KR101197720B1 - 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법 - Google Patents

기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정 중에 비정상 운전조건의 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 함유 합성가스를 열교환기나 배기휀을 통과하지 않고 열교환기 전단부에서 배출 처리하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 합성가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명의 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치는, 우드칩과 차르가 수용되어 착화 및 연소되는 연소부와; 상기 연소부에서 생성된 합성가스를 가스통로에 의해 이송되어 분진 등을 집진하는 집진기와; 상기 합성가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환부; 로 이루어지되, 우드칩 가스화 기동 및 정지과정 중 타르함유 합성가스를 열교환기 입구 상부에서 압축공기 분사방식의 이젝터에 의해 외부 연소실로 배출하는 처리수단으로 구성된다.

Description

기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법{Tar syngas processing installation and processing way produced in woodchip gasification of maneuverable/suspension process}
본 발명은 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정에서 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 합성가스를 처리하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로 목질계 바이오매스의 주요성분은 셀룰로오스(50 wt%), 헤미셀룰로오스(20 wt%), 리그닌(30 wt%)으로써 이들이 결정 또는 비결정 조직 상태로 상호 연결되어 있다. 열분해, 가스화 등과 같이 열화학적인 변환과정에서 우드칩과 같은 목질계 바이오매스는 300℃이상의 가스화 초기에 융제반응(ablative reaction)으로 조직이 와해되고 거대분자 사슬이 끊겨 반응온도에서 액상물질로 전환된다. 반응온도가 상승하고 다른 기체함에 따라서 융제된 액상물질이 열분해되어 최종적으로 상온에서 가스나 저분자 액상물질로 전환된다. 이 과정에서 반응온도가 낮거나 열전달이 느리면 융제물질이 응축반응을 통하여 열에 비교적 안정한 차츠(char)를 형성하게 되고, 리그닌 성분은 타르로 형성될 가능성이 매우 높게 된다.
바이오매스 가스화에 의한 전력생산을 하는 경우, 전체효율을 극대화시키기 위하여 열병합 방식이 적합하며, 열회수는 합성가스의 현열을 최대한으로 회수하는 방법이 필요하다. 그러나 열교환기에서 지나치게 열회수를 하는 경우 열교환기 내부에서 타르 응축이 발생하여 열교환기의 막힘을 초래하게 되고 합성가스 정제장치나 배기팬등에도 축적이 되는 문제점이 발생하게 된다. 통상적으로 가스화 장치가 정상적으로 운전되는 경우에는 합성가스 온도를 200℃ 이상으로 유지하는 경우에는 열교환기나 후속 장치에 큰 문제점이 없게 된다. 그러나 비정상운전 상태인 기동과정이나 정지시에는 가스화기 온도 유지등이 충분하지 못하여 합성가스중에 타량의 타르가 발생하게 된다. 비정상 운전 조건하에서 발생된 타르는 온도가 낮아서 정상 운전때 보다는 더 많이 발생하게 되는데, 이를 적절하게 제거하거나 처리하는 방법이 반복적인 기동, 정지가 이루어지는 가스화 공정에서는 필수적으로 중요한 기술이다.
상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정 중에 비정상 운전조건의 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 함유 합성가스를 열교환기나 배기휀을 통과하지 않고 열교환기 전단부에서 배출 처리하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 합성가스 처리장치 및 처리방법을 제공함에 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 합성가스 처리장치는, 우드칩과 차르가 수용되어 착화 및 연소되는 연소부와; 상기 연소부에서 생성된 합성가스를 가스통로에 의해 이송되어 분진 등을 집진하는 집진기와; 상기 합성가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환부; 로 이루어지되, 우드칩 가스화 기동 및 정지과정 중 타르함유 합성가스를 열교환기 입구 상부에서 압축공기 분사방식의 이젝터에 의해 외부 연소실로 배출하는 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 처리수단은, 집진기에서 연결되는 열교환기 입구의 상부에서 연통되어 연장배관으로 상부 연장하여 형성한 연장부와; 상기 연장부의 일측에서 분사노즐로 압축공기 분사하는 이젝터와; 상기 연장부에서 배출되는 타르함유 합성가스를 연소 처리하는 연소실; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 처리수단은, 이젝터 배출 방식의 매체를 압축공기를 사용하여 연소실로 회수하여 연소하는 타르 및 먼지 함유 가스 처리하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 합성가스 처리방법은, 우드칩 가스화 기동 및 정지되는 단계와; 우드칩과 차르의 착화 및 연소로 생성된 합성가스가 집진기 및 열교환부로 이동하는 단계와; 상기 집진기에서 연결되는 열교환기의 상부에 연통된 연장배관 측으로 이동하여 연장부 내부에 머무르는 단계와; 상기 연장부의 일측에 위치한 이젝터의 분사노즐로 압축공기 분사하는 단계와; 상기 이젝터의 분사로 연소실에 있는 합성가스가 타측의 연소실 측으로 배출되는 단계와; 상기 연소실로 유입된 타르를 포함한 합성가스를 연소하여 배출하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 열교환기로 유입되는 합성가스는 이젝터에서의 분사로 연장배관으로 상승과 동시에 연소실 측으로 배출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 이젝터의 분사로 타르함유 합성가스를 열교환기 입구에서 회수하여 연소실로 배출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 우드칩 기동 및 정지하는 동안에 500℃이하의 온도영역에서 발생하는 우드칩 합성가스를 열교환기 입구에서 이젝터 방식으로 배출하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 본 발명은, 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정 중에 비정상 운전조건의 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 타르 함유 합성가스를 열교환기나 배기휀을 통과하지 않고 타르함유 합성가스를 열교환기 입구에서 회수하여 연소실에서 연소함으로써 열교환기의 막힘 문제를 해결하는 효과가 있으므로 매우 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치를 나타낸 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치의 처리수단을 도시한 도면.
도 3은 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법을 나타낸 블록도.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
우드칩과 차르가 수용되어 착화 및 연소되는 연소부와;
상기 연소부에서 생성된 합성가스를 가스통로에 의해 이송되어 분진 등을 집진하는 집진기와;
상기 합성가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환부; 로 이루어지되,
우드칩 가스화 기동 및 정지과정 중 타르함유 합성가스를 열교환기 입구 상부에서 압축공기 분사방식의 이젝터에 의해 외부 연소실로 배출하는 처리수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치를 제공함으로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의하여 상세하게 설명한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치를 나타낸 전체 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기(100)에서 생산된 타르합성가스 처리장치는 우드칩, 폐목 등의 바이오매스를 가스화하여 가스엔진에서 전력생산하는 과정 중에 비정상 운전조건의 우드칩 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기(100)에서 생산된 타르 함유 합성가스를 열교환기나 배기휀을 통과하지 않고 열교환기 전단부에서 배출 처리하는 것이다.
아울러, 본 발명의 우드칩 가스화기(100)에서 생산된 합성가스 처리장치는 기본적으로 우드칩과 같은 바이오 매스를 가스화하여 합성가스를 제조하는 우드칩 가스화기(100)에서 생산된 합성가스를 처리하는 장치이다.
이러한, 상기 합성가스 처리장치 중 연소부(110)에서 우드칩과 차르가 수용되어 착화 및 연소한다.
상기 연소부(110)는 우드칩 가스화를 위하여 400℃ 수준으로 예열된다.
이때, 미리 투입된 우드칩 및 차르(char)에서 착화 및 연소과정이 연소부(110)에서 이루어지게 되면, 적정량의 공기를 투입하여 가연성분인 합성가스를 제조하게 된다.
상기 연소부(110)에서는 우드칩과 차르의 연료를 열분해 및 가스화하는 연소로 합성가스와 숯이 생성되며, 상기 숯은 연소부(110)로부터 분리시킨다.
아울러, 상기 연소부(110)에서 생성된 합성가스를 가스통로에 의해 이송되어 분진 등을 집진기(120)에서 집진 처리된다.
상기 집진기(120)는 연소부(110)의 일측에 설치되며 집진기(120)와 연결된 가스통로를 따라 합성가스는 배출된다.
상기 합성가스가 통과하면서 열교환부(130) 측에서 열교환이 이루어진다.
상기 합성가스를 생성하는 가스화기과정을 통하여 온도는 서서히 상승하게 되고, 합성가스 중 타르발생농도는 정상 조업 때보다 더욱 많은 타르가 발생하게 된다. 반대로 가스화기(100) 운전 정지 시에도 온도가 하강하면서 동일한 현상이 발생하게 된다.
여기서, 정상적인 상태에서 10ppm이하의 타르농도가 비정상 조건인 500℃ 이하의 온도범위에서는 타르농도가 50ppm이상으로 증가한다. 분진발생량도 타르농도에 따라 동반하여 증가하였으며, 이와 같은 비정상조건에서 발생한 타르 및 분진은 열교환기 튜브의 막힘 촉진하는 요인으로 작용한다.
이같은, 상기 합성가스를 생성하는 가스화기(100)가 우드칩 가스화 기동 및 정지과정 중 타르함유 합성가스를 열교환기(120) 입구 상부에서 압축공기 분사방식의 이젝터(220)에 의해 외부 연소실로 배출하는 처리수단에 의해 타르 함유 합성가스를 열교환기(130)나 배기휀을 통과하지 않고 타르함유 합성가스를 열교환기(130) 입구에서 회수하여 연소실(230)에서 연소함으로써 열교환기(130)의 막힘 문제를 해결한다.
이러한, 상기 처리수단의 구성은 도 2에 도시한 바와 같이 열교환기(130)에서 연결되는 연장부(210) 및 이젝터(220), 연소실(230)로 이루어진다.
먼저, 상기 연장부(210)는 열교환기(130) 입구의 상부에서 연통되어 연장배관(212)으로 상부 연장하여 형성한다.
상기 연장부(210)는 타르함유 합성가스를 집진기(120)에서 연결된 열교환기(130) 입구에서 연통배관(212)이 연통되어 열교환부(130)로 유입된 타르함유 합성가스를 회수한다.
상기 연장부(210)의 일측에서는 이젝터(220) 장치가 마련되어 압축공기를 분사하는 분사노즐(222)이 구성된다.
상기 이젝터(220)는 연장부(210)의 일측에 구성되어 연장부(210) 내부 측으로 압축공기를 분사한다.
상기 연장부(210)에 유입된 타르함유 합성가스는 압축공기 분사로 연소실(230)로 이동한다.
상기 연장부(210)를 중심으로 일측에는 이젝터(220)가 구성되며, 상기 이젝터(220)의 타측에는 연소실(230)이 구성된다.
이러한, 상기 이젝터(220) 배출 방식의 매체를 압축공기를 사용하여 연소실(210)로 회수하여 연소하는 타르 및 먼지 함유 가스 처리한다.
상기 연소실(210)에서는 타르합유 합성가스를 완전 연소하는 구성이다.
즉, 상기 연소부(210)에서 발생한 타르가 함유된 합성가스 속의 타르함류를 제거할 수 있도록 한 것이다.
이같이, 유지보수에 의한 운행정지. 응급처치에 의한 운행정지, 하루 운행 후 운행정지와 같은 비정상 조건에서 생성된 바이오매스 합성가스에 포함된 타르를 별도로 처리하는 처리수단으로 배기휀을 사용할 수 없는 조건하에서 공기를 추진체로 사용하는 배출 이젝터(220)를 이용하여 타르가 함유된 합성가스를 처리하는 것이다.
한편, 본 발명의 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법은, 도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 비정상 운행조건으로 유지보수에 의한 운행정지. 응급처치에 의한 운행정지, 하루 운행 후 운행정지 등과 같이 우드칩 가스화 기동 및 은행 정지된다.(S110)
이때, 정지과정에서는 연소부(110)로 공급하는 우드칩 투입을 중단하고 투입구 및 배출을 차단하게 되면 내부에 잔류된 합성가스 및 추가 생성가스등으로 인하여 외부로 유출되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 적절하게 연소부(110) 내부에서 형성, 증가된 가스량 만큼 배출하면서 온도를 낮추는 조작이 필요하다.
상기 연소부(110)에서 우드칩과 차르의 착화 및 연소로 생성된 합성가스가 집진기(120) 및 열교환부(130)로 이동한다.(S120)
상기 집진기(120)에서 연결된 열교환기(130)의 상부에 연통된 연장배관(212) 측으로 이동하여 연장부(210) 내부에 머무르게 된다.(S130)
상기 연장부(210)의 일측에 위치한 이젝터(220)의 분사노즐(222)로 압축공기 분사하며(S140), 상기 이젝터(220)의 분사로 연장부(210)에 있는 합성가스가 타측의 연소실(230) 측으로 배출된다.(S150)
여기서, 열교환기(130)로 유입되는 합성가스는 이젝터(220)에서의 분사로 열교환기(130) 입구에서 회수하여 연장배관(212)으로 상승과 동시에 연소실(230) 측으로 배출되는 것이다.
이렇게, 상기 연소실(230)로 유입된 타르를 포함한 합성가스를 연소하여 배출한다.(S160)
즉, 열교환기(130) 입구에서 이젝터(220)를 설치하여 비정상 조건에서 형성된 합성가스를 연소실로 공급하여 타르를 포함한 가스를 연소하여 배출하는 것이다.
아울러, 우드칩 가스화 기동 및 정지하는 동안에 500℃이하의 온도영역에서 발생하는 우드칩 합성가스를 열교환기(130) 입구에서 이젝터(220) 방식으로 배출하여 연소실(230)에서 타르함유 합성가스를 완전연소하게 된다.
이와 같이 상기 비정상 운전시에 합성가스 배출 흐름시 처리수단에 의해 열교환기(130) 막힘이나 후속공정에서의 타르축적 문제점을 억제하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에서 우드칩과 같은 바이오매스를 사용하여 합성가스를 제조함에 있어서 일반적으로 열교환기(1330), 스크러버, ID fan 을 거쳐서 연소기 또는 가스엔진으로 공급하는 방법을 다르게 유지함으로써 인 공정의 운전 조작시 문제점을 감소시킨다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100:가스화기 110:연소부
120:집진기 130:열교환기
210:연장부 212:연장배관
220:이젝터 222:분사노즐
230:연소실

Claims (7)

  1. 우드칩과 같은 바이오 매스를 가스화하여 합성가스를 제조하는 가스화 장치에서 기동 또는 정지과정에서 우드칩 가스화기에서 생산된 합성가스를 처리하는 장치에 있어서,
    우드칩과 차르가 수용되어 착화 및 연소되는 연소부와;
    상기 연소부에서 생성된 합성가스를 가스통로에 의해 이송되어 분진 등을 집진하는 집진기와;
    상기 합성가스가 통과하면서 열교환이 이루어지는 열교환부; 로 이루어지되,
    우드칩 가스화 기동 및 정지과정 중 타르함유 합성가스를 열교환기 입구 상부에서 압축공기 분사방식의 이젝터에 의해 외부 연소실로 배출하는 처리수단을 포함하되,
    상기 처리수단은,
    집진기에서 연결되는 열교환기 입구의 상부에서 연통되어 연장배관으로 상부 연장하여 형성한 연장부와;
    상기 연장부의 일측에서 분사노즐로 압축공기 분사하는 이젝터와;
    상기 연장부에서 배출되는 타르함유 합성가스를 연소 처리하는 연소실; 을 포함하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리수단은,
    이젝터 배출 방식의 매체를 압축공기를 사용하여 연소실로 회수하여 연소하는 타르 및 먼지 함유 가스 처리하는 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리장치.
  4. 우드칩 가스화 기동 및 정지되는 단계와;
    우드칩과 차르의 착화 및 연소로 생성된 합성가스가 집진기 및 열교환부로 이동하는 단계와;
    상기 집진기에서 연결되는 열교환기의 상부에 연통된 연장배관 측으로 이동하여 연장부 내부에 머무르는 단계와;
    상기 연장부의 일측에 위치한 이젝터의 분사노즐로 압축공기 분사하는 단계와;
    상기 이젝터의 분사로 연장부에 있는 합성가스가 타측의 연소실 측으로 배출되는 단계와;
    상기 연소실로 유입된 타르를 포함한 합성가스를 연소하여 배출하는 단계; 로 이루어진 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열교환기로 유입되는 합성가스는 이젝터에서의 분사로 연장배관으로 상승과 동시에 연소실 측으로 배출되는 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이젝터의 분사로 타르함유 합성가스를 열교환기 입구에서 회수하여 연소실로 배출하는 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 우드칩 가스화 기동 및 정지하는 동안에 500℃이하의 온도영역에서 발생하는 우드칩 합성가스를 열교환기 입구에서 이젝터 방식으로 배출하는 것을 특징으로 하는 기동/정지과정 중 우드칩 가스화기에서 생산된 타르합성가스 처리방법.
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