KR101416154B1 - Complex Type Gasification Apparatus And Method - Google Patents

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KR101416154B1
KR101416154B1 KR1020130100353A KR20130100353A KR101416154B1 KR 101416154 B1 KR101416154 B1 KR 101416154B1 KR 1020130100353 A KR1020130100353 A KR 1020130100353A KR 20130100353 A KR20130100353 A KR 20130100353A KR 101416154 B1 KR101416154 B1 KR 101416154B1
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이승종
정석우
윤용승
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고등기술연구원연구조합
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    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
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Abstract

Disclosed are a complex-type gasification apparatus and a gasification method. The complex-type gasification apparatus according to the present invention, which generates synthesis gas from raw materials, comprises: a fixed bed gasifier for receiving a solid sample and an oxidant and generating low-temperature synthesis gas; a one-stage entrained flow bed gasifier connected to the upper part of one side of the fixed bed gasifier to receive a solid sample or a liquid sample with particle size smaller than that of the solid sample and an oxidant and to generate high-temperature synthesis gas; and a two-stage entrained flow bed gasifier connected to the upper part of the other side of the fixed bed gasifier to receive a sample and generate synthesis gas via the introduction of the low-temperature synthesis gas and the high-temperature synthesis gas.

Description

복합식 가스화장치 및 가스화방법{Complex Type Gasification Apparatus And Method}[0001] The present invention relates to a complex gasification apparatus and a gasification method,

본 발명은 복합식 가스화장치 및 가스화방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정층 가스화기와 분류층 가스화기를 복합적으로 구성하여 시료로부터 합성가스를 생성하는 복합식 가스화장치 및 가스화방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a combined gasification apparatus and a gasification method, and more particularly, to a combined gasification apparatus and a gasification method in which a fixed bed gasifier and a fractionation bed gasifier are combined to produce a synthesis gas from a sample.

가스화란, 고체·액체 연료에 공기·산소·수증기·이산화탄소 등의 가스화제를 단독 또는 서로 배합하여 고온에서 작용시켜 수소·일산화탄소·메테인 등을 주성분으로 하며, 열효율이 높고 취급하기 쉬운 기체연료를 얻는 것을 말한다.Gasification refers to the combination of gasification agents such as air, oxygen, water vapor, and carbon dioxide in a solid or liquid fuel, either alone or in combination with each other at high temperatures to make hydrogen, carbon monoxide and methane as main components. .

가스화는 석탄, 폐기물, 바이오매스 등의 연료에서 이루어질 수 있는데, 석탄을 예로 들면, 석탄을 고온, 고압 아래에서 수소와 일산화탄소를 주성분으로 한 합성가스로 전환한 뒤 합성가스 중에 포함된 분진과 황 화합물 등 유해물질을 제거하고 천연가스와 유사한 수준으로 정제하여 사용하게 된다. 이처럼 가스화된 기체 연료는 예를 들어 석탄 가스화 복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)이나, 가스화복합 연료전지(IGFC: Integrated Gasification Fuel Cell)의 원료가스로 사용될 수 있다.Gasification can be carried out in fuels such as coal, waste, and biomass. In coal, for example, coal is converted to synthesis gas composed mainly of hydrogen and carbon monoxide under high temperature and high pressure, , And refined to a level similar to that of natural gas. The gasified gaseous fuel can be used, for example, as a source gas for an integrated gasification combined cycle (IGCC) or an integrated gasification fuel cell (IGFC).

가스화 기술은 초기에는 석탄 덩어리를 고정층 가스화기를 이용하여 편리하게 가스연료 또는 합성 가스를 제조하는 목적으로 시작되었고, 근래에는 대부분 유동층 가스화 또는 미분탄에 대한 분류층 가스화 등의 방향으로 발전하고 있으며, 상업적으로는 대부분 분류층 가스화 기술을 적용하고 있다. 최근에는 유동층 가스화 기술의 대형화 및 고정층 가스화 기술에서 문제점으로 지적되는 타르 발생을 최소화하여 청정화하는 방향으로 추진되고 있다.Gasification technology started with the aim of producing gas fuel or synthesis gas conveniently using fixed bed gasifier in the beginning, and recently it has been developed in the direction of fluidized bed gasification or classification bed gasification for pulverized coal, Most of them are using the stratified bed gasification technology. In recent years, it has been promoted to purify by minimizing the occurrence of tar, which is pointed out as a problem in the enlargement of the fluidized bed gasification technology and the fixed bed gasification technology.

최근에 이용되고 있는 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)으로 나눌 수 있다.Recently, the gasification process used depends on the purpose of the reaction and product, and the gasifier and operating conditions are determined. Depending on the type of the gasifier, the entrained bed, the fluidized bed, the moving / fixed bed bed.

한국특허 제10-0999470호Korean Patent No. 10-0999470

도 1에는 고정층 가스화기에서의 가스화반응이 이루어지는 개념을, 도 2에는 2단의 분류층 가스화기에서의 가스화반응이 이루어지는 개념을 개략적으로 도시하였다.FIG. 1 schematically shows the concept of a gasification reaction in a fixed-bed gasifier, and FIG. 2 schematically shows a concept of a gasification reaction in a two-stage gasifier.

도 1에 도시된 것과 같이 고정층 가스화기(10)는 공급받은 산화제와 시료가 가스화기의 하부에서 바로 만나 연소 및 가스화 반응 영역(11)이 형성되어 고온의 합성가스가 생성된 후, 합성가스가 고정층의 상부로 이동함에 따라 추가적인 가스화 반응 영역(12), 이후 건조 및 열분해 반응 영역(13) 및 시료 가열 영역(14)을 지나면서 상대적으로 저온인 400~700oC 정도의 합성가스가 생성된다. 생성된 합성가스 내에는 연료 또는 원료로서 가치가 높은 일산화탄소(CO), 수소(H2) 및 메탄(CH4)이 포함되어 있고 약간의 수증기, 이산화탄소 및 질소 등도 포함된다. 이와 같은 고정층 가스화기에서는 출구 온도가 저온인 특성으로 인하여 합성가스가 지니는 현열의 비중이 낮으므로 이론적으로는 석탄가스화 효율인 냉가스 효율이 높을 수 있지만, 실제적으로는 시료가 완전히 분해되지 못한 형태인 타르(tar)가 발생하며 탄소 중 일부가 반응을 완료하지 못하여 미연탄소도 포함될 수 있어, 가스화기 후단 설비에 문제를 일으킬 수 있으며 가스화 반응 속도가 느린 단점이 있다. As shown in FIG. 1, the fixed bed gasifier 10 is a system in which the supplied oxidizing agent and the sample meet directly at the bottom of the gasifier to form a combustion and gasification reaction zone 11 to generate a high-temperature synthesis gas, As it is moved to the upper portion of the fixed bed, a relatively low temperature synthesis gas of about 400 to 700 ° C is produced through the additional gasification reaction zone 12, the drying and pyrolysis reaction zone 13 and the sample heating zone 14 . The generated syngas contains carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), and methane (CH 4 ), which are valuable as fuel or raw materials, and also include some water vapor, carbon dioxide, and nitrogen. In such a fixed-bed gasifier, the specific gravity of the syngas possessed by the outlet gas temperature is low due to the low temperature of the outlet gas, so that theoretically, the efficiency of the cooling gas, which is the coal gasification efficiency, may be high. However, Tar, and some of the carbon can not complete the reaction and may contain unburnt carbon, which may cause problems in the gasification equipment, and the gasification reaction rate is slow.

한편, 분류층 가스화기의 경우 탄소전환율이 높고 타르가 발생하지 않는 장점이 있지만 생성된 합성가스의 온도가 1300 ~ 1600℃의 고온이므로, 출구온도가 높아 시료의 에너지 중 현열로 전환되는 비율이 높고 이에 따라 고온으로 인하여 시스템의 이용률이 낮아지는 단점이 있고, 현열을 회수하기 위하여 추가로 대규모의 열교환기를 설치하면 시스템의 설치비가 상승한다. On the other hand, in the case of a gasification furnace, the carbon conversion rate is high and tar is not generated. However, since the produced synthesis gas has a high temperature of 1300 to 1600 ° C, the outlet temperature is high, As a result, there is a disadvantage in that the utilization rate of the system is lowered due to the high temperature, and the installation cost of the system is increased if an additional large-scale heat exchanger is installed to recover the sensible heat.

이를 보완하기 위해 2단으로 분류층 가스화기를 구성하는 2단 분류층 가스화 기술에서는, 도 2에 도시된 것과 같이, 분류층 가스화기 1단(21)에서 시료와 산화제를 공급하여 생성된 합성가스의 고온을 이용하여, 2단(22)에는 시료만을 투입하여 추가적인 가스화 반응을 진행시켜 보다 많은 합성가스를 생산하여 냉가스 효율을 증가시키고 합성가스의 온도를 낮추어서 고온으로 인한 문제 해결 및 시스템 설치비 감소를 도모할 수 있다.In order to compensate for this, in the two-stage gasification technology of the two-stage gasification bed, which constitutes the two-stage gasifier, the synthesis gas produced by supplying the sample and the oxidizer in the first stage (21) In the second stage (22), only the sample is added to the second stage (22), and further gasification reaction is carried out to produce more synthesis gas, thereby increasing the efficiency of the cooling gas and lowering the temperature of the synthesis gas. .

이와 같은 2단 분류층 가스화 기술을 적용하기 위해서는 회재가 용융된 상태인 슬랙을 하부로 배출하여, 하부에는 슬랙 냉각 탱크(23)가 설치되므로 합성가스가 상방향으로 흐르는 상향류 형식의 가스화기를 채택된다. 그러나, 상향류 형식의 가스화기에서는 가스의 흐름이 슬랙의 흐름과 반대 방향이므로 측면에서 공급된 시료의 일부가 중력에 의하여 아래로 흐르는 슬랙에 포함되어 시스템의 효율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.In order to apply the two-stage classification gasification technology, a sludge cooling tank 23 is installed at a lower portion of the sludge in which the slag is melted, and an upflow type gasifier do. However, in the upflow type gasifier, since the flow of the gas is opposite to the flow of the slack, a part of the sample supplied from the side is included in the slack flowing downward by the gravity, resulting in a problem that the system efficiency is lowered.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 고정층 가스화기와 2단 분류층 가스화기를 적절히 접목시켜 냉가스 효율 및 시스템의 효율이 높은 가스화기 및 가스화방법을 제안하고자 한다. In order to solve such a problem, the present invention proposes a gasifier and a gasification method which combine a fixed bed gasifier and a two-stage bed gasifier suitably and have high cooling gas efficiency and system efficiency.

본 발명의 일 측면에 따르면, 원료로부터 합성가스를 생성하는 가스화장치에 있어서, According to one aspect of the present invention, there is provided a gasification apparatus for producing a syngas from a raw material,

고체시료 및 산화제를 공급받아 저온의 합성가스를 생성하는 고정층 가스화기; A fixed bed gasifier which receives a solid sample and an oxidant to generate a low-temperature synthesis gas;

상기 고정층 가스화기의 일측 상부에 연결되며 상기 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급받아 고온의 합성가스를 생성하는 제1단 분류층 가스화기; 및A first adsorbing layer gasifier connected to an upper portion of one side of the fixed bed gasifier and supplied with a solid sample or a liquid sample and an oxidant having a smaller particle size than the solid sample to produce a high temperature synthesis gas; And

상기 고정층 가스화기의 타측 상부에 연결되며 시료를 공급받고 상기 저온 및 고온의 합성가스의 유입에 의해 합성가스를 생성하는 제2단 분류층 가스화기를 포함하는 복합식 가스화장치가 제공된다.And a second end layer gasifier connected to an upper portion of the other side of the fixed bed gasifier and supplied with the sample and generating synthesis gas by the introduction of the low temperature and high temperature synthesis gas.

바람직하게는, 상기 제1단 분류층 가스화기는 상부에서 상기 시료 및 산화제를 공급받고 생성된 합성가스는 하부 방향으로 흐르는 하향류 형식으로 마련된다.Preferably, the first end-effector gasifier is supplied with the sample and the oxidizer at an upper portion thereof, and the produced synthesis gas is supplied in a downward flow manner flowing downward.

바람직하게는, 상기 제1단 분류층 가스화기에서 생성된 고온의 합성가스가 상기 고정층 가스화기로 유입되어, 상기 저온의 합성가스에 포함되는 타르 및 미연탄소가 열분해 및 가스화될 수 있다.Preferably, the high-temperature syngas produced in the first short-clad layer gasifier is introduced into the fixed-bed gasifier so that the tar and unburned carbon contained in the low-temperature syngas can be pyrolyzed and gasified.

바람직하게는, 상기 제2단 분류층 가스화기는 상기 제1단 분류층 가스화기 및 상기 고정층 가스화기에서 생성된 합성가스가 하부로 유입되고, 유입된 합성가스에 의한 시료의 열분해 반응으로 합성가스가 생성되어 상부 방향으로 흐르는 상향류 형식으로 마련된다.Preferably, the second end-effector gasifier further comprises a first end-effector gasifier and a second end gasifier, wherein the first end-effector gasifier and the fixed-bed gasifier are fed downstream and the synthesis gas is pyrolyzed by the introduced synthesis gas, And flows upwardly.

바람직하게는, 상기 산화제는 산소와 수증기 또는 산소와 이산화탄소를 포함할 수 있다. Preferably, the oxidant may comprise oxygen and water vapor or oxygen and carbon dioxide.

바람직하게는, 상기 저온의 합성가스는 400 내지 700℃이고, 상기 고온의 합성가스는 1300 내지 1600℃일 수 있다.Preferably, the low-temperature syngas may be between 400 and 700 ° C, and the high-temperature syngas may be between 1300 and 1600 ° C.

바람직하게는, 상기 가스화장치의 후단공정은 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle), 액화유 생산, 합성천연가스 생산 또는 화학원료 생산을 포함하는 고압 공정이고, 상기 고정층 가스화기는 압력용기로 마련될 수 있다.Preferably, the downstream stage of the gasification apparatus is a high-pressure process including an integrated gasification combined cycle (IGCC), liquefied petroleum production, synthetic natural gas production or chemical raw material production, and the fixed bed gasifier may be provided as a pressure vessel.

바람직하게는, 상기 고정층 가스화기의 상부로 상기 고체시료를 공급하며, 록 호퍼(lock hopper) 및 인젝션 호퍼(injection hopper)를 포함하는 시료 공급부를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include a sample supply unit supplying the solid sample to an upper portion of the fixed bed gasifier and including a lock hopper and an injection hopper.

바람직하게는, 상기 가스화장치에서 생성된 합성가스는 가스 상태의 연료로 이용되며, 상기 고정층 가스화기는 바닥부가 경사를 이루는 스토커(stocker) 형식으로 마련되어 경사를 따라 상기 고체시료가 공급될 수 있다.
Preferably, the syngas produced in the gasification unit is used as fuel in a gaseous state, and the fixed bed gasifier is provided in the form of a stocker having an inclined bottom so that the solid sample can be supplied along a slope.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 원료로부터 합성가스를 생성하는 가스화 방법에 있어서, According to another aspect of the present invention, there is provided a gasification method for producing a syngas from a raw material,

1) 고체시료 및 산화제를 고정층 가스화기에 공급하고 저온의 합성가스를 생성하는 단계;1) supplying a solid sample and an oxidant to a fixed bed gasifier and producing a synthesis gas at a low temperature;

2) 고정층 가스화기의 일측 상부에 하향류 방식으로 마련되는 분류층 가스화기 제1단에 상기 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급하여 고온의 합성가스를 생성하는 단계;2) generating a high-temperature syngas by supplying a solid sample or a liquid sample and an oxidizer having a particle size smaller than that of the solid sample to the first stage of the gasifier, which is provided on one side of the fixed bed gasifier,

3) 상기 고온의 합성가스를 고정층 가스화기의 상부로 유도하여 저온의 합성가스에 포함되는 타르 및 미연탄소를 열분해 및 가스화하는 단계; 및3) introducing the high-temperature syngas to the upper portion of the fixed-bed gasifier to pyrolyze and gasify the tar and unburnt carbon contained in the low-temperature synthesis gas; And

4) 상기 고정층 가스화기의 타측 상부에 연결되는 분류층 가스화기 제2단에 시료를 공급하고 상기 단계 3)에서 생성된 가스를 투입하여 열분해 반응을 통해 최종 합성가스를 생성하는 단계를 포함하는 복합식 가스화방법이 제공된다.4) supplying a sample to the second stage of the gasifier of the gasifier connected to the upper part of the other side of the fixed bed gasifier and adding the gas produced in the step 3) to generate final synthesis gas through pyrolysis reaction A gasification process is provided.

본 발명의 복합식 가스화장치 및 가스화방법은 고체시료 및 산화제를 공급받아 저온의 합성가스를 생성하는 고정층 가스화기의 일측 상부에 고정층 가스화기에서 사용하는 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급받아 고온의 합성가스를 생성하는 제1단 분류층 가스화기를 마련하고, 고정층 가스화기의 타측 상부에 시료를 공급받고 저온 및 고온의 합성가스의 유입에 의해 합성가스를 생성하는 제2단 분류층 가스화기를 마련하여 이루어진다. The composite gasification apparatus and the gasification method of the present invention are characterized in that a solid or liquid sample having a particle size smaller than that of a solid sample used in a fixed bed gasifier is provided on one side of a fixed bed gasifier which receives a solid sample and an oxidizer and generates a low- A second end for supplying a sample to an upper portion of the fixed bed gasifier and generating a synthesis gas by introducing a synthesis gas at a low temperature and a high temperature, And a gasifier for the fractionation bed is provided.

이와 같이 제1단 분류층 가스화기로 생성시킨 고온의 합성가스의 현열을 이용하여 고정층 가스화기에서 생성된 상대적으로 저온인 합성가스에 포함될 수 있는 타르 및 미연탄소를 열 분해 및 가스화할 수 있어, 가스화 전환율을 높이고 타르 및 미연탄소를 제거할 수 있다. 또한, 고정층 가스화기를 거쳐 혼합된 두 가지 합성가스는 제2단 분류층 가스화기로 도입시켜 합성가스의 현열로 시료를 가스화함으로써, 고온가스의 현열을 효과적으로 활용하며 시스템의 효율 및 냉가스 효율을 높일 수 있다. The sensible heat of the high-temperature synthesis gas produced by the first-stage entrained gasifier can be used to thermally decompose and gasify the tar and the unburnt carbon which can be contained in the relatively low-temperature synthesis gas produced in the fixed bed gasifier, To increase conversion rates and to remove tar and unburned carbon. In addition, the two syngas mixed through the fixed bed gasifier are introduced into the second gasifier to gasify the sample with the sensible heat of the syngas, thereby effectively utilizing the sensible heat of the hot gas and increasing the efficiency of the system and the efficiency of the cooling gas have.

도 1은 고정층 가스화기에서의 가스화반응이 이루어지는 개념을, 도 2는 2단의 분류층 가스화기에서의 가스화반응이 이루어지는 개념을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합식 가스화장치의 개념을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합식 가스화장치의 개념을 개략적으로 도시한다. Fig. 1 schematically shows the concept of a gasification reaction in a fixed-bed gasifier, and Fig. 2 schematically shows a concept of a gasification reaction in a two-stage fractionation bed gasifier.
FIG. 3 schematically shows the concept of a complex gasification apparatus according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 schematically shows the concept of a combined gasification apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합식 가스화장치(100)의 개념을 개략적으로 도시하였다.FIG. 3 schematically shows the concept of a combined gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합식 가스화장치(100)는, 원료로부터 합성가스를 생성하는 가스화장치에 있어서, 고체시료 및 산화제를 공급받아 저온의 합성가스를 생성하는 고정층 가스화기(110)와, 고정층 가스화기(110)의 일측 상부에 연결되며 고정층 가스화기로 공급되는 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급받아 고온의 합성가스를 생성하는 제1단 분류층 가스화기(120)와, 고정층 가스화기(110)의 타측 상부에 연결되며 시료를 공급받고 저온 및 고온의 합성가스의 유입에 의해 합성가스를 생성하는 제2단 분류층 가스화기(130)를 포함한다.3, a complex gasification apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a gasification apparatus for generating a synthesis gas from a raw material, A solid-phase gasifier 110 connected to the upper portion of one side of the fixed-bed gasifier 110 and supplied with a solid sample or a liquid sample and an oxidizer having a particle size smaller than that of the solid sample supplied to the fixed bed gasifier, A second stage classification gasifier (120) connected to an upper portion of the other side of the fixed bed gasifier (110) and supplied with a sample and generating synthesis gas by introduction of a low temperature and high temperature synthesis gas 130).

본 실시예에서 고정층 가스화기(110)의 일측 상부에 연결되는 제1단 분류층 가스화기(120)는, 상부에서 시료 및 산화제를 공급받고 생성된 합성가스가 하부 방향으로 흐르는 하향류 형식으로 마련된다.In the present embodiment, the first end layer gasifier 120 connected to the upper portion of one side of the fixed bed gasifier 110 receives the sample and the oxidant from the upper portion thereof, and the generated synthesis gas flows downward do.

종래의 2단 분류층 가스화기에서는 회재가 용융된 상태인 슬랙이 하부로 배출되므로 가스화기의 하부에 슬랙 냉각을 위한 냉각 탱크가 설치되고, 이를 위해 합성가스는 상방향으로 흐르는 상향류 형식으로 가스화기가 마련되었다. 그러나 상향류 형식의 가스화기에서는 가스의 흐름이 슬랙의 흐름과 반대 방향이므로 가스화기의 측면에서 공급된 시료의 일부가 아래로 흐르는 슬랙에 포함되어 시스템의 효율이 떨어지게 되는데, 본 실시예는 이러한 문제를 해결할 수 있도록 제1단 분류층 가스화기(120)를 하향류 형식으로 마련하였다.In the conventional two-stage entrained gasifier, the slag in the melted state is discharged to the lower part. Therefore, a cooling tank for cooling the slack is installed in the lower part of the gasifier. For this purpose, the syngas is gasified There was a period. However, in the upflow type gasifier, since the flow of the gas is opposite to the flow of the slack, a part of the sample supplied from the side of the gasifier is included in the slack flowing downward, Layered gasifier 120 is provided in a downflow type so as to solve the problem.

본 실시예에서는 하향류 형식으로 마련함으로써 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성된 고온의 합성가스와 슬랙이 모두 하부의 고정층 가스화기(110)로 도입된다. In this embodiment, the high-temperature synthesis gas and the slag generated in the first end-effector gasifier 120 are introduced into the lower-end fixed-bed gasifier 110 by being provided in a downward flow type.

한편, 고정층 가스화기(110)에서 생성되는 저온의 합성가스는 400 내지 700℃이고, 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성되는 고온의 합성가스는 1300 내지 1600℃이다. On the other hand, the low-temperature synthesis gas produced in the fixed-bed gasifier 110 has a temperature of 400 to 700 ° C, and the high-temperature synthesis gas generated in the first-end gasifier 120 has a temperature of 1300 to 1600 ° C.

이와 같이 고정층 가스화기(110)에서 생성되는 합성가스는 상대적으로 저온이므로 타르와 미연탄소가 포함될 수 있는데, 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성된 고온의 합성가스가 고정층 가스화기(110)로 유입되어, 고온의 합성가스의 현열을 통해 고정층 가스화기(110)에서 생성된 저온의 합성가스에 포함되는 타르 및 미연탄소를 열분해 및 가스화시키게 된다. Since the syngas produced in the fixed bed gasifier 110 is relatively low in temperature, it may contain tar and unburnt carbon. The high-temperature syngas generated in the first end gasifier 120 is supplied to the fixed bed gasifier 110 So that the tar and unburnt carbon contained in the low-temperature synthesis gas produced in the fixed-bed gasifier 110 are pyrolyzed and gasified through the sensible heat of the high-temperature synthesis gas.

또한, 제1단 분류층 가스화기(120)에서 발생하는 고온의 슬랙도 고정층 가스화기(110)로 떨어지면서 고정층 가스화기(110) 내부의 고체시료에 현열을 전달하게 되어 고정층 가스화기(110)의 탄소전환율을 높일 수 있고, 종래와 같은 슬랙 냉각을 위한 냉각탱크가 필요 없게 된다.Also, the high-temperature sludge generated in the first endocating gasifier 120 falls into the fixed bed gasifier 110 and transfers sensible heat to the solid sample in the fixed bed gasifier 110, Can be increased, and a cooling tank for cooling the slack as in the prior art is not required.

고정층 가스화기(110)의 타측 상부에 마련되는 제2단 분류층 가스화기(130)는 제1단 분류층 가스화기(120) 및 고정층 가스화기(110)에서 생성된 합성가스가 하부로 유입되고 시료는 측면에서 공급되는데, 유입된 합성가스에 의한 시료의 열분해 반응으로 합성가스가 생성되어 상부 방향으로 흐르는 상향류 형식으로 마련된다.The second end gasifier 130 provided at the other side of the fixed bed gasifier 110 is connected to the lower end of the first end gasifier 120 and the lower end of the fixed gasifier 110, The sample is supplied from the side, and the synthesis gas is generated by pyrolysis reaction of the sample by the introduced synthesis gas, and is provided in an upward flow type flowing in the upward direction.

고정층 가스화기(110)에서 발생하는 저온의 합성가스량이 많은 경우에는, 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성된 고온의 합성가스가 고정층 가스화기(110)를 지나면서 충분히 냉각될 수 있으나, 고정층 가스화기(110)에서 생성된 저온의 합성가스량이 상대적으로 적은 경우에는, 두 가스화기로부터 생성되어 혼합된 합성가스의 온도는 여전히 높다. 이 경우, 상향류 형식으로 마련된 제2단 분류층 가스화기(130)에는 산화제를 공급하지 않고 시료만 공급하여 혼합된 합성가스의 현열을 이용하여 시료의 열분해 반응을 통해 추가로 합성가스를 생성하게 된다. When the amount of the low-temperature syngas generated in the fixed bed gasifier 110 is large, the high-temperature syngas generated in the first end gasifier 120 can be sufficiently cooled through the fixed bed gasifier 110 And the amount of the low-temperature synthesis gas produced in the fixed-bed gasifier 110 is relatively small, the temperature of the synthesized gas produced from the two gasifiers is still high. In this case, the synthesis gas is further generated through pyrolysis reaction of the sample using the sensible heat of the mixed synthesis gas by supplying only the sample without supplying the oxidizer to the second end classification gasifier 130 provided in the upward flow type do.

한편, 고정층 가스화기(110) 및 제1단 분류층 가스화기(120)로 공급되는 산화제는 산소와 수증기 또는 산소와 이산화탄소를 포함할 수 있다. On the other hand, the oxidizing agent supplied to the fixed bed gasifier 110 and the first-stage bed gasifier 120 may include oxygen and water vapor or oxygen and carbon dioxide.

본 실시예에서 가스화장치의 후단공정은 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle), 액화유 생산, 합성천연가스 생산 또는 화학원료 생산을 포함하는 고압 공정이고, 이 경우 고정층 가스화기(110)는 압력용기로 마련될 수 있다.In the present embodiment, the downstream process of the gasification apparatus is a high-pressure process including IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle), liquefied petroleum production, synthetic natural gas production or chemical raw material production. In this case, .

이 경우 도 3에 도시된 것과 같이, 고정층 가스화기(110)의 상부로 고체시료를 공급하며, 록 호퍼(lock hopper, 141) 및 인젝션 호퍼(injection hopper, 142)를 포함하는 시료 공급부(140)를 더 포함할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 3, a sample supply unit 140 including a lock hopper 141 and an injection hopper 142 supplies a solid sample to the upper portion of the fixed bed gasifier 110, As shown in FIG.

시료 공급부(140)를 통해 고정층 가스화기(110)의 상부로 공급되는 고체시료는, 입자의 크기가 큰 폐기물, 덩어리 상태의 석탄 또는 덩어리 상태의 바이오매스 등의 원료일 수 있다.The solid sample supplied to the upper portion of the fixed bed gasifier 110 through the sample supply unit 140 may be a raw material such as waste having a large particle size, coal in a lump state, or biomass in a lump state.

또한, 제1단 및 제2단 분류층 가스화기(130)로는 시료로서, 석탄을 작은 크기로 분쇄한 미분탄, 정유공장 잔류물인 펫코크(petroleum coke 또는 pet-coke)를 미립화한 시료, 기류 수송이 가능할 정도의 크기로 분쇄된 바이오매스, 중질 잔사유나 폐유 등의 저급 액상 시료 등을 공급한다. As the first and second stage classification gasifier 130, pulverized coal obtained by pulverizing coal to a small size, a sample obtained by pulverizing petroleum coke (petroleum coke or pet-coke) which is an oil refinery residue, And a low-level liquid sample such as heavy residual oil or waste oil.

본 실시예에서는 분류층 가스화기에서 회재의 상당 부분이 덩어리 형태의 슬랙으로 변화되어 고정층 가스화기(110)로 떨어지므로 상기 시료를 모두 활용할 수 있다. 다만, 고정층 가스화기(110)에서는 크기가 매우 작은 시료가 일부 포함되는 것은 무관하지만 다량 섞이면 운전이 원활하지 않을 수도 있으므로, 슬랙 또는 회재가 적게 발생하는 것이 더욱 바람직하므로 회재의 함량이 낮은 시료를 사용하는 것이 유리하며, 특히 회재의 함량이 매우 낮은 중질잔사유나 폐유를 시료로 사용하는 것이 특히 바람직하다.
In this embodiment, a considerable part of the slag in the slagging-type gasifier is converted into slag-like slag and falls into the fixed-bed gasifier 110, so that all of the slug can be utilized. However, since the fixed bed gasifier 110 does not include the sample having a very small size, it is preferable to use a sample having a low content of the material because the sludge or the less material is less likely to be generated because a large amount of the sample may not be smoothly operated , And it is particularly preferable to use a heavy residue oil or a waste oil having a very low content of the slurry as a sample.

본 발명의 다른 실시예로서, 가스화장치(100a)에서 생성된 합성가스는 가스 상태의 연료로 이용될 수 있는데, 이러한 때에는 고정층 가스화기(110a)는 압력용기일 필요가 없고, 도 4에 도시된 것과 같이 고정층 가스화기(110a)는 바닥부가 경사를 이루는(112a) 스토커(stocker) 형식으로 마련되어 경사를 따라 측면에서 고체시료가 공급되도록 구성할 수 있다.
As another embodiment of the present invention, the syngas produced in the gasification apparatus 100a may be used as a fuel in a gaseous state, at which time the fixed bed gasifier 110a need not be a pressure vessel, The fixed bed gasifier 110a may be provided in the form of a stocker with a bottom slope 112a to provide a solid sample at the side along the slope.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 복합식 가스화장치(100)는 고정층 가스화기(110)와 2단의 분류층 가스화기를 복합적으로 포함하도록 구성된다. As described above, the combined gasification apparatus 100 of the present invention is configured to include the fixed bed gasifier 110 and the two-stage bed gasifier in combination.

이와 같이 본 발명은 제1단 분류층 가스화기(120)로 생성시킨 고온의 합성가스의 현열을 이용하여 고정층 가스화기(110)에서 생성된 상대적으로 저온인 합성가스에 포함될 수 있는 타르 및 미연탄소를 열 분해 및 가스화할 수 있어, 가스화 전환율을 높이고 타르 및 미연탄소를 제거할 수 있다. 따라서 고정층 가스화기의 하류에 설치되는 후단 설비가 타르로 인해 막히는 등의 문제를 해결할 수 있다. 또한, 고정층 가스화기(110)를 거쳐 혼합된 두 가지 합성가스는 제2단 분류층 가스화기(130)로 도입시켜 합성가스의 현열로 시료를 가스화함으로써, 고온가스의 현열을 효과적으로 활용하여 냉가스 효율을 높이고 출구 온도를 낮추어 시스템의 이용률을 높일 수 있다. 고정층 가스화기(110)와 제2단 분류층 가스화기(130)를 거치면서 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성된 합성가스의 온도는 낮아지므로, 분류층 가스화기에서의 출구온도 및 운전온도가 너무 높아 발생하는 내화재 손상 등의 장치 이상 문제를 해결하며 하류에 현열회수를 위해 설치되는 열교환기를 줄일 수 있고 시스템의 설치비를 절감할 수 있다.As described above, according to the present invention, by using the sensible heat of the high-temperature synthesis gas produced by the first end-effector gasifier 120, the tar and unburned carbon, which can be included in the relatively low-temperature synthesis gas produced in the fixed bed gasifier 110, Can be thermally decomposed and gasified, thereby increasing gasification conversion rate and removing tar and unburned carbon. Therefore, it is possible to solve the problem that the downstream equipment installed downstream of the fixed bed gasifier is clogged by tar. The two syngas mixed through the fixed bed gasifier 110 are introduced into the second end gasifier 130 to gasify the sample with sensible heat of the synthesis gas to effectively utilize the sensible heat of the hot gas, The efficiency of the system can be increased by increasing the efficiency and lowering the outlet temperature. The temperature of the syngas produced in the first end gasifier 120 is lowered while passing through the fixed bed gasifier 110 and the second end gasifier 130, It is possible to solve the problem of the apparatus fault such as the damage of the refractory material caused by the operation temperature being too high, and the heat exchanger installed for the sensible heat recovery at the downstream can be reduced, and the installation cost of the system can be reduced.

또한, 제1단 분류층 가스화기(120)는 하향류 형식으로 마련함으로써, 제1단 분류층 가스화기(120)에서 생성된 고온의 슬랙이 지닌 현열을 고정층 가스화기(110)로 전달할 수 있으며, 종래의 2단의 분류층 가스화기에서 슬랙이 시료를 흡수하여 냉각탱크로 떨어지며 시스템 효율을 떨어뜨리는 문제도 해결할 수 있다.
In addition, the first stage entrained gasifier 120 may be provided in a downward flow type to deliver the sensible heat of the hot slack produced in the first stage entrained gasifier 120 to the fixed bed gasifier 110 , It is possible to solve the problem that the slack absorbs the sample and falls into the cooling tank in the conventional two-stage cracked bed gasifier and the system efficiency is lowered.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100: 복합식 가스화장치
110: 고정층 가스화기
120: 제1단 분류층 가스화기
130: 제2단 분류층 가스화기
140: 시료 공급부
141: 록 호퍼
142: 인젝션 호퍼100: Integrated gasification system
110: fixed bed gasifier
120: First stage entrained bed gasifier
130: Second-stage classification bed gasifier
140:
141: Rock hopper
142: Injection hopper

Claims (8)

원료로부터 합성가스를 생성하는 가스화장치에 있어서,
고체시료 및 산화제를 공급받아 저온의 합성가스를 생성하는 고정층 가스화기;
상기 고정층 가스화기의 일측 상부에 연결되며 상기 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급받아 고온의 합성가스를 생성하는 제1단 분류층 가스화기; 및
상기 고정층 가스화기의 타측 상부에 연결되며 시료를 공급받고 상기 저온 및 고온의 합성가스의 유입에 의해 합성가스를 생성하는 제2단 분류층 가스화기를 포함하는 복합식 가스화장치.A gasification apparatus for producing a synthesis gas from a raw material,
A fixed bed gasifier which receives a solid sample and an oxidant to generate a low-temperature synthesis gas;
A first adsorbing layer gasifier connected to an upper portion of one side of the fixed bed gasifier and supplied with a solid sample or a liquid sample and an oxidant having a smaller particle size than the solid sample to produce a high temperature synthesis gas; And
And a second end layer gasifier connected to an upper portion of the other side of the fixed bed gasifier and supplied with the sample and generating synthesis gas by the introduction of the low temperature and high temperature synthesis gas. 제 1항에 있어서,
상기 제1단 분류층 가스화기는 상부에서 상기 시료 및 산화제를 공급받고 생성된 합성가스는 하부 방향으로 흐르는 하향류 형식으로 마련되는 것을 특징으로 하는 복합식 가스화장치.The method according to claim 1,
Wherein the first end-effector gasifier is supplied with the sample and the oxidizer at an upper portion thereof, and the produced synthesis gas is provided at a downward flow through the downstream portion. 제 2항에 있어서,
상기 제1단 분류층 가스화기에서 생성된 고온의 합성가스가 상기 고정층 가스화기로 유입되어, 상기 저온의 합성가스에 포함되는 타르 및 미연탄소가 열분해 및 가스화되는 것을 특징으로 하는 복합식 가스화장치.3. The method of claim 2,
Wherein the high-temperature syngas generated in the first end-effector gasifier is introduced into the fixed-bed gasifier, and the tar and unburned carbon contained in the low-temperature synthesis gas are pyrolyzed and gasified. 제 3항에 있어서,
상기 제2단 분류층 가스화기는 상기 제1단 분류층 가스화기 및 상기 고정층 가스화기에서 생성된 합성가스가 하부로 유입되고, 유입된 합성가스에 의한 시료의 열분해 반응으로 합성가스가 생성되어 상부 방향으로 흐르는 상향류 형식으로 마련되는 것을 특징으로 하는 복합식 가스화장치.The method of claim 3,
The second end-effector gasifier may be configured such that the first end-effector gasifier and the synthesis gas produced by the fixed-bed gasifier are introduced into the lower part, and the synthesis gas is generated by pyrolysis reaction of the sample by the introduced synthesis gas, Wherein the gas is supplied in an upward flow type. 제 1항에 있어서,
상기 저온의 합성가스는 400 내지 700℃이고, 상기 고온의 합성가스는 1300 내지 1600℃인 것을 특징으로 하는 복합식 가스화장치.The method according to claim 1,
Wherein the low-temperature synthesis gas has a temperature of 400 to 700 ° C, and the high-temperature synthesis gas has a temperature of 1300 to 1600 ° C. 제 1항에 있어서,
상기 고정층 가스화기의 상부로 상기 고체시료를 공급하며, 록 호퍼(lock hopper) 및 인젝션 호퍼(injection hopper)를 포함하는 시료 공급부를 더 포함하는 복합식 가스화장치.The method according to claim 1,
Further comprising a sample supply unit supplying the solid sample to an upper portion of the fixed bed gasifier and including a lock hopper and an injection hopper. 제 1항에 있어서,
상기 가스화장치에서 생성된 합성가스는 가스 상태의 연료로 이용되며,
상기 고정층 가스화기는 바닥부가 경사를 이루는 스토커(stocker) 형식으로 마련되어 경사를 따라 상기 고체시료가 공급되는 것을 특징으로 하는 복합식 가스화장치.The method according to claim 1,
The syngas produced in the gasifier is used as a gaseous fuel,
Wherein the fixed bed gasifier is provided in the form of a stocker having an inclined bottom so that the solid sample is supplied along a slope. 원료로부터 합성가스를 생성하는 가스화 방법에 있어서,
1) 고체시료 및 산화제를 고정층 가스화기에 공급하고 저온의 합성가스를 생성하는 단계;
2) 고정층 가스화기의 일측 상부에 하향류 방식으로 마련되는 분류층 가스화기 제1단에 상기 고체시료보다 입자크기가 작은 고체시료 또는 액체시료 및 산화제를 공급하여 고온의 합성가스를 생성하는 단계;
3) 상기 고온의 합성가스를 고정층 가스화기의 상부로 유도하여 저온의 합성가스에 포함되는 타르 및 미연탄소를 열분해 및 가스화하는 단계; 및
4) 상기 고정층 가스화기의 타측 상부에 연결되는 분류층 가스화기 제2단에 시료를 공급하고 상기 단계 3)에서 생성된 가스를 투입하여 열분해 반응을 통해 최종 합성가스를 생성하는 단계를 포함하는 복합식 가스화방법.

A gasification method for producing a synthesis gas from a raw material,
1) supplying a solid sample and an oxidant to a fixed bed gasifier and producing a synthesis gas at a low temperature;
2) generating a high-temperature syngas by supplying a solid sample or a liquid sample and an oxidizer having a particle size smaller than that of the solid sample to the first stage of the gasifier, which is provided on one side of the fixed bed gasifier,
3) introducing the high-temperature syngas to the upper portion of the fixed-bed gasifier to pyrolyze and gasify the tar and unburnt carbon contained in the low-temperature synthesis gas; And
4) supplying a sample to the second stage of the gasifier of the gasifier connected to the upper part of the other side of the fixed bed gasifier and adding the gas produced in the step 3) to generate final synthesis gas through pyrolysis reaction Gasification method.

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