(50)을 통해 낙하된 모래가 포집되어 모래층(61)이 형성된다. 또한, 제2루프실(60)의 일측에는 제2송풍부(62)가 형성되어 포집된 모래를 가스화기(10)로 이송시킨다. 이러한 제2루프실(60)은 고체순환속도에 의해 모래층(61)을 형성하고 가스화기(10)보다 높은 압력을 유지 시키며, 가스화기(10)에서 생성된 합성가스가 루프실로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제2루프실(60)의 모래는 전술한 가스화기(10)에서 CFB 연소기(30)로 공급되는 모래의 량에 연동하여 공급되는 것이 바람직하며, 제2루프실(60)의 모래가 일정이하인 경우에는 가스화기(10)에 연결된 모래공급부(15)를 통해 모래가 공급되는 것이 바람직하다.
고온가스 체류관(70)은 싸이클론의 가스배출부(41)에 연결되어 배출되는 합성가스를 충분히 체류시킨다. 고온가스 체류관(70)은 통과하는 합성가스가 반응할 수 있도록 충분한 체류시간을 제공하여 수증기 개질(Steam reforming)을 통한 개질된 합성가스를 생산할 수 있다. 이때, 고온가스 체류관(70)의 끝단에는 통상적인 열교환기(미도시)가 위치한다. 또한, 고온가스 체류관(70)에는 내부를 통과하는 수증기 개질 반응을 원활하게 유지시키기 위하여 체류관의 온도를 유지하는 발열체가 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템의 작동 과정을 자세히 살펴본다.
먼저, 가스화기(10)의 내부에는 초기에 모래공급부(15)를 통해 모래층이 일정 레벨 이상 형성되도록 놓여진다. 가스화기(10)에 공급된 모래는 CFB 연소기(30)에서 가열되고 가스화기(10)로 다시 순환되어 가스화기(10)의 온도를 유지시키는 열전달 매체로 사용된다.
가스화기(10)는 제1연료공급부(12)에서 공급되는 고체연료를 하부의 에어(Air)공급부(11)에서 공급되는 에어(Air)로 부분 산화시켜 가스화 반응에 필요한 열원을 공급하고 H2, CO, CO2, CH4가 주성분인 가연성 합성가스를 생성한다. 생성된 가연성 합성가스는 가스화기(10)의 상부에서 합성가스 공급부(34)를 통해 CFB 연소기(30)로 공급된다. 그리고, 가스화 반응에서 생성된 차(Char)는 가스화기(10)내에서 지속적으로 가스화 반응이 일어난다. 이때, 가스화기(10)에 형성된 스팀공급부(13)로 공급되는 고온의 스팀(Steam)은 가스화 반응에 필요한 가스화 매체로 이용할 수 있다.
한편, 가스화기(10)의 하부에 위치하는 모래층(14)의 일부가 제1루프실(20)로 유입되면 제1송풍부(21)에서 배출되는 에어(Air)에 의해 모래를 제1루프실(20)의 상단에 위치하는 루프실 연결부(33)를 통해 CFB 연소기(30)에 공급하여 가열한다. 이때, 가스화기(10) 내에서 생성된 일부 미반응 차(Char)가 모래와 함께 CFB 연소기(30)로 공급된다.
CFB 연소기(30)로 공급된 모래는 CFB 연소기(30)에 공급되는 연료가 연소되는 연소열에 의해 가열되고, 모래와 함께 전달된 일부 차(Char)도 연료와 함께 연소된다. 그리고, 가열된 모래 및 연소가스 등은 제2에어공급부(31)에서 공급되는 에어(Air)의 압력으로 합성가스 공급부(34)를 통해 제공받은 가스화기(10)의 합성가스와 혼합되면서 최상층으로 상승하게 된다. 이때, CFB 연소기(30)로 공급된 합성가스에 존재하는 타르는 CFB 연소기(30) 내를 합성가스와 함께 통과하면서 CFB 연소기(30) 내의 고온에 의한 열분해(Thermal cracking)이 발생되어 저감되고, 합성가스는 연소가스 중 스팀(Steam)과 수증기 개질(Steam-reforming) 반응을 하게 되고, 싸이클론(40) 후단 고온영역을 거치면서 반응은 지속된다.
CFB 연소기(30)의 상부로 이동된 가열된 모래, 합성가스, 연소가스 등은 CFB 연소기(30)의 상부에 연결된 싸이클론(40)으로 이동되고, 싸이클론(40)은 이들을 원심력(centrifugal force)으로 가스와 고체입자(모래+일부 Ash)를 분리한다. 이때, CFB 연소기(30)와 싸이클론(40)의 연결부분은 소정의 기울기를 갖도록 형성되어 고체입자 등에 의해 연결부분에 쌓이는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
싸이클론(40)에서 분리된 가스 성분은 가스배출부(41)를 통해 고온가스 체류관(70)으로 공급되고, 고온의 열전달 매체인 모래 등의 고체입자는 하강관(50)을 따라 낙하하여 제2루프실(60)로 이송된다.
고온가스 체류관(70)으로 공급된 가스 성분에 포함된 연소가스와 합성가스는 고온가스 체류관을 통과하면서 연소가스 중의 스팀(Steam)이 합성가스와의 수증기 개질(Steam reforming)을 통한 개질된 합성가스를 생산한다.
또한, 하강관(50)을 통해 낙하된 모래는 'U'형상으로 이루어진 제2루프실(60)에서 모래층(61)으로 포집되며, 제2루프실(60)의 일측에 형성된 제2송풍부(62)를 통해 포집된 고온의 모래의 일부를 가스화기(10)로 이송된다. 제2루프실(60)의 모래는 전술한 가스화기(10)에서 CFB 연소기(30)로 공급되는 모래의 량에 연동하여 공급되는 것이 바람직하며, 제2루프실(60)의 모래가 일정이하인 경우에는 가스화기(10)에 연결된 모래공급부(15)를 통해 모래가 공급되는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 가스화기 11 : 제1에어공급부
12 : 제1연료공급부 13 : 스팀공급부
14 : 모래층 15 : 모래공급부
20 : 제1루프실 21 : 제1송풍부
30 : CFB 연소기 31 : 제2에어공급부
32 : 제2연료공급부 33 : 루프실 연결부
34 : 합성가스 공급부 40 : 싸이클론
41 : 가스배출부 50 : 하강관
60 : 제2루프실 61 : 모래층
62 : 제2송풍부 70 : 고온가스 체류관

Claims (10)

  1. 내부에 열전달 매체인 모래가 충진되고 고체연료를 부분산화 또는 가스화반응시켜 가연성 합성가스 생성하는 가스화기와;
    가스화기에 연결되어 가스화기의 모래 및 미반응 차(Char)를 제공받는 제1루프실과;
    제1루프실에 연결된 루프실 연결부를 통해 모래 및 미반응 차(Char)를 제공받고, 가스화기에 연결된 합성가스 공급부를 통해 가스화기에서 생성된 합성가스를 제공받으며 열전달 매체인 모래를 가열하는 CFB 연소기와;
    CFB 연소기의 상부에 연결되어 있으며 CFB 연소기로부터 배출되는 가스와 고체입자를 분리하는 싸이클론과;
    싸이클론의 하부에 위치하며 싸이클론에서 분리된 열전달 매체인 모래를 낙하시키는 하강관과;
    일단이 하강관의 하부에 연결되고, 타단이 가스화기의 상부에 연결되어 있으며, 하강관를 통해 낙하된 모래층에서 모래를 가스화기로 전달하는 제2루프실;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 가스화기는 일측에 고온의 스팀(Steam)을 공급받는 스팀공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 가스화기는 일측에 외부로부터 모래가 공급되는 모래공급부가 형성된 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 제1루프실는 하부 일측이 가스화기와 연결되어 모래를 제공받고, 상부 일측이 CFB 연소기에 연결되어 제1송풍부를 통해 모래를 CFB 연소기에 제공하는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, CFB 연소기의 합성가스 공급부는 루프실 연결부 상단에 위치하는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, CFB 연소기와 싸이클론의 연결부는 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 제2루프실의 일측에는 포집된 모래를 가스화기로 이송시키는 제2송풍부가 형성된 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 제2루프실는 'U'형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 가스화기의 모래층이 기준 레벨 이하이면 제2루프실의 모래층의 모래를 공급하고, 가스화기의 모래층과 제2루프실의 모래층의 모래층이 기준 레벨 이하이면 모래공급부를 통해 모래가 공급되는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서, 싸이클론에서 배출되는 가스를 제공받아 충분한 체류시간 동안 스팀(Steam)이 합성가스와의 수증기 개질(Steam reforming)을 통해 개질된 합성가스를 생산하는 고온가스 체류관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유동층에서 에어/스팀을 이용한 합성가스 생산 및 타르 저감 시스템.
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