KR200387940Y1 - 고온 개질기 - Google Patents

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KR200387940Y1
KR200387940Y1 KR20-2005-0008758U KR20050008758U KR200387940Y1 KR 200387940 Y1 KR200387940 Y1 KR 200387940Y1 KR 20050008758 U KR20050008758 U KR 20050008758U KR 200387940 Y1 KR200387940 Y1 KR 200387940Y1
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Abstract

본 고안은 모든 탄화물질(carbonaceous material)인 유기물을 환원 반응을 통해 수소와 일산화탄소로 가스화할 때 환원반응에서 완벽하게 산소를 차단함으로써 환원반응과정에서는 산화반응이 전혀 일어나지 않도록 하여 2차 오염물질의 발생을 억제토록 한 고온 개질기에 관한 것이다.
이러한 본 고안은 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스에 산소를 주입하면서 연소시켜 고온의 증기와 이산화탄소를 생성하는 산화반응실과, 산화반응실로부터 열량을 전달받아 적어도 1200℃를 넘는 온도를 유지하면서 고분자 유기물을 유입시켜 산화반응실에서 유입된 수증기와 이산화탄소와 환원 반응시킴으로써 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응실과, 고분자 유기물을 환원반응실로 투입하는 유기물 투입장치와, 환원반응실로부터 생성된 합성가스의 일부를 산화반응실로 재순환시키는 합성가스 유입관으로 된 가스화기에 있어서, 환원반응실의 하부 측벽에는 환원반응실의 길이방향에 직각되는 방향으로 산화반응실을 위치시키되, 산화반응실의 후위에는 합성가스 유입관의 유입측을 연결하고, 합성가스 유입관의 유입측 주위에는 산소주입관을 연결하며, 산화반응실의 중간부위에는 점화플러그를 구비하여 산화반응실이 합성가스버너를 이루도록 구성한 것이다.

Description

고온 개질기{A high temperature reformer}
본 고안은 고온 개질기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 모든 탄화물질(carbonaceous material)인 유기물을 환원 반응을 통해 수소와 일산화탄소로 가스화할 때 환원반응에서 완벽하게 산소를 차단함으로써 환원반응과정에서는 산화반응이 전혀 일어나지 않도록 하여 2차 오염물질의 발생을 억제토록 한 것이다.
공장 등의 산업체에서 발생되는 폐유, 폐유기용제 등과 같은 고분자 액상 폐기물이나 석탄, 폐타이어와 같은 고분자 고상 유기물을 가스화한다는 것은 고분자 유기물 내의 탄소, 수소 성분을 가스상의 연료인 일산화탄소와 수소가스가 주성분인 합성가스(Syngas)로 전환하는 것을 의미한다.
즉, 폐유, 폐플라스틱, 석탄, 폐타이어와 같은 고분자 유기물에 산소를 주입하여 연소할 때에는 산화반응이 일어나게 되고, 산화반응을 통해 생성된 증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)가 1200℃를 넘는 고온으로 유지되는 밀폐된 공간에서 고분자 유기물과 반응할 때에는 환원반응(개질반응)이 일어나 연료가스인 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 가스화되는 것이다. 다시 말해 모든 탄화물질은 1200℃ 이상에서 개질되어 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 가스화되는 것이다(KIM, Hyun Yong IJHE, Vol. 28/11, pp.1179∼1186).
이를 식으로 나타내면 다음과 같다.
(산화반응)
C + O2 →CO2
(산화반응)
(-CH2) + 3/2O2 →H2O + CO2
(환원반응)
C + H2O →CO + H2
(환원반응)
C + CO2 →2CO
(환원반응)
(-CH2) + H2O →CO + 2H2
(환원반응)
(-CH2) + CO2 → 2CO + H2
여기에서, 화학식 1 의 경우는 탄소가 주성분인 석탄에서 주로 발생되는 연소반응을 나타내며, 화학식 2 는 폐유 및 폐플라스틱과 같은 폐유기물에서 일어나는 주된 연소반응이다.
이때 필요한 산소의 양은 공급되는 석탄(C)이나 폐유(-CH2) 등의 성상에 따라 다르지만 대략 석탄이나 폐유 무게의 0.5∼1.0배 정도가 되어야 한다. 공급된 산소는 화학식 1 및 2 에 의해 소모되면서 개질기의 온도를 상승시키고 연소 생성물인 H2O와 CO2를 생성한다.
이들 연소 생성물은 공급된 유기물의 주성분인 탄소(C)와 다음 화학식 3 및 4 와 같은 가스화반응(개질반응, 환원반응)을 한다. 이 반응은 흡열반응이어서 연소 반응에 비해 반응시간이 길고, 반응이 지속되기 위해서는 고온 분위기가 요구되는 반응이다. 폐유(-CH2)와 같은 유기물과 반응할 경우에는 화학식 5 및 6 과 같은 가스화반응이 진행된다.
그런데, 재래식 가스화방식에 따르면 하나의 공간에서 산화반응과 환원반응이 동시에 일어나게 되어 인체에 유해한 산화물이 많이 생성되어 2차 오염을 일으키게 되고, 상대적으로 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스(syngas)의 생산량이 적으며, 특히 수소의 농도를 높이기 위해 외부에서 고온의 증기를 주입해주어야 하였고, 가스화로의 온도를 1200℃이상으로 유지하기 어려운 단점이 있었다.
따라서, 본 출원인은 이를 감안하여 산화반응실과 환원반응실을 분리하여 산화반응실로부터는 고온의 증기와 이산화탄소를 생성하고, 산화반응실의 열량에 의해 환원반응실을 고온으로 유지하며, 산화반응실로는 유기물의 주입없이 환원반응실로만 유기물을 주입하여 유기물과 증기 또는 이산화탄소가 환원 반응하여 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스(syngas)를 생산토록 한 고분자 유기물의 가스화 방법 및 장치를 개시한 바 있다(등록특허 제 391121 호).
이러한 등록특허 제 391121 호에 따른 고분자 유기물의 가스화 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이 개질기(1)에는 폐유와 같은 액상 폐기물을 개질기 내로 분사시키는 액상 폐기물 공급노즐(2)과, 석탄과 같은 고상 폐기물을 스크류 피더 등에 의해 개질기 내로 공급하는 고상 폐기물 공급 노즐(3)과, 공급되는 폐기물에 따라 적절한 위치에서 개질기 내로 증기를 분사시키는 증기 공급기(4)가 환원반응실의 측벽과 연결되어 있고, 개질기(1) 내로 공급되는 액상 폐기물을 가열하기 위한 액상 폐기물 가열기(5)는 액상 폐기물 공급 노즐(2)과 연결되어 있으며, 그리고 개질기 내로 물을 증기 상태로 공급하기 위한 물 가열기(6)는 증기 공급기(4)와 연결되어 있다. 개질기(1) 상단에는 개질기(1)로부터 생성 가스를 배출하는 출구(7)가 설치되고, 여기에서 배출되는 생성 가스를 재순환하여 개질기 내로 분사시키기 위한 합성가스 유입관(8), 그리고 합성가스 유입관(8)과 인접하여 위치하며 재순환된 생성가스와 반응시키기 위한 산소를 공급하는 산소 공급관(9)은 개질기(1) 하단의 산화반응실에 설치되어 있다.
또한, 개질기(1)는 동일한 형상 및 크기를 갖는 2개의 부분, 즉 상부와 하부가 연결된 구성으로 되어 제작 및 유지보수가 용이하도록 되어 있으며, 개질기(1) 상부의 상단에는 개질기(1)로부터 배출되는 가스 내의 미반응 폐기물이 H2O, CO2와 반응하는 것을 촉진하기 위해 텅스텐 그릴(10a)이 설치되어 있고, 개질기(1) 하부의 하단에도 텅스텐 그릴(10b)이 설치되어 산화반응실에서 생성된 H2O와 CO2를 균일하게 환원반응실로 공급하는 동시에 고형 폐기물이 투입되는 경우에 고형 폐기물을 저지해주는 역할을 하도록 되어 있다.
따라서, 상하의 텅스텐 그릴(10a, 10b) 사이는 유기물이 CO2, H2O와 반응하여 CO와 H2를 생성하는 환원 반응이 일어나는 환원반응실을 이루며, 하부측 텅스텐 그릴(10b)의 하부는 산화반응실을 이룬다.
개질기(1)의 산화반응실 아래에는 반응시 잔류하는 잔재(ash)를 저장하는 잔재 포집기(ash trap; 11)가 설치되어 있고, 이밖에 개질기(1) 벽면에는 내부 온도를 측정하기 위한 열전대와, 내부 반응 상태를 관찰하기 위한 관찰창(view port;12)이 설치되어 있다.
이러한 상태에서 산화반응실에서는 초기 온도를 상승시키기 위한 외부 연료를 주입함과 동시에 일산화탄소와 수소가스로 된 합성가스를 일부 재순환하여 주입하고, 산소를 주입하여 점화함으로써 원하는 온도대로 빠른 시간내에 도달되도록 하고, 이러한 과정에서 얻어지는 열량이 환원반응실로 전도되어 환원반응실을 1200℃를 초과하는 고온으로 유지토록 하며, 산화반응을 통해 생성된 이산화탄소와 증기가 환원반응실로 이동하여 환원반응실로 주입되는 고분자 유기물과 반응하여 일산화탄소와 수소가스로 이루어진 합성가스로 가스화된다. 또한, 예열목적으로 투입되었던 외부 연료는 개질기가 어느 정도 달궈지면 주입하지 않아도 된다.
그러나, 이러한 등록특허 제 391121 호에 따른 고분자 유기물의 가스화 장치는 산화반응실과 환원반응실이 수직상 서로 통하도록 형성되므로 주입되는 산소가 산화반응실에서 전량 소진되지 못하고 환원반응실로 유입되어 인체에 유해한 산화물을 생성함으로써 2차 오염물질이 발생되며, 그에 해당하는 만큼 합성가스의 농도가 약하고 또 그 생산량이 줄어드는 단점은 여전히 가지고 있는 것이었다.
또한, 산화반응실과 환원반응실이 상하부에 수직상으로 위치되어 산화반응실과 환원반응실 사이의 거리가 멀고, 환원반응실이 외기와 직접 접촉되도록 구성되어 있어 산화반응초기에 온도를 급속히 높일 수 있도록 인위적으로 별도의 외부연료를 주입시켜주어야 함은 물론 산화반응 중에도 환원반응실의 온도유지를 위해 막대한 량의 산소가 필요한 것이었으며, 개질기의 전장이 길어 설비가 차지하는 공간이 커질 수밖에 없는 단점도 있었다.
아울러, 고분자 유기물이 1200℃이상의 온도환경을 갖는 환원반응실로 곧바로 투입되는 구조로 되어 있으므로 고분자 유기물을 투입하기 위한 스크류 피더와 같은 장치가 고열에 의해 쉽게 변형될 것이므로 실질적으로 고분자 유기물을 환원반응실로 직접 투입하는 것이 거의 불가능하였으며, 고분자 유기물이 기체 또는 액체로 이루어져 환원반응실로 투입할 수 있다해도 환원반응실과 고분자 유기물 투입관의 연결부위가 고열에 의해 녹아 고분자 유기물, 유독가스 또는 화기가 외부로 누출되어 위험한 상황을 초래할 수 있는 문제가 있는 것이었다.
본 고안은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 고분자 유기물을 환원반응을 통해 가스화하되, 환원반응실에 고온의 증기와 이산화탄소를 공급해주는 산화반응실을 환원반응실과 직각방향으로 격리 형성하여 산화반응실에 공급된 산소가 환원반응실로의 유입없이 전량 산화반응실에서 소모되도록 함으로써 인체에 유해한 산화물의 생성없이 고순도의 합성가스를 다량 생산할 수 있는 고온 개질기를 제공하고자 하는 것이다.
다른 견지로는, 고분자 유기물의 투입부분이 개질기에서 가장 온도가 낮은 하단부에 위치되게 함으로써 고분자 유기물의 투입이 원활해지도록 한 것이다.
이하, 본 고안을 제시된 실시예와 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.
본 고안에 따른 고온개질기는 도 1 에 제시된 등록특허 제 391121 호에 따른 고분자 유기물의 가스화 장치를 실용성있게 개선한 것으로, 도 2a 및 도 2b 에 도시한 바와 같이 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스와 산소를 주입하면서 연소시켜 고온의 증기와 이산화탄소를 생성하는 산화반응실(110)과, 산화반응실(110)로부터 열량을 전달받아 적어도 1200℃를 넘는 온도를 유지하면서 고분자 유기물을 유입시켜 산화반응실(110)에서 유입된 수증기 및 이산화탄소와 환원 반응시킴으로써 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응실(120)과, 고분자 유기물을 환원반응실(120)로 투입하는 유기물 투입장치(130)와, 환원반응실(120)로부터 생성된 합성가스의 일부를 산화반응실(110)로 재순환시키는 합성가스 유입관(140)을 포함하여서 된 개질기(100)에 있어서, 환원반응실(120)의 하부 측벽에는 환원반응실(120)의 길이방향에 직각되는 방향으로 산화반응실(110)을 위치시키되, 산화반응실(110)의 후위에는 합성가스 유입관(140)의 유입측을 연결하고, 합성가스 유입관(140) 유입측 주위에는 산소주입관(150)을 연결하며, 산화반응실(110)의 중간부위에는 점화플러그(160)를 구비하여 산화반응실(110)이 합성가스버너를 이루도록 구성한 것이다. 이에 산화반응실(110)을 합성가스버너로 칭하기로 하며, 합성가스버너는 3개까지 설치할 수 있다.
이때, 유기물 투입장치(130)는 환원반응실(120)의 직하부에 위치되어 그 투입부가 환원반응실(120)의 바닥부와 유입관(131)을 통해 연결되며, 산소가스 검출은 합성가스출구(119)의 가스를 분석함으로써 검출여부를 측정하게 된다. 도면상에는 유기물 투입장치(130)로서 고체 유기물 투입을 위한 스크류 피더를 예로 하여 도시하였으며, 이외에도 기체 또는 액체 유기물 투입을 위한 장치로 대체할 수 있다.
또한, 환원반응실의 내벽은 10㎜ 두께의 캐스터블 세라믹(castable ceramics)으로 조형되고, 그 외부에는 3㎜의 스테인리스 스틸재의 외부쉘(121)이 형성되며, 외부쉘(121)과 환원반응실(120) 내벽의 사이에는 100∼150㎜의 캐스터블(castables)과 석면섬유(rockwool fiber)로 조형(mold)된 단열재(122)가 채워져 이루어지며, 도시하지는 않았지만 환원반응실(120)로부터 생성된 일산화탄소와 수소가스로 이루어진 합성가스를 저장하는 가스 저장탱크가 구비되고, 이러한 가스 저장탱크에 합성가스 유입관(140)이 연결된다.
아울러, 환원반응실(120)의 하부에는 잔재포집기를 연결 설치할 수 있음은 자명하다.
이와 같이 구성된 본 고안에 따른 고온 개질기는 다음과 같은 작용을 한다.
먼저, 가스 저장탱크에 저장되어 있는 합성가스나 수소가스를 합성가스 유입관(140)을 통해 합성가스버너(syngas burner, 110)로 유입시킴과 동시에 합성가스의 유입측 주위의 산소주입관(150)으로는 산소를 공급하고, 점화플러그(160)를 통해 점화하여 합성가스버너(110)의 내부에서 발화되게 하면 합성가스가 연소되면서 열량과 함께 산화반응을 통해 2000℃를 초과하는 고온의 이산화탄소와 수증기가 생성된다. 즉, 합성가스버너(110)는 예열이 필요없고, 외부연료도 필요로 하지 않는다.
이때, 합성가스버너(110)에서 일산화탄소와 수소로 된 합성가스가 연소되기 시작하면 온도가 급증하게 되는데, 환원반응실(120)내에 산소가스가 검출되지 않는 한도내에서 조정하여 산소가 환원반응실(120)로 유입되지 않도록 하면서 합성가스버너(110)의 열량을 조절하게 된다. 또한, 가스화작업의 종료시에도 산소주입관(150)의 밸브를 먼저 잠근 후 온도가 내려가는 것을 보고 합성가스 유입관(140)의 밸브를 잠가주게 된다.
합성가스버너(110)에서 발생된 열량은 환원반응실(120)로 전달되어 환원반응실이 1200℃가 넘는 온도를 유지하게 되며, 또 산화를 통해 생성된 고온의 이산화탄소, 수증기 및 잔류 합성가스가 환원반응실(120)로 유입되는바, 환원반응실(120)의 외부는 단열재(122)와 외부쉘(121)에 의해 덮여있으므로 합성가스버너(110)로부터 제공된 열기를 식지 않도록 보온할 수 있다.
한편, 유기물 투입장치(130)는 환원반응실(120)의 직하부에 위치되어 그 투입부가 환원반응실(120)에서 가장 온도가 낮은 바닥부와 유입관(131)을 통해 연결되어 이루어지므로 고온에 의한 유기물 투입장치(130)의 변형이나 유기물 누출이 전혀없이 유기물의 투입이 원활하게 이루어지며, 환원반응실(120)은 합성가스버너(110)를 통해 이미 1200℃를 넘는 온도를 유지하고 있고, 또 환원반응에 필요한 이산화탄소와 수증기가 유입되어 있어 고분자 유기물이 환원반응실(120)로 유입되면 기 유입되어 있는 이산화탄소 및 수증기의 사이에서 전술한 화학식 3 내지 화학식 6 과 같은 개질반응(환원반응)이 일어나 고분자 유기물을 효율적으로 일산화탄소와 수소가스로 환원하는 것이다.
특히, 산소는 합성가스버너(110)에서 합성가스를 산화시키는 데에만 사용될뿐 환원반응실(120)로는 산소가 전혀 유입되지 않으므로 인체에 유해한 산화물의 생성이 전혀 없고, 그에 해당하는 만큼 순도높은 합성가스를 생성할 수 있는 것이며, 이러한 합성가스는 환원반응실(120) 상부측으로 배출되어 열교환 후 100℃미만의 온도가 되면 가스 저장탱크에 저장되고, 일부는 합성가스 유입관(140)을 통해 합성가스버너(110)에 재투입되며, 이러한 과정이 평형을 이룬 상태에서 연속적으로 더 많은 양의 일산화탄소와 수소가스로 된 합성가스를 생성할 수 있다. 또한, 합성가스 유입관(140)을 통해 합성가스버너(110)로 재순환되는 합성가스의 양은 생산량의 1/3정도가 된다.
즉, 본 고안에서 가스화의 대상은 모든 탄화물질(carbonaceous material)로서, 본 고안에서는 이러한 탄화물질들을 소각하거나, 매몰하여 처리하는데 소요되는 2차비용을 줄일 수 있음은 물론 탄화물질들을 거의 대부분 가스화하여 고효율의 연료로 재생산할 수 있는 것으로, 특히 본 고안에서는 무엇보다도 산소 가스가 환원반응실(120) 내로 도입되지 않기 때문에 환원반응실(120) 내부에는 수증기, 이산화탄소, 수소가스, 일산화탄소만이 존재하게 되고, 산화반응은 합성가스버너(110) 외에는 어디에서도 일어나지 않게 되므로 탄화물질들이 산화되어 2차오염 물질(특히 다이옥신, SOx, NOx와 같은 산화물질)이 생성되는 일이 없게 되고, 이에 따라 싸이클론과 같은 생성 가스를 정화하기 위한 설비도 필요 없게되며, 개질기(100)에서 생성되는 가스는 수소가스를 주성분으로 하는 고품질의 연료가스(발전용 및 난방용)로서 화학 공업의 기초 원료로 사용될 수 있는 것이다.
또한, 환원반응실(120) 내부 온도가 1200℃가 넘게 되므로 모든 유기물질(-CH2)n이 100% 가깝게 일산화탄소와 수소가스로 환원될 수 있어 일반쓰레기뿐 아니라 화학전 폐기물, 농약 폐기물, 병원 폐기물, 변압기 폐유, 동물 폐기물 등과 같은 특수 쓰레기 등을 모두 가스화하여 에너지화하는 데 효율적인 것이며, 이 과정에서 농약이나 유독 가스도 전부 가스화될 수 있고, 병원 폐기물에 포함된 세균도 전부 가스화될 수 있으며, 탄화물질 속에 포함되어 있던 Fe, S, Cl, Br, Hg 등은 원소로 환원되든지 FeS, FeCl3, HgCl, HgBr 등의 무기물질로서 소량 남게 되어 잔재 포집기로 수집하면 되는 것이다. 아울러, 일반 방사성 폐기물 역시 거의 대부분 가스화되고, UX6(Cl, Br), CeX 등이 잔재로 남을 것이나 이는 극소량이므로 주의를 기울여 처리하면 된다.
도 3 은 본 고안의 다른 실시예에 따른 개질기(200)로서, 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 투입하고, 산소를 주입하여 고온의 증기와 이산화탄소와 함께 전기에너지를 생산하는 연료전지로 된 산화반응부(210, 이하 연료전지라 칭함)와; 밀폐된 통형상으로 되고, 그 외부에는 연료전지(210)로부터 생산된 전기에너지를 공급받아 발열하여 내부를 적어도 1200℃를 넘는 온도로 유지하는 전기히터(221)가 설치되며, 하단부로는 기체 및/또는 액체 화석연료가 투입되고 측방으로는 연료전지(210)로부터 생성된 고온의 증기와 이산화탄소가 주입되어 환원반응을 통해 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응부(220)와; 환원반응부(220)로부터 생성된 합성가스를 열교환기(미도시)를 통해 식힌 후 저장하면서 그 일부를 합성가스 유입관(231)을 통해 연료전지(210)로 재순환시키는 합성가스 저장부(230)로 구성한 것이다.
이러한 경우에는 합성가스 저장부(230)에 저장되어 있는 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스 일부가 연료전지(210)로 투입되면 연료전지(210)의 작용에 의해 고온의 증기와 이산화탄소로 산화되면서 전기가 발생되며, 이러한 전기는 환원반응부(220) 외부에 설치된 전기히터(221)에 인가되어 환원반응부(210) 내부를 1200℃가 넘도록 가열하게 되고, 산소의 유입이 없는 상태에서 상기 생성된 고온의 증기와 이산화탄소와 함께 기체 및/또는 액체 화석연료가 환원반응부(220) 내부로 유입되어 본 고안의 실시예와 마찬가지로 일산화탄소와 수소가스로 개질반응하여 가스화되는 것이며, 이러한 합성가스가 합성가스 저장부(230)에 저장되고 일부는 다시 산화반응부를 이루는 연료전지(210)로 재순환되어 화석연료가 계속적으로 가스화되고 연료전지(210)에서 전력이 생산된다.
즉, 본 고안의 다른 실시예는 합성가스와 산소를 주입하여 직접 연소시키지 않고 연료전지(210)의 전해질과 산소를 통해 산화시키는 점과 연료전지(210)를 통해 생산된 전기를 통해 환원반응부(220)를 1200℃가 넘도록 가열시키는 점에서 본 고안의 실시예와 차이가 있으나, 산화반응부(210)가 환원반응부(220)와 분리되어 환원반응부(220)로 산소가 유입되지 않는 점, 고분자 유기물이 환원반응부(220)의 하단부로 유입되는 점에 있어서는 본 고안의 실시예와 동일한 기술적 사상을 가지고 있으며, 그 작용효과 역시 동등한 것이다.
또한, 처리량에 있어서는 본 고안의 실시예보다 적을 것이나 합성가스를 직접 연소하는 것에 비해 소형 제작이 가능하여 차량이나 일반 가정용으로 활용하기에는 더욱 적합한 장점도 있게 된다.
도 4 는 본 고안의 또 다른 실시예로서, 물을 전기분해하여 수소와 산소가 화학당량비 2:1의 비율로 혼합되어 있는 브라운가스를 생성하는 브라운가스 제너레이터(170)가 구비되고, 이 브라운가스 제너레이터(170)와 산화반응실이 브라운가스 주입관(171)을 통해 연결되어 산화반응실이 브라운가스 버너(180)를 이루도록 구성된 것으로, 이와 같이 하면 모든 탄화물질을 개질시켜 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스로 만들어주는 개질반응에 있어서는 본 고안의 실시예 및 다른 실시예와 유사하나, 브라운가스 버너(180)에 주입되는 연료원이 브라운가스로 이루어지므로 초기 구동을 위한 가스 저장탱크와 주입량 조절장치가 필요없으며, 브라운가스 제너레이터(170)를 구비해야 하는 면은 있지만 브라운가스 버너(180)에서 산화반응을 거치면 열량과 고온의 수증기만 발생되고 이산화탄소가 발생되지 않게 되므로 합성가스를 사용하는 것보다 열량을 더욱 높일 수 있어 환원반응실(120)의 온도를 고온으로 유지할 수 있는 면에서는 더욱 효과적이라 할 수 있다. 도면상에서는 본 고안의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 폐유나 석탄과 같은 고분자 유기물을 가스상의 연료인 일산화탄소와 수소가스로 전환시키도록 함에 있어, 산화반응부를 환원반응부와 직통되지 않도록 형성하여 산소가 산화반응에만 관여하고 환원반응부로 직접 유입되지 않도록 한 것이므로 높은 열량을 확보할 수 있으면서도 환원반응실에서 2차 오염물질의 발생없이 고순도의 합성가스를 발생시킬 수 있는 것이며, 환원반응부에서 가장 온도가 낮은 하단부를 통해 고분자 유기물이 투입되도록 한 것이므로 유기물 투입장치의 변형이나 유기물의 누설없이 유기물의 원활한 투입이 가능해지는 매우 유용한 효과가 있는 것이다.
도 1 은 등록특허 제 391121 호에 따른 고온 개질기의 구성도.
도 2 는 본 고안에 따른 고온 개질기의 구성도로서,
도 2a 는 정단면도.
도 2b 는 측단면도.
도 3 은 본 고안에 연료전지가 적용된 다른 실시예시도.
도 4 는 본 고안에 브라운가스 버너가 적용된 또 다른 실시예시도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
100,200 : 개질기 110 : 합성가스 버너
119 : 합성가스 출구 120 : 환원반응실
121 : 외부쉘 122 : 단열재
130 : 유기물 투입장치 131 : 유입관
140,231 : 합성가스 유입관 150 : 산소주입관
160 : 점화플러그 170 : 브라운가스 제너레이터
171 : 브라운가스 주입관 180 : 브라운가스 버너
210 : 산화반응부 220 : 환원반응부
221 : 전기히터 230 : 합성가스 저장부

Claims (5)

  1. 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스와 산소를 주입하면서 연소시켜 고온의 증기와 이산화탄소를 생성하는 산화반응실과, 상기 산화반응실로부터 열량을 전달받아 적어도 1200℃를 넘는 온도를 유지하면서 고분자 유기물을 유입시켜 상기 산화반응실에서 유입된 수증기와 이산화탄소와 환원 반응시킴으로써 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응실과, 상기 고분자 유기물을 상기 환원반응실로 투입하는 유기물 투입장치와, 상기 환원반응실로부터 생성된 합성가스의 일부를 상기 산화반응실로 재순환시키는 합성가스 유입관으로 구성되어 촉매없이 1200℃ 이상에서 모든 탄화물질(carbonaceous material)이 개질되게 하는 개질기에 있어서,
    상기 환원반응실의 하부 측벽에는 상기 환원반응실의 길이방향에 직각되는 방향으로 상기 산화반응실을 위치시키되, 상기 산화반응실의 후위에는 상기 합성가스 유입관의 유입측을 연결하고, 상기 합성가스 유입관의 유입측 주위에는 산소주입관을 연결하며, 상기 산화반응실의 중간부위에는 점화플러그를 구비하여 상기 산화반응실이 합성가스버너를 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 고온 개질기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기물 투입장치는 상기 환원반응실의 직하부에 위치되어 투입부가 상기 환원반응실의 바닥부와 관을 통해 연결된 것을 특징으로 하는 고온 개질기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 환원반응실의 내벽은 10㎜ 두께의 캐스터블 세라믹(castable ceramics)으로 조형되고, 그 외부에는 3㎜의 스테인리스 스틸재의 외부쉘이 형성되며, 상기 외부쉘과 상기 환원반응실 내벽의 사이에는 100∼150㎜의 캐스터블(castables) 및/또는 석면섬유(rockwool fiber)로 조형(mold)된 단열재가 채워져 이루어진 것을 특징으로 하는 고온 개질기.
  4. 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 투입하고, 산소를 주입하여 고온의 증기와 이산화탄소와 함께 전기에너지를 생산하는 연료전지로 된 산화반응부;
    밀폐된 통형상으로 되고, 그 외부에는 상기 산화반응부로부터 생산된 전기에너지를 공급받아 발열하여 내부를 적어도 1200℃를 넘는 온도로 유지하는 전기히터가 설치되며, 하단부로는 고분자 유기물이 투입되고 측방으로는 상기 산화반응부로부터 생성된 증기와 고온의 이산화탄소가 주입되어 환원반응을 통해 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응부; 및
    상기 환원반응부로부터 생성된 합성가스를 열교환기를 통해 식힌 후 저장하면서 그 일부를 합성가스 유입관을 통해 산화반응부(연료전지)로 재순환시키는 합성가스 저장부를 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 고온 개질기.
  5. 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스와 산소를 주입하면서 연소시켜 고온의 증기와 이산화탄소를 생성하는 산화반응실과, 상기 산화반응실로부터 열량을 전달받아 적어도 1200℃를 넘는 온도를 유지하면서 고분자 유기물을 유입시켜 상기 산화반응실에서 유입된 수증기와 이산화탄소와 환원 반응시킴으로써 일산화탄소와 수소가스를 주성분으로 하는 합성가스를 생성하는 환원반응실과, 상기 고분자 유기물을 상기 환원반응실로 투입하는 유기물 투입장치와, 상기 환원반응실로부터 생성된 합성가스의 일부를 상기 산화반응실로 재순환시키는 합성가스 유입관으로 구성되어 촉매없이 1200℃ 이상에서 모든 탄화물질(carbonaceous material)이 개질되게 하는 개질기에 있어서,
    상기 환원반응실의 하부 측벽에는 상기 환원반응실의 길이방향에 직각되는 방향으로 상기 산화반응실을 위치시키되, 상기 산화반응실의 후위에는 물을 전기분해하여 수소와 산소가 화학당량비 2:1의 비율로 혼합되어 있는 브라운가스를 생성하는 브라운가스 제너레이터를 구비하며, 상기 브라운가스 제너레이터와 상기 산화반응실을 브라운가스 주입관을 통해 연결하여 상기 산화반응실이 브라운가스 버너를 이루도록 구성한 것을 특징으로 하는 고온 개질기.
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KR102375772B1 (ko) * 2021-12-08 2022-03-21 주식회사 젯트 농업 및 축산업의 폐기물 자원화 장치
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