KR20180059120A - 활성탄 재순환식 가스화 장치 - Google Patents

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Abstract

활성탄 재순환식 가스화 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 유동매체가 충진되고, 외부로부터 원료를 제공받아 유동층 가스화 반응이 일어나는 가스화 반응기; 상기 가스화 반응기의 상부에 배치되며, 상기 가스화 반응기에서 합성가스와 함께 배출되는 타르를 흡착하는 활성탄이 저장된 고정층 반응기; 상기 고정층 반응기에서 배출된 타르 흡착 활성탄을 일시 저장하도록 상기 고정층 반응기의 일측에 연결되는 활성탄 제1호퍼; 상기 활성탄 제1호퍼에 저장된 타르 흡착 활성탄에서 타르를 제거하는 타르제거수단; 상기 활성탄 제1호퍼와 연결되어 타르가 제거된 재생 활성탄을 다른 장소로 이송시키는 활성탄 수송수단; 상기 활성탄 수송수단에 의해 상기 재생 활성탄을 공급받아 저장하는 활성탄 제2호퍼; 및 상기 활성탄 제2호퍼와 상기 고정층 반응기를 서로 연결하여 상기 재생 활성탄을 상기 고정층 반응기에 투입하는 활성탄 투입수단을 포함하는 활성탄 재순환식 가스화 장치가 제공될 수 있다.

Description

활성탄 재순환식 가스화 장치{GASIFIER FOR RECYCLING ACTIVATED CARBON}
본 발명은 활성탄 재순환식 가스화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스화 공정은 그 반응 및 가스화 생성물의 목적에 따라 가스화기 및 조업 조건 등이 결정되고, 가스화기의 종류에 따라 분류층, 이동층 및 유동층 가스화 장치로 분류될 수 있다.
유동층 가스화 장치는, 상향 흐름을 갖는 반응 기체로 인해 고체층이 부유된 상태로 유동을 하며 혼합되어 가스화 반응을 일으키는 장치로서, 고온의 유동 매질과 연료 및 산화제의 완전 혼합을 통해 기체-고체의 접촉이 완벽히 일어나며, 이에 따라 반응 속도가 빠르고 효율이 증대될 수 있다.
또한 비교적 광범위한 연료를 사용할 수 있으며, 반응 온도가 1,000℃ 이하로 비교적 낮아서 회분이 건식으로 처리되어 회분의 슬래그 배출로 인한 연손실을 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 연구가 진행되고 있다.
유동층 가스화 장치는 다른 여러 종류의 유동층 가스화 반응기에 비해 우수한 열전달 특성을 가지며, 반응로 내의 균일한 온도 분포로 인해 가스화 생성 가스의 수율 및 조성이 일정하며, 고체 반응물의 반응로 내의 체류 시간이 길뿐만 아니라 고체가 유체와 같은 흐름을 갖고 있어 고체 처리가 용이하다는 등 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 수율 증대를 위해 여러 방식으로 연구 개발되고 있다.
종래 유동층 가스화 장치는 유동층 가스화 구간의 상부에서 합성가스에 포함된 타르를 흡착하기 위해 활성탄이 충진된 고정층을 제공하고 있다. 그러나 종래 유동층 가스화 장치는 활성탄을 보충하거나 순환시키는 장치가 구비되어 있지 않으므로 일정 시간 동안 운전하여 타르가 흡착된 활성탄을 별도로 배출시키고 다시 새 활성탄으로 충진해야 하는 과정을 반복해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 종래 유동층 가스화 장치는 다량의 타르를 흡착할 수 있도록 많은 양의 활성탄을 충진해야 하기 때문에 장치의 부피가 증가되어야 하고, 이에 따라 반응기 제작 비용이 증가하며, 사용이 끝난 활성탄은 별도의 재생 설비를 구비하지 않으면 전량 폐기해야 하므로 지속적인 비용 소모가 발생하는 문제점이 있다.
또한, 종래 유동층 가스화 장치는 사용이 끝난 활성탄을 배출하기 위해서 가스화 장치의 운전을 중단해야 하는 문제점이 있는데, 이는 가스화 장치의 운전을 중단하지 않고 활성탄을 배출하게 되면 가스화 장치 내부의 합성 가스가 외부 대기 중의 산소와 접촉하여 폭발 및 화재가 발생하기 때문이다.
한국등록특허 제10-1271793호(2013. 05. 30 등록)
본 발명의 실시예들은, 가스화기의 운전 중 타르를 흡착하여 사용이 끝난 활성탄을 자동으로 배출한 후 재생하고, 이렇게 재생된 활성탄을 재공급하는 방식으로 운전 중 활성탄을 계속해서 재순환할 수 있는 활성탄 재순환식 가스화 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부에 유동매체가 충진되고, 외부로부터 원료를 제공받아 유동층 가스화 반응이 일어나는 가스화 반응기; 상기 가스화 반응기의 상부에 배치되며, 상기 가스화 반응기에서 합성가스와 함께 배출되는 타르를 흡착하는 활성탄이 저장된 고정층 반응기; 상기 고정층 반응기에서 배출된 타르 흡착 활성탄을 일시 저장하도록 상기 고정층 반응기의 일측에 연결되는 활성탄 제1호퍼; 상기 활성탄 제1호퍼에 저장된 타르 흡착 활성탄에서 타르를 제거하는 타르제거수단; 상기 활성탄 제1호퍼와 연결되어 타르가 제거된 재생 활성탄을 다른 장소로 이송시키는 활성탄 수송수단; 상기 활성탄 수송수단에 의해 상기 재생 활성탄을 공급받아 저장하는 활성탄 제2호퍼; 상기 활성탄 제2호퍼와 상기 고정층 반응기를 서로 연결하여 상기 재생 활성탄을 상기 고정층 반응기에 투입하는 활성탄 투입수단을 포함하는, 활성탄 재순환식 가스화 장치가 제공될 수 있다.
또한 상기 활성탄 재순환식 가스화 장치는, 상기 가스화 반응기에 상기 원료를 공급하기 위해 상기 원료가 저장되는 원료충진 호퍼; 및 상기 원료충진 호퍼의 원료를 상기 가스화 반응기에 주입하는 원료주입스크류를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 원료충진 호퍼에는 질소를 충진하는 질소충진부가 구비되고, 상기 원료충진 호퍼와 상기 원료주입스크류 사이에는 상기 원료 및 질소의 공급을 차단하는 공급차단밸브가 설치될 수 있다.
또한 상기 가스화 반응기의 하부에는 공기 또는 산소를 공급받기 위한 에어공급라인이 설치될 수 있다.
여기서 상기 활성탄 재순환식 가스화 장치는, 상기 고정층 반응기와 상기 활성탄 제1호퍼 사이에 설치되어 상기 고정층 반응기의 활성탄을 상기 활성탄 제1호퍼로 배출시키는 활성탄 배출스크류; 및 상기 활성탄 배출스크류와 상기 활성탄 제1호퍼 사이에 제공되어 상기 활성탄의 배출을 차단하는 배출차단 밸브를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 타르제거수단은, 상기 활성탄 제1호퍼에 고온의 스팀을 주입하여 상기 활성탄에서 타르가 제거되도록 하는 스팀공급밸브일 수 있다.
또한 상기 활성탄 수송수단은, 상기 활성탄 제1호퍼와 상기 활성탄 제2호퍼를 연결하여 상기 재생 활성탄이 상기 활성탄 제2호퍼로 이송되도록 하는 기류수송라인; 상기 활성탄 제1호퍼에 가압 질소를 공급하여 상기 활성탄 제1호퍼에 있는 활성탄이 상기 기류수송라인을 통해 상기 활성탄 제2호퍼로 이동되도록 하는 활성탄가압밸브; 및 상기 기류수송라인에 개폐 가능하게 설치되어 내부 흐름을 차단하는 기류 조절밸브를 포함할 수 있다.
또한 상기 활성탄 제2호퍼에는 내부의 기체류를 외부로 배출하는 배기밸브가 구비될 수 있다.
또한 상기 활성탄 제2호퍼에는 상기 고정층 반응기에서 배출되는 합성가스를 공급받아 내부에 저장된 재생 활성탄을 예열하는 가열라인이 구비될 수 있다.
또한 상기 활성탄 제2호퍼에는 상기 활성탄 제2호퍼에 질소를 공급하는 질소공급밸브가 구비될 수 있다.
또한 상기 활성탄 투입수단은, 상기 활성탄 제2호퍼와 상기 고정층 반응기 사이에 설치되어 상기 활성탄 제2호퍼의 재생 활성탄을 상기 고정층 반응기로 투입하는 투입스크류; 및 상기 활성탄 제2호퍼와 상기 투입스크류 사이에 설치되어 활성탄의 투입을 차단하는 투입차단밸브를 포함할 수 있다.
또한 상기 가스화 반응기의 일측에는 회재를 외부로 배출하기 위한 회재배출수단이 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 실시예에 의하면, 가스화기의 운전 중 타르를 흡착하여 사용이 끝난 활성탄을 자동으로 배출한 후 재생하고, 이렇게 재생된 활성탄을 재공급하는 방식으로 운전 중 활성탄을 계속해서 재순환할 수 있는 장점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄 재순환식 가스화 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 구성도,
도2 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄 재순환식 가스화 장치에서 활성탄의 배출, 재생, 기류 수송 및 재투입을 설명하기 위한 참고도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄 재순환식 가스화 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도2 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄 재순환식 가스화 장치에서 활성탄의 배출, 재생, 기류 수송 및 재투입을 설명하기 위한 참고도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 활성탄 재순환식 가스화 장치는, 가스화 반응기(100), 고정층 반응기(200), 활성탄 제1호퍼(300), 타르제거수단(400), 활성탄 수송수단(500), 활성탄 제2호퍼(600) 및 활성탄 투입수단(700)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예가 위에서 나열된 구성들을 포함한다는 의미는 이들 구성으로만 이루어진다는 뜻이 아니라 이들 구성을 기본적으로 포함한다는 뜻으로, 이외에도 다른 구성(예컨대, 유동층 가스화 장치에서 널리 알려진 공지기술)을 포함할 수 있다는 의미이지만, 공지기술에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 가스화 반응기(100)는 내부에 열전달 매체인 유동매체(101)가 충진될 수 있는데, 여기서 유동매체(101)에는 감람석과 같은 무기물의 유동사가 사용될 수 있다. 가스화 반응기(100)는 소정의 원료를 제공받아 내부에서 유동층 가스화 반응이 일어나도록 유도하는 구성으로서, 상기 원료(801)에는 고체 분말 또는 입자상의 바이오 매스가 사용될 수 있다. 가스화 반응기(100)는 유동층 가스화 장치에서 일반적으로 널리 알려진 구성이므로 더 이상의 설명은 생략한다.
또한 본 실시예는 원료충진 호퍼(800)와 원료주입 스크류(810)를 더 포함할 수 있다.
원료충진 호퍼(800)는 가스화하기 위한 원료(예컨대, 바이오매스 고체상 입자)를 가스화 반응기(100)에 공급하기 위해 상기 원료(801)를 저장하는 구성이다. 원료충진 호퍼(800)에 저장되는 상기 원료(801)는 5mm 이하의 건조된 입자 상태로 전처리될 수 있다.
또한 원료주입 스크류(810)는 원료충진 호퍼(800)에 저장된 상기 원료를 가스화 반응기(100)에 주입하여 가스화 반응기(100) 내부로 원료가 공급되도록 한다.
이때, 원료충진 호퍼(800)에는 원료충진 호퍼(800) 내부에 질소를 공급하여 충진하는 질소충진부(830)가 구비될 수 있다. 질소충진부(830)는 원료충진 호퍼(800)에 질소를 공급하여 원료충진 호퍼(800)를 가압함으로써 원료충진 호퍼(800)의 압력이 상기 가스화 반응기(100)의 압력보다 0.3bar 이상 높은 압력을 형성하도록 할 수 있다.
원료충진 호퍼(800)의 압력이 가스화 반응기(100) 압력보다 0.3bar 이상 높아지면 상기 원료를 가스화 반응기(100)에 공급할 때 가스화 반응기(100)에서 원료충진 호퍼(800) 쪽으로 역화가 일어나는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 가스화 반응기(100)는 가스화 반응이 일어날 때 온도와 압력이 상승하게 되는데, 원료충진 호퍼(800)의 압력이 가스화 반응기(100) 압력보다 낮게 되면 원료를 공급하려는 순간 역화가 발생하게 된다.
또한 원료충진 호퍼(800)와 원료주입 스크류(810) 사이에는 원료 및 질소의 공급을 차단하는 공급차단밸브(840)가 설치될 수 있다. 공급차단밸브(840)는 질소충진부(830)가 작동하여 원료충진 호퍼(800)의 압력을 가스화 반응기(100)보다 0.3bar 이상 높일 때 차단되어 압력의 상승이 원활하도록 하며, 원료충진 호퍼(800)의 압력이 일정 압력 이상으로 가압되면 개방되어 연료와 질소가 원료주입 스크류(810)를 통해 가스화 반응기(100)로 공급되도록 한다. 참고로 질소는 불활성의 안정 기체로서 다른 요소와 거의 반응하지 않으며 원료를 감싸서 가스화 반응기(100) 내부로 원료가 안정적으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, 가스화 반응기(100)의 하부에는 투입된 원료가 연소될 수 있도록 공기 또는 산소를 공급받기 위한 에어공급라인(110)이 설치될 수 있다. 에어공급라인(110)은 가스화 반응기(100)의 하부로 공기 또는 산소가 고르게 공급될 수 있도록 한다. 따라서 가스화 반응기(100) 내부로 유입된 원료가 공기 또는 산소와 만나 유동화 상태에서 부분 산화 반응을 일으키며 합성가스와 타르를 생성하게 된다.
한편, 상기 고정층 반응기(200)는 가스화 반응기(100)의 상부에 배치되며, 가스화 반응기(100)에서 합성가스와 함께 배출되는 타르를 흡착하는 활성탄(201)이 충진되는 구성이다.
가스화 반응기(100)에 투입된 원료는 가스화 반응이 일어나면서 합성가스와 타르를 생성하게 되는데, 이 합성가스와 타르는 상부에 있는 고정층 반응기(200)로 유입될 수 있다.
타르를 포함한 합성가스는 도2에 도시된 바와 같이 고정층 반응기(200)의 하부에 구비된 타공판(202)을 통과하여 고정층 반응기(200) 내부에 저장된 활성탄(201)과 접촉할 수 있다.
활성탄(201)과 접촉한 분자량이 큰 타르는 활성탄(201)의 기공에 흡착되며, 합성가스는 활성탄 층을 통과하므로 고정층 반응기(200)에서 활성탄에 의해 타르와 합성가스의 분리, 정제가 수행될 수 있다.
활성탄 층을 통과한 고온(대략 800℃ 이상)의 합성가스는 고정층 반응기(200)의 상부로 올라갈 수 있는데, 상부로 올라간 합성가스의 재활용에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
또한, 상기 활성탄 제1호퍼(300)는 고정층 반응기(200)에서 배출된 타르가 흡착된 활성탄(201)을 일시 저장하는 구성으로서, 고정층 반응기(200)의 일측에 연결된다.
즉, 고정층 반응기(200)에 저장되어 있다가 타르를 흡착한 활성탄(201)의 일부는 고정층 반응기(200)로부터 배출되어 활성탄 제1호퍼(300)에 일시적으로 저장될 수 있다.
여기서, 고정층 반응기(200)와 활성탄 제1호퍼(300) 사이에는 활성탄 배출스크류(210)가 제공될 수 있다. 또한 활성탄 배출스크류(210)와 활성탄 제1호퍼(300) 사이에는 배출차단 밸브(220)가 설치될 수 있다.
상기 활성탄 배출스크류(210)는 고정층 반응기(200)의 활성탄(201) 일부를 활성탄 제1호퍼(300)로 배출시키는 구성이다. 피드 스크류 방식으로 이루어진 상기 활성탄 배출스크류(210)가 동작하면 고정층 반응기(200)에 저장되어 있던 활성탄(201)이 활성탄 배출스크류(210)에 의해 활성탄 제1호퍼(300)로 이동할 수 있다.
또한, 상기 배출차단 밸브(220)는 활성탄 배출스크류(210)를 통해 활성탄 제1호퍼(300)로 전달되는 활성탄의 이동을 차단하여 상기 활성탄의 배출을 차단할 수 있다.
한편, 상기 타르제거수단(400)은 활성탄 제1호퍼(300)에 저장되어 있는 활성탄(201)에서 타르를 제거하여 재생 활성탄(301)을 만들기 위한 구성이다.
여기서, 타르제거수단(400)은 활성탄 제1호퍼(300)에 고온(대략 400℃)의 스팀을 주입하여 활성탄(201)에서 타르가 제거되도록 하는 스팀공급밸브(410)일 수 있다.
또한, 상기 활성탄 수송수단(500)은 활성탄 제1호퍼(300)와 연결되어 상기 타르제거수단(400)에 의해 타르가 제거된 재생 활성탄(301)을 다른 장소로 이송시킬 수 있다.
또한, 상기 활성탄 제2호퍼(600)는 활성탄 수송수단(500)에 의해 재생 활성탄(301)을 공급받아 저장할 수 있는 구성이다.
또한, 상기 활성탄 투입수단(700)은 활성탄 제2호퍼(600)와 고정층 반응기(200)를 서로 연결하여 활성탄 제2호퍼(600)에 저장되어 있는 재생 활성탄(301)을 고정층 반응기(200)에 투입할 수 있다.
여기서, 상기 활성탄 수송수단(500)은 기류수송라인(510)과, 활성탄가압밸브(520) 및 기류 조절밸브(530)를 포함할 수 있다.
기류수송라인(510)은 활성탄 제1호퍼(300)와 활성탄 제2호퍼(600)를 연결하는 구성으로 일종의 파이프 구조로 이루어질 수 있다. 기류수송라인(510)은 활성탄 제1호퍼(300)에 저장되어 있는 재생 활성탄(301)이 활성탄 제2호퍼(600)로 이송되도록 할 수 있다.
또한, 활성탄가압밸브(520)는 활성탄 제1호퍼(300)에 고압의 질소를 공급하여 활성탄 제1호퍼(300)에 있는 활성탄(301)이 기류수송라인(510)을 통해 활성탄 제2호퍼(600)로 이동되도록 할 수 있다. 활성탄가압밸브(520)는 필요에 따라 개방 또는 폐쇄되어 상기 활성탄 제1호퍼(300)에 고압의 질소를 공급하거나 차단할 수 있다.
또한, 상기 기류 조절밸브(530)는 기류수송라인(510) 상에 개폐 가능하게 설치되어 기류수송라인(510)의 내부 흐름을 차단할 수 있는바, 기류 조절밸브(530)가 닫히면 기류수송라인(510)을 통해 활성탄 및 기타 기체의 이동이 차단될 수 있다.
또한, 상기 활성탄 제2호퍼(600)에는 활성탄 제2호퍼(600)에 들어있는 기체류를 외부로 배출하기 위한 배기밸브(610)가 구비될 수 있다. 배기밸브(610)의 개폐에 따라 활성탄 제2호퍼(600)의 기체들이 외부로 배출 또는 차단될 수 있다.
이하, 활성탄 제1호퍼(300)에 저장된 활성탄(201)에서 타르를 제거하여 활성탄을 재생하고, 이렇게 재생된 재생 활성탄(301)을 활성탄 제2호퍼(600)로 이송하는 과정에 대해 설명한다.
먼저 도2에 도시된 바와 같이, 타르를 흡착한 활성탄(201)이 활성탄 제1호퍼(300)로 배출되어 저장되고 나면, 기류 조절밸브(530)와 배기밸브(610)가 개방되어 상기 활성탄 제1호퍼(300)의 압력이 상압이 되도록 한다.
이어서, 스팀공급밸브(410)에서 고온의 스팀을 활성탄 제1호퍼(300)에 공급하면, 타르가 흡착된 활성탄이 개질 및 산화반응을 통하여 타르가 기체상 물질인 CO, CO2및 기상의 탄화수소류 등으로 전환되고, 이러한 기체들은 기류수송라인(510)과 기류 조절밸브(530) 및 배기밸브(610)를 통해 외부로 배출되면서 상기 활성탄 제1호퍼(300)에 저장된 활성탄으로부터 타르가 제거된 재생 활성탄(301)이 만들어질 수 있다.
도3에 도시된 바와 같이, 활성탄(301)이 재생되고 나면 스팀공급밸브(410)는 차단되어 더 이상 스팀은 공급되지 않으며, 활성탄가압밸브(520)가 개방되면서 활성탄 제1호퍼(300)에 질소가 공급된다. 이때, 상기 기류 조절밸브(530) 및 배기밸브(610)는 여전히 개방 상태를 유지하게 된다.
이 상태에서 활성탄 제1호퍼(300)에 질소가 공급되면 질소는 활성탄 제1호퍼(300) 및 기류수송라인(510)에 채워져 있는 기체류 및 잔여 스팀을 배기밸브(610)를 통해 외부로 배출시킬 수 있다.
한편, 도4에 도시된 바와 같이 내부의 기체류 및 잔여 스팀이 외부로 완전히 배출되고 나면, 기류 조절밸브(530) 및 배기밸브(610)를 폐쇄한다. 그러나, 활성탄가압밸브(520)를 통하여 가압 질소는 여전히 활성탄 제1호퍼(300)에 공급되므로, 활성탄 제1호퍼(300)의 압력은 가압 질소에 의해 일정 압력에 도달할 때까지 상승한다.
활성탄 제1호퍼(300)가 가압질소에 의해 일정 압력으로 가압된 상태에서 도5에 도시된 바와 같이 기류 조절밸브(530)가 개방되면 압력 차이에 의해 활성탄 제1호퍼(300)에 있는 재생 활성탄(301)이 질소와 함께 기류수송라인(510)을 통해 활성탄 제2호퍼(600)로 이동된다. 이때 1mm 이하의 기공을 갖는 다공판 필터를 구비한 배기밸브(610)를 개방하여 활성탄 제2호퍼(600)의 압력을 상압에서 0.5 bar 이내로 조절한다.
재생 활성탄(301)의 기류 수송이 완료되고 나면, 도6에 도시된 바와 같이 배기밸브(610)가 차단된다.
한편, 다시 도1을 참조하면, 활성탄 제2호퍼(600)에는 고정층 반응기(200)에서 배출되는 합성가스를 공급받아 활성탄 제2호퍼(600)의 내부에 저장된 재생 활성탄(301)을 예열하는 가열라인(620)이 구비될 수 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 고정층 반응기(200)의 상부에는 활성탄 층을 통과한 고온의 합성가스가 모여 있는바, 이 합성가스는 상기 가열라인(620)을 통해 활성탄 제2호퍼(600)로 유입되어 활성탄 제2호퍼(600)에 저장되어 있는 재생 활성탄(301)과 열교환을 통해 재생 활성탄(301)을 예열할 수 있다.
가열라인(620)은 활성탄 제2호퍼(600) 내부에 코일 형태로 설치되어 재생 활성탄(301)과의 접촉 면적을 높일 수 있다. 재생 활성탄(301)이 예열되면 상기 고정층 반응기(200)에 재투입될 때 고정층 반응기(200)의 온도가 저하되는 것을 방지하여 효율 저하를 예방할 수 있다.
또한, 활성탄 제2호퍼(600)에는 활성탄 제2호퍼(600)에 질소를 공급하는 질소공급밸브(630)가 구비될 수 있다. 질소공급밸브(630)는 재생 활성탄(301)이 기류 수송을 통해 활성탄 제2호퍼(600)에 저장되고 난 후, 활성탄 제2호퍼(600) 내부에 가압 질소를 공급하여 활성탄 제2호퍼(600)의 압력이 상기 고정층 반응기(200)의 압력보다 대략 0.3 bar 이상 높도록 유지시킬 수 있다.
활성탄 제2호퍼(600)의 압력을 고정층 반응기(200)의 압력보다 높게 유지하는 이유는 앞의 원료충진 호퍼(800)의 압력을 높게 유지시키는 이유와 동일하다.
한편, 활성탄 제2호퍼(600)의 재생 활성탄(301)은 상기 활성탄 투입수단(700)에 의해 고정층 반응기(200)로 투입되는데, 활성탄 투입수단(700)은 투입스크류(710)와 투입차단밸브(720)를 포함할 수 있다.
투입스크류(710)는 활성탄 제2호퍼(600)와 고정층 반응기(200) 사이에 설치되어 활성탄 제2호퍼(600)의 재생 활성탄(301)을 고정층 반응기(200)로 투입할 수 있으며, 앞에서 설명한 원료주입 스크류(810)나 활성탄 배출스크류(210)와 동일하게 구성될 수 있다.
또한, 투입차단밸브(720)는 활성탄 제2호퍼(600)와 투입스크류(710) 사이에 설치되어 활성탄 제2호퍼(600)에 저장된 재생 활성탄(301)을 상기 투입스크류(710)에 공급 또는 차단할 수 있다.
따라서, 활성탄 제2호퍼(600)의 재생 활성탄(301)이 고정층 반응기(200)로 투입되기 위해서는 투입차단밸브(720)가 개방된 상태에서 투입스크류(710)가 동작될 수 있다. 여기서, 투입차단밸브(720)가 개방되기 전에 상기 활성탄 제2호퍼(600)의 압력은 가압 질소에 의해 고정층 반응기(200) 압력보다 최소 0.3bar 이상 높게 유지될 수 있다.
이와 같이 활성탄의 배출, 재생, 이송, 재투입 과정은 일정한 시간을 주기로 계속적으로 순환 반복될 수 있는바, 이에 따라 활성탄이 연속적으로 재생 및 재투입되므로 본 실시예에 따른 장치의 운전을 중지하지 않고도 타르가 침적된 활성탄의 연속적인 재사용이 가능하다.
한편, 상기 가스화 반응기(100)의 일측에는 회재를 외부로 배출하기 위한 회재배출수단(900)이 설치될 수 있다. 회재배출수단(900)은 바이오매스 고체상 입자로 이루어진 원료의 가스화 반응시, 가스화 반응에 의해 전환되지 않고 남은 고체상의 회재를 가스화 반응기(100) 외부로 배출할 수 있다.
상기 회재배출수단(900)은 회재 배출구(910)와, 회재 포집호퍼(920)와, 회재 배출호퍼(930)와, 회재호퍼 차단밸브(940) 및 회재 배출밸브(950)를 포함할 수 있다.
회재 배출구(910)는 가스화 반응기(100)에 일정 높이 이상 회재가 쌓였을 때 회재를 배출할 수 있도록 가스화 반응기(100)의 특정 높이에 형성될 수 있다.
회재 포집호퍼(920)는 회재 배출구(910)와 연결되어 회재 배출구(910)를 통해 배출된 회재를 1차로 포집하는 구성이다.
호재 배출호퍼는 회재 포집호퍼(920)와 연결되며 회재 포집호퍼(920)의 회재를 제공받아 2차로 저장하며, 회재를 외부로 배출하기 위한 구성이다.
또한 회재호퍼 차단밸브(940)는 회재 포집호퍼(920)와 회재 배출호퍼(930) 사이에 제공되며 회재 배출시 가스화 반응기(100) 내부와 차단하기 위한 구성이고, 회재 배출밸브(950)는 회재 배출호퍼(930)에 저장된 회재를 외부로 배출하기 위한 구성이다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.
100 : 가스화 반응기 200 : 고정층 반응기
201 : 타르 흡착 활성탄 210 : 활성탄 배출스크류
220: 배출차단밸브 300 : 활성탄 제1호퍼
301 : 재생 활성탄 400 : 타르제거수단
410 : 스팀공급밸브 500 : 활성탄 수송수단
510 : 기류수송라인 520 : 활성탄가압밸브
530 : 기류 조절밸브 600 : 활성탄 제2호퍼
610 : 배기밸브 620 : 가열라인
700 : 활성탄 투입수단 710 : 투입스크류
720 : 투입차단밸브 800 : 원료충진 호퍼
810 : 원료주입 스크류 830 : 질소충진부
840 : 공급차단밸브 900 : 회재배출수단

Claims (12)

  1. 내부에 유동매체가 충진되고, 외부로부터 원료를 제공받아 유동층 가스화 반응이 일어나는 가스화 반응기;
    상기 가스화 반응기의 상부에 배치되며, 상기 가스화 반응기에서 합성가스와 함께 배출되는 타르를 흡착하는 활성탄이 저장된 고정층 반응기;
    상기 고정층 반응기에서 배출된 타르 흡착 활성탄을 일시 저장하도록 상기 고정층 반응기의 일측에 연결되는 활성탄 제1호퍼;
    상기 활성탄 제1호퍼에 저장된 타르 흡착 활성탄에서 타르를 제거하는 타르제거수단;
    상기 활성탄 제1호퍼와 연결되어 타르가 제거된 재생 활성탄을 다른 장소로 이송시키는 활성탄 수송수단;
    상기 활성탄 수송수단에 의해 상기 재생 활성탄을 공급받아 저장하는 활성탄 제2호퍼; 및
    상기 활성탄 제2호퍼와 상기 고정층 반응기를 서로 연결하여 상기 재생 활성탄을 상기 고정층 반응기에 투입하는 활성탄 투입수단;
    을 포함하는 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 재순환식 가스화 장치는,
    상기 가스화 반응기에 상기 원료를 공급하기 위해 상기 원료가 저장되는 원료충진 호퍼; 및
    상기 원료충진 호퍼의 원료를 상기 가스화 반응기에 주입하는 원료주입스크류를 더 포함하는, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 원료충진 호퍼에는 질소를 충진하는 질소충진부가 구비되고, 상기 원료충진 호퍼와 상기 원료주입스크류 사이에는 상기 원료 및 질소의 공급을 차단하는 공급차단밸브가 설치된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스화 반응기의 하부에는 공기 또는 산소를 공급받기 위한 에어공급라인이 설치된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 재순환식 가스화 장치는,
    상기 고정층 반응기와 상기 활성탄 제1호퍼 사이에 설치되어 상기 고정층 반응기의 활성탄을 상기 활성탄 제1호퍼로 배출시키는 활성탄 배출스크류; 및
    상기 활성탄 배출스크류와 상기 활성탄 제1호퍼 사이에 제공되어 상기 활성탄의 배출을 차단하는 배출차단 밸브를 더 포함하는, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타르제거수단은, 상기 활성탄 제1호퍼에 고온의 스팀을 주입하여 상기 활성탄에서 타르가 제거되도록 하는 스팀공급밸브인, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 활성탄 수송수단은,
    상기 활성탄 제1호퍼와 상기 활성탄 제2호퍼를 연결하여 상기 재생 활성탄이 상기 활성탄 제2호퍼로 이송되도록 하는 기류수송라인;
    상기 활성탄 제1호퍼에 가압 질소를 공급하여 상기 활성탄 제1호퍼에 있는 활성탄이 상기 기류수송라인을 통해 상기 활성탄 제2호퍼로 이동되도록 하는 활성탄가압밸브; 및
    상기 기류수송라인에 개폐 가능하게 설치되어 내부 흐름을 차단하는 기류 조절밸브를 포함하는, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 활성탄 제2호퍼에는 내부의 기체류를 외부로 배출하는 배기밸브가 구비된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 제2호퍼에는 상기 고정층 반응기에서 배출되는 합성가스를 공급받아 내부에 저장된 재생 활성탄을 예열하는 가열라인이 구비된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 제2호퍼에는 상기 활성탄 제2호퍼에 질소를 공급하는 질소공급밸브가 구비된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 활성탄 투입수단은,
    상기 활성탄 제2호퍼와 상기 고정층 반응기 사이에 설치되어 상기 활성탄 제2호퍼의 재생 활성탄을 상기 고정층 반응기로 투입하는 투입스크류; 및
    상기 활성탄 제2호퍼와 상기 투입스크류 사이에 설치되어 활성탄의 투입을 차단하는 투입차단밸브를 포함하는, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가스화 반응기의 일측에는 회재를 외부로 배출하기 위한 회재배출수단이 설치된, 활성탄 재순환식 가스화 장치.
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