KR102516064B1 - 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비 - Google Patents
유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 환원반응로 내에 원형의 고리 형태로 마련된 산화공간을 통해 산소가 완전히 제거된 복사열 지속적으로 공급함으로써, 환원재료가 되는 유기화합물, 수증기와 복사열을 골고루 교반시켜 연속적인 산화환원반응이 진행되도록 하는 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비에 관한 것이다.
Description
본 발명은 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 환원반응로 내에 원형의 고리 형태로 마련된 산화공간을 통해 산소가 완전히 제거된 복사열 지속적으로 공급함으로써, 환원재료가 되는 유기화합물, 수증기와 복사열을 골고루 교반시켜 연속적인 산화환원반응이 진행되도록 하는 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비에 관한 것이다.
일반적으로, 섭씨 1300도 이상의 고온에서 물분자와 유기성 탄소화합물을 반응시켜 일산화탄소와 수소로 생산하는 장치는 석탄가스화 공정(IGCC, Intergrated Gasification Combined Cycle)에 사용되고 있다. IGCC등 유사 기계화 장치는 섭씨 1300도 이상의 온도 이상에서 환원반응이 일어난다는 실험결과가 있다.
일반적인 IGCC 반응로는 석탄을 분말화한 상태에서 산소를 투입되면 산화반응에 의해 복사열이 발생된다. 반응로 내 온도를 섭씨 1300도 이상을 만들고, 산소를 차단하여 남은 석탄분말은 물과 반응하여 수소와 일산화 탄소를 생성시킨다. 이때, 약 섭씨 1315도에서 H2O=CO2=CH4=O으로 H2:CO=32:68의 비율로 남게 된다.
하지만 종래의 이러한 IGCC의 방식으로는 유기성 고분자(CnHn)를 산화 및 환원을 순차적으로 반응시키므로 불완전한 산화와 환원과정을 반복하여야 되고, 이 과정에서 다량의 다른 화학구조물(NOx, 다이옥신, 벤젠, 톨루엔, 나프탈렌 등)이 발생된다는 문제점을 가지게 된다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위함으로써, 환원반응로 내에 원형의 고리 형태로 마련된 산화공간을 통해 산소가 완전히 제거된 복사열 지속적으로 공급함으로써, 환원재료가 되는 유기화합물, 수증기와 복사열을 골고루 교반시켜 연속적인 산화환원반응이 진행되도록 하는 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비는 환원반응로(110), 상기 환원반응로(110)로 유기화합물을 공급하는 유기화합물 공급부(120) 및 상기 환원반응로(110) 내벽을 따라 마련되며, 상기 환원반응로(110) 내로 산화반응을 통해 산소가 완전 제거된 복사열을 공급하는 산화반응부(130)를 포함하며, 상기 산화반응부(130)를 통해 배출되는 복사열은 상기 환원반응로(110) 내벽을 따라 회전하면서 기 공급된 유기화합물과 교반할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유기화합물 공급부(120)는 상기 환원반응로(110)의 하부에서 상측 방향으로 유기화합물을 공급할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유기화합물 공급부(120)와 상기 환원반응로(110)를 서로 연결하는 연결관은 텅스텐 재질이 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산화반응부(130)는 원형의 고리 형상으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산화반응부(130)는 내측에서 길이 방향을 따라 마련되는 산화공간(131), 상기 산화공간(131) 내로 1차 산화반응을 위한 일산화탄소 및 수소를 공급하는 제1 공급부(132), 상기 제1 공급부(132)와 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 산화공간(131) 내로 산소를 공급하는 제2 공급부(133) 및 상기 제2 공급부(133)와 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 산화공간(131) 내로 2차 산화반응을 위한 수소를 공급하는 제3 공급부(134)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 환원반응로(110)는 상기 제3 공급부(134)와 일정 간격을 두고 배치된 상태에서, 상기 환원반응로(110) 내로 수증기를 공급하는 수증기 공급부(111)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산화반응부(130)에는 상기 산화공간(131)을 통해 산화가 완료된 복사열이 상기 환원반응로(110) 내로 토출되도록 하는 복사열 토출구가 마련될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 산화반응부(130)는 상기 환원반응로(110) 내에서 일정 높이를 두고 다단으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환원반응로 내에 원형의 고리 형태로 마련된 산화공간을 통해 산소가 완전히 제거된 복사열 지속적으로 공급함으로써, 환원재료가 되는 유기화합물, 수증기와 복사열을 골고루 교반시켜 연속적인 산화환원반응이 진행되도록 하는 이점을 가진다.
또한, 1차 및 2차로 연속된 산화공간에서 유기성 고분자 화합물의 산화과정으로 2차 화합물 처리가 불필요하므로 순수농도의 합성가스를 생산할 수 있는 이점을 가진다.
또한, 산화공간과 환원공간이 완벽히 분리가 되어 산화로 인한 독성이 강한 이물질(다이옥신, phas 등)이 발생하지 않고 각종 폐기물로 구성된 유기화합물(폐비닐, 폐플라스틱, 폐유, 폐타이어, 폐PVC, 폐전선 등) 자연적으로 처리가 힘든 폐자재를 합성가스(SYNGAS)로 전환하여 에너지화할 수 있는 이점을 가진다.
특히, 본 발명은 무산소 상태의 환원반응로 내에서 CnHn+H2O의 상태와 섭씨 1300도 이상의 복사열이 지속적으로 유지될 수 있고, 유기화합물을 투입하는 과정에서 산소, 질소의 투입을 원천적으로 차단할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비(100)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 산화반응로(130)의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 산화반응로(130)의 단면도이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비(100)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 산화반응로(130)의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비(100)는 크게 환원봔응로(110), 유기화합물 공급부(120) 및 산화반응부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
환원반응로(110)는 탄화수소(CnHn)의 유기화합물(유기성 고분자 화합물)을 수용하여 환원반응이 진행되도록 하는 수용공간을 의미한다. 환원반응로(110)의 하부에는 후술되는 유기화합물 공급부(120)를 통해 공급되는 유기화합물이 투입되기 위한 투입구가 마련된다.
유기화합물 공급부(120)는 환원반응로(110)의 투입구를 통해 유기화합물을 환원반응로(110) 내로 공급하는 역할을 한다. 이때, 환원반응로(110)와 유기화합물 공급부(120)를 서로 연결하는 연결관은 텅스텐 재질이 적용될 수 있다. 이때, 환원반응로(110) 내부 온도는 섭씨 1300도 이상이기 때문에, 텅스텐 재질의 연결관을 통해 공급되는 유기화합물은 용융되어 액체화된다. 또한, 이때, 유기화합물 공급부(120)와 환원반응로(110)를 연결하는 텅스텐 관은 L자로 꺾인 형상을 가지며 환원반응로(110) 하부와 연결되며, 이러한 액체화로 인해 공기유입이 차단되기 때문에 환원반응로(110) 내로 추가로 산소가 공급되는 것이 원천 차단될 수 있다.
산화반응부(130)는 환원반응로(110) 내측에서 내벽을 따라 마련되며, 환원반응로(110) 내로 산화반응을 통해 산소가 완전 제거된 복사열을 공급하는 역할을 할 수 있다.
보다 구체적으로, 산화반응부(130)는 원형의 고리 형태를 가지며, 특히 환원반응로(110)의 하부에 위치될 수 있다. 산화반응부(130)는 환원반응로(110) 내로 산소가 완전히 제거된 무산소 상태의 복사열을 지속적으로 공급할 수 있도록, 그 내부에 자체적인 산화공간을 가지도록 형성된다. 이에 대해 살펴보면 다음과 같다.
도 2를 살펴보면, 산화반응부(130)의 내측에는 길이 방향을 따라 산화공간(131)이 마련된다. 산화공간(131)은 제1 내지 제3 공급부(132, 133, 134)와 연결되며, 산화공간(131)에서 1차 산화반응 및 2차 산화반응을 거치면서 산소가 완전히 제거된 무산소 상태의 일정한 복사열이 환원반응로(110) 내로 공급될 수 있는 것이다.
먼저, 제1 공급부(132)를 통해 산화공간(131) 내로 1차 산화반응을 위한 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)가 공급되고, 제2 공급부(133)를 통해 산화공간(131) 내로 산소가 공급된다. 이 과정에서 산소와 수소를 통한 산화과정이 진행되고 이와 함께 열량 및 고온의 수증기(H2O)가 발생된다.
한편, 이 과정에서 산소의 완전 제거가 되지 않을 수 있기 때문에, 제3 공급부(134)를 통해 산화공간(131) 내로 수소가 추가로 공급되어 2차 산화반응이 진행된다. 이를 통해, 산화공간(131) 내에서 산소가 완전히 제거된 무산소 상태의 복사열이 산화공간(131)에서 환원반응로(110) 내로 토출된다. 산화반응부(130)에는 이러한 복사열 토출구가 마련되는데, 복사열 토출구를 통해 토출되는 복사열은 환원반응로(110) 내에서 환원반응로(110) 내벽을 타고 회오리치면서 유기화합물과 골고루 교반될 수 있다. 이러한 CnHn+H2O+복사열의 교반 과정을 통해 교반률이 증가하게 되며, 복사열의 교반률이 높으면 섭씨 1400도 내지 섭씨 1600도 온도 내에서 충분한 반응성을 갖출 수 있다. 또한, 내화재의 수명도 연장될 수 있는 이점을 가진다.
이때, 제1 공급부(132)와 제2 공급부(133) 간의 간격보다 제2 공급부(133)와 제3 공급부(134) 간의 간격이 더욱 넓게 형성된다.
한편, 일 실시예에서 환원반응로(110)에는 제3 공급부(134)와는 일정 간격을 두고 배치된 상태에서 환원반응로(110) 내로 수증기를 추가 공급하는 수증기 공급부(111)가 마련될 수 있다.
또한, 일 실시예에서 산화반응부(130)는 환원반응로(110) 내에서 일정 높이를 두고 다단으로 형성될 수 있다. 이러한 점은, 유기화합물 공급부(120)를 통해 공급되는 유기화합물의 양이 증가할 경우 산화반응부(130)를 다단으로 병렬방식으로 추가함으로써 환원될 공간을 늘려주게 된다. 따라서, 환원 용량이 더욱 늘어날 수 있는 이점을 가질 수 있는 것이다.
또한, 일 실시예에서 본원발명의 도면에는 도시되지 않았지만, 산화공간(131) 내 잔여 산소량을 파악하고, 만약 기 설정된 잔여 산소량 이상의 산소가 남은 것으로 파악되는 경우 제3 공급부(134)를 통해 공급되는 수소의 공급량을 자동으로 조절하는 공급량 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비
110: 환원반응로
111: 수증기 공급부
120: 유기화합물 공급부
130: 산화반응부
131: 산화공간
132, 133, 134: 제1 내지 제3 공급부
110: 환원반응로
111: 수증기 공급부
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132, 133, 134: 제1 내지 제3 공급부
Claims (8)
- 환원반응로(110);
상기 환원반응로(110)로 유기화합물을 공급하는 유기화합물 공급부(120); 및
상기 환원반응로(110) 내벽을 따라 마련되며, 상기 환원반응로(110) 내로 산화반응을 통해 산소가 완전 제거된 복사열을 공급하는 산화반응부(130);를 포함하며,
상기 산화반응부(130)를 통해 배출되는 복사열은 상기 환원반응로(110) 내벽을 따라 회전하면서 기 공급된 유기화합물과 교반되고,
상기 산화반응부(130)는 원형의 고리 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 제1항에 있어서,
상기 유기화합물 공급부(120)는,
상기 환원반응로(110)의 하부에서 상측 방향으로 유기화합물을 공급하는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 제1항에 있어서,
상기 유기화합물 공급부(120)와 상기 환원반응로(110)를 서로 연결하는 연결관은 텅스텐 재질이 적용되는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 산화반응부(130)는,
내측에서 길이 방향을 따라 마련되는 산화공간(131);
상기 산화공간(131) 내로 1차 산화반응을 위한 일산화탄소 및 수소를 공급하는 제1 공급부(132);
상기 제1 공급부(132)와 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 산화공간(131) 내로 산소를 공급하는 제2 공급부(133); 및
상기 제2 공급부(133)와 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 산화공간(131) 내로 2차 산화반응을 위한 수소를 공급하는 제3 공급부(134);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 제5항에 있어서,
상기 환원반응로(110)는,
상기 제3 공급부(134)와 일정 간격을 두고 배치된 상태에서, 상기 환원반응로(110) 내로 수증기를 공급하는 수증기 공급부(111);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 제5항에 있어서,
상기 산화반응부(130)에는,
상기 산화공간(131)을 통해 산화가 완료된 복사열이 상기 환원반응로(110) 내로 토출되도록 하는 복사열 토출구;가 마련되는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
- 제1항에 있어서,
상기 산화반응부(130)는,
상기 환원반응로(110) 내에서 일정 높이를 두고 다단으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 유기성 고분자 화합물의 환원반응을 이용한 합성가스 생산 설비.
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2022
- 2022-10-12 KR KR1020220130499A patent/KR102516064B1/ko active IP Right Grant
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