KR101472855B1 - 수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법 - Google Patents

수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101472855B1
KR101472855B1 KR1020137004299A KR20137004299A KR101472855B1 KR 101472855 B1 KR101472855 B1 KR 101472855B1 KR 1020137004299 A KR1020137004299 A KR 1020137004299A KR 20137004299 A KR20137004299 A KR 20137004299A KR 101472855 B1 KR101472855 B1 KR 101472855B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gasifier
biomass
syngas
gasification
gas
Prior art date
Application number
KR1020137004299A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130048778A (ko
Inventor
이롱 첸
얀펭 장
홍밍 탕
Original Assignee
선샤인 카이디 뉴 에너지 그룹 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 선샤인 카이디 뉴 에너지 그룹 컴퍼니 리미티드 filed Critical 선샤인 카이디 뉴 에너지 그룹 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20130048778A publication Critical patent/KR20130048778A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101472855B1 publication Critical patent/KR101472855B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/82—Gas withdrawal means
    • C10J3/84—Gas withdrawal means with means for removing dust or tar from the gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/06—Continuous processes
    • C10J3/14—Continuous processes using gaseous heat-carriers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
    • C10J3/48—Apparatus; Plants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/02—Dust removal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/04—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials
    • C10K1/06—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by cooling to condense non-gaseous materials combined with spraying with water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2200/00—Details of gasification apparatus
    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
    • C10J2300/0916—Biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0973—Water
    • C10J2300/0976—Water as steam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/123—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
    • C10J2300/1238—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/12—Heating the gasifier
    • C10J2300/1246—Heating the gasifier by external or indirect heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1643—Conversion of synthesis gas to energy
    • C10J2300/1653—Conversion of synthesis gas to energy integrated in a gasification combined cycle [IGCC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1659—Conversion of synthesis gas to chemicals to liquid hydrocarbons
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1665—Conversion of synthesis gas to chemicals to alcohols, e.g. methanol or ethanol
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1693—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with storage facilities for intermediate, feed and/or product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1853—Steam reforming, i.e. injection of steam only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1892—Heat exchange between at least two process streams with one stream being water/steam
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/141—Feedstock
    • Y02P20/145—Feedstock the feedstock being materials of biological origin

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)

Abstract

본 발명은 수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화 방법이다. 이러한 방법은 과열된 수증기를 산화제 및 에너지 캐리어로서 사용한다. 첫째, 1200-1400℃의 온도의 가스화 퍼니스(furnace)에서 바이오매스 연료는 건조, 불성 성분의 분리, 증류 및 가스화 작용을 겪고, 타르가 없는 미정제 합성가스를 형성한 후, 스프레이 타워에서 냉각되어 퀀칭되어 650-800℃까지 온도가 급속히 하강되어, 용융 슬래그와 알칼리 금속 산화물이 없는 초기의 합성가스가 얻어진다. 최종적으로, 초기의 합성가스는 연속적인 냉각, 분진 제거, 탈산 및 건조 공정을 거치면서 고품질의 순수 합성가스를 얻을 수 있다. 본 발명은 이러한 방법을 구현하기 위한 시스템이 제공된다. 이러한 방법은 제어가 용이하고, 에너지 소비가 낮으며 저렴하다. 생성된 합성가스는 높은 발열량을 가지며 타르와 알칼리 금속 산화물이 없다.

Description

수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법{Process and apparatus for the indirect gasification of biomass using water vapor}
본 발명은 가연성 물질을 청정하고 효율이 높은 합성가스로 변환시키는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 수증기에 의해 간접적으로 바이오매스를 가스화시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
가연성 물질의 가스화 기술은 21세기 후반에 놀라운 성과를 낳았으며, 특히 가연성 석탄의 가스화 기술이 매우 성숙되어 있다. 연구원들은 광범위하게 적용할 수 있고, 고효율의 가스화가 가능하고 오염이 없는 석탄 가스화 공정을 성공적으로 개발하였다. 나뭇가지, 짚, 기타 농업 부산물 또는 임목 부산물과 같은 바이오매스의 가스화 기술은 21세기의 포괄적인 에너지 이용을 위한 신기술이다. 종래의 바이오매스 가스화 기술은, 고정 베드(fixed bed) 가스화, 유동화 베드(fluidized bed) 가스화, 2단(two stages) 가스화를 포함하고, 이 모든 것들은 직접 가스화 기술이다. 직접 가스화 기술의 공정은 바이오매스의 일부분에 의해 생성된 열이 가스화를 위한 에너지 소스를 공급하고, 공기, 산화 공기, 또는 산화된 공기와 수증기의 혼합이 가스 반응 동안 산화제로서 기능한다. 그러나, 연구에 따르면, 바이오매스의 직접 가스화 기술들은 다음과 같은 단점들을 가진다.
첫째, 바이오매스 연료의 성분과 발열량이 불안정하고, 바이오매스는 낮은 발화점을 가지고 가연 반응이 빠르므로, 폭발이 용이하다. 몇몇 부위들이 과열되거나 코킹(coked)될 때, 가스화기(gasfier)의 작동 온도의 제어가 매우 어렵다.
둘째, 불활성 가스 N2의 함량이 현저해서 공기가 산화제로 작용하면, 보다 높은 N2 함량, 보다 낮은 유효 가스(CO+H2), 및 보다 낮은 H2/CO 비율의 결과를 초래하고, 그 외에 합성가스의 발열량이 낮고 불안정해서, 5000KJ/Nm3 이하에서만 유지되어 산업적 이용의 필요성을 거의 충족시킬 수 없다.
셋째, 산화된 공기가 산화제로서 작용할 때, N2의 함량이 상대적으로 낮더라도, 추가적인 공기 분리 장치가 필요하다. 고용량 및 에너지 소비가 높은 공기 분리 장치 때문에, 그러한 공정은 생산비를 증대시킨다.
넷째, 산화된 공기와 수증기가 모두 산화제로서 작용할 때, 합성가스의 N2 함량이 감소되고, H2 함량이 증가되더라도, 반응 매개체로서 작용하는 수증기는 여전히 많은 양의 열 에너지를 소비할 뿐만 아니라, 공기 분리에 따른 에너지 소비에 의해 공정의 생산비가 증대된다.
다섯째, 바이오매스의 대략 15-20%는 가스화를 위한 에너지 소스를 제공하기 위해 자기-발화가 필요할 뿐만 아니라 동시에 많은 양의 CO2가 연소 과정에서 생산되어, 유효 가스(CO+H2)의 함량이 감소된다. 더군다나, 고온의 합성가스와 혼합 공기는 많은 양의 실용적 열을 운반함으로써, 열 에너지로부터 화학 에너지로의 변환이 최소화되고, 냉각 가스의 효율 역시 대체적으로 70% 이하로 되고 예외적 상황에서 80%보다 높지 않게 된다.
여섯째, 가스화기의 작동 온도는 대체적으로 800-1200℃에서 제어되고, 그러한 온도에서 바이오매스의 가스화는 제거하기 곤란한 많은 양의 타르를 생성함으로써, 너무 많은 양의 타르가 장치와 파이프 내부에 쌓이게 되어 파이프 막힘과 장치 오염의 원인이 된다.
일곱째, 바이오매스의 가스화 과정에서 생성된 재(ash)는 전체 재의 20-40wt.%인 K와 Na과 같은 알칼리 금속 산화물의 현저한 함량을 포함한다. 그러나, 800℃보다 더 높은 온도에서, 알칼리 금속 산화물이 가스화되어 합성가스와 혼합될 수 있으므로, 합성가스의 성분에 영향을 줄 뿐만 아니라, 파이프와 장치에 타르와 함께 달라붙음으로써, 장치와 파이프를 심각하게 부식시키는 결과를 초래한다.
전술한 바와 같은 문제점들의 관점에서, 바이오매스의 직접 가스화 기술은 실제 생산에 적용하기 어렵다. 따라서, 산업적 생산에 적용될 수 있고 상업적 혜택으로 전환될 수 있는 바이오매스 가스화 방법이 필요하다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 수증기에 의해 바이오매스를 간접적으로 가스화시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 방법은 제어가 용이하고, 에너지를 절약하며, 비용이 적으며, 생산된 합성가스는 효율이 높고, 발열량이 높으며, 타르 또는 알칼리 금속 산화물이 없다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 수증기에 의해 바이오매스를 간접적으로 가스화시키기는 방법이 제공된다. 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 방법은, 바이오매스를 가스화기에서 미정제 합성가스로 변환하기 위한 산화제 및 에너지 운반체로서 고온 과열 수증기를 채용하고, 스프레이 타워에서 미정제 합성가스를 냉각시키고, 최종적으로 청정한 합성가스를 생성한다. 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다.
a) 바이오매스를 그라인딩시키고, 바이오매스를 가스화기에 공급함과 동시에 고온의 과열된 수증기를 가스화기에 분사하고, 가스화기를 1200-1600℃의 작동 온도에서 제어하여, 바이오매스를 고온 과열 수증기에 완전히 접촉시켜 건조, 활성 입자의 분리, 열분해, 및 가스화를 수행하여, 미정제 합성가스와 재(ash)를 생성한다. 가스화기의 작동 온도는 타르를 형성하는 온도보다 높기 때문에, 열분해 동안 생성되는 타르와 코크(coke)는 가스화되고, 미정제 합성가스는 타르를 거의 함유하지 않는다. 재는 냉각되거나 열 회복된 후 가스화기의 재 출구(ash outlet)로부터 산출되고, 재는 종합적 사용을 위해 재 저장소로 전달된다.
b) 미정제 합성가스를 스프레이 타워로 전송하고, 미정제 합성가스를 스프레이 타워에 의해 퀀칭(quench)시켜 미정제 합성가스를 650-800℃ 온도까지 냉각시킨다. 퀀칭 이후의 미정제 합성가스의 온도는 K와 Na를 함유하는 알칼리 금속 산화물의 승화 온도보다 낮고, 알칼리 금속 산화물은 물에 용이하게 분해됨으로써, 미정제 합성가스에 있는 슬래그와 소형 타르가 압축되고, 알칼리 금속 산화물과 산성 가스의 일부분은 분사되는 물속으로 용해되기 때문에, 알칼리 금속 산화물을 함유하지 않거나 소량 함유하는 기초 합성가스가 얻어진다.
c) 기초 합성가스를 청정 합성가스로 변환하기 위해 냉각, 분진 제거, 탈산(deacidification), 건조(desiccation) 공정을 수행한다. 냉각 공정은 합성가스의 생산을 위한 전체 공정에 필수 불가결할 뿐만 아니라 종합적 활용을 위한 다량의 현열(sensible heat)을 회복한다. 분진 제거 공정은 미정제 합성가스로부터 먼지를 분리하여 가스의 먼지 농도를 50 mg/Nm3 이하로 낮춘다. H2S, COS, HCL, NH3 및 HCN과 같은 유해 가스는 탈산 공정에서 제거된다. 건조 공정 후, 기초 합성가스는 청정 합성가스로 변환되고, 청정 합성가스는 산업적 적용을 위해 저장된다.
단계 a)의 그라인딩된 바이오매스는 50mm×50mm 이하의 입자 크기 및 40% 이하의 수분 함량을 가진다. 그러한 입자 크기와 수분 함량의 바이오매스는 고온의 과열된 수증기에 완전히 접촉됨으로써, 건조, 활성 입자의 분리, 증발 공정이 안정되게 수행되고, 가스화기의 작동 온도가 용이하게 제어된다.
단계 a)에서, 가스화기로부터의 가스 누출에 의해 화재 또는 폭발이 야기되는 경우, 질소 분위기가 가스화기의 공급 입구에서 배치된다.
단계 a)에서, 가스화기의 바람직한 작동 온도는 1200-1400℃에서 제어되고, 가스화기의 바람직한 작동 압력은 105-109 kPa에서 제어된다. 이와 같은 작동 온도의 범위는 바이오매스가 고온의 과열된 수증기에 완전히 접촉하여 완전히 가스화되어 타르를 거의 함유하고 있지 않은 미정제 합성가스를 형성하는 것을 보장함과 동시에 가능한 한 에너지 소비를 낮추고 가스화기의 성능을 향상시킨다. 또한, 가스화기는 정상 압력에서 작동하고, 다른 압력 장치가 불필요함으로써 제조 비용을 낮춘다.
a) 단계에서, 고온의 과열된 수증기가 가스화기 속으로 분사되는 속도는 35-50 m/s이고, 가스화기 안에서 미정제 합성가스의 보유(retention) 시간은 15-20초이고, 가스화기로부터 미정제 합성가스의 출력 속도는 15-20 m/s이다. 가스화기 속으로 고온의 과열 수증기의 입력 속도를 증가시키면 바이오매스와의 접촉을 향상시키는 반면 미정제 합성가스의 상대적으로 낮은 출력 속도는 재(ash)가 가스화기의 출구 및 가스 파이프에 쌓이는 것을 방지한다.
b) 단계에서, 미정제 합성가스를 냉각시키기 위한 바람직한 수단은 냉각수에 의해 퀀칭이고, 퀀칭 후의 미정제 합성가스의 온도는 750-800℃까지 낮아져서, 알칼리 금속 산화물의 승화점보다 정확히 더 낮음으로써, 가스, 슬래그, 소형 타르와 알칼리 금속 산화물이 분리되고 냉각수에 의해 제거되고, 이러한 수단은 기초 합성가스의 열 에너지를 가능한 한 많이 유지할 수 있으므로, 나중의 냉각 공정에서 열 회복에 도움이 된다.
c) 단계에서, 기초 합성가스는 260-320℃의 온도까지 먼저 냉각된 후, 세정 공정이 수행된다. 스프레이 타워로부터 나오는 기초 합성가스의 온도가 대략 750-800℃로 여전히 높으면, 냉각 공정은 이어지는 분진 수거, 탈산, 건조에 도움을 줄 뿐만 아니라 기초 합성가스에서 현열을 회복하기 위해 430-540℃의 온도차를 이용하는데 도움을 줌으로써, 배출열(exhaust heat)이 포괄적으로 사용된다.
전술한 방법에 따라 수증기에 의해 바이오매스를 가스화하기 위한 시스템은, 물 저장 탱크; 워터 펌프; 열교환기; 플라즈마 토치 히터; 가스화기; 및 스프레이 타워를 구비한다.
물 저장 탱크는 워터 펌프에 의해 열교환기의 물 입구에 연결되고, 열교환기의 증기 출구는 플라즈마 토치 히터의 증기 입구에 연결되고, 플라즈마 토치 히터의 증기 출구는 가스화기의 증기 노즐에 연결된다.
가스화기의 재 출구는 애쉬 쿨러(ash cooler)에 연결되고, 가스화기의 가스 출구는 스프레이 타워의 가스 입구에 연결되고, 스프레이 타워의 가스 출구는 열교환기의 가스 입구에 연결되고, 열교환기의 가스 출구는 집진기, 탈산 타워 및 건조기에 순차적으로 연결된다.
플라즈마 토치 히터는 그것이 물 저장 탱크에서 물을 가열하기 위해 사용될 때 초-고온 가열, 열과 매스의 신속한 전달, 고효율, 조절가능한 가열 파워에서 장점이고, 고온 과열 수증기는 유효하게, 연속적으로, 안정되게 생산될 수 있다. 고온의 과열된 수증기는 산화제 뿐만 아니라 에너지 운반체로서 기능하기 때문에, 가스화기는 안정되게 작동하도록 유지된다. 열교환기는 기초 합성가스의 현열의 많은 양을 효과적으로 회복한다. 물 저장 탱크에 있는 물은 예열되어 현열 때문에 포화 수증기로 변환되고, 그러면, 포화 수증기는 플라즈마 토치 히터로 전송되어, 플라즈마 토치 히터의 에너지 소비가 감소되고, 열 에너지의 종합적 활용이 가능하다.
질소 보호 장치가 가스화기의 공급 입구에 연결되어, 질소 밀봉 레이어는 미정제 합성가스가 가스화기의 외부로 누설되는 것을 방지하고, 가스화기 외부의 공기를 유지시켜 발화와 폭발을 방지하여 미정제 합성가스의 성분을 보장한다.
복수의 증기 노즐들이 가스화기에 배치되고 3-4 높이 레벨로 그룹핑되고, 각각의 레벨의 증기 노즐들은 균등하게 원주 방향을 따라 접선방향으로 배치된다. 따라서, 고온 과열 수증기는 다른 레벨로부터 가스화기에 분사되고, 균일하고 안정된 온도장(temperature field)이 가스화기의 다른 높이 레벨에서 유지됨으로써, 고온 과열 수증기와 바이오매스 사이의 완전한 접촉을 야기한다.
물, 재, 활성 물질, 및 바이오매스의 재 용융점(ash fusion point)의 내재적 특징에 근거하고, 가스화기의 작동 특성과 결합될 때, 본 발명의 방법은, 건조, 활성 물질의 제거, 열분해, 및 바이오매스를 가스화하기 위해 종래의 산화제 공기 또는 산화된 공기를 사용하는 대신에 고온 과열 수증기를 채택하고, 미정제 합성가스를 퀀칭하기 위해 물의 분사(spraying)를 사용한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 바이오매스를 간접적으로 가스화하기 위해 고온 과열 수증기가 채택된다. 이 공정에서, 고온 과열 수증기는 산화제일 뿐만 아니라 에너지 운반체이기 때문에, 산화제 공기 또는 산화된 공기가 불필요하여, 에너지 소비가 심한 공기 분리 장치가 불필요하게 되고, 전체 공정에서 에너지 소비가 최소화되고 제조 비용이 최소화된다.
둘째, 건조, 활성 물질의 분리, 열분해, 및 가스화의 연속적인 공정 동안 바이오매스에 자연-발화(self-ignition)가 없기 때문에, 가스화기에서 바이오매스 폭발, 국부적 코킹, 가스화기의 제어의 어려움 등과 같이 종래의 가스화 공정에서 발생되었던 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다. 산화제 공기 또는 산화된 공기는 반응에서 더 이상 불필요하기 때문에, 합성가스는 높은 H2/CO 비율, 85% 이상의 높은 유효 가스(CO+H2) 함량을 가지기 때문에 합성가스의 발열량이 크게 향상되고, 합성가스의 사용이 훨씬 광범위해진다.
셋째, 원료 물질로부터 나온 바이오매스가 기초 합성가스로의 변환은 가스화기 및 스프레이 타워에서 연속적으로 완료된다. 고온 과열 수증기는 가스화기의 작동 온도를 타르의 가스화 온도 이상으로 유지시키기 때문에, 바이오매스로부터 열분해된 타르는 모두 미정제 합성가스로 변환되고, 탄소 변환(carbon conversion)이 매우 높다. 미정제 합성가스는 냉각수에 의해 퀀칭된 후 냉각되기 때문에, 슬래그들이 냉각되어 입자를 형성할 뿐만 아니라, 알칼리 금속 산화물이 물에 용해됨으로써, 획득되는 기초 합성가스는 장치와 파이프들을 부식시키는 불순물이 없다. 나아가, 전체 공정은 매우 짧고, 구조가 간단하므로, 배치 생산의 구현이 매우 용이하다.
넷째, 플라즈마 토치 히터는 가스화기 외부에서 고온 과열 수증기에 의해 바이오매스의 가스화를 위해 필요한 모든 열 에너지를 생성하고, 바이오매스 연료의 열 에너지는 모두 화학 에너지로 변환되고, 냉각 가스의 효율은 종래의 그것보다 8%더 높은 88% 이상이 된다.
다섯째, 플라즈마 토치 히터는 높은 열 효율 및 조절 가능한 입력 파워를 가지며, 바이오매스 연료의 성분들이 변하면, 플라즈마 토치 히터의 파워가 조절될 수 있으므로, 고온 과열 수증기의 온도 제어가 매우 편리하고, 가스화기를 안정되게 작동시킬 수 있고, 기초 합성가스의 안정된 출력과 안정된 성분을 보장할 수 있다.
시험에 따르면, 수증기에 의한 바이오매스의 가스화 방법은 다른 종류의 바이오매스 연료에 적용이 가능하고, 특히 일체화된 바이오매스 가스화 사이클 조합 및 바이오매스 액체 연료 산업에 적용이 가능하다.
도 1은 수증기에 의해 바이오매스 가스화를 위한 시스템의 다이어그램이다.
수증기에 의한 바이오매스 가스화 방법 및 시스템은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수증기에 의해 바이오매스를 간접적으로 가스화시키는 시스템은 바이오매스를 전송하는 벨트 컨베이어(1), 호퍼(2), 스크류 피더(3), 바이오매스를 미정제 합성가스로 변환하기 위한 가스화기(6), 미정제 합성가스를 퀀칭하기 위한 스프레이 타워(11), 고온 과열 수증기를 가스화기(6)에 공급하기 위한 플라즈마 토치 히터(5), 물을 플라즈마 토치 히터(5)에 제공하기 위한 물 저장 탱크(10)과 워터 펌프(9), 열 에너지의 종합적 활용을 위한 열교환기(12), 집진기(13), 탈산 타워(14), 및 합성가스의 이후 세정을 위한 건조기(15)를 구비한다.
벨트 컨베이어(1)의 출력단은 호퍼(2)의 입구 위에 배치되고, 호퍼(2)의 출구는 스크류 피더(3)의 공급 입구에 연결되고, 스크류 피더(3)의 공급 출구는 가스화기(6)의 공급 입구에 연결된다.
바이오매스를 합성가스로 변환시키기 위한 핵심 장치로서, 가스화기(6)는 케이싱, 및 라이너를 구비한다. 케이싱은 공냉 재킷 또는 수냉 재킷, 및 정상 압력에서 열적 절연재이고, 라이너는 내화성, 내부식성 및 절연재로 구성된다. 가스화기(6)의 공급 입구는 상부 또는 상단에 설계되고, 공급 입구의 수는 용량에 따라 2개 내재 4개이기 때문에, 가스화기(6) 속으로 바이오매스가 균등하게 공급될 수 있고, 가스화기(6) 내부의 안정된 가스 유동이 유지된다. 질소 보호 장치(4)는 가스화기(6)의 공급 입구에 배치되어 미정제 합성가스가 외기와 접촉하는 것을 효과적으로 방지하는 질소 밀봉 레이어를 형성한다. 복수의 증기 노즐들은 가스화기(6)에 배치되어 3-4개의 높이 레벨로 그룹핑되고, 각각의 레벨의 증기 노즐은 원주 방향을 따라 균일하게 접선 방향으로 배치된다. 따라서, 가스화기(6)에서 고온 과열 수증기는 균일하고 안정된 유동장(flow field)을 형성하여, 바이오매스와 완전히 접촉하여 혼합된다. 재 출구는 가스화기(6)의 바닥에 배치되고, 하나 또는 2개의 재 출구들이 용량에 따라 채택될 수 있으며, 가스화기(6)로부터 배출되는 재는 액체 상태이다. 재 출구는 액체 상태의 재가 고체 상태로 변화되는 애쉬 쿨러(ash cooler)(7)에 연결된다. 가스화기(6)의 가스 출구는 상부 또는 하부에 배치되고, 파이프에 의해 스프레이 타워(11)의 가스 입구에 연결된다.
스프레이 타워(11)는 미정제 합성가스를 퀀칭하기 위한 핵심 장치이며, 미정제 합성가스는 슬래그, 알칼리 금속 산화물, 및 미정제 합성가스에 있는 다른 불순물을 제거하기 위해 순환되는 냉각수에 의해 직접 세척된다. 스프레이 타워(11)의 가스 출구는 열교환기(12)의 가스 입구에 연결되고, 열교환기(12)의 가스 출구, 집진기(13), 탈산 타워(14), 및 건조기(15)는 직렬로 연결된다. 건조기(15)의 가스 출구는 청정 합성가스를 저장하기 위한 가스 저장 탱크(16)에 연결된다.
가스화기(6) 속으로 분사되는 고온 과열 수증기는 물 저장 탱크(10)에서 연수 또는 탈염수로부터 변환된다. 물 저장 탱크(10)의 출구는 워터 펌프(9)를 통해 열교환기(12)의 물 입구에 연결된다. 열교환기(12)는 일반적으로 스크랩 보일러로부터 선택된다. 열교환기(12)의 증기 출구는 플라즈마 토치 히터(5)의 증기 입구에 연결되고, 플라즈마 토치 히터(5)의 증기 출구는 파이프를 통해 가스화기의 증기 노즐들에 연결된다.
또한, 시스템은 재 저장소(8)를 구비하고, 재 수거기(7) 및 스프레이 타워(11)로부터 나오는 재는 수동적으로 또는 기계적으로 재 저장소(8)로 전송된다.
수증기에 의해 바이오매스를 가스화하는 방법은 다음과 같다.
A) 그라인딩된 바이오매스는 벨트 컨베이어(1), 호퍼(2), 및 스크류 피더(3)에 의해 가스화기(6)로 연속적으로 전송되고, 동시에 질소는 질소 보호 장치(5)로부터 가스화기(6)의 공급 입구로 입력된다. 바이오매스가 예를 들어, 나무의 가지와 뿌리와 같은 회색 짚일 때, 바이오매스의 입자 크기는 50mm×50mm 이하로 제어되고, 바이오매스의 수분 함량은 40%이하로 제어된다. 바이오매스가 예를 들어, 탈곡 곡물의 자루(stalk), 짚(thatch), 옥수수 자루(stalk)와 같은 황색 짚일 때 바이오매스의 입자 크기는 50mm×50mm보다 상대적으로 더 클 수 있다.
B) 탈염수는 물 저장 탱크(10)로부터 워터 펌프(9)를 경유하여 열교환기(12)의 물 입구로 공급되고, 탈염수가 열교환기의 가스 입구로부터 나오는 미정제 합성가스와 열을 교환하고, 현열이 탈염수에 의해 추출되는 과정에서 0.4-0.6 Mpa의 포화 증기가 생성되고, 포화 증기는 열교환기(12)의 증기 출구로부터 출력되어 플라즈마 토치 히터(5)로 들어가서 고온의 과열 수증기로 변환된다.
C) 플라즈마 토치 히터(5)에 의해 생성된 고온의 과열된 수증기는 1200-1600℃의 온도에서 증기 노즐을 통하여 가스화기(6) 속으로 입력된다. 가스화기(6)의 작동 인자들은 1200-1400℃의 온도, 및 105-109 kPa의 압력을 가진다. 가스화기 내부로 고온의 과열된 수증기가 입력되는 속도는 35-50m/s로 제어되어, 바이오매스는 이어지는 공정에서 과열된 수증기와 완전히 접촉되고, 건조, 활성 물질의 분리, 열분해, 증발 공정 후, 미정제 합성가스와 액상 재가 생성된다. 미정제 합성가스는 15-20초 동안 가스화기(6)에서 유지되고, 가스화기로부터 나오는 미정제 합성가스의 출력 속도는 15-20m/s로 제어된다.
D) 가스화기(6)에서 생성되는 액상의 재는 1200-1400℃의 온도이고, 가스화기(6)의 재 출구를 경유하여 애쉬 쿨러(7) 속으로 입력된다. 열 회복 후에, 액상 재는 150℃ 이하로 냉각되고, 종합적 활용을 위해 재 저장소(8)로 전송된다. 가스화기(6)로부터 생성되는 미정제 합성가스의 온도는 1200-1400℃이고 파이프를 통해 스프레이 타워(11)로 전송된다. 냉각수에 의해 세정된 후 미정제 합성가스의 온도는 750-800℃까지 하강하고, 여기서 고온의 슬래그는 입자로 변환되고, 알칼리 금속 산화물과 산화 가스의 일 부분은 냉각수에 용해되어 스프레이 타워(11)로부터 배출됨으로써, 기초 합성가스가 얻어진다. 스프레이 타워에 있는 냉각수는 침전과 여과 후 재활용될 수 있고, 찌꺼기들은 재 저장소(8)로 전송된다.
E) 스프레이 타워(11)로부터 나오는 기초 합성가스는 슬래그로부터 제거된 후 가스 입구를 통하여 열교환기 속으로 입력됨으로써, 열교환기(12)에서 코크, 재, 및 부식물이 효과적으로 제거된다. 이때, 기초 합성가스는 여전히 750-800℃의 온도이고, 탈염수에 의한 현열의 회복 후에, 온도는 260-320℃까지 떨어진다. 기초 합성가스는 열교환기(12)의 가스 출구로부터 집진기(13)까지 전송되고, 분진은 기초 합성가스로부터 제거되며, 집진기(13)의 출구에서 기초 합성가스는 단지 50 mg/Nm3의 분진 농도를 가진다.
F) 분진이 제거된 후, 기초 합성가스는 탈산 타워(14)로 전송되고, H2S, COS, HCL, NH3, 및 HCN과 같은 유해 가스가 제거된다.
G) 탈산 공정 후, 기초 합성가스는 건조기(15)로 전송되어, 물이 제거되며, 청정 합성가스가 얻어진다. 청정 합성가스는 파이프를 통해 가스 저장 탱크(16)로 전송되어 산업 적용을 위해 저장된다.
많은 횟수의 시험들과 데이터를 검출한 후, 청정 합성가스의 주요 성분들과 그 특징들이 표 1에 나타난다.
수 성분 단위 값
1 CO % (vol) 25-35
2 H2 % (vol) 40-50
3 N2+Ar % (vol) 1.6-1.8
4 CO2 % (vol) 15-20
5 CH2 % (vol) 5-6
6 CnHm % (vol) < 2
7 합성가스(LHV)의 발열량 MJ/Nm3 12.5-13.4
8 냉각 가스의 효율 % -88.1
표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 방법에 의해 생성된 청정 합성가스는 85%의 CO와 H2 총 함량, 1보다 더 큰 H2/CO 비율, 12.5-13.4 MJ/Nm3의 합성가스의 발열량, 대략 88%의 냉각 가스의 효율을 구비한다. 따라서, 합성가스는 상업적 유용성을 낳고 특히, 통합 바이오매스 가스화 사이클 조합 및 바이오매스 액체 연료 산업에 적용할 수 있다.
1...벨트 컨베이어 2...호퍼
3...스크류 피더 5...플라즈마 토치 히터
6...가스화기 9...워터 펌프
10...물 저장 탱크 11...스프레이 타워
12...열교환기 13...집진기
14...탈산 타워 15...건조기
16...가스 저장 탱크

Claims (10)

  1. 가스화기(gasifier)에서 바이오매스를 미정제(crude) 합성가스로 변화시키기 위해 고온 과열 수증기를 산화제와 에너지 캐리어로서 사용하고, 스프레이 타워에서 상기 미정제 합성가스를 퀀칭(quenching)하여 청정 합성가스를 최종적으로 생성하는 바이오매스의 가스화 방법에 있어서,
    a) 상기 바이오매스를 그라인딩해서 상기 가스화기 속으로 공급함과 동시에 플라즈마 토치 히터에 의해 생성되는 고온 과열 수증기를 상기 가스화기 속으로 분사시켜, 상기 가스화기를 1200-1600℃의 작동 온도에서 제어하여 상기 바이오매스를 상기 고온 과열 수증기와 완전히 접촉시켜 건조(desiccation), 활성 물질의 분리, 열분해(pyrolysis), 가스화(gasification)을 수행하여 미정제 합성가스와 재(ash)를 생성하는 단계;
    b) 상기 미정제 합성가스를 상기 스프레이 타워 속으로 전송하여, 물을 분사하여 상기 미정제 합성가스의 온도를 650-800℃까지 하강시킴으로써 상기 미정제 합성가스를 퀀칭하고, 슬래그와 타르를 응축시키고, 알칼리 금속 산화물과 산성 가스의 일부를 용해시켜, 기초 합성가스를 얻는 단계; 및
    c) 상기 기초(primary) 합성가스를 냉각, 분진 제거, 탈산, 및 건조시켜 청정 합성가스를 얻는 단계를 포함하고;
    상기 단계 a)에서, 상기 가스화기 속으로 입력되는 상기 고온 과열 수증기의 속도는 35-50m/s이고, 상기 미정제 합성가스가 가스화기에 체류하는 시간은 15-20초이고, 상기 가스화기로부터 나오는 상기 미정제 합성가스의 출력 속도는 15-20m/s인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단계 a)에서, 그라인딩된 바이오매스는 50mm×50mm 이하의 입자 크기 및 40% 이하의 수분 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 a)에서, 질소 분위기가 상기 가스화기의 공급 입구에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 a)의 상기 가스화기의 작동 온도는 1200-1400℃로 제어되고, 상기 가스화기의 작동 압력은 105-109 kPa로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 b)에 있어서, 상기 미정제 합성가스는 물에 의해 퀀칭되어 750-800℃의 온도로 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단계 c)에서, 상기 기초 합성가스는 260-320℃의 온도로 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 1의 방법에 따라 수증기에 의해 바이오매스를 가스화시키고, 물 저장 탱크(10); 워터 펌프(9); 열교환기(12); 플라즈마 토치 히터(5); 가스화기(6); 및 스프레이 타워(11)를 구비하는 가스화 장치에 있어서,
    워터 펌프(9)를 경유하여 열교환기(12)에 연결된 물 저장 탱크(10);
    열교환기(12)의 증기 출구에 연결되고, 가스화기(6)의 증기 노즐에 연결된 플라즈마 토치 히터(5);
    가스화기(6)의 재 출구(ash outlet)에 연결된 애쉬 쿨러(ash cooler)(7);
    상기 가스화기(6)의 가스 출구에 연결되고 열교환기(12)에 연결된 스프레이 타워(11);
    상기 열교환기(12)의 가스 출구에 직결로 각각 연결된 집진기(13), 탈산 타워(deacidification tower)(14), 및 건조기(desiccator)(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스화 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가스화기(6)의 공급 입구에 연결된 질소 보호 장치(4)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가스화 장치.
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 가스화기(6)에 배치되고 3-4개의 높이 레벨들로 그룹핑된 복수의 증기 노즐들을 더 구비하고,
    각각의 레벨의 증기 노즐들은 원주 방향을 따라 균등하게 접선 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 가스화 장치.
KR1020137004299A 2010-07-20 2011-07-05 수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법 KR101472855B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102340866A CN101906324B (zh) 2010-07-20 2010-07-20 生物质水蒸汽间接气化工艺及其设备
CN201010234086.6 2010-07-20
PCT/CN2011/076843 WO2012010051A1 (zh) 2010-07-20 2011-07-05 生物质水蒸汽间接气化工艺及其设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130048778A KR20130048778A (ko) 2013-05-10
KR101472855B1 true KR101472855B1 (ko) 2014-12-15

Family

ID=43261912

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137004299A KR101472855B1 (ko) 2010-07-20 2011-07-05 수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법

Country Status (15)

Country Link
US (2) US9290707B2 (ko)
EP (1) EP2597136B1 (ko)
JP (1) JP5627777B2 (ko)
KR (1) KR101472855B1 (ko)
CN (1) CN101906324B (ko)
AP (1) AP3767A (ko)
AU (1) AU2011282340B2 (ko)
BR (1) BR112013001318B1 (ko)
CA (1) CA2805966C (ko)
MX (1) MX2013000838A (ko)
MY (1) MY161951A (ko)
RU (1) RU2528848C1 (ko)
SG (1) SG188946A1 (ko)
TR (1) TR201300597T1 (ko)
WO (1) WO2012010051A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210110158A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 연세대학교 원주산학협력단 바이오원유 가스화 공정에서의 합성가스의 내 타르저감 및 합성가스의 합성가스의 조성물을 조절할 수 있는 방법 및 그 장치

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101906324B (zh) * 2010-07-20 2013-04-03 武汉凯迪控股投资有限公司 生物质水蒸汽间接气化工艺及其设备
CN101906326B (zh) * 2010-07-20 2013-03-13 武汉凯迪控股投资有限公司 生物质双炉连体裂解气化工艺及其设备
CN101906325B (zh) * 2010-07-20 2013-09-04 阳光凯迪新能源集团有限公司 生物质低温裂解高温气化工艺及其设备
CN102167986B (zh) * 2011-03-17 2013-04-17 开滦能源化工股份有限公司 提供热电气的公用工程岛
CN102311810A (zh) * 2011-08-22 2012-01-11 中南大学 一种生物质高温熔融气化的方法及其装置
CA2877691C (en) * 2012-06-26 2018-06-12 Lummus Technology Inc. Two stage gasification with dual quench
US9102885B2 (en) * 2013-07-26 2015-08-11 Renmatix, Inc. Method of transporting viscous slurries
RU170523U1 (ru) * 2015-08-21 2017-04-27 Борис Владимирович Романов Энергопроизводящая печь длительного горения "вартовчанка"
CN106010671B (zh) * 2016-06-29 2021-07-30 华中农业大学 一种集约型生物质热解气化燃气净化装置
CN106381164B (zh) * 2016-11-25 2018-11-13 刘绥成 生物质资源处理方法
CN106861328B (zh) * 2017-03-16 2019-04-09 广东正鹏生物质能源科技有限公司 一种生物质气化燃烧装置净化系统
CN107011949A (zh) * 2017-06-01 2017-08-04 河北凯跃化工集团有限公司 一种提高半水煤气除尘质量的方法及装置
PL3498665T3 (pl) * 2017-12-18 2021-04-06 Clariant International Ltd Sposób otrzymywania gazu syntezowego
CN108102725B (zh) * 2018-01-02 2022-03-08 武汉恩孚水务有限公司 一种热解气化炉的热解速度控制方法
CN109370653A (zh) * 2018-10-29 2019-02-22 董林妤 一种生物质气化合成气的制取方法及其设备
CN110643394A (zh) * 2019-10-28 2020-01-03 济南黄台煤气炉有限公司 一种带压富氧循环流化床气化工艺方法与系统
CN111019711B (zh) * 2019-12-16 2021-09-14 武汉科技大学 一种生活垃圾热裂解气化工艺
RU2741004C1 (ru) * 2020-04-24 2021-01-22 Леонид Григорьевич Кузнецов Комплекс для переработки твердых органических отходов
CN112377915A (zh) * 2020-10-21 2021-02-19 南京德仓生态技术有限公司 一种有机废弃物气化处理系统及方法
CN112708477B (zh) * 2021-01-05 2023-07-04 昆明理工大学 提高高炉煤气燃烧热值同时脱除有机硫和无机硫的方法
KR102601811B1 (ko) * 2022-11-16 2023-11-14 주식회사 비츠로넥스텍 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템 및 방법
CN117897236A (zh) 2023-07-20 2024-04-16 米凯·亚历山大维奇·米山尼诺夫 用于处理废物的装置的反应器
US11984237B1 (en) 2023-07-20 2024-05-14 Mikhail Aleksandrovich Meshchaninov Source of charged particles

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002363577A (ja) * 2001-06-05 2002-12-18 Kawasaki Steel Corp ガス化改質方式における廃棄物中の塩素分の処理方法
JP2004051258A (ja) * 2002-07-17 2004-02-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 粉粒体供給装置
WO2004048851A1 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 David Systems Technology, S.L. Integrated plasma-frequency induction process for waste treatment, resource recovery and apparatus for realizing same
WO2005021474A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-10 Pearson Technologies, Inc. Process and apparatus for the production of useful products from carbonaceous feedstock

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0001857A1 (de) * 1977-10-31 1979-05-16 PPS Polyvalent Patent Service AG, Anlage und Verfahren zur kontinuierlichen Erzeugung von hochwertigem Generator- und Wassergas
AU516020B2 (en) * 1978-05-31 1981-05-14 Texaco Development Corp. Utilizing sensible heat in partial oxidation of fuels
JP2003147373A (ja) * 2001-11-13 2003-05-21 Eco Technos:Kk プラズマによる有機物のガス化方法
RU2233312C1 (ru) * 2002-12-16 2004-07-27 Государственное унитарное предприятие Научно-производственное объединение "Гидротрубопровод" Способ получения синтез-газа из водоугольной суспензии
JP4255279B2 (ja) * 2002-12-27 2009-04-15 独立行政法人科学技術振興機構 固体燃料ガス化システム
CN1477090A (zh) * 2003-05-16 2004-02-25 中国科学院广州能源研究所 生物质间接液化一步法合成二甲醚的方法
US7452392B2 (en) * 2003-11-29 2008-11-18 Nick Peter A Process for pyrolytic heat recovery enhanced with gasification of organic material
CA2610808A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Plasco Energy Group Inc. A system for the conversion of coal to a gas of a specified composition
WO2006128285A1 (en) * 2005-06-03 2006-12-07 Plasco Energy Group Inc. A system for the conversion of carbonaceous feedstocks to a gas of a specified composition
GB2423079B (en) * 2005-06-29 2008-11-12 Tetronics Ltd Waste treatment process and apparatus
CN100335593C (zh) * 2005-08-24 2007-09-05 王华峰 一种生物质热解气化、净化方法
DE102006007458B4 (de) * 2006-02-17 2010-07-08 Native Power Solutions Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Vergasen von kohlenstoffhaltigem Material sowie Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie
NZ573217A (en) * 2006-05-05 2011-11-25 Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch A facility for conversion of carbonaceous feedstock into a reformulated syngas containing CO and H2
EP2015859A4 (en) * 2006-05-05 2010-09-29 Plascoenergy Ip Holdings Slb GAS CONDITIONING SYSTEM
CN1869157A (zh) * 2006-06-21 2006-11-29 广西大学 一种用木质纤维素类生物质制取可燃气体的方法
CN201006868Y (zh) * 2006-12-30 2008-01-16 中国石油大学(北京) 一种煤和生物质多射流复合式流化床气化装置
US7833512B2 (en) * 2007-01-16 2010-11-16 Peter Pulkrabek Production of synthesis gas from biomass and any organic matter by reactive contact with superheated steam
RU2346026C2 (ru) * 2007-04-06 2009-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Альтернативные энергетические системы" Способ получения синтез-газа и полукокса пиролизом биомассы
US9074152B2 (en) * 2007-09-12 2015-07-07 General Electric Company Plasma-assisted waste gasification system
CN101191060B (zh) * 2007-11-23 2011-04-27 合肥天焱绿色能源开发有限公司 一种由固体生物质制备合成气的方法和设备
EP2265696A2 (de) * 2008-02-28 2010-12-29 Krones AG Verfahren und vorrichtung zur umwandlung kohlenstoffhaltiger rohstoffe
US20110041404A1 (en) * 2008-03-14 2011-02-24 Atomic Energy Council - Institute Of Nuclear Energy Research Plasma-based apparatus for gasifying bio-waste into synthetic gas
US8100996B2 (en) * 2008-04-09 2012-01-24 Velocys, Inc. Process for upgrading a carbonaceous material using microchannel process technology
US8378151B2 (en) * 2009-06-09 2013-02-19 Sundrop Fuels, Inc. Systems and methods for an integrated solar driven chemical plant
EP2452123A1 (en) * 2009-07-06 2012-05-16 Peat International, INC. Apparatus for treating waste
US20110162278A1 (en) * 2010-01-06 2011-07-07 General Electric Company System for removing fine particulates from syngas produced by gasifier
US8592492B2 (en) * 2010-03-08 2013-11-26 Praxair Technology, Inc. Using fossil fuels to increase biomass-based fuel benefits
US8667914B2 (en) * 2010-05-07 2014-03-11 Advanced Plasma Power Limited Waste treatment
CN201770674U (zh) * 2010-07-20 2011-03-23 武汉凯迪控股投资有限公司 生物质水蒸气间接气化设备
CN101906324B (zh) * 2010-07-20 2013-04-03 武汉凯迪控股投资有限公司 生物质水蒸汽间接气化工艺及其设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002363577A (ja) * 2001-06-05 2002-12-18 Kawasaki Steel Corp ガス化改質方式における廃棄物中の塩素分の処理方法
JP2004051258A (ja) * 2002-07-17 2004-02-19 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 粉粒体供給装置
WO2004048851A1 (en) * 2002-11-25 2004-06-10 David Systems Technology, S.L. Integrated plasma-frequency induction process for waste treatment, resource recovery and apparatus for realizing same
WO2005021474A1 (en) * 2003-08-21 2005-03-10 Pearson Technologies, Inc. Process and apparatus for the production of useful products from carbonaceous feedstock

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210110158A (ko) * 2020-02-28 2021-09-07 연세대학교 원주산학협력단 바이오원유 가스화 공정에서의 합성가스의 내 타르저감 및 합성가스의 합성가스의 조성물을 조절할 수 있는 방법 및 그 장치
KR102444094B1 (ko) 2020-02-28 2022-09-16 연세대학교 원주산학협력단 바이오원유 가스화 공정에서의 합성가스의 내 타르저감 및 합성가스의 합성가스의 조성물을 조절할 수 있는 방법 및 그 장치

Also Published As

Publication number Publication date
MX2013000838A (es) 2013-06-28
EP2597136B1 (en) 2018-10-24
MY161951A (en) 2017-05-15
US20160145514A1 (en) 2016-05-26
AP3767A (en) 2016-07-31
US20130125463A1 (en) 2013-05-23
US9290707B2 (en) 2016-03-22
AP2013006726A0 (en) 2013-02-28
KR20130048778A (ko) 2013-05-10
EP2597136A1 (en) 2013-05-29
AU2011282340B2 (en) 2014-09-25
CN101906324A (zh) 2010-12-08
CA2805966C (en) 2019-01-15
RU2013107371A (ru) 2014-08-27
JP2013531121A (ja) 2013-08-01
AU2011282340A1 (en) 2013-02-28
BR112013001318B1 (pt) 2018-12-04
TR201300597T1 (tr) 2013-10-21
CA2805966A1 (en) 2012-01-26
US9822319B2 (en) 2017-11-21
JP5627777B2 (ja) 2014-11-19
SG188946A1 (en) 2013-05-31
EP2597136A4 (en) 2014-01-08
RU2528848C1 (ru) 2014-09-20
CN101906324B (zh) 2013-04-03
WO2012010051A1 (zh) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101472855B1 (ko) 수증기를 이용한 바이오매스의 간접 가스화기 및 방법
KR101472859B1 (ko) 저온 바이오매스 열분해 및 고온 바이오매스 가스화기 및 방법
KR101437425B1 (ko) 상호 연결된 2개의 퍼니스들을 통해 바이오매스 열분해 가스화를 위한 방법 및 장치
US9458398B2 (en) Heat recovery systems for biomass gasification systems
CN201770674U (zh) 生物质水蒸气间接气化设备
KR20140080453A (ko) 열 교환기가 구비된 순환 유동층 가스화기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170927

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181206

Year of fee payment: 5