KR101813225B1 - 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치 - Google Patents

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Abstract

유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치에 관한 것으로, 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기는 주입된 폐기물을 가스화하는 제 1 반응기, 및 제 1 반응기에 연통되도록 설치되며 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 제 1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제 2 반응기를 포함하고, 제 1 반응기는 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 이에 가연성 가스 및 바이오챠르(bio-char)를 생성하며, 제 1 반응기 및 제 2 반응기의 연통부위에 상면은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 원통의 둘레면에는 다수의 구멍이 형성되어 있는 분산판이 설치됨에 따라, 유동층 매체의 유속이 증가하여도 반응기 내부에 충진된 파우더 형태의 탄소 흡착제의 날림 현상이 방지되어 반응을 통해 생성된 생성가스 내의 타르 함량이 현저히 감소될 뿐 아니라, 수소 농도가 현저히 증가하여 고발열량의 가스를 제조할 수 있는 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치를 제공한다.

Description

유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치{APPARATUS AND REACTOR COMPRISING DISTRIBUTION PLATE FOR REDUCING FLOW RATE OF FLUIDIZED MEDIUM}
본 발명은 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기 및 이를 포함하는 가스화 장치에 관한 것이다.
본 발명은 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원의 “신재생에너지핵심기술개발”지원으로 수행된 연구 결과이다(과제고유번호 : 1415143434, 세부과제번호 : 20153030091340).
최근 환경오염에 대한 문제가 사회적 이슈로 부각되면서 기존의 화석연료를 재활용하거나 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 태양에너지, 지열에너지, 해양에너지, 바이오매스 에너지 등을 포함하는 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 버려지는 폐기물을 재활용하거나 목재 또는 건조 바이오매스를 활용하여 자원의 순환률을 높이면서도 탄소중립(Carbon-neutral)을 위한 자원으로 인정받는 바이오매스 에너지의 활용도가 점차 증가하고 있어, 바이오매스 에너지 생성을 위한 장치의 효율을 높이기 위한 다양한 방법이 모색되고 있다.
일반적으로 바이오매스 에너지는 목재, 폐기물, 건조 바이오매스 등을 가스화 내지 열분해하여 가스나 오일을 생산함으로써 이를 제조함으로써 이를 에너지로 활용하는데, 이러한 가스화 내지 열분해는 주로 유동층 가스화 장치를 이용하여 실시된다.
유동층 가스화 장치는 상향 흐름을 갖는 반응 기체로 인해 고체층이 부유하여 기체 및 액체와 같은 유동을 하며, 기체와 고체, 고체와 고체가 매우 빠르게 혼합되어 반응됨으로서 가스를 생성하는 장치를 말한다. 이러한 유동층 가스화 장치는 유동층 매체와 고체(촉매 내지 흡착제)의 완전 혼합을 통해 기체와 고체의 접촉이 완벽히 일어나 반응속도가 빠르고 효율이 증대되며, 낮은 온도에서도 반응이 빠르고 열손실을 줄일 수 있는 이점이 있다.
특히, 유동층 가스화 장치는 고체를 처리하여 가스를 얻음에 따라, 반응을 통해 생성된 가스 내의 타르 함량을 줄이고 고발열량의 가스를 생성하는 데에 가장 큰 목적이 있다. 대한민국 등록특허 제10-1503607호에서는 반응기 본체, 산소 공급부, 유동층 합성가스 반응부, 촉매를 포함하는 수성가스 반응부 등으로 구성되어 바이오매스 자원들을 이용하여 고농도의 수소를 생산하고 이를 이용하여 전력, 연료전지, 화학산업원료 등으로 이용할 수 있도록 하는 2단 유동층 바이오매스 가스화 장치 및 방법을 개시하고 있으나, 여전히 생성된 가스 내의 수소 농도가 낮으며 생성된 가스 내의 타르가 효율적으로 저감되지 못하는 문제가 있었다.
또한, 상기의 특허를 포함하는 종래기술에서 대량의 바이오매스 에너지 생산을 위해 상기와 같은 유동층 가스화 장치를 스케일 업(Scale-up)하는 경우, 유동층 매체의 빠른 유속에 의해 반응기 내부에 충진된 파우더 형태의 고체(촉매 내지 흡착제)의 날림 및 뭉침 현상이 발생되어 장치의 효율이 저하되는 문제가 있었다. 이에 따라, 파우더 형태의 고체(촉매 내지 흡착제)를 압착하여 펠렛(pellet) 형태의 고체(촉매 내지 흡착제)를 사용하였으나, 이 경우 파우더 형태에 비해 펠렛 형태의 표면적이 매우 적어져 여전히 타르 제거 및 수소 생성 효율이 감소되는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-1503607호
본 발명의 목적은 이단 반응기 중 상부 반응기의 내부에 파우더 형태의 탄소 흡착제를 포함하고, 상부 반응기 및 하부 반응기 사이의 연통부위에 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판을 포함함에 따라, 유동층 매체의 유속이 증가하여도 파우더 형태의 탄소 흡착제의 날림 현상이 방지되어 반응을 통해 생성된 생성가스 내의 타르 함량이 현저히 감소될 뿐 아니라, 수소 농도가 현저히 증가하여 고발열량의 가스를 제조할 수 있는 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판을 포함하는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 포함함에 따라, 전력 생산, 연료전지, 화학산업원료 등에 안정적으로 이용될 수 있는 타르의 함량이 적으면서도 수소 농도가 높은 고발열량의 가스를 생산할 수 있는 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기를 포함하는 가스화 장치를 제공하는 데에 있다.
상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 주입된 폐기물을 외부의 열원과 자체의 열원을 이용하여 가스화하는 제 1 반응기, 및 상기 제 1 반응기에 연통되도록 설치되어 상기 제 1 반응기의 열원을 이용하며 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 상기 제 1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제 2 반응기를 포함하고, 상기 제 1 반응기는 내부에 일정량의 모래가 충진되어 상기 외부의 열원의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 가연성 가스 및 바이오챠르(bio-char)를 생성하며, 상기 제 1 반응기 및 상기 제 2 반응기의 연통부위에 상면은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 상기 원통의 둘레면에는 다수의 구멍이 형성되어 있고 상기 원통의 하단 둘레는 판 형태로 확장되어 있는 분산판이 설치되는 이중 바이오매스 가스화 반응기를 제공한다.
상기 제 2 반응기는 상기 제 1 반응기의 내부 중에서 상부 쪽에 위치하도록 상기 제 1 반응기의 내측 상단에 고정하되, 상기 제 1 반응기의 내측 둘레와 일정 간격을 갖도록 고정될 수 있다.
상기 제 2 반응기가 상기 제 1 반응기의 상단에 설치되어 이단 형태를 갖을 수 있다.
상기 제 2 반응기의 횡 단면적이 상기 제 1 반응기의 횡 단면적 보다 더 넓을 수 있다.
상기 탄소 흡착제는 활성탄, 바이오챠르 중에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 제 1 반응기는 상기 제 1 반응기 내부의 바이오챠르가 일정량 유지되도록 잉여 바이오챠르를 외부로 배출하기 위해 상기 제 1 반응기의 내부와 연통되도록 설치되는 제 1 파이프, 및 상기 제 1 파이프를 따라 중력에 의해 배출되는 상기 잉여 바이오챠르를 저장하는 수용부를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 반응기는 상기 제 1 반응기와 상기 제 2 반응기를 서로 연통시켜 상기 제 2 반응기 내부의 탄소 흡착제가 일정량 유지되도록 잉여 탄소 흡착제를 상기 제 1 반응기 쪽으로 유동시키는 제 2 파이프를 더 포함할 수 있다.
상기 제 2 반응기의 내부에는 타르의 함량이 저감된 생성가스를 후속 공정으로 배출하면서 내부에 충진된 상기 탄소 흡착제의 유출을 막는 사이클론이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해여 본 발명은 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단, 제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기, 상기 제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기에 예비 열원과 공기를 공급하는 열원공급수단, 및 상기 제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기에서 배출되는 배출가스를 정제하는 정제수단을 포함하는 가스화 장치를 제공한다.
본 발명의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기는 주입된 폐기물을 가스화하는 제 1 반응기, 및 제 1 반응기에 연통되도록 설치되며 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 제 1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제 2 반응기를 포함하고, 제 1 반응기는 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 가연성 가스 및 바이오챠르(bio-char)를 생성하며, 제 1 반응기 및 제 2 반응기의 연통부위에 상면은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 원통의 둘레면에는 다수의 구멍이 형성되어 있는 분산판이 설치됨에 따라, 유동층 매체의 유속이 증가하여도 반응기 내부에 충진된 파우더 형태의 탄소 흡착제의 날림 현상이 방지되어 반응을 통해 생성된 생성가스 내의 타르 함량이 현저히 감소될 뿐 아니라, 수소 농도가 현저히 증가하여 고발열량의 가스를 제조할 수 있다.
또한, 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 가스화 반응기를 포함하는 가스화 장치는 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단, 본 발명의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 가스화 반응기, 열원공급수단, 및 정제수단을 포함함에 따라, 전력 생산, 연료전지, 화학산업원료 등에 안정적으로 이용될 수 있는 타르의 함량이 적으면서도 수소 농도가 높은 고발열량의 가스를 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기를 포함하는 가스화 장치의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기의 단면도이다.
도 3는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기의 단면도이다.
도 5은 도 1에 도시된 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판을 도시한 도면이다.
도 6은 4에 도시된 이중 바이오매스 가스화 반응기 내부에서의 생성가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, "A 및/또는 B"는, A 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, “폐기물”은 폐목재, 바이오매스 등 바이오매스 에너지 생성에 활용될 수 있는 모든 자원을 의미할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, “생성가스”는 제 1 반응기로 주입된 폐기물이 열원에 의해 연소됨으로써 생성된 가스를 의미할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, “유동층 매체”는 제 1 반응기 및 제 2 반응기 내부를 유동하는 생성가스를 포함하는 모든 물질을 의미할 수 있다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, “유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기”는 “이중 바이오매스 가스화 반응기”로 간략하게 호칭될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)를 포함하는 가스화 장치의 개념도이며, 도 2는 도 1에 도시된 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)의 단면도 이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예의 가스화 장치는 하수 슬러지나 폐목재 등의 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단(10), 폐기물 주입수단(10)을 통해 주입된 폐기물을 외부의 열원과 폐기물 자체의 열원을 이용하여 가스화하고 생성된 생성가스 내의 타르를 흡착 내지 분해하여 타르의 함량을 줄이는 이중 바이오매스 가스화 반응기(20), 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)에 예비 열원과 공기를 공급하는 열원공급수단(30), 및 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)에서 배출되는 배출가스를 정제하는 정제수단(40)으로 구성(청구항10)되며, 유동층 매체의 유속이 증가하여도 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)의 날림 현상이 방지되어 반응을 통해 생성된 생성가스 내의 타르 함량이 현저히 감소될 뿐 아니라, 수소 농도가 현저히 증가하여 고발열량의 가스를 제조할 수 있다.
폐기물 주입수단(10)은 하수 슬러지나 폐목재 등의 폐기물을 일정 크기로 분쇄하여 주입하는 것으로서, 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 구성된다.
유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 도 1-2에 도시된 바와 같이, 일정 크기의 용적을 갖는 제 1 반응기(210), 및 제 1 반응기(210)의 내부 상측에 설치되는 제 2 반응기(220)로 구성된다.
제 1 반응기(210)는 주입된 폐기물을 외부의 열원과 자체의 열원을 이용하여 가스화(청구항1)한다. 이때, 제 1 반응기(210)의 열원은 본 실시예의 열원공급수단(30)에서 공급되는 예비 열원, 공기 및 수증기와 폐기물 자체의 열원일 수 있으며, 제 1 반응기(210)는 열원공급수단(30)으로부터 열원을 공급받을 수 있는 형태로 형성될 수 있다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 제 1 반응기(210)의 내부에는 일정량의 모래가 충진되며, 모래는 외부의 열원의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 원활한 가스화를 수행하고 바이오챠르(청구항1) 및 생성가스를 생성한다.
제 1 반응기(210)에는 제 1 반응기(210)의 내부와 수용부(213)를 연결하는 제 1 파이프(211)가 설치될 수 있다. 도 1-2에 도시된 바와 같이, 제 1 파이프(211)는 제 1 반응기(210) 내부의 연소 과정 중에서 생성된 바이오챠르가 일정량 유지될 수 있도록 잉여 바이오챠르를 외부로 배출하기 위해 제 1 반응기(210)의 내부와 수용부(213)를 연통(청구항7)시킬 수 있으며, 제 1 반응기(210) 내부의 잉여 바이오챠르는 제 1 파이프(211)를 따라 유동하여 수용부(213)에 저장될 수 있다.
수용부(213)는 제 1 파이프(211)를 따라 중력에 의해 배출되는 잉여 바이오챠를를 저장한다(청구항7). 도 1-2를 참조하면, 제 1 파이프(211)는 제 1 반응기(210)와 연결되는 측의 일단이 수용부(213)와 연결되는 측의 타단 보다 높은 위치에 형성되도록 구성하여, 별도의 기계적 장치를 사용하지 않고도, 제 1 반응기(210) 내의 바이오챠르가 중력에 의해 제 1 파이프(211)를 통과하여 수용부(213)에 도달할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제 1 반응기(210)와 연결되는 측의 일단의 끝을 구부러진 형태로 형성하여 제 1 반응기(210) 내의 상향류에 의해 방해를 받지 않도록 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)의 단면도이다.
제 2 반응기(220)는 제 1 반응기(210)에 연통되도록 설치되어 제 1 반응기(210)의 열원을 이용하며, 내부에 일정량의 탄소 흡착제(223)가 충진되어 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스 내의 타르 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급한다(청구항1).
본 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 제 2 반응기(220) 내부에 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)를 충진함으로써 제 1 반응기(210)에서 연소되어 생성된 생성가스 내의 타르를 흡착하여 타르의 함량을 줄이거나 타르의 분해를 촉진하는 촉매 역할을 하여 생성가스 내의 타르의 함량을 현저히 줄일 뿐만 아니라, 생성가스 내의 수분과의 반응을 촉진시킴으로써 수소의 생산을 도와 고발열량의 가스를 제조할 수 있도록 한다.
이러한 탄소 흡착제(223)는 활성탄, 바이오챠르 중에서 선택되는 하나 이상을 포함(청구항6)할 수 있다. 아울러, 타르를 흡착하여 타르의 함량이 줄이거나 타르의 분해를 촉진하는 촉매 역할을 하며, 생성가스 내의 수분과의 반응을 촉진시켜 수소의 생산을 도울 수 있는 물질이라면 제한 없이 더 추가될 수 있으며, 예를 들어, 코크스, 경석 등이 추가될 수 있다.
도 1-4를 참조하면, 제 2 반응기(220)는 제 1 반응기(210)와 연통되도록 설치됨에 따라, 제 1 반응기(210)와 연결되는 제 2 반응기(220)의 하면은 개방된 형태로 형성되고, 하면에는 분산판(240)이 설치된다. 또한, 제 2 반응기(220) 내부에는 탄소 흡착제(223)가 충진되며, 이러한 탄소 흡착제(223)는 분산판(240)의 상부에 위치될 수 있다.
본 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)를 구성하는 제 1 반응기(210) 및 제 2 반응기(220)는 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 제 2 반응기(220)로 유입될 수 있는 형태라면 제한 없이 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 도 2-4에 도시된 바와 같은 형태로 제 1 반응기(210)와 제 2 반응기(220)를 배치함으로써 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)를 구현한다. 또한, 도 2-4에 도시된 바와 같이, 제 1 반응기(210)와 연통되는 제 2 반응기(220)의 일면은 개방되어 있으며, 개방된 일면에는 분산판(240)이 부착되어 있어 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 제 2 반응기(220)의 분산판(240)를 통해 제 2 반응기(220) 내부로 유입될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 반응기(220)는 제 1 반응기(210)의 내부 중에서 상부 쪽에 위치하도록 제 1 반응기(210)의 내측 상단에 제 1 반응기(210)의 내측 둘레와 일정 간격 이격되도록 고정(청구항2)될 수 있다. 제 2 반응기(220)의 상면(241)과 둘레면(243)은 판 형태로 형성되며 하면은 개방된 형태로 분산판(240)이 부착됨에 따라, 제 1 반응기(210)로 주입된 폐목재, 바이오매스 등과 같은 폐기물이 가스화된 생성가스는 분산판(240)을 통과하여 제 2 반응기(220)의 내부로 유동될 수 있다.
또한, 본 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 2 반응기(220)가 제 1 반응기(210)의 상단에 설치되어 이단 형태(청구항3)를 가질 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 하측에 위치되는 제 1 반응기(210)의 횡 단면적과 제 1 반응기(210)의 상측에 위치되는 제 2 반응기(220)의 횡 단멱적은 거의 동일하도록 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 반응기(220)가 제 1 반응기(210)에 상단에 설치된 이단 형태로 형성되어, 제 2 반응기(220)의 횡 단면적이 제 1 반응기(210)의 횡 단면적 보다 더 넓게 형성(청구항4)될 수 있다. 다만, 도 3-4에 도시된 바와 같이, 제 1 반응기(210)와 제 2 반응기(220)가 분리된 형태로 형성될 경우에는 제 1 반응기(210) 및 제 2 반응기(220) 간의 연통부위(230)이 너무 길어지게 되면 열전달이 효율적이지 못한 문제가 있으므로, 연통부위(230)의 종방향의 길이가 제 1 반응기(210)의 종방향의 길이 보다 짧도록 형성하는 것이 좋을 수 있다.
도 2-4에 도시된 바와 같이, 제 1 반응기(210)의 상부에 제 2 반응기(220)가 위치됨으로써, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스는 자연스럽게 상부로 이동하여 제 2 반응기(220)로 유동될 수 있으면서도 불필요한 부산물들은 무게에 의해 제 1 반응기(210)의 하측에 쌓이게 됨에 따라, 불필요한 부산물들이 제 2 반응기(220)로 유동되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 연통부위(230)을 거쳐 제 2 반응기(220)로 바로 유동됨에 따라, 제 2 반응기(220)는 별도의 열원을 사용하지 않고 제 1 반응기(210)의 열원을 그대로 이용할 수 있다.
도 5의 (a)는 도 1-4에 도시된 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)의 사시도이며, 도 5의 (b)는 도 1-4에 도시된 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)의 배면도이다. 또한, 도 6은 도 4에 도시된 이단 바이오매스 가스화 반응기(20) 내부의 가스의 흐름을 나타낸 도면이다.
한편, 대규모 바이오매스 에너지의 생산을 위해 장치를 대규모로 스케일 업(Scale-up)하거나, 온도 내지 압력 등 다양한 조건에 의해 반응기 내부의 생성가스의 유속이 매우 빨라져 반응기 내부에 충진된 촉매 또는 흡착제와 같은 파우더 형태의 고체상 물질의 날림 및 뭉침 현상이 발생될 수 있다. 더 상세히 설명하면, 제 1 반응기(210)에서 생성된 다량의 생성가스가 반응기의 규모 또는 온도, 압력 등과 같은 다양한 조건에 의해 빠른 속도로 제 2 반응기(220)로 유동되면, 반응기 내부에 충진되어 있는 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)가 사방으로 날리며 소실되거나, 입자가 뭉쳐 덩어리를 형성할 수 있어, 반응기의 타르 저감 및 수소 생성 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
종래에는 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해, 탄소 흡착제(223)와 같이 반응기 내부에 충진되는 고체상의 물질들을 파우더 형태가 아닌 펠렛 형태로 제조하여 유동층 매체의 빠른 유속에도 날리거나 뭉치지 않도록 하였으나, 이와 같은 경우, 파우더 형태에 비해 표면적이 작아져 타르 저감 및 수소 생성 효율이 저하되고, 유동층 매체의 유속이 빨라지게 되면 펠렛 형태의 탄소 흡착제(223) 마저도 날리는 문제가 여전히 발생되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서는 제 1 반응기(210) 및 제 2 반응기(220)의 연통부위(230)에 도 5에 도시된 바와 같은 분산판(240) 설치한다.
분산판(240)은 상면(241)은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 원통의 둘레면(243)에는 다수의 통공(247)이 형성되어 있고 원통의 하단 둘레는 판 형태로 확장되어 있다. 도 2-4를 참조하면, 분산판(240)의 판 형태로 확장된 하단 둘레의 상면(249)에에 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)가 충진될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 분산판(240)을 통과하도록 하여 생성가스의 유속을 저감시킴으로써 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)가 날리거나 뭉치는 현상을 방지할 수 있다. 특히, 분산판(240)에 의해 생성가스 직선으로 수직 상승하는 것이 아니라, 분산판(240)에 의해 생성가스가 흐르는 방향이 여러 차례 변동됨으로써 생성가스의 유속은 저감될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 반응기(210)의 생성가스는 곧바로 수직 상승하여 제 2 반응기(220)로 유동되는 것이 아니라, 제 1 반응기(210)의 생성가스가 모여서 분산판(240)의 개방된 하면을 통과하고, 분산판(240)의 개방된 하면으로 유입된 생성가스가 원통 형상의 분산판(240)의 둘레면(243) 즉, 측면의 다수의 통공(247)을 통해 연통부위(230)로 유동되면서 분산판(240)의 판 형태로 확장된 하단 둘레의 상면(249)에 위치한 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)를 측면으로 통과하여 제 2 반응기(220)로 유동됨에 따라, 생성가스의 흐름 방향이 여러 차례 변동된다.
즉, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 곧바로 수직으로 상승하여 제 2 반응기(220)로 유동되는 것이 아니라, 분산판(240)에 의해 생성가스가 흐르는 방향이 여러 차례 변동됨으로써 생성가스의 유속은 저감될 수 있으며, 이에 따라, 분산판(240)의 판 형태로 확장된 하단 둘레의 상면(249)에 위치한 탄소 흡착제(223)의 날림 및 뭉침 현상이 저하되어 본 실시예의 이중 바이오매스 가스화 반응기에 의한 타르 저감 및 수소 생성 효율은 현저히 향상될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스는 분산판(240)을 통과하여 제 2 반응기(220)로 유동됨으로써 유속이 저감될 수 있으므로, 제 1 반응기(210)에서 생성된 생성가스가 분산판(240)을 통과하여 제 2 반응기(220)로 유동될 수 있도록 분산판(240)의 하단 둘레는 분산판(240)이 설치되는 연통부위(230)의 둘레와 꼭 맞는 형태로 형성되어야 한다. 또한, 분산판(240)의 둘레면(243)에는 연통부위(230)의 내측 둘레면(243)과 밀착되기 위한 고무링과 같은 별도의 구성요소가 추가될 수 있다.
한편, 도 4-6에 도시된 바와 같이, 제 2 반응기(220)의 횡 단면적이 제 1 반응기(210)의 횡 단면적 보다 넓게 형성될 경우, 제 1 반응기(210) 및 제 2 반응기(220)의 연통부위(230)이 제 1 반응기 측에서 제 2 반응기 측으로 갈수록 면적이 넓어지는 형태로 형성됨에 따라, 분산판(240)의 통공(247)을 빠져나간 생성가스의 유속이 더욱 저감될 수 있다.
상술한 바와 같이 분산판(240)이 구비된 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 대규모 공정에 적용되거나 온도, 압력 등의 조건에 의해 유동층 매체의 유속이 빨라져도 제 1 반응기(210)에서 제 2 반응기(220)로 유동하는 유동층 매체의 유속을 효과적으로 저감시킬 수 있음에 따라, 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)를 사용하여도 날림 및 뭉침 현상이 방지할 수 있으며, 타르 제거 및 수소 생성 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 분산판(240)의 둘레면(243)에 형성된 다수의 통공(247)의 입경 내지 개수를 조절하여 분산판(240)에 의한 유동층 매체의 유속 감소 정도를 조절할 수 있으며, 이는 이단 바이오매스 가스화 반응기(20)의 규모, 바이오매스 에너지 생성량 등에 따라 자유롭게 조절될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)를 통과한 생성가스의 타르 함량이 줄어들고 수소 농도가 향상된 고발열량의 가스가 생성된다. 이와 같이, 타르의 함량이 줄고 수소 농도가 향상된 고발열량의 생성가스는 사이클론(225)을 통해 후속 공정으로 유동될 수 있다. 사이클론(225)은 제 2 반응기(220)의 내부에 타르의 함량이 저감된 생성가스를 후속 공정으로 배출하면서 내부에 충진된 탄소 흡착제(223)의 유출을 막는다(청구항9). 이때, 사이클론(225)은 타르가 저감되고 수소 농도가 향상된 고발열량의 가스의 상승에 방해를 받지 않도록 사이클론(225)의 하단이 구부러진 구조를 갖을 수 있다.
또한, 제 2 반응기(220)에는 제 1 반응기(210) 내부와 제 2 반응기(220) 내부를 서로 연통시켜 제 2 반응기(220) 내부의 탄소 흡착제(223)가 일정량 유지되도록 잉여 탄소 흡착제(223)를 제 1 반응기(210) 쪽으로 유동시키는 제 2 파이프(221)가 설치된다(청구항8). 제 2 반응기(220)의 잉여 탄소 흡착제(223)는 제 2 파이트를 따라 제 1 반응기(210)로 유동한 후, 제 1 파이프(211)를 통해 유동되어 수용부(213)에 저장될 수 있다.
도 2-4에 도시된 바와 같이, 제 2 파이프(221)는 제 2 반응기(220)의 일정 높이에서 내부와 연통되어 분산판(240)을 통과하여 제 1 반응기(210)와 연통될 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 제 2 반응기(220)와 제 1 반응기(210)를 연통할 수 있는 다양한 형태로 구현 될 수 있다.
다만, 제 2 파이프(221)를 통해 배출된 탄소 흡착제(223)가 제 1 파이프(211)를 통해 수용부(213)에 저장될 수 있도록 제 2 파이프(221)의 하단은 제 1 파이프(211)의 상단 보다 높은 위치에 형성되어야 한다. 또한, 제 2 파이프(221)의 하단과 제 1 파이프(211)의 하단에는 제 2 파이프(221)에서 배출된 파우더 형태의 탄소 흡착제(223)가 제 1 파이프(211)로 유동되도록 하기 위한 별도의 구성이 추가될 수 있다.
한편, 이중 바이오매스 가스화 반응기(20)는 생성가스 내에 포함되는 입자의 양을 다음과 같은 방법으로 줄일 수 있다. 예를 들어, 제 1 파이프(211)를 통해 제 1 반응기(210) 내의 잉여 바이오차르를 수용부(213)로 배출하고, 사이클론(225)을 통해 제 2 반응기(220) 내부의 탄소 흡착제(223)의 유출을 방지하고, 제 2 파이프(221)를 통해 제 2 반응기(220) 내부의 잉여 탄소 흡착제(223)를 제 1 반응기(210)를 거쳐 수용부(213)로 배출하는 방법이 있을 수 있다.
상술한 바와 같은, 이중 바이오매스 가스화 반응기의 내부에 충진되는 탄소 흡착제는 파우더 형태 일 수 있으며, 반응 조건, 바이오매스 에너지 생성량 등 외부 조건에 따라 파우더 형태를 뭉친 펠렛 형태의 탄소 흡착제가 사용될 수 있다.
열원공급수단(30)은 제 1 반응기(210)에 예비 열원과 공기를 공급하고 필요에 따라 수증기 또한 공급하는 역할을 하는 것으로서, 유동층 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 형성된다.
정제수단(40)은 제 2 반응기(220)에서 배출되는 배출가스를 전력생산 등에 이용할 수 있도록 정제하는 역할을 하는 것으로서, 유동층 가스화 장치에서 이용하는 일반적인 구성관계로 형성된다.
본 실시예의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 가스화 반응기(20)는 반응기 내부의 유동층 매체의 유속을 조절할 수 있으므로 소규모 공정 뿐 아니라, 대규모 공정에도 적용가능 하여 더욱 광범위한 산업분야에서 활용될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 가스화 반응기(20)를 포함하는 가스화 장치는 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단(10), 본 발명의 유동층 매체의 유속 저감을 위한 분산판(240)이 구비된 가스화 반응기(20), 열원공급수단(30), 및 정제수단(40)을 포함함에 따라, 소규모 공정 뿐 아니라 대규모 공정의 전력 생산, 연료전지, 화학산업원료 등에 안정적으로 적용되어 타르의 함량이 적으면서도 수소 농도가 높은 고발열량의 가스를 생산할 수 있다.
실험예
이하에서는 앞서 개시된 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이중 바이오매스 가스화 반응기가 구비된 가스화 장치를 제작하여 생성가스 내의 타르 저감 및 수소 생성 효율을 실험하였다.
먼저, 하기의 표 1의 구성을 포함하는 실시예 1, 비교예 1, 및 비교예 2의 가스화 반응기를 포함하는 가스화 장치를 구성하였다.
실시예 1에는 본 실시예의 상면은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 상기 원통의 둘레면에는 다수의 통공이 형성되어 있고 상기 원통의 하단 둘레는 판 형태로 확장되어 있는 분산판이 제 1 반응기 및 제 2 반응기의 연통부위에 설치되는 반면, 비교예 2에는 본 실시예와 달리 다수의 구멍이 형성된 평판 형태의 분산판이 설치된다.
실시예1 비교예 1 비교예 2
제 1 반응기 ○ ○ ○
제 2 반응기 ○ ○ ○
분산판 ○
(유속저감형)		 X ○
(평면형)
파우더 형태의
탄소흡착제 		○ X ○
이후, 각각의 제 1 반응기에 동일한 양의 폐목재를 투입하여 가스화 반응을 진행하였으며, 반응조건은 하기의 표 2에 나타내었다.
실시예1 비교예 1 비교예 2
Reactor 1 temperature(℃) 803 793 784
Reactor 2 temperature(℃) 808 800 807
Equivalence ratio 0.31 0.31 0.31
Feed rate(g/min) 10 10 8
표 1의 구성을 갖는 가스화 반응기를 포함하는 가스화 장치를 이용하여 표 2와 같은 반응 조건으로 바이오매스의 가스화 반응을 진행하였으며, 생성된 생성가스 내의 타르 함량, 응축 타르 제거효율 및 수소 농도는 표 3에 나타내었다. 하기의 표 3의 응축 타르 제거 효율은 비교예 1의 최종 생성된 응축 타르의 양 대비 실시예 1 및 비교예 2의 최종 생성된 응축 타르의 양을 %로 계산하여 나타내었다.
실시예1
(유속저감형 분산판)		 비교예 1
(탄소흡착제 X)		 비교예 2
(평면 분산판)
H2(vol%) 17.3 8.6 19.0
생산가스 내의 타르의 농도 (mg/Nm3) 검출x 1024 검출x
응축 타르의 양
(g/kg of wood)		 0.13 29.31 1.80
응축 타르 제거 효율(%) 99.6 base 93.8
먼저, 실시예 1과 비교예 1의 비교를 통해, 탄소 흡착제를 포함하는 실시예 1의 가스화 장치를 이용한 경우, 탄소 흡착제를 포함하지 않는 비교예 1의 가스화 장치를 이용한 경우 보다 수소의 생성량이 현저히 많고, 응축 타르의 양 또한 현저히 적은 것을 알 수 있다. 즉, 본 실시예의 탄소 흡착제를 포함하는 가스화 장치를 사용함으로써 타르를 효과적으로 저감시키고 수소의 생성을 현저히 증가시켜 고발열량의 가스를 제조할 수 있다고 판단된다.
또한, 실시예 1과 비교예 2의 비교를 통해, 본 실시예의 분산판이 구비된 실시예 1의 가스화 장치를 이용한 경우, 종래의 다수의 구멍이 형성된 평판 형태의 평판분산판이 구비된 비교예 2의 가스화 장치를 이용한 경우와 유사한 수소 생성량을 보임을 알 수 있다. 특히, 실시예 1의 가스화 장치를 이용한 경우, 비교예 1의 가스화 장치를 이용한 경우 보다 응축 타르의 양이 현저히 적었으며, 응축 타르 제거 효율 또한 현저히 높았다.
이는, 본 실시예의 분산판을 포함함에 따라, 제 1 반응기에서 제 2 반응기로 유동하는 유동층 매체의 유속을 효과적으로 저감시켜, 탄소 흡착제의 날림 및 뭉침 현상이 방지되어 타르 저감 효율 및 수소 생성 효율이 향상된 것으로 판단된다. 또한, 이와 같은 분산판이 구비된 경우, 유동층 매체의 유속이 효과적으로 저감할 수 있어, 소규모 공정 뿐 아니라, 유동층 매체의 유속이 빠르거나 스케일 업(scale-up)된 대규모 공정에 적용될 수 있다고 판단된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 폐기물 주입수단 20 : 가스화 반응기
30 : 열원공급수단 40 : 정제수단
210 : 제 1 반응기 211 : 제 1 파이프
213 : 수용부 220 : 제 2 반응기
221 : 제 2 파이프 223 : 탄소 흡착제
225 : 사이클론 230 : 연통부위
240 : 분산판 241 : 상면
243 : 둘레면 245 : 개방된 하면
247 : 통공
249 : 분산판(240)의 판 형태로 확장된 하단 둘레의 상면

Claims (9)

  1. 주입된 폐기물을 외부의 열원과 자체의 열원을 이용하여 가스화하는 제 1 반응기; 및
    상기 제 1 반응기에 연통되도록 설치되어 상기 제 1 반응기의 열원을 이용하며 내부에 일정량의 탄소 흡착제가 충진되어 상기 제 1 반응기에서 생성된 생성가스 내의 타르의 함량을 저감시키고 수소 생산을 증대시켜 후속 공정으로 공급하는 제 2 반응기;를 포함하고,
    상기 제 1 반응기는 내부에 일정량의 모래가 충진되어 상기 외부의 열원의 기류를 따라 유동하면서 폐기물의 연소를 도와 가스화하고 가연성 가스 및 바이오챠르(bio-char)를 생성하며,
    상기 제 1 반응기 및 상기 제 2 반응기의 연통부위에
    상면은 막혀있고 하면은 개방된 원통 형태로 형성되어 상기 원통의 둘레면에는 다수의 통공이 형성되어 있고 상기 원통의 하단 둘레는 판 형태로 확장되어 있는, 유동층 매체의 상향류 유속 저감을 위한 분산판이 설치되는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기는 상기 제 1 반응기의 내부 중에서 상부 쪽에 위치하도록 상기 제 1 반응기의 내측 상단에 고정하되, 상기 제 1 반응기의 내측 둘레와 일정 간격을 갖도록 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기가 상기 제 1 반응기의 상단에 설치되어 이단 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기의 횡 단면적이 상기 제 1 반응기의 횡 단면적 보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄소 흡착제는 활성탄, 바이오챠르 중에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 반응기는
    상기 제 1 반응기 내부의 바이오챠르가 일정량 유지되도록 잉여 바이오챠르를 외부로 배출하기 위해 상기 제 1 반응기의 내부와 연통되도록 설치되는 제 1 파이프; 및
    상기 제 1 파이프를 따라 중력에 의해 배출되는 상기 잉여 바이오챠르를 저장하는 수용부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기는
    상기 제 1 반응기와 상기 제 2 반응기를 서로 연통시켜 상기 제 2 반응기 내부의 탄소 흡착제가 일정량 유지되도록 잉여 탄소 흡착제를 상기 제 1 반응기 쪽으로 유동시키는 제 2 파이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 반응기의 내부에는 타르의 함량이 저감된 생성가스를 후속 공정으로 배출하면서 내부에 충진된 상기 탄소 흡착제의 유출을 막는 사이클론이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이중 바이오매스 가스화 반응기.
  9. 폐기물을 주입하는 폐기물 주입수단;
    제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기;
    상기 제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기에 예비 열원과 공기를 공급하는 열원공급수단; 및
    상기 제 1 항의 이중 바이오매스 가스화 반응기에서 배출되는 배출가스를 정제하는 정제수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화 장치.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020130655A1 (ko) * 2018-12-19 2020-06-25 주식회사 포스코 안수에 포함된 타르 제거장치 및 타르 제거방법
CN113355115A (zh) * 2021-06-03 2021-09-07 栖霞市泰宇生物工程有限公司 一种生物炭生产设备
WO2022034974A1 (ko) * 2020-08-10 2022-02-17 한국에너지기술연구원 바이오매스 유동층 가스화시스템
KR102427903B1 (ko) * 2021-10-20 2022-08-04 (주)에스지이에너지 바이오매스 가스화 시스템
KR20230057908A (ko) 2021-10-22 2023-05-02 박창호 신발 건조기

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114994203A (zh) * 2022-05-27 2022-09-02 中国海洋大学 一种固体生物质燃料两级催化气化测量装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101438335B1 (ko) * 2013-09-25 2014-09-04 서울시립대학교 산학협력단 저타르 발생로가스 생산용 삼단 가스화기
KR101503607B1 (ko) 2013-11-20 2015-03-24 전북대학교산학협력단 수소생산을 위한 2단 유동층 바이오매스 가스화 장치 및 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2013140A4 (en) * 2006-04-11 2013-12-04 Thermo Technologies Llc METHODS AND APPARATUS FOR THE PRODUCTION OF SYNTHESIS GAS OF SOLID CARBONACEOUS MATERIALS
DE102007037860A1 (de) * 2007-08-10 2009-02-19 Siemens Ag Beschichtung des Rohgasweges einer Flugstromvergasungsanlage mit einer thermisch beständigen Antihaftschicht
FR2923732B1 (fr) * 2007-11-16 2011-03-04 Nicolas Ugolin Procede utilisant l'energie thermique solaire couplee a des plasmas pour produire un carburant liquide et du dihydrogene a partir de biomasse ou de charbon fossile (procede p-sl et p-sh)
KR101069574B1 (ko) * 2009-03-31 2011-10-05 서울시립대학교 산학협력단 탄소 흡착제를 함유하는 이중 바이오매스 가스화 반응기 및이를 구비한 가스화 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101438335B1 (ko) * 2013-09-25 2014-09-04 서울시립대학교 산학협력단 저타르 발생로가스 생산용 삼단 가스화기
KR101503607B1 (ko) 2013-11-20 2015-03-24 전북대학교산학협력단 수소생산을 위한 2단 유동층 바이오매스 가스화 장치 및 방법

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020130655A1 (ko) * 2018-12-19 2020-06-25 주식회사 포스코 안수에 포함된 타르 제거장치 및 타르 제거방법
WO2022034974A1 (ko) * 2020-08-10 2022-02-17 한국에너지기술연구원 바이오매스 유동층 가스화시스템
CN113355115A (zh) * 2021-06-03 2021-09-07 栖霞市泰宇生物工程有限公司 一种生物炭生产设备
KR102427903B1 (ko) * 2021-10-20 2022-08-04 (주)에스지이에너지 바이오매스 가스화 시스템
WO2023068454A1 (ko) * 2021-10-20 2023-04-27 (주)에스지이에너지 바이오매스 가스화 시스템
KR20230057908A (ko) 2021-10-22 2023-05-02 박창호 신발 건조기
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