KR102427903B1 - 바이오매스 가스화 시스템 - Google Patents

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KR102427903B1
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유정호
강성일
김영운
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(주)에스지이에너지
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Abstract

본 발명은 바이오매스가 수용되는 공급장치, 공급장치로부터 공급되는 바이오매스 및 바이오매스의 연소를 활성화시키는 유동사를 이용하여 합성가스(syn gas)를 생성하는 가스화장치, 가스화장치로 공기를 공급하여 바이오매스의 연소를 활성화시키는 공기주입장치 및 가스화장치로부터 공급되는 합성가스에 포함된 불순물을 제거하여 정제하는 정제 및 재활용장치를 포함하고, 가스화장치 및 정제 및 재활용장치는 기설정된 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템을 제공한다.

Description

바이오매스 가스화 시스템{A biomass gasification system}
본 발명은 바이오매스 가스화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이패스부를 통해 가스화장치, 정제 및 재활용장치의 압력을 기설정된 압력으로 유지시킴과 동시에 타르를 제거하는 바이오매스 가스화 시스템에 관한 것이다.
인류가 열에너지와 운동에너지를 얻는 가장 주요한 방식은 연료와 산소의 연소를 통하여 방출하는 대량의 에너지이다. 그러나, 자원이 부족한 오늘날 에너지 문제는 이미 세계 각국의 가장 중요한 전략적 문제로 대두 되었다. 에너지의 연료 형식으로는 기체연료, 액체연료와 고체연료 세가지 형식, 그와 상응해 얻는 화석에너지는 천연가스, 석유와 석탄이다. 우리가 주지하는 바와 같이, 화석에너지에는 석탄이 들어가며, 석유, 천연가스는 재생이 불가능한 에너지이다.
그러나 바이오매스 에너지는 고정된 지구상의 태양에너지의 식물 광합작용으로 전형적인 일종의 재생이 가능한 에너지이다.
가스화로에서 생성된 연료 가스에는 고분자의 탄화수소인 타르가 포함되어 있다. 타르는 350℃ 이상의 고온에서 가스 상태이나, 저온이 되면 응집하여 배관 등 각 부분에 부착됨에 따라 폐색 등의 문제를 발생시킨다.
이에 따라 종래기술에 따른 일반적인 바이오매스 유동층 가스화시스템은 합성가스를 생성하는 과정에서 필연적으로 생성되는 부산물인 타르를 효과적으로 제거하지 못하는 실정이어서, 타르의 생성을 저감시키는 방향으로 연구개발이 진행되어 온 상태이므로 타르를 보다 효과적으로 제거하면서도 에너지효율을 향상시키는 기술개발이 필요한 실정이다.
(특허문헌 1) 등록특허공보 제10-1156884호(2012.06.08.)
(특허문헌 2) 등록특허공보 제10-0782381호(2007.11.29.)
상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 바이패스부를 통하여 활성탄반응기의 내부 유로를 조절함에 따라 가스화장치, 정제 및 재활용장치의 압력을 기설정된 압력으로 유지시키고 오일 스크러버를 통해 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 추가적으로 제거하는 바이오매스 가스화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 바이오매스가 수용되는 공급장치; 상기 공급장치로부터 공급되는 상기 바이오매스 및 상기 바이오매스의 연소를 활성화시키는 유동사를 이용하여 합성가스(syn gas)를 생성하는 가스화장치; 상기 가스화장치로 공기를 공급하여 상기 바이오매스의 연소를 활성화시키는 공기주입장치; 및 상기 가스화장치로부터 공급되는 상기 합성가스에 포함된 불순물을 제거하여 정제하는 정제 및 재활용장치;를 포함하고, 상기 가스화장치 및 상기 정제 및 재활용장치는 기설정된 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공급장치는, 상기 바이오매스가 보관되는 보관장; 상기 보관장의 내부에 위치하는 이송부; 일측이 상기 보관장의 내부에 위치하여 이송부에 의해 이송되는 상기 바이오매스가 안착되는 이송컨베이어; 및 상기 보관장의 외부에 위치하고 상기 이송컨베이어로부터 이송되는 상기 바이오매스가 투입되는 원료 호퍼;를 포함하고, 상기 이송부는 상기 바이오매스를 파지한 후 상기 이송컨베이어의 상부에 위치시키며, 상기 이송컨베이어는 상기 원료 호퍼로 상기 바이오매스를 이송시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스화장치는, 상기 유동사를 이용하여 상기 원료 호퍼로부터 공급되는 상기 바이오매스를 연소시켜 상기 합성가스, 부산물인 바이오촤(biochar) 및 분진을 생성하는 가스화기; 상기 가스화기의 하부에 위치하고 상기 가스화기의 하부로부터 상기 유동사, 상기 바이오촤 및 상기 분진이 유입되는 유동사 배출 컨베이어; 및 상기 유동사 배출 컨베이어에 의해 이송되는 상기 바이오촤 및 상기 분진을 외부로 배출하는 진동스크린;을 포함하고, 상기 유동사 배출 컨베이어는 상기 진동스크린으로 상기 유동사, 상기 바이오촤 및 상기 분진을 이송시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스화장치는, 일측이 상기 진동스크린의 하부에 위치하고 타측이 상기 가스화기의 측면과 소정거리 이격되도록 위치하며 상하방향으로 연장되면서 2회 절곡된 형상을 가지는 유동사 순환 컨베이어; 상기 유동사 순환 컨베이어의 타측 하부에 위치하는 유동사 저장호퍼; 및 상기 유동사 저장호퍼의 하부에 위치하는 유동사 투입 컨베이어;를 더 포함하고, 상기 유동사 순환 컨베이어는 상기 진동스크린으로부터 유입되는 상기 유동사를 상기 유동사 저장호퍼로 이송시키며, 상기 유동사 투입 컨베이어는 상기 유동사 저장호퍼로부터 유입되는 상기 유동사를 상기 가스화기의 측부로 공급하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정제 및 재활용장치는, 내부에 위치하는 활성탄을 이용하여 상기 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄반응장치; 및 상기 활성탄반응장치와 연통하여 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 집진하는 사이클론;을 포함하고, 상기 활성탄반응장치는, 상기 가스화기와 상기 사이클론을 연통시키는 제1 유로가 형성되고 상기 제1 유로의 일측 및 타측과 연통하는 'H'형상의 제2 유로가 형성되며 상기 가스화기로부터 공급되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스와 상기 활성탄을 반응시켜 상기 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄반응기; 및 상기 사이클론과 연통하는 상기 활성탄반응기에는 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 상기 사이클론으로 통과시키는 활성탄반응홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 활성탄반응장치는, 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입되거나 상기 제1 유로의 중앙부로부터 이탈되어 상기 가스화기로부터 유입되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스의 흐름을 바꿔주는 바이패스부;를 더 포함하고, 상기 바이패스부는, 상기 제1 유로의 중앙부 단면보다 넓게 형성되어 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입되거나 상기 제1 유로의 중앙부로부터 이탈되는 바이패스; 및 상기 바이패스의 상단으로부터 상부로 연장되는 지지바;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스화장치 및 상기 정제 및 재활용장치가 기설정된 압력으로 유지되는 경우, 상기 활성탄반응기는 상기 바이패스가 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입됨에 따라 상기 가스화기로부터 유입되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스를 제2 유로로 순환시켜 상기 활성탄과 반응시킴으로써 상기 중금속 및 타르를 제거한 후 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 상기 활성탄반응홀로 배출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 사이클론은 상기 합성가스로부터 비산재 및 분진을 분리하여 집진하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정제 및 재활용장치는, 상기 사이클론과 연통하여 상기 사이클론에서 상기 비산재 및 분진이 제거된 합성가스를 열교환시키는 열교환기; 및 상기 열교환기에서 열교환된 합성가스로부터 중금속 및 타르를 추가적으로 제거하는 오일 스크러버;를 포함하고, 상기 열교환기는, 상기 사이클론과 연통하고 상기 사이클론과 평행하도록 기립된 공냉식 열교환기; 및 상기 공냉식 열교환기 및 상기 오일 스크러버와 연통하고 상기 공냉식 열교환기의 하부에 위치하며 상기 공냉식 열교환기와 평행하도록 기립된 수냉식 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 정제 및 재활용장치는 상기 오일 스크러버로부터 공급되는 합성가스를 정화시키는 가스정제부; 및 상기 가스정제부로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산하는 재활용부;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 재활용부는, 상기 가스정제부로부터 공급되는 폐가스를 소각하는 폐가스 소각시설; 상기 폐가스 소각시설로 합성가스를 공급하는 유인송풍기; 상기 가스정제부로부터 공급되는 합성가스를 저장하는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크로 합성가스를 공급하는 가스엔진 송풍기; 및 상기 버퍼탱크로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 하여 전기를 생산하는 가스엔진;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공기주입장치는, 상기 가스화기로 열풍을 공급하는 열풍로; 상기 열풍로의 내부에 위치하고 경유를 공기와 혼합하여 연소시켜 상기 열풍을 생성하는 열풍버너; 및 상기 열풍버너로 공기를 공급하는 버너 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같은 구성에 따르는 본 발명의 효과는, 바이패스부를 통하여 활성탄반응기의 내부 유로를 조절함에 따라 가스화장치, 정제 및 재활용장치의 압력을 기설정된 압력으로 유지시킴에 따라 압력으로 인한 안전사고를 미연에 방지하고 오일 스크러버를 통해 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 추가적으로 제거함에 따라 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 공급장치를 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 가스화장치를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 공기주입장치를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 정제 및 재활용장치를 나타낸 개념도이다.
도 6의 (a), (b)는 도 5의 활성탄반응장치를 나타낸 단면도 및 측면도이다.
도 7의 (a), (b)는 도 6의 (a), (b)에서 합성가스의 흐름을 나타낸 단면도 및 측면도이다.
도 8은 도 5의 열교환기를 나타낸 개념도이다.
도 9는 도 5의 오일 스크러버를 나타낸 개념도이다.
도 10은 도 1의 재활용장치를 나타낸 개념도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템(500)은 공급장치(100), 가스화장치(200), 공기주입장치(300) 및 정제 및 재활용장치(400)를 포함하고, 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)는 기설정된 압력으로 유지된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 공급장치를 나타낸 개념도이다.
공급장치(100)는 바이오매스가 수용되고 가스화장치(200)로 바이오매스를 공급한다.
이를 위한 공급장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 보관장(110), 이송부(120), 이송컨베이어(130) 및 원료 호퍼(140)를 포함한다.
보관장(110)은 바이오매스가 보관할 수 있는 내부공간이 형성되는 곳이다.
보관장(110)의 내부에는 이송부(120) 및 이송컨베이어(130)의 적어도 일부가 위치한다.
이송부(120)는 보관장(110)의 내부에 위치하는 기기로서, 예시적으로 기중기와 같이 바이오매스를 파지한 후 이송컨베이어(130)의 상부로 옮길 수 있다.
상기한 이송부(120)는 바이오매스를 파지한 후 이송컨베이어(130)의 상부에 위치시킨다.
이송컨베이어(130)는 일측이 보관장(110)의 내부에 위치하여 이송부(120)에 의해 이송되는 바이오매스가 안착되고, 타측이 원료 호퍼(140)의 상부에 위치한다.
구체적으로 이송컨베이어(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 일측으로부터 대각선 상부로 연장형성됨에 따라 동작하면서 원료 호퍼(140)로 바이오매스를 이송시킨다.
원료 호퍼(140)는 보관장(110)의 외부에 위치하고 이송컨베이어(130)로부터 이송되는 바이오매스가 투입된다.
또한, 원료 호퍼(140)의 하부에는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 컨베이어가 설치된다.
원료 호퍼(140)의 하부로부터 바이오매스가 다수의 컨베이어로 유입되면, 다수의 컨베이어는 동작하면서 바이오매스를 후술되는 가스화기(210)로 공급한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 가스화장치를 나타낸 개념도이다.
가스화장치(200)는 공급장치(100)로부터 공급되는 바이오매스 및 바이오매스의 연소를 활성화시키는 유동사를 이용하여 합성가스(syn gas)를 생성한다.
이를 위한 가스화장치(200)는 가스화기(210), 유동사 배출 컨베이어(220), 진동스크린(230), 유동사 순환 컨베이어(240), 유동사 저장호퍼(250) 및 유동사 투입 컨베이어(260)를 포함한다.
가스화기(210)는 유동사를 이용하여 원료 호퍼(140)로부터 공급되는 바이오매스를 연소시켜 합성가스, 부산물인 바이오촤(biochar) 및 분진을 생성한다. 여기서, 유동사는 열에 의해 가열된 후 가스화기(210)의 내부에서 유동층을 형성한다. 이에 따른 유동사는 가스화기(210)의 내부로 유입되는 바이오매스와의 접촉면적을 넓혀서 활발하게 연소반응이 일어날 수 있도록 한다.
구체적으로 가스화기(210)는 상하방향으로 길게 형성되고 내부가 비어 있다. 또한, 가스화기(210)의 하부는 하방으로 갈수록 폭이 좁아진다.
또한, 가스화기(210)의 일측면으로 원료 호퍼(140)를 통과하고 다수의 컨베이어에 의해 공급되는 바이오매스가 공급되고, 가스화기(210)의 타측면으로 유동사가 공급된다.
상기한 가스화기(210)는 바이오매스를 연소시킨 후 생성되는 합성가스를 활성탄반응장치로(410)로 공급한다.
한편, 가스화기(210)의 하부로는 바이오매스를 연소시키는 과정에서 생성되는 부산물인 유동사, 바이오촤 및 분진이 배출된다.
유동사 배출 컨베이어(220)는 가스화기(210)의 하부에 위치하고 가스화기(210)의 하부로부터 유동사, 바이오촤 및 분진이 유입된다.
상기한 유동사 배출 컨베이어(220)는 동작하여 진동스크린(230)으로 유동사, 바이오촤 및 분진을 이송시킨다.
진동스크린(230)은 유동사 배출 컨베이어(220)에 의해 이송되는 바이오촤 및 분진을 외부로 배출한다.
여기서, 배출된 바이오촤 및 분진은 불연물 톤백에 저장될 수 있다.
한편, 진동스크린(230)은 유동사 배출 컨베이어(220)로부터 이송되는 유동사를 유동사 순환 컨베이어(240)로 이송시킨다.
즉, 진동스크린(230)는 바이오촤 및 분진을 불연물 톤백으로 이송시키고, 유동사를 유동사 순환 컨베이어(240)로 이송시킨다.
유동사 순환 컨베이어(240)는 일측이 진동스크린(230)의 하부에 위치하고 타측이 가스화기(210)의 측면과 소정거리 이격되도록 위치하며 상하방향으로 연장되면서 2회 절곡된 형상을 가진다.
유동사 순환 컨베이어(240)는 진동스크린(230)으로부터 유입되는 유동사를 상기 유동사 저장호퍼(250)로 이송시킨다.
유동사 저장호퍼(250)는 유동사 순환 컨베이어(240)의 타측 하부에 위치하여 유동사 순환 컨베이어(240)로부터 이송되는 유동사를 저장한 후 유동사 투입 컨베이어(260)로 공급한다.
유동사 투입 컨베이어(260)는 유동사 저장호퍼(250)의 하부에 위치하고 지면과 평행하도록 배치된다.
상기한 유동사 투입 컨베이어(260)는 유동사 저장호퍼(250)로부터 유입되는 유동사를 가스화기(210)의 측부로 공급한다.
상기한 유동사 배출 컨베이어(220), 진동스크린(230), 유동사 순환 컨베이어(240), 유동사 저장호퍼(250) 및 유동사 투입 컨베이어(260)는 가스화기(210)의 내부에서 바이오매스의 연소반응을 활성화시키는 유동사를 순환시키고 부산물인 바이오촤 및 분진을 외부로 배출한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 공기주입장치를 나타낸 개념도이다.
공기주입장치(300)는 가스화장치(200)로 공기를 공급하여 바이오매스의 연소를 활성화시킨다.
이를 위한 공기주입장치(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 열풍로(310), 열풍버너(320) 및 버너 송풍기(330)를 포함한다.
열풍로(310)는 가스화기(210)로 열풍을 공급한다. 이를 위한 열풍로(310)의 내부에는 열풍버너(320)가 형성된다.
열풍버너(320)는 열풍로(310)의 내부에 위치하고 경유를 공기와 혼합하여 연소시켜 열풍을 생성한다.
버너 송풍기(330)는 열풍버너(320)로 고온의 공기를 공급한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템에 구비된 정제 및 재활용장치를 나타낸 개념도이다.
정제 및 재활용장치(400)는 가스화장치(200)로부터 공급되는 합성가스에 포함된 불순물을 제거하여 정제하고, 정제된 합성가스를 재활용하여 전기를 생산한다.
정제 및 재활용장치(400)는 활성탄반응장치(410), 사이클론(420), 열교환기(430), 오일 스크러버(440), 가스정제부(450) 및 재활용부(460)를 포함한다.
도 6의 (a), (b)는 도 5의 활성탄반응장치를 나타낸 단면도 및 측면도이다. 도 7의 (a), (b)는 도 6의 (a), (b)에서 합성가스의 흐름을 나타낸 단면도 및 측면도이다.
활성탄반응장치(410)는 내부에 위치하는 활성탄을 이용하여 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거한다.
이를 위한 활성탄반응장치(410)는 활성탄반응기(411), 활성탄반응홀(412), 제1 유로(413), 제2 유로(414) 및 바이패스부(415)를 포함한다.
활성탄반응기(411)는 가스화기(210)로부터 공급되는 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스와 활성탄을 반응시켜 중금속 및 타르를 제거한다.
또한, 사이클론(420)과 연통하는 활성탄반응기(411)에는 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 사이클론(420)으로 통과시키는 활성탄반응홀(412)이 형성된다.
한편, 활성탄반응기(411)의 내부에는 도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 가스화기(210)와 사이클론(420)을 연통시키는 제1 유로(413)가 형성되고 제1 유로(413)의 일측 및 타측과 연통하는 'H'형상의 제2 유로(414)가 형성된다.
이때, 제1 유로(413)는 활성탄반응홀(412)와 연통한다.
도 6의 (a), (b)를 참조하면, 제1 유로(413)는 1회 절곡된 'ㄱ'자 형상을 가질 수 있고, 제2 유로(414)는 'H'형상을 가질 수 있다.
제1 유로(413) 및 제2 유로(414)는 서로 연통한다.
또한, 제1 유로(413)의 중앙부에는 바이패스부(415)가 삽입될 수 있다.
또한, 활성탄반응기(411)의 내부에 있는 제2 유로(414)의 하부에는 도 6의 (a) 및 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 활성탄이 위치한다.
만약, 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)가 기설정된 압력으로 유지되는 경우, 활성탄반응기(411)는 바이패스(415a)가 제1 유로(413)의 중앙부로 삽입됨에 따라 가스화기(210)로부터 유입되는 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스를 제2 유로(414)로 순환시켜 활성탄과 반응시킴으로써 합성가스에 섞여 있던 중금속 및 타르를 제거한 후 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 활성탄반응홀(412)로 배출한다.
바이패스부(415)는 제1 유로(413)의 중앙부로 삽입되거나 제1 유로(413)의 중앙부로부터 이탈되어 가스화기(210)로부터 유입되는 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스의 흐름을 바꿔준다.
이를 위한 바이패스부(415)는 바이패스(415a) 및 지지바(415b)를 포함한다.
바이패스(415a)는 제1 유로(413)의 중앙부 단면보다 넓게 형성되어 제1 유로(413)의 중앙부로 삽입되거나 제1 유로(413)의 중앙부로부터 이탈된다.
지지바(415b)는 바이패스(415a)의 상단으로부터 상부로 연장된다.
만약, 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)가 기설정된 압력으로 유지되는 경우, 바이패스(415a)는 도 6의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 제1 유로(413)의 중앙부에 삽입되고 이에 따라 제1 유로(413)는 바이패스(415a)에 의해 폐쇄된다.
따라서, 가스화기(210)로부터 공급되는 합성가스는 제2 유로(414)를 따라 순환되면서 활성탄과 반응하게 되어 중금속 및 타르가 제거된다.
한편, 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)의 압력이 기설정된 압력보다 높을 경우, 바이패스(415a)는 도 7의 (a), (b)에 도시된 바와 같이 제1 유로(413)의 중앙부로부터 이탈되고 이에 따라 제1 유로(413)는 개방된다.
따라서, 가스화기(210)로부터 공급되는 합성가스는 제1 유로(413) 및 제2 유로(414)를 따라 순환되면서 활성탄과 반응하게 되어 중금속 및 타르가 제거된다.
이 경우, 제1 유로(413) 및 제2 유로(414)를 모두 개방시켜 합성가스를 신속히 순환시킴에 따라 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)의 압력이 더 이상 높아지지 않도록 하여 가스화장치(200) 및 정제 및 재활용장치(400)가 안정적으로 운용될 수 있도록 한다.
사이클론(420)은 활성탄반응장치(410)와 연통하여 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 집진한다.
구체적으로 사이클론(420)은 합성가스로부터 비산재 및 분진을 분리하여 집진한 후 활성탄/분진 톤백으로 배출하고, 비산재 및 분진이 분리된 합성가스를 열교환기(430)로 공급한다.
도 8은 도 5의 열교환기를 나타낸 개념도이다.
열교환기(430)는 사이클론(420)과 연통하여 사이클론(420)에서 비산재 및 분진이 제거된 합성가스를 열교환시킨다.
이를 위한 열교환기(430)는 공냉식 열교환기(431) 및 수냉식 열교환기(432)를 포함한다.
공냉식 열교환기(431)는 사이클론(420)과 연통하고 사이클론(420)과 평행하도록 기립된다.
상기한 공냉식 열교환기(431)는 사이클론(420)으로부터 공급되는 합성가스를 열교환하여 공기로 냉각시킨 후 수냉식 열교환기(432)로 공급한다.
수냉식 열교환기(432)는 공냉식 열교환기(431) 및 오일 스크러버(440)와 연통하고 공냉식 열교환기(431)의 하부에 위치하며 공냉식 열교환기(431)와 평행하도록 기립된다.
상기한 수냉식 열교환기(432)는 공냉식 열교환기(431)로부터 공급되는 합성가스를 열교환하여 물로 냉각시킨 후 오일 스크러버(440)로 공급한다.
도 9는 도 5의 오일 스크러버를 나타낸 개념도이다.
오일 스크러버(440)는 열교환기(430)에서 열교환된 합성가스로부터 중금속 및 타르를 추가적으로 제거한 후 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 가스정제부(450)로 공급한다.
이를 위한 오일 스크러버(150)는 오일 챔버 및 오일분사부재를 포함한다.
오일 챔버는 오일을 수용한다.
또한, 오일 챔버는 수냉식 열교환기(432)와 연통함에 따라 수냉식 열교환기(432)로부터 공급되는 합성가스가 유입된다.
오일분사부재는 적어도 일부가 오일 챔버의 내부에 위치하여 합성가스를 향하여 오일을 분사한다.
구체적으로 오일 분사부재의 적어도 일부는 오일 챔버의 내부 상부에서 내부 중앙부까지 위치하여 오일을 합성가스로 분사함에 따라 합성가스에 섞여 있는 타르가 오일에 용해된다.
이를 위한 오일 분사부재는 도 9에 도시된 바와 같이 3개로 형성되되, 상하방향으로 서로 이격되도록 배치된다.
또한, 오일 스크러버(150)는 적어도 일부가 오일 챔버의 내부 상측에 위치하여 오일 챔버의 내부 상측의 압력을 실시간으로 감지하는 제1 압력감지부재(도 9에서 오일 챔버의 상측부) 및 적어도 일부가 오일 챔버의 내부 하측에 위치하여 오일 챔버의 내부 하측의 압력을 실시간으로 감지하는 제2 압력감지부재(도 9에서 오일 챔버의 하측부)를 포함한다.
가스정제부(450)는 오일 스크러버(440)로부터 공급되는 합성가스를 정화시킨다.
이를 위한 가스정제부(450)는 도 5에 도시된 바와 같이 STCCD(451), 제1 CCDF(452), 제2 CCDF(453) 및 제3 CCDF(454)를 포함한다.
도 10은 도 1의 재활용장치를 나타낸 개념도이다.
재활용부(460)는 가스정제부(450)로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산한다.
이를 위한 재활용부(460)는 도 10에 도시된 바와 같이 유인송풍기(461), 가스엔진 송풍기(462), 버퍼탱크(463), 가스엔진(464) 및 폐가스 소각시설(465)을 포함한다.
유인송풍기(461)는 폐가스 소각시설(465)로 합성가스를 공급한다.
가스엔진 송풍기(462)는 버퍼탱크(463)로 합성가스를 공급한다.
이를 위한 가스엔진 송풍기(462)는 제1 가스엔진 송풍기(462a) 및 제2 가스엔진 송풍기(462b)를 포함한다.
제1 가스엔진 송풍기(462a)는 제1 버퍼탱크(463a)로 합성가스를 공급한다.
제2 가스엔진 송풍기(462b)는 제2 버퍼탱크(463b)로 합성가스를 공급한다.
버퍼탱크(463)는 가스정제부(450)로부터 공급되는 합성가스를 저장한다.
이를 위한 버퍼탱크(463)는 제1 버퍼탱크(463a) 및 제2 버퍼탱크(463b)를 포함한다.
제1 버퍼탱크(463a) 및 제2 버퍼탱크(463b)는 제3 CCDF(454)로부터 공급되는 합성가스를 저장한다.
가스엔진(464)은 버퍼탱크(463)로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 하여 전기를 생산한다.
이를 위한 가스엔진(464)은 제1 가스엔진(464a) 및 제2 가스엔진(464b)을 포함한다.
제1 가스엔진(464a)은 제1 버퍼탱크(463a)로부터 공급되는 합성가스를 연소시켜 전기를 생산한다.
제2 가스엔진(464b)은 제2 버퍼탱크(463b)로부터 공급되는 합성가스를 연소시켜 전기를 생산한다.
상기한 제1, 2 가스엔진(464a, 464b)은 생산된 전기를 공급장치(100), 가스화장치(200), 공기주입장치(300), 가스화장치(400)로 공급하여 보조 전력원으로서 활용할 수 있으며, 그외, 한국전력과 같은 곳에 전기를 공급하여 부가적으로 수익을 창출할 수도 있다.
폐가스 소각시설(465)은 가스정제부(450)로부터 공급되는 폐가스를 소각한다. 이에 따라 폐가스 소각시설(465)에서 폐가스가 소각되는 과정에서 발생하는 유체는 굴뚝(10)을 통해 배출된다.
상기한 바에 따른 본 발명은 바이패스부를 통하여 활성탄반응기의 내부 유로를 조절함에 따라 가스화장치, 정제 및 재활용장치의 압력을 기설정된 압력으로 유지시킴에 따라 압력으로 인한 안전사고를 미연에 방지하고 오일 스크러버를 통해 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 추가적으로 제거함에 따라 에너지효율을 향상시킬 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 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 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.
100: 공급장치
110: 보관장
120: 이송부
130: 이송컨베이어
140: 원료 호퍼
200: 가스화장치
210: 가스화기
220: 유동사 배출 컨베이어
230: 진동스크린
240: 유동사 순환 컨베이어
250: 유동사 저장호퍼
260: 유동사 투입 컨베이어
300: 공기주입장치
310: 열풍로
320: 열풍버너
330: 버너 송풍기
400: 정제 및 재활용장치
410: 활성탄반응장치
411: 활성탄반응기
412: 활성탄반응홀
413: 제1 유로
414: 제2 유로
415: 바이패스부
415a: 바이패스
415b: 지지바
420: 사이클론
430: 열교환기
431: 공냉식 열교환기
432: 수냉식 열교환기
440: 오일 스크러버
450: 가스정제부
451: STCCD
452: 제1 CCDF
453: 제2 CCDF
454: 제3 CCDF
460: 재활용부
461: 유인송풍기
462: 가스엔진 송풍기
462a: 제1 가스엔진 송풍기
462b: 제2 가스엔진 송풍기
463: 버퍼탱크
463a: 제1 버퍼탱크
463b: 제2 버퍼탱크
464: 가스엔진
464a: 제1 가스엔진
464b: 제2 가스엔진
465: 폐가스 소각시설
500: 바이오매스 가스화 시스템

Claims (12)

  1. 바이오매스가 투입되는 원료 호퍼를 포함하여 상기 바이오매스가 수용되는 공급장치;
    상기 공급장치로부터 공급되는 상기 바이오매스 및 상기 바이오매스의 연소를 활성화시키는 유동사를 이용하여 합성가스(syn gas)를 생성하는 가스화기를 포함하는 가스화장치;
    상기 가스화장치로 공기를 공급하여 상기 바이오매스의 연소를 활성화시키는 공기주입장치; 및
    상기 가스화장치로부터 공급되는 상기 합성가스에 포함된 불순물을 제거하여 정제하는 정제 및 재활용장치;를 포함하고,
    상기 정제 및 재활용장치는,
    내부에 위치하는 활성탄을 이용하여 상기 합성가스에 섞여 있는 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄반응장치; 및
    상기 활성탄반응장치와 연통하여 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 집진하는 사이클론;을 포함하며,
    상기 활성탄반응장치는,
    상기 가스화기와 상기 사이클론을 연통시키는 제1 유로가 형성되고 상기 제1 유로의 일측 및 타측과 연통하는 'H'형상의 제2 유로가 형성되며 상기 가스화기로부터 공급되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스와 상기 활성탄을 반응시켜 상기 중금속 및 타르를 제거하는 활성탄반응기;를 포함하고,
    상기 사이클론과 연통하는 상기 활성탄반응기에는 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 상기 사이클론으로 통과시키는 활성탄반응홀이 형성되며,
    상기 가스화장치 및 상기 정제 및 재활용장치는 기설정된 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공급장치는,
    상기 바이오매스가 보관되는 보관장;
    상기 보관장의 내부에 위치하는 이송부; 및
    일측이 상기 보관장의 내부에 위치하여 이송부에 의해 이송되는 상기 바이오매스가 안착되는 이송컨베이어;를 포함하고,
    상기 원료 호퍼는 상기 보관장의 외부에 위치하고 상기 이송컨베이어로부터 이송되는 상기 바이오매스가 투입되고,
    상기 이송부는 상기 바이오매스를 파지한 후 상기 이송컨베이어의 상부에 위치시키며,
    상기 이송컨베이어는 상기 원료 호퍼로 상기 바이오매스를 이송시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 가스화장치는,
    상기 가스화기의 하부에 위치하고 상기 가스화기의 하부로부터 유동사, 바이오촤 및 분진이 유입되는 유동사 배출 컨베이어; 및
    상기 유동사 배출 컨베이어에 의해 이송되는 상기 바이오촤 및 상기 분진을 외부로 배출하는 진동스크린;을 더 포함하고,
    상기 가스화기는 상기 유동사를 이용하여 상기 원료 호퍼로부터 공급되는 상기 바이오매스를 연소시켜 상기 합성가스, 부산물인 바이오촤(biochar) 및 분진을 생성하며,
    상기 유동사 배출 컨베이어는 상기 진동스크린으로 상기 유동사, 상기 바이오촤 및 상기 분진을 이송시키는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 가스화장치는,
    일측이 상기 진동스크린의 하부에 위치하고 타측이 상기 가스화기의 측면과 소정거리 이격되도록 위치하며 상하방향으로 연장되면서 2회 절곡된 형상을 가지는 유동사 순환 컨베이어;
    상기 유동사 순환 컨베이어의 타측 하부에 위치하는 유동사 저장호퍼; 및
    상기 유동사 저장호퍼의 하부에 위치하는 유동사 투입 컨베이어;를 더 포함하고,
    상기 유동사 순환 컨베이어는 상기 진동스크린으로부터 유입되는 상기 유동사를 상기 유동사 저장호퍼로 이송시키며,
    상기 유동사 투입 컨베이어는 상기 유동사 저장호퍼로부터 유입되는 상기 유동사를 상기 가스화기의 측부로 공급하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 활성탄반응장치는, 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입되거나 상기 제1 유로의 중앙부로부터 이탈되어 상기 가스화기로부터 유입되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스의 흐름을 바꿔주는 바이패스부;를 더 포함하고,
    상기 바이패스부는,
    상기 제1 유로의 중앙부 단면보다 넓게 형성되어 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입되거나 상기 제1 유로의 중앙부로부터 이탈되는 바이패스; 및
    상기 바이패스의 상단으로부터 상부로 연장되는 지지바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 가스화장치 및 상기 정제 및 재활용장치가 기설정된 압력으로 유지되는 경우, 상기 활성탄반응기는 상기 바이패스가 상기 제1 유로의 중앙부로 삽입됨에 따라 상기 가스화기로부터 유입되는 상기 중금속 및 타르가 섞여 있는 합성가스를 제2 유로로 순환시켜 상기 활성탄과 반응시킴으로써 상기 중금속 및 타르를 제거한 후 상기 중금속 및 타르가 제거된 합성가스를 상기 활성탄반응홀로 배출하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 사이클론은 상기 합성가스로부터 비산재 및 분진을 분리하여 집진하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 정제 및 재활용장치는,
    상기 사이클론과 연통하여 상기 사이클론에서 상기 비산재 및 분진이 제거된
    합성가스를 열교환시키는 열교환기; 및
    상기 열교환기에서 열교환된 합성가스로부터 중금속 및 타르를 추가적으로 제거하는 오일 스크러버;를 포함하고,
    상기 열교환기는,
    상기 사이클론과 연통하고 상기 사이클론과 평행하도록 기립된 공냉식 열교환기; 및
    상기 공냉식 열교환기 및 상기 오일 스크러버와 연통하고 상기 공냉식 열교환기의 하부에 위치하며 상기 공냉식 열교환기와 평행하도록 기립된 수냉식 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 정제 및 재활용장치는 상기 오일 스크러버로부터 공급되는 합성가스를 정화시키는 가스정제부; 및
    상기 가스정제부로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 재활용하여 전기를 생산하는 재활용부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 재활용부는,
    상기 가스정제부로부터 공급되는 폐가스를 소각하는 폐가스 소각시설;
    상기 폐가스 소각시설로 합성가스를 공급하는 유인송풍기;
    상기 가스정제부로부터 공급되는 합성가스를 저장하는 버퍼탱크;
    상기 버퍼탱크로 합성가스를 공급하는 가스엔진 송풍기; 및
    상기 버퍼탱크로부터 공급되는 합성가스를 열원으로 하여 전기를 생산하는 가스엔진;을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 공기주입장치는,
    상기 가스화기로 열풍을 공급하는 열풍로;
    상기 열풍로의 내부에 위치하고 경유를 공기와 혼합하여 연소시켜 상기 열풍을 생성하는 열풍버너; 및
    상기 열풍버너로 공기를 공급하는 버너 송풍기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오매스 가스화시스템.
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