KR20120032006A - Ｃｏ 또는 ｈ2 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 애시의 융해온도 위의 온도들에서 애시 함유 연료와 산소 함유 가스와의 가스화를 통해 CO 또는 H₂ 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 관한 것으로, 이때 압력용기의 내부에는, 냉각매체가 관류되는 멤브레인벽에 의해 형성된 반응 챔버가 제공되어 있으며, 가스 냉각 챔버 안으로 테이퍼되는 전이 채널을 구비하고, 상기 전이 채널 안에는 소용돌이를 감소시키는 냉각된 격벽들이 제공되어 있다. 본 발명의 목적은 한편으로는 배출되는 애시의 가닥 형성이 달성되도록 하고, 그리고 다른 한편으로는 최적의 슬래그 배출을 보장하는 그 밖의 슬래그 드립 에지를 제공하는 것이다. 이 목적은, 격벽 (9) 들을 지니고 있는 벽 (14) 이 상기 격벽들의 아래에서, 물결 모양의 표면을 가진 계단부 (21) 를 통해, 감소된 지름을 가진 실린더벽 (17) 안으로 병합되며, 감소된 지름을 가진 상기 실린더벽 (17) 은 확대된 지름을 가진 그 밖의 원통형 벽 (19) 에 의해 둘러싸여 있고, 상기 벽은 중력 방향으로 그의 단부에 제 2 슬래그 드립 에지 (10) 를 형성하며, 그리고 상기 그 밖의 원통형 벽 (19) 은 제 1 드립 에지 (18) 와 관련된 그의 수직 위치에 있어서 조절 가능하게 (화살표 22) 배치되어 있음으로써 달성된다.

Description

ＣＯ 또는 Ｈ2 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기 {GASIFICATION REACTOR FOR PRODUCING CRUDE GAS CONTAINING CO OR H2}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 기재되어 있는 종류의, CO 또는 H₂ 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 관한 것이다.

이러한 유형의 가스화 반응기는 출원인의 예컨대 WO 2009/036985 A1 에 공지되어 있으며, 이 문헌에는 그 밖의 다수의 선행기술, 예컨대 뜨거운 합성가스의 냉각을 다루고 있는 US 4 474 584 가 언급되어 있다.

본 발명은 특히 이러한 유형의 반응기들에서 발생하는 문제들을 다루고 있으며, 이때 본 발명은 특별히 여기에 언급된 가스화 반응기에 제한되어 있지 않고, 본 발명은 아래에서 상세히 설명되는 유사한 문제들이 발생할 수 있는 장치들에 관한 것이다.

이러한 유형의 장치는 미세하게 분배된 연료들의 압력 가스화/연소 공정을 가능하게 하기에 적합해야 하며, 반응기 안에서의 연료들, 석탄 가루, 미세하게 분배된 바이오매스, 오일, 타르 등등의 부분적인 산화도 가능해야 한다. 슬래그 (slag) 또는 플라이 애시 (fly ash) 및 생성된 합성가스 또는 매연의 분리된 또는 공통의 인출도 가능해야 한다. 이용된 방법의 유형에 따라 분사 켄칭, 가스 켄칭, 복사 켄칭, 대류 가열면 등등을 통해 반응 생산물들 (가스 및 슬래그/플라이 애시) 의 냉각이 수행되어야 하며, 그리고 결국 압력용기 밖으로 상기 반응 생산물들을 배출시키는 것에 주목해야 한다.

위에서 언급된 WO 2009/036985 A1 에서는, 보다 거친 입자들을 옮길 수 있기 위해, 또한 가열면들의 위험한 영역들을 너무 높은 열류 밀도로부터 보호하기 위해 소용돌이 흐름이 발생된다. 이는 수평 평면에서의 1 내지 20°의 버너 설치를 통해 실현된다. 발생된 소용돌이는 반응기를 떠난 후 다시 흐름 밖으로 제거되어야 하는데, 왜냐하면 뜨거운 끈적끈적한 슬래그 입자들이 압력용기를 보호하는, 보호되지 않은 가열면들에 대해 내던져지지 않도록 하기 위해서이며, 그리고 그곳에서 달라붙음 또는 손상을 초래하지 않도록 하기 위해서이다.

상응하는 소용돌이 제동 장치들은 예컨대 DE 10 2009 005 464.2 에 기술되어 있다.

본 발명의 목적은 한편으로는 배출되는 애시 (ash) 의 가닥 형성이 달성되도록 하고, 그리고 다른 한편으로는 최적의 슬래그 배출을 보장하는 그 밖의 슬래그 드립 에지 (slag drip edge) 를 제공하는 것이다.

이 목적은, 도입부에 설명된 유형의 가스화 반응기에 있어서 본 발명에 따르면 격벽 (bulkhead) 들을 지니고 있는 벽이 상기 격벽들의 아래에서, 물결 모양의 표면을 가진 계단부를 통해, 감소된 지름을 가진 실린더벽 안으로 병합됨으로써 달성된다.

상기 물결 모양의 표면 및 상기 격벽들의 최하점들을 통해 슬래그가 특정하게 가닥들로 상기 물결의 골들 밖으로 배출될 수 있고, 그리고 이로써 닫혀 있는 슬래그 필름이 형성되지 않는 것이 달성된다.

추가적으로, 감소된 지름을 가진 상기 실린더벽은 확대된 지름을 가진 그 밖의 원통형 벽에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 벽은 중력 방향으로 그의 단부에 제 2 슬래그 드립 에지를 형성하고, 이때 특히 상기 그 밖의 원통형 벽은 제 1 드립 에지와 관련된 그의 수직 위치에 있어서 조절 가능하게 배치되어 있다.

여기에서 “조절 가능성”이란 이미 정해진, 그리고 작동과 관련된 사전 설정 후의 드립 에지 (drip edge) 에 대한 최적의 설정을 말한다. 최적화 후 그 밖의 조절 가능성을 필요로 하지 않으며, 특히 반응기의 작동 동안 필요로 하지 않는다.

본 발명에 따르면, 원통형의 상기 제 2 드립 에지는 확대된 지름을 가진 그 밖의 원통형 벽에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 벽은 가스 전이 영역의 적어도 일 부분을 둘러싼다. 실제로 이 외부 원통형 벽은 켄칭 챔버 또는 켄칭 채널 안으로의 전이 영역을 한정한다.

이 이외에, 본 발명에 따르면, 소용돌이 제동 장치의 적어도 하나의 격벽은 열류 밀도 (heat flow density) 측정을 위한 장치를 갖추고 있다.

가능한 구현형태에서, 본 발명에 따르면 상기 제 2 원통형 벽과 상기 그 밖의 원통형 벽에는 예컨대 도금된 Super-Ω-관들의 사용을 통해 매끈한, 평평한, 내식 (corrosion-resistant) 표면이 제공되어 있으며, 이때 소용돌이를 감소시키는 상기 격벽들과, 물결 모양의 상기 전이면 (transition surface) 과, 상기 제 1 드립 에지를 제공하는 실린더벽은 페깅 (pegging) 및 탬핑 (tamping) 을 구비한 표준-관-웨브-관벽 (standard-pipe-web-pipe wall) 으로서 형성되어 있다.

본 발명의 그 밖의 상세 내용, 특징들 및 장점들은 아래의 설명 및 도면을 근거로 나타나 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 가스화 반응기의 개략적인 단면도,
도 2 는 반응 챔버로부터 상세히 도시되어 있지 않은 켄칭 챔버로 넘어가기 위한 전이 영역에서의 가스화 반응기의 절반의 개략적인 단면도,
도 3 은 소용돌이 제동 장치들을 가진 전이 채널을 형성하는 반응기 영역의 전개도이다.

도 1 에 도시되어 있는, 전체적으로 1 로 표시되어 있는 가스화 반응기는 압력용기 (2) 를 구비하며, 상기 압력용기 안에는 위에서 아래로, 멤브레인벽 (3) 에 의해 둘러싸인 반응 챔버 (4) 가 상기 압력용기 (2) 에 대해 간격을 두고 배치되어 있다. 멤브레인벽 (3) 을 가압하는 냉각제 공급 라인은 5 로 표시되어 있다. 멤브레인벽 (3) 은 하부 콘 (cone, 6) 을 통해, 8 로 표시되어 있는 전이 영역 (transition area) 의 부분으로서의 좁아진 채널 안으로 병합되며, 상기 좁아진 전이 채널 (transition channel, 7) 안에는 소용돌이 제동 장치 (9) 들이 암시되어 있다. 전이 채널 (7) 의 단부에서의 제 1 드립 에지 (drip edge, 10) 에 대해 간격을 두고, 상기 전이 영역에서의 액체 애시 (ash) 를 위한 상기 전이 영역 (8) 안의 드립 에지는 10a 로 표시되어 있다.

전이 영역 (8) 에는 켄칭 챔버 (quenching chamber) 또는 켄칭 채널 (11) 이 연결되고, 그 하류에는 워터 배스 (water bath, 13) 안의 슬래그 수집 용기 (12) 가 연결된다.

도 2 및 도 3 에 나타나 있는 바와 같이, 소용돌이 제동 장치를 형성하는 격벽 (9) 들을 갖춘 벽 (14) 은 계단부 (15) 안으로 병합되며, 상기 계단부는 도 3 에 암시되어 있는 물결 모양의 표면을 구비하고 있고, 이때 개별적인 물결들은 16 으로 표시되어 있다. 이곳에, 변경된 지름을 가진 매끄러운 실린더벽 (17) 이 연결되고, 상기 실린더벽은 제 1 드립 에지 (18) 를 제공한다.

슬래그의 가닥 형성을 위해 동원된 벽 (19) 과 벽 (18) 사이의 전이 영역의 설계를 포함하여 상기 전이 채널 (7) 은 그 밖의 원통형 벽에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 원통형 벽은 도 2 에 비스듬히 도시되어 있는 벽 디스크 (20) 를 통해, 전이 챔버 (8) 를 둘러싸는 원통형 벽 (21) 과 기밀적으로 (gas-tightly) 연결되어 있다.

한편으로는, 전이 채널 (7) 을 둘러싸는 원통형 벽 (19) 이 10 으로 표시되어 있는 그 밖의 제 2 드립 에지를 제공한다는 데에 특이함이 있다. 또한, 본 발명에 따르면 원통형 벽 (19) 과 벽 디스크 (20) 로 만들어진 시스템은 높이에 있어서 설정 또는 조절 가능한데, 이는 이중 화살표 (22) 로 암시되어 있다. 이러한 유형의 조절 가능성을 가능하게 하는, 냉각제가 관류되는 상응하는 관들의 밀봉 영역들 또는 전이 영역들은 도 2 에 단지 개략적으로 암시되어 있으며, 그리고 23 및 24 로 표시되어 있다.

소용돌이 제동 장치의 적어도 하나의 격벽 (9) 이 열류 측정을 위한 장치 (25) 를 갖출 수 있다는 것이 도 2 에 단지 상징적으로 암시되어 있다.

물론, 본 발명의 상기 기술된 실시예는 기본 사상에서 벗어나지 않으면서 여러 가지 면에서 변경될 수 있다. 즉, 도 3 에 따른 전개도에 도시되어 있는 물결 (16) 들은 상응하는 벽 계단부 안에서 각이 지거나 또는 만곡되어 있을 수 있고, 이용에 따라 해당 벽 영역들의 배관 (piping) 이 서로 다를 수 있다.

Claims (4)

1. 애시의 융해온도 위의 온도들에서 애시 함유 연료와 산소 함유 가스와의 가스화를 통해 CO 또는 H₂ 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기로서, 이때 압력용기의 내부에는, 냉각매체가 관류되는 멤브레인벽에 의해 형성된 반응 챔버가 제공되어 있으며, 가스 냉각 챔버 안으로 테이퍼되는 전이 채널을 구비하고, 상기 전이 채널 안에는 소용돌이를 감소시키는 냉각된 격벽들이 제공되어 있는, CO 또는 H₂ 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기에 있어서,
   - 격벽 (9) 들을 지니고 있는 벽 (14) 은 상기 격벽들의 아래에서, 물결 모양의 표면을 가진 계단부 (21) 를 통해, 감소된 지름을 가진 실린더벽 (17) 안으로 병합되며,
   - 감소된 지름을 가진 상기 실린더벽 (17) 은 확대된 지름을 가진 그 밖의 원통형 벽 (19) 에 의해 둘러싸여 있고, 상기 원통형 벽은 중력 방향으로 그의 단부에 제 2 슬래그 드립 에지 (10) 를 형성하며, 그리고
   - 상기 그 밖의 원통형 벽 (19) 은 제 1 드립 에지 (18) 와 관련된 그의 수직 위치에 있어서 조절 가능하게 (22) 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, CO 또는 H₂ 함유 생가스를 생산하기 위한 가스화 반응기.
2. 제 1 항에 있어서, 원통형의 상기 제 2 드립 에지 (10) 는 확대된 지름을 가진 그 밖의 원통형 벽 (21) 에 의해 둘러싸여 있으며, 상기 벽은 가스 전이 영역 (8) 의 적어도 일 부분을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 가스화 반응기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소용돌이 제동 장치의 적어도 하나의 격벽 (9) 은 열류 밀도 측정을 위한 장치를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 가스화 반응기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 원통형 벽 (19) 과 상기 그 밖의 원통형 벽 (21) 에는 예컨대 도금된 Super-Ω-관들의 사용을 통해 매끄러운, 평평한, 내식표면이 제공되어 있으며, 이때 소용돌이를 감소시키는 격벽 (9) 들과, 물결 모양의 전이면 (16) 과, 제 1 드립 에지 (10) 를 제공하는 실린더벽 (18) 은 페깅 및 탬핑을 구비한 표준-관-웨브-관벽으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스화 반응기.

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