KR20100015559A

KR20100015559A - 가스화기

Info

Publication number: KR20100015559A
Application number: KR1020097021410A
Authority: KR
Inventors: 마르셀 베르나르트 후버
Original assignee: 신크래프트 엔지니어링 게엠베하
Priority date: 2007-03-15
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2010-02-12
Also published as: US20100095592A1; EP2129749B1; WO2008110383A2; JP2010521544A; BRPI0808815A2; DK2129749T3; WO2008110383A3; EP2129749A2; HRP20180200T1; CN101688134A; CA2681107A1; CA2681107C; DE102007012452A1; DE102007012452B4

Abstract

본 발명은 재료 유입구와, 재료 배출구와, 이들 사이에 연장되는 산화 구역을 포함하는, 재료 산화 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 가스화제를 유입시키기 위한 하나 이상의 노즐 유닛(7, 8)을 포함하며, 상기 노즐 유닛은 재료가 가스화제에 의해 재료 유입구로부터 산화 유닛(2)을 통해 재료 배출구로 이송되도록 배치 및/또는 구성된다. 본 발명에 따른 다단계 가스화기, 특히 전체 흐름식(full-flow) 가스화기는 바람직하게, 관리하기가 용이하고 슬래그가 발생하지 않도록 간단하게 설계된 개별 부품들을 포함하며, 선택적으로 업스케일링될 수 있다. 이렇게 생성된 합성 가스는 바람직하게 복잡한 가스 정화 단계를 거치지 않고 추후 가스 재활용을 위해 사용될 수 있다.

재료 유입구, 재료 배출구, 산화 장치, 노즐 유닛, 다단계 가스화기

Description

가스화기 {GASIFIER}

본 발명은 바이오매스(biomass) 또는 탄소함유 원료, 특히 우드칩(wood chip)으로부터 연소 가능한 가스, 특히 경질 가스(lean gas) 또는 합성 가스로의 열화학적 변환을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

바이오매스는 특히 바이오 매스 내에 존재할 수 있는 수분을 제거하기 위한 건조 공정 이후 열분해에 의해 가스상 성분 및 휘발성 성분으로 분해된다. 열분해는 특히 약 200℃ 내지 700℃의 열작용 하에 실시된다. 바이오매스의 연소를 막기 위해, 적절한 분위기에서 열분해가 수행된다. 열분해는 실질적으로 공기 또는 산소의 부재 하에 실시되는 것이 바람직하다. 열화학 분해의 최종 생성물은 특히 CO, CO2, H2, CH4와 같은 가스, 휘발성 성분, 기름 성분, 코크스 및/또는 수증기이다.

이어서 산화 또는 부분 산화가 실시된다. 이 과정에서는 예컨대 공기, 수증기, 이산화탄소 및/또는 산소와 같은 가스화제가 주입됨으로써, 이 공정 단계까지는 고체상 및 액상인, 열분해 생성물의 전체 흐름(full flow), 바람직하게는 분할되지 않은 재료 흐름의 성분도 적어도 부분적으로 가스상으로 전환된다. 부분 산화 공정은 바람직하게 약 800℃ 내지 2000℃, 더 바람직하게는 약 1000℃ 내지 1300℃의 온도 범위에서 실시되며, 이러한 온도는 열분해 시 생성된 물질(예: 타르)의 일부를 분해하거나 분류해낼 수 있다.

이어서 환원이 실시된다. 환원 공정에서는 특히 산화에 의해 발생한 물질들이 반응한다. 바람직하게는 산화에 의해 처음에는 높았던 온도가, 특히 산화-환원 반응(redox reaction)의 흡열 작용으로 인해, 감소한다.

이어서 생성된 가스는 적절한 냉각 및 가능한 에너지 회수 및 정화 구간을 거친 후 열기관 등의 작동에 사용될 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 생성된 가스가 예컨대 바이오 연료 제조를 위해 추가의 정제 프로세스에 공급되거나, 연료 전지에 재활용될 수 있다.

이 분야에서는 최초 발명에 기초하여, 모두 실질적으로 바이오매스의 이용을 목표로 하는 수많은 개선 발명들이 파생되었다. 하기에서 공지된 방법들에 대해 간단히 논의해 보기로 한다.

예컨대 DE-A-4 413 923에 기술된 것과 같은 유동층 가스화는 특히 다량의 원료가 효과적으로 변환될 수 있다는 특징이 있다. 그러나 이 방법에 기초한 급속 열분해에 의해, 생성 가스 내 타르 농도가 너무 높아진다. 따라서 복잡한 가스 정화가 요구되기 때문에, 대형 설비의 경우 경제적 운용 자체가 매우 어려워진다.

예컨대 EP-A-1 203 802, DE-U-20 2004 011 213, DE-A-100 307 78 또는 WO9426849에 기술된 것과 같은, 1단 하향류식 가스화기(downdraft gasifier) 또는 상향류식 가스화기(updraft gasifier)에 의해 구현되는 고정층 가스화는 특히 그 구조가 간단하다는 특징이 있다. 그러나 고정층 가스화는 제어 가능성, 설비 규 모, 가스 순도 및 원료 유연성에 있어서 매우 제한적이다. 또한, 연료 내 회분 함량이 낮은 경우에도, 예컨대 격자형 받침대로 형성되는 고정층 지지대의 영역에서 슬러그 발생 위험이 높게 나타난다.

예컨대 WO-A-2005047436 및 DE-A-33 46 105에 기술된 것과 같은 1단 상향류식 가스화에서는 이에 추가로, 유동층 가스화의 경우와 유사하게 생성 가스 내 응축 잔류물 함량이 높게 나타난다. 또한, 특히 설비 규모가 보다 큰 경우, 산화 구역 내로의 공기 주입이 어려워진다.

다단 가스화 구상은 열화학적 변환의 개별 처리 단계들, 즉 건조, 열분해, 산화 및 환원 단계를 서로 공간적으로 분리시킬 수 있도록 한다. 이 경우, 열분해 유닛의 설계는 크게 중요치 않으며, 예컨대 DE-A-31 26 049에 기술된 것과 같은 검증된 방법에 따라 이루어진다.

WO-A-0250214 및 JP-A-2003253274에 기술된 바와 같이, 고체 흐름은 열분해 이후 가스 흐름과 분리되어 처리될 수 있다. 그럼으로써 고체 부분으로부터 고순도 합성 가스가 수득될 수 있는 가능성이 제공된다. 그러나 특히 가스상 성분을 포함하는 열분해 가스 부분 및 상기 열분해 시 발생하는, 투입 질량 유량의 80%까지 차지하는 타르 부분 또는 응축물 부분은 부분적으로만 효과적으로 이용될 수 있다. 또한, 제2 원료 흐름을 위한 추가의 재활용 유닛이 필요하다. 예컨대 WO-A-9921940, WO-A-0168789 및 WO-A-0006671에 기술된 것과 같은, 분할된 원료 흐름을 다시 합치는 방법도 공지되어 있으나, 이러한 방법 단계를 위해 복잡한 조작 유닛들이 필요하다. 전술한 두 가지 경우 모두, 방법의 핵심 구성 요소들이 복잡해지 고, 상당한 비용 상승이 수반된다.

그 밖에도, 고체상, 액상, 가스상 성분을 포함하여 전체 흐름이 열분해 처리를 통해 부분적으로 산화된 후에 열분해 코크스로 형성된 고정층 등으로 침투하여 층 재료에 환원 작용을 한다. DE-A-198 46 805, WO-A-0114502 및 WO-A-0183645에 그와 같은 프로세스가 기술되어 있다. 이 방법은 공간적으로 분리된 부분 산화로 인해 높은 가스 품질과 더불어 높은 원료 유연성, 높은 효율 및 비교적 낮은 설비 비용을 가능케 한다. 이 방법의 중대한 문제점은, Huber M.과 Kreutner G.의 논문 "다단 고정층 가스화의 압력 특성 해석(Pressure characterization of multi-staged fixed-bed gasification plants)"(2007년, 베를린)에서 논의된 바와 같이, 고정층 내에서의 압력 손실로 인해 출력이 제한되는 데 있으며, 그에 따라 1MW 이상의 가스 출력 범위에서 설비를 구현하는 것은 불가능해보인다. 또한, 1단 고정층 가스화기의 경우와 마찬가지로, 고정층 영역에서의 슬래깅으로 인해 상기 방법의 안정적인 장시간 가동이 어려워진다.

본 발명의 목적은, 바이오매스 또는 탄소 함유 원료의 가스화를 위한 개선된 장치 및 그에 상응하는 방법을 제공하는 것이다. 상기 목적은 청구항들의 특징들에 의해 해결된다. 종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시예들과 관련된다.

그 대안으로 또는 추가로, 상기 목적은 하기의 본 발명에 따른 양태들에 의해 해결된다.

1. 고체상, 액상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름을 적어도 부분적으로 산화시키기 위한 장치로서, 재료 유입구, 재료 배출구 및 이들 사이에 연장되는 산화 영역을 포함하고, 가스상 매질, 특히 가스화제 또는 산화제 및/또는 이송제를 주입하기 위한 하나 이상의 유닛을 포함하며, 상기 유닛은 상기 전체 흐름이 공압식으로 재료 유입구로부터 산화 영역을 거쳐 재료 배출구로 이송되되도록 배치 및/또는 구성되는, 장치. 바람직하게는 상기 장치가 정확히 1개의 재료 유입구 및/또는 정확히 1개의 재료 배출구를 갖는다. 더 바람직하게는 적어도 부분적으로 산화된 전체 흐름이 정확히 1개의 재료 배출구를 통과하여 지나간다.

2. 제1 양태에 있어서, 전체 흐름이 연속으로 이송되는 장치.

3, 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 전체 흐름의 이송이 재료의 적어도 부분적인 산화와 동시에 수행되는 장치.

4. 제1 양태, 제2 양태 또는 제3 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 전체 흐름의 이송 및/또는 적어도 부분적인 산화가 가스화제 또는 산화제에 의해 수행되는 장치.

5. 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 가스화제 또는 산화제를 산화 영역 내에 주입하기 위한 하나 이상의 제1 노즐 유닛이, 특히 가스화제 또는 산화제와 전체 흐름을 혼합하기 위해 그리고/또는 전체 흐름이 이송되도록 하기 위해, 재료 유입구 근방에 및/또는 재료 배출구 근방에 배치되는 장치.

6. 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 재료 유입구 근방에 배치된 산화 영역이 벤츄리 노즐로서 구성됨에 따라 전체 흐름의 이송이 벤츄리 원리에 따라 이루어지는 장치.

7. 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 가스화제 또는 산화제와 전체 흐름의 혼합을 촉진하도록 설계된, 흐름에 영향을 주는 삽입물들을 산화 영역 내에 포함하는 장치.

8. 제1 양태 내지 제7 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 전체 흐름의 이송이 실질적으로 산화와 무관하게 실시되고, 바람직하게는 전체 흐름과 흐름 횡단면과 추가 원료 흐름, 바람직하게는 가스화제의 주입 사이의 적절한 조정을 통해서만 수행되는 장치.

9. 제1 양태 내지 제8 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 가스화제의 주입은 2개 이상의 상이한 위치에서, 바람직하게는 이송 경로를 따라 그리고/또는 산화 유닛 둘레를 따라 그리고/또는 산화 유닛의 하류에 연결된 환원 유닛의 하부 둘레를 따라 그리고 바람직하게는 분사를 통해 이루어지는 장치.

10. 제1 양태 내지 제9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 고체상, 가스상 또는 액상 성분의 흐름에 영향을 미치기 위해 노즐, 바람직하게는 와류 노즐(swirl nozzle)이 특히 가스화제의 주입 또는 분사를 위해 산화 유닛의 단부에 그리고/또는 산화 유닛의 하류에 연결된 환원 유닛의 하부에 설치되는 장치.

11. 제1 양태 내지 제10 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 개시에 필요한 점화 온도 및/또는 점화 에너지가 가열 장치, 특히 점화 장치 또는 연소 장치에 의해 임의의 지점에서 외부로부터 산화 구역을 따라 공급되는 장치.

12. 제1 양태 내지 제11 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 재료 유입구에서 열적으로, 바람직하게는 열분해를 통해 분해된 재료가 바람직하게는 가스상, 고체상 및 액상 성분을 포함하는 전체 흐름으로서 산화 유닛 내로 주입되는 장치.

13. 제1 양태 내지 제12 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 유닛의 재료 배출구가 환원 유닛과 연결됨에 따라 적어도 부분적으로 산화된 전체 흐름이, 특히 곧바로 또는 통째로, 환원 유닛 내로 전달되어 생성 가스 내지는 합성 가스 또는 경질 가스를 발생시키는 장치.

14. 제13 양태에 있어서, 환원 유닛으로부터 또는 그 하류에 접속된 설비 부분들로부터 산화 유닛의 흐름 상류에 접속된 장치 부분으로 생성 가스 내지는 합성 가스 또는 경질 가스가 적어도 부분적으로 재순환되는 장치.

15. 제1 양태 내지 제14 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 장치, 특히 산화 영역의 흐름 횡단면이 재료 유입구에서부터 재료 배출구에 이르기까지 일정하고, 그리고/또는 적어도 부분적으로 확장 및/또는 축소되도록, 특히 벤츄리관으로서 설계되는 장치.

16. 제1 양태 내지 제15 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 장치는 산화 유닛의 재료 유입구의 상류에 배치되며 임의의 횡단면을 갖는, 바람직하게는 예컨대 관 형태의 재료 공급 섹션을 포함하고, 상기 흐름 횡단면은, 특히 산화 유닛의 재료 유입구 영역에서, 산화 유닛의 흐름 횡단면보다 더 큰 장치.

17. 제1 양태 내지 제16 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 장치는 산화 유닛의 상류에 접속된 열분해 장치를 포함하고, 산화 유닛의 재료 유입구에 공급되는 전체 흐름이 상기 열분해 장치로부터 유래하도록 설계된 장치.

18. 제1 양태 내지 제17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 유닛의 진행 방향으로 적어도 곡선부 또는 휨부에서 재료 흐름을 안정화하도록 설계된 하나 이상의 안정화 유닛을 구비한 장치.

19. 제1 양태 내지 제18 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 재료 흐름의 속도는 재료에 가스화제가 주입됨으로써 제어될 수 있는 장치.

20. 제1 양태 내지 제19 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛이 고체상 및/또는 액상의 재료 성분을 위한 하나 이상의 재료 격납 장치를 포함하는 장치.

21. 제1 양태 내지 제20 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛으로부터 산화 유닛으로 고체상 및/또는 액상의 재료 성분을 재순환시키기 위한 재료 재순환 유닛을 포함하는 장치.

22. 제21 양태에 있어서, 산화 유닛은 환원 유닛으로부터 재순환된 재료 성분들의 유입을 위한 제2 재료 유입구를 갖는 장치.

23. 제1 양태 내지 제22 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 재료의 열적 분해를 위한 열분해 유닛으로의 에너지 재순환부를 갖는 장치.

24. 제1 양태 내지 제23 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 재료는 바이오매스, 특히 탄소 함유 원료를 포함하는 장치.

25. 제1 양태 내지 제24 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 영역 하류에 접속된 환원 유닛이 산화 장치의 재료 배출구로 가면서 축소되는, 바람직하게는 대략 나팔형인, 횡단면을 갖는 장치.

26. 제1 양태 내지 제25 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 영역의 하류에 접속된 환원 유닛이 실질적으로 직립형으로 또는 수직으로 배치됨에 따라, 환원 유닛에서의 재료 유동이 실질적으로 수직으로, 바람직하게는 중력에 대항하여 이루어지는 장치.

27. 제1 양태 내지 제26 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 영역의 하류에 접속된 환원 유닛이 대략 나팔형으로 설계됨에 따라, 환원 유닛 내에 유동 상태로 보유된 안정적인 재료층이, 바람직하게는 추가의 층 재료의 사용 없이, 존재하고 그리고/또는 재료 흐름의 흐름 속도가 환원 유닛의 횡단면에 걸쳐서 거의 일정한 장치.

28. 제1 양태 내지 제27 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 산화 영역의 하류에 접속된 환원 유닛이 고체상, 액상 또는 가스상 원료의 방출을 위한 유출구를 갖는 장치.

29. 제28 양태에 있어서, 상기 유출구는 환원 유닛 둘레에 장착되고, 아래쪽으로 뻗은 하나 이상의 방출관을 가지며, 재료 방출은 중량법에 기초하여 이루어지는 장치.

30. 제28 양태 및 제29 양태에 있어서, 상기 유출구는 기계식 방출 시스템을 포함하는 장치.

31. 재료를 산화시키기 위한, 특히 제1 양태 내지 제30 양태 중 어느 한 양태에 따른 장치로서, 재료 유입구와, 재료 배출구와, 이들 사이에 연장되는 산화 영역과, 환원 유닛을 구비하고, 상기 장치는 가스화제를 주입하기 위한 하나 이상의 유닛을 포함하며, 상기 유닛은 주입된 가스화제에 의해 상기 재료가 공압식으로 재료 유입구로부터 산화 유닛을 거쳐 재료 배출구로 이송되어 상기 재료 배출구를 통과하여 이송되도록 배치되고 그리고/또는 설계되며, 상기 재료 배출구는 상기 재료 배출구로부터 배출되는 재료가 환원 유닛 내에 도달하도록 환원 유닛과 연결되는 장치.

32. 연료 재료, 특히 예컨대 우드칩과 같은 바이오매스 또는 탄소 함유 원료로부터 연소 가능한 가스로의 열화학적 변환을 위한, 특히 제1 양태 내지 제31 양태 중 어느 한 양태에 따른 장치를 포함하는 시스템으로서,

(i) 연료 재료를 특히 고체상, 액상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름으로 열분해하기 위한 열분해 유닛과,

(ii) 상기 열분해 유닛의 하류에 접속된, 상기 전체 흐름을 특히 제1 양태 내지 제31 양태 중 어느 한 양태에 따라 산화시키기 위한 산화 유닛과,

(iii) 상기 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛을 포함하며,

연소 가능 가스를 발생시키기 위해 상기 전체 흐름이 산화 유닛으로부터 환원 유닛에 도달하도록 설계된 시스템.

33. 산화 유닛으로부터 발생하는 재료 흐름, 특히 제1 양태 내지 제30 양태 중 어느 한 양태에 따른 산화 유닛으로부터 발생하는 전체 흐름을 환원하기 위한 환원 유닛으로서, 상기 환원 유닛의 내벽이 실질적으로 나팔형으로 형성됨에 따라 실질적으로 유동 상태로 보유된 재료층이 형성되는, 환원 유닛.

34. 특히 제1 양태 내지 제31 양태 중 어느 한 양태에 따른 산화 장치 및 제32 양태에 따른 시스템을 이용하여 재료를 산화시키기 위한 방법으로서,

고체상, 액체상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름을 산화 장치의 재료 유입구 내로 주입하는 단계와, 상기 전체 흐름이 재료 유입구로부터 산화 유닛을 통해 공압식으로 산화 유닛의 재료 배출구로 이송되는 방식으로 상기 재료를 적어도 부분적으로 산화시키기 위해 가스상 이송제 및/또는 가스화제 또는 산화제를 주입하는 단계를 포함하는 방법.

35. 제34 양태에 있어서, 가스화제를 주입하기 전에 열분해 유닛에서 상기 재료를 열분해하는 단계를 포함하는 방법.

36. 제34 양태 또는 제 35 양태에 있어서, 상기 재료가 산화 장치 내에서 실질적으로 외부의 에너지 공급 없이 산화되는 방법.

37. 제34 양태 내지 제 36 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 이송제 또는 가스화제의 제어된 주입을 통해 산화 유닛 내 재료 흐름의 속도를 제어하는 단계를 포함하는 방법.

38. 제34 양태 내지 제 37 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 고체상 및/또는 액상 성분의 적어도 부분적인 가스화를 위해 상기 산화된 재료를 환원 유닛에서 환원시키는 단계를 포함하는 방법.

39. 제34 양태 내지 제38 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 분할되지 않은 전체 흐름을 산화 유닛 내로 그리고 산화 유닛을 통하여 이송하고, 바람직하게는 산화 유닛을 거쳐 환원 유닛으로, 바람직하게는 공압식으로, 이송하는 방법.

본 발명에 따른 다단 가스화기, 특히 전체 흐름식 가스화기는 바람직하게 관리하기가 용이하고 슬래그가 발생하지 않도록 간단하게 설계된 개별 부품들을 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 가스화기는 바람직하게 가스 출력이 1MW 미만인 설비 규모에만 제한되지 않으며, 특히 규모 또는 출력과 관련하여 제한되지 않고 임의로 업스케일링될 수 있다. 이하 생성 가스, 경질 가스 또는 합성 가스로도 지칭되는, 생성된 연소 가능 가스는 바람직하게 복잡한 가스 정화를 거치지 않고 추후 가스 재활용에 사용될 수 있다. 경질 가스는 특히 발열량이 감소된, 예컨대 8.5MJ/Nm² 미만의 가스 혼합물이다. 바람직하게는 다단계 프로세스를 통해 크기가 상이한 원료도 효과적으로 합성 가스로 처리될 수 있다.

본 발명은, 열분해에서 얻은 전체 흐름, 즉 특히 고체상, 액상 및 가스상의 성분들을 포함하는 분할되지 않은 재료 흐름이 산화 유닛 내에서 가스화제 또는 산화제의 주입에 의해 적어도 부분적으로 산화된다는 기본 구상에서 출발한다. 본 발명에서는, 특히 산화에 수반되는 전체 흐름의 부피 팽창 및/또는 주입된 가스화제의 압력 및/또는 속도에 의해, 바람직하게는 가스상 재료 외에 액상 및 고체상 재료도, 그리고 특히 전체 흐름, 특히 분할되지 않은 전체 흐름이 바람직하게 산화 유닛의 재료 유입구로부터 재료 배출구 방향으로, 바람직하게는 재료 배출구를 통과하여 이송된다. 상기 이송 또는 기술한 공압식 이송은 바람직하게 재료 유입구와 재료 배출구 사이에 연장되는 축선을 따라 이루어진다. 이 축선은 바람직하게 산화 유닛 또는 그의 내벽에 의해 정의된다. 상기 이송은 바람직하게 거의 연속적으로 실시된다. 따라서 상기 흐름의 이송은 산화 구간을 따라 그리고 실질적으로 산화와 동시에, 바람직하게는 산화제 또는 가스화제에 의해 이루어진다. 또한, 상기 재료 이송은 바람직하게 반응과 무관하게, 그리고 바람직하게 열분해 유닛으로부터 산화 유닛으로의 전이 시 재료 횡단면 축소에 의해 그리고 그 대안으로 또는 추가로 추가 원료 흐름의 주입에 의해, 바람직하게는 가스화제의 주입에 의해 이루어진다. 가스화제의 주입은 바람직하게 열분해 유닛 또는 산화 유닛 내 압력보다 높은 압력 및 0m/s보다 빠른 속도로 이루어진다. 가스화제로는 바람직하게 공기, 수증기, 이산화탄소 및/또는 산소와 같은 가스가 사용된다. 바람직하게는 적어도 부분적으로 엔진 배기 가스 내에 함유된 CO₂가 가스화제로 사용될 수 있다. 주입된 이송제는 바람직하게 전체 흐름에 산화, 환원 및/또는 비활성 작용을 한다.

열분해 유닛은 바람직하게 전체 흐름의 체적 흐름이 관류하는, 산화 유닛의 흐름 횡단면보다 크거나 같은 흐름 횡단면을 갖는다. 열분해 유닛에서 나온 전체 흐름이 산화 유닛으로 주입되는 작용은 바람직하게, 중력장과 관련하여, 대부분 위쪽으로부터 수행된다.

바람직하게는 산화 유닛에 또는 그 내부에 가스화제를 주입하기 위한 복수의 노즐 유닛이 배치된다. 그러한 가스화제 주입을 위한 유닛들은 바람직하게 이송 경로 또는 산화 유닛의 길이부를 따라 및/또는 이송 경로 또는 산화 유닛의 횡단면을 따라 배치된다. 노즐 유닛들을 통해 주입된 가스화제와 열분해 유닛으로부터 나온 전체 흐름의 혼합은 유체공학적 삽입물들에 의해 개선될 수 있고, 바람직하게는 하나 이상의 노즐 유닛의 특수한 배치 또는 구성에 의해서도 개선될 수 있다.

따라서 가스화제를 하나 이상의 분사 노즐 또는 와류 노즐을 이용하여 산화 유닛 내로 공급하는 것이 바람직하다. 특히 와류 노즐을 이용한 공급 시, 산화 영역 내부에 전체 흐름과 가스화제의 혼합을 개선시키는 난류를 발생시킬 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 예컨대 장애물과 같은 다른 유체공학적 삽입물 또는 산화 유닛 횡단면(횡단면의 형태 및/또는 크기)의 변동도 가스화제와 전체 흐름의 혼합을 개선시킬 수 있다.

특히 산화 유닛이 벤츄리 원리에 따라, 바람직하게는 벤츄리 노즐 또는 벤츄리관으로서 설계될 수 있다. 예컨대, 그 직경이 가장 좁은 지점에서 결합되거나 서로 전이되는, 서로 대면하는 2개의 원추형에 의해 횡단면 수축부를 갖는 관 섹션이 형성될 수 있다.

바람직하게는 특히 열분해 유닛으로부터 나온 흐름 내에 존재하는, 보다 큰 입자 크기의 고형물이 발생하는 경우, 이송 구간을 따라, 즉 산화 유닛의 재료 유입구와 재료 배출구 사이에 연장되는 하나 이상의 축선을 따라 그리고/또는 산화 유닛의 둘레를 따라 복수의 지점에서 가스화제가 상기 산화 유닛 내로 주입된다. 한 바람직한 실시예에 따르면, 상기 축선은 서로 각을 이루어 정렬된 적어도 1개의, 바람직하게는 2개 이상의 축선 섹션을 갖는다. 특히 바람직하게는 산화 유닛 내부 및 외부에서의 전체 흐름의 속도가 거의 일정하도록 그리고 전체 흐름의 공압식 이송이 보장되도록 제어된다.

공압식 이송은 바람직하게 산화제의 주입을 통해 이루어진다. 즉, 산화제는 2가지 목적, 말하자면 전체 흐름의 산화와 이송을 충족시킨다. 물론 바람직한 공압식 이송은 다른 가스, 즉 산화제로 사용되지 않는 가스에 의해서도 달성될 수 있다. 따라서 더 바람직하게는 예컨대 산화제로 적합하지 않은 가스가, 전체 흐름이 상기 가스에 의해 공압식으로 이송되는 방식으로 주입된다. 이 경우 산화제의 첨가는 바람직하게 상대적으로 적은 양으로 실시되는데, 이는 상기 산화제가 산화 이외에 공압식 이송을 위해서 전혀 사용되지 않거나, 부분적으로만 또는 극소량으로만 사용되기 때문이다.

한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 장치는 산화 구간의 유입구, 즉 재료 유입 영역에 1개의 (제1) 노즐 유닛을 포함하고, 그리고/또는 산화 구간의 배출구, 즉 재료 배출 영역에 1개의 (제2) 노즐 유닛을 포함한다.

바람직하게는 산화 구간 또는 산화 유닛의 유입구에 있는 제1 노즐 유닛은 재료 흐름의 이송, 특히 공압식 이송을 위해 가스화제 또는 산화제를 주입하는 데 사용된다. 바람직하게는 제1 노즐 유닛을 통해 주입된 가스화제 또는 산화제는 상응하는 재료 흐름 비율, 특히 전체 흐름의 산화에도 사용된다. 산화 구간의 끝 또는 환원 유닛의 하단부, 즉 산화 유닛쪽을 향하는 부분에 1개의 (제2) 노즐 유닛이 제공되면, 특히 산화 구간을 따라 나타나는 압력 손실을 억제하거나 감소시키는 데 그리고/또는 출력을 제어하는 데 유리한 것으로 입증되었다. 바람직하게는 특히 제1 노즐 유닛을 통해 실질적으로 이송 또는 공압식 이송이 보장된다. 선택적으로 제공되는 하나 이상의 제2 노즐 유닛은 예컨대 재료 배출구 영역에서 특히 추가 연료 또는 다른 연료의 사용 시 출력을 제어하는 데 사용되거나, 유동층의 안정화에 사용된다. 재료는 바람직하게 연속으로, 특히 산화 유닛을 따라 이송된다. 특히 본 발명에 따른 장치는 재료 또는 전체 흐름의 강제 안내(forced guidance) 또는 정의된 이송을 구현한다. 이 경우, 바람직하게 전체 흐름의 최적의 혼합은 특히 기술한 노즐 유닛들의 구성에 의해 구현된다.

복수의 노즐을 포함할 수 있는 제2 노즐 유닛은 바람직하게 노즐(들)의 흐름 방향이 실질적으로 재료 흐름의 흐름 방향에 상응하도록 배치된다. 바람직하게는 복수의 노즐이 재료 흐름을 중심으로, 즉 전체 흐름 이송 축선을 중심으로 대칭 배치된다. 또 다른 바람직한 실시예들에 따르면, 노즐의 흐름 방향과 재료 흐름 사이에, 즉 이송 축선을 따라, 직각 이하의 예각, 즉 0≤α≤90°이 형성될 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 노즐들 또는 노즐들의 일부가 재료 이송 또는 이송 축선을 따라 와류가 발생하도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 접선 성분이 재료 흐름의 흐름 방향에 대해 수직으로 소용돌이 또는 반경방향 와류를 일으키도록 노즐들의 흐름 방향이 배열될 수 있다.

본 발명에 따르면 산화가 적어도 1단계로 수행된다. 바람직한 실시예들에 따르면, 산화는 2단계 이상의 단계로 수행된다. 이를 위해 본 발명에 따른 장치 및/또는 본 발명에 따른 방법은 당업자에게 공지된 방식으로, 예를 들면 일렬로 및/또는 병렬로 접속된 복수의 장치가 제공되거나, 복수의 산화 영역을 구비한 1개의 장치가 제공되는 방식으로 조정된다.

바람직하게는 본 발명에 따른 장치의 최초 가동 시 산화가 자발적으로 실시되며, 이때 자발 점화를 위해서는 특히 특정 온도에 도달되어야 한다. 그 대안으로 또는 추가로, 스파크 등에 의해 점화가 실시되거나 촉진될 수 있다. 전체 흐름과 산화제의 조성 및 비율에 따라, 초기 점화, 즉 산화 시작 시의 짧은 에너지 공급으로 후속하는 연속 산화를 위해 충분할 수 있다. 또는, 외부 에너지가 연속으로 공급되어야만 연속 산화가 실행되는 것도 바람직할 수 있다.

따라서 바람직하게는 산화 장치가 이하 가열 장치, 점화 장치 또는 연소 장치로도 지칭되는, 필요 에너지를 공급하기 위한 장치를 포함한다. 가열 장치의 예로는, 열풍 노즐, 가스 버너, 복사 가열기, 예열 플러그 또는 점화 플러그, 점화 핀 등이 있다. 사용된 원료 또는 산화 장치에 공급되는 전체 흐름의 조성에 따라 전술한 것과 같은 가열 장치가 단지 보조 점화 장치로서, 즉 산화 장치의 가동 시 단시간만 사용될 수도 있고, 산화 프로세스를 지속시키기 위해 연속으로 에너지를 공급할 수도 있다. 또한, 상기 가열 장치는 필요에 따라, 예컨대 작동 진행 중에 원료 조성 및/또는 가스 조성이 변하는 경우 언제든지 에너지 공급을 위해 사용될 수 있다.

특히 가열 장치는, 한편으로는 버너로서 그리고/또는 다른 한편으로는 산화제 공급용 노즐로서 구성되는 버너 노즐로서 설계될 수 있다. 예컨대 버너 노즐을 통해 공급된, 예컨대 CH₄+O₂를 함유한 연소 가능한 가스 혼합물은 가열을 위한 연소 가스로 사용된다. 산화 프로세스가 예컨대 초기 점화 이후 추가의 에너지 공급 없이 실시되는 경우, 예컨대 O₂를 함유한 산화제만 추가로 버너 노즐을 통해 산화 장치 내로 주입될 수 있다. 그 대안으로, 바람직하게는 버너 노즐을 통해 상기 두 기능이 동시에 충족된다.

한 바람직한 실시예에 따라, 산화 개시 점화를 위해 예컨대 프로판, 메탄 또는 환원 유닛이나 그 하류에 접속된 가스 정화 유닛들로부터, 바람직하게는 제1 세정 단으로부터 재순환관을 통해 재순환될 수 있는 합성 가스/경질 가스의 주입에 의해 혼합물이 농후화된다.

바람직하게는 산화 유닛의 배출구에, 산화 유닛으로부터 배출되는 재료, 즉 바람직하게는 전체 흐름이 바람직하게는 곧바로 환원 유닛 내로 전달되도록, 환원 유닛이 배치된다. 특히 바람직하게는 앞서 산화된 재료 또는 산화 유닛에서 배출되는 재료 또는 산화 유닛의 생성물이 환원 유닛 내에서, 특히 환원 구역에서 환원된다. 환원 유닛에서는 바람직하게 특히 가스와 고형물 간의 산화-환원 반응이 진행된다.

환원 유닛은 바람직하게 산화 유닛의 배출구를 향하여 좁아지는 횡단면을 갖는다. 바람직하게는 환원될 재료 및 특히 재료 흐름 내에 존재하는 고체상 및/또는 액상 재료가 대부분 유동 상태로 보유되어 산화되도록 상기 횡단면이 형성된다. 환원 유닛은, 특히 환원 유닛의 횡단면 또는 흐름 횡단면은 바람직하게 안정적인, 더 바람직하게는 유동 상태로 보유된 층이 형성되도록 구성된다. 이 경우, 상기 층 또는 유동층은 특히 재료 흐름 또는 전체 흐름 내에 함유된 고형물 또는 고형물 입자를 포함한다. 재료 흐름 또는 전체 흐름 내에 함유된 가스 또는 가스상 성분은 바람직하게 환원 유닛을 따라 흐르고, 바람직하게는 고형물 층이 유동 상태에 있으면서도 안정적이다. 그 대안으로 또는 추가로, 환원 유닛의 횡단면을 통해 바람직하게는 가스상 성분만의, 실질적으로 균일한 재료 흐름 또는 재료 흐름 속도가 달성되도록 환원 유닛이 구성된다.

바람직하게는, 특히 전술한 특징들이 가능하도록 하기 위해, 환원 유닛의 흐름 횡단면이 적어도 부분적으로 재료 출구의 방향으로 확장되는 나팔 형태, 특히 흐름 방향으로 나팔 형태로 개방되는 내부면을 갖는다. 이러한 나팔 형태의 개방 배출구의 장점은, 특히 조절하기 어려운 구역의 내부면에서 예컨대 재료층의 안정성 및/또는 유동성에 불리하게 작용할 수 있는 와류가 발생하는 현상이 방지되는 데 있다. 이와 같이 특수하게 형성된 형상 및 횡단면에 의해, 특히 가스상 매체의 흐름이 대부분 원활하게, 분리되지 않고 내부면을 통해 안내되는 것이 보장된다. 환원 유닛 또는 그의 나팔형 섹션은 바람직하게 배출구를 포함하는 지붕형 또는 덮개형 섹션을 갖는다.

"나팔형"이라는 용어에는 반드시 원형 개구만이 아닌 다양한 형태의 개구가 포함된다. 특히 "나팔형"이라는 용어는 나팔의 원뿔체와 유사한 형태를 갖는 회전 대칭 원추 형상과 관련이 있다. 특히 중요한 점은, 흐름 횡단면이 개구 에지측의 배출구로 갈수록 전체적으로 계속 확대된다는 점이며, 이 경우 원뿔대형 배출구 형태의 "선형" 확대가 반드시 원하는 효과를 야기하지는 않는다. 선형 확대는 예컨대 선형 함수(y=ax±b)로써 기술될 수 있다. 상기 함수는 측면 내벽의 거동만을 바람직하게 실질적으로 회전 대칭형 바디의 단면도로써 나타내며, 좌표계의 영점은 환원 유닛(나팔 형상)의 유입구 단부 또는 하부 단부(도 1의 도면부호 "3" 참조)에 놓인다. 이때 y축은 이송 진행 방향, 바람직하게는 수직 상향으로 연장하고(환원 유닛의 높이), x축은 수평으로 연장함에 따라, 환원 유닛의 특정 위치(y)에서의 반지름 또는 반지름 크기를 기술한다. 특히 바람직하게는 내벽 기울기가 이송 경로를 따라 유입구 단부에서부터 배출구 단부으로 가면서 연속적으로 그리고/또는 불연속적으로 변동한다. 예컨대 환원 유닛의 하부 또는 유입구 단부에서의 내벽 기울기는 환원 유닛의 상부 또는 배출구 단부에서의 내벽 기울기와 다르다(즉, 기울기가 예컨대 선형 함수에서처럼 일정하지 않다). 특히, 환원 유닛의 유입구 단부에서 상대적으로 큰(예컨대 전술한 배향에 따라 거의 수직인) 기울기를 가지며, 환원 유닛의 배출구 단부에서 상대적으로 낮은(예컨대 수평에 가까운) 기울기를 갖는 나팔형 내부면이 바람직하다.

또한, 양 단부 사이, 바람직하게는 하부 단부와 상부 단부 사이의 내부면의 기울기가 바람직하게 연속적으로, 예컨대 밑에서 위로 가면서 점점 더 평평해지는 것이 바람직할 수 있다. 수학적으로 이러한 거동은 예컨대 a/x(y=a/x) 함수로써 또는 ay³(x=ay³) 함수로써 기술될 수 있으며, 예시로 든 상기 두 함수의 경우 좌표 영점은 환원 유닛의 상부 단부 또는 하부 단부에 놓인다. 도 1에서 x축과 y축의 예를 볼 수 있다.

특히, 선형 함수와 a/x 함수의 경계 내에서 내부면 형태를 기술하는 모든 함수가 고려될 수 있다. 다르게 말하면, 내부면의 기울기는 밑(유입구)에서 위(배출구)로 갈수록 더 감소한다(더 평평해진다). 그러나 너무 지나치게 감소하지 않는 것이 바람직하다. 내부면의 기울기가 연속 감소함으로써, 내부면의 형상이 위로 갈수록, 한편으로는 가스 흐름에 의해 상향력을 받고 다른 한편으로는 중력에 의해 하향력을 받는 유동층을 위한 "지지면"의 기능을 더욱 크게 제공하는 장점이 얻어진다. 따라서 수직 흐름 속도와 함께 내부면의 형상에 의해 유동층의 상태 및/또는 높이 또는 두께가 정해지거나 영향을 받을 수 있다.

또한, 상이한 원료에 대해 환원 유닛의 형상 또는 횡단면 변화가 상이함으로써 내부면의 형상이 바람직하게 제공된 원료 및 흐름 속도에 매칭되는 것이 매우 바람직한 것으로 밝혀졌다. 또한, 환원 유닛의 상부 단부에, 즉 나팔형 확장 이후에 원통형 부착물이 부착될 수 있다.

전술한 특징들은 바람직하게 흐름 방향으로 확장되는 환원 유닛의 횡단면이 예컨대 전체 흐름 또는 가스 흐름의 팽창과 조화됨으로써 구현된다. 바람직하게는 환원 유닛의 횡단면이 흐름 방향으로 대략 나팔 형태로 확장된다. 그럼으로써 바람직하게 환원 구역 내에서 와류 발생이 실질적으로 방지된다. 바람직하게는 본 발명에 따른 형상에 의해, 특히 와류 없는 균일한 속도의 환원 및 그에 따른 바람직하게는 균일하고 조밀한 유동층이 구현될 수 있다.

또한, 그러한 구조는 외벽에 대한 층 재료의 지지를 증대시켜 압력 손실을 낮춘다.

바람직하게는 환원 유닛 내에서 고체상 또는 액상 원료가 소정의 재료 입자 크기에 도달할 때까지 바람직하게 기계식 보유 시스템에 의해 보유됨으로써, 환원 유닛의 배출구에서 소정의 가스 순도가 달성된다. 보유 시스템은 선택적으로 그리고 바람직하게는 관성력 보유 시스템으로서 설계된다.

환원 유닛 내에서의 레벨 조절을 위해, 상기 환원 유닛은 그로부터 고형물, 특히 회분 및 이물질을 제거하기 위한, 바람직하게는 중량법에 기초한, 방출 시스템 또는 유출구를 구비할 수 있다. 방출 시스템은 환원 유닛 주위에 바람직하게 관형으로, 적어도 국부적으로 배치된다. 방출 시스템은 환원 유닛을 따라 어느 지점에도 부착될 수 있으나, 바람직하게는 환원 구역의 나팔형 횡단면의 확장부 끝에 부착된다. 방출된 고형물은 그렇게 하여 상기 시스템 내로 재순환되거나 상기 시스템으로부터 별도로 제거될 수 있다.

본 발명을 통해, 종래의 고정층 가스화기 및 분류식(分流式) 가스화기에 비해 가스화 유닛이 훨씬 더 간소화될 수 있다. 특히 열분해 원료가 부분 산화됨과 동시에 환원 유닛으로 공압식으로 이송됨으로써, 열분해 시 발생한 타르의 환원, 후속 환원에 필요한 에너지의 공급, 열분해의 모든 생성물의 완전한 후속 이송 및 관성력 보유 시스템에 의한 가스화되지 않은 성분들의 보유가 가능해진다. 따라서 고정층의 바람직하지 못한 압력 손실을 동반하지 않으면서 효율 및 슬래그 방지가 동시에 보장되는, 전체 흐름에 환원 작용을 하는 가스화층이 구현된다. 쇠격자(grate) 등과 같은 기계적 삽입물 및/또는 글라스 샌드(glass sand) 등과 같은 추가 층 재료는 더 이상 필수적이지 않다. 열분해 이후 원료 흐름 분리에 필요한 조작 유닛들 역시 생략된다. 또한, 고온 영역(산화 구역)이 상당히 축소되어 구조가 간단해짐에 따라 생산 비용 및 유지보수 비용이 절감된다. 본 발명에 따른 방법 및 장치는 특히 주요 가스화 부품들의 간단한 기술적 구현과, 이미 가스 정화 이전에 획득되는 높은 가스 품질과, 높은 슬래그 방지성 및/또는 높은 효율을 가능케 한다.

하기에서는 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예들이 기술된다.

도 1은 전체 흐름식 다단계 가스화기의 본 발명에 따른 한 실시예이다.

도 2는 고형물 재순환부를 구비한 전체 흐름식 다단계 가스화기의 본 발명에 따른 한 실시예이다.

도 3은 고형물 격납 시스템을 포함하는 환원 유닛을 구비한 전체 흐름식 다단계 가스화기의 본 발명에 따른 한 실시예이다.

도 4는 흐름 안정화기들을 포함하는 산화 유닛을 구비한 전체 흐름식 다단계 가스화기의 본 발명에 따른 한 실시예이다.

도 5는 고형물 방출 시스템을 포함하는 환원 유닛을 구비한 전체 흐름식 다단계 가스화기의 본 발명에 따른 한 실시예이다.

도 6은 환원 유닛으로부터 원치 않는 재료들을 제거하기 위한 방출 유닛의 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.

도 1에는 본 발명에 따른 전체 흐름식 다단계 가스화기의 한 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 바이오매스 또는 탄소함유 원료와 같은 가스화될 재료가 열분해 유닛(1)에 공급된다. 상기 재료 공급은 바람직하게 무축 스크류 컨베이어 시스템을 이용하여 수행된다. 열분해 유닛은 바람직하게 직립으로 또는 수직으로 배치되며, 실질적으로 수직 상승 웜 스크류(ascending worm screw)(4)를 포함한다. 열분해 물질 또는 가스화될 재료는 바람직하게 거의 수직으로 배치된 무축 스크 류(4)를 통해 배출구(5)로 이송된다. 바람직하게는 열분해가 간접열(allothermal) 건류 또는 자열(autothermal) 건류로서, 즉 외부의 에너지 공급이 수반되거나 수반되지 않는 형태로 이루어진다.

바람직하게는 고온 가스를 이용하여 열분해 유닛(1) 내로 열 도입이 이루어진다. 고온 가스는 바람직하게 하나 이상의 가스 노즐(6)을 이용하여 열분해 유닛(1) 내로 주입된다. 이러한 유형의 가스는 바람직하게 재료 또는 공급 원료에 대해 환원, 산화 및/또는 비활성 작용을 한다.

자열 열분해 시 고온 가스의 주입 대신 정해진 양의 산화제, 바람직하게는 공기 또는 산소의 주입이 실시된다. 따라서 열분해될 원료의 소정 비율에서 연소 반응이 일어나고, 이 연소 반응으로부터 잔여 재료의 열분해에 필요한 열이 획득된다.

즉, 열분해 유닛(1) 내로 도입된 열은 외부에서 발생하거나, 전체 흐름식 가스화기의 다른 프로세스 단계로부터 공급될 수 있다. 열분해 유닛(1)에서는 가스화될 재료의 자열 건류 또는 간접열 건류가 보장된다. 즉, 연소가 바람직하게는 관련 분위기에 의해 저지된다.

여기에 기술된 열분해 유닛(1)은 본 발명의 더 나은 이해를 위해 도시된 한 바람직한 실시예이다. 본 실시예는 공지된 다른 열분해 유닛 또는 방법으로 대체될 수 있다.

바람직하게는 원료 또는 바이오매스가 열분해 유닛 내로 주입된다. 열분해 유닛(1) 내에서 발생한 재료 흐름, 특히 고체상, 액상 및 가스상 성분을 포함하는 전체 흐름이 열분해 유닛을 벗어나 산화 유닛(2)에 바람직하게는 통째로 공급된다.

열분해 유닛을 통과한 재료는 배출구(5)를 통해 산화 유닛(2)에 도달한다. 도시된 바람직한 실시예에서는 열분해된 원료가 건류 가스와 함께 전체 흐름으로써 중량법에 기초하여 산화 유닛(2) 내에 도달한다. 바람직하게는 열분해 유닛으로부터 유래한 재료가 배출구(5)를 통해 추가적 조치 없이 산화 유닛(2)으로 떨어진다. 선택적 조치들에 의해, 열분해 유닛(1)과 산화 유닛(2) 간 재료 유동 및 산화 유닛을 통과하는 재료 유동이 보장되고, 예컨대 주로 열분해 유닛(1) 하류에 배치된 분쇄기에 의해 영향을 받는다.

열분해 유닛(1)으로부터 배출되고, 그리고/또는 산화 유닛 내로 주입되는 전체 흐름은 고체상, 액상 및 가스상 성분을 포함하고 있다.

본 발명에 따른 산화 유닛(2) 내에서 상기 전체 흐름 내로 가스화제가 주입된다. 바람직하게는 상기 가스화제가 하나 이상의 노즐 유닛(7, 8)을 이용하여 전체 흐름 내로 주입된다. 노즐 유닛(7, 8)은 바람직하게, 가스화제의 주입에 의해 재료가 대부분 산화 유닛(2)의 재료 유입구로부터 산화 구역을 통과하여 재료 배출구로 이송되도록, 산화 유닛(2)에 배치된다. 바람직하게는 주입된 가스화제의 속도, 압력 및/또는 방향에 의해 그리고/또는 산화와 결부된 가스화제의 체적 증가에 의해 재료가 이송된다. 주입된 가스화제는 바람직하게 적어도 전체 흐름의 일부를 팽창시키며, 그로 인해 압력이 발생한다. 바람직하게는 가스화제가 단독으로 전체 흐름을 부분적으로만 팽창시키고, 바람직하게는 발열성으로 진행되는 산화 유닛의 산화-환원 반응으로 인한 온도 상승에 의해 전체 흐름의 가스 부분이 추가로 팽창 된다. 산화는 특히 가스의 온도 상승 및 속도 증가를 야기한다.

이처럼 전체 흐름이 공압식으로 이송되는 경우, 특히 상대적으로 큰 입자들을 포함하는 전체 흐름도 이송될 수 있다는 장점이 있다. 그에 반해 하향류식 산화의 경우 대부분, 산화될 흐름 내에 아주 미세한 입자만 존재하도록 산화될 가스 흐름을 전처리해야 한다. 따라서 본 발명에 따른 공압식 이송으로 인해 열분해 유닛 내에서 발생한 전체 흐름이 대부분 곧바로, 즉 분리 또는 여과 또는 분할과 같은 추가 처리 없이 산화 유닛에 공급될 수 있다.

또한, 적어도 부분적으로 산화된 전체 흐름이 곧바로, 즉 입자들의 분리나 분할 과정 없이 환원 유닛으로 공급될 수 있다. 달리 말하면, 본 발명에 따른 열분해 유닛, 산화 유닛 및 그에 연결되는 환원 유닛을 사용하여 열분해 유닛에서 생성되어 상대적으로 큰 입자도 포함할 수 있는 전체 흐름이 특정 입자들의 전처리, 분할 또는 분리 없이 곧바로 처리될 수 있고, 그 결과 본 발명에 따른 시스템이 효율적으로 그리고 경제적으로 가동된다.

바람직하게는 재료 또는 재료 흐름 또는 전체 흐름의 이송이 주입된 가스화제의 속도 및 선택적으로 체적에 의해 이루어지거나 촉진된다. 더 바람직하게는, 산화 유닛을 통한 재료의 이송이 본 발명에 따른 장치의 흐름 횡단면의 특수한 형상에 의해 촉진된다. 바람직하게는 산화 유닛(2)의 상류 영역에서의 흐름 횡단면이 산화 유닛의 흐름 횡단면의 크기보다 크거나 같은 제1 크기를 갖는다. 바람직하게는 산화 유닛 및/또는 산화 유닛의 유입구가 대략 관 형태로 설계된다. 바람직하게는 산화 유닛의 유입구가 약 10cm 내지 60cm, 바람직하게는 약 30cm의 지름 을 가지며, 산화 유닛은 약 5cm 내지 30cm, 바람직하게는 약 20cm의 지름을 갖는다. 바람직하게 상기 크기 및 크기비는 특히 장치의 출력에 좌우된다.

산화 유닛 또는 그 이송축의 정렬은 바람직하게 대략 수평으로, 더 바람직하게는 수평선에 대해 약 +60°내지 -60°의 범위에서 이루어진다. 산화 유닛 내로 주입된 재료의 흐름 방향은 바람직하게, 산화 유닛 내 재료의 흐름 방향에 대해 임의의 예각으로 정렬되고 바람직하게는 산화 유닛 내 재료의 흐름 방향 또는 이송축에 대해 약 10°내지 100°의 각으로 정렬된다. 영역들 상호 간의 각을 이루는 정렬 및/또는 산화 유닛 내에서의 흐름 횡단면비는 바람직하게 흡인 효과를 유도하며, 이러한 흡인 효과는 산화 유닛(2)을 따라 실시되는 재료의 이송을 촉진한다.

두 흐름, 특히 열분해된 전체 흐름과 가스화제 흐름의 혼합은 특히 산화 구역에서의 흐름 횡단면 축소와 함께, 바람직하게 특히 산화 유닛을 통과하는 또는 산화 유닛을 따라 이루어지는 재료의 이송을 보장한다.

바람직하게는 연소 및 온도 상승에 의해서도 재료 이송이 촉진된다.

이 경우 산화 유닛(2)은 압력 및/또는 상술한 추가 메커니즘에 의해 재료가 재료 출구 방향으로 이송되도록 구성된다. 바람직하게는 산화 유닛(2)의 흐름 횡단면이 재료 이송 방향으로, 즉 재료 출구의 방향으로 적어도 부분적으로 확대되고 그리고/또는 축소된다. 그 대안으로 상기 흐름 횡단면이 바람직하게 일정하거나, 열분해 유닛으로부터 나온 전체 흐름의 유입 영역에서 벤츄리 노즐로서 형성된다.

도 1에 재현된 바와 같이 가스화제의 주입을 위한 하나 이상의 노즐을 구비한 노즐 유닛(7)은 체적 흐름 경로의 외부에 배치된다. 바람직하게는 체적 흐름 경로의 방향 전환 영역 또는 환원 구역의 하부에 노즐 유닛(7)이 배치된다. 도 1에 도시된 바람직한 구성에서와 같이 체적 흐름은 산화 유닛(2) 내로의 진입 시 바람직하게 약 20°내지 160°, 바람직하게는 약 20°내지 70°, 약 45°내지 135°그리고 마찬가지로 바람직하게 약 90°또는 약 45°의 방향 전환을 하게 된다. 특히 바람직하게는 산화 유닛(2)의 이송축에 대해 임의의 예각으로 방향 전환이 이루어짐에 따라, 상기 흐름의 급작스런 방향 전환이 방지된다. 이 경우 노즐 유닛은 바람직하게 체적 흐름 외부에 그리고 산화 유닛 내에서의 체적 흐름 경로와 정렬되어, 바람직하게는 상기 경로의 역방향 또는 후방에 그리고/또는 산화 유닛 내 체적 흐름 경로의 외부에 배치된다. 그곳에 바람직하게 가열 장치 또는 점화 장치도 배치된다.

바람직하게는 산화 유닛(2)을 따라 복수의 위치에서 가스화제가 주입된다. 특히 이러한 다단계 산화를 통해 전체 흐름식 가스화기가 다양한 크기의 고형 전체 흐름 성분을 처리할 수 있다. 바람직하게는 예컨대 타르와 같은 액상 전체 흐름 성분도 대부분 완전히 산화되거나, 산화 유닛 내부의 높은 온도에 의해 분해된다.

본 발명에 따른 산화 유닛의 구성 및 특히 본 발명에 따른, 전체 흐름 내로의 가스화제 또는 산화제의 주입, 특히 산화 유닛을 따라 복수의 지점에서 이루어지는 주입은 극심한 난류(turbulent flow)를 야기하고, 이는 다시 전체 흐름의 원활한 혼합 및 그에 따른 산화의 개선을 야기한다.

특히 다단계 산화에서는 매우 바람직하게 전체 흐름의 속도가 제어될 수 있으며, 그로 인해 산화 유닛(2) 내에서 무엇보다 합성 가스 또는 경질 가스를 함유 하는 흐름이 제어될 수 있다. 그럼으로써 특히 상이한 작동 상태들에서 공압식 이송이 보장된다.

산화 유닛(2)의 재료 배출구에 그리고/또는 그 상류에 바람직하게 전체 흐름 내로 가스화제를 주입하기 위한 노즐 유닛(8)이 배치된다. 그로 인해 전체 흐름 내에 아직 포함되어 있는 액상 및/또는 고체상 원료가 산화될 수 있다. 바람직하게는 상기 하나 이상의 노즐 유닛(8)이 전반적으로 전술한 노즐 유닛(7)에 상응한다. 상기 노즐 유닛(8)은 산화 구역을 중심으로 반경방향으로 -45°내지 +45°의 각도로, 바람직하게는 반지름에 대해 0°로, 그리고 흐름 방향에 대해 축방향으로 -45°내지 +85°로, 바람직하게는 0±60°로, 그리고 흐름 진행에 대해 바람직하게는 특히 45°로 배치될 수 있다. 예컨대 복수의(예: 2 내지 12개, 특히 6개의) 주입부에 의해, 즉 산화 유닛 또는 이송축 주변에 배치되어 이송축을 가로지르지 않는 축선을 따라, 예컨대 접선 방향을 따라, 가스를 주입하는 노즐들에 의해 혼합이 개선될 수 있다.

바람직하게는 그 대안으로 또는 추가로 노즐 유닛(7, 8)이 전체 흐름의 제어를 가능케 한다. 바람직하게는 상기 노즐 유닛들이 특히 상이한 작동 상태들에서의 출력 제어 및/또는 환원 유닛(3) 내에서의 층 안정화를 가능케 한다.

산화 유닛(2)의 재료 배출구가 바람직하게 환원 유닛(3)과 연결됨에 따라, 산화 유닛(2)으로부터 배출되는 재료가 환원 유닛(2) 내로 유입된다. 바람직하게는 환원 유닛(3)이 직립식으로 설치됨에 따라, 환원 유닛(3) 내 재료 흐름이 거의 수직으로, 바람직하게는 중력에 대항하여 이루어진다. 이때, 상기 재료 흐름은 산 화 유닛(2)에 의해 또는 노즐 유닛들(7, 8)에 의해, 환원 유닛(3) 내에 유동(floating) 환원 구역, 특히 유동 상태로 유지되는 재료층이, 특히 추가의 층 재료 또는 지지 재료 없이, 형성되도록 제어된다. 이는 바람직하게 환원 유닛의 기하학적 구조 및 특히 흐름 방향으로 가면서 나팔 형태로 확장되는 형상에 의해 구현되거나 촉진된다. 환원 구역에서는 잔여 탄소가 대부분 산화 유닛(2)에서 배출되는 저 타르(low tar) 가스에 의해 환원된다.

환원 유닛(3)이 직립식으로 설치됨으로써, 중력에 의해 재료 흐름 내에 가스상 성분이 보유되지 않고, 바람직하게는 환원 유닛 내에 유동 상태로, 바람직하게는 가스로 환원될 때까지 잔존한다.

또한, 환원 유닛이 거의 수직으로 배치됨으로써 재료 흐름 또는 적어도 부분적으로 산화된 전체 흐름에 서로 대향하는 적어도 2가지 힘이 작용하게 되고, 그 결과 바람직하게는 (유동) 재료층의 분산이 달성된다. 한편으로는 중력에 의해 전체 흐름 또는 가스 흐름 내에 존재하는 입자들에 하향력이 가해지거나 상기 입자들이 아래쪽으로 당겨진다. 다른 한편으로는 상향 가스 흐름에 의해 상기 입자들에 상향력이 가해지거나 상기 입자들이 위쪽으로 안내된다. 결국, 이러한 대향력들에 기초하여 유동 재료층이 형성되고, 분산된다. 종래 기술에 따른 일반적인 고정층 가스화기에서는 가스 흐름과 중력이 주로 같은 방향을 향하기 때문에 재료층이 고정된다. 또한, 종래 기술에서의 고정층은 예컨대 격자 상에 지지되므로, 유동하지 않는다.

환원 유닛은 바람직하게, 발생한 연소 가능한 가스(합성 가스)를 배출하기 위한 하나 이상의 배출구를 구비하며, 이 배출구를 이하 배출구 또는 가스 배출구라고도 칭한다. 또한, 환원 유닛은 이하 재료 배출구라고도 지칭되는, 잔여 재료를 배출하기 위한 하나 이상의 추가 배출구를 구비할 수 있다. 환원 유닛(3)의 가스 배출구(31)에서 재료 흐름은 주로 예컨대 합성 가스를 포함하며, 이 합성 가스는 예컨대 열 교환기 내에서의 냉각 및/또는 세정과 같은 선택적 단계들을 거친 후 가스 저장기 또는 연소 기계 및/또는 다른 형태의 처리 장치로 공급될 수 있다. 냉각으로 인해 획득된 에너지는 매우 바람직하게 시스템 내부에서 재순환된다. 그럼으로써 예컨대 가스화될 재료 또는 바이오매스의 건조가 외부의 에너지 공급 없이 수행될 수 있다.

도 2에는 고형물 재순환부(9)가 구비된 한 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 고형물 재순환부(9)는 환원 유닛(3)의 배출구와 산화 유닛(2) 사이에 배치된다. 따라서 가스 배출구(31)를 통해 환원 유닛(3)에서 배출되는, 재료 흐름 내에 함유된 또는 상황에 따라 잔존하는 고체상 및/또는 액상 성분이 산화 유닛(2) 내로 재순환될 수 있다. 이러한 조치를 통해, 합성 가스 내에 고체상 및/또는 액상 성분이 전혀 잔존할 수 없게 된다. 그럼으로써 재순환된 성분은 적어도 부분적으로 가스로 변환될 수 있고, 그 결과 보다 높은 효율이 달성된다. 또한, 이러한 조치를 통해 고형물 재순환 유닛(9) 이후의 합성 가스 또는 경질 가스의 순도 또는 품질이 향상된다. 바람직하게는 가스 배출구(31)를 벗어난 가스, 예컨대 합성가스 또는 경질 가스가 이미 높은 순도를 가지며, 바람직하게는 고형물이나 액상 성분을 전혀 포함하지 않거나 극히 소량만 포함한다.

재순환된 재료는 바람직하게 산화 유닛(2) 내로 전체 흐름 방향으로, 열분해 유닛(1)에서 유래하는 재료가 산화 유닛(2) 내로 주입되는 재료 유입구의 하류에 놓이는 위치에 주입된다. 바람직하게는 재순환된 재료가 흐름 방향으로, 바람직하게는 산화 유닛(2) 내 전체 흐름의 이송축에 대해 임의의 예각으로 주입된다. 그 대안으로, 상기 주입이 바람직하게 열분해 유닛(1)과 산화 유닛(2) 사이의 영역에서도, 예컨대 도 2에 유닛 1과 유닛 2 사이에 도시된 하강관(20) 내로도 실시된다.

도 3에는 격납 유닛(10)을 포함하는 바람직한 환원 유닛(3)을 구비한 본 발명에 따른 전체 흐름식 가스화기가 도시되어 있다. 격납 유닛(10)은 특히 재료 흐름의 고체상 및 액상 성분을 격납하는 데 사용된다. 격납 유닛(10)은 바람직하게 환원 구역에 또는 환원 유닛(3) 내에 유동 상태로 보유된 재료층에 안정화 작용을 하도록 구성된다. 그럼으로써 환원 구역의 특성들이 조정될 수 있고, 그 결과 바람직하게는 산화 유닛(2)으로부터 환원 유닛(3) 내로 이송된 재료의 환원이 개선된다. 바람직하게는 환원 유닛(3)을 통과하는 재료 흐름의 흐름 저항이 변동 가능하도록 또는 최적화 가능하도록 격납 유닛(10)이 조정될 수 있다.

도 4에는 안정화 유닛(11)을 포함하는 바람직한 산화 유닛(2)을 구비한 본 발명에 따른 전체 흐름식 가스화기가 도시되어 있다. 안정화 유닛(11)은 특히 산화 유닛(2)을 통과하는 이송 시 전체 흐름의 난류를 방지하도록 설계된다. 안정화 유닛(11)은 바람직하게 산화 유닛을 따라 적어도 국부적으로, 예컨대 산화 유닛의 곡선부 또는 휨부에 배치된다. 도 3에 도시된 안정화 유닛의 일부는 바람직하게 환원 유닛(3) 내부에까지 연장된다.

도 5에는 방출 유닛 또는 유출구(32)를 구비한 본 발명에 따른 전체 흐름식 가스화기가 도시되어 있다. 방출 유닛은 바람직하게 재료가 가스 배출구 상류로부터 상기 방출 유닛 또는 유출구를 통해 환원 유닛으로부터 제거될 수 있도록 환원 유닛에 장착된다. 바람직하게는 방출 유닛이, 적어도 국부적으로, 환원 유닛 둘레에, 바람직하게는 환형으로, 장착된다. 상기 방출 유닛 또는 유출구는 전체 흐름식 가스화기로부터 회분이나 이물질과 같이 충분히 짧은 시간 내에 제한적으로만 또는 불충분하게 환원되거나 전혀 환원되지 않음으로써 가스상으로 변환될 수 없는 원치 않는 물질을 제거하는 데 사용된다. 이러한 원치않는 물질들은 바람직하게 유동층의 사전 설정된 또는 조정 가능한 충전 레벨에서부터 중량법에 기초하여, 그리고/또는 기계 장치(33)를 통해 방출 유닛(유출구) 내로 방출된다. 방출 유닛은 기밀 상태의 방출 기구, 바람직하게는 플랩형 공급기 또는 회전 공급기(rotary feeder)로 통한다. 방출된 고체상, 액상 및/또는 가스상 성분이 상기 기계 장치 내로 재순환되거나 바람직하게는 방출될 수 있고, 또는 부분적으로 재순환 및 방출될 수 있다.

도 6에는 특히 도 5의 바람직한 실시예에 따라 회분 및/또는 이물질과 같은 원치 않는 물질을 방출하기 위한 기계 장치(33)를 구비한 한 바람직한 환원 유닛의 평면도가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 환원 유닛(3)의 측면에 2개의 이송 스크류(33)가 장착되고, 이 이송 스크류는 환원 유닛으로부터, 바람직하게는 유동층으로부터 원치 않는 물질을 방출한다. 예컨대 이송 스크류들은, 형성된 유동층의 상부 가장자리가 바람직하게는 조정 가능한, 정해진 높이부터 지속적으로 깎여나가 도록 하는 높이에 장착될 수 있고, 그럼으로써 방출 유닛에 의해 유동층 상부 가장자리의 위치가 결정될 수 있다. 이러한 유형의 방출 유닛은 다량의 회분, 예컨대 슬러지를 생성시키는 원료 또는 바이오매스가 사용되는 경우에 매우 바람직하다. 따라서 목재를 원료로 사용하는 경우 방출 유닛은 보조적 역할을 수행한다. 특히 목재의 처리시 회분은 바람직하게 가스 흐름과 함께 방출된다.

도 7에는 본 발명에 따른 한 바람직한 가스화기의 흐름도가 도시되어 있다. 바람직하게는 건조 단계(17)에서 원료 또는 연료의 제습이 이루어진다. 바람직하게는 열분해 단계에서 증발 에너지로 인해 에너지학적으로 문제가 될 수 있는 과도한 수분 함량이 제거된다. 특히 열분해는 이미 흡열성을 수반하기 때문에, 수분 함량이 너무 많으면 열분해 시 더욱 많은 에너지가 공급되어야 하며, 이는 효율 저하를 야기한다. 열분해를 위한 에너지는, 이미 위에서 계속 설명하였듯이, 추후 프로세스 단계들로부터 재순환된다.

연료는 건조된 이후 열분해 유닛(1)에 공급된다. 열분해 유닛(1)에서는 열이 도입됨으로써, 예컨대 연소기 또는 엔진으로부터 고온의 배기 가스, 특히 고체상, 액상 및/또는 가스상의 성분이 주입됨으로써, 연료로부터 바람직하게 전체 흐름을 구성하는 가스, 석탄 및 타르 성분이 발생한다. 또한, 바람직하게는 가스화가 자열에 의해, 즉 외부의 에너지 공급 없이, 이루어진다. 자열 열분해에서는 고온 가스가 주입되는 대신 소정량의 산화제, 바람직하게는 공기 또는 산소가 주입된다. 따라서 열분해될 원료의 정해진 비율에서 잔여 물질의 열분해에 필요한 열의 원천인 연소 반응이 실시된다.

전체 흐름이 바람직하게 완전히 또는 통째로 열분해된 후 산화 유닛(2)으로 공급된다. 산화제 또는 가스화제의 주입에 의해, 전체 흐름의 성분들, 특히 열분해 시 발생한 타르 함유 가스 및 잔존 탄소가 적어도 부분적으로 산화된다. 산화제의 주입에 의해 그리고/또는 산화 시 발생하는, 전체 흐름의 적어도 일부의 체적 팽창에 의해, 전체 흐름이 산화 유닛(1)의 재료 유입구로부터 재료 배출구로 이송된다. 바람직하게는 이미 기술한 것처럼, 산화 유닛(2)의 적어도 2개의 상이한 위치(2-2, 2-12)에서 전체 흐름 내로 산화제가 주입된다. 그럼으로써 전체 흐름의 이송, 특히 이송 속도, 출력 및/또는 재료층이 제어될 수 있다. 바람직하게는 예컨대 전체 흐름 내에, 바람직하게는 산화 유닛의 재료 배출구 및/또는 환원 유닛 내에, 바람직하게는 환원 유닛의 배출구에 적절한 센서를 제공하고, 상기 센서(들)로부터 얻은 정보에 기초하여 산화제의 주입을 적절하게 제어함으로써, 전체 흐름 검출에 의한 제어가 이루어진다.

전체 흐름은 산화 유닛(2)으로부터 환원 유닛(3)으로 이송된다. 상기 전체 흐름은 산화 단계 이후에는 바람직하게 타르를 거의 포함하지 않는데, 이는 바람직하게 상기 타르가 이미 산화 유닛에서 산화되기 때문이다. 환원 유닛(3)은 탄소를 사용하여 저 타르 가스를 환원한다.

환원 유닛에서 배출되는, 약 500℃ 내지 900℃의 온도를 갖는 고온 가스는 바람직하게 열 교환기(13)에서 냉각되며, 상기 열은 바람직하게 열 교환기(17)에서 연료 건조 시 이용된다.

후속하는 가스 정화 단계(14)에서는 가스 내에 잔존하는 먼지와 같은 오염물 이 제거된다. 선택적 세정 후 합성 가스가 예컨대 가스 저장기(15) 또는 연소 기계 및/또는 다른 처리 유닛(16)으로 공급된다.

Claims

고체상, 액상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름을 적어도 부분적으로 산화시키기 위한 장치이며, 재료 유입구와, 재료 배출구와, 이들 사이에 연장되는 산화 영역을 포함하고, 상기 장치는 가스상 매질, 특히 가스화제 또는 산화제 및/또는 이송제를 주입하기 위한 하나 이상의 유닛(7, 8)을 포함하며, 상기 유닛은 전체 흐름이 공압식으로 재료 유입구로부터 산화 영역(2)을 거쳐 재료 배출구로 이송되도록 배치되고 그리고/또는 설계되는, 장치.
제1항에 있어서, 전체 흐름이 연속으로 이송되는 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 전체 흐름의 이송이 재료의 적어도 부분적인 산화와 동시에 수행되는 장치.
제1항, 제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 흐름의 이송 및/또는 적어도 부분적인 산화가 가스화제 또는 산화제에 의해 수행되는 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가스화제 또는 산화제를 산화 영역 내에 주입하기 위한 하나 이상의 제1 노즐 유닛이, 특히 가스화제 또는 산화제와 전체 흐름을 혼합하기 위해 그리고/또는 전체 흐름이 이송되도록 하기 위해, 재 료 유입구 근방에 그리고/또는 재료 배출구 근방에 배치되는 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 유입구 근방에 배치된 산화 영역(2)이 벤츄리 노즐로서 구성됨에 따라 전체 흐름의 이송이 벤츄리 원리에 따라 이루어지는 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스화제 또는 산화제와 전체 흐름의 혼합을 촉진하도록 설계된, 흐름에 영향을 주는 삽입물들(11)을 산화 영역 내에 포함하는 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 전체 흐름의 이송이 실질적으로 산화와 무관하게 실시되고, 바람직하게는 전체 흐름과 흐름 횡단면과 추가 원료 흐름, 바람직하게는 가스화제의 주입 사이의 적절한 조정을 통해서만 수행되는 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 가스화제의 주입은 2개 이상의 상이한 위치(2-2, 2-12)에서, 바람직하게는 이송 경로를 따라 그리고/또는 산화 유닛(2) 둘레를 따라 그리고/또는 산화 유닛(2)의 하류에 연결된 환원 유닛(3)의 하부 둘레를 따라 그리고 바람직하게는 분사를 통해 이루어지는 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 고체상, 가스상 또는 액상 성분 의 흐름에 영향을 미치기 위해 노즐, 바람직하게는 와류 노즐(swirl nozzle)이 특히 가스화제의 주입 또는 분사를 위해 산화 유닛(2)의 단부에 그리고/또는 산화 유닛(2)의 하류에 연결된 환원 유닛(3)의 하부에 설치되는 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 개시에 필요한 점화 온도 및/또는 점화 에너지가 가열 장치, 특히 점화 장치 또는 연소 장치에 의해 임의의 지점에서 외부로부터 산화 구역을 따라 공급되는 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 재료 유입구에서 열적으로, 바람직하게는 열분해를 통해 분해된 재료가 바람직하게는 가스상, 고체상 및 액상 성분을 포함하는 전체 흐름으로서 산화 유닛 내로 주입되는 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 유닛의 재료 배출구가 환원 유닛(3)과 연결됨에 따라 적어도 부분적으로 산화된 전체 흐름이, 특히 곧바로 또는 통째로, 환원 유닛(3) 내로 전달되어 생성 가스 내지는 합성 가스 또는 경질 가스를 발생시키는 장치.
제13항에 있어서, 환원 유닛으로부터 또는 그 하류에 접속된 설비 부분들로부터 산화 유닛의 상류에 접속된 장치 부분으로 생성 가스 내지는 합성 가스 또는 경질 가스가 적어도 부분적으로 재순환되는 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치, 특히 산화 영역의 흐름 횡단면이 재료 유입구에서부터 재료 배출구에 이르기까지 일정하고, 그리고/또는 적어도 부분적으로 확장 및/또는 축소되도록, 특히 벤츄리관으로서 설계되는 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 산화 유닛의 재료 유입구의 상류에 배치되며 임의의 횡단면을 갖는, 바람직하게는 예컨대 관 형태의 재료 공급 섹션을 포함하고, 상기 흐름 횡단면은, 특히 산화 유닛의 재료 유입구 영역에서, 산화 유닛의 흐름 횡단면보다 더 큰 장치.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는 산화 유닛의 상류에 접속된 열분해 장치를 포함하고, 산화 유닛의 재료 유입구에 공급되는 전체 흐름이 상기 열분해 장치로부터 유래하도록 설계된 장치.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 유닛(2)의 진행 방향으로 적어도 곡선부 또는 휨부에서 재료 흐름을 안정화하도록 설계된 하나 이상의 안정화 유닛(11)을 구비한 장치.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료 흐름의 속도는 재료 에 가스화제가 주입됨으로써 제어될 수 있는 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛(3)이 고체상 및/또는 액상의 재료 성분을 위한 하나 이상의 재료 격납 장치(10)를 포함하는 장치.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛(3)으로부터 산화 유닛(2)으로 고체상 및/또는 액상의 재료 성분을 재순환시키기 위한 재료 재순환 유닛(9)을 포함하는 장치.
제21항에 있어서, 산화 유닛(2)은 환원 유닛(3)으로부터 재순환된 재료 성분들의 유입을 위한 제2 재료 유입구를 갖는 장치.
제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 재료의 열적 분해를 위한 열분해 유닛(1)으로의 에너지 재순환부를 갖는 장치.
제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료는 바이오매스, 특히 탄소 함유 원료를 포함하는 장치.
제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 영역 하류에 접속된 환원 유닛(3)이 산화 장치(2)의 재료 배출구로 가면서 축소되는, 바람직하게는 대략 나팔형인, 횡단면을 갖는 장치.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 영역의 하류에 접속된 환원 유닛(3)이 실질적으로 직립형으로 또는 수직으로 배치됨에 따라, 환원 유닛에서의 재료 유동이 실질적으로 수직으로, 바람직하게는 중력에 대항하여 이루어지는 장치.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 영역(2)의 하류에 접속된 환원 유닛(3)이 대략 나팔형으로 설계됨에 따라, 환원 유닛(3) 내에 유동 상태로 보유된 안정적인 재료층이, 바람직하게는 추가의 층 재료의 사용 없이, 존재하고 그리고/또는 재료 흐름의 흐름 속도가 환원 유닛의 횡단면에 걸쳐서 거의 일정한 장치.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 산화 영역(2)의 하류에 접속된 환원 유닛(3)이 고체상, 액상 또는 가스상 원료의 방출을 위한 유출구(32)를 갖는 장치.
제28항에 있어서, 상기 유출구(32)는 환원 유닛 둘레에 장착되고, 아래쪽으로 뻗은 하나 이상의 방출관을 가지며, 재료 방출은 중량법에 기초하여 이루어지는 장치.
제28항 및 제29항에 있어서, 상기 유출구(32)는 기계식 방출 시스템(33)을 포함하는 장치.
재료를 산화시키기 위한, 특히 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 장치이며, 재료 유입구와, 재료 배출구와, 이들 사이에 연장되는 산화 영역과, 환원 유닛(3)을 구비하고, 상기 장치는 가스화제를 주입하기 위한 하나 이상의 유닛(7, 8)을 포함하며, 상기 유닛은 주입된 가스화제에 의해 상기 재료가 공압식으로 재료 유입구로부터 산화 유닛(2)을 거쳐 재료 배출구로 이송되어 상기 재료 배출구를 통과하여 이송되도록 배치되고 그리고/또는 설계되며, 상기 재료 배출구는 상기 재료 배출구로부터 배출되는 재료가 환원 유닛(3) 내에 도달하도록 환원 유닛(3)과 연결되는 장치.
연료 재료, 특히 예컨대 우드칩과 같은 바이오매스 또는 탄소 함유 원료로부터 연소 가능한 가스로의 열화학적 변환을 위한, 특히 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 시스템이며,

(i) 연료 재료를 특히 고체상, 액상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름으로 열분해하기 위한 열분해 유닛(1)과,

(ii) 상기 열분해 유닛의 하류에 접속되며, 상기 전체 흐름을 산화시키기 위 한, 특히 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 따른 산화 유닛(2)과,

(iii) 상기 산화 유닛의 하류에 접속된 환원 유닛(3)을 포함하며,

연소 가능 가스를 발생시키기 위해 상기 전체 흐름이 산화 유닛(2)으로부터 환원 유닛(3)에 도달하도록 설계된 시스템.
산화 유닛으로부터 발생하는 재료 흐름, 특히 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 산화 유닛으로부터 발생하는 전체 흐름을 환원하기 위한 환원 유닛이며,

상기 환원 유닛의 내벽이 실질적으로 나팔형으로 형성됨에 따라 실질적으로 유동 상태로 보유된 재료층이 형성되는, 환원 유닛.
특히 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 따른 산화 장치 및 제32항에 따른 시스템을 이용하여 재료를 산화시키기 위한 방법이며,

고체상, 액체상 및 가스상 재료를 포함하는 전체 흐름을 산화 장치의 재료 유입구 내로 주입하는 단계와, 상기 전체 흐름이 재료 유입구로부터 산화 유닛(2)을 통해 공압식으로 산화 유닛의 재료 배출구로 이송되는 방식으로 상기 재료를 적어도 부분적으로 산화시키기 위해 가스상 이송제 및/또는 가스화제 또는 산화제를 주입하는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 가스화제를 주입하기 전에 열분해 유닛(1)에서 상기 재료를 열분해하는 단계를 포함하는 방법.
제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 재료가 산화 장치(2) 내에서 실질적으로 외부의 에너지 공급 없이 산화되는 방법.
제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 이송제 또는 가스화제의 제어된 주입을 통해 산화 유닛(2) 내 재료 흐름의 속도를 제어하는 단계를 포함하는 방법.
제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 고체상 및/또는 액상 성분의 적어도 부분적인 가스화를 위해 상기 산화된 재료를 환원 유닛(3)에서 환원시키는 단계를 포함하는 방법.
제34항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할되지 않은 전체 흐름을 산화 유닛(2) 내로 그리고 산화 유닛(2)을 통하여 이송하고, 바람직하게는 산화 유닛(2)을 거쳐 환원 유닛(3)으로, 바람직하게는 공압식으로, 이송하는 방법.