KR101626175B1 - 합성가스를 생산하기 위한 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응기, 및 상기 반응기와 유체공학적으로 연결되어 있는 가스 쿨러/세척기를 가진, 합성가스를 생산하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 한편으로는 반응기와 다른 한편으로는 가스 쿨러/세척기 간의 가능한 한 콤팩트한 연결을 형성하는 것이며, 이때 상이한 온도들에 의해 발생하는 열팽창이 흡수되도록 하는 것이다. 상기 목적은 반응기 (1) 와 가스 쿨러/세척기 (7) 간의 연결이 벤투리 요소로서 형성된 스로틀 요소 (6) 를 가진 수평 연결피스 (5) 에 의해 형성됨으로써 달성된다.

Description

합성가스를 생산하기 위한 시스템 {SYSTEM FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS}
본 발명은 반응기 (reactor), 및 상기 반응기와 유체공학적으로 연결되어 있는 (fluidically connected) 가스 쿨러 (gas cooler)/세척기를 가진, 합성가스를 생산하기 위한 시스템에 관한 것이다.
이러한 유형의 시스템은 매우 다양한 디자인과 구성으로 공지되어 있다.
합성가스를 생산할 수 있는 가능성은 산소 함유 가스를 갖고 탄소 함유 연료를 가스화하는 것이다. 이때 일산화탄소 함유 가스가 발생하며, 상기 가스는 출발 가스에 수증기가 혼합되면 또한 수소를 포함할 수 있다. 탄소 함유 연료는 합성가스 생산을 위해 가늘게 갈리고, 높은 온도에서의 분류층 가스화 또는 유동층 가스화에서 전환된다. 이렇게 하여 생산된 합성가스는 제조 공정으로 인해 미세 입자 및 산성가스로 오염되며, 따라서 일반적으로 가스 세척 공정이 뒤따른다. 상기 가스 세척 공정은 가스 스크러버 안에서 실행되며, 여기에서는 얻어진 상기 가스가 화학적 또는 물리적 세척용 액체로 세척된다.
반응기와 가스 스크러버 간의 연결은 관 라인들에 의해 자주 수행되며, 상기 관 라인들은 반응기로부터 가스 스크러버로의 공간적인 거리로 인해 길고, 구불구불하며, 그리고 상기 관 라인들에서는 추가적인 열팽창이 구조적으로 고려되어야만 한다. 결국, 긴 관 연결은 시스템의 설치시 재료의 소모를 크게 한다. 이러한 이유로 인해, 관 연결의 설치시, 짧아진 디자인이 추구된다.
본 발명의 목적은, 한편으로는 반응기와 다른 한편으로는 가스 쿨러 또는 세척기 간의 가능한 한 콤팩트한 연결을 가능하게 하고, 이때 상이한 온도들에 의해 발생하는 열팽창이 흡수되도록 하는 해결책을 제공하는 것이다.
이 목적은, 도입부에 언급된 유형의 시스템에 있어서, 반응기와 가스 쿨러/세척기 간의 연결이 벤투리 요소 (venturi element) 로서 형성된 스로틀 요소를 가진 수평 연결피스에 의해 형성되어 있음으로써 달성된다.
이러한 수평 "짧은 연결" 은 일련의 장점을 갖는다. 즉, 가스 흐름은 반응기 밖으로 측면으로 배출될 수 있고, 그리고 수평 방향에서 가스 세척을 위한 장치 안으로 안내될 수 있다.
본 발명의 개선형태에 따르면, 내부에 놓여 있는 상기 스로틀 요소는 조절 가능하게 형성되어 있다.
이를 위해, 본 발명의 특별한 구현형태에 따르면, 반응기는 고정식 (stationary) 으로 설치되어 있으며, 이때 상기 연결피스는 고정점 (fixed point) 을 형성하는, 반응기에서의 재킷 프레임 (jacket frame) 의 영역에 배치되어 있고, 그리고 상기 가스 쿨러/세척기에는 수평 운동을 보장하는 베어링들이 제공되어 있다.
이 이외에, 수평 연결은 케이킹 (caking), 침전물 및 침식이 덜 발생한다는 장점을 갖는다. 상기 연결피스는, 미세먼지 분리의 흐름 조절 품질을 통해 상이한 가스흐름들에 보다 잘 적응할 수 있기 위해 수평으로 놓여 있는 하나 또는 다수의 요소를 갖추고 있을 수 있으며, 상기 요소들은 외부에 놓여 있는 조절장치를 통한 관류 횡단면을 변경할 수 있다. 상기 요소들은 조정 요소들 또는 스로틀 요소들로서 형성되어 있을 수 있다.
그 밖의 구현형태에서, 상기 연결피스는 가스 쿨러/세척기의 헤드 영역 (head area) 에 배치되어 있으며, 이때 중력 방향과 반대로 스크러버를 관류하기 위해 가스는 재킷쪽에서 및/또는 중앙에서 스크러버 배스킷 (scrubber basket) 에서 또는 상기 스크러버 배스킷을 통해 아래쪽으로 안내된다.
또한, 본 발명은 반응기로부터의 가스가 가스 세척에 공급되는, 합성가스를 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 가스가 중력 방향으로부터 위쪽으로 방향전환되며, 그리고 수평, 경우에 따라서는 벤투리 스크러버로서 형성된 관을 통해 가스 쿨러/세척기의 헤드 영역 안으로 공급되고, 그곳에서 중앙에서 또는 재킷쪽에서 스크러버 배스킷을 지나 또는 이것을 관통하여 가스 스크러버의 바닥 안으로 안내되며, 그리고 중력 방향과 반대로 스크러버 배스킷을 통해 안내되고, 그리고 그곳으로부터, 세척된 합성가스로서 계속 운반됨으로써 그 탁월함을 나타낸다.
본 발명의 그 밖의 특징들, 상세 내용 및 장점들을 하기의 설명 및 도면을 참조로 설명한다.
도 1 및 도 2 는 스크러버와 연결되어 있는 석탄 가스화 반응기의 2 개의 개략적인 도면이다.
도 1 은 석탄 가스화 반응기를 보이고 있으며, 상기 석탄 가스화 반응기는 본 발명에 따른 연결피스를 통해 가스 스크러버와 연결되어 있다. 석탄 가스화 반응기 (1) 안에서는 석탄 가스화 반응이 탄소 함유 연료 (2) 및 산소 함유 반응가스 (3) 의 첨가하에 실행된다. 합성가스는 반응기 구역 (1a) 을 떠나가며, 외부 매체 (foreign medium) 의 첨가에 의해 냉각 구역 (4) 안에서 냉각된다. 이때, 냉각된 합성가스 (4a) 가 얻어진다. 생성되는 고체의 대부분은 반응기 안에서 아래쪽을 향해 배출된다 (4b).
상기 합성가스는 방향전환되며, 스로틀 요소 (6) 를 포함하고 있는 연결피스 (5) 안으로 안내된다. 상기 스로틀 요소는 관류하는 가스에 벤투리 효과를 가하도록 형성되어 있다. 상기 가스는 벤투리 스크러버를 떠나가며, 그리고 가스 스크러버에게 공급된다. 상기 연결관의 출구 뒤에서 상기 가스는 방향전환된다 (6a). 상기 가스는 가스 스크러버벽 (7) 과 가스 스크러버 배스킷 (8) 또는 내부 관 사이의 환형 공간 (7a) 안으로 들어간다. 상기 가스 스크러버의 바닥에서 가스는 방향전환되고, 그리고 가스 스크러버 배스킷 (8) 안에서 위쪽으로 흐른다. 상기 가스는 배출 접합관 (9) 을 통해 상기 가스 스크러버 배스킷을 떠나간다. 세척된 합성가스 (10) 가 얻어진다. 상기 연결피스의 열팽창을 흡수하기 위해, 상기 가스 스크러버는 롤러 베어링 (7b, 7c) 들 위에 지지되어 있다. 열팽창을 흡수하기 위해, 다른 장치들, 예컨대 슬라이딩 플레이트 (sliding plate) 등등이 제공될 수도 있다.
도 2 는 석탄 가스화 반응기를 보이고 있으며, 상기 석탄 가스화 반응기는 본 발명에 따른 연결피스를 통해 가스 스크러버와 연결되어 있다. 석탄 가스화 반응기 (1) 안에서는 석탄 가스화 반응이 탄소 함유 연료 (2) 및 산소 함유 반응가스 (3) 의 첨가하에 실행된다. 합성가스는 반응기 구역 (1a) 을 떠나가며, 외부 매체의 첨가에 의해 냉각 구역 (4) 안에서 냉각된다. 이때, 냉각된 합성가스 (4a) 가 얻어진다. 생성되는 고체의 대부분은 반응기 안에서 아래쪽을 향해 배출된다 (4b).
상기 합성가스는 방향전환되며, 스로틀 요소 (6) 를 포함하고 있는 연결피스 (5) 안으로 안내된다. 상기 스로틀 요소는 관류하는 가스에 벤투리 효과를 가하도록 형성되어 있다. 상기 가스는 벤투리 스크러버를 떠나 가스 스크러버 (7) 안으로 들어간다. 이때, 상기 가스는 스크러버 안에서 내부에 놓여 있는 관을 통해 아래쪽으로 가스 스크러버의 바닥 (8b) 까지 방향전환된다. 상기 스크러버의 바닥에서 상기 가스는 방향전환되며, 측면 스크러버 배스킷 (7a) 들을 통해, 흐르고 있는 액체와 반대로 위쪽으로 흐른다.
상기 가스는 위쪽으로 측면 스크러버 배스킷 (8) 들을 떠나가며, 이것들 밖으로 흘러나오고, 그리고 스크러버를 떠나가며, 스크러버 커버에 안착하고 있는 배출 접합관 (9) 밖으로 나간다. 세척된 합성가스 (10) 가 얻어진다. 이 경우에도, 상기 연결피스의 열팽창을 흡수하기 위해 가스 스크러버는 롤러 베어링 (7b, 7c) 들 위에 지지되어 있다.
물론 본 발명은 상기 설명된 실시예들에 제한되어 있지 않다. 특히 수평 연결관 안에는 열팽창을 흡수하는 도시되어 있는 내부 구조물과는 다른 것들이 제공될 수도 있으며, 운동을 가능하게 하는 베어링들은 다른 방식으로 설계될 수도 있고, 반응기와 스크러버의 경우에 따라 제공된 공통의 조립 받침대는 여기에 더 이상 도시되어 있지 않다.
1 : 석탄 가스화 반응기
2 : 가늘게 갈린 탄소 함유 연료
3 : 산소 함유 반응가스
4 : 냉각 구역 또는 퀀칭 구역
4a : 생 (raw) 합성가스
4b : 가스화 반응으로부터 생성되는 고체
5 : 관 유형의 연결피스
6 : 스로틀 요소
6a : 가스 스크러버 입구에서 방향전환된 합성가스 흐름
6b : 제어용 연결레버
6c : 제어 요소로서의 연결레버
7 : 가스 스크러버
7a : 환형 공간
7b : 가스 스크러버를 위한 롤러 베어링
7c : 가이드 요소
8 : 스크러버 배스킷
8a : 내부에 놓여 있는 관
8b : 가스 스크러버의 바닥
9 : 가스 출구
10 : 세척된 합성가스

Claims (5)

  1. 반응기, 및 상기 반응기와 유체공학적으로 연결되어 있는 가스 쿨러/세척기를 가진, 합성가스를 생산하기 위한 시스템에 있어서,
    반응기 (1) 와 가스 쿨러/세척기 (7) 간의 연결은 벤투리 요소로서 형성된 스로틀 요소 (6) 를 가진 수평 연결피스 (5) 에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 합성가스를 생산하기 위한 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    내부에 놓여 있는 스로틀 요소 (6) 는 조절 가능하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 (1) 는 고정식으로 설치되어 있으며, 이때 연결피스 (5) 는 고정점을 형성하는, 반응기 (1) 에서의 재킷 프레임의 영역에 배치되어 있고, 그리고 가스 쿨러/세척기 (7) 에는 수평 운동을 보장하는 베어링 (7b) 들이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 연결피스 (1) 는 가스 쿨러/세척기 (7) 의 헤드 영역에 배치되어 있으며, 이때 중력 방향과 반대로 스크러버를 관류하기 위해 가스는 재킷쪽에서 및/또는 중앙에서 스크러버 배스킷 (8) 에서 또는 상기 스크러버 배스킷을 통해 아래쪽으로 안내되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 반응기로부터의 가스가 가스 세척에 공급되는, 합성가스를 생산하기 위한 방법에 있어서,
    가스는 중력 방향으로부터 위쪽으로 방향전환되며, 그리고 수평, 경우에 따라서는 벤투리 스크러버로서 형성된 관을 통해 가스 쿨러/세척기의 헤드 영역 안으로 공급되고, 그곳에서 중앙에서 또는 재킷쪽에서 스크러버 배스킷을 지나 또는 이것을 관통하여 가스 스크러버의 바닥 안으로 안내되며, 그리고 중력 방향과 반대로 스크러버 배스킷을 통해 안내되고, 그리고 그곳으로부터, 세척된 합성가스로서 계속 운반되는 것을 특징으로 하는 합성가스를 생산하기 위한 방법.
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