KR20180034033A - 바이오매스 가스화 시스템, 이를 이용한 바이오매스 가스화 방법 및 바이오매스 가스화를 이용한 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오매스 가스화 시스템, 이를 이용한 바이오매스 가스화 방법 및 바이오매스 가스화를 이용한 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 2단 유동층 가스화 반응장치를 이용하는 바이오매스 가스화 시스템에 있어서, 바이오매스를 건조시키는 바이오매스 건조부와, 상기 건조부에서 건조된 바이오매스를 공급받아 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부 및 반응장치 본체로 상기 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부로 이루어지는 바이오매스 공급장치; 공기 또는 산소를 예열하여 상기 반응장치로 고온의 공기 또는 산소를 공급하는 열 공급장치; 바이오매스 주입부로부터 바이오매스를 제공받고 상기 공급부로부터 고온의 공기 또는 산소를 공급받아 고온에서 프로듀서 가스를 생산하는 2단 유동층 가스화 반응장치; 상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 공급받아 상기 프로듀스 가스를 정제하는 정제 장치; 및 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부를 상기 바이오매스 건조부로 공급하는 프로듀서 가스 공급라인을 더 포함하여, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되도록 하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템이 개시된다.
Description
본 발명은 바이오매스 가스화 시스템, 이를 이용한 바이오매스 가스화 방법 및 바이오매스 가스화를 이용한 발전 시스템에 관한 것이다.
화석연료의 고갈, 전 세계적인 CO₂ 절감 노력으로 인해 신재생 에너지, 그중에서도 바이오매스를 이용한 에너지 생산에 대한 관심이 높아지고 있다. 바이오매스 자원은 탄소 중립 자원으로 인정받고 있어 국내의 이산화탄소 배출 저감에도 크게 기여할 수 있다. 이에 따라서 바이오매스 자원들을 이용하는 열화학적 전환 공정들이 다양하게 개발되고 있다. 현재 개발되고 있는 바이오매스 에너지 전환 공정은 고정층, 유동층, 순환유동층 등으로 매우 다양하나, 바이오매스 자원은 높은 수분 함량은 바이오매스 에너지 전환 공정의 경제성을 악화시키고 있으며 저수분의 바이오매스 자원들의 이용은 규모의 경제를 달성하기 어렵다.
관련하여 현재 유기성 폐기물계 바이오매스를 에너지로 전환하기 위하여 상용화된 기술로는 크게 건조기반의 고형연료 생산과 생물학적 혐기소화기반의 바이오가스 생산기술로 구분된다. 건조기반의 고형연료 생산은 함수율이 높기 때문에 건조단계에서 다량의 에너지가 소비되어 실질적인 잉여 에너지 생산효율은 매우 낮다. 유기성 폐기물계 바이오매스류의 평균 함수율을 80%수준이라고 기준하면 1kg의 유기성 폐기물계 바이오매스류 건조단계에서 약 640kcal(열효율 80%기준)가 소비된다. 이에 비하여 1kg의 유기성 폐기물계 바이오매스류의 건조 후 생산된 고형연료의 에너지량은 음식물류 폐기물 약 900kcal, 하수슬러지 약 700kcal, 폐수슬러지 약 640kcal, 가축분뇨 약 800kcal 수준으로 대부분 건조에너지로 소비하고 잉여에너지 생산량은 미비한 수준이다. 생물학적 혐기소화기반의 바이오가스 생산은 건조에너지를 소비하지 않는다는 장점이 있지만 유기물질의 생물학적 전환에 한계가 있기 때문에 잠재에너지의 평균 50%이하 수준으로 바이오메탄을 생산한다. 바이오메탄으로 전환되지 못한 나머지 50%는 주로 혐기소화액에 잔류하게 되며 이차적인 환경오염원이 될 수 있다. 혐기소화액을 비료자원으로 활용할 경우 환경적인 문제를 해소할 수 있지만 현실적으로 발생하는 혐기소화액 전부를 비료로 활용할 수 없기 때문에 이차적인 폐수처리가 수반되어야 하며 폐수처리 관점에서 고농도 유기성 폐수를 처리해야하며 이 과정에서 높은 운전비용이 소비된다는 문제점이 있다.
한편 유동층 가스화 장치는 상향 흐름을 갖는 반응 기체로 인해 고체층이 부유하여 기체 및 액체와 같은 유동을 하며 기체-고체, 고체-고체가 매우 빠르게 혼합되어 가스화 반응을 일으키는 장치로, 고온의 유동매질과 연료 및 산화제의 완전혼합을 통해 기체-고체의 접촉이 완벽히 일어나며, 이에 따라 반응속도가 빠르고 효율이 증대될 수 있다. 또한 비교적 광범위한 연료를 사용할 수 있으며, 낮은 온도에서도 반응이 빠르게 진행되고, 회분이 건식으로 처리되어 회분의 슬래그(Slag) 배출로 인한 열손실을 줄일 수 있는 특징이 있다. 일반적으로, 유동층 가스화 장치는 대체 에너지 개발 및 폐기물 처리 등의 여러 화학공정 분야에서, 석탄이나 슬러지 또는 폐고분자, 폐목재 및 폐타이어 등의 가스화와 관련된 에너지 전환공정 및 에너지 회수공정에서 사용되어 왔으며, 이에 대한 광범위한 연구 및 개발이 진행되고 있다.
또한, 유동층 가스화 장치는 다른 종류의 가스화 반응기에 비해 우수한 열전달 특성을 가지며, 반응로 내의 균일한 온도 분포로 인해 가스화 생성가스의 수율 및 조성이 일정하며, 고체 반응물의 반응로 내의 체류시간이 비교적 길고, 고체가 유체와 같은 흐름을 갖고 있어 고체 처리가 용이하다는 여러 가지 장점을 갖는다. 이와 같이 유동층 가스화 장치는 고체를 처리함에 따라 생성되는 고품질의 합성가스와 고온의 연소 가스를 얻는 것을 주목적으로 하기 때문에, 고열량화 및 수율증대를 위해 여러 방식으로 연구 및 개발되고 있다.
특허로 등록된 기존의 바이오매스 가스화 공정들을 보면, 합성가스 생산을 위하여 농임산 폐기물을 500-900의 온도에서 조업되는 가스화기에 주입하여 산소 또는 증기를 가스화제로 이용하여 합성가스를 생산한다(국내 특허 제0659497호). 통상적인 바이오매스 가스화 공정은 가스화 반응기, 정제기(타르, 목초 회수, 스크러버 등으로 구성), 가스화제 주입 등으로 구성되어 있다(국내 특허 제0742159호). 더불어 바이오매스 가스화 공정에 추가적인 타르 제거 시스템을 설치하여 효율을 향상시키려고 하였다 (국내 특허10-2009-0129730호). 이외에 대부분이 수분으로 구성된 미세조류를 이용하여 초임계수를 이용한 가스화 설비도 개발되었다 (국내 특허 제10-1142818호).
이와같이 지금까지 개발된 대부분의 바이오매스 가스화 공정은 저수분 바이오매스 자원들의 이용이 요구되거나 초임계 조건과 같이 공정 및 운전 비용이 과다하게 필요하다는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 바이오매스 가스화 시스템에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 바이오매스의 건조 공정에 재이용되도록 함으로써 고함수 바이오매스 자원에의 적용이 가능하면서도 공정의 효율을 현저하게 높일 수 있도록 하였다.
따라서 본 발명은 바이오매스 가스화 시스템을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 바이오매스 가스화 시스템을 이용하는 바이오매스 가스화 방법을 제공하는 것을 다른 해결과제로 한다.
또한 본 발명은 상기 바이오매스 가스화 시스템을 포함하는 바이오매스 발전 시스템을 제공하는 것을 또다른 해결과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,
2단 유동층 가스화 반응장치를 이용하는 바이오매스 가스화 시스템에 있어서,
바이오매스를 건조시키는 바이오매스 건조부와, 상기 건조부에서 건조된 바이오매스를 공급받아 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부 및 반응장치 본체로 상기 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부로 이루어지는 바이오매스 공급장치;
공기 또는 산소를 예열하여 상기 반응장치로 고온의 공기 또는 산소를 공급하는 열 공급장치;
바이오매스 주입부로부터 바이오매스를 제공받고 상기 공급부로부터 고온의 공기 또는 산소를 공급받아 고온에서 프로듀서 가스를 생산하는 2단 유동층 가스화 반응장치;
상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 공급받아 상기 프로듀스 가스를 정제하는 정제 장치; 및
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부를 상기 바이오매스 건조부로 공급하는 프로듀서 가스 공급라인을 더 포함하여,
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되도록 하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 바이오매스 건조부는,
건조기의 열원으로 프로듀서 가스를 공급받도록 상기 프로듀서 가스 공급라인과 연결되어 형성된 프로듀서 가스 주입구가 형성되고, 바이오매스를 교반시킬 수 있는 교반기를 포함하는 열풍 순환식 건조기를 포함하여 이루어진다.
보다 바람직하게는, 상기 바이오매스 건조부는, 바이오매스 처리공간의 한쪽에 바이오매스 투입호퍼가 형성되고, 상기 투입호퍼의 반대쪽 하부에 건조된 바이오매스를 배출하는 배출구가 형성된 건조기본체와,
상기 건조기본체의 바이오매스 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 바이오매스를 이송 및 교반시키는 스크루날개가 형성된 교반기와,
상기 건조기본체에 프로듀서 가스 공급라인으로부터 프로듀서 가스를 공급하도록 상기 투입호퍼 일측에 이격되게 설치된 프로서 가스 주입구 및
상기 투입호퍼의 반대쪽 말단에 형성된 배출구와 상기 투입호퍼의 다른 일측에 이격되게 형성된 폐열풍 주입구가 연결되도록 설치되어 상기 건조기 내부에서 발생된 폐열을 회수하고 회수된 폐열을 다시 건조기본체로 공급하여 열원으로 재이용할 수 있도록 하는 폐열풍 순환라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 정제장치는, 상기 공급된 프로듀스 가스로부터 분진을 분리하는 사이클론 장치와, 상기 사이클론장치에서 분진을 제거한 프로듀서 가스를 다시 여과하여 정제하는 필터장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 바이오매스의 가스화 방법에 있어서,
상기 바이오매스 가스화 시스템을 이용하여,
상기 바이오매스 공급장치 및 열 공급장치로부터, 건조시킨 바이오매스와 고온의 공기 또는 산소를 반응장치로 각각 공급하는 단계:
상기 반응장치 내에서 상기 바이오매스와 공기 또는 산소 및 유동물질을 반응시켜 프로듀서 가스를 생산하는 단계; 및
상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 상기 정제장치로 공급하여 상기 프로듀스 가스를 정제하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부는 상기 프로듀서 가스 공급라인을 이용하여 상기 바이오매스 건조부로 공급하여, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 방법을 제공한다.
또한 상기 또다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은,
상기 바이오매스 가스화 시스템; 및
상기 가스화 시스템으로부터 프로듀서 가스를 공급받아 발전하는 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스의 가스화를 이용한 발전 시스템을 제공한다.
상기 본 발명에 따른 바이오매스 가스화 시스템 및 이를 포함하는 발전 시스템은 교반기와 폐열풍 순환라인을 구비하는 건조기를 이용하여 바이오매스를 건조시켜 공급하고, 가스화 반응장치로부터 생성된 프로듀서 가스의 일부를 열원으로 제공받도록 구성되어 공급되는 에너지의 재사용을 통한 에너지 절감은 물론 이를 통해 에너지 생산 효율을 높일 수 있도록 한 효과가 있다.
또한 이러한 공정으로 시스템을 운전할 경우 가스화 반응장치는 고함수 바이오매스 자체를 저감시키는 장치로 응용도 가능하게 되며, 이는 함수율 80%인 탈수케익을 함수율 30% 탈수케익으로 건조시키면 초기 무게 대비 30% 정도로 줄일 수 있으며 이를 가스화하면 분진만 남기 때문에 하수처리장에서 문제가 되는 탈수케익 처리에 이용하는 것도 가능하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템과 이를 포함하는 발전 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 설계도 및 제작된 열풍 건조기를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예와의 비교를 위하여 제작된 건조기의 모식도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 건조기를 이용한 슬러지의 건조 후 건조 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조기를 이용하여 슬러지를 4시간 건조 후 건조상태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 설계도 및 제작된 열풍 건조기를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예와의 비교를 위하여 제작된 건조기의 모식도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 비교예에 따른 건조기를 이용한 슬러지의 건조 후 건조 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건조기를 이용하여 슬러지를 4시간 건조 후 건조상태를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 바이오매스 가스화 시스템은 하수슬러지와 같은 바이오매스를 건조시킨 후 바이오매스를 가스화하여 하수슬러지와 같은 고함수의 바이오매스를 가스화할 수 있고, 상기 바이오매스의 건조시 가스화 시스템에서 생산된 프로듀서 가스의 열을 이용하여 고함수 바이오매스를 효율적으로 건조시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 바이오매스 가스화 시스템과 이를 포함하는 발전 시스템을 도시한 구성도이다.
본 실시예에 따른 가스화 시스템은 바이오매스 공급장치(100), 열 공급장치(200), 가스화 반응장치(300), 정제장치(400) 및 프로듀서 가스 공급라인(500)을 포함하여 구성되며, 상기 구성요소들은 파이프와 같이 유체를 이동시키는 연결수단을 통해 결합된다. 구체적으로, 본 발명의 바이오매스 가스화 시스템은 2단 유동층 가스화 반응장치를 이용하는 바이오매스 가스화 시스템에 있어서, 바이오매스를 건조시키는 바이오매스 건조부와, 상기 건조부에서 건조된 바이오매스를 공급받아 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부 및 반응장치 본체로 상기 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부로 이루어지는 바이오매스 공급장치(100); 공기 또는 산소를 예열하여 상기 반응장치로 고온의 공기 또는 산소를 공급하는 열 공급장치(200); 바이오매스 주입부로부터 바이오매스를 제공받고 상기 공급부로부터 고온의 공기 또는 산소를 공급받아 고온에서 프로듀서 가스를 생산하는 2단 유동층 가스화 반응장치(300); 상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 공급받아 상기 프로듀스 가스를 정제하는 정제 장치(400); 및 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부를 상기 바이오매스 건조부로 공급하는 프로듀서 가스 공급라인(500)을 더 포함하여, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 바이오매스는 수분함량이 50wt% 이상인 고함수 바이오매스일 수 있으며, 수분함량이 80wt% 정도인 하수 슬러지와 같은 유기성 폐기물을 포함한다.
본 발명에 있어서 상기 바이오매스 공급장치(100)는 바이오매스를 건조시키는 바이오매스 건조부(110)와, 상기 건조부에서 건조된 바이오매스를 공급받아 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부(120) 및 반응장치 본체로 상기 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부(130)로 이루어져, 바이오매스 건조부에서 하수슬러지와 같은 고함수 바이오매스를 건조시킨 후 이를 바이오매스 저장부에 저장하고, 바이오매스 공급부를 통하여 가스화 반응장치(300)로 공급한다.
이 때, 상기 바이오매스 건조부(110)는 건조기의 열원으로 프로듀서 가스를 공급받도록 상기 프로듀서 가스 공급라인과 연결되어 형성된 프로듀서 가스 주입구가 형성되고, 바이오매스를 교반시킬 수 있는 교반기를 포함하는 열풍 순환식 건조기를 포함하여 이루어진다.
즉, 열풍 순환식 건조기의 열원으로서 프로듀서 가스 공급라인으로부터 정제하기 전의 프로듀서 가스를 공급받음으로써 바이오매스 건조공정에서 사용되는 에너지의 사용량을 절감시킴으로써 바이오매스의 가스화를 통한 에너지 생산 효율을 높일 수 있게 된다. 또한, 상기 프로듀서 가스 열풍에 의한 건조시 바이오매스의 내부까지 건조시키면서 건조시간의 단축을 위해서는 건조기 내부에 바이오매스를 교반시킬 수 있는 교반기를 구비함으로써 바이오매스를 혼합시킴으로써 프로듀서 가스 열풍이 바이오매스 표면과 내부를 균일하게 건조시키도록 하는 것이 중요하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 모식도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상기 열풍 순환식 건조기의 설계도 및 제작된 열풍 건조기를 나타낸 것이다.
이를 참고하면, 상기 열풍 순환식 건조기는, 바이오매스 처리공간의 한쪽에 바이오매스 투입호퍼가 형성되고, 상기 투입호퍼의 반대쪽 하부에 건조된 바이오매스를 배출하는 배출구가 형성된 건조기본체와, 상기 건조기본체의 바이오매스 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 바이오매스를 이송 및 교반시키는 스크루날개가 형성된 교반기와, 상기 건조기본체에 프로듀서 가스 공급라인으로부터 프로듀서 가스를 공급하도록 상기 투입호퍼 일측에 이격되게 설치된 프로서 가스 주입구 및 상기 투입호퍼의 반대쪽 말단에 형성된 배출구와 상기 투입호퍼의 다른 일측에 이격되게 형성된 폐열풍 주입구가 연결되도록 설치되어 상기 건조기 내부에서 발생된 폐열을 회수하고 회수된 폐열을 다시 건조기본체로 공급하여 열원으로 재이용할 수 있도록 하는 폐열풍 순환라인을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 열풍 순환식 건조기는 열원으로서 가스화 반응장치에서 발생된 프로듀서 가스를 이용함은 물론, 사용된 열풍을 재이용하여 에너지 효율을 높이도록 구성된다.
구체적으로, 가스화 반응장치에서 발생된 프로듀서 가스를 특별한 정제 장치 없이 바이오매스 건조부의 열원으로 사용하게 되는 바, 초기 가스화 반응장치의 내부 온도가 500℃ 정도이며, 바이오매스의 연소로 인해 발생되는 연소열로 가스화 반응장치 내부 온도가 800℃ 정도로 유지된다. 이때 발생되는 프로듀서 가스는 활성탄 층을 통과하면서 활성탄 층에 설치된 히터로 온도가 800℃를 유지하게 되고, 이 프로듀서 가스를 건조 열풍으로 사용하게 되는 것이다. 이에 따라 함수율 80%인 탈수케이크를 함수율 30% 탈수케이크로 건조시킬 수 있게 되며, 이 경우 초기 무게 대비 30% 정도로 줄일 수 있으며 이를 가스화하여 에너지를 생산함으로써 에너지 생산효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
도 4는 본 발명의 탈수 케이크 비교를 위하여 제작된 건조기의 모식도를 나타낸 것으로, 상기 비교예에 따른 건조기를 이용하여 탈수케이크 200kg을 10kW의 동력으로 2시간, 4시간 건조시킨 후의 건조상태를 도 5에 나타내었다. 또한 도 6에는 본 발명의 바람직한 실시예인 도 3에 따른 건조기를 이용하여 4시간 건조 후 건조상태를 나타내었다.
이를 참고하면, 함수율 80% 탈수케이크의 경우 비교예에 따른 건조기를 이용할 경우 2시간, 4시간 후의 함수율이 오히려 2~3%로 증가하였으며 이는 탈수케이크 내의 미생물의 세포벽 밖으로 유출된 수분으로 인해 증가인 것으로 판단된다. 즉, 열풍형 건조기는 소량의 건조물을 장시간 건조하면 함수율을 낮출 수 있으나 대량의 건조물을 건조시키기에는 한계가 있는 것으로 나타났다. 반면, 본 발명의 실시예에 따른 가스화 반응장치의 프로듀서 가스를 건조기의 열원으로 이용하는 경우 프로듀서 가스의 고온 열풍에 의하여 4시간 건조 후에 함수율 30% 수준으로 건조됨을 확인할 수 있었다.
상기 교반기와 폐열풍 순환라인을 구비하는 건조기를 이용하여 바이오매스를 건조시켜 공급하고, 가스화 반응장치로부터 생성된 프로듀서 가스의 일부를 열원으로 제공받도록 구성된 본 발명의 바이오매스 가스화 시스템은, 공급되는 에너지의 재사용을 통한 에너지 절감은 물론 이를 통해 에너지 생산 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
또한 본 발명에 있어서 상기 정제장치(400)는, 상기 공급된 프로듀스 가스로부터 분진을 분리하는 사이클론 장치와, 상기 사이클론장치에서 분진을 제거한 프로듀서 가스를 다시 여과하여 정제하는 필터장치를 포함할 수 있다.
또한 상기 본 발명에 따른 바이오매스 가스화 시스템을 이용하면,
상기 바이오매스 공급장치 및 열 공급장치로부터, 건조시킨 바이오매스와 고온의 공기 또는 산소를 반응장치로 각각 공급하는 단계: 상기 반응장치 내에서 상기 바이오매스와 공기 또는 산소 및 유동물질을 반응시켜 프로듀서 가스를 생산하는 단계; 및 상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 상기 정제장치로 공급하여 상기 프로듀스 가스를 정제하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부는 상기 프로듀서 가스 공급라인을 이용하여 상기 바이오매스 건조부로 공급하여, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스화 시스템의 가스화 반응장치 유동층에서 발생된 프로듀서 가스를 가스화 반응장치의 고정층에 있는 활성탄에서 타르를 제거하고 사이클론 장치와, 필터장치를 통해 가스 정제 후 가스엔진을 통한 전기를 생산할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 상기 본 발명에 따른 바이오매스 가스화 시스템과, 상기 가스화 시스템으로부터 프로듀서 가스를 공급받아 발전하는 발전장치를 포함하는 바이오매스의 가스화를 이용한 발전 시스템을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 바이오매스 가스화 시스템의 가스화 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스 중 일부를 바이오매스 건조를 위해 바이오매스 건조부로 유입시키며 나머지는 정제 후 가스엔진을 통한 전기를 생산할 수 있다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 바이오매스로서 하수슬러지 1kg 당 0.6~0.7kW의 전기를 생산할 수 있는데, 가스화 반응장치 유동층에서 발생된 프로듀서 가스 중 일부를 바이오매스 건조부로 공급하게 되면 함수율을 80%에서 30% 수준으로 감소시킬 수 있게 되어, 바이오매스 공급부에서 공급되는 바이오매스의 무게를 현저하게 감소시키게 되므로, 공급되는 에너지를 절감시키면서도 발전 시스템에 의한 에너지 생산 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 이러한 공정으로 시스템을 운전할 경우 가스화 반응장치는 고함수 바이오매스 자체를 저감시키는 장치로 응용도 가능하게 되며, 이는 함수율 80%인 탈수케이크을 함수율 30% 탈수케이크으로 건조시키면 초기 무게 대비 30% 정도로 줄일 수 있으며 이를 가스화하면 분진만 남기 때문에 하수처리장에서 문제가 되는 탈수케이크 처리에 이용하는 것도 가능하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
100: 바이오매스 건조장치
110: 바이오매스 건조부
120: 바이오매스 저장부 120: 바이오매스 공급부
200: 열 공급장치 300: 가스화 반응장치
400: 정제장치 410: 사이클론
411: 사이클론 호퍼 420: 필터
421; 필터 호퍼 500: 프로듀서 가스 공급라인
600: 공기 냉각기 700: 합성가스 냉각기
800: 응축 드럼 900: 가스 엔진
120: 바이오매스 저장부 120: 바이오매스 공급부
200: 열 공급장치 300: 가스화 반응장치
400: 정제장치 410: 사이클론
411: 사이클론 호퍼 420: 필터
421; 필터 호퍼 500: 프로듀서 가스 공급라인
600: 공기 냉각기 700: 합성가스 냉각기
800: 응축 드럼 900: 가스 엔진
Claims (6)
- 2단 유동층 가스화 반응장치를 이용하는 바이오매스 가스화 시스템에 있어서,
바이오매스를 건조시키는 바이오매스 건조부와, 상기 건조부에서 건조된 바이오매스를 공급받아 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부 및 반응장치 본체로 상기 저장된 바이오매스를 공급하는 바이오매스 공급부로 이루어지는 바이오매스 공급장치;
공기 또는 산소를 예열하여 상기 반응장치로 고온의 공기 또는 산소를 공급하는 열 공급장치;
바이오매스 주입부로부터 바이오매스를 제공받고 상기 공급부로부터 고온의 공기 또는 산소를 공급받아 고온에서 프로듀서 가스를 생산하는 2단 유동층 가스화 반응장치;
상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 공급받아 상기 프로듀스 가스를 정제하는 정제 장치; 및
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부를 상기 바이오매스 건조부로 공급하는 프로듀서 가스 공급라인을 더 포함하여,
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되도록 하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 바이오매스 건조부는,
건조기의 열원으로 프로듀서 가스를 공급받도록 상기 프로듀서 가스 공급라인과 연결되어 형성된 프로듀서 가스 주입구가 형성되고, 바이오매스를 교반시킬 수 있는 교반기를 포함하는 열풍 순환식 건조기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 열풍 순환식 건조기는,
바이오매스 처리공간의 한쪽에 바이오매스 투입호퍼가 형성되고, 상기 투입호퍼의 반대쪽 하부에 건조된 바이오매스를 배출하는 배출구가 형성된 건조기본체와,
상기 건조기본체의 바이오매스 처리공간을 관통하여 상하좌우 방향의 요동이 방지되도록 지지되고 그 외면에 길이방향으로 연속되게 바이오매스를 이송 및 교반시키는 스크루날개가 형성된 교반기와,
상기 건조기본체에 프로듀서 가스 공급라인으로부터 프로듀서 가스를 공급하도록 상기 투입호퍼 일측에 이격되게 설치된 프로서 가스 주입구 및
상기 투입호퍼의 반대쪽 말단에 형성된 배출구와 상기 투입호퍼의 다른 일측에 이격되게 형성된 폐열풍 주입구가 연결되도록 설치되어 상기 건조기 내부에서 발생된 폐열을 회수하고 회수된 폐열을 다시 건조기본체로 공급하여 열원으로 재이용할 수 있도록 하는 폐열풍 순환라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 정제장치는, 상기 공급된 프로듀스 가스로부터 분진을 분리하는 사이클론 장치와, 상기 사이클론장치에서 분진을 제거한 프로듀서 가스를 다시 여과하여 정제하는 필터장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 시스템.
- 바이오매스의 가스화 방법에 있어서,
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 바이오매스 가스화 시스템을 이용하여,
상기 바이오매스 공급장치 및 열 공급장치로부터, 건조시킨 바이오매스와 고온의 공기 또는 산소를 반응장치로 각각 공급하는 단계:
상기 반응장치 내에서 상기 바이오매스와 공기 또는 산소 및 유동물질을 반응시켜 프로듀서 가스를 생산하는 단계; 및
상기 반응장치에서 생산된 프로듀서 가스의 일부를 상기 정제장치로 공급하여 상기 프로듀스 가스를 정제하는 단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스의 일부는 상기 프로듀서 가스 공급라인을 이용하여 상기 바이오매스 건조부로 공급하여, 상기 반응장치에서 생성된 프로듀서 가스가 바이오매스의 건조시 열원으로 재이용되는 것을 특징으로 하는, 바이오매스 가스화 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 바이오매스 가스화 시스템; 및
상기 가스화 시스템으로부터 프로듀서 가스를 공급받아 발전하는 발전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 바이오매스의 가스화를 이용한 발전 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160124031A KR101845858B1 (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 바이오매스 가스화 시스템, 이를 이용한 바이오매스 가스화 방법 및 바이오매스 가스화를 이용한 발전 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020160124031A KR101845858B1 (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 바이오매스 가스화 시스템, 이를 이용한 바이오매스 가스화 방법 및 바이오매스 가스화를 이용한 발전 시스템 |
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-
2016
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