KR20120030667A - 마이크로파를 이용한 지중 석탄층의 가스화 방법 및 장치 - Google Patents
마이크로파를 이용한 지중 석탄층의 가스화 방법 및 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 마이크로파를 이용하여 지중 석탄층으로부터 합성가스 또는 메탄가스 등 발전 및 연료전환에 유효한 가스를 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 석탄의 열분해에 선택적인 가열특성을 가는 마이크로파를 이용하여 지하매장층까지 전송제어가 용이하며 전송 손실이 거의 없는 지중 석탄층의 가스화 방법 및 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 마이크로파를 이용하여 지중 석탄층으로부터 합성가스 또는 메탄가스 등 발전 및 연료전환에 유효한 가스를 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로는 석탄의 열분해에 선택적인 가열특성을 가는 마이크로파를 이용하여 지하매장층까지 전송제어가 용이하며 전송 손실이 거의 없는 지중 석탄층의 가스화 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근 세계 각국은 지구온난화 및 석유자원 고갈에 대비한 청정 대체에너지 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 석유에 비해 전세계적으로 지역적 편중이 심하지 않고 상대적으로 풍부한 매장량을 갖고 있는 석탄을 이용한 청정 에너지화 기술, 즉 석탄가스화복합발전(IGCC: Integrated Gasification Combined Cycle)이나 석탄액화(CTL: Coal to Liquids) 및 메탄화기술등이 다가올 오일피크(Hubbert's Peak)에 대비한 현실적 대안기술이 되고 있다. 그러나, 석탄의 채굴과정에서의 안전사고나 환경파괴, 이에 따른 복구비용등 막대한 사회경제적 비용을 포함하여, 연료사용 과정에 발생하는 분진이나 온실가스 및 산성가스등과 같은 대기오염, 사용후 고형 폐기물처리 비용등이 큰 부담으로 작용하고 있다.
따라서 최근에는 전통적인 석탄채굴 과정을 생략한 현장에서 직접 관공(borehole)을 석탄층까지 뚫어 스팀과 함께 공기 또는 산소를 주입하여 불완전연소에 의해 석탄을 가스화하고, 또 다른 가스관공을 통해 주 생성물인 합성가스(CO+H2)를 지상으로 추출하는 지중석탄가스화(UCG: Underground Coal Gasification) 방법이 새로이 검토되고 있다. 이때 지상으로 추출된 가스는 정제과정을 거쳐 IGCC발전이나 FT(Fischer-Tropsch)합성에 의한 액체연료 또는 화학제품 원료(chemicals)로 전환되어 유효 에너지자원으로 활용하는 방식이다.
이러한 지중 석탄가스화방법은 1868년 독일의 Sir William Siemens가 처음 제안한 이후, 1-2차 세계대전과 대규모 천연가스 발견에 따라 지속적으로 기술개발은 진행되지 못했지만 러시아, 미국, 캐나다, 영국등을 중심으로 기초적인 실험연구와 현장적용 시험등이 진행되어, 최근에는 이를 바탕으로 대기오염 및 지구온난화, 석유고갈등에 대비한 청정화석에너지원 개발차원에서 러시아, 호주를 중심으로 상업적 모델플랜트까지 가동되고 있다.
현재의 지중 석탄가스화 기술의 대부분은 지하석탄 매장층까지 2개의 관공을 뚫어, 하나의 관공에 산화제를 주입하면서 전기적 또는 화학적 발화를 통해 석탄층이 연소되면서 생성된 가스는 다른 하나의 관공에서 지상으로 추출하는 방법이다. 이때 산화제 주입/확산방향 및 화염(연소) 진행방향에 따라 크게 역연소(Reverse Combustion)방법과 정연소(Forward Combustion) 방법으로 구분되며, 상업적으로는 대부분 역연소 방식을 채택하고 있다.
그러나, 이러한 지하 석탄층의 연소방식은 지하 연소표면의 비접근성으로 인하여 현재의 산화제 주입량의 제어만으로는 발화후 제어 불가능한 자발적 연소에 따른 급격한 온도상승 및 이로 인한 내부폭발, 지반침하나 수맥오염, 비상시 유독가스 유출등의 환경적 문제와 막대한 에너지자원의 손실등 경제적 문제점들이 내재되어 있다.
본 발명의 목적은, 석탄활용을 위한 전통적인 채굴과정의 문제점을 해소하고, 기존 연소에 의한 지중 석탄가스화 과정에서 발생하는 통제 불가능한 문제점을 해결하여, 지하 수십 내지 수천미터에 달하는 석탄매장 더미(pile) 또는 층(seam)까지 에너지전송 손실이 거의 없고, 제어가 용이하며, 석탄만의 선택적 가열특성을 갖는 마이크로파 에너지와 최소한의 산화제만으로 석탄을 열분해하여 유효가스를 추출하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
청구항 제1항의 발명은, 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 지중 석탄층 또는 더미(12)에 적어도 하나의 마이크로파를 공급하는 단계(S1); 및 상기 공급된 마이크로파에 의하여 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 수집하는 단계(S2)를 포함하고, 상기 마이크로파가 300Mhz~30GHz의 주파수 대역의 1cm?1m의 파장대역 중 ISM(Industry, Science, Medicine) 주파수의 적어도 하나의 마이크로파이다.
청구항 제1항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 수십 내지 수천미터에 달하는 석탄층(seam) 또는 더미(pile)까지 에너지 전송 손실이 거의 없고, 제어가 용이하며, 석탄만을 선택적으로 가열하는 선택적 가열 특성을 갖는 마이크로파 에너지를 이용하므로, 지하 연소 표면의 비접근성으로 인한 제어불능한 자발적 연소게 따른 급격한 온도 상승, 이로 인한 내부폭발, 지반침하나 수맥오염, 유독가스 유출등의 환경 문제를 해소하고 에너지원의 손실없이 유효 에너지원을 활용할 수 있다.
청구항 제2항의 발명은, 청구한 제1항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 마이크로파를 공급하는 단계(S1)에서 상기 지중 석탄층에 상기 마이크로파외에 산화제가 더 공급된다.
청구항 제2항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 석탄층에 공급된 산화제에 의하여 반응하여 불완전연소하므로, 초기 열분해를 개시하거나 촉진시킴으로써, 석탄층의 가스화를 보다 휴율적으로 수행할 수 있다.
청구항 제3항의 발명은, 청구항 제2항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 수집된 생성가스를 정제하고 상기 생성가스로부터 CO2를 분리하는 단계(S3); 상기 정제된 가스를 에너지원으로 전환시키는 단계(S4); 및 상기 CO2를 상기 산화제로 재활용하는 단계(S5)를 더 포함한다.
청구항 제3항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 지중 석탄층을 가스화하여 유효 에너지 자원으로 활용할 수 있으며, CO2를 재활용할 수 있어, 가스 제조의 원가를 줄일 수 있다.
청구항 제4항의 발명은, 청구항 제1항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 마이크로파는 지상(10)으로부터 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)까지 관통된 주입관(30)을 통해 상기 지중 석탄층으로 공급되고, 상기 생성가스는 상기 주입관(30)으로부터 일정 거리 떨어져 위치한 방사상으로 배치된 추출관(40)을 통해 수집된다.
청구항 제4항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 마이크로파 주입관(30)과 별도로 설치된 추출관(40)을 통해 생성가스가 수집되므로, 보다 효율적으로 가스 수집이 이루어질 수 있으며, 특히 추출관(40)이 방사상으로 배치되어 있어, 지중 석탄층에서 생성된 가스를 효율적으로 수집할 수 있다.
청구항 제5항의 발명은, 청구항 제4항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 지중 석탄층으로부터 생성된 상기 생성가스의 수집이 상기 주입관(30)을 통해 이루어지고, 상기 주입관(30)은 절연체(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인이다.
청구항 제5항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 하나의 관, 즉 주입관(30)을 통해 마이크로파의 주입과 생성가스의 수집이 모두 이루어질 수 있으므로, 시설 설치가 간단하며 설치비용을 줄일 수 있다.
청구항 제6항의 발명은, 청구항 제4항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이의 지중 석탄층을 크레킹하여 상기 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이에 초기 유체 흐름 통로를 확보하는 단계(S1')를 더 포함하며, 상기 초기 유체 흐름 통로 확보 단계(S1')는 상기 마이크로파 공급단계(S1)의 전 또는 후에 수행된다.
청구항 제6항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 주입관(30)과 추출관(40) 사이에 유체 흐름 통로가 확보되어 다른 곳으로 새어나가는 가스의 양을 줄일 있어, 보다 효율적으로 추출관(40)을 통해 가스를 추출할 수 있다.
청구항 제7항의 발명은, 청구항 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 지중 석탄층에 마이크로파 흡수 개시제(Susceptor 또는 Sensitizer)가 사용된다.
청구항 제7항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 탄화도(C/H 비)가 매우 낮아 마이크로파를 거의 흡수하지 않는 토탄(peat) 또는 갈탄(lignite)과 같은 역청탄급 이하의 지중석탄의 경우에도 마이크로파 흡수율이 증가되어 지중 석탄층을 가스화할 수 있다.
청구항 제8항의 발명은 청구항 제7항의 지중 석탄층의 가스화 방법이고, 상기 마이크로파 흡수 개시제는 열분해된 자체물질(Pyrolysis, Thermal decomposition)이다.
청구항 제8항의 지중 석탄층의 가스화 방법에 의하면, 열분해된 자체물질을 소량 첨가함으로서 마이크로파의 흡수율을 높일 수 있으므로, 별도의 이종 마이크로파 흡수 개시제를 사용하지 않고서도 용이하게 탄화도(C/H비)가 낮은 석탄층을 가스화 할 수 있다.
청구항 제9항의 발명은, 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부(2); 상기 마이크로파, 또는 마이크로파와 산화제를 지중 석탄층 또는 더미(12)에 공급하는 공급부(3); 및 상기 마이크로파에 의해 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 추출하는 추출부(4)를 포함한다.
청구항 제9항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 수십 내지 수천미터에 달하는 석탄층(seam) 또는 더미(pile)까지 에너지 전송 손실이 거의 없고, 제어가 용이하며, 석탄만을 선택적으로 가열하는 선택적 가열 특성을 갖는 마이크로파 에너지를 이용하므로, 지하 연소 표면의 비접근성으로 인한 제어불능한 자발적 연소게 따른 급격한 온도 상승, 이로 인한 내부폭발, 지반침하나 수맥오염, 유독가스 유출등의 환경 문제를 해소하고 에너지원의 손실없이 유효 에너지원을 활용할 수 있다.
청구항 제10항의 발명은, 청구항 제9항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 마이크로파 발생부(2)는, 상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생장치(21); 상기 마이크로파 발생장치(21)에 연결된 제어장치(20); 및 상기 마이크로파 발생장치(21)와 상기 공급부(3)를 연결하는 마이크로파 인입 전도관(22)을 포함한다.
청구항 제10항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 제어장치(20)에 의하여, 마이크로파 중 석탄층의 조건에 따라 마이크로파의 주파수를 제어할 수 있고, 이렇게 제어된 마이크로파는 마이크로파 인입 전도관(22)을 통해 공급부(3)에 공급되어 지중 석탄층의 가스화를 도모할 수 있다.
청구항 제11항의 발명은, 청구항 제10항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 마이크로파 인입 전도관(22)은 그 내부에 마이크로파 인입 내부 전도관(24)을 포함하고 있다.
청구항 제11항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 마이크로파의 전달이 이중 전도관을 통해 이루어지므로, 어떤 마이크로파의 누설없이 공급부(3)에 전달될 수 있다.
청구항 제12항의 발명은, 청구항 제10항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 마이크로파 인입 전도관(22)에는 자동 임피던스 정합 제어장치(23)가 설치되어 있다.
청구항 제12항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 상기 자동 임피던스 정합 제어장치(23)에 의하여 상기 마이크로파 발생장치(21) 내의 마그네트론 헤드를 보호할 수 있어, 장비의 수명을 보다 길게 유지할 수 있다.
청구항 제13항의 발명은, 청구항 제9항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 공급부(3)는, 지상(10)로부터 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)를 관통하도록 설치되어, 상기 마이크로파를 상기 지중 석탄층으로 주입하는 주입관(30); 및 상기 주입관(30)의 하부에 형성되어 상기 마이크로파가 상기 지중 석탁층 또는 더미(12)에 분산되도록 하는 다수의 마이크로파 분산 슬롯(32)으로 이루어진다.
청구항 제13항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 마이크로파 발생장치에서 발생한 마이크로파가 상기 주입관(30)을 통해 따라 내려가 지중 석탄층 또는 더미(12)에 도달하고, 상기 마이크로파 분산 슬롯(32)을 통해 주변의 석탄층에 흡수되어 석탄을 열분해하여 석탄층의 가스화가 진행된다.
청구항 제14항의 발명은, 청구항 제13항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 주입관(30)은 그 내부에 내부 주입관(33)을 구비하며, 상기 내부 주입관(33)은 지상에 설치되어 있는 지상 내부 주입관(34)과 지하에 설치되어지는 지하 내부 주입관(31)으로 이루어지되, 상기 지상 내부 주입관(34)을 통해 주입된 상기 산화제가 상기 지하 내부 주입관(31)을 따라 지중 석탄층 또는 더미(12) 하부의 기반 암석층(13)의 공동(34, cavity)에 공급된다.
청구항 제14항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 상기 내부 주입관(33)을 통해 산화제가 지중 석탄층 또는 더미(12)에 공급되어 산화제가 확산됨에 따라 발열석탄이 부분 산화반응을 일으키면서 합성가스를 생산하게 되고, 또한 상기 주입관(30)의 내부표면(Outer Conductor)뿐만 아니라 기 내부 주입관(33)의 외부표면(Inner Conductor)을 따라서도 마이크로파 에너지가 전달되므로 보다 신속하게 마이크로파를 전달할 수 있어, 효율을 높일 수 있다.
청구항 제15항의 발명은, 청구항 제14항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 주입관(30)의 상부에는 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치(27, Sliding Seal)가 부착된 제1 쵸크부(25)가 설치된다.
청구항 제15항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 제1 쵸크부(25)에 의하여 지상 내부 주입관(34)으로 어떠한 마이크로파 누설도 없이 인입된 모든 마이크로파 에너지를 지중 석탄층으로 흐르게 할 수 있다.
청구항 제16항의 발명은, 청구항 제15항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 주입관(30)이 절연체(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인이고, 상기 주입관(30)의 상단 일측면에 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치가 부착된 제2 쵸크부(28)를 설치하고, 상기 제2 쵸크부(28)에 제1 가스관(29)이 설치되고, 상기 제1 쵸크부(25)가 단락될 때 상기 제2 쵸크부(28)도 단락된다.
청구항 제16항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 필요에 따라 생성된 가스를 추출하거나, 산화제를 투입하는 관으로 사용되는 제1 가스관(29)을 통해서도 어떠한 마이크로파 누설없이 지중 석탄층으로 마이크파 에너지를 전달할 수 있다.
청구항 제17항의 발명은, 청구항 제9항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 추출부(4)는 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 지상(10)으로 추출하는 추출관(40); 상기 추출관(40)의 하부에 형성되어 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 생성 가스를 상기 추출관(40)내로 흡입하는 추출관 하부 흡입 필터(41); 및 상기 추출관(40)의 상부에 설치되어 상기 추출관(40)을 통해 흘러나오는 생성가스를 지상으로 배출시키는 제2 가스관(42)을 포함한다.
청구항 제17항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스가 흡입 필터(41)를 통해 필터링되어 혼합 가스만이 추출관(40)을 통해 지상의 제2 가스관(42)으로 추출되어 이후 에너지 전환등을 통해 대체 에너지로서 사용될 수 있다.
청구항 제18항의 발명은, 청구항 제17항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 제2 가스관(42)에 연결되어 상기 생성가스를 정제하는 정제장치(50)를 더 포함한다.
청구항 제18항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 석탄의 열분해에 의해 생성된 혼합가스, CO + H2, H2O, CO2, CH4, H2S는 정제장치(50)에 의해 정제되어 모다 높은 순도로 사용될 수 있어 에너지 전환장치를 통해 필요한 에너지원로 전환될 때 보다 높은 효율을 얻을 수 있다.
청구항 제19항의 발명은, 청구항 제18항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 정제장치(50)에 제1 연결관(52)을 통해 연결되어 정제된 가스로부터 CO2를 분리하는 CO2 분리장치(60), 상기 분리장치(60)와 상기 공급부(3)를 연결하여 상기 분리된 CO2를 상기 공급부(3)에 재활용되도록 하는 제2 연결관(62)을 더 포함한다.
청구항 제19항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 분리장치(60)에 의해 농축된 CO2를 다시 다른 산화제와 혼합하여 주입관(30)의 내부 주입관(31, 34)를 통해 공급되어 재활용될 수 있다. 따라서, 자원 절약, 원가 절감, 공해방지 등의 효과를 얻을 수 있다.
청구항 제20항의 발명은, 청구항 제9항 내지 제19항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)이고, 상기 추출부(4)에 연결되어 공급받은 상기 추출된 가스를 필요한 에너지원으로 전환시키는 에너지원 전환장치(70)를 더 포함한다.
청구항 제20항의 지중 석탄층의 가스화 장치(1)에 의하면, 지중 석탄층의 석탄자원을 가스화하여 실제 필요한 에너지원으로 전환할 수 있으므로, 대기오염, 지구온난화, 석유고갈 등에 대비한 청청화석에너지원으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 지중 석탄층의 가스화 방법 및 가스화 장치(1)에 의하면, 지하 수십 내지 수천미터에 달하는 석탄층 또는 더미까지 에너지 전송 손실이 거의 없고, 제어가 용이하며, 석탄에 대해서만 선택적 가열특성을 가는 마이크로파 에너지를 이용하여 석탄을 열분해하여 유효가스를 추출할 수 있다.
따라서 본 발명에 의하면, 지중 석탄 활용을 위한 기존 문제점, 즉 지중 석탄화 과정에서 발생하는, 발아후 제어불가능한 자발적 연소에 따른 급격한 온도 상승, 이로 인한 내부폭발, 지반침하나 수맥오염, 비상시 유독가스 유출 등의 환경 문제, 경제적 문제를 해소하고, 청정의 대체 에너지원을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 석탄층의 가스화 장치(1)를 나타내는 개략도이다.
도 2는 국산무연탄의 마이크로파 열분해 가스의 시간에 따른 성분변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 석탄의 종류에 따른 마이크로파 흡수율을 비교한 그래프이다.
도 4는 탄화도(C/H비)에 따른 마이크로파 흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 자기 개시제의 혼합 비율에 따른 마이크로파 흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 국산무연탄의 마이크로파 열분해 가스의 시간에 따른 성분변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 석탄의 종류에 따른 마이크로파 흡수율을 비교한 그래프이다.
도 4는 탄화도(C/H비)에 따른 마이크로파 흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 자기 개시제의 혼합 비율에 따른 마이크로파 흡수 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지중 석탄층의 가스화 방법은, 지중 석탄층 또는 더미(12)에 적어도 하나의 마이크로파를 공급하는 단계(S1); 및 상기 공급된 마이크로파에 의하여 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 수집하는 단계(S2)를 포함하고, 상기 마이크로파가 300Mhz~30GHz의 주파수 대역의 1cm?1m의 파장대역 중 ISM(Industry, Science, Medicine) 주파수의 적어도 하나의 마이크로파인 것을 특징으로 한다. 상기 주파수의 마이크로파는 지중 석탄 자체에 의해 선택적으로 흡수되어 석탄을 열분해한다. 이러한 마이크로파를 이용한 마이크로파 유전가열(Dielectric Heating)은 전자기장 내에서 물질을 구성하는 분극분자의 회전(Dipole Rotation) 또는 분자의 재배치(Realignment)에 의한 분자간 마찰 에너지를 이용하는 방식이다. 따라서 본 발명의 마이크로파를 이용한 지중 석탄층의 가스화 방법은 발화 및 연소과정없이 석탄만을 선택적으로 가열하여 신송하게 승온되어 열분해되거나 불완전 연소될 수 있어 비상시 운전 제어뿐만 아니라 목적하는 생성가스 조성을 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 마이크로파를 공급할 때에는 상기 마이크로파외에 산화제와 함께 공급할 수도 있다. 산화제가 지중 석탄층에 확산되면 발열석탄이 부분 산화반응을 일으키면서 주성분인 합성가스(CO + H2)를 생성한다. 공급된 마이크로파 에너지에 의해 석탄이 열분해되거나 부분 산화반응에 의해 합성가스가 생산되면서, 석탄은 종국적으로 회재성분만 남게되고, 주변 석탄층은 마이크로파에 대해 반투명(semi-transparence) 또는 투명하게 되면, 마이크로파는 더욱 더 멀리 전파되면서 연속적인 석탄층의 가스화가 진행된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 수집된 생성가스를 정제하고 상기 생성가스로부터 CO2를 분리하는 단계(S3); 상기 정제된 가스를 에너지원으로 전환시키는 단계(S4); 및 상기 CO2를 상기 산화제로 재활용하는 단계(S5)를 더 포함한다.
상기 수집된 생성가스는 주성분인 합성가스(CO+H2)외에 스팀(H2O), CO2, CH4, H2S등으로 구성되어 있으므로, 합성가스 정제장치(50)와 열교환/CO2분리장치(60)를 거친 후, 석탄 복합화력발전(IGCC) 플랜트(51)나 석탄액화(CTL)용 F-T합성 반응장치(61)등을 거쳐 필요한 에너지자원으로 전환되어 사용될 수 있다. 또한, CO2분리장치(60)에서 농축된 CO2가스는 또 다른 산화제와 혼합되어 주입관(30)의 지상 내부 주입관(34)과 지하 내부 주입관(31)을 따라 석탄층(12) 하부의 기반 암석층(13) 공동(34, Cavity)으로 리사이클될 수 있다.
본 발명의 일 실시예 의하면, 마이크로파 주입부의 주입관(30)은 동축 전송라인(Coaxial Transmission Line) 또는 도파관(Waveguide)을 모두 사용할 수 있으며, 마이크로파와 일정량의 산화제를 석탄층까지 동시에 보낼 수 있는 구조로 되어있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 지상(10)으로부터 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)까지 관통된 주입관(30)을 통해 마이크로파를 지중 석탄층으로 공급하고, 마이크로파에 의해 생성된 가스는 주입관(30)으로부터 일정 거리 떨어져 위치한 방사상으로 배치된 추출관(40)을 통해 수집된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 절연제(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인의 경우 생성가스 추출관(40)을 따로 설치함이 없이 상기 주입관(30)을 통해 지상(10)으로 추출되어 제1 가스관(29)을 통해 수집될 수 있다.
본 발명의 일 실시예 의하면, 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이의 지중 석탄층을 크레킹하여 상기 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이에 초기 유체 흐름 통로를 확보하는 단계(S1')를 더 포함하며, 상기 초기 유체 흐름 통로 확보 단계(S1')는 상기 마이크로파 공급단계(S1)의 전 또는 후에 수행된다. 크레킹 방법은 당해 기술분야에서 일반적으로 알려진 방법을 이용하여 수행될 수 있으며, 예를 들어 수압파쇄(Hydraulic Fracturing) 또는 지중폭발과 같은 다양한 방법들을 사용할 수 있다. 이러한 크레킹 방법에 의하여 지중 석탄층의 가스화에 의해 생성된 가스는 지하 석탄층의 확산 통로를 따라 추출관(40)하부로 흘러 흡입필터(41), 추출관(40)을 통해 지상의 제2 가스관(42)으로 수집된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 지중 석탄층에 마이크로파 흡수 개시제(Susceptor 또는 Sensitizer)를 더 공급할 수 있다. 마이크로파 흡수 개시제는 마이크로파의 흡수율을 높이는 것으로서 열분해된 자체 물질, 또는 이종물질(Fe2O3, SiC등)이 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 열분해된 자체물질인 자기개시제는 탄화도 (C/H비)가 2.7이상이고, 전체 석탄량에 대하여 4~6wt.% 사용될 수 있다. 자기개시제의 함량이 4wt.% 미만이면 자기 개시제 효과가 미미하며 6wt.% 초과하여 첨가하여도 마이크로파의 흡수율이 크게 증가되지 않는다. 본 발명에 따라 마이크로파 흡수 개시제를 사용하면, 탄화도(C/H 비)가 매우 낮아 마이크로파를 거의 흡수하지 않는 토탄(peat) 또는 갈탄(lignite)과 같은 역청탄급 이하의 지중석탄의 경우에도 마이크로파 흡수율이 증가되어 지중 석탄층을 가스화할 수 있다.
이하 도면을 참조로 하여 보다 상세히 본 발명을 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 도시된 개략도이며, 본 발명에서 나타내는 기능을 갖는 구성이면 어떠한 형태로도 가능하다.
도 1을 참조로 하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 석탄층의 가스화 장치(1)은, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부(2); 상기 마이크로파, 또는 마이크로파와 산화제를 지중 석탄층 또는 더미(12)에 공급하는 공급부(3); 및 상기 마이크로파에 의해 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 추출하는 추출부(4)를 포함한다.
상기 마이크로파 발생부(2)는, 상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생장치(21); 상기 마이크로파 발생장치(21)에 연결된 제어장치(20); 및 상기 마이크로파 발생장치(21)와 상기 공급부(3)를 연결하는 마이크로파 인입 전도관(22)을 포함한다.
상기 마이크로파 인입 전도관(22)은 그 내부에 마이크로파 인입 내부 전도관(24)을 포함하고 있다. 상기 마이크로파 인입 전도관(22)에는 자동 임피던스 정합 제어장치(23)가 설치되어, 마이크로파 발생장치(21) 내의 마그네트론 헤드를 보호할 수 있어, 장비의 수명을 보다 길게 유지할 수 있다.
지상(10)에 설치된 전력공급 및 제어장치(20)에 의해 마이크로파 발생장치(21)는 석탄층의 조건에 따라 마이크로파의 주파수를 변화시킬 수 있지만, 여기서는 주로 2450MHz 또는 915MHz 또는 460MHz의 ISM주파수 발생을 위해 작동된다. 물론 다른 주파수 역시 특별한 설치조건에 따라 사용 가능하다. 지중 석탄가스화 조건에 의해 결정된 특정 주파수의 발생 마이크로파는 지상부 마이크로파 인입 내부전도관(24, Inlet Inner Conductor)을 포함하고 있는 외부 인입 전도관(22, Inlet Outer Conductor)을 통해 지상의 주입관(30)과 연결된다. 이때 상기 마이크로파 인입 내부 전도관(24)에는 자동 임피던스 정합 제어장치(23)가 설치되어, 주입관(30)으로 전송된 마이크로파의 반사전력에 의해 마이크로파 발생장치(21)내 마그네트론 헤드가 손상되지 않도록 보호한다.
상기 공급부(3)는, 지상(10)로부터 대수층(11) 하단에 위치한 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)를 완전히 관통하도록 설치되어, 상기 마이크로파를 상기 지중 석탄층으로 주입하는 주입관(30); 및 상기 주입관(30)의 하부에 형성되어 상기 마이크로파가 상기 지중 석탁층 또는 더미(12)에 분산되도록 하는 다수의 마이크로파 분산 슬롯(32)으로 이루어진다.
상기 주입관(30)은 동축 전송라인(Coaxial Transmission Line) 또는 도파관(Waveguide)을 모두 사용할 수 있으며, 마이크로파와 일정량의 산화제를 석탄층까지 동시에 보낼 수 있는 구조로 되어있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 주입관(30)이 절연제(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인의 경우 생성가스 추출관(40)을 따로 설치함이 없이 다수의 마이크로파 분산 슬롯을 통해 생성가스를 추출하고, 제1 가스관(29)을 통해 지상(10)으로 생성 가스를 추출한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 주입관(30)이 절연제를 사용하는 마이크로파 동축 전송라인의 경우 자체 동축라인을 통해 생성가스 추출이 불가능하기 때문에 일정 거리상에 다중의 방사상 형태로 배열된 생성가스 추출관(40)에 연통되어 있는 제2 가스관(42)을 통해 지상(10)으로 생성 가스를 추출한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 가스관(29)은 공급부(3)와 별도로 설치되어 있는 추출부(4)의 제2 가스관(42)과 연결되어, 제1 가스관(29)을 통해 수집된 생성가스와 제2 가스관(42)을 통해 수집된 생성가스를 모아 정제장치(50) 및/또는 분리장치(60)로 공급할 수 있다.
상기 마이크로파 분산 슬롯(32, slot array)은 상기 주입관(30)의 하단, 즉 지중 석탄층 또는 더미(12)에 관통되어 있는 주입관(30)의 하단에 다수 형성되며, 예를 들어 알루미나(Al2O3)와 같은 세라믹 필터로 이루어져 주입관(30)을 따라 흘러내려온 마이크로파를 지중 석탄층에 분산시키거나, 지중 석탄의 열분해로 인하여 생성된 가스를 흡입하는 흡입구로서 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주입관(30)은 그 내부에 내부 주입관(33)을 구비하며, 상기 내부 주입관(33)은 지상에 설치되어 있는 지상 내부 주입관(34)과 지하에 설치되어지는 지하 내부 주입관(31)으로 이루어지되, 상기 지상 내부 주입관(34)을 통해 주입된 상기 산화제가 상기 지하 내부 주입관(31)을 따라 지중 석탄층 또는 더미(12) 하부의 기반 암석층(13)의 공동(34, cavity)에 공급된다.
따라서 상기 마이크로파 에너지가 주입관(30)의 내부표면(Outer Conductor)과 내부 주입관(31)의 외부표면(Inner Conductor) 사이를 따라 내려가서, 상기 수많은 마이크로 분산 슬롯(32)을 통해 지하 석탄층에 조사된다. 조사된 마이크로파 에너지는 마이크로파 분산 슬롯(32) 주변의 석탄층에 흡수되어 석탄자체의 고온발열을 일으켜 석탄을 열분해(pyrolysis)한다. 한편 지상 산화제 주입구(26)를 따라 석탄층(12) 하부의 기반 암석층(13) 주변 공동(34, Cavity)에 공급된 산화제는 확산되어 발열석탄이 부분 산화반응을 일으키면서 주성분인 합성가스를 생산한다. 이렇게 공급된 마이크로파 에너지에 의해 석탄이 열분해되거나 부분 산화반응에 의해 합성가스가 생산되면, 석탄은 종국적으로 회재성분만 남게 되고, 주변 석탄층은 마이크로파에 대해 반투명(semi-transparence) 또는 투명하게 되면, 마이크로파는 더욱 더 멀리 전파되면서 연속적인 석탄층의 가스화가 진행된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 주입관(30)의 상부에는 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치(27, Sliding Seal)가 부착된 제1 쵸크부(25)가 설치된다. 상기 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치(27)는 인가된 주파수의 1/4 파장의 길이로 임피던스 정합하여, 상부의 내부 주입관(34)과 연결된 산화제 주입관(26)으로의 어떠한 마이크로파 누설도 없이 인입된 모든 마이크로파 에너지를 주입관(30)의 아랫방향, 즉 지중 석탄층으로 흐르게 한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 주입관(30)이 절연체(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인이고, 상기 주입관(30)의 상단 일측면에 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치(미도시)가 부착된 제2 쵸크부(28)를 설치하고, 상기 제2 쵸크부(28)에 제1 가스관(29)이 설치되고, 상기 제1 쵸크부(25)가 단락될 때 상기 제2 쵸크부(28)도 단락된다.
상기 제2 초크부(28) 역시 인가된 주파수의 1/4파장의 길이를 갖는 동일 구조의 임피던스 정합 밀봉장치를 가지고 있어 어떠한 마이크로파의 누설도 없다. 특히 주입관(30)이 절연제를 사용하지 않은 도파관 형식의 동축라인인 경우 생성가스 추출부(40)를 따로 설치하지 않고서도 제2 초크부(28)에 연결된 제1 가스관(29)을 통해 지중 석탄가스화 생성물을 추출할 수 있다. 상기 제1 가스관(29)은 생성가스 추출부(40)가 따로 설치되어 있는 경우 다른 산화제 가스의 주입구로도 사용할 수 있는 장점을 가지고 있다.
상기 추출부(4)는 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 지상(10)으로 추출하는 추출관(40); 상기 추출관(40)의 하부에 형성되어 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 생성 가스를 상기 추출관(40)내로 흡입하는 추출관 하부 흡입 필터(41); 및 상기 추출관(40)의 상부에 설치되어 상기 추출관(40)을 통해 흘러나오는 생성가스를 지상으로 배출시키는 제2 가스관(42)을 포함한다.
상기 추출관(40)은 지상(10)으로부터 지중 석탄층 또는 더미(12)를 관통되도록 설치되어 있어, 지중 석탄층으로부터 생성된 가스를 곧바로 지상(10)으로 추출시킬 수 있다. 상기 추출관은 당해 기술분야에서 알려진 방법 및 재료로 제조되어 설치될 수 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 흡입 필터(41)는 상기 추출관(40)의 하단 즉, 지중 석탄층(12) 내에 위치한 추출관(40)의 하단에 다수 형성되어 있고, 지중 석탄층으로부터 생성된 가스를 반응후 남은 재나 석탄 잔류물외에 생성가스만이 통과되도록 구성되어 있다.
상기 제2 가스관(42)은 상기 추출관(40)을 통해 흘러 나온 생성가스를 수집하는 것으로, 상기 제2 가스관(42)은 상기 제1 가스관(29)와 연결되거나 또는 단독으로 여러 정제장치(50), 분리장치(60) 또는 에너지 전환장치(70)들에 차례로 또는 직접 연결 설치되어, 지중 석탄층으로부터 생성된 가스가 지상(10)에서 대체 에너지로서 사용될 수 있게 된다.
석탄의 열분해에 의해 생성된 가스는, 혼합가스로서 CO + H2, H2O, CO2, CH4, H2S 등으로 이루어져 있으며, 이는 정제장치(50)에 의해 정제될 수 있다.
정제된 가스는 다시 정제장치(50)에 제1 연결관(52)을 통해 연결된 분리장치(60)를 통해 CO2가 분리된다. 상기 분리된 CO2는 상기 공급부(3)에 연결된 제2 연결관(62)을 통해 산화제로서 재활용된다.
또한, 상기 정제 및/또는 CO2 분리된 가스는 석탄 복합화력발전(IGCC) 플랜트(71) 또는 석탄액화(CTL)용 F-T 합성 반응장치(72) 등과 같은 에너지 전환장치(70)를 거쳐 필요한 에너지 자원으로 전환된다.
이하 본 발명을 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
실시예 1 (국산무연탄의 마이크로파 열분해 가스화)
질소분위기의 내경 0.75“ 순환식 석영관 반응기에서 마이크로파에 의한 국산무연탄 가스화 실험결과, 생성된 가스는 주로 H2 , CO, CO2, CH4,성분이었다. 이는 원료석탄(KAC)이 석영관을 통해 입사된 마이크로파를 흡수하여 자체적으로 급속 발열함으로써 석탄 내에 존재하는 수분과 휘발성분이 다음 마이크로파 열분해 반응식에 따라 기질인 탄소와 반응하거나 분해되어 가스화됨을 나타낸다.
도 2는 2.45GHz 마이크로파 입사전력이 800watts일 때 조사시간에 따른 생성가스의 조성변화를 나타낸 그래프이다(20g, N2). 이에 의하면 초기 생성된 CO2 및 CH4는 마이크로파 조사 약 10분 이후 재순환되면서 각각 다음 열분해 반응식에 의해 CO 및 H2로 분해되어 종국적으로 H2/CO비가 약 1.3인 합성가스를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2 (석탄의 종류에 따른 마이크로파 흡수특성)
마이크로파 입사전력이 500watts일 때 실시예 1의 실험장치 및 방법과 동일한 조건에서 다양한 탄소성 물질등에 대한 단위무게 및 부피당 마이크로파 흡수율을 측정하여 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터, 탄화도(C/H비)가 높은 국산 무연탄시료(KAK-A2, KAM-A1)와 다공성 상용활성탄 시료(Calg-w1, FMC-char)의 마이크로파 흡수율은 매우 높은 반면, 탄화도가 낮은 중국산 동팡탄(CAD-A1, 아역청탄급)과 인도네시아 로토탄(IAR-A1, 갈탄급)의 경우 매우 낮은 마이크로파 흡수율을 보이는 것을 알 수 있다.특히 동일 탄질의 경우 다공성 시료가 보다 높은 마이크로파 흡수율을 보인다는 점에서, 다공성 상용 활성탄으로 가공된 미국 Calgon사 시료(Calg-w1, 800m2/g) 및 FMC사 시료(FMC-char, 62m2/g)와 거의 같거나 더 높은 단위부피당 마이크로파 흡수율을 보인 원료석탄 그대로의 국산무연탄(2-5m2/g)의 경우 마이크로파에 의한 자체 급속 발열특성을 이용한 지중 석탄가스화에 보다 유리함을 알 수 있다.
실시예 3 (자기개시제(Self-susceptor)를 이용한 가스화방법)
실시예 2과 동일한 방법으로 탄화도(C/H비)가 매우 낮아 마이크로파를 거의 흡수하지 않은 토탄(peat) 또는 갈탄(lignite)과 같은 역청탄급 이하의 지중석탄(CAD-A1, IAR-A1)의 마이크로파에 의한 흡수특성이 자기개시제에 의하여 증가될 수 있는지를 확인하기 위하여, 토탄보다 낮은 C/H비를 갖는 왕겨를 사용하여 마이크로파 흡수율을 측정하였다.
도 4는 자기개시제로 C/H 몰비에 따른 마이크로 흡수율을 측정한 것을 나타낸 그래프이다(열적 탄화왕겨와 원료왕겨의 혼합비율에 따른 마이크로파 흡수특성). 이에 의하면 C/H몰비가 2.7이상인 것을 혼합할 경우 연속적인 마이크로파 탄화 가능성을 확인할 수 있었다.
도 5는 자기개시제의 함량을 변화시키면서 마이크로파 흡수율을 측정하여 그래프로 나타낸 것으로, 이에 의하면 자기개시제의 혼합비율에 따른 마이크로파 흡수율을 알 수 있다. 따라서 이로부터 지중석탄 가스화에 필요한 자기개시제의 최소 혼합비율을 알 수 있다.
즉, 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이 낮은 C/H비를 갖는 탄소성 벌크물질의 마이크로파 흡수율은 C/H비가 2.7이상으로 탄화된 자기개시제의 혼합비율을 높임에 따라 증가하였으나, 6wt.% 이상이 되면 거의 일정한 값을 갖는 것으로 보아 연속적인 지중 석탄층의 가스화를 위한 자기개시제의 최소 혼합비율은 약 6wt.% 이내임을 알 수 있다.
따라서 상기 실시예로부터 마이크로파에 의한 석탄의 가스화가 가능하며, 상기 마이크로파의 흡수율이 낮은 토탄등의 경우도 자기개시제와 같은 마이크로파 흡수 개시제에 의해 충분히 가스화가 가능하다는 것을 알 수 있다.
1: 지중 석탄층의 가스화 장치 2: 마이크로파 발생부
3: 공급부 4: 추출부
10: 지상 11: 대수층
12: 석탄층 또는 더미 13: 기반 암석층
14: 공동(Cavitiy)
20: 정제장치, 전력장치 21: 마이크로파 발생장치
22: 마이크로파 인입 전도관 23: 자동 임피던서 정합 제어장치
24: 마이크로파 인입 내부 전도관
25: 제1 쵸크부
27: 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치
28: 제2 쵸크부 29: 제1 가스관
30: 주입관 32: 마이크로파 분산 슬롯
33: 내부 주입관 31: 지하 내부 주입관
34: 지상 내부 주입관
40: 추출관 41: 흡입 필터
42: 제2 가스관
50: 정제장치 52: 제1 연결관
60: 분리장치 62: 제2 연결관
70: 에너지 전환 장치
3: 공급부 4: 추출부
10: 지상 11: 대수층
12: 석탄층 또는 더미 13: 기반 암석층
14: 공동(Cavitiy)
20: 정제장치, 전력장치 21: 마이크로파 발생장치
22: 마이크로파 인입 전도관 23: 자동 임피던서 정합 제어장치
24: 마이크로파 인입 내부 전도관
25: 제1 쵸크부
27: 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치
28: 제2 쵸크부 29: 제1 가스관
30: 주입관 32: 마이크로파 분산 슬롯
33: 내부 주입관 31: 지하 내부 주입관
34: 지상 내부 주입관
40: 추출관 41: 흡입 필터
42: 제2 가스관
50: 정제장치 52: 제1 연결관
60: 분리장치 62: 제2 연결관
70: 에너지 전환 장치
Claims (20)
- 지중 석탄층 또는 더미(12)에 적어도 하나의 마이크로파를 공급하는 단계(S1); 및
상기 공급된 마이크로파에 의하여 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 수집하는 단계(S2)를 포함하고,
상기 마이크로파가 300Mhz~30GHz의 주파수 대역의 1cm?1m의 파장대역 중 ISM(Industry, Science, Medicine) 주파수의 적어도 하나의 마이크로파인 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파를 공급하는 단계(S1)에서 상기 지중 석탄층에 상기 마이크로파외에 산화제가 더 공급되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제2항에 있어서,
상기 수집된 생성가스를 정제하고 상기 생성가스로부터 CO2를 분리하는 단계(S3);
상기 정제된 가스를 에너지원으로 전환시키는 단계(S4); 및
상기 CO2를 상기 산화제로 재활용하는 단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파는 지상(10)으로부터 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)까지 관통된 주입관(30)을 통해 상기 지중 석탄층으로 공급되고,
상기 생성가스는 상기 주입관(30)으로부터 일정 거리 떨어져 위치한 방사상으로 배치된 추출관(40)을 통해 수집되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제4항에 있어서,
상기 지중 석탄층으로부터 생성된 상기 생성가스의 수집이 상기 주입관(30)을 통해 이루어지고,
상기 주입관(30)은 절연체(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인인 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제4항에 있어서,
상기 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이의 지중 석탄층을 크레킹하여 상기 주입관(30)과 상기 추출관(40) 사이에 초기 유체 흐름 통로를 확보하는 단계(S1')를 더 포함하며,
상기 초기 유체 흐름 통로 확보 단계(S1')는 상기 마이크로파 공급단계(S1)의 전 또는 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지중 석탄층에 마이크로파 흡수 개시제(Susceptor 또는 Sensitizer)가 사용되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 제7항에 있어서,
상기 마이크로파 흡수 개시제는 열분해된 자체물질(Pyrolysis, Thermal decomposition)인 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 방법. - 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생부(2);
상기 마이크로파, 또는 마이크로파와 산화제를 지중 석탄층 또는 더미(12)에 공급하는 공급부(3); 및
상기 마이크로파에 의해 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 추출하는 추출부(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제9항에 있어서,
상기 마이크로파 발생부(2)는, 상기 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발생장치(21); 상기 마이크로파 발생장치(21)에 연결된 제어장치(20);
및 상기 마이크로파 발생장치(21)와 상기 공급부(3)를 연결하는 마이크로파 인입 전도관(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제10항에 있어서,
상기 마이크로파 인입 전도관(22)은 그 내부에 마이크로파 인입 내부 전도관(24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제10항에 있어서,
상기 마이크로파 인입 전도관(22)에는 자동 임피던스 정합 제어장치(23)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제9항에 있어서,
상기 공급부(3)는, 지상(10)로부터 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)를 관통하도록 설치되어, 상기 마이크로파를 상기 지중 석탄층으로 주입하는 주입관(30); 및
상기 주입관(30)의 하부에 형성되어 상기 마이크로파가 상기 지중 석탁층 또는 더미(12)에 분산되도록 하는 다수의 마이크로파 분산 슬롯(32)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제13항에 있어서,
상기 주입관(30)은 그 내부에 내부 주입관(33)을 구비하며,
상기 내부 주입관(33)은 지상에 설치되어 있는 지상 내부 주입관(34)과 지하에 설치되어지는 지하 내부 주입관(31)으로 이루어지되, 상기 지상 내부 주입관(34)을 통해 주입된 상기 산화제가 상기 지하 내부 주입관(31)을 따라 지중 석탄층 또는 더미(12) 하부의 기반 암석층(13)의 공동(34, cavity)에 공급되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제14항에 있어서,
상기 주입관(30)의 상부에는 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치(27, Sliding Seal)가 부착된 제1 쵸크부(25)가 설치되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제15항에 있어서,
상기 주입관(30)이 절연체(Dielectric Insulator)를 사용하지 않는 도파관 형식의 동축 전송라인이고,
상기 주입관(30)의 상단 일측면에 임피던스 정합 슬라이딩 밀봉장치가 부착된 제2 쵸크부(28)를 설치하고, 상기 제2 쵸크부(28)에 제1 가스관(29)이 설치되고,
상기 제1 쵸크부(25)가 단락될 때 상기 제2 쵸크부(28)도 단락되는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제9항에 있어서,
상기 추출부(4)는 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 가스를 지상(10)으로 추출하는 추출관(40);
상기 추출관(40)의 하부에 형성되어 상기 지중 석탄층 또는 더미(12)로부터 생성된 생성 가스를 상기 추출관(40)내로 흡입하는 추출관 하부 흡입 필터(41); 및
상기 추출관(40)의 상부에 설치되어 상기 추출관(40)을 통해 흘러나오는 생성가스를 지상으로 배출시키는 제2 가스관(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제17항에 있어서,
상기 제2 가스관(42)에 연결되어 상기 생성가스를 정제하는 정제장치(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제18항에 있어서,
상기 정제장치(50)에 제1 연결관(52)을 통해 연결되어 정제된 가스로부터 CO2를 분리하는 CO2 분리장치(60); 및
상기 분리장치(60)와 상기 공급부(3)를 연결하여 상기 분리된 CO2를 상기 공급부(3)에 재활용되도록 하는 제2 연결관(62)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치. - 제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추출부(4)에 연결되어 공급받은 상기 추출된 가스를 필요한 에너지원으로 전환시키는 에너지원 전환장치(70)를 더 포함것을 특징으로 하는 지중 석탄층의 가스화 장치.
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