KR101069574B1 - Dual biomass gasifier with carbonaceous absorbent and apparatus having the dual biomass gasifier - Google Patents
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Abstract
이 발명의 이중 바이오매스 가스화 반응기는, 주입된 폐기물을 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가스화하는 제1 반응기와, 제1 반응기에 연통되게 설치되어 제1 반응기의 열원을 이용하며 그 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 제1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제2 반응기를 포함하며, 제1 반응기는 그 내부에 일정량의 모래가 충진되어 외부의 열원의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 바이오챠르(bio-char)를 생성하며, 제1, 제2 반응기 간의 연통부위에는 제1 반응기 내의 바이오챠르의 제2 반응기 쪽으로의 유동을 막고, 제2 반응기 내의 탄소 흡착제의 제1 반응기 쪽으로의 유출을 막는 필터가 설치된다. 이 발명은 그 내부에 별도의 내부 반응기를 갖거나 반응기를 2단으로 구성하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 채택하고 상부 반응기 내에 탄소 흡착제를 함유함으로써, 생성가스 내의 타르의 함량을 현저하게 저감시켜 전력생산 등에 안정적으로 이용할 수 있는 저함량의 타르를 갖는 고발열량의 가스를 생산할 수 있는 효과가 있다.Dual biomass gasification reactor of the present invention, the first reactor for gasifying the injected waste by using an external heat source and the heat source of the waste itself, and is installed in communication with the first reactor using a heat source of the first reactor and the inside A second reactor filled with a certain amount of carbon adsorbent to reduce the content of tar in the product gas produced in the first reactor, increase hydrogen production, and supply it to a subsequent process, the first reactor having a certain amount of sand therein; Is filled and flows along the air stream of an external heat source to assist in the combustion of waste gas and produce biochar, and in the communication site between the first and second reactors, the second reactor of biochar in the first reactor A filter is installed which prevents flow to the side and prevents the outflow of the carbon adsorbent in the second reactor toward the first reactor. The present invention adopts a dual biomass gasification reactor having a separate internal reactor therein or consists of two stages of reactors and contains a carbon adsorbent in the upper reactor, thereby significantly reducing the tar content in the generated gas to produce power. There is an effect that can produce a high calorific value gas having a low content of tar that can be used stably.
Description
이 발명은 바이오매스 가스화 반응기에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 그 내부에 별도의 내부 반응기를 갖거나 반응기를 2단으로 구성하되 상부 반응기 내에 탄소 흡착제를 함유함으로써 생성가스 내의 타르의 함량을 줄이고 고발열량의 가스를 생성하도록 하는 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기에 관한 것이다. 또한, 이 발명은 상기와 같은 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비하는 가스화 장치에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to a biomass gasification reactor, and more particularly, having a separate internal reactor therein or constituting the reactor in two stages, but containing a carbon adsorbent in the upper reactor to reduce the content of tar in the generated gas and high calorific value A dual biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent to produce gas. The present invention also relates to a gasifier comprising the dual biomass gasification reactor as described above.
일반적으로, 유동층 가스화 장치는 대체 에너지 개발 및 폐기물 처리 등의 여러 화학공정분야에서, 석탄이나 슬러지 또는 폐고분자, 폐목재 및 폐타이어 등의 가스화와 관련된 에너지 전환공정 및 에너지 회수공정에서 사용되어 왔으며, 이에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있다. 유동층 가스화 장치는 다른 여러 종류의 가 스화 장치(Up-draft gasifier, Down-draft gasifier)에 비해 우수한 열전달 특성을 가지며, 반응기 내의 균일한 온도 분포로 인해 가스화 생성가스의 수율 및 조성이 일정하며, 고체 반응물의 반응기 내의 체류시간이 길뿐만 아니라, 고체가 유체와 같은 흐름을 갖고 있어 고체 처리가 용이하다는 등 여러 가지 장점을 갖는다.In general, fluidized bed gasifiers have been used in various chemical processes such as alternative energy development and waste disposal, in energy conversion and energy recovery processes involving gasification of coal, sludge or waste polymers, waste wood and waste tires. There is extensive research on this. The fluidized bed gasifier has superior heat transfer characteristics compared to other types of gasifiers (up-draft gasifier, down-draft gasifier), and the yield and composition of the gasification product gas are constant due to the uniform temperature distribution in the reactor. In addition to the long residence time of the reactants in the reactor, the solids have a fluid-like flow, which facilitates solid treatment.
이렇듯, 유동층 가스화 장치는 고체를 처리함에 따라 생성되는 열량 가스를 얻는 것을 주목적으로 하기 때문에, 열량 가스의 고열량화 및 수율증대를 위해 내부순환구조를 갖거나 촉매를 이용하는 등 여러 방식으로 연구 개발되고 있다.As such, the fluidized-bed gasifier has been researched and developed in various ways, such as having an internal circulation structure or using a catalyst for high calorific value and yield increase of calorific gas. .
그 중에서, 내부순환 유동층을 이용한 가스화 장치에 대해서는 남아프리카공화국 특허 제857,717호에 공지되어 있다. 이 특허에 공지된 내부순환 유동층 가스화 장치는 유동층 내에 드래프트관을 삽입하여 유동층을 두 부분으로 나누고, 각각에 유동화 기체속도를 달리하여 주입함으로써, 유동층 내에서 내부순환이 가능하도록 구성하였다. Among them, a gasifier using an inner circulating fluidized bed is known from South African Patent No. 857,717. The internal circulation fluidized bed gasifier known in this patent is configured to allow internal circulation in the fluidized bed by inserting a draft tube into the fluidized bed to divide the fluidized bed into two parts, and injecting the fluidized gas velocity at different times.
그리고, 대한민국 특허등록 제208654호에는 하단 천공된 드래프트관을 갖는 내부순환 유동층 가스화 반응기에 대해 공지되어 있고, 특허등록 제340594호에는 내부순환 유동층 반응기를 이용한 석탄의 가스화방법에 대해 공지되어 있다.In addition, Korean Patent Registration No. 208654 is known for the internal circulation fluidized bed gasification reactor having a bottom perforated draft tube, and Patent Registration No. 340594 is known for the gasification of coal using the internal circulation fluidized bed reactor.
상기와 같은 공지기술을 비롯하여 일반적인 유동층 가스화 장치는 도 1과 같은 개념으로 구성되어, 가스화가 진행되는 동안 산화(oxidation), 국부 산화(partial oxidation), 열분해(pyrolysis) 및 건조(drying)가 거의 동시에 일어나며, 표 1에서와 같이 상승기류형 가스화 장치(up-draft gasifier) 보다는 생성가스 내에 적은 타르 함량을 갖는다. 그러나, 이 정도의 타르 함량은 전력생산 등에 이 용하기에는 여전히 높은 수치이기 때문에, 공정상 안정적이지 못하다.The general fluidized bed gasification apparatus including the known technology as described above has the concept as shown in FIG. 1 so that oxidation, partial oxidation, pyrolysis and drying are performed at the same time while gasification is performed. And less tar content in the product gas than in the up-draft gasifier as shown in Table 1. However, this amount of tar is still unstable in the process because it is still high for power generation.
또한, 대한민국 특허등록 제636616호에는 상하 2단으로 형성된 반응기를 갖는 음식물 쓰레기의 급속 열분해 장치 및 그 방법에 대해 공지되어 있다. 이 발명의 반응기는 그 상하단 반응기가 완전 연통되되 서로 다른 크기로 구성된다. 이 발명에서 반응기를 서로 다른 크기의 상하단 반응기로 구성한 것은, 바이오매스의 열분해 특성을 고려한 것이다. 즉, 바이오매스가 열분해되는 반응 메커니즘을 보면 1차적으로 거대분자가 외부열에 의하여 증기상(vapour) 물질로 전환되고, 2차 반응을 통해 가스나 챠르(char)로 최종 전환되는데, 이때 1차 반응은 매우 빠르게 진행되고 반응온도가 낮으면 쉽게 챠르로 전환되는 특징을 고려한 것이다.In addition, the Republic of Korea Patent No. 636616 is known for a rapid pyrolysis device of food waste having a reactor formed in the upper and lower stages and a method thereof. The reactor of the present invention is composed of different sizes while the upper and lower reactors are in complete communication. In this invention, the reactor is composed of upper and lower reactors of different sizes in consideration of the thermal decomposition characteristics of the biomass. In other words, in the reaction mechanism in which biomass is pyrolyzed, macromolecules are primarily converted into vapor phase materials by external heat and finally converted into gas or char through secondary reactions. Is considered to be very fast and easily converted to char when the reaction temperature is low.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 내부에 별도의 내부 반응기를 갖거나 반응기를 2단으로 구성하되 상부 반응기 내에 탄소 흡착제를 함유함으로써 생성가스 내의 타르의 함량을 줄이고 고발열량의 가스를 생성하도록 하는 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, having a separate internal reactor therein or by configuring the reactor in two stages, but containing the carbon adsorbent in the upper reactor tar in the product gas It is an object of the present invention to provide a double biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent to reduce the content of and to generate a high calorific value gas.
또한, 이 발명은 상기와 같은 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비함으로써 전력생산 등에 안정적으로 이용할 수 있는 저함량의 타르를 갖는 고발열량의 가스를 생산하는 가스화 장치를 제공하는 데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a gasification apparatus for producing a high calorific value gas having a low content of tar, which can be stably used for electric power production and the like by providing a double biomass gasification reactor as described above.
이 발명의 이중 바이오매스 가스화 반응기는, 주입된 폐기물을 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가스화하는 제1 반응기와, 제1 반응기에 연통되게 설치되어 제1 반응기의 열원을 이용하며 그 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 제1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제2 반응기를 포함하며, 제1 반응기는 그 내부에 일정량의 모래가 충진되어 외부의 열원의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 바이오챠르(bio-char)를 생성하며, 제1, 제2 반응기 간의 연통부위에는 제1 반응기 내의 바이오챠르의 제2 반응기 쪽으로의 유동을 막고, 제 2 반응기 내의 탄소 흡착제의 제1 반응기 쪽으로의 유출을 막는 필터가 설치되는 것을 특징으로 한다. Dual biomass gasification reactor of the present invention, the first reactor for gasifying the injected waste by using an external heat source and the heat source of the waste itself, and is installed in communication with the first reactor using a heat source of the first reactor and the inside And a second reactor filled with a certain amount of carbon adsorbent to reduce the content of tar in the product gas produced in the first reactor, increase hydrogen production, and supply it to a subsequent process, the first reactor having a certain amount of sand therein. Is filled and flows along the air stream of an external heat source to assist in the combustion of waste gas and produce biochar, and in the communication site between the first and second reactors, the second reactor of biochar in the first reactor A filter is installed, which blocks flow to the side and prevents the outflow of the carbon adsorbent in the second reactor towards the first reactor.
이 발명의 제2 반응기는 제1 반응기의 내부 중에서 상부 쪽에 위치하도록 제1 반응기의 내측 상단에 고정하되, 제1 반응기의 내측 둘레와 일정 간격을 갖도록 고정될 수 있다. 또한, 이 발명은 제2 반응기가 제1 반응기의 상단에 설치되어 2단 형태를 이룰 수 있다. The second reactor of the present invention is fixed to the inner top of the first reactor to be located in the upper side of the inside of the first reactor, it may be fixed to have a predetermined interval with the inner circumference of the first reactor. In addition, in the present invention, a second reactor may be installed at the top of the first reactor to form a two-stage configuration.
이 발명의 필터는 다수의 구멍을 갖는 소결 스테인레스강으로 구성될 수 있고, 탄소 흡착제로는 활성탄 및/또는 바이오챠르를 이용할 수 있다. The filter of the present invention may be composed of sintered stainless steel having a plurality of holes, and activated carbon and / or biochar may be used as the carbon adsorbent.
이 발명의 제1 반응기는 그 내부의 바이오챠르가 일정량을 유지하도록 잉여 바이오챠르를 외부로 배출하기 위해 제1 반응기의 내부와 연통하여 설치된 제1 파이프와, 제1 파이프를 따라 중력에 의해 배출되는 잉여 바이오챠르를 저장하는 수용부를 더 구비할 수 있다.The first reactor of the present invention is discharged by gravity along the first pipe and the first pipe installed in communication with the interior of the first reactor for discharging the surplus biochar to the outside to maintain a constant amount of the biochar therein A receiving unit for storing the surplus biochar may be further provided.
이 발명의 제2 반응기의 내부에는 타르의 함량이 저감된 생성가스를 후속 공정으로 배출하지만, 그 내부에 충진된 탄소 흡착제의 유출을 막는 사이클론이 더 설치될 수 있다. The second reactor of the present invention discharges the product gas with reduced tar content in a subsequent process, but a cyclone may be further installed to prevent the outflow of the carbon adsorbent packed therein.
이 발명은 제1, 제2 반응기를 서로 연통시켜 제2 반응기 내의 탄소 흡착제가 일정량을 유지하도록 잉여 탄소 흡착제를 제1 반응기 쪽으로 유동시키는 제2 파이프를 더 구비할 수 있다. The present invention may further include a second pipe communicating the first and second reactors with each other so as to flow the excess carbon adsorbent toward the first reactor so that the carbon adsorbent in the second reactor maintains a certain amount.
이 발명의 가스화 장치는, 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단과, 폐기물 주입수단을 통해 주입된 폐기물을 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가 스화하고 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시키는 상기와 같이 구성된 이중 바이오매스 가스화 반응기와, 가스화 반응기에 예비 열원과 공기를 공급하는 열원공급수단, 및 가스화 반응기에서 배출되는 배출가스를 정제하는 정제수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. The gasification apparatus of the present invention, by the waste injection means for injecting waste, and the waste injected through the waste injection means gasification using an external heat source and the heat source of the waste itself, and reduces the content of tar in the generated gas Dual biomass gasification reactor configured as described above to increase hydrogen production, heat source supply means for supplying a preliminary heat source and air to the gasification reactor, and purifying means for purifying the exhaust gas discharged from the gasification reactor .
이 발명은 그 내부에 별도의 내부 반응기를 갖거나 반응기를 2단으로 구성하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 채택하고 상부 반응기 내에 탄소 흡착제를 함유함으로써, 생성가스 내의 타르의 함량을 현저하게 저감시켜 전력생산 등에 안정적으로 이용할 수 있는 저함량의 타르를 갖는 고발열량의 가스를 생산할 수 있는 효과가 있다.The present invention adopts a dual biomass gasification reactor having a separate internal reactor therein or consists of two stages of reactors and contains a carbon adsorbent in the upper reactor, thereby significantly reducing the tar content in the generated gas to produce power. There is an effect that can produce a high calorific value gas having a low content of tar that can be used stably.
또한, 이 발명은 반응기를 이중으로 구성함에 따라 하부 반응기(제1 반응기)의 열원을 상부 반응기(제2 반응기)에서 그대로 이용하므로 설치공간이 작아 공정의 효율성을 높일 수 있다. 따라서, 이 발명은 중형 규모의 발전용량을 갖도록 설계가 가능하다.In addition, the present invention uses the heat source of the lower reactor (the first reactor) as it is in the upper reactor (second reactor) as it is configured in a double, the installation space is small, it is possible to increase the efficiency of the process. Therefore, the present invention can be designed to have a medium-scale power generation capacity.
아래에서, 이 발명에 따른 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 구비한 가스화 장치의 양호한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of a dual biomass gasification reactor and a gasifier comprising the carbon adsorbent according to the present invention will be described in detail.
<제1 실시예><First Embodiment>
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비한 가스화 장치의 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기의 상세도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of a gasification apparatus including a double biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of a dual biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent shown in FIG. Detailed view.
도 2에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 가스화 장치는 하수 슬러지나 폐목재 등의 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단(10)과, 폐기물 주입수단(10)을 통해 주입된 폐기물을 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가스화하고 생성된 생성가스 내의 타르를 흡착(adsorption)하거나 분해(cracking)하여 타르의 함량을 줄이는 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)와, 가스화 반응기(20)에 예비 열원과 공기를 공급하고 필요에 따라 수증기 또한 공급하는 열원공급수단(30), 및 가스화 반응기(20)에서 배출되는 배출가스를 전력생산 등에 이용할 수 있도록 정제하는 정제수단(40)으로 구성된다.As shown in FIG. 2, the gasifier of this embodiment includes waste injecting means 10 for injecting waste such as sewage sludge or waste wood, and waste injected through the waste injecting means 10. Gasification using its own heat source and dual
폐기물 주입수단(10)은 하수 슬러지나 폐목재 등의 폐기물을 일정 크기로 분쇄하여 주입하는 것으로서, 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 구성된다. The waste injecting means 10 is to crush and inject waste such as sewage sludge or waste wood into a predetermined size, and is constituted in a general configuration relationship used in a gasifier.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 가스화 반응기(20)는 일정 크기의 용적을 갖는 제1 반응기(210)와, 제1 반응기(210)의 내부에 설치되는 제2 반응기(220)로 구성된다. As shown in FIGS. 2 and 3, the
제1 반응기(210)는 열원공급수단(30)에서 공급되는 예비 열원, 공기 및 수증기와, 폐기물 자체의 열원을 이용하여 폐기물을 연소시킴으로써 가스를 생성하는 역할을 한다. 이러한 제1 반응기(210)는 그 내부에 일정량의 모래가 충진되며, 열원공급수단(30)으로부터 예비 열원과 공기 및 수증기를 일측으로 공급받을 수 있도록 구성된다. 여기서, 모래는 열원공급수단(30)으로부터 공급되는 공기 및 수증기의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 원활한 연소를 돕는 역할을 한다. 즉, 제1 반응기(210)는 유동층 반응기로서 전형적인 바이오매스(biomass) 가스화가 일어나며, 공정 중에 바이오챠르(bio-char)가 생성된다.The
그리고, 제1 반응기(210)는 공정 중에 생성되는 바이오챠르(bio-char)가 항상 일정량을 유지함으로써 공정에 무리를 주지 않도록, 잉여 바이오챠르는 제1 파이프(211)를 따라 유동하여 수용부(212)에 저장되도록 구성된다. 즉, 제1 파이프(211)의 일단이 제1 반응기(210)의 일정 높이에서 그 내부와 연통되게 구성된다. 이때, 제1 파이프(211)는 상향류의 방해를 받지 않도록 구부러진 형태를 갖는다. 따라서, 잉여 바이오챠르는 기계적 장치가 아닌 제1 파이프(211)를 따라 중력에 의해 수용부(212)에 저장되므로 공정에 무리를 주지 않는다. In addition, the surplus biochar flows along the
제2 반응기(220)는 제1 반응기(210)의 내부 중에서 상부 쪽에 설치하도록, 제1 반응기(210)의 내측 상단에 고정된다. 따라서, 제2 반응기(220)는 제1 반응기(210)의 열원을 그대로 이용한다. 이러한 제2 반응기(220)는 제1 반응기(210)의 내측 둘레와 일정 간격을 두고 설치되는 것으로서, 하부를 제외하고 제1 반응기(210)와 폐쇄되는 구조를 갖는다. 즉, 제2 반응기(220)는 그 하부에 제1 반응기(210)와 연통하는 필터(221)를 갖는다. The
여기서, 필터(221)는 제1 반응기(210) 내에서 생성되는 생성가스는 상승 기류를 따라 유동하여 원활하게 통과하지만, 바이오챠르는 통과하지 못하도록 마이크로미터 사이즈의 다수의 구멍을 갖도록 구성된다. 또한, 필터(221)의 구멍은 제2 반응기(220) 내에 충진되는 탄소 흡착제가 하부의 제1 반응기(210)로 유출되지 못하는 크기를 갖는다. 이러한 필터(221)는 다수의 구멍을 갖는 소결 스테인레스강으로 구성할 수 있다.Here, the
상기와 같은 제2 반응기(220)는 제1 반응기(210)에서 생성된 생성가스 내의 타르를 흡착(adsorption)하거나 분해(cracking)하여 타르의 함량을 줄이는 역할을 하는 것으로서, 그 내부에 일정량의 탄소 흡착제(활성탄 및/또는 바이오챠르)가 충진된다. 여기서, 탄소 흡착제는 생성가스 내의 타르를 흡착(adsorption)하여 타르의 함량을 줄이거나 타르의 분해(cracking)를 촉진하는 촉매 역할을 하여 그 함량을 줄일 뿐만 아니라, 생성가스 내의 수분과의 반응을 촉진시켜 수소 생산을 돕는 역할을 한다.As described above, the
그리고, 제2 반응기(220)의 내부에는 그 내부에 충진되는 탄소 흡착제의 유출을 예방할 뿐만 아니라, 타르의 함량이 저감된 생성가스를 정제수단(40)으로 공급하는 사이클론(222)이 설치된다. 이때, 사이클론(222)은 상향류의 방해를 받지 않도록 그 하단부가 구부러진 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 제2 반응기(220)에는 그 내부에 충진되는 탄소 흡착제가 항상 일정량을 유지함으로써 공정에 무리를 주지 않도록, 잉여 탄소 흡착제가 제2 파이프(223)를 따라 제1 반응기(210) 쪽으로 유동한 후 수용부(212)에 저장되도록 구성된다. 즉, 제2 파이프(223)의 일단은 제2 반응기(220)의 일정 높이에서 그 내부와 연통되고, 타단은 제1 반응기(210)의 일정 높이에서 그 내부와 연통되게 구성된다. 이때, 제2 파이프(223)는 상향류의 방해를 받지 않도록 구부러진 형태를 갖는다.In addition, a
상기와 같은 구성관계를 갖는 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 제2 반응기(220)의 내부에 일정량의 탄소 흡착제를 충진함으로써, 생성가스 내의 타르를 흡착(adsorption)하여 타르의 함량을 줄이거나 타르의 분해(cracking)를 촉진하는 촉매 역할을 하여 그 함량을 줄일 뿐만 아니라, 생성가스 내의 수분과의 반응을 촉진시켜 수소 생산을 도와 고발열량의 가스 생산이 가능하도록 한다. In the dual
또한, 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 생성가스 내에 포함되는 입자의 양을 아래와 같은 구성요소를 통해 줄일 수가 있다. 즉, 첫째 제1 파이프(211)를 통해 제1 반응기(210) 내의 잉여 바이오챠르를 수용부(212)로 배출하고, 둘째 제2 반응기(220)의 필터(221)를 통해 제1 반응기(210)에서 생성되어 상승 기류를 따라 제2 반응기(220) 내부로 유동하려는 생성가스 내의 바이오챠르를 필터링하며, 셋째 사이클론(222)을 통해 제2 반응기(220) 내부의 탄소 흡착제의 유출을 예방하며, 넷째 제2 파이프(223)를 통해 제2 반응기(210) 내의 잉여 탄소 흡착제를 제1 반응기(210)를 거쳐 수용부(212)로 배출함으로써, 생성가스 내에 포함되는 입자의 양을 줄일 수가 있다.In addition, the dual
열원공급수단(30)은 제1 반응기(210)에 예비 열원과 공기를 공급하고 필요에 따라 수증기 또한 공급하는 역할을 하는 것으로서, 유동층 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 구성된다.The heat source supply means 30 serves to supply a preliminary heat source and air to the
정제수단(40)은 제2 반응기(220)에서 배출되는 배출가스를 전력생산 등에 이 용할 수 있도록 정제하는 역할을 하는 것으로서, 유동층 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 구성된다.The refining means 40 serves to purify the exhaust gas discharged from the
<제2 실시예>Second Embodiment
이 발명의 제2 실시예에 따른 가스화 장치는 반응기의 일부 구조를 제외하고는 제1 실시예의 가스화 장치와 동일한 개념으로 구성된다. 따라서, 제1 실시예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대해서는 유사한 도면부호를 부여하고 그 설명을 생략하기로 한다.The gasifier according to the second embodiment of the present invention has the same concept as the gasifier of the first embodiment except for the partial structure of the reactor. Therefore, the same or similar components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
도 4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비한 가스화 장치의 개념도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기(20a)는 폐기물 주입수단(10a)을 통해 주입된 폐기물을 열원공급수단(30a)에서 공급되는 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가스화하는 제1 반응기(210a)와, 제1 반응기(210a)에서 생성된 생성가스 내의 타르를 흡착하거나 분해하여 타르의 함량을 줄이는 제2 반응기(220a)로 구성된다. 여기서, 제2 반응기(220a)는 제1 반응기(210a)보다 넓은 크기와 용적을 가지며, 제1 반응기(210a)의 바로 상부에 설치된다. 따라서, 제1, 제2 반응기(210a, 220a)는 상하로 2단형 형태를 이루며, 그 연결부위는 테이퍼진 형태를 갖는다.4 is a conceptual diagram of a gasification apparatus having a dual biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the dual
제1 반응기(210a)는 그 내부에 일정량의 모래가 충진되고, 공정 중에 생성된 잉여 바이오챠르를 제1 파이프(211a)를 따라 수용부(212a)에 저장하도록 하는 등, 제1 실시예의 제1 반응기(210)와 동일한 기능과 역할을 하도록 구성된다. The
그리고, 제2 반응기(220a)는 그 내부에 일정량의 탄소 흡착제(활성탄 및/또는 바이오챠르)가 충진되는 것으로서, 그 하부에 제1 반응기(210a)와 연통하는 필터(221a)와, 탄소 흡착제의 유출을 예방할 뿐만 아니라 타르의 함량이 저감된 생성가스를 정제수단(40a)으로 공급하는 사이클론(222a), 및 제1, 제2 반응기(210a, 220a)를 연결하는 제2 파이프(223a)를 갖는 등, 제1 실시예의 제2 반응기(220)와 동일한 기능과 역할을 하도록 구성된다. 여기서, 필터(221a)는 제1 실시예의 필터(221)와 달리 각 구멍의 상단으로 갈고리 형태의 파이프가 제2 반응기(220a) 쪽으로 돌출되는 형태로 구성할 수도 있다. The
그리고, 제1, 제2 반응기(210a, 220a)의 연결부위에는 열원공급수단(30a)의 공기를 공급하여, 제1 반응기(210a)에서 생성되어 제2 반응기(220a)로 유동하는 생성가스 내의 타르를 일부 제거함으로써, 생성가스 내의 타르 함량을 줄이는 공기공급라인(310a)이 열원공급수단(30a)과 연통되게 설치된다. 이렇게 공기를 공급하여 생성가스 내의 타르를 산화시킴으로써 그 함량을 줄일 수 있다.In addition, the air of the heat source supply means 30a is supplied to the connection portions of the first and
상기와 같이 구성된 이 발명의 가스화 장치는 반응기를 이중으로 구성함에 따라 중형 규모의 발전용량을 갖도록 설계할 수 있으므로, 기존의 고정형 가스화 장치(fixed bed gasifier)가 소형 발전 시스템에 이용될 수밖에 없는 한계를 극복할 수 있다. 또한, 이 발명의 가스화 장치는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비함으로써 전력생산 등에 안정적으로 이용할 수 있는 저함량의 타르를 갖는 고발 열량의 가스를 생산할 수 있다. The gasification apparatus of the present invention configured as described above can be designed to have a medium-scale power generation capacity by configuring the reactor in duplicate, thereby limiting the limitation that existing fixed bed gasifiers can be used in small power generation systems. It can be overcome. In addition, the gasifier of the present invention can produce a high calorific value gas having a low content of tar that can be stably used for electric power production and the like by providing a double biomass gasification reactor.
<실험예>Experimental Example
아래에서는 앞서 설명한 바와 같이 구성된 이 발명에 따른 가스화 장치를 제작하여 실험한 실험예에 대해 설명한다.In the following description will be made on the experimental example produced and experimented with the gasification apparatus according to the present invention configured as described above.
이 실험에 사용된 공급재료는, 바이오매스로 250~425㎛ 크기의 건조 하수 슬러지 1kg을 사용하고, 탄소 흡착제로 활성탄 500g를 사용하였다. The feedstock used in this experiment used 1 kg of dry sewage sludge having a size of 250-425 μm as biomass, and 500 g of activated carbon as a carbon adsorbent.
그리고, 가스화 장치는 도 5와 같이 구성하되, STS-316으로 제작한 2단식 가스화 반응기를 이용하였다. 여기서, 하부 반응기는 그 직경이 100mm이고 높이가 360mm인 사이즈를 갖되, 그 내부에 실리카 모래를 충진하였다. 또한, 유동 안정성 검사를 위해 하부 반응기에 3개의 열전대를 설치하였다. 그리고, 상부 반응기는 그 직경이 160mm이고 높이가 340mm인 사이즈를 갖되, 그 내부에 활성탄을 충진하였다. 또한, 유동 안정성 검사를 위해 상부 반응기에 2개의 열전대를 설치하였다.And, the gasifier is configured as shown in Figure 5, using a two-stage gasification reactor made of STS-316. Here, the bottom reactor has a size of 100 mm in diameter and 360 mm in height, and filled with silica sand therein. In addition, three thermocouples were installed in the bottom reactor for flow stability testing. The upper reactor was 160 mm in diameter and 340 mm in height, but filled with activated carbon therein. In addition, two thermocouples were installed in the upper reactor for flow stability testing.
또한, 사이클론은 10㎛ 이상의 입자를 여과하고, 핫 필터는 1㎛ 이상의 입자를 여과하는 사양의 제품을 이용하고, 콘덴서는 응축액 액체를 0℃까지 냉각하도록 하였다. 그리고, 생성된 가스를 GCs와 GC-MS 체계를 사용하여 분석하였다. In addition, the cyclone filtered the particle | grains of 10 micrometers or more, the hot filter used the product of the specification which filters the particle | grains of 1 micrometer or more, and the condenser made it cool the condensate liquid to 0 degreeC. The generated gases were analyzed using GCs and GC-MS systems.
그 분석결과, 생산된 가스의 발열량(LHV)이 11.6MJ/Nm3 으로, 일반적인 값 4~6MJ/Nm3 보다 현저하게 높았다. 또한, 동일 조건에서 검출되는 타르의 양이 기존의 가스화 장치에서는 12.2g 검출되는데 비해, 상부 반응기의 내부에 활성탄을 투 입하여 검출한 결과 타르의 양이 2.1g 검출되었다. 즉, 1/6 정도로 생성되는 타르의 양이 감소하였다.As a result, the calorific value (LHV) of the produced gas was 11.6 MJ / Nm 3 , which was significantly higher than the general value of 4-6 MJ / Nm 3 . In addition, while the amount of tar detected under the same conditions was 12.2 g in the conventional gasifier, the amount of tar was 2.1 g as a result of adding activated carbon into the upper reactor. That is, the amount of tar produced by about 1/6 was reduced.
이상에서 이 발명의 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 구비한 가스화 장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. In the above description, the technical details of the dual biomass gasification reactor containing the carbon adsorbent of the present invention and the gasification apparatus including the same have been described with the accompanying drawings, which illustrate the best embodiment of the present invention by way of example and limit the present invention. It is not.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations within the scope of the appended claims without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
도 1은 일반적인 유동층 가스화 장치의 개념도이고,1 is a conceptual diagram of a general fluidized bed gasifier,
도 2는 이 발명의 제1 실시예에 따른 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비한 가스화 장치의 개념도이고, 2 is a conceptual diagram of a gasification apparatus having a double biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent according to a first embodiment of the present invention,
도 3은 도 2에 도시된 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기의 상세도이고,FIG. 3 is a detailed view of a dual biomass gasification reactor containing the carbon adsorbent shown in FIG. 2,
도 4는 이 발명의 제2 실시예에 따른 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 구비한 가스화 장치의 개념도이며, 4 is a conceptual diagram of a gasifier having a double biomass gasification reactor containing a carbon adsorbent according to a second embodiment of the present invention,
도 5는 이 발명의 실험예에 적용된 가스화 장치의 개념도이다.5 is a conceptual diagram of a gasifier applied to an experimental example of the present invention.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠ ♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
10 : 폐기물 주입수단 20 : 가스화 반응기10: waste injection means 20: gasification reactor
30 : 열원공급수단 40 : 정제수단 30: heat source supply means 40: purification means
210 : 제1 반응기 211 : 제1 파이프210: first reactor 211: first pipe
212 : 수용부 220 : 제2 반응기212: receiving portion 220: second reactor
221 : 필터 222 : 사이클론221
223 : 제2 파이프223: second pipe
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