KR101648609B1 - 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 애시의 융해온도 위의 온도들에서 애시 함유 연료와 산소 함유 가스와의 가스화를 통해 CO 또는 H2 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 관한 것으로, 이때 압력용기의 내부에는, 냉각매체가 관류되는 멤브레인벽에 의해 형성된 반응 챔버가 제공되어 있으며, 이에 이어서 전이 영역, 켄칭 챔버 및 슬래그/워터 배스가 중력 방향으로 제공되어 있다. 본 발명의 목적은 특히 슬래그 용기에게 경제적인 디자인을 부여하고, 그리고 이와 동시에 여러 가지 기능을 갖도록 하는 것이다. 이 목적은 슬래그/워터 배스 (13) 안에 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 가 제공되어 있으며, 상기 슬래그 수집 용기는 슬래그의 입사 방향 (화살표 18) 으로 침전콘으로서의 제 2 깔대기형 삽입물 (15) 을 갖추고 있고, 상기 삽입물의 깔대기벽은 슬래그 수집 용기 (12) 쪽으로 주변 환상 간극 (17) 을 형성하며, 그리고 그의 자유 모서리 (16) 는 슬래그 수집 용기 (12) 의 자유 모서리 (14) 보다 위에 배치되어 있음으로써 달성된다.

Description

생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기 {GASIFICATION REACTOR FOR PRODUCING CRUDE GAS}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 기재되어 있는 종류의, CO 또는 H2 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 관한 것이다.
이러한 유형의 가스화 반응기는 출원인의 예컨대 WO 2009/036985 A1 에 공지되어 있으며, 이 문헌에는 그 밖의 다수의 선행기술, 예컨대 뜨거운 합성가스의 냉각을 다루고 있는 US 4 474 584 가 언급되어 있다.
본 발명은 특히 이러한 유형의 반응기들에서 발생하는 문제들을 다루고 있으며, 이때 본 발명은 특별히 여기에 언급된 가스화 반응기에 제한되어 있지 않고, 본 발명은 아래에서 상세히 설명되는 유사한 문제들이 발생할 수 있는 장치들에 관한 것이다.
이러한 유형의 장치는 미세하게 분배된 연료들의 압력 가스화/연소 공정을 가능하게 하기에 적합해야 하며, 반응기 안에서의 연료들, 석탄 가루, 미세하게 분배된 바이오매스, 오일, 타르 등등의 부분적인 산화도 가능해야 한다. 슬래그 (slag) 또는 플라이 애시 (fly ash) 및 생성된 합성가스 또는 매연의 분리된 또는 공통의 인출도 가능해야 한다. 이용된 방법의 유형에 따라 분사 켄칭, 가스 켄칭, 복사 켄칭, 대류 가열면 등등을 통해 반응 생산물들 (가스 및 슬래그/플라이 애시) 의 냉각이 수행되어야 하며, 그리고 결국 압력용기 밖으로 상기 반응 생산물들을 배출시키는 것에 주목해야 한다.
위에서 이미 언급된 동종 WO 2009/036985 A1 에는, 보다 거친 입자들을 냉각시키기 위한, 그리고 퇴적을 저지하기 위해 회전 흐름을 유도하기 위한 조치가 이미 기술되어 있다.
본 발명의 목적은 특히 슬래그 용기에게 경제적인 디자인을 부여하고, 이와 동시에 여러 가지 기능을 갖도록 하는 것이다.
이 목적은, 도입부에 설명된 유형의 가스화 반응기에 있어서 본 발명에 따르면 슬래그/워터 배스 (slag/water bath) 안에는 깔대기형 슬래그 수집 용기가 제공되어 있으며, 상기 슬래그 수집 용기는 슬래그의 입사 방향으로 침전콘 (deposition cone) 으로서의 제 2 깔대기형 삽입물 을 갖추고 있고, 상기 삽입물의 깔대기벽은 상기 슬래그 수집 용기쪽으로 주변 환상 간극을 형성하며, 그리고 그의 자유 모서리는 상기 슬래그 수집 용기의 자유 모서리보다 위에 배치되어 있음으로써 달성된다.
영구적으로 가스/슬래그/냉각수 혼합물이 위로부터 상기 깔대기형 슬래그 수집 용기 안으로 흐르기 때문에, 깔대기 영역의 본 발명에 따른 부분적인 이중벽을 통해, 상기 깔대기형 삽입물로부터 상기 둘러싸는 워터 배스 안으로의 오버플로우 (overflow) 가 발생된다.
상기 내부 콘 (cone) 의 자유 모서리가 상기 깔대기벽을 넘어 돌출함으로써, 보다 큰 슬래그 입자들이 입사할 때 물 표면의 어쩌면 있을 수 있는 난류 (turbulences) 로 인해 냉각수가 너무 큰 슬래그 입자들과 함께 바깥으로 상기 둘러싸는 워터 배스 안으로 도입되는 것을 막는 것이 추가로 달성된다.
구현형태에서, 본 발명에 따르면 켄칭 챔버를 둘러싸는 실린더는 상기 침전콘을 형성하는 깔대기형 삽입물보다 작은 지름을 갖는다.
이로써, 위에서 언급된 입사하는 가스/슬래그/물 혼합물이 확실히 상기 내부 깔대기형 삽입물 안으로 유도되는 것이 보장되며, 이때 가스는 한편으로는 켄칭 챔버를 둘러싸는 실린더의 모서리와, 다른 한편으로는 둘러싸는 자유 환상 공간 안으로의 상기 깔대기형 삽입물 안의 액체 표면 사이의 자유 공간에서 흐를 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 원뿔형 슬래그 수집 용기와 상기 침전콘에 의해 형성된 환상 간극은, 사전 결정된 최대 크기의 입자들만 상기 슬래그 수집 용기 안의 오버플로우 모서리를 넘어, 보다 낮은 높이에 있는 상기 워터 배스 안으로 넘쳐흐를 수 있도록 치수화되어 있다.
본 발명의 그 밖의 상세 내용, 특징들 및 장점들은 아래의 설명 및 도면을 근거로 나타나 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 가스화 반응기의 개략적인 단면도,
도 2 는 슬래그/워터 배스를 가진 가스화 반응기의 아랫부분의 개략적인, 확대된 도면이다.
도 1 에 도시되어 있는, 전체적으로 1 로 표시되어 있는 가스화 반응기는 압력용기 (2) 를 구비하며, 상기 압력용기 안에는 위에서 아래로, 멤브레인벽 (3) 에 의해 둘러싸인 반응 챔버 (4) 가 상기 압력용기 (2) 에 대해 간격을 두고 배치되어 있다. 멤브레인벽 (3) 을 가압하는 냉각제 공급 라인은 5 로 표시되어 있다. 멤브레인벽 (3) 은 하부 콘 (cone, 6) 을 통해, 8 로 표시되어 있는 전이 영역 (transition area) 의 부분으로서의 좁아진 채널 안으로 병합되며, 상기 좁아진 전이 채널 (transition channel, 7) 안에는 소용돌이 제동 장치 (9) 들이 암시되어 있다. 전이 채널 (7) 의 단부에서의 제 1 드립 에지 (drip edge, 10) 에 대해 간격을 두고, 상기 전이 영역에서의 액체 애시 (ash) 를 위한 상기 전이 영역 (8) 안의 드립 에지는 10a 로 표시되어 있다.
전이 영역 (8) 에는 켄칭 챔버 (quenching chamber) 또는 켄칭 채널 (11) 이 연결되고, 그 하류에는 워터 배스 (water bath, 13) 안의 슬래그 수집 용기 (12) 가 연결된다.
도 2 에서 알아볼 수 있는 바와 같이, 여기에 설명되어 있는 실시에서는 워터 배스 (13) 안에 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 가 위치해 있으며, 그의 자유 모서리 (14) 는 워터 배스 (13) 의 액체 높이를 넘어 돌출한다.
동심적으로 이 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 안에는, 침전콘을 형성하기 위해 그 밖의 깔대기형 삽입물 (15) 이 배치되어 있으며, 그의 자유 상부 모서리 (16) 는 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 를 넘어 돌출한다.
깔대기형 삽입물 (15) 과 슬래그 수집 용기 (12) 의 벽 사이에는, 주변 환상 간극 (annular gap, 17) 이 형성되어 있다. 반응기 (1) 의 작동시 켄칭 채널 (11) 밖으로 흘러 가스/슬래그/물 혼합물이 아래로 흐르기 때문에 - 이는 도 2 에 화살표 (18) 에 의해 암시되어 있다 -, 냉각수는 환상 간극 (17) 을 통해 위로 움직여지고, 그리고 모서리 (14) 를 통해 워터 배스 (13) 안으로 흐른다.
기하학적 치수, 즉 환상 간극 (17) 의 폭의 설계를 근거로, 이 환상 간극을 통해 휩쓸려가는 입자들은 그들의 크기에 있어서 제한되어 있으며, 따라서 펌프 또는 그 밖의 운반 수단에 쓸데없이 부담을 주지 않기 위해 또는 손상을 끼치지 않기 위해, 상향 제한된 크기를 가진 상응하는 고체들만 이 환상 간극을 통해 상기 워터 배스 안에 도달한다.
깔대기형 삽입물 (15) 의 모서리 (16) 가 슬래그 수집 용기 (12) 의 액체 높이를 넘어 놓여 있기 때문에, 이 구현형태는 보다 큰 슬래그 조각들이 입사할 때, 그리고 이로써 액체 표면을 불안정하게 할 때 보다 큰 입자들이 모서리 (16) 를 넘어 경우에 따라서는 슬래그/워터 배스 (13) 안에 도달할 수 있는 것을 저지한다.
켄칭 채널 (11) 의 마지막 모서리 (20) 둘레에서의 가스의 흐름은 19 로 표시되어 있다. 화살표 (21) 는 냉각된 슬래그의 배출을 상징적으로 보이고 있다.
물론, 본 발명의 상기 기술된 실시예는 기본 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 가지 면에서 변경될 수 있다. 즉, 본 발명은 특히 깔대기형 삽입물을 가진 슬래그 수집 용기의 기하학적 형태에 제한되어 있지 않고, 둥근 횡단면 형태도 마찬가지로 제공될 수 있고, 또한 다각형 횡단면 형태 등등이 제공될 수 있다.

Claims (3)

  1. 애시 (ash) 의 융해온도 위의 온도들에서 애시 함유 연료와 산소 함유 가스와의 가스화를 통해 CO 또는 H2 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기로서, 이때 압력용기의 내부에는, 냉각매체가 관류되는 멤브레인벽에 의해 형성된 반응 챔버가 제공되어 있으며, 이에 이어서 전이 영역, 켄칭 챔버 및 슬래그/워터 배스가 중력 방향으로 제공되어 있는, 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 있어서, 슬래그/워터 배스 (13) 안에는 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 가 제공되어 있으며, 상기 슬래그 수집 용기는 슬래그의 입사 방향 (18) 으로 침전콘으로서의 제 2 깔대기형 삽입물 (15) 을 갖추고 있으며, 상기 삽입물의 깔대기벽은 슬래그 수집 용기 (12) 쪽으로 주변 환상 간극 (17) 을 형성하고, 그리고 그의 자유 모서리 (16) 는 슬래그 수집 용기 (12) 의 자유 모서리 (14) 보다 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 켄칭 챔버 (11) 를 둘러싸는 실린더는 침전콘을 형성하는 상기 제 2 깔대기형 삽입물 (15) 보다 작은 지름을 갖는 것을 특징으로 하는 가스화 반응기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 깔대기형 슬래그 수집 용기 (12) 와 침전콘을 형성하는 상기 제 2 깔대기형 삽입물 (15) 에 의해 형성된 환상 간극 (17) 은, 사전 결정된 최대 크기의 입자들만 상기 슬래그 수집 용기 (12) 의 오버플로우 모서리 (14) 를 넘어, 보다 낮은 높이에 있는 상기 워터 배스 (13) 안으로 넘쳐흐를 수 있도록 치수화되어 있는 것을 특징으로 하는 가스화 반응기.
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