KR20040036889A

KR20040036889A - 고온 개질 반응로

Info

Publication number: KR20040036889A
Application number: KR1020040024675A
Authority: KR
Inventors: 김현영
Original assignee: 김현영
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2004-05-03
Also published as: CN101665722B; CN101665722A

Abstract

본 발명은 유기물을 가스상의 연료인 합성가스(일산화탄소와 수소)로 가스화하는 개질반응로 장치에 관한 것이다. 이 화학반응은 개질반응으로 알려져 있으며, 흡열반응으로서 고온에서 일어난다. 가스화로(爐)는 합성가스가 생성되는 환원반응실과 합성가스를 산화하는 산화반응실(syngas burner라 부른다)로 구분되어 있으며 본 고안의 특징은 syngas burner에서 합성가스를 산소(O₂gas)와 연소하여 생성되는 초고온(＞2000℃)의 H₂O와 CO₂분자들이 환원반응실로 이동하여 가스화로 온도를 1200℃이상으로 올리고 유기물의 탄소와 반응하여 합성가스를 생성하게 되어있다. syngas burner에서 생성되는 고온의 H₂O와 CO₂가 개질반응에 필요한 열과 반응 상대물질(reactants)을 제공한다(김현영, 대한민국특허 '제 0391121호' , 고분자 유기물의 가스화 방법 및 장치).

가스화로 외부로부터 고온의 증기 또는 유기물의 일부를 소각하는 O₂gas는 일절 가스화로에 유입되지 않는다. 가스화로는 1200℃ 이상으로 유지되므로 가스화 효율이 100％에 가까우며, 일반 화석연료뿐만 아니라 탄소원자를 골격으로 하는 모든 물질, 특히 유해/무해 폐기물도 일률적으로 합성가스로 환원된다. O₂gas가 가스화로에 유입되지 않으므로 유기물의 산화에 의한 이차오염 물질이 생성되지 않는다. 가스화로의 내부온도 조절이 가능하므로 개질반응의 열역학적 분석을 가능하게하였다(Kim, Hyun Yong Int' I J. of Hydrogen Energy, Vol. 28/11, pp.1179∼1186 "A low cost production of H₂gas from carbonaceous wastes" ). 가스화로에서 생성된 합성가스의 일부를 합성가스 버너(syngas burner)에 연결할 수 있기 때문에 외부에서 열 제공 없이 자체 열로서 가스화가 지속 될 수 있다. 생성되는 합성가스가 연료전지(fuel cell)를 작동할 때는 fuel cell에서 생성되는 전력과 물의 일부를 가스화로에 직접 연결하여 지속적인 가스화 반응을 유지 한다.

Description

고온 개질 반응로 {a high temperature reformer}

본 발명은 특허 '제 0391121' 의 도2의 변형으로서 가스화로 하부에 구성되었던 산화반응실을 합성가스 버너(syngas burner)로 대체하고 가스화로 하부에 고체유기물 유입구를 설치하였다.

가스화 반응은 흡열반응이므로 가스화 반응을 지속시키기 위해서는 ＞1200℃의 고온이 유지되어야 한다(Kim, Hyun Yong IJHE, Vol. 28/11, pp.1179∼1186). 이를 위해서 기존의 가스화 방법에서는, 가스화기 내에 유기물(-CH₂)과 함께 산소를 공급함으로써 산화 반응을 먼저 일으키도록 하고, 연소 열에 의해 가스화 반응이 지속될 수 있는 온도를 유지시키고 있다. 이 때의 반응식은 다음 식으로 나타낼 수 있다.

[화학식 1]

[화학식 2]

여기에서, 화학식 1의 경우는 탄소가 주성분인 석탄에서 주로 발생되는 연소반응을 나타내며, 화학식 2는 폐유 및 폐플라스틱과 같은 폐유기물에서 일어나는 주된 연소 반응이다.

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 2에 의해 소모되면서 가스화기의 온도를 상승시키고 연소 생성물인 H₂O와 CO₂를 생성한다.

이들 연소 생성물은 공급된 유기물의 주성분인 탄소(C)와 다음 화학식 3 및 4와 같은 가스화(개질) 반응을 한다. 이 반응은 흡열반응이어서 연소 반응에 비해 반응 시간이 길고, 반응이 지속되기 위해서는 고온 분위기가 요구되는 반응이다. 폐유(-CH₂)와 같은 유기물과 반응할 경우에는 다음 화학식 5 및 6과 같은 가스화(개질) 반응이 진행된다.

[화학식 3]

[화학식 4]

[화학식 5]

[화학식 6]

위 화학식 1 및 2는 산화 반응이지만 화학식 3∼6은 환원 반응이다. 이러한 반응에 의해 생성된 가스는 CO와 H₂가 주성분인 합성가스(syngas)라 부른다.

즉, 종래의 가스화 방식에서는 가스화기의 온도를 상승시키기 위한 목적으로 고상의 석탄이나 액상의 폐유 등과 함께 공급되는 산소에 의한 산화 반응인 화학식 1 및 2에서 발생하는 반응열을 이용하여 가스화 반응인 화학식 3∼6이 진행된다. 이 방식에서 O₂gas를 쓰지 않고 공기를 쓸 때 에는 외부에서 고온의 증기(hot steam)를 보충해줘야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 종래의 가스화 방식에서는 산화 반응인 화학식 1과 2, 환원 반응인 화학식 3∼6이 동시에 같은 공간에서 일어나게 되는데, 합성가스 생산량의 비율이 적고 이차오염 물질이 생성되는 문제가 있다. 종래의 가스화 방식에서 가스화 효율이 낮은 이유 중 또 하나는 소각으로서 가스화로의 온도를 1200℃ 이상으로 유지하기 어렵다는 것이다. 1200℃를 기점으로 하여 가스화 효율이 급상승한다(Kim, Hyun Yong IJHE, Vol.28/11, pp.1179∼1186). 모든 유기물질이 ＞1200℃ 에서 급속도로 환원되는 것이 관찰 되었다.

본 발명은 유기물을 가스화 하는 종래의 방식에 있어서의 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 가스화기의 온도 제어를 용이하게 할 뿐 아니라 생성 가스 내의 수소 농도를 증가시켜 양질의 합성 가스를 얻을 수 있는 유기물의 가스화를 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는 합성가스(syngas)와 O₂gas가합성가스 버너(syngas burner)에서 연소하여 초고온(＞2000℃)의 H₂O와 CO₂분자가 생성되어 가스화로 내부 온도를 신속히 1200℃ 이상으로 올리고 또 이들 분자들이 유기물의 탄소와 직접 반응하여 합성가스(H₂+CO)를 생성하고자 한다. 이 가스화 방법을 실용화 하기 위해서 고안된 장치가 도2에 제시됐다.

특히, 본 발명에서는 종래 주로 소각 처리를 해오던 일반 및 특수 쓰레기를 외부로부터 에너지의 유입 없이 효율적으로 가스화하는 동시에, 쓰레기의 소각에 의한 이차오염 발생을 방지하면서 일반 및 특수 쓰레기의 가스화를 달성할 수 있는 장치를 제공하고 있다. 도1은 본 발명의 유기물 개질 반응로의 구성 및 작동원리를 개략적으로 보여주는 단면도로서 역할은 충분하나 장치로 옮기는 데는 여러가지 문제점을 지니고 있다. 특히 합성가스 버너의 위치와 stock feeder의 위치가 문제인데 도2 에 제시된 바와 같이 가스화(개질 반응)로의 내부는 ＞1200℃을 유지할 수 있도록 10mm 두께의 castable ceramics로 제조되었다. 단열 부분은 100∼150mm 두께로 castables fiber로 packing 되어있고 외부벽은 3mm STS로 되었다. 유기물 주입구(stock feeder)의 위치는 반응로의 하부가 될 수 밖에 없다. 도1의 반응로를 두고 보면, 하단부분의 온도가 가장 낮다. 도1 의 산화반응부분(syngas가 연소되는 부분)을 syngas burner라 하여 옆으로 옮기고, stock feeder를 하단에 설치하게 된 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기물 가스화기의 구성 및 작동 원리를 개략적으로 보여주는 모식적 단면도로서 특허 '제 0391121(2003.6.30)' 에 도2로 제시됐다.

도2는 본 발명의 고온 개질반응로 이다. 본 발명의 특징은 합성가스 버너 내에서 합성가스를 O₂gas와 연소하여 발생하는 열로서 반응로를 고온(＞1200℃)으로 유지하고, syngas burner에서 생성되는 고온(＞2000℃)의 H₂O와 CO₂분자들이 로 하단에서 유입되는 유기물질(carbonaceous material)과 반응하는 것이다. 개질반응로에는 O₂gas가 일절 유입되지 않을 뿐더러, 외부 증기(Steam)도 주입되지 않는다. 로의 내부는 ceramics로 조형되었고, 100∼150mm의 단열벽은 castables와 석면 fiber로 되어있다. 로 외벽은 3mm STS로 되어있고 water cooling 없이 100℃ 이하를 유지한다. 유기물 주입구(organic stock feeder)는 로 하부에 설치되어 있는 것이 특징이다.

도3은 본 발명의 가스화기를 연료전지(fuel cell)에 직접 연결하여 발생되는 전력을 가스화기 히터(heater)에 연결하여 LNG(CH₄가스)또는 오일(Oil)을 합성가스로 전환하여 전력을 발생하는 장치의 모식적 단면도이다. 본 발명의 가스 개질반응로 장치의 특징은 극히 소형화된 개질 반응로(reformer)를 제작 가능케 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기물 가스화 장치는,

(처음 가동시에는 저장되어 있는 합성가스나 수소가스를 사용한다). 상기 가스화기 내에서 생성된 합성가스의 일부를, 가스화기와 연통되게 설치된 합성가스 버너(syngas burner) 내에서 산소와 반응시켜 초고온(＞2000℃)의 증기와 이산화탄소를 열과 함께 발생시키는 단계;

및 상기 발생된 증기와 이산화탄소를 상기 가스화기 하단에서 유입되는 유기물 쓰레기와 반응시켜 합성가스를 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 본 발명의 쓰레기 가스화 장치는,

상기 가스화기와 연통되게 설치된 버너 내에서 합성가스(syngas) (또는 수소)를 산소와 반응시켜 열과 함께 초고온(＞2000℃)의 증기와 이산화탄소를 생성시키는 단계;

상기 생성된 초고온(＞2000℃)의 증기와 이산화탄소를 가스화기 내로 도입하는 단계;

쓰레기를 가스화기 내로 공급하여 증기와 이산화탄소와 반응시켜 합성가스를 생성시키는 단계;

상기 생성된 합성가스(syngas)를 가스화기로부터 배출하는 단계;

상기 배출된 합성가스(syngas)의 일부를, 상기 가스화기와 연통되게 설치된 버너 내로 공급하여 산소와 반응시켜 열과 함께 증기와 이산화탄소를 생성시키는 단계;

위 단계를 되풀이 함으로서 cycle을 형성하며 지속적으로 가스화 반응이 일어난다.

본 발명에서는 유기물의 가스화 반응에서 생성된 합성가스(syngas)의 일부를 버너(syngas burner) 내로 재공급 함으로써, 이 재순환된 가스가 적량의 산소와 반응하는 것에 의해 많은 열량과 H₂O, CO₂를 얻도록 하였다. 이 때 생성된 열량은 가스화기의 온도를 ＞1200℃으로 유지하는데 사용되고, 초고온의 H₂O, CO₂가스는 다시 유기물과의 환원 반응에 의해 H₂, CO로 환원된다. 즉, 가스화 반응을 지속시키기에 필요한 가스화기 온도를 상승시키면서, 이 때 생성된 연소 생성물인 H₂O, CO₂는 유기물과 다시 반응하여 합성가스를 생성한다. 합성가스는 다시 가스화 반응에 필요한 고온의 반응물을 만들어내게 되므로, 가스화기의 온도 제어를 용이하게 할 뿐만 아니라 생성 가스 내의 수소 농도를 증가시켜 양질의 합성 가스를 얻을 수 있게 된다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 유기물 가스화기의 구성 및 작동 원리를 살펴본다.

도1은 특허 '제0391121(2003.6.30)' 의 도2로 제시된 것으로서 본 발명의 일 실시 예에 따른 유기물 가스화기의 구성 및 작동 원리를 개략적으로 보여주는 모식적 단면도이다. 여기에서 보면, 가스화기(1)에는, 폐유와 같은 액상 폐기물을 가스화기 내로 분사시키는 액상 폐기물 공급 노즐(2), 석탄과 같은 고상 폐기물을 스크류 피더 등에 의해 가스화기 내로 공급하는 고상 폐기물 공급 노즐(3), 그리고 공급되는 폐기물에 따라 적절한 위치에서 가스화기 내로 증기를 분사시키는 증기 공급기(4)가 환원반응실에 설치되어 있고, 가스화기 내로 공급되는 액상 폐기물을 가열하기 위한 액상 폐기물 가열기(5)는 액상 폐기물 공급 노즐(2)과, 그리고 가스화기 내로 물을 증기 상태로 공급하기 위한 물 가열기(6)는 증기 공급기(4)와 연결되어 있다. 가스화기(1) 상단에는 가스화기(1)로부터 생성 가스를 배출하는 출구(7)가 설치되고, 여기에서 배출되는 생성 가스를 재순환하여 가스화기 내로 분사시키기 위한 생성 가스 재순환관(8), 그리고 생성 가스 재순환관(8)과 인접하여 위치하며 재순환된 생성 가스와 반응시키기 위한 산소를 공급하는 산소 공급관(9)은 가스화기(1) 하단의 산화반응실에 설치되어 있다.

가스화기(1)는 동일한 형상 및 크기를 갖는 2 개의 부분, 즉 상부와 하부가 연결된 구성으로 되어, 제작 및 유지 보수가 용이하도록 되어 있다. 가스화기(1) 상부의 상단에는 가스화기(1)로부터 배출되는 가스 내의 미반응 폐기물이 H₂O, CO₂와 반응하는 것을 촉진하기 위해 텅스텐 그릴(10a)이 설치되어 있고, 가스화기(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. 상하의 텅스텐 그릴(10a, 10b) 사이에서 유기물이 CO₂, H₂O와 반응하여 CO와 H₂를 생성하는 환원 반응이 일어난다. 산소공급관(9)을 통해 공급되는 산소는 산화반응실에서 완전히 소모되므로 환원반응실에는 산소가 전혀 존재하지 않는다. 가스화기(1)의 산화반응실 아래에는 반응시 잔류하는 잔재(ash)를 저장하는 잔재 포집기(ash trap; 11)가 설치되어 있고, 이밖에가스화기(1) 벽면에는 내부 온도를 측정하기 위한 열 전대와, 내부 반응 상태를 관찰하기 위한 관찰 창(view port; 12)이 설치되어 있다.

본 발명의 가스화기 도2는 도1의 작동원리를 유지하면서 장치조작이 더욱 간편하고 실용화에 더욱 근접한 장치라 하겠다. 화기 몸체, 상부, 하부 그리고 합성가스버너. 네(4)개의 부분으로 나누어져 조립된다. 가스화(개질 반응)로의 내부는 ＞1200℃을 유지할 수 있도록 10mm 두께의 castable ceramics로 제조되었다. 단열부분은 100∼150mm 두께로 castables fiber로 packing 되어있고 외부벽은 3mm STS로 되었다. sock feeder의 위치는 반응로의 하부이다. 합성가스 버너는 옆에 부착되어 도1 보다 더욱 몸체(환원반응실)에서 분리되어 있고, 필요하다면 1∼3대까지 부착 할 수 있다. 하부는 유기물을 주입하는 곳으로서 파쇄된 고체 유기물 유입구만 표시되었지만 액체, 기체용으로 바꿀 수도 있다. 이렇게 하여 화기(reformer)에 다양한 형태의 폐기물을 투입 용이하게 하였다. 특히 하부에서는 잔재 포집기 등이 쉽게 연결될 수 있다. 본 실시 예에 따른 장치에서 합성가스 버너는 합성가스(syngas)를 산소와 반응시킴으로써, 가스화기 내부 온도를 ＞1200℃으로 유지하고, 유기물 환원반응에 필요한 이산화탄소와 증기를 생성시키는 역할을 한다. 즉, 도1에 나타난 가스화기의 산화 반응실에서 일어나는 산화반응이 일어나는 곳이 되는 것이다. 가스화로의 합성가스 배출량(throughput)은 합성가스 버너에 얼마나 빨리 환원반응에 필요한 열을 제공하느냐에 달렸다.

이하에서는, 도2의 가스화기 작동을 일반 쓰레기의 가스화를 대상으로 하여 설명한다.

(a) 도2의 가스화기는 도1의 가스화기처럼 예열할 필요가 없다.

(b) 합성가스 버너에서 생성 가스 재순환관을 통해 합성가스(생성된 합성가스가 없을 때는 H₂가스 사용)를 주입하고 산소 가스를 서서히 주입하면서 온도의 증가를 감시한다. 점화되어 합성가스(또는 수소 가스)가 연소되기 시작하면 온도가 급증하는데, 출구에서 산소 가스 검출기를 감시하면서 산소 가스가 검출되지 않는 한도에서 산소량을 조절한다. 온도의 조절은 항상 산소의 양을 조절하여 행한다. 종료시에도 산소 가스를 먼저 잠그고 온도가 내려가는 것을 보고 합성가스를 잠근다.

이와 같이 산소의 양을 조절하여 가스화기 내부를 ＞1200℃ 까지 상승시키면 가스화기 내부는 합성가스와 산소가 반응하여 생성된 CO₂, H₂O 및 잔류 합성가스로 채워지게 된다.

(c) 가스화기 내부의 온도가 ＞1200℃으로 유지되면 미리 압축하여 파쇄시킨 고체 쓰레기를 screw press feeder를 통해서 가스화기 내로 공급한다. ＞1200℃까지 가열된 환경에서는 쓰레기의 모든 유기물질(carbonaceous compound)이 합성가스버너로부터 공급되는 CO₂/H₂O와 신속히 개질반응 하여(화학식 3∼6의 환원 반응이 진행되어) CO와 H₂가 주성분인 합성가스(syngas)가 생성된다. 모든 유기물질이 CO와 H₂로 환원되기 때문에 여러 가지 산화상태의 물질들이 존재하지 않는다. 개질반응의 특징이 CO와 H₂만이 더 이상 환원되지 않고 남는다는 것이다.

(d) 가스화 반응이 진행되어 발생되는 합성가스(syngas)는 가스화기의 상단을 통해 밖으로 배출된다. 약 ＞1200℃ 에서 가스화기로부터 배출되는 합성가스(syngas)는 열 교환기를 통해 온도가 100℃ 이하로 떨어지게 되면 저장 탱크로 옮겨 저장하게 된다.

(e) 가스화 반응에 의해 합성가스(syngas)가 생성되면, 저장탱크로 부터 가스의 일부를 생성 가스 재순환관(도2에 표시하지 않음)을 통해 합성가스 버너로 공급하고, 산소와 반응시켜 열과 함께 H₂O와 CO₂를 생성시킨다. 즉, 가스화기를 고온으로 유지하는데 필요한 열원은 가스화기로부터 생성된 가스의 일부를 합성가스 버너로 재순환하여 산소와 반응시켜서 얻게 되는 것으로, 이 때 산소의 공급량을 조절하여 가스화기 내부 온도를 조절한다. 이들의 연소 생성물인 H₂O와 CO₂는 다시 쓰레기와 환원 반응을 일으켜 더 많은 합성 가스를 생성시킨다. 재순환되는 가스량은 생성가스의 약 1/3로 추측된다. 재순환된 가스 중에 산소와 반응하고 남는 합성가스는 가스화기 밖으로 배출된다.

이상과 같이, 합성가스 버너가 설치되는 가스화기에 의해 쓰레기를 가스화하는 장치에 의하면, 무엇보다도 산소 가스가 가스화기 내로 도입되지 않기 때문에 가스화기 내부에는 H₂O, CO₂, H₂, CO 만이 존재하게 되고, 산화반응은 합성가스 버너 외에는 어디에서도 일어나지 않는다. 따라서, 쓰레기의 산화로부터 이차 오염 물질(특히 다이옥신, SO_x, NO_x와 같은 산화물질)이 생성되는 일이 없게 되고, 이에 따라 싸이클론과 같은 생성 가스를 정화하기 위한 설비도 필요 없다.

또한, 이상과 같은 가스화기에서 생성되는 가스는 H₂가스를 주성분으로 하는 고품질의 연료 가스(발전용 및 난방용)로 화학 공업의 기초 원료로 사용될 수 있다. 가스화기 내부 온도가 ＞1200℃ 까지 되므로 모든 유기물질(-CH₂)_n이 100％ 가깝게 CO와 H₂로 환원됨으로, 일반 쓰레기 뿐 아니라 특수 공업용 쓰레기를 가스화하여 에너지화 하는데 효율적이다. 폐유 1 드럼이나 폐타이어 1 톤을 가스화하면 재로 남는 것은 극소량이다. 일반 쓰레기 뿐 아니라 화학전 폐기물, 농약 폐기물, 병원 폐기물, 변압기 폐유, 동물 폐기물 등과 같은 특수 쓰레기 등에도 적용될 수 있다. 이 과정에서 농약이나 유독 가스도 전부 가스화되고, 병원 폐기물에 포함된 세균도 전부 가스화되어, 쓰레기 속에 포함되어 있던 Fe, S, Cl, Br, Hg 등은 원소로 환원되던지 FeS, FeCl₃, HgCl, HgBr 등의 무기물질로서 소량 남게 되어 잔재 포집기로 수집된다. 일반 방사성 폐기물에서는 UX₆(Cl, Br), CeX 등으로 재로 남고 나머지는 전부 가스화되는데, 재로 남는 UX₆, CeX는 극소량일 것으로 추정된다.

즉, 이와 같은 가스화기에서 생성되는 가스는 전부 냉각되어 탱크에 저장되고, 나머지 가스화되지 않는 무기물질들은 재로 남아 포집 되므로, 장치 외부로 방출되어 환경오염을 일으킬 우려가 전혀 없게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 폐유나 석탄과 같은 유기물을 가스상의 연료인 일산화탄소와 수소 가스로 전환시키는 가스화 장치에 있어서, 본 발명에 따라 가스화 반응으로 생성된 합성가스의 일부를 가스화기로 재순환시켜 산소와의 반응에 의해 열량과 H₂O, CO₂를 생성하도록 하면, 첫째로 가스화 반응을 지속하는데 필요한 온도를 유지할 수 있으므로, 유기물과 산소를 직접 반응시켜 부분 산화 반응에 의해 가스화기 온도를 고온으로 유지하는 종래의 방법에 비하여 가스화기 온도의 제어가 용이할 뿐 아니라 가스화기 내부 온도를 고온으로 균일하게 유지할 수 있다. 또한, 유기물의 산화 반응이 일어나는 대신에, 생성 가스의 일부가 산화 반응하여 생성된 H₂O, CO₂와 유기물의 환원 반응이 고온에서 진행되기 때문에, 유기물의 산화 반응에서 발생되는 이차오염 물질이 없으며 생성 가스의 수소 농도가 높다는 장점도 있다.

특히, 가스화기와 연통되게 설치된 합성가스 버너(syngas burner) 내에서 합성가스(syngas) 또는 수소를 산소와 반응시켜 열과 함께 증기와 이산화탄소를 생성시키고, 이때 발생한 열로 가스화기 내부 온도를 유지하고 증기와 이산화탄소를 쓰레기의 가스화에 사용하도록 하는 장치에 의하면, 산소 가스가 가스화기 내로 도입되지 않기 때문에 쓰레기의 산화로부터 이차오염 물질이 생성되는 일이 없게 된다. 또한, 가스화기 내에서 모든 유기물질이 100％에 가깝게 CO와 H₂로 환원되므로, 일반 쓰레기 뿐 아니라 특수 공업용 쓰레기를 가스화하여 에너지화 하는 데에도 효율적이고, 쓰레기로부터 생성된 오염 물질이 장치 외부로 배출되지 않으므로 환경오염을 일으킬 우려도 없다. 이밖에, 장치가 단순화되어 있기 때문에, 가스화기를 소형화하여 간단하고 저렴하게 제작할 수 있다는 장점이 있다. 특히 도3의 개질반응기(reformer)는 아주 소형으로 제작될 수 있기 때문에 차량이나 일반 가정용으로 설치 가능하다.

Claims

가열된 가스화기 내에서 유기물로부터 합성가스를 생성시키는 개질반응 장치에 있어서,

상기 가스화기 내에서 생성된 합성가스의 일부를, 가스화기와 연통되게 설치된 합성가스 버너(syngas burner) 내에서 산소와 반음시켜 초고온(＞2000℃)의 증기와 이산화탄소를 발생시키는 단계; 및

상기 발생된 초고온(＞2000℃)의 증기와 이산화탄소가 상기 가스화로 온도를 고온(＞1200℃)으로 유지하고, 가스화기 하부에서 주입되는 유기물을 CO와 H₂로 환원하는 개질반응을 포함하는 유기물 개질 반응로 장치(도2).
이산화탄소와 증기가 쓰레기와 반응하여 합성가스가 생성되는 개질반응이 일어나는 가스화기;

가스화기 내로 쓰레기를 공급하기 위한 쓰레기 공급 수단;

가스화기로부터 생성 가스가 배출되는 출구; 및

가스화기로부터 배출되는 생성 가스의 일부를 재순환시켜 상기 합성가스 버너(syngas burner) 내로 공급하는 생성 가스 재순환 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 쓰레기 가스화 장치.
전기 히터(heater)를 이용하여 가스화로의 온도를 고온(＞1200℃)으로 유지하고, 연료전지에서 발생하는 물과 이산화탄소를 가스화로에 공급하면 유기물질(LNG/CH₄gas)이 합성가스(CO+H₂)로 환원된다. 합성가스를 직접 연료전지에 주입하여 발전을 한다(참조 도3). 도3의 연료전지는 도2의 합성가스 버너 역할을 한다. 역시 외부의 에너지 공급 없이 연료전지에서 발생하는 일부 전력을 사용하여 지속적인 가스화를 이루는 장치; 연료전지용 소형 개질 반응로(reformer).