KR101406599B1 - Coal gasifier using carbon dioxide and method of manufacturing syngas - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a coal gasifier including a gasifier inner portion into which coal slurry and gas are supplied so that synthetic gas is produced; a coal slurry and gas supply unit that supplies the coal slurry and the gas to the gasifier inner portion; a synthetic gas discharge unit that discharges the synthetic gas which is produced through a coal gasification reaction in the gasifier inner portion; and a carbon dioxide supply unit that supplies carbon dioxide to the unburned coal present in the gasifier inner portion. In addition, the present invention provides a synthetic gas production method including a synthetic gas production step in which coal slurry and gas are produced into synthetic gas through a coal gasification reaction; and a carbon monoxide production step in which carbon dioxide is supplied to the unburned coal not participating in the coal gasification reaction in the synthetic gas production step so that carbon monoxide is produced. With the coal gasifier and the synthetic gas production method of the present invention, the unburned coal accumulated in the gasifier inner portion can be removed to ensure operation safety and cold gas efficiency can be increased.

Description

이산화탄소를 이용한 석탄 가스화기 및 합성가스 제조방법{Coal gasifier using carbon dioxide and method of manufacturing syngas}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a coal gasifier and a method for manufacturing a syngas using carbon dioxide,

본 발명은 이산화탄소를 이용한 석탄 가스화기 및 합성가스 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a coal gasifier using carbon dioxide and a method for producing a syngas.

석탄 가스화는 석탄을 산소와 부분연소 및 가스화 과정을 통해 고농도의 CO 및 H2를 포함하는 합성가스를 제조하는 기술이다. 상용화 단계에서 운전되는 가스화기는 대부분이 분류층(entrained bed type)이며, 가스화 이후 공정의 목적에 따라 복합발전(IGCC)을 하거나, 화학약품 또는 연료가스(fuel gas)를 생산하는데 이용되기도 한다.
Coal gasification is a technique for producing a synthesis gas containing high concentrations of CO and H 2 through a process of oxygen partial combustion and gasification of coal. Most of the gasifiers operating in the commercialization phase are entrained bed types and are used to produce combined gasification (IGCC), chemical or fuel gas, depending on the purpose of the process after gasification.

석탄 가스화 방법의 종류로는, 일정 입도(<75um)를 가진 석탄을 일정량의 물과 혼합하여 석탄 슬러리를 제조하고 이를 이용하여 가스화하는 습식형태와, 일정 수분 미만(<10% moisture)까지 탄을 건조하여 N2로 이송하여 가스화하는 건식형태가 있다. 가스화기의 주요 지표인 냉가스 효율(합성가스 발열량/석탄 발열량*100%)을 보면, 수분의 잠열 때문에 건식 가스화 공정이 습식 가스화 공정에 비해 약 10%가량 우수하다. 그러나 건식 가스화기가 습식 가스화기에 비해 보다 많은 건설 비용을 필요로 하기 때문에, 운전 및 downstream의 용도에 따라 석탄 가스화 방법을 선택해야 한다.
As a kind of coal gasification method, coal having a predetermined particle size (<75um) is mixed with a certain amount of water to produce a coal slurry, and a wet type in which the coal slurry is gasified using the coal slurry, Dried, and transferred to N 2 for gasification. The gasification efficiency (syngas calorific value / coal calorific value * 100%), which is the main indicator of the gasifier, shows that the dry gasification process is about 10% better than the wet gasification process due to the latent heat of water. However, because dry gasifiers require more construction costs than wet gasifiers, coal gasification methods must be chosen depending on the operation and downstream applications.

일반적으로 석탄 슬러리는 가스화기의 중심부에서 펌프 토출압을 이용하여 가스화기 내부로 분사 및 공급된다. 연료 공급기(feed mixer)는 곧은 내부관에서 이송된 석탄 슬러리와 외부 동심관을 통해 공급되는 산화제와 총돌을 시켜, 석탄 슬러리를 미립화하여 공급한다. 따라서 석탄 사용 가능 입도는 주로 석탄 슬러리를 공급하는 노즐 팁(4~5mm)의 크기에 따라 결정된다.
Generally, the coal slurry is injected and supplied into the gasifier by using the pump discharge pressure at the center of the gasifier. The fuel mixer feeds the coal slurry into a pulverized coal slurry, which is fed from a straight inner pipe, and an oxidizing agent and a shotcrete, which are supplied through an outer concentric pipe. Therefore, the coal usable particle size is mainly determined by the size of the nozzle tip (4 to 5 mm) supplying the coal slurry.

그러나, 상기 석탄 슬러리가 충분한 미립화가 되지 못할 경우, 하중에 의해 석탄가스화기 내부에 미반응 석탄으로 퇴적되므로, 연속적인 운전상의 안전이 문제될 수 있다. 또한, 운전이 지속됨에 따라 미연의 석탄이 증가하여 석탄 가스화기의 냉가스 효율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
However, if the coal slurry can not be sufficiently pulverized, it may accumulate as unreacted coal in the coal gasifier due to the load, so continuous operation safety may be a problem. In addition, as the operation continues, unfired coal may increase and the efficiency of the cooling gas of the coal gasifier may be lowered.

본 발명의 한 측면은 가스화기 내부에 퇴적된 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하여 운전상의 안전을 확보함과 동시에, 높은 냉가스 효율을 갖는 석탄 가스화기를 제공하고자 한다.
One aspect of the present invention is to provide a coal gasifier having high cooling gas efficiency while securing operational safety by supplying carbon dioxide to unburnt coal accumulated in the gasifier.

본 발명의 또 다른 측면은 합성가스 제조 반응에 참여하지 않은 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하는 단계를 포함함으로써, 합성가스 제조의 운전상 안전을 확보함과 동시에, 높은 냉가스 효율을 갖는 합성가스 제조방법을 제공하고자 한다.
Another aspect of the present invention includes providing carbon dioxide to unburied coal that has not participated in the synthesis gas production reaction, thereby ensuring operational safety of the synthesis gas production, and simultaneously producing syngas with high cold gas efficiency Method.

본 발명은 석탄 슬러리 및 가스가 공급되어 합성가스가 제조되는 가스화기 내부; 상기 석탄 슬러리 및 가스를 상기 가스화기 내부로 공급하는 석탄 슬러리 및 가스 공급부; 상기 가스화기 내부에서 석탄가스화 반응에 의해 제조된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출부; 및 상기 가스화기 내부에 존재하는 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부를 포함하는 석탄 가스화기를 제공한다.The present invention relates to a coal gasifier and a gasifier in which a coal slurry and a gas are supplied to produce a syngas; A coal slurry and a gas supply unit for supplying the coal slurry and the gas into the gasifier; A syngas discharge unit for discharging the syngas produced by the coal gasification reaction in the gasifier; And a carbon dioxide supply unit for supplying carbon dioxide to the unburnt coal existing in the gasifier.

상기 이산화탄소 공급부는 복수 개일 수 있다.The carbon dioxide supply unit may be a plurality of carbon dioxide supply units.

상기 이산화탄소 공급부는 상기 석탄 가스화기의 하부에 구비될 수 있다.The carbon dioxide supply unit may be provided below the coal gasifier.

상기 석탄 가스화기는 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치를 측정하는 센서를 추가로 포함할 수 있다.The coal gasifier may further include a sensor for measuring the amount and position of the unburnt coal.

상기 이산화탄소 공급부는 상기 센서에 의해 이산화탄소 공급량 및 공급 장소가 제어될 수 있다.The carbon dioxide supply part and the supply location of the carbon dioxide can be controlled by the sensor.

본 발명은 또한 석탄 슬러리 및 가스를 반응시켜 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계; 및 상기 합성가스 제조단계에서 합성가스 제조 반응에 참여하지 않은 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하여 일산화탄소를 제조하는 일산화탄소 제조단계를 포함하는 합성가스 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a synthesis gas producing step for producing a synthesis gas by reacting a coal slurry and a gas; And a carbon monoxide producing step of producing carbon monoxide by supplying carbon dioxide to the unburnt coal not participating in the synthesis gas producing reaction in the synthesis gas producing step.

상기 일산화탄소 제조단계는 상기 이산화탄소가 복수의 공급부로부터 공급될 수 있다.In the carbon monoxide manufacturing step, the carbon dioxide may be supplied from a plurality of supply units.

상기 일산화탄소 제조단계는 상기 이산화탄소가 상기 미연의 석탄 하부로부터 공급될 수 있다.In the carbon monoxide manufacturing step, the carbon dioxide may be supplied from the underside of the coal.

상기 합성가스 제조방법은 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치를 측정하는 측정단계를 추가로 포함할 수 있다.The syngas production method may further include a measurement step of measuring an accumulation amount and a position of the unburnt coal.

상기 일산화탄소 제조단계는 상기 측정단계에서 측정된 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치에 따라 이산화탄소 공급량 및 공급 장소가 제어될 수 있다.
The carbon monoxide production step may control the carbon dioxide supply amount and the supply location according to the accumulation amount and position of the uncoated coal measured in the measurement step.

본 발명의 석탄 가스화기 및 합성가스 제조방법을 사용함으로써, 가스화기 내부에 퇴적된 미연의 석탄을 제거하여 운전상의 안전을 확보할 수 있으며, 냉가스 효율을 높을 수 있다.By using the coal gasifier and the synthesis gas production method of the present invention, it is possible to secure the operation safety by removing the unburnt coal accumulated in the gasifier, and the cooling gas efficiency can be increased.

도 1은 본 발명의 석탄 가스화기를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically shows a coal gasifier of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명은 연료 공급기가 아닌 별도의 공급부를 통하여 퇴적된 미연의 석탄(20)에 이산화탄소(30)를 공급함으로써, 상기 미연의 석탄(20)을 제거하여 운전상의 안전을 확보함과 동시에 냉가스 효율을 향상시킬 수 있는 석탄 가스화기에 관한 것으로서, 구체적으로, 석탄 슬러리 및 가스(10)가 공급되어 합성가스가 제조되는 가스화기 내부; 상기 석탄 슬러리 및 가스(10)를 상기 가스화기 내부로 공급하는 석탄 슬러리 및 가스(10) 공급부; 상기 가스화기 내부에서 석탄가스화 반응에 의해 제조된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출부(40); 및 상기 가스화기 내부에 존재하는 미연의 석탄(20)에 이산화탄소(30)를 공급하는 이산화탄소 공급부(50)를 포함하는 석탄 가스화기를 제공한다.
The present invention supplies carbon dioxide (30) to an unburnt coal (20) deposited through a separate feeder rather than a fuel supplier to remove the unburnt coal (20) And more specifically, to a gasifier in which a coal slurry and a gas (10) are supplied to produce a syngas; A coal slurry and a gas (10) supply unit for supplying the coal slurry and the gas (10) into the gasifier; A syngas discharge part 40 for discharging syngas produced by the coal gasification reaction in the gasifier; And a carbon dioxide supply unit (50) for supplying carbon dioxide (30) to the uncoated coal (20) existing in the gasifier.

또한, 석탄 슬러리 및 가스(10)를 반응시켜 합성가스를 제조하는 합성가스 제조단계; 및 상기 합성가스 제조단계에서 합성가스 제조 반응에 참여하지 않은 미연의 석탄(20)에 이산화탄소(30)를 공급하여 일산화탄소를 제조하는 일산화탄소 제조단계를 포함하는 합성가스 제조방법을 제공한다.
A synthesis gas producing step of producing a synthesis gas by reacting the coal slurry and the gas 10; And a carbon monoxide producing step of producing carbon monoxide by supplying carbon dioxide (30) to the unburnt coal (20) not participating in the synthesis gas producing reaction in the synthesis gas producing step.

석탄 가스화의 원료가 되는 석탄 슬러리 및 가스(10)는 상기 석탄 슬러리 및 가스 공급부(50)를 통해 상기 가스화기 내부로 공급된다. 상기 가스는 석탄 가스화를 위해 공급되는 가스로서 특별히 제한하지 않으나, 스팀 및 산소를 함유하는 가스일 수 있다. 가스화기 내부에 공급된 상기 석탄 슬러리 및 가스(10)가 석탄가스화 반응에 의해 일산화탄소 및 수소를 포함하는 합성가스로 제조되는 합성가스 제조단계가 수행된다. 제조된 합성가스는 상기 합성가스 배출부(40)를 통해 배출된다.
The coal slurry and the gas 10 as raw materials for coal gasification are supplied into the gasifier through the coal slurry and the gas supply unit 50. The gas is not particularly limited as a gas supplied for coal gasification, but may be a gas containing steam and oxygen. A synthesis gas production step is performed in which the coal slurry and the gas 10 supplied into the gasifier are produced from a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen by a coal gasification reaction. The produced syngas is discharged through the syngas discharge part (40).

상기 석탄 슬러리가 가스와 함께 상기 가스화기 내부에 공급될 때 상기 석탄 슬러리가 충분히 미립화되지 못한 경우, 석탄가스화 반응에 참여하지 못한 미연의 석탄(20)이 되어 가스화기 내부에 퇴적된다. 상기 미연의 석탄(20)이 퇴적되는 경우, 석탄 가스화기의 계속적인 운전에 있어서 안전상의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 미연의 석탄(20)은 석탄가스화 반응에 참여하지 않았기 때문에 냉가스 효율이 떨어진다.
If the coal slurry is not sufficiently atomized when the coal slurry is supplied into the gasifier together with the gas, it becomes unburnt coal 20 that has not participated in the coal gasification reaction and is deposited inside the gasifier. When the uncoated coal 20 is deposited, a safety problem may occur in continuous operation of the coal gasifier. Further, since the unburnt coal 20 is not involved in the coal gasification reaction, the cooling gas efficiency is lowered.

따라서, 본 발명의 석탄 가스화기는 상기 미연의 석탄(20)에 별도로 이산화탄소(30)를 공급하는 이산화탄소 공급부(50)를 포함함으로써, 상기 퇴적된 미연의 석탄(20)을 처리할 수 있다. 상기 퇴적된 미연의 석탄(20)에 이산화탄소(30)가 공급되면, 하기의 반응식 1과 같이 흡열반응의 일종인 Boudouard 반응이 일어나 일산화탄소가 생성되는 일산화탄소 제조단계가 수행될 수 있다. 상기 Boudouard 반응에 필요한 열은 가스화기 내부에서 발생하는 열에 의해 공급될 수 있다. 상기 Boudouard 반응에 의해 일산화탄소가 생성됨에 따라 최종 합성가스의 냉가스 효율이 향상될 수 있다.
Therefore, the coal gasifier of the present invention includes the carbon dioxide supply part 50 separately supplying the carbon dioxide 30 to the uncoated coal 20, so that the deposited unburned coal 20 can be treated. When carbon dioxide (30) is supplied to the deposited unburnt coal (20), a carbon monoxide producing step in which carbon monoxide is produced by Boudouard reaction, which is one kind of endothermic reaction, can be performed as shown in the following reaction formula (1). The heat required for the Boudouard reaction can be supplied by heat generated inside the gasifier. As carbon monoxide is produced by the Boudouard reaction, the efficiency of the final synthesis gas can be improved.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

C(s) + CO2 ↔ 2CO
C (s) + CO 2 ↔ 2CO

상기 이산화탄소 공급부(50)의 수는 특별히 한정하지 않으며, 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개일 수 있다. 따라서, 일산화탄소 제조단계에서 이산화탄소(30)가 복수의 공급부로부터 공급될 수 있다. 또한, 상기 이산화탄소 공급부(50)의 위치는 특별히 한정하지 않으나, 퇴적된 미연의 탄소에 직접 이산화탄소(30)를 공급하기 위해 석탄 가스화기의 하부에 구비될 수 있다.
The number of the carbon dioxide supply units 50 is not particularly limited and may be plural as shown in FIG. Therefore, in the carbon monoxide producing step, the carbon dioxide 30 can be supplied from a plurality of supply parts. The position of the carbon dioxide supply unit 50 is not particularly limited, but may be provided at a lower portion of the coal gasifier so as to supply the carbon dioxide 30 directly to the accumulated unburned carbon.

한편, 본 발명의 석탄 가스화기는 센서를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 센서에 의해 미연의 석탄(20)의 퇴적량 및 위치를 측정하는 측정단계가 수행될 수 있다. 이산화탄소(30)가 과량으로 공급되는 경우, 생성되는 일산화탄소 외에 과량의 이산화탄소(30)가 합성 가스에 포함되어 냉가스 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 센서에 의해 측정된 미연의 석탄(20)의 퇴적량 및 위치에 따라 이산화탄소(30)의 공급량 및 공급 장소가 제어되어 상기 미연의 석탄(20)을 보다 효율적으로 처리할 수 있다.
Meanwhile, the coal gasifier of the present invention may further include a sensor, and a measurement step of measuring the accumulation amount and position of the unburnt coal 20 may be performed by the sensor. When the carbon dioxide 30 is supplied in an excess amount, excessive carbon dioxide 30 may be included in the syngas in addition to carbon monoxide generated to lower the efficiency of the cooling gas. Therefore, the supply amount and the supply position of the carbon dioxide 30 are controlled according to the accumulation amount and position of the uncoated coal 20 measured by the sensor, so that the uncooled coal 20 can be treated more efficiently.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.

10: 석탄 슬러리 및 가스 20: 미연의 석탄
30: 이산화탄소 40: 합성가스 배출부
50: 석탄 슬러리 및 가스 공급부 60: 이산화탄소 공급부10: Coal slurry and gas 20: Unburned coal
30: Carbon dioxide 40: Syngas exhaust
50: coal slurry and gas supply unit 60: carbon dioxide supply unit

Claims (10)

석탄 슬러리 및 가스가 공급되어 합성가스가 제조되는 가스화기 내부;
상기 석탄 슬러리 및 가스를 상기 가스화기 내부로 공급하는 석탄 슬러리 및 가스 공급부;
상기 가스화기 내부에서 석탄가스화 반응에 의해 제조된 합성가스를 배출하는 합성가스 배출부; 및
상기 가스화기 내부에 존재하는 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부
를 포함하고, 상기 이산화탄소 공급부는 복수 개인 석탄 가스화기.A gasifier inside which a coal slurry and a gas are supplied to produce a syngas;
A coal slurry and a gas supply unit for supplying the coal slurry and the gas into the gasifier;
A syngas discharge unit for discharging the syngas produced by the coal gasification reaction in the gasifier; And
A carbon dioxide supply unit for supplying carbon dioxide to the unburnt coal existing in the gasifier,
And the carbon dioxide supply unit includes a plurality of coal gasifiers. 삭제delete 제1 항에 있어서, 상기 이산화탄소 공급부는 상기 석탄 가스화기의 하부에 구비된 석탄 가스화기.The coal gasifier as set forth in claim 1, wherein the carbon dioxide supply unit is disposed below the coal gasifier. 제1 항에 있어서, 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치를 측정하는 센서를 추가로 포함하는 석탄 가스화기.The coal gasifier as recited in claim 1, further comprising a sensor for measuring the amount and position of said unburnt coal. 제4 항에 있어서, 상기 이산화탄소 공급부는 상기 센서에 의해 이산화탄소 공급량 및 공급 장소가 제어되는 석탄 가스화기.5. The coal gasifier according to claim 4, wherein the carbon dioxide supply unit controls the supply amount and the supply location of the carbon dioxide by the sensor. 석탄 슬러리 및 가스가 석탄가스화 반응에 의해 합성가스로 제조되는 합성가스 제조단계; 및
상기 합성가스 제조단계에서 석탄가스화 반응에 참여하지 않은 미연의 석탄에 이산화탄소를 공급하여 일산화탄소를 제조하는 일산화탄소 제조단계
를 포함하고, 상기 일산화탄소 제조단계는 상기 이산화탄소가 복수의 공급부로부터 공급되는 합성가스 제조방법.A synthesis gas production step in which a coal slurry and a gas are produced as a synthesis gas by a coal gasification reaction; And
In the synthesis gas producing step, carbon monoxide is produced by supplying carbon dioxide to unburnt coal not participating in the coal gasification reaction
Wherein the carbon monoxide manufacturing step comprises supplying the carbon dioxide from a plurality of supply units. 삭제delete 제6 항에 있어서, 상기 일산화탄소 제조단계는 상기 이산화탄소가 상기 미연의 석탄 하부로부터 공급되는 합성가스 제조방법.7. The method of claim 6, wherein the carbon monoxide is supplied from the bottom of the unburnt coal. 제6 항에 있어서, 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치를 측정하는 측정단계를 추가로 포함하는 합성가스 제조방법.7. A method as claimed in claim 6, further comprising a measuring step of measuring the amount and position of the unburnt coal. 제9 항에 있어서, 상기 일산화탄소 제조단계는 상기 측정단계에서 측정된 상기 미연의 석탄의 퇴적량 및 위치에 따라 이산화탄소 공급량 및 공급 장소가 제어되는 합성가스 제조방법.

10. The method according to claim 9, wherein the carbon monoxide production step controls the carbon dioxide supply amount and the supply location according to the accumulation amount and position of the unburnt coal measured in the measurement step.

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