KR101419468B1 - 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치는 석탄이 제거될 수 있도록 석탄과 화학 반응을 일으키는 고형 입자를 공급하는 고형 입자 공급부 및 고형 입자 공급부로부터 공급된 고형 입자를 석탄 가스화기의 원료가 주입되는 주입구를 통하여 주입할 수 있도록 주입구에 연결된 가압 펌프를 포함할 수 있다.

Description

석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치 및 방법{APPARATUS FOR REMOVING UNREACTED COAL SLURRY IN COAL GASIFIER AND METHOD THEREOF}

본 발명은 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적인 분류층 석탄 가스화기는 투입하는 원료의 상태에 따라 크게 두 가지 형태로 분류할 수 있다. 습식 가스화기는 일정량의 미분탄(<75um)과 물을 혼합하여 석탄 슬러리를 제조하여 펌프를 이용하여 적정량의 산소와 부분연소 및 가스화 반응을 일으켜서 합성가스(CO, H2)를 제조하는 것이다.

도 1은 일반적인 석탄 가스화기 내부 구성도이다. 도 2는 일반적인 원료 공급기를 도시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 석탄 슬러리(3)를 가스화기(2) 내부로 투입하는 방법은 일반적으로 불리우는 버너 혹은 원료 공급기(feed mixer)(4)를 사용하여 가압된(7kg/cm2) 가스화기 내부로 균일 공급한다. 이 중 원료 공급기로 형상 혹은 투입 산소의 역할인 미립화를 고려하여 최적의 위치 및 각도를 결정하게 된다. 이는 석탄 가스화기의 핵심기술 중의 하나이다.

또한, 건식 가스화기는 일정 수분 이하(약 7~8% moisture)를 포함한 미분탄을 질소(N2)를 이용하여 공압식으로 이송하게 된다. 석탄의 상태가 다를 뿐 가스화기 내부로 넣어주게 되는 원료 공급기의 설계 기술도 상당히 중요하며, 이를 통해 가스화기 내부에서 일어나게 되는 반응을 조절할 수 있다.

습식 가스화기의 경우, 종래 기술은 원료 공급기를 통해 가압된 가스화기를 통해 넣어주는데 넣어 주는 위치에 따라 상부 공급 방식(Top feeding), 측부 공급 방식(Side feeding) 및 하부 공급 방식(Bottom feeding)으로 나눌 수 있다.

가스화기는 일반적으로 원통형을 유지하고 있으나, CoP(Conoco Phillips)의 경우처럼 형태가 특이한 경우는 기하학적인 문제를 가지고 있어, 연속운전을 위한 특단의 조치가 필요함이 시험을 통해 파악되었다.

도 3는 석탄 가스화기 주입구에 석탄이 퇴적된 상태를 보여주는 사진이다. 도 4는 석탄 가스화기 내부에 존재하는 물질들의 유량 변화를 나타낸 그래프이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 특히 중앙으로 투입되는 석탄 슬러리를 산소를 통해 미립화를 시킴에도 불구하고 일정 시간이 지나게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 반응하지 못한 석탄 슬러리가 가스화기 내부에 퇴적하게 되는데, 이로 인해 도 4의 불안정 가스화 영역에서와 같이 석탄 가스화기 내부에서 불안정한 가스화가 이루어지기 때문에, 석탄 가스화기 내부에서 더 이상 정상 운전을 수행 할 수 없다.

따라서, 이와 같이 석탄 가스화기 내부에서 불안정한 가스화가 발생하지 않도록 미반응 석탄 슬러리를 제거하기 위한 장치가 필요하다.

본 발명의 일 실시예는 석탄 슬러리가 가스화기 내부에 퇴적되었을 때 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄을 제거할 수 있는 미반응 석탄 제거 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치로서, 석탄이 제거될 수 있도록 석탄과 화학 반응을 일으키는 고형 입자를 공급하는 고형 입자 공급부 및 상기 고형 입자 공급부로부터 공급된 고형 입자를 상기 석탄 가스화기의 원료가 주입되는 주입구를 통하여 주입할 수 있도록 상기 주입구에 연결된 가압 펌프를 포함하는 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치가 제공된다.

이 때, 상기 고형 입자는 고형 이산화탄소로 이루어질 수 있다.

이 때, 상기 가압 펌프는 상기 석탄 가스화기 내부로 원료를 공급하는 원료 공급기와 병렬로 배치될 수 있다.

이 때, 상기 주입구의 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및 상기 압력 센서의 압력에 따라 상기 가압 펌프를 작동시키는 제어기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 석탄 가스화기 내부로 원료가 주입되는 주입구의 압력을 측정하는 단계; 및 상기 주입구의 압력이 미리 설정된 압력보다 큰 경우 상기 석탄 가스화기의 주입구를 통하여 고형 입자를 주입하는 단계를 포함하는 석탄가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 방법이 제공된다.

이 때, 상기 고형 입자는 고형 이산화탄소일 수 있다.

이 때, 상기 고형 입자를 주입하기 이전에 상기 주입구를 통하여 공급되는 원료의 공급을 멈추는 단계를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 고형 입자를 주입하는 단계에서 상기 고형 입자는 가압 펌프에 의하여 주입이 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄 가스화기 주입구 측에 미반응 탄소가 쌓인 것을 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 고농도의 일산화탄소 가스를 생산할 수 있다.

도 1은 일반적인 석탄 가스화기 내부 구성도이다.
도 2는 일반적인 원료 공급기를 도시한 도면이다.
도 3는 석탄 가스화기 주입구에 석탄이 퇴적된 상태를 보여주는 사진이다.
도 4은 석탄 가스화기 내부에 존재하는 물질들의 유량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 제거 장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 제거 방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 제거 장치의 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 제거 장치(10)는 고형 입자 공급부(14) 및 가압 펌프(12)를 포함한다.

고형 입자 공급부(14)는 가스화기(2) 내부로 주입되는 고형의 입자를 공급한다. 이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 고형 입자는 석탄과 화학 반응을 일으켜 석탄을 제거할 수 있는 물질로서, 고형의 이산화탄소(CO2)일 수 있다.

고형 입자 공급부(14)에서 공급된 고형 입자, 즉 고형의 이산화탄소를 석탄 가스화기(2)의 원료가 주입되는 주입구(6)를 통하여 주입할 수 있도록 주입구(6)에는 가압 펌프(12)가 연결된다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가압 펌프(12)는 석탄 가스화기(2) 내부로 원료를 공급하는 원료 공급기(4)와 병렬로 연결된다. 이와 같이 가압 펌프(12)가 원료 공급기(4)와 병렬로 연결되는 것은 주입구(6)를 통하여 원료 또는 고형 이산화탄소를 선택적으로 공급하도록 하기 위함이다.

한편, 석탄 가스화기(2)의 원료가 주입되는 주입구(6)에는 압력 센서(20)가 설치된다. 이 때, 압력 센서(20)는 제어기(30)에 연결되도록 형성되며, 제어기(30)는 압력 센서(20)의 압력에 따라 가압 펌프(12)를 작동시키도록 형성된다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄 가스화기(2)의 정상 작동 상태에서는 원료 공급기(4)를 통하여 주입구(6)로 원료가 주입되도록 형성된다.

이 때, 석탄 가스화기(2)의 주입구측에 미반응 석탄 슬러리가 퇴적되어 석탄 가스화기(2)의 주입구(6)측이 좁아지거나 막혀 압력이 상승하게 된다. 이와 같은 경우, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원료 공급기(4)를 통한 원료의 주입을 중단하고 미반응 석탄 제거 장치(10)를 이용하여 미반응 석탄 슬러리를 제거한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄 가스화기(2) 내부에 미반응 석탄 슬러리가 퇴적되었을 때 고형 이산화탄소 입자를 투입시켜 화학 반응, 예를 들어 부다 반응(boudouard rection)을 일으켜 미반응의 석탄 슬러리를 제거하도록 한다.

Boudoudard reaction: C(s) + CO2(g) = 2CO(g)

이와 같이 미반응 석탄 슬러리가 고형 이산화탄소 입자와 반응하면, 석탄 가스화기(2) 내부에서는 일정량의 일산화탄소(CO)도 생산해 낼 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 고형 입자로서 고형의 이산화탄소를 예시하였으나, 고형 입자로서 석탄 가스화기 내부에서 미반응 석탄과 반응하여 미반응 석탄 슬러리가 퇴적된 것을 제거할 수 있는 물질이라면 어떠한 물질이든 고형 입자를 형성하기 위한 재료로 사용할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 제거 방법의 순서도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미반응 석탄 제거 장치는 원료 공급기로 석탄 가스화기 내부로 원료를 공급하고 있는 중(S601)에, 석탄 가스화기 주입구의 압력을 측정한다.(S602) 석탄 주입구에 미반응 석탄이 퇴적되면 석탄 가스화기 주입구의 입구가 좁아져 주입구측 압력이 증가하게 된다.

이와 같이 주입구 측 압력이 높아져 석탄 가스화기 주입구의 압력이 미리 설정된 압력보다 높아졌음을 감지한 경우(S603) 가스화기 내부에 원료를 공급하는 것을 멈추고(S604) 본 발명의 일 실시예에 따른 미반응 석탄 제거 장치를 작동시켜 고형 입자, 예를 들어 고형 이산화탄소를 석탄 가스화기 내부로 주입한다. (S605)

이 때 고형 이산화탄소는 고압으로 석탄 가스화기 내부로 주입구를 통하여 주입될 수 있다.

이와 같이 고형 이산화탄소가 석탄 가스화기 내부로 주입되면 전술한 바와 같이 고형 이산화탄소가 미반응 석탄 슬러리와 반응하여 일산화탄소가 생성되면서 미반응 석탄 슬러리가 제거된다.

이와 같이 미반응 석탄 슬러리가 제거되면 다시 석탄 가스화기 주입구의 압력이 정상 상태로 돌아오게 되며, 이와 같이 정상 상태가 된 경우 다시 원료 공급기로 석탄 가스화기 내부에 원료를 공급하여 석탄 가스화 공정을 수행한다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

2 석탄 가스화기 4 원료 공급기
10 미반응 석탄 제거 장치 12 가압 펌프
14 고형 입자 공급부 20 압력 센서
30 제어기

Claims (8)

1. 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치로서,
   석탄이 제거될 수 있도록 석탄과 화학 반응을 일으키는 고형 입자를 공급하는 고형 입자 공급부 및 상기 고형 입자 공급부로부터 공급된 고형 입자를 상기 석탄 가스화기의 원료가 주입되는 주입구를 통하여 주입할 수 있도록 상기 주입구에 연결된 가압 펌프를 포함하고,
   상기 고형 입자는 고형 이산화탄소로 이루어지는 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 가압 펌프는 상기 석탄 가스화기 내부로 원료를 공급하는 원료 공급기와 병렬로 배치되는 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 주입구의 압력을 측정하기 위한 압력 센서 및
   상기 압력 센서의 압력에 따라 상기 가압 펌프를 작동시키는 제어기를 더 포함하는 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 장치.
5. 석탄 가스화기 내부로 원료가 주입되는 주입구의 압력을 측정하는 단계;
   상기 주입구의 압력이 미리 설정된 압력보다 큰 경우 상기 석탄 가스화기의 주입구를 통하여 고형 입자를 주입하는 단계를 포함하는 석탄가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 고형 입자는 고형 이산화탄소인 석탄가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 방법.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 고형 입자를 주입하기 이전에 상기 주입구를 통하여 공급되는 원료의 공급을 멈추는 단계를 더 포함하는, 석탄 가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 방법.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 고형 입자를 주입하는 단계에서 상기 고형 입자는 가압 펌프에 의하여 주입이 이루어지는 석탄가스화기 내부의 미반응 석탄 제거 방법.
   

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