KR102221048B1 - 무산소 배기가스 라인이 구비된 이중 유동층 반응기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나선형 날개를 포함한 이중 유동층 반응기에 대한 것으로, 본 발명에 따른 나선형 날개를 포함한 이중 유동층 반응기는 원료 투입부를 통해 내부로 가연성 폐기물, 바이오매스 등의 원료가 투입되고 내부에서 유동매체가 유동하며 하부 공간에 스팀이 유입되어 기포유동층이 형성되고, 상기 원료가 가스화되어 내부에서 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로와, 상기 기포유동층 위쪽의 상기 기포유동층 가스화로 내부에 설치되어 유체가 선회류로 이동하게 하는 나선형 고정 날개 및 상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체 및 상기 생성가스에 포함된 차르(char)를 이송받으며 공기를 공급받아 상기 차르(char)가 연소됨으로써 상기 유동매체의 온도를 상승시키고 고온화된 상기 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 내보내는 고속유동층 연소로를 포함하고, 배기가스 싸이클론에서 배출되는 배기 가스 중 일부는 산소가 제거된 후, 원료 탱크로 다시 공급된다.

Description

무산소 배기가스 라인이 구비된 이중 유동층 반응기 시스템{DUAL FLUIDIZED BED REACTING SYSTEM WITH LOW OXYGEN RECYCLE LINE OF FLUE GAS WITHOUT OXYGEN}

본 발명은 산소가 제거된 배기가스 라인이 구비된 이중 유동층 반응기 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 나선형 가스화로를 포함하는 이중 유동층 반응기에 연동되어 원료 물질을 공급하는 사일로 형태의 원료 탱크에, 산소가 제거된 배기가스를 공급하는 무산소 배기가스 라인이 구비되는 것을 특징으로 하는, 나선형 가스화로를 포함하는 이중 유동층 반응기 시스템에 관한 것이다.

화석원료의 사용으로 온실가스가 축적되어 기후 변화의 위협이 전 지구적인 문제로 확산되면서 온실가스 배출에 대해 규제가 점점 강화되고 있으며, 세계 여러 나라가 화석원료를 대체할 에너지 기술 개발에 많은 자금과 인력을 투자하고 있다.

대체 에너지에는 다양한 종류가 존재하는데, 그 중에서도 바이오매스의 경우에는, 이산화탄소가 바이오매스를 거쳐 탄소 형태로 전환되기 때문에 이산화탄소 배출량을 줄이는 가장 효과적인 대체 에너지로 인식되고 있으며, 화석원료를 대신하여 바이오매스를 대체에너지로 사용함으로써 환경, 경제 및 사회적 측면에서 상생하며 지속 가능한 글로벌 경제구조를 창출할 수 있다.

이러한 바이오매스의 가스화는, C, H, O로 구성된 고체인 바이오매스를 H₂, CO, CH₄ 등으로 구성되는 가스를 생산하는 기술을 의미하며, 생산된 가스는 가스엔진, 복합발전 등에 공급됨으로써, 전기에너지를 생산하거나 수소가스, 합성천연가스 또는 바이오디젤을 생산하기 위한 원료물질이 된다. 이러한 가스화 공정은 일반적인 연소방식과는 달리 환원 분위기에서 전체적인 반응이 수행되므로, 오염물질 배출이 적어 대기오염 등을 예방할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지 효율의 증대에도 기여하므로 차세대 청정이용 기술로 각광을 받고 있다.

가스화 과정은 통상적으로, 건조, 탈휘발화, 가스화 단계로 분류되는데, 120℃까지 가열하여 건조 단계가 수행되고, 350℃까지 가열할 경우에는 탈휘발화(devolatilization) 현상이 일어나 휘발분이 날아가는 탈휘발화 단계가 수행되며, 350℃ 이상의 온도로 가열될 경우에는 차르(char)의 가스화 반응이 일어난다.

한편, 자연발화(Spontaneous Ignition)는 외부에 아무런 착화원이 없는 상태에서 물질이 상온의 공기에서 자연히 발열하고, 그 열이 장시간 축적되어 마침내 발화점에 도달되면서 연소를 일으키는 현상이다. 단 외부에서 가열을 행한 경우에도 발화점에 도달하는 과정이 주로 반응열의 축적에 의하는 경우에는 자연발화에 포함시키는 것이 보통이다. 인화점과의 차이점은 착화원과의 직접적인 접촉이 있을 경우 인화점으로 간주한다. 이와 같은 정의에서 자연발화가 일어나기 위해서는 다음과 같은 과정을 거처야 한다.

① 물질의 화학반응에 의해 열이 발생한다.

② 발생한 열이 물질의 내부에 축적된다.

③ 열의 축적에 의해 물질의 온도가 발화온도를 상회한다.

①과 ③의 조건은 물질 고유의 성질과 그것의 양에도 관계가 되는 조건이라고 할 수 있으나, 여기에서 주목되는 것은 ②의 조건이다. 반응열의 축적은 물질 고유의 성질보다도 물질이 놓여있는 환경조건에 지배 받는 경우가 많다. 즉, 방열되기 쉬운 상태에 있으면 열의 발생량이 많아도 열이 축적되기 어렵고, 반면에 방열되기 어려운 상태에 있으면 발열량이 적어도 열이 충분히 축적될 수 있기 때문이다. 따라서 자연발화의 특징은 열의 축적 과정에 있으며, 자연발화 현상은 환경조건과 깊은 관계를 가지는 현상이라고 할 수 있다.

따라서, 바이오매스의 가스화 반응에서 원료물질이 저장되고, 이를 가스화 반응기로 공급하는 원료 탱크에서 바이오매스의 자연 발화 가능성이 존재하며, 가스화 반응기 내에서 반응이 수행될 때, 산소의 농도가 낮게 유지되어야 하므로, 이를 해결하기 위한 구체적인 수단이 요구되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1993734호

본 발명의 목적은, 가연성 폐기물을 포함한 다양한 원료를 이중 유동층 가스화로의 가스화 원료로 사용하는 기포유동층 가스화 반응기 시스템에 포함되어 있는 원료 탱크에 산소가 제거된 배기 가스를 공급함으로써, 원료 탱크 내에 저장되는 원료로부터 자연 발화 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지하는 것을 목적으로 한다.

또한, 원료 탱크로부터 공급되는 가연성 폐기물 혹은 바이오매스 등의 원료가 기포유동층 가스화로 내에서 산소가 거의 존재하지 않는 산소 결핍 조건으로 유지될 수 있어, 가스화 반응의 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

아울러 기포유동층 가스화로 하부의 기포유동층 영역에서 생성된 합성가스를 기포유동층 가스화로 상부에서 유동매체와 충분히 접촉시켜 생성가스 내에 존재하는 타르를 분해하여 타르가 저감된 생성가스를 생산할 수 있는 기포유동층 가스화로를 제공하는 것과 기포유동층 가스화로와 고속유동층 연소로에서의 열손실을 최소화하여 운영비가 절감되어 공정효율을 향상시킬 수 있는 기포유동층 가스화로와 고속유동층 연소로의 일체형 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 통상의 기술자라 함)에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템은, 가연성 폐기물 또는 바이오매스의 원료가 저장되는 원료 탱크; 상기 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부로 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로; 상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체 및 차르(char)를 포함하는 생성가스를 공급받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로; 상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 싸이클론; 및 상기 고속유동층 연소로의 상부 및 기포유동층 가스화로의 상부의 사이에 연결되고, 상기 유동매체를 배기 가스와 분리시킨 후, 배기 가스를 배출하고 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 배기가스 싸이클론;을 포함하며, 상기 기포유동층 가스화로의 내부에는, 생성가스를 선회류로 이동하도록 하는 나선형 고정 날개가 설치되고, 상기 배기가스 싸이클론에서 배출되는 배기 가스의 일부는 산소가 제거된 후, 원료 탱크로 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 나선형 고정 날개에는, 상하 방향으로 간격을 두고 다수 개의 개구(opening)가 형성되는 것이 바람직하고, 한쪽 끝단이 상기 나선형 고정 날개 중 상기 개구의 하단과 접하는 부분과 결합되되, 상기 나선형 고정 날개의 하향 경사지는 방향의 반대쪽으로 하향 경사지게 뻗은 경사면을 포함하는. 안내판이 더 구비됨으로써, 상기 개구를 통해 빠져 내려오는 유동매체가, 상기 안내판을 타고 경사지게 내려가도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.

상기 안내판은, 나선형 고정 날개 중 개구의 하단과 접하는 부분으로부터 상방으로 올라가다가 꺾여서 하방으로 내려가도록 구성될 수 있다.

산소가 제거된 배기가스는, 생성가스에 포함된 먼지와 HCl을 제거하는 필터의 퍼징가스로도 공급될 수 있다.

또한, 상기 배기가스 싸이클론에서 배출되는 배기 가스의 일부가 재순환될 때, 저온 산화 촉매를 통해 산소가 제거되는 것이 바람직한데, 상기 저온 산화 촉매는 Cu 혹은 Mn을 포함하고, 충진탑 내에 충전되어 100도 이하의 온도에서 저온 산화될 수 있다.

저온 산화 촉매가 충전된 충진탑에 추가로 LPG 혹은 LNG 가스가 추가로 공급됨으로써, 배기 가스는 추가로 산화될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 합성가스 중 타르와 유동매체 간 접촉효율을 향상시켜 가스화 효율이 우수하고, 가스화 원료로서 다양한 원료를 사용할 수 있는 나선형 가스화로를 포함한 일체형 가스화 시스템을 제공하는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면 연소로를 기포유동층 가스화로가 감싸는 형태로 구성함으로써 열전달을 최대화하고 열손실이 최소화되는 나선형 가스화로를 포함하는 이중 유동층 반응기 시스템을 제공할 수 있다.

아울러, 가연성 폐기물을 포함한 다양한 원료가 저장되는 원료 탱크에 산소가 제거된 배기 가스를 공급함으로써, 원료 탱크 내에서 자연 발화 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 작은 불씨가 존재하더라도 효과적으로 소화될 수 있는 효과가 존재한다.

또한, 원료 탱크로부터 공급되는 가연성 폐기물 혹은 바이오매스 등이 기포유동층 가스화로 내에서 산소가 거의 존재하지 않는 산소 결핍 조건으로 유지될 수 있어, 가스화로 내에서의 가스화 반응의 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 존재한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템을 도식적으로 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 나선형 가스화로를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 나선형 가스화로의 일부로서 나선형 날개와 개구 및 안내판을 상세하게 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 본 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

본 명세서에서 '및/또는'이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, '연결되는/결합되는'이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 '포함한다' 또는 '포함하는'으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및 소자의 존재 또는 추가를 의미한다.

또한, '제1, 제2' 등과 같은 표현은, 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 측(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 중심으로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 나선형 가스화로를 포함하는 이중 유동층 반응기를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 나선형 가스화로를 포함한 이중 유동층 반응기 시스템은, 원료 탱크(300), 기포유동층 가스화로(100) 및 고속유동층 연소로(200)을 포함한다. 상기 원료 탱크(300)로 공급되는 원료 물질은 가연성 폐기물, 바이오매스, 석탄 및 슬러지 등을 포함할 수 있으며, 원료투입부(160)을 통해 기포 유동층 가스화로(100)으로 공급된다.

상기 기포유동층 가스화로(100)에서 배출되는 생성가스(10)에 포함되어 있는 타르(tar) 및 유동매체 분쇄입자와 같은 미세입자를 분리하여 미세입자를 기포유동층 가스화로(100)로 다시 유입시키고 생성가스의 나머지는 후처리 장치 등으로 배출시키는 생성가스 싸이클론(140)이 상기 기포유동층 가스화로(100)와 생성가스 사이클론 연결관(150)에 의해 연통되도록 연결된다.

생성가스 싸이클론(140)에서 배출되는 생성가스(10)는 유동매체의 종류에 따라 달라질 수 있는데, 수소가 40~70% 정도 함유되어 있어서 수소원료로 이용될 수 있으며, 유동매체로는 올리바인이나 산화칼슘(CaO) 등이 사용될 수 있다.

기포유동층 가스화로(100)로부터 유동매체 및 차르(char)가 고속유동층 연소로(200)로 이송되어 차르(char)의 연소에 의해 유동매체가 고온으로 바뀌고, 차르(char)는 연소가 되어 없어지게 된다.

또한, 배기가스 싸이클론(210)에서 배기가스(20)와 유동매체가 분리되어 연소 과정에 의해 생성된 배기가스(20)는 배출되고, 유동매체는 배기가스 싸이클론 연결관(220)을 통해 기포유동층 가스화로(100)로 다시 유입되어 기포유동층 가스화로(100)의 열원이 된다.

가연성 폐기물, 바이오매스, 석탄 및 슬러지 등의 원료는 기포유동층 가스화로(100), 고속유동층 연소로(200)로 이루어지는 일련의 순차적인 장치로 구성되는본 발명에 따른 가스화 시스템에 의하여 가스화된다.

기포유동층 가스화로(100)는 가연성 폐기물, 바이오매스, 석탄 및 슬러지 등과 같은 원료를 열분해, 가스화하는 부분으로서, 기포유동층 가스화로(100) 하부에는 산화제인 스팀이 분사됨으로써 기포유동층(120)이 형성되며, 가연성 폐기물, 바이오매스, 석탄 및 슬러지 등과 같은 물질들이 열분해 및 가스화되어 생성가스로 변하게 된다. 여기서의 가연성 폐기물은 약 5~8cm의 크기로 분쇄된 폐목, 플라스틱 또는 비닐 등을 포함할 수 있다.

기포유동층 가스화로(100) 내부 중 기포유동층(120)의 위쪽에는 기포유동층 가스화로(100)의 중심부를 따라 수직 방향으로 길게 중심축(130)이 고정 설치되고 중심축(130)의 둘레에는 스크류 날개 형태의 나선형 고정 날개(100)가 결합되어, 기포유동층 가스화로(100) 내부에서 유체가 선회류로 이동하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 나선형 고정 날개(110)에 의해 생성가스(10)와 유동매체의 접촉빈도가 증가됨으로써, 생성가스(10)에 포함된 타르(tar)와 유동매체 간 접촉 반응이 증가하게 된다.

도 3에 제시된 것과 같이, 나선형 고정 날개(110)에는 개구(115)가 상하 방향으로 간격을 두고 다수 개 형성되어 있어, 상기 개구(115)를 통해 원료 및 유동매체의 일부 또는 전부가 나선형 고정 날개(110) 밑으로 떨어지며, 이로써 위쪽 방향으로 상승하는 스팀(30)이 생성가스(10)와의 효율적인 접촉이 쉽게 이루어진다.

이와 같은 원료 및 유동매체와 스팀(30) 및 생성가스(10)와의 접촉을 극대화하기 위하여, 도 4에 도시된 것과 같이 한쪽 끝단이 나선형 고정 날개(110)중 상기 개구(115)의 하단과 접하는 부분과 결합하고 나선형 고정 날개(110)의 하향 경사지는 방향의 반대쪽으로 하향 경사지게 뻗은 경사면을 포함하는 안내판(116)이 더 구비되어, 개구(115)를 통해 빠져 내려온 유동매체가 안내판(116)을 타고 경사지게 내려가도록 구성된다.

이와 같이 구성됨으로써 유동매체가 지나치게 빨리 개구(115)를 통해 빠져나가지 못하게 되는 한편 생성가스 및 스팀이 안내판(116)을 빙 둘러서 올라가게 되므로 그만큼 접촉시간이 길어지게 된다.

상기 안내판(116)은 나선형 고정 날개(110) 중 개구(115)의 하단과 접하는 부분으로부터 상방으로 올라가다가 꺾여서 하방으로 내려가도록 구성되는데, 이러한 구성은 나선형 고정 날개(110)를 타고 내려오는 유동매체가 더 많이 개구(115)를 통해 빠져나와 안내판(116)을 타고 내려가게 하기 위한 것이다.

한편, 상기 기포유동층 가스화로(100)의 하부로부터 차르(char) 및 유동매체가 고속유동층 연소로(200)로 이송된다. 고속유동층 연소로(200) 하부로부터 차르(char)를 연소시키기 위하여 공기가 유입되며, 고속유동층 연소로(200)는 속도가 아주 빠른 고속유동층(fast bed)으로 운전된다. 고속유동층 연소로(200)로 이송된 유동매체는 기포유동층 가스화로(100)의 하부에서 850℃였던 것이 고속유동층 연소로(200)를 거치면서 950℃로 승온되어 고온의 열원으로서 기포유동층 가스화로(100)로 재투입된다.

고속유동층 연소로(200)를 지난 가스는 고속유동층 연소로(200) 상부에 연결된 배기가스 싸이클론(210)에 의해 유동매체 및 재가 분리된다. 고속유동층 연소로(200)에서 고온으로 변한 유동매체가 배기가스 싸이클론(210)을 지나서 기포유동층 가스화로(100) 상부로 이송되어 기포유동층 가스화로(100)의 가스화 반응을 위한 열원으로 사용되며, 연소 과정에 의해 생성된 배기가스(20)는 배기가스 싸이클론(210)을 통해 배출되는데, 이렇게 배출되는 배기가스(20)에는 약 3~5 vol%의 산소가 포함된다. 이렇게 산소가 일부 포함된 배기가스(20) 중 일부는 다시 순환되어 배기가스라인(21)을 통해 원료 탱크(300)로 공급된다(도 1 참조).

이렇게 원료 탱크(300)로 공급되는 배기가스(20) 내에 포함된 산소를 제거하기 위해서 저온 산화 촉매가 충전된 충진탑(400)을 거치도록 한다. 이때 충진탑에 충전되는 저온 산화 촉매로는 Cu, Mn 등이 사용될 수 있으며, 약 100℃ 이하의 저온에서 산화됨으로써, 배기가스(20) 내에 포함된 산소를 효과적으로 제거할 수 있다.

또한, 선택적으로 상기 배기가스(20) 내에 포함된 산소를 충분히 제거할 수 있도록 액화프로판가스(LPG) 혹은 액화천연가스(LNG) 등을 추가로 상기 충진탑(400) 내로 소량 공급하는 것도 가능하다.

이렇게 배기가스(20)가 저온 산화 촉매가 충전된 충진탑(400)을 거침으로써, 배기가스(20) 내에 포함된 산소가 효과적으로 제거될 수 있으며, 산소가 제거된 배가스(21)는 다시 원료탱크(300)로 공급되어, 원료가 포함된 탱크(300)를 무산소 조건으로 유지시킬 수 있어, 자연발화 등과 같은 안정적인 공정의 운전을 저해할 수 있는 요인을 효과적으로 제거할 수 있다.

아울러 이렇게 산소가 제거된 배기가스(20)는 원료 탱크(300)에서 원료 성분들과 함께 기포 유동층 가스화로(100)로 공급됨으로써, 상기 기포 유동층 가스화로(100)의 내부를 무산소 혹은 저산소의 혐기 조건을 유지하는데 도움을 줄 수 있다.

또한, 이렇게 산소가 제거된 배기가스(20)는, 생성가스(10)에 포함된 먼지와 HCl을 제거하는 필터(410)의 퍼징가스로도 공급될 수 있다.

필요에 따라 배기가스 싸이클론(210)을 통해 배출되는 배기가스(20)에는 필터(410)를 거쳐 충진탑(400)으로 공급될 수 있는데, 이러한 필터(410)를 통해 배기가스(20)에 포함된 불순물을 사전에 제거함으써, 충진탑(400)에 충전되어 있는 저온 산화 촉매가 오염되는 것을 방지할 수 있다.

도 1에 나타낸 제1 실시예는 기포유동층 가스화로(100)와 고속유동층 연소로(200)가 서로 떨어져 있도록 구성된 것이나, 도 2에 나타낸 것과 같이 상기 기포유동층 가스화로(100)가 고속유동층 연소로(200)를 감싸는 형태로 구성된 제2 실시 예의 형태로 구현되는 것도 가능하다..

도 2에 제시된 본 발명의 제2 실시 형태의 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템은, 기포유동층 가스화로(100) 내부에 설치된 나선형 고정 날개(110)의 중심축(130) 내부의 공간에 고속유동층 연소로(200)가 위치하며, 고온의 고속유동층 연소로(200) 벽면을 통해 기포유동층 가스화로(100)로 열이 전달됨으로써 열전달을 최대화하고 열손실을 최소화하여 가스화 장치의 운전비를 절감할 수 있다.

또한, 제2 실시 형태의 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템 역시 배출되는 배기가스(20) 내에 포함된 산소를 저온 산화 촉매가 충전된 충진탑(400)을 거쳐 원료 탱크(300)로 재순환시킬 수 있는데, 이와 관련된 내용은 이미 앞서 도 1의 제1 실시예에서 설명한 부분이 중복되므로 여기서는 생략한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 생성 가스 20 : 배기 가스
21 : 산소가 제거된 배기 가스 30 : 스팀
40 : 공기 100 : 기포유동층 가스화로
110 : 나선형 고정 날개 115 : 개구(opening)
116 : 안내판 120 : 기포 유동층
130 : 중심축 140 : 생성가스 사이클론
150 : 생성가스 사이클론 연결관 160 : 원료 투입부
170 : 가스화로 연결관 200 : 고속유동층 연소로
210 : 배기가스 사이클론 220 : 배기가스 사이클론 연결관
300 : 원료 탱크 400 : 충전탑
410 : 필터

Claims (7)

1. 이중 유동층 반응기 시스템에 있어서,
   가연성 폐기물 또는 바이오매스의 원료가 저장되는 원료 탱크;
   상기 원료 탱크로부터 원료를 공급받고, 하부로 스팀이 유입되어 내부에서 유동매체가 유동됨으로써 기포유동층이 형성되며, 상기 원료가 가스화되어 생성가스가 만들어지는 기포유동층 가스화로;
   상기 기포유동층 가스화로로부터 상기 유동매체 및 차르(char)를 포함하는 생성가스를 공급받고, 추가로 공기를 공급받아, 상기 차르(char)를 연소시킴으로써 유동매체를 가열하고, 가열된 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 고속유동층 연소로;
   상기 기포유동층 가스화로와 연통되고, 기포유동층 가스화로에서 배출되는 생성가스 중 미세입자를 분리하여 미세입자는 상기 기포유동층 가스화로로 다시 유입시키고, 나머지를 배출시키는 생성가스 싸이클론; 및
   상기 고속유동층 연소로의 상부 및 기포유동층 가스화로의 상부의 사이에 연결되고, 상기 유동매체를 배기 가스와 분리시킨 후, 배기 가스를 배출하고 유동매체를 상기 기포유동층 가스화로로 이송하는 배기가스 싸이클론;을 포함하며,
   상기 기포유동층 가스화로의 내부에는, 생성가스를 선회류로 이동하도록 하는 나선형 고정 날개가 설치되고,
   상기 배기가스 싸이클론에서 배출되는 배기가스 중 일부는 산소가 제거된 후, 원료 탱크로 공급되며,
   상기 배기가스 싸이클론에서 배출되는 배기가스 중 일부는, 저온 산화 촉매를 통해 산소가 제거되는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나선형 고정 날개에는, 상하 방향으로 간격을 두고 다수 개의 개구(opening)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   한쪽 끝단이 상기 나선형 고정 날개 중 상기 개구의 하단과 접하는 부분과 결합되되, 상기 나선형 고정 날개의 하향 경사지는 방향의 반대쪽으로 하향 경사지게 뻗은 경사면을 포함하는. 안내판이 더 구비됨으로써,
   상기 개구를 통해 빠져 내려오는 유동매체가, 상기 안내판을 타고 경사지게 내려가도록 구성되고,
   상기 안내판은, 나선형 고정 날개 중 개구의 하단과 접하는 부분으로부터 상방으로 올라가다가 꺾여서 하방으로 내려가도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   산소가 제거된 배기가스는, 생성가스에 포함된 먼지와 HCl을 제거하는 필터의 퍼징가스로 공급되는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 저온 산화 촉매는, Cu 혹은 Mn을 포함하고, 충진탑 내에 충전되어 100도 이하의 온도에서 저온 산화되는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   저온 산화 촉매가 충전된 충진탑에 추가로 LPG 혹은 LNG 가스를 추가 공급됨으로써, 배기 가스를 추가로 산화시키는 것을 특징으로 하는, 나선형 날개가 포함된 이중 유동층 반응기 시스템.
   

Images