KR101634586B1 - 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치 및 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법 - Google Patents

스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치 및 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 질소가스를 슬루스조 및 저장조로 주입하는 구성을 통해 유해가스의 스트리핑과 비산회의 냉각 기능을 각각 슬루스조 및 저장조로 이관함으로써 압력 균형 등의 제어가 필요한 별도의 스트리핑/냉각 설비를 생략할 수 있어, 설비 원가가 절감되고, 제어 방식을 보다 단순화할 수 있는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치와 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법에 관한 것이다.

Description

스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치 및 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법{An apparatus for removing fly ash of gasifier using simplified stripping and cooling equipments and a method for removing fly ash of gasifier using simplified stripping and cooling steps}
본 발명은 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 기술에 관한 것으로서, 구체적으로는 질소가스를 슬루스조 및 저장조로 주입하는 구성을 통해 유해가스의 스트리핑과 비산회의 냉각 기능을 각각 슬루스조 및 저장조로 이관함으로써 압력 균형 등의 제어가 필요한 별도의 스트리핑/냉각 설비를 생략할 수 있어, 설비 원가가 절감되고, 제어 방식을 보다 단순화할 수 있는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치와 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법에 관한 것이다.
현대에는 탄산 가스에 대한 규제가 강화되는 등 환경오염을 방지할 수 있는 방법들이 요구됨에 따라, 이산화탄소 등의 지구 온난화 기체, 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx) 등의 공해 물질의 방출을 줄이는 기술에 대한 연구가 주목받고 있다.
그 중, 미분탄을 사용하는 화력 발전 대신 가스화 기술을 이용함으로써 에너지를 청정하고 효율적으로 발생시킬 수 있는 발전 방법인 석탄가스화 복합 발전(Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC)이 각광받고 있는데, 석탄가스화 복합 발전이란 석탄과 같은 탄화수소 공급 원료를 불완전 연소시켜 가연성 기체 연료(합성가스, syngas)를 생성하여 가스터빈 또는 스팀터빈을 작동시킴으로써 전기 등의 에너지를 생산하는 발전 방식이다.
이러한 석탄가스화 복합 발전 방식을 이용하는 석탄가스화 복합발전 설비는 기존의 유연탄 화력발전 방식에 비하여 황산화물, 질소산화물 및 분진 등의 배출량을 크게 감소시킬 수 있어 환경적으로 고청정한 설비이다.
또한, 슬래그와 탈황 공정에서 만들어지는 황(S) 원소를 회수하여 경제성 있는 부산물로 활용할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 석탄가스화 복합 발전 설비는 고압에서 미분탄과 산화제 등을 반응시켜 석탄 가스를 추출하는 석탄가스화 반응기(reactor) 등의 석탄가스화기(gasifier)를 포함하며, 석탄가스화기란 구체적으로 연료, 공기 또는 산소, 증기, 석회석 또는 기타 플루산트(fluxant)와 같은 고형물의 혼합물을 불완전 연소 반응시켜 합성가스라고 불리는 부분연소 가스 및 슬래그의 생성물로 전환하기 위한 장치이다.
이와 같이 석탄가스화기에서 합성가스가 생성되는 과정에서는 재(ash)가 발생하는데, 이러한 재는 저회(bottom ash) 및 슬래그(slag)와 비산회(fly ash)로 구분된다.
저회는 석탄가스화기의 하부로 낙하하여 포집되는 반면, 비산회는 합성 가스에 혼합되어 유동하기 때문에, 여과조(filter vessel)를 포함한 비산회 제거 설비에 의해 분리배출되어야 한다.
다만, 비산회에는 일산화탄소(CO) 등의 유해가스가 포함되어 있기 때문에 비산회를 배출하기 전에 이러한 유해가스를 분리하는 과정이 필요하며, 분리된 유해가스를 외부로 배출할 때도 그 독성을 약화시킬 방법이 필요하다.
도 1은 종래에 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
석탄가스화기(1)에서 발생한 합성가스는 여과조(2)를 통과하면서 여과되고, 상기 합성가스에 포함된 고온/고압의 비산회가 여과조(2)에 포집된다.
포집된 비산회는 여과조(2)에 연결된 슬루스조(sluicing vessel)(3)로 이동하여 감압되는데, 이때 고압(High Pressure, HP)의 질소가스가 슬루스조(3)로 공급된 후 감압됨으로써 비산회에 포함된 대부분의 기체가 슬루스조(3) 외부로 배출된다.
감압된 비산회는 슬루스조(3)에 연결된 스트리핑/냉각조(stripping and cooling vessel)(4)로 이동하여, 상기 비산회에 포함된 유해가스가 스트리핑을 통해 분리배출됨과 동시에 냉각되는데, 이는 상기 스트리핑/냉각조(4)로 공급되는 질소가스에 의해 수행된다.
유해가스가 분리 및 냉각된 비산회는 저장조(5)로 이동하여 임시 저장된 후, 최종적인 저장 장소로 이동하거나 외부로 배출된다.
한편, 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 기체, 스트리핑/냉각조(4)에서 비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스는 상기 슬루스조(3) 및 스트리핑/냉각조(4)로부터 각각 배출되어 기타 가스 처리시설(14)로 공급되는데, 이때 각 라인의 필터(6, 7)를 통과함으로써 유해물질이 추가적으로 여과된다.
이러한 종래의 기술은 비산회의 스트리핑 및 냉각 과정이 수행되기 위한 별도의 스트리핑/냉각조(4)를 필요로 하기 때문에, 설비 원가가 높고, 스트리핑/냉각조(4) 및 이와 연결되는 각 장비의 압력 균형 등을 맞추기 위한 제어가 복잡하다는 문제점이 있었다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 기술에 있어서, 유해가스의 스트리핑과 비산회의 냉각 기능을 각각 슬루스조 및 저장조로 이관함으로써 압력 균형 등의 제어가 필요한 별도의 스트리핑/냉각 설비를 생략할 수 있어, 설비 원가가 절감되고, 제어 방식을 보다 단순화할 수 있는 석탄가스화기의 비산회 제거 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 석탄가스화기(1)에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치를 제공하며, 구체적으로는 석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스가 여과되어 상기 합성가스에 포함된 비산회가 포집되는 여과조(2), 상기 여과조(2)에 연결되어 포집된 비산회가 감압된 후 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 스트리핑(stripping)을 통해 분리배출되는 슬루스조(3) 및 상기 슬루스조(3)에 연결되어 유해가스가 분리된 비산회가 냉각 및 임시 저장되는 저장조(5)를 포함하는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 제공한다.
이때, 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)에는 질소(N2)가스가 주입되고, 주입되는 질소가스의 압력과 유량을 제어함으로써 상기 유해가스의 스트리핑 및 비산회의 냉각이 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)로 주입되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것이 바람직하다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스가 상기 슬루스조로(3)부터 배출되는 라인(a) 상에 설치되어 상기 유해가스 및 질소가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 양을 측정하는 일산화탄소 센서(31), 상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치되어, 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제1 밸브(23) 및 상기 일산화탄소 센서(31)에 측정되는 값이 설정된 값에 미달하면 상기 제1 밸브(23)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제1 제어부(32)를 더 포함할 수 있다.
또한, 냉각된 비산회의 온도를 측정하는 온도 센서(33), 상기 저장조(5)로 질소가스를 주입하는 라인(d) 상에 설치되어 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제2 밸브(24) 및 상기 온도 센서(33)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면 상기 제2 밸브(24)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제2 제어부(34)를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 상기 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 통과하면서 유해물질이 여과되는 필터(6)를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 가스 혼합물의 압력을 측정하는 압력 센서(35), 상기 가스 혼합물을 상기 필터(6)로 공급하는 라인(f) 상에 설치되어 상기 가스 혼합물의 유량을 조절하는 제3 밸브(26) 및 상기 압력 센서(35)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면 상기 제3 밸브(26)를 닫아 상기 가스 혼합물의 유량을 감소시키는 방식으로 제어하는 제3 제어부(36)를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명은 상기 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 상기 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 연소되어, 상기 가스 혼합물에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 연소탑(8)을 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 다른 실시예에 따라 석탄가스화기(1)에서 발생하는 비산회를 제거하는 방법을 제공하며, 구체적으로는 (a) 석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스가 여과조(2)에서 여과되어 상기 합성가스에 포함된 비산회가 포집되는 단계, (b) 포집된 비산회가 상기 여과조(2)에 연결된 슬루스조(3)에서 감압되는 단계, (c) 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 상기 슬루스조(3)에서 스트리핑을 통해 분리배출되는 단계, (d) 유해가스가 분리된 비산회가 상기 슬루스조(3)에 연결된 저장조(5)에서 냉각 및 임시 저장되는 단계를 포함하는 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법을 제공할 수 있다.
이때, 상기 (c) 및 (d) 단계의 스트리핑 및 냉각은 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)에 주입되는 질소(N2)가스의 압력과 유량을 제어하여 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 및 (d) 단계에서 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)로 주입되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것이 바람직하다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 방법은 상기 (c) 단계에서 비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 양을 측정하는 단계 및 측정된 일산화탄소의 양이 설정된 값에 미달하면 상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치된 제1 밸브(23)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (d) 단계에서 냉각된 비산회의 온도를 측정하는 단계 및 측정된 온도가 설정된 값을 초과하면, 상기 저장조(5)로 질소가스를 주입하는 라인(d) 상에 설치된 제2 밸브(24)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 (c) 및 (d) 단계에서 발생하는 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 필터(6)를 통과하면서 유해물질이 여과되는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 가스 혼합물의 압력을 측정하는 단계 및 측정된 압력이 설정된 값을 초과하면, 상기 가스 혼합물을 상기 필터(6)로 공급하는 라인(f) 상에 설치된 제3 밸브(26)를 닫아 상기 가스 혼합물의 유량을 감소시키는 방식으로 제어하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
한편, 본 발명은 상기 (c) 및 (d) 단계에서 발생하는 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 연소탑(8)에서 연소되어, 상기 가스 혼합물에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치 및 방법에 있어서, 질소가스를 슬루스조 및 저장조로 주입하는 구성을 통해 유해가스의 스트리핑과 비산회의 냉각 기능을 각각 슬루스조 및 저장조로 이관함으로써 압력 균형 등의 제어가 필요한 별도의 스트리핑/냉각 설비를 생략할 수 있어, 설비 원가가 절감되고, 제어 방식을 보다 단순화할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 종래에 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 일산화탄소 센서(31) 및 온도 센서(33) 등을 더 포함하는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 압력 센서(35) 등을 더 포함하는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서 전체에서, 특정 부재의 "상류 측"이라는 용어는 임의의 기체 또는 유체가 특정 부재로 유입되어 들어오는 모든 방향을 의미하며, 마찬가지로 특정 부재의 "하류 측"이라는 용어는 임의의 기체 또는 유체가 특정 부재로부터 배출되어 나가는 모든 방향을 의미한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 실시될 수도 있고 실질적으로 동시에 실시될 수도 있으며 반대의 순서대로 실시될 수도 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재를 통과하도록 위치하는 것으로 해석될 수 있음은 물론, 다른 부재가 어떤 부재를 통과하도록 위치하는 것으로도 해석될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명은 석탄가스화기에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치에 관한 것으로서, 도 2에 나타난 바와 같이 석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스가 여과되어 상기 합성가스에 포함된 비산회가 포집되는 여과조(2), 상기 여과조(2)에 연결되어 포집된 비산회가 감압된 후 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 스트리핑을 통해 분리배출되는 슬루스조(3) 및 상기 슬루스조(3)에 연결되어 유해가스가 분리된 비산회가 냉각 및 임시 저장되는 저장조(5)를 포함할 수 있다.
먼저, 석탄가스화기(1)에서는 고온/고압의 합성가스(syngas)와 함께 비산회(fly ash) 등의 재가 생성되는데, 이러한 합성가스 및 비산회에는 일산화탄소(CO), 수소(H2), 소량의 이산화탄소(CO2) 등이 포함되어 있다.
생성된 합성가스는 여과조(filter vessel)(2)를 통과하면서 상기 합성가스에 포함된 고온/고압의 비산회가 여과되는데, 이러한 비산회는 상기 여과조(2)에 포집되고, 여과조(2)를 통과한 합성가스는 합성가스 공급처(11)로 보내진다.
포집된 비산회는 여과조(2)에 연결된 슬루스조(sluicing vessel)(3)로 이동하여 감압된 후, 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 스트리핑(stripping)을 통해 분리배출되는 과정을 거치게 된다.
이때 상기 유해가스의 스트리핑은 질소(N2)가스에 의해 수행될 수 있는데, 질소가스 공급원(13)으로부터 상기 슬루스조(3)로 주입되는 질소가스가 비산회에 포함된 유해가스와 접촉하여 비산회로부터 분리해냄으로써 스트리핑이 수행된다.
상기 슬루스조(3)로 주입되어 스트리핑에 사용되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것이 바람직하며, 이러한 저압 질소가스는 상대적으로 고압인 질소가스에 비해 단가가 저렴하다는 장점이 있다.
또한, 상기 유해가스란 일산화탄소(CO) 등의 유독성 물질 또는 오염 물질을 포함한 가스 혼합물을 의미한다.
한편, 슬루스조(3)에서 비산회가 감압되기 전에, 고압(High Pressure, HP)의 질소가스가 고압 질소가스 공급원(12)으로부터 슬루스조(3)로 공급된 후 감압됨으로써 비산회에 포함된 대부분의 기체가 슬루스조(3) 외부로 배출되도록 구성할 수 있는데, 이 경우 스트리핑 과정에서는 비산회의 감압 후에 비산회에 잔류하는 유해가스가 분리배출된다.
유해가스가 분리된 비산회는 상기 슬루스조(3)와 연결된 저장조(5)로 이동하며, 상기 저장조(5)에서 냉각 및 임시 저장된다.
이때, 상기 비산회의 냉각 또한 질소가스 공급원(13)으로부터 상기 저장조(5)로 주입되는 질소가스에 의해 수행될 수 있다.
또한, 상기 저장조(3)로 주입되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것이 바람직하다.
이러한 저장조(5)는 냉각된 비산회를 최종적인 저장 장소(15)로 이송하거나 외부로 배출하기 전에 일시적으로 저장하는 완충 역할도 한다. 통상적인 석탄가스화 복합 설비 내의 저장조(5)는 최대 약 250 ℃의 온도를 갖는 비산회를 저장할 수 있다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 또한, 상기 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 상기 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 통과하면서 유해물질이 여과되는 필터(6) 및 상기 가스 혼합물이 연소되어 상기 가스 혼합물에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 연소탑(8)을 더 포함할 수 있다.
슬루스조(3)에서는 비산회로부터 분리된 유해가스와 스트리핑에 사용된 질소가스가 배출되며, 저장조(5)에서는 비산회의 냉각에 사용된 질소가스가 배출되는데, 이러한 가스들이 혼합된 가스 혼합물들은 필터(6)를 통해 유해물질이 여과되는 과정을 거치게 된다.
이때, 슬루스조(3)에서 미처 분리되지 못한 유해가스가 잔류되어 있다가 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스와 함께 배출될 수 있기 때문에, 상기 저장조(5)에서 배출되는 질소가스도 필터(6)를 통과함으로써 유해물질이 여과되도록 하는 것이다.
또한, 상기 가스 혼합물은 일산화탄소를 포함하고 있어, 외부로 바로 배출하는 것은 바람직하지 않기 때문에, 연소탑(flare stack)에서 연소시켜 일산화탄소를 이산화탄소로 전환함으로써 외부로 배출하는 것이 바람직하다.
다만, 일산화탄소는 가연성이 부족하기 때문에 추가적인 연료를 주입하여 연소시키는 것이 바람직한데, 상기 석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스를 연소의 연료로서 사용할 수 있으며, 이때 합성가스 연료는 합성가스 연료 공급원(16)으로부터 상기 연소탑(8)으로 공급된다.
한편, 본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 석탄가스화기(1)로부터 여과조(2)로 합성가스를 공급하는 라인 상에 설치되는 밸브(21), 고압 질소가스를 슬루스조(3)로 주입하는 라인 상에 설치되는 밸브(22) 및 여과조(2)와 슬루스조(3)를 연결하는 라인 상에 설치되는 밸브(27)를 더 포함함으로써, 합성가스, 비산회 및 고압 질소가스의 유동량을 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 일산화탄소 센서(31) 및 온도 센서(33) 등을 더 포함하는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 도 3에 나타난 바와 같이, 비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스가 상기 슬루스조로(3)부터 배출되는 라인(a) 상에 설치되어 상기 유해가스 및 질소가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 양을 측정하는 일산화탄소 센서(31), 상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치되어 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제1 밸브(23) 및 상기 일산화탄소 센서(31)에 측정되는 값이 설정된 값에 미달하면 상기 제1 밸브(23)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제1 제어부(32)를 더 포함할 수 있다.
이는, 스트리핑만이 수행되는 별도의 장치가 아닌 슬루스조(3)에서 유해가스의 스트리핑이 수행되는 점을 보완하기 위한 구성으로서, 슬루스조(3)에서 배출되는 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스에 포함된 일산화탄소의 양이 적정량에 미달할 경우 상기 슬루스조(3)로 주입되는 질소가스의 양을 증가시킴으로써 스트리핑되는 일산화탄소의 양을 늘리도록 하는 구성이다.
즉, 슬루스조(3)에서 배출되는 유해가스 및 질소가스에 포함된 일산화탄소의 양이 적다는 것은 일산화탄소를 포함한 전체적인 유해물질의 스트리핑이 불충분하게 이루어졌다는 뜻이므로, 상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치된 제1 밸브(23)를 더 열어 질소가스의 주입량을 증가시킴으로써, 스트리핑이 보다 많이 이루어지도록 할 수 있다.
추가적으로, 슬루스조(3)와 저장조(5)를 연결하는 라인(b) 상에 설치될 수 있는 제4 밸브(25)를 더 포함함으로써, 유해가스의 스트리핑이 불충분하여 상기 일산화탄소 센서(31)에 측정되는 값이 설정된 값에 미달할 경우, 상기 제4 밸브(25)를 닫아 슬루스조(3)에서 저장조(5)로 배출되는 비산회의 유동을 억제함으로써 지속적인 스트리핑을 유도하는 방식으로 제어할 수도 있다.
또한, 위와 같은 제1 밸브(23)와 제4 밸브(25)는 상기 일산화탄소 센서(31)에 측정되는 값을 기초로 하나의 제1 제어부(32)에서 동시에 제어될 수도 있다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 또한, 냉각된 비산회의 온도를 측정하는 온도 센서(33), 상기 저장조(5)로 질소가스를 주입하는 라인(d) 상에 설치되어 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제2 밸브(24) 및 상기 온도 센서(33)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면 상기 제2 밸브(24)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제2 제어부(34)를 더 포함할 수 있다.
이는, 냉각만이 수행되는 별도의 장치가 아닌 저장조(5)에서 비산회의 냉각이 수행되는 점을 보완하기 위한 구성으로서, 냉각된 비산회의 온도가 적정온도를 초과할 경우 상기 저장조(5)로 주입되는 질소가스의 양을 증가시킴으로써 비산회의 온도를 더 낮추도록 하는 구성이다.
이때, 온도 센서(33)는 저장조(5) 또는 상기 저장조(5)로부터 비산회가 배출되는 라인(e) 상에 설치될 수 있다.
상기 제1 제어부(32) 및 제2 제어부(34)의 제어는 P(Proportional) 제어, PI(Proportional Integral) 제어 등의 제어 방식으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 방식으로 수행될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 압력 센서(35) 등을 더 포함하는 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 가스 혼합물의 압력을 측정하는 압력 센서(35), 상기 가스 혼합물을 상기 필터(6)로 공급하는 라인(f) 상에 설치되어 상기 가스 혼합물의 유량을 조절하는 제3 밸브(26) 및 상기 압력 센서(35)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면 상기 제3 밸브(26)를 닫아 상기 가스 혼합물의 유량을 감소시키는 방식으로 제어하는 제3 제어부(36)를 더 포함할 수 있다.
이는, 슬루스조(3)의 감압 과정에서 비산회로부터 분리배출될 수 있는 기체와 스트리핑되어 분리되는 유해가스를 종래기술과 달리 하나의 필터(6)에서 여과함으로써 필요한 설비를 최소화하는 것을 보완하기 위한 구성으로서, 상기 필터(6)의 수용량이 상기 기체 및 유해가스의 유동량을 감당하기 힘든 경우 이러한 기체 및 유해가스의 유량을 조절하도록 하기 위한 구성이다.
즉, 슬루스조(3)에서 배출되는 유해가스, 질소가스 및 저장조(5)에서 배출되는 질소가스가 포함된 가스 혼합물의 유량이 많으면 배관 내의 압력이 높아지므로, 압력 센서(35)에 측정된 상기 가스 혼합물의 압력을 기초로 제3 밸브(26)를 제어함으로써 필터(6)로 공급되는 가스 혼합물의 유량을 조절할 수 있다.
이때, 상술한 바와 같이 상기 가스 혼합물에는 슬루스조(3)의 감압 과정에서 비산회로부터 분리배출되는 기체가 더 포함될 수도 있다.
또한, 상기 제3 밸브(26)는 슬루스조(3)로부터 배출되는 기체들과 저장조(5)로부터 배출되는 기체들의 유량을 각각 조절할 수 있는 3방(three-way) 밸브로 구성될 수도 있으며, 상기 압력 센서(35)는 필터(6)의 상류 측에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 석탄가스화기의 비산회 제거 장치는 또한, 연소탑(8)으로 합성가스 연료가 공급되는 라인(g) 상에 설치되는 제5 밸브(28)을 더 포함할 수 있다.
이는, 마찬가지로 종래기술과 달리 하나의 연소탑(8)에서 수용해야 하는 기체량이 많기 때문에, 일산화탄소 등의 유해물질을 연소시키는 합성가스 연료의 양을 필요에 따라 증가시키는 방식으로 조절하기 위한 구성이다.
즉, 상기 압력 센서(35)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면 가스 혼합물의 유동량이 많다는 의미이므로, 상기 제3 제어부(36)가 연소탑(8)으로 합성가스 연료가 공급되는 라인(g) 상에 설치되는 제5 밸브(28)를 더 열어 합성가스 연료의 공급량을 증가시키는 방식으로 제어할 수 있다.
또한, 위와 같은 제3 밸브(26)와 제5 밸브(28)는 상기 압력 센서(35)에 측정되는 값을 기초로 하나의 제3 제어부(36)에서 동시에 제어될 수도 있다.
상기 제3 제어부(36)의 제어는 P(Proportional) 제어, PI(Proportional Integral) 제어 등의 제어 방식으로 수행될 수 있으며, 바람직하게는 PID(Proportional Integral Derivative) 제어 방식으로 수행될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 상기 저압 질소가스, 제1 및 2 밸브 등의 구성을 통해 슬루스조(3) 및 저장조(5)에 주입되는 질소가스의 압력과 유량을 제어하여 종래의 스트리핑/냉각조에서 수행되던 유해가스 스트리핑 및 비산회 냉각 기능을 각각 슬루스조(3) 및 저장조(5)로 이관함으로써, 압력 균형 등의 제어가 필요한 별도의 스트리핑/냉각 설비를 생략할 수 있어 설비 원가를 절감할 수 있으며, 제어 방식을 보다 단순화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
1: 석탄가스화기
2: 여과조
3: 슬루스조
4: 스트리핑/냉각조
5: 저장조
6, 7: 필터
8: 연소탑
11: 합성가스 공급처
12: 고압 질소가스 공급원
13: 질소가스 공급원
14: 가스 처리시설
15: 비산회 저장 장소
16: 합성가스 연료 공급원
21, 22, 27: 밸브
23: 제1 밸브
24: 제2 밸브
25: 제4 밸브
26: 제3 밸브
28: 제5 밸브
31: 일산화탄소 센서
32: 제1 제어부
33: 온도 센서
34: 제2 제어부
35: 압력 센서
36: 제3 제어부

Claims (14)

  1. 석탄가스화기(1)에서 발생하는 비산회를 제거하는 장치에 있어서,
    석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스가 여과되어 상기 합성가스에 포함된 비산회가 포집되는 여과조(2);
    상기 여과조(2)에 연결되어, 포집된 비산회가 감압된 후 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 스트리핑(stripping)을 통해 분리배출되는 슬루스조(3); 및
    상기 슬루스조(3)에 연결되어, 유해가스가 분리된 비산회가 냉각 및 임시 저장되는 저장조(5);를 포함하며,
    상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)에는 질소(N2)가스가 주입되고, 주입되는 질소가스의 압력과 유량을 제어함으로써 상기 유해가스의 스트리핑 및 비산회의 냉각이 수행되는 것을 특징으로 하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)로 주입되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것을 특징으로 하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스가 상기 슬루스조로(3)부터 배출되는 라인(a) 상에 설치되어, 상기 유해가스 및 질소가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 양을 측정하는 일산화탄소 센서(31);
    상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치되어, 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제1 밸브(23); 및
    상기 일산화탄소 센서(31)에 측정되는 값이 설정된 값에 미달하면, 상기 제1 밸브(23)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제1 제어부(32);를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    냉각된 비산회의 온도를 측정하는 온도 센서(33);
    상기 저장조(5)로 질소가스를 주입하는 라인(d) 상에 설치되어, 상기 질소가스의 주입량을 조절하는 제2 밸브(24); 및
    상기 온도 센서(33)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면, 상기 제2 밸브(24)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 제2 제어부(34);를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 상기 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 통과하면서 유해물질이 여과되는 필터(6)를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬루스조(3)에서 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 상기 저장조(5)에서 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 연소되어, 상기 가스 혼합물에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 연소탑(8)을 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 가스 혼합물의 압력을 측정하는 압력 센서(35);
    상기 가스 혼합물을 상기 필터(6)로 공급하는 라인(f) 상에 설치되어, 상기 가스 혼합물의 유량을 조절하는 제3 밸브(26); 및
    상기 압력 센서(35)에 측정되는 값이 설정된 값을 초과하면, 상기 제3 밸브(26)를 닫아 상기 가스 혼합물의 유량을 감소시키는 방식으로 제어하는 제3 제어부(36);를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 설비가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 장치.
  8. 석탄가스화기(1)에서 발생하는 비산회를 제거하는 방법에 있어서,
    (a) 석탄가스화기(1)에서 생성된 합성가스가 여과조(2)에서 여과되어 상기 합성가스에 포함된 비산회가 포집되는 단계;
    (b) 포집된 비산회가 상기 여과조(2)에 연결된 슬루스조(3)에서 감압되는 단계;
    (c) 감압된 비산회에 포함된 유해가스가 상기 슬루스조(3)에서 스트리핑을 통해 분리배출되는 단계;
    (d) 유해가스가 분리된 비산회가 상기 슬루스조(3)에 연결된 저장조(5)에서 냉각 및 임시 저장되는 단계;를 포함하며,
    상기 (c) 및 (d) 단계의 스트리핑 및 냉각은 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)에 주입되는 질소(N2)가스의 압력과 유량을 제어하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 및 (d) 단계에서 상기 슬루스조(3) 및 저장조(5)로 주입되는 질소가스는 저압(Low Pressure, LP) 질소가스인 것을 특징으로 하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 단계에서 비산회로부터 분리된 유해가스 및 스트리핑에 사용된 질소가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 양을 측정하는 단계; 및
    측정된 일산화탄소의 양이 설정된 값에 미달하면, 상기 슬루스조(3)로 질소가스를 주입하는 라인(c) 상에 설치된 제1 밸브(23)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 단계;를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 냉각된 비산회의 온도를 측정하는 단계; 및
    측정된 온도가 설정된 값을 초과하면, 상기 저장조(5)로 질소가스를 주입하는 라인(d) 상에 설치된 제2 밸브(24)를 더 열어 상기 질소가스의 주입량을 증가시키는 방식으로 제어하는 단계;를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 및 (d) 단계에서 발생하는 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 필터(6)를 통과하면서 유해물질이 여과되는 단계를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 (c) 및 (d) 단계에서 발생하는 비산회로부터 분리된 유해가스, 스트리핑에 사용된 질소가스 및 비산회의 냉각에 사용된 질소가스를 포함하는 가스 혼합물이 연소탑(8)에서 연소되어, 상기 가스 혼합물에 포함된 일산화탄소가 이산화탄소로 전환되는 단계를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 가스 혼합물의 압력을 측정하는 단계; 및
    측정된 압력이 설정된 값을 초과하면, 상기 가스 혼합물을 상기 필터(6)로 공급하는 라인(f) 상에 설치된 제3 밸브(26)를 닫아 상기 가스 혼합물의 유량을 감소시키는 방식으로 제어하는 단계;를 더 포함하는, 스트리핑 및 냉각 단계가 간소화된 석탄가스화기의 비산회 제거 방법.
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