KR102332864B1 - 캔들 필터들 및 제올라이트 공급원을 포함하는 생성 가스 필터 - Google Patents

캔들 필터들 및 제올라이트 공급원을 포함하는 생성 가스 필터 Download PDF

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Abstract

본원은 하우징을 가진 생성 가스 필터 (1) 에 관한 것으로서, 목재 가스 반응기 (3) 로부터의 생성 가스는 생성 가스 라인 (2) 에 의해 하우징에 공급되고, 하우징으로부터의 세정 가스는 세정 가스 라인 (5) 를 통하여 배출된다. 본원의 목적은 생성 가스 유동내의 장쇄 탄화수소의 양을 적어도 실질적으로 감소시키는 것이고 그리고 높은 필터 성능을 달성하는 것이다. 이를 달성하기 위해서, 본원에 따라서, 필터 (1) 는 파티션 (8) 에 의해 2 개의 기밀한 부분들로 분할되고, 생성 가스 라인 (2) 은 하부 영역 (4) 으로 개방되고, 세정 가스 라인 (5) 은 집속 챔버 (10) 인 상부 영역으로부터 유도되고, 적어도 2 개의 캔들 필터들 (9) 이 파티션 (8) 에 배열되고, 이 필터들은 압축 공기 라인들 (12) 에 의해 압축 공기 공급원 (P) 에 개별적으로 연결될 수 있고 그리고 하부 (4) 로 돌출하며, 제올라이트 용기 (14) 는 압축 공기 공급원 (P) 에 연결될 수 있는 벤츄리 노즐 (15) 과 차단될 수 있는 라인을 통하여 필터 (1) 의 하부 (4) 에 연결된다.

Description

캔들 필터들 및 제올라이트 공급원을 포함하는 생성 가스 필터
본원은 청구항 1 의 전제부 및 EP 3 067 407 에 따른 목재 가스 반응기들의 생성 가스에서 장쇄 탄화수소를 감소시키는 디바이스; 즉, 목재 가스 반응기로부터의 생성 가스가 생성 가스 라인에 의해 공급되는 하우징을 가진 생성 가스 필터에 관한 것이다.
본 출원인의 EP 3 067 407 에 따르면, 생성 가스 필터에서 하지만 실제 필터 이전에 이러한 시스템에 의해서, 수율을 향상시키기 위해 산소가 생성 가스에 공급되는 것이 공지되어 있다.
이 문헌은 장쇄 탄화수소의 감소 문제를 다루지 않는다. EP 1 870 444 및 WO 2008/089503 은 마찬가지로 장쇄 탄화수소를 감소시키는 문제를 다루지 않는 유사한 디바이스들에 관한 것이다.
이러한 탄화수소는 통상적으로 바이오매스 가스화에서 장쇄 탄화수소로서, 예를 들어:
페놀, 아세나프틸렌, 나프탈렌, 메틸나프탈렌, 페난트렌, 크레졸, 비페닐, 플루오라이드 및 안트라센이 발생한다. 목재 가스화에서, 이들의 형성은 항상 존재하는 테르펜과 또한 리그닌에 의해 영향을 받는다. 반응기들은 모두 당업계에 공지되어 있고, 그리하여 특히 가스화를 증가시키는 반응기, 가스화를 감소시키는 반응기, 2 단계 가스화를 가진 반응기, 고정식 유동층을 가진 반응기 또한 순환식 유동층을 가진 반응기가 있다.
본원의 문맥에서 목재 가스 반응기들은, 예를 들어 블록 발전소, 터빈 등의 다양한 방법으로 사용될 수 있는 생성 가스로부터 바이오매스를 생성한다.
생성 가스에 포함된 고형물을 분리할 필요가 있다. 이러한 고형물은 가스 반응기들에서 주로 미연소된 탄소 입자이지만, 소량 및 다른 배합물 (admixtures) 에 포함될 수 있다. 여기에서, 각각의 입법자 및 조작자는 소위 미세 먼지의 제거를 점점 더 촉구하고 있고, 보다 엄격한 제한이 규정되어 있다. 이러한 고형물을 분리하는 일 방법으로는, 다양한 필터들이 사용될 수 있고 필터 카트리지들 및 필터 백을 단지 참조해야 하는 고전적인 필터링으로 구성된다.
필터링을 위한 다른 기술로는, 화학적으로 가능한 한 이러한 고형 입자들이 촉매 연소되는 촉매의 사용이다.
두 방법은 장점과 단점을 가지고 있다. 추가로, 다양한 국가의 입법자들은 전반적으로 생성 가스 및 연도 가스의 보다 양호한 필터링을 점점 더 요구할 뿐만 아니라 생성 가스에 잔류하는 장쇄 탄화수소의 수준을 감소시키도록 요구하고 있다.
바이오매스 가스화로부터 장쇄 탄화수소를 감소하기 위해, 현재 사용되는 연료와 그 부피에 중점을 둔다. 때로는 연료의 수분 함량이 또한 중요한 역할을 한다. 추가로, 그러한 성분들은 가스발생 (gassing) 하류측 응집체, 예를 들면 엔진에 추가될 수 있고, 이들이 응축되고 그리고 접착하려는 경향으로 인해서 손상시킬 수 있다.
본원의 목적은 추후의 요구를 충족시킬 수 있는 디바이스 또는 방법을 제공하여, 특히 생성 가스로부터 장쇄 탄화수소를 적어도 많이 제거할 수 있고 그리고 한번으로 미세물 및 미세한 먼지를 필터하는 것이 바람직하다.
본원에 따라서, 이러한 목적들은 청구항 1 의 특징부에 포함된 특징들에 의해 달성되고; 즉, 미세하게 분쇄된 제올라이트의 오더 (order) 가 필터 또는 필터 케이크에 적용되어 생성 가스 스트림에 의해 횡단되고, 이에 의해 특히 장쇄 탄화수소가 제올라이트 필터 케이크에 걸쳐 촉매 분해되고 이와 함께 생성 가스 스트림으로부터 배출될 수 있다.
바람직한 실시형태에서, 본원에 따른 생성 가스 필터는 적어도 2 개의 필터 카트리지들을 가지고, 이 필터 카트리지들을 통하여 생성 가스가 유동하며, 필터 카트리지들의 표면에서 입자들이 필터링되어, 필터 케이크의 미리 정해진 한계 이상으로 분리되고 그리고 이 필터로부터 배출되는 유동하는 생성 가스 스트림의 압력 강하를 초과할 때, 이러한 필터들에서 공지된 바와 같이 필터 케이크의 구성을 얻는다.
본원에 따라서, 필터 캔들(들)의 영역에서 미세하게 분쇄된 제올라이트는 필터 케이크를 제거한 후에 생성 가스 스트림안으로 블로잉되고, 필터 캔들상에 필터 케이크의 기초를 형성하여, 특히 매우 얇은 층 또는 쉘을 형성하고, 이 위치에서 생성 가스 스트림에 함유된 장쇄 탄화수소를 감소시키기 위한 것이다. 후속의 필터 케이크의 블로잉 오프 또는 블라스팅 오프에 의해, 소모된 촉매 활성 제올라이트는 또한 이 필터로 도포된다. 제올라이트는 US 5,505,766 에서 종속 조항에 언급된 바와 같이 화석 공급원의 연도 가스로부터 수은을 분리하기 위해 당업계에서 사용되어 왔다.
제올라이트는 또한 예를 들어 JP 2005 028 294 또는 WO 2010/034791 에 개시된 바와 같이 다른 상황, 즉 배기 가스, 연도 가스 및 연소 가스의 처리시 선행 기술에서 언급된다:
이러한 경우에, 일본 문헌은 매우 산성인 폐가스에 관한 것으로서, 이 폐가스는 미세 먼지를 필터링하기 위해 적어도 50 중량% 알칼리성 매체를 함유하는 처리 제제와 혼합되고, 필터에는 의도적으로 적용된 필터 케이크가 제공될 수 있고, 이를 위한 적절한 재료로서 열거하면 제올라이트가 언급된다.
이러한 배기 가스에 장쇄 탄화수소가 있더라도 - 언급되지 않았지만 - 필터 하우징내의 그리고 필터상의 열적 그리고 화학적 조건하에서 직접적으로 감소되지 않는다. WO 문헌은 선철 또는 석탄 가스화 플랜트들의 제조 중에 생성되는 배기 가스를 처리하므로, 목재의 가스화와 관련된 본원과는 반대로, 가장 불쾌한 오염물로 인해 부담이 된다.
여기에서, 기계적 필터링 이외에, 입자 첨가제의 첨가가 제시되며, 이 첨가제는 또한 흡착제를 포함할 수 있고, 이 흡착제는 또한 미세하게 분쇄된 제올라이트일 수 있다. 탑재된 흡착제는 그 후에 미세 필터에서 가스 스트림으로부터 제거된다. 장쇄 탄화수소의 존재도 이들에 대한 영향도 언급되어 있지 않다. 본원은 순전히 개략적인 도면을 참조하여 하나의 도면으로 이하 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 순전히 개략적으로, 생성 가스 필터링을 위한 본원의 디바이스 (1) 를 나타낸다.
기술적 용어에서와 같이, 모든 인클로저들, 부속품들 등을 가진 필터의 전체와 필터 자체는 종종 동의어로서 간단하게 “생성 가스 필터들” 또는 “필터들” 라고도 하며, 이는 각각의 의미를 문맥에서 명확하게 추론할 수 있기 때문이다. 디바이스 (1) 는 목재 가스 반응기 (3) (단지 도시됨) 의 파이프들 (2) 을 통하여 실제 필터 (4) 까지 각각 유도되는 생성 가스 스트림이다. 블로어 (6) 가 배열된 세정 가스 라인 (5) 은 필터 (4) 로부터 터빈, 내연 기관 등의 형태의 가스 전환 머신으로 유도된다. 필터 (4) 는 본질적으로 하우징 및 분리 트레이 (8) 로 구성되고, 이 분리 트레이상에 몇 개의 가스 필터 카트리지들이 배열되고, 도시된 실시형태에서는 아래에 배열된 2 개의 필터 카트리지들 (9) 이 미세정 생성 가스쪽으로 돌출한다.
분리 트레이 (8) 와 하우징 및 필터 카트리지들 (9) 에 대한 분리 트레이의 연결은 밀집하게 형성되어, 생성 가스 라인 (2) 을 통하여 오는 생성 가스는 단지 필터 카트리지들 (9) 을 통하여 분리 트레이 (8) 위의 세정 가스용 플리넘 (10) 안으로 가게 되고 그리고 거기에서 세정 가스 라인 (5) 안으로 갈 수 있다. 필터 (4) 의 하부는 테이퍼지거나 다른 방식으로 테이퍼지며 그리고 그 하단부에서 차단되지 않은 도시된 실시형태에서 먼지 용기 (11) 에 이른다.
차단 밸브로서, 예를 들어, 회전식 밸브가 제공될 수 있고, 심지어 간단한 밸브도 가능하다. 필터 카트리지들 (9) 은, 선행 기술에서 공지된 바와 같이, 압축 공기 라인들 (12) 을 통하여 연결되고 그리고 선택적으로 작동가능한 차단 밸브들 (13) 을 통하여 압력 저장소 (P) 에 연결된다.
지금까지 설명된 디바이스는 종래의 생성 가스 필터들에 완전히 대응하고, 그 작동은 선행 기술의 작동에 대응하기 때문에 간략하게만 설명되어야 한다:
정상 작동 (시동 작동 및 비상 작동은 여기에 설명되지 않음) 에서, 생성 가스는 목재 가스 반응기 (3) 로부터 필터 (4) 내의 생성 가스 라인 (2) 을 통하여, 거기에서부터 플리넘 (10) 내의 필터 카트리지들 (9) 을 통하여, 거기에서부터 세정 가스 라인 (5) 및 가스 전환 유닛내의 가능하다면 제공되거나 또는 제공되지 않는 블로어 (6) 를 통하여 유동한다.
이러한 경우에, 필터 카트리지들 (9) 의 표면을 통과할 때, 고형 재료는 생성 가스 스트림으로부터 필터링되고; 필터 케이크가 형성된다. 한편으로는, 이러한 필터 케이크는 필터 특성들을 향상시키고; 다른 한편으로는, 필터 케이크의 증가하는 축적은 필터 카트리지 (9) 를 가로질러 압력 강하를 증가시키고, 이에 따라서 유동을 손상시킨다. 미리 정해진 압력 강하 한계가 달성되면, 필요한 센서들이 아래에서 설명되고, 각각의 고려된 필터 캔들의 관련 폐색기 (obturator 13) 가 개방되고, 필터 카트리지를 통하여 생성 가스의 유동 방향에 대하여 짧지만 격렬한 압력 서지가 있고, 이를 통하여 필터 케이크가 중력에 따라서 적절하게 블라스팅 오프되고 먼지 용기 (11) 안으로 들어간다.
단시간 후에, 통상적으로 단지 수 밀리초 이후에, 폐색기 (13) 가 다시 폐쇄되고 후속의 필터 케이크를 형성하기 시작한다. 이러한 방식으로, 생성 가스의 조성 및 세정 가스 순도 요구를 유지하기 위한 적절한 설계 지식으로, 시간이 지남에 따라 변동하는 필터 특성들에도 불구하고 원하는 순도가 시간이 지남에 따라 달성될 수 있다. 한편으로는, 심지어 가장 미세한 입자 물질 분획물을 보다 잘 피착 (deposit) 시키고 다른 한편으로는 본원을 넘어서 그리고 본원에 따라서 장쇄 탄화수소를 감소시키기 위해서, 본 발명에 따른 제올라이트를 위한 저장기 (14) 가 제공된다.
저장기의 하단부는 벤츄리 노즐 (15) 로 개방되고, 이 벤츄리 노즐에서 적절하게 개방된 차단 밸브들 (16) 에 의해 저장 용기 (P) 또는 압축기로부터 오는 압축 공기가 관류한다. 압축 공기는 이제 저장기 (14) 로부터 벤츄리 노즐 (15) 을 통하여 미세하게 분쇄된 제올라이트를 통과시키고 하나 이상의 노즐들 (17) 에 의해 필터 (4) 의 내부로, 바람직하게는 대략 필터 카트리지들 (9) 의 영역으로 분무된다. 이러한 디바이스는, 필터 카트리지들 (9) 중 하나로부터 필터 케이크를 블로잉 오프한 후에 항상, 2 개의 차단 밸브들 (16) 이 간단하게 개방되어, 압축 공기가 벤츄리 노즐 (15) 을 통하여 유동하고 그리하여 이와 함께 미세하게 분쇄된 제올라이트를 가져오도록 작동된다.
이는 필터 (4) 의 하우징의 내부로 분사되는 동안 분무되고 그리고 필터 표면이 코팅된 막 세정된 필터 카트리지 (9) 에 운반되는 가스 스트림보다 생성 가스 스트림 (여기에서, 필터 케이크가 없기 때문에 유동 저항이 다른 캔들(들)보다 적음) 이 바람직하다. 따라서, 이는 본질적으로 제 1 층을 형성하여 앞으로 형성될 필터 케이크의 기초가 된다. 이 필터 케이크 및 최종적으로 특히 얇은 제올라이트 층을 통과할 때, 장쇄 탄화수소가 감소되고, 소모된 촉매 제올라이트는 먼지 용기 (11) 로 배출되고 그 다음에 필터 케이크를 블로잉 오프한다. 장쇄 탄화수소를 "분해 (cracking)” 하는 정확한 화학 공정은 공지되어 있지 않지만, 필터 전후의 생성 가스의 분석에서는, 이러한 반응이 필터 케이크에서 발견되지 않지만 그 비율이 현저히 떨어지기 때문에 발생해야함을 보여준다.
본원은 설명되고 도시된 실시형태에 한정되지 않고 다양하게 변형되고 적용될 수 있다.
따라서, 대부분의 경우에, 차후의 사용을 위해 또는 필터링 초기에 환경에서 미세정 생성 가스를 가져오지 않기 위해 별도의 시작 프로그램이 제공될 것이다. 본원의 지식에 용이하게 결합될 수 있는 당업계의 많은 실시예가 있다. 이러한 추가 필터는 또한 새로운 필터 케이크가 형성될 때까지 블로잉이 후에 필터 카트리지상에 스위치온될 수 있다. 대응하는 특징들 및 밸브들 또는 플랩들 등은 명확성을 위해 그리고 본원의 요지와 인과 관계가 없기 때문에 도시되지 않았다. 이는 또한 작동을 모니터링하는 센서들, 특히 압력 게이지들 및 유량계들에 적용되고, 이들은 필터 케이크의 조건에서 폐쇄될 수 있다. 다수의 필터 카트리지들을 제공하는 경우에, 분무된 제올라이트를 위한 입구들은 이에 따라서 증가되어야 하고; 개별 분사 노즐들의 위치는 각각의 필터 카트리지들에 적용될 수 있고 그리고 개별적으로 또는 그룹으로 활성화될 수도 있다.
여러 개의 저장기들 (14) 이 또한 제공되는지의 여부는 개별 환경에 의존하며 그리고 본원 및 적용의 지식을 가진 일반적인 가스 세정에 대한 당업계의 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 사용될 수 있는 재료는 선행 기술과 동일하며, 본원에 의해 어떠한 변화도 일어나지 않으므로, 여기에서 다루지 않아도 된다.
시스템의 제어는, 전술한 본원에 따라서, 작동된 필터 카트리지들 및 제올라이트 블로우에 대한 본원을 제외하고, 또한 선행 기술에 대응하고, 이러한 상세한 설명은 간단한 테스트에 의해 설명될 수 있고, 제어 시스템들 둘 다는 상기 본원에 따라서 설명된다. 분사될 제올라이트의 입자 크기는 종래의 적용에서 최소 15 ㎛ 및 최대 50 ㎛ 이다.
제올라이트를 개질시킴으로써, 각각의 생성 가스 조성은 상이한 입자 크기 또는 입자 크기 분포를 가진 약간의 실험에 의해 고려될 수 있고, 각각의 최적이 발견될 수 있으며; 또한 사용된 필터 카트리지들에 의존한다. 사용된 천연 또는 합성 제올라이트의 정확한 사양은 특정 생성 가스 생성기에 의존하고 여기에서 추가로 설명할 필요가 없다. 또한, 설명 및 청구범위에서, 재료의 조성에서 "주로" 와 같은 정보는 50 중량% 초과, 바람직하게는 80 중량% 초과, 특히 바람직하게는 95 중량% 초과를 의미하고; 반응기, 필터, 구조물 또는 디바이스 또는 보다 일반적으로 물체의 "하부 영역" 은 전체 높이의 하부 절반부, 특히 하부 1/4 을 의미하며, "최저 영역" 은 최저 1/4 를 의미하고, 특히 심지어 더 작은 부분을 의미하며; "중간 범위" 는 전체 높이의 중간의 1/3 ㄴ을 의미한다.
모든 이러한 정보는 의도된 위치 및 장소에 적용되는 고려 대상과 관련하여 공통된 의미를 가진다. 설명 및 청구범위에서, “실질적으로” 는 선언된 값의 10 % 까지의 편차를 의미하고, 물리적으로 가능하다면, 위쪽으로 그리고 아래쪽으로 둘 다로, 즉 인지가능한 방향에서만, 정도 (각도 및 온도) 에 대해 ± 10° 를 의미한다.
01 : 필터들 (전체) 10 : 집속 룸
02 : 생 (raw) 가스 파이프 11 : 먼지 용기
03 : 목재 가스 반응기 12 : 압축 공기 라인(들)
04 : 실제 필터 13 : 차단 부재(들)
05 : 세정 가스 라인 14 : 저장기
06 : 블로어 15 : 벤츄리 노즐
07 : 벽난로 16 : 차단 부재(들)
08 : 분리 베이스 17 : 노즐(들)
09 : 필터 캔들(들)

Claims (10)

  1. 목재 가스 반응기들의 생성 가스내의 장쇄 탄화수소의 함량을 감소시키기 위한 생성 가스 필터로서,
    하우징을 포함하고,
    목재 가스 반응기 (3) 로부터의 생성 가스는 생성 가스 라인 (2) 에 의해 상기 하우징에 공급되고,
    상기 하우징으로부터 세정 가스 라인 (5) 을 통하여 세정 가스가 배출되며,
    상기 필터 (1) 는 분리 트레이 (8) 에 의해 하부 영역 (4) 및 상부의 집속 공간 (10) 으로 기밀하게 분할되고,
    상기 생성 가스 라인 (2) 은 상기 하부 영역 (4) 으로 개방되고,
    상기 세정 가스 라인 (5) 은 상기 상부의 집속 공간 (10) 으로부터 유도되며,
    추가로 상기 분리 트레이 (8) 로부터, 적어도 2 개의 필터 카트리지들 (9) 은 압축 공기 라인들 (12) 에 의해 압축 공기 공급원 (P) 과 개별적으로 연결가능하고 그리고 상기 하부 영역 (4) 에서 돌출하며,
    제올라이트 용기 (14) 는 압축 공기 공급원 (P) 에 연결가능한 벤츄리 노즐 (15) 및 잠금가능한 라인을 통하여 상기 필터 (1) 의 상기 하부 영역 (4) 에 연결되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 영역 (4) 의 최저부는 테이퍼진 단면을 가지고 먼지 용기 (11) 로 개방되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 공기 공급원 (P) 에서부터 상기 벤츄리 노즐 (15) 을 통하여 상기 하부 영역 (4) 까지의 라인에, 상기 벤츄리 노즐 전후에 각각 차단 디바이스 (16) 가 제공되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축 공기 라인들 (12) 에 차단 디바이스들 (13) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세정 가스 라인 (5) 에, 상기 필터 (1) 로부터 세정 가스를 운반하는 팬 (6) 이 제공되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 생성 가스 라인 (2) 및/또는 상기 하부 영역 (4) 및/또는 집속 공간 (10) 및/또는 상기 세정 가스 라인 (5) 에, 적어도 하나의 데이터 라인에 의해 제어 디바이스 또는 조절 디바이스와 연결되는 압력 게이지들 및/또는 유량계들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 상기 필터 카트리지 (9) 에는 자체의 압력 게이지들 및/또는 유량계 세트가 할당되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 차단 디바이스들 (13, 16) 은 상기 제어 디바이스 또는 조절 디바이스와 작동되도록 연결되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터 카트리지들 (9) 에서의 압력 강하가 증가할 때, 하나 이상의 압력 강하에는 압축 공기가 가해지고, 그 후에 제올라이트 분말이 하부 영역 (4) 으로 블로잉되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 필터 카트리지들 (9) 을 가로질러 증가된 압력 강하는 압력 게이지들 및/또는 유량계들에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는, 생성 가스 필터.
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