KR20200005826A - System of distributed energy production plant using cal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 태양광을 활용한 모드와 태양광을 활용하지 않은 모드를 포함하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 태양광을 이용하여 발전을 하고, 이렇게 얻어진 전기를 이용하여 물을 전기분해 함으로써 석탄 가스화에 필요한 산소를 얻어 활용할 수 있도록 하고, 또한 태양광을 이용한 발전기 불가능한 밤이나 기타 환경에서도 일반 공기를 활용할 수 있도록 함으로써 석탄자원의 활용성 및 발전 효율을 높일 수 있도록 한 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산 플랜트에 관한 것이다. The present invention relates to a stand-alone energy production plant system using coal resources, including a mode using sunlight and a mode not utilizing sunlight. More specifically, the present invention generates electricity using solar light, and uses the electricity thus obtained to electrolyze water to obtain and utilize oxygen necessary for coal gasification, and also at night or in other environments where it is impossible to generate electricity using sunlight. The present invention relates to a standalone energy production plant using coal resources, which makes it possible to use general air to improve the utilization and power generation efficiency of coal resources.
안정적인 에너지원 확보는 미래의 인류에게 있어 식량자원 확보와 마찬가지로 가장 중요한 과제로 대두되고 있으며, 지속가능한 발전을 위해서는 재생에너지 개발 및 이용이 무엇보다도 중요하지만, 현재 기술수준을 고려하면 상당량의 에너지는 여전히 화석연료에 의존하지 않을 수 없는 상태이다.Securing stable energy sources is emerging as the most important task for the future of humankind, and developing and using renewable energy is most important for sustainable development, but considering the current technology level, a considerable amount of energy is still It is inevitable to rely on fossil fuels.
이러한 화석연료 중 양적으로 가장 풍부하게 존재하는 석탄은 고체 상태로 존재하여 취급하기가 곤란할 뿐만 아니라 이용 시 오일이나 가스에 비하여 연소조절이 어렵고 환경공해문제를 야기하기 때문에 이용범위가 제한되어 있다.Coal, which is present in the most abundant amount of these fossil fuels, exists in a solid state and is difficult to handle, and is limited in its use range because it is more difficult to control combustion and causes environmental pollution than oil or gas.
그러나 석탄은 우리나라 총에너지소비의 28%를 차지하는 중요한 비중을 차지하는 연료로써, 발전 및 제철분야에서 필수적인 연료 및 원료로 사용되고 있고, 많은 분야에서 사용되어 아직은 충분히 그 가치를 발휘하고 있기 때문에, 향후 산업용 에너지원으로써 깨끗하고 효율적으로 이용될 수 있는 방안이 마련되어야 한다.However, coal is an important fuel accounting for 28% of Korea's total energy consumption. It is used as an essential fuel and raw material in power generation and steelmaking, and it is used in many fields and still shows its value. There must be a plan that can be used cleanly and efficiently as a source.
석탄을 발전연료로 이용할 경우에 생각해야만 하는 것은 환경대책과 열효율을 향상시키는 것으로, 대형 발전소에서는 이미 300MWe규모에서는 환경 친화적이고 효율이 높은 발전소임이 이미 실증화 되었다. 또한, 인도네시아와 같은 개도국에서의 에너지 수요는 급격하게 증가하고 있으며 이를 제공하기 위한 1차 에너지원은 대부분 석탄이다.The idea of using coal as power is to improve the environmental measures and thermal efficiency. It has already been demonstrated that large power plants are environmentally friendly and efficient at 300 MWe. In addition, energy demand in developing countries such as Indonesia is increasing rapidly, and the primary source of energy for this is coal.
이러한 석탄을 발전에 적용하는 방식으로는 직접 연소한 열로 증기를 생산하는 방식과 석탄으로부터 합성가스를 생산하고 생산된 합성가스로 발전이 이루어지는 석탄가스화 방식이 있다. 상기 석탄가스화는 완전 연소에 필요한 산소량보다 적은량의 산소를 사용하여 고온, 가압조건에서 산소, 수증기와 반응하여 CO와 H2를 주요성분으로 하는 합성가스를 생산하는 석탄전환기술로 발전뿐만 아니라 석탄화학공업에 있어서 매우 중요한 기술이다. The method of applying coal to power generation includes a method of producing steam by directly burning heat and a coal gasification method of generating synthesis gas from coal and generating power from the produced synthesis gas. The coal gasification is not only power generation, but also coal chemistry using coal conversion technology to produce a synthesis gas containing CO and H 2 as the main components by reacting with oxygen and water at high temperature and pressurization conditions using less oxygen than that required for complete combustion. It is a very important technology in the industry.
특히 석탄가스화 열병합발전은 고온 조건하에서 석탄을 가스로 전환시킨 다음, 이 가스를 내연기관, 가스터빈, 연료전지 등에서 연소하여 전력을 생산하한다. 또한 석탄자원을 이용하여 가스화하여 합성가스를 얻고, 얻어진 합성가스를 이용하여 피셔트롭시(이하 FT라 함) 전환기술공정을 통해 가솔린이나 디젤을 얻는 기술 또한 이미 상용화 되고 있다. In particular, coal gasification cogeneration generates electricity by converting coal into a gas under high temperature conditions and then burning the gas in an internal combustion engine, a gas turbine, a fuel cell, and the like. In addition, a technique of obtaining gasoline or diesel through a Fischer-Tropsch (hereinafter referred to as FT) conversion technology process by using the synthesized gas to gasify using coal resources and using the obtained synthesis gas is already commercialized.
그러나 고품위의 석탄 자원은 점차 고갈되어가고 있으며, 품위가 낮아 미활용되고 있는 석탄은 전체 매장량의 50% 정도이다. 따라서 이러한 저 품위의 석탄 자원을 활용하여 전력을 생산할 수 있는 기술 개발이 매우 중요한 과제로 떠오르고 있다. However, high-grade coal resources are gradually being depleted, and the unused coal is low at about 50% of the total reserves. Therefore, the development of technology capable of generating electricity by utilizing such low-grade coal resources has emerged as a very important task.
또한 기존의 기술에서 석탄 가스화 장치가 산소공급시스템으로부터 산소를 공급받아 가동하였는데 공기 중에서 산소를 분리해 내는 공정을 위한 추가 동력이 필요하다는 단점이 있다. 이에 본 출원인은 산소를 공급하기 위한 시스템으로 태양광을 이용하는 방식을 적용하였으며, 태양광을 적용할 수 없는 환경적 요인을 반영하여 24시간 발전 및 가솔린이나 디젤을 얻을 수 있는 시스템을 개발하고 본 발명을 완성하였다. In addition, in the existing technology, the coal gasifier is operated by receiving oxygen from an oxygen supply system, which requires an additional power for a process for separating oxygen from air. In this regard, the present applicant has applied a method using solar light as a system for supplying oxygen, and has developed a system for obtaining power generation and gasoline or diesel for 24 hours by reflecting environmental factors not applicable to solar light. Was completed.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로 태양광을 활용하여 물을 전기분해하여 산소를 얻음으로써 고순도의 산소를 용이하게 가스화기 내로 공급하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 활용할 수 없는 분위기에서도 공기를 사용하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 구축함으로써 석탄 자원의 활용성, 발전 효율 및 가솔린이나 디젤을 생산해내는 생산성을 극대화 한 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention is to solve the above-mentioned problems by using the sunlight to obtain oxygen by electrolyzing water to obtain oxygen by easily supplying high-purity oxygen into the gasifier to obtain a synthesis gas can be generated by using it In addition, coal can be used to maximize the utilization of coal resources, power generation efficiency, and the productivity of producing gasoline or diesel by establishing a system that can generate syngas using air and generate power even in an atmosphere where sunlight cannot be utilized. The purpose is to provide a standalone energy production plant system using resources.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 석탄을 이용하여 가스화하고, 이를 이용하여 전기를 생산하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템에 있어서, 상기 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 태양광 활용 모드 및 태양광 비활용 모드를 포함하여 이루어지며, 상기 태양광 활용 모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 태양광 발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정과; 상기 전기분해 공정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정과; 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정; 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 불꽃점화 방식의 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소엔진 발전 공정;을 포함하여 이루어지며, 상기 태양광 비활용 모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정과; 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 압축착화 방식의 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소엔진 발전 공정; 및 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is a stand-alone energy production plant system using coal resources to produce gas using coal, using the gas, the stand-alone energy production plant system is a solar light utilization mode and photovoltaic Including a non-utilization mode, the solar light utilization mode comprises: a coal feed pretreatment process for producing a coal slurry; An electrolysis process of producing electricity through photovoltaic power and electrolyzing water with the produced electricity to obtain oxygen and hydrogen; A coal gasification step of supplying oxygen obtained in the electrolysis step and coal slurry obtained in the coal feed pretreatment step with a gasifier to oxidize and gasify the coal slurry in a gasifier; A gas purification step of purifying the syngas generated in the gasifier; A FT synthesis step of supplying gasoline and diesel by supplying syngas purified in the gas purification step and hydrogen obtained in the electrolysis step to an FT reactor; And an all-fired engine power generation process for generating electricity by supplying the off-gas of the FT reactor to the spark-ignitioned all-fired engine, wherein the solar non-utilization mode includes: coal briquettes for producing coal slurry A pretreatment step; A coal gasification step of supplying the coal slurry and air obtained in the coke pretreatment step with a gasifier and oxidizing and gasifying the coal slurry in a gasifier; A gas purification step of purifying the syngas generated in the gasifier; A blending engine power generation step of producing electricity by supplying a part of the syngas purified in the gas purification step and diesel to the blending engine of the compression ignition method; And an FT synthesis process for obtaining gasoline and diesel by supplying the remainder of the synthesis gas purified in the gas purification process to the FT reactor, and provides a standalone energy production plant system using a coal resource.
상기 태양광 활용 모드에서 전소엔진으로 공급되는 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)는: 수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것일 수 있다. Exhaust gas (OFF GAS) of the FT reactor supplied to the all-engine in the solar light utilization mode may be: hydrogen content 60 ~ 80v%, carbon dioxide content 10 ~ 20v% and carbon monoxide content 10 ~ 20v%.
상기 태양광 비활용 모드에서 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는: 질소 함량 40~70v%, 수소 함량 10~30v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것일 수 있다. Synthetic gas supplied to the mixed-use engine in the solar non-utilization mode may be: nitrogen content 40 ~ 70v%, hydrogen content 10 ~ 30v%, carbon dioxide content 7 ~ 13v% and carbon monoxide content 10 ~ 20v%.
상기 태양광 활용 모드 및 태양광 비활용 모드에서의 선탄 전처리 공정은: 석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리를 제조하는 것일 수 있다. Coal pretreatment process in the solar light utilization mode and non-photovoltaic mode is: wet grinding, flotation and concentration of coal ore to produce a coal slurry having ash content of less than 12wt% and coal content of 50 ~ 80wt% It may be.
상기 선탄 전처리 공정은 석탄 원석을 습식 분쇄하는 습식 분쇄 단계와; 상기 습식 분쇄단계에서 분쇄된 석탄 중 75메쉬 이상의 석탄은 부유선광기로 이송한 후 포집제 및 기포제를 첨가한 다음 부유 선별하는 부선 단계와; 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키는 농축 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. The coal pretreatment process includes a wet grinding step of wet grinding coal ore; A flotation step of transferring coal of at least 75 mesh of coal pulverized in the wet grinding step to a flotation and then adding a collecting agent and a foaming agent and then performing a flotation step; Concentration step of concentrating by transferring the coal selected in the flotation concentrate to the sedimentation concentrator.
상기 가스 정제 공정은: 상기 가스화기에서 생성된 합성가스가 사이클론, 더스트필터 및 탈유장치를 거치도록 하여 정제하는 것일 수 있다. The gas purification process may be to purify the synthesis gas generated in the gasifier through a cyclone, a dust filter and a deoiler.
상기한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급의 석탄 원석을 이용하면서도 선탄 전처리 공정을 통하여 고품위의 석탄 슬러리를 제조함으로써 품위가 낮은 저급 석탄의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다. The stand-alone energy production plant system using the coal resources according to the present invention has the advantage of improving the utilization of low-grade low-grade coal by producing a high-quality coal slurry through the coal pretreatment process while using low-grade coal ore.
또한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급 석탄을 이용하면서도 FT 합성 공정을 통해 가솔린 및 디젤을 얻을 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system using coal resources according to the present invention has the advantage that it is possible to obtain gasoline and diesel through the FT synthesis process while using low-grade coal.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 독립형 에너지 생산 플랜트 시스템은 태양광을 활용하여 물을 전기분해하여 산소를 얻음으로써 고순도의 산소를 용이하게 가스화기 내로 공급하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 활용할 수 없는 환경에서도 공기를 사용하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 구축함으로써 태양광 활용 유무에 상관없이 석탄 자원의 활용성, 발전 효율 및 가솔린이나 디젤을 생산해내는 생산성을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system according to the present invention can be easily supplied with high-purity oxygen into the gasifier by obtaining the oxygen by electrolysis of water using solar light to obtain the synthesis gas and generate electricity by using it as well. By using the air to obtain synthetic gas even in an environment where solar power cannot be used, the system can be used to generate power, thereby utilizing coal resources, generating efficiency and producing gasoline or diesel with or without solar light. It has the advantage of maximizing productivity.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템을 나타낸 도면이다. 1 is a view showing a stand-alone energy production plant system using coal resources according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 하나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which are presented to aid the understanding of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a stand-alone energy production plant system using coal resources according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 태양광 활용 모드 및 태양광 비활용 모드를 포함하여 이루어진다. As shown in FIG. 1, the standalone energy production plant system using coal resources according to the present invention includes a solar light utilization mode and a solar non-utilization mode.
먼저 태양광 활용 모드에 대해 설명하기로 한다. First, the solar light utilization mode will be described.
상기 태양광 활용 모드는 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정(110)과; 태양광 발전(210)을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정(220)과; 상기 전기분해 공정(220)에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정(110)에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정(120)과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정(130)과; 상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정(220)에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정(140); 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 불꽃점화 방식의 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소엔진 발전 공정(310);을 포함하여 이루어진다. The solar light utilization mode is a coal
선탄 전처리 공정(110)은 석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리를 제조하는 공정이다.
여기서 석탄 원석은 이탄, 토탄, 갈탄, 역청탄 또는 무연탄 원석일 수 있으며, 본 발명에서는 저품위의 석탄 원석을 사용한다. The coal ore may be peat, peat, lignite, bituminous or anthracite ore, and the present invention uses a low quality coal ore.
주지된 바와 같이 저품위의 석탄에는 회분 등이 함유되어 있는데, 회분(ash)은 항습 시료를 공기 중에 유통시키면서 서서히 가열하고 800±10℃로 연소시켜 재로 변했을 때, 잔류하는 무기물의 양과 항습 시료 양과의 중량비를 %로 나타는 것으로 점토나 이산화규소 등 이른바 실리카 광물이 대부분을 차지한다. 이러한 회분은 석탄에 있어서 유해 성분이며 열효율을 떨어뜨린다. As is well known, low-grade coal contains ash and the like. Ash is slowly heated while circulating the humidity sample in air, and burned at 800 ± 10 ° C. to ash, so that the amount of inorganic matter remaining and the amount of moisture sample The weight ratio is expressed in%, and so-called silica minerals such as clay and silicon dioxide occupy most of them. These ashes are a harmful component to coal and reduce thermal efficiency.
그에 따라 본 발명에서는 선탄 전처리 공정(110)을 통하여 회분(ash) 함량을 12wt% 이하, 바람직하게는 5~12wt%로 낮추어 고품위의 석탄 연료로 활용가능하게 함으로써 열 효율성을 높일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the ash content is lowered to 12 wt% or less, preferably 5 to 12 wt%, through the
본 발명에 따르면 성기 선탄 전처리 공정(110)은 석탄 원석을 습식 분쇄하는 습식 분쇄 단계와; 상기 습식 분쇄단계에서 분쇄된 석탄 중 75메쉬 이상의 석탄은 부유선광기로 이송한 후 포집제 및 기포제를 첨가한 다음 부유 선별하는 부선 단계와; 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키는 농축 단계;를 포함하여 이루어진다. According to the present invention, the
여기서, 습식 분쇄는 볼밀 등을 이용하여 이루어질 수 있으며, 물을 공급하면서 분쇄가 이루어진다. 원활한 분쇄를 위하여 분쇄시 석탄원석과 물의 비율은 1:0.8~1.5의 비율로 이루어지는 것이 바람직하다. 습식 분쇄 이후 분쇄 입자 크기 약 75메쉬를 기준으로 그 이상의 석탄은 부유선광기로 이동되며, 그 이하는 다시 습식 분쇄단계를 거치게 된다. Here, the wet grinding may be performed using a ball mill or the like, and grinding is performed while supplying water. For smooth grinding, the ratio of coal ore and water during grinding is preferably 1: 0.8 to 1.5. After the wet grinding, more coal is transferred to the flotation, based on the crushed particle size of about 75 mesh, and then again subjected to the wet grinding step.
부유 선광기로 이송된 석탄에 포집제와 기포제를 첨가하여 부선하는 과정을 거치게 된다. 여기서 포집제로는 케로센(kerosene)을 사용할 수 있으며, 기포제로는 알콜계 기포제로 널리 알려진 AF-65를 사용할 수 있다. 그러나 상기 예시된 포집제와 기포제는 일 예를 나타낸 것일 뿐 일반적으로 알려진 것을 제한 없이 사용할 수 있다. The coal transported to the floating beneficiary is added with a collecting agent and a foaming agent to process the flotation. Herein, kerosene may be used as the collecting agent, and AF-65, which is widely known as an alcohol-based foaming agent, may be used as the foaming agent. However, the above-described scavenger and foaming agent is only an example and can be used without limitation.
상기 포집제와 기포제의 첨가량은 반드시 한정할 필요는 없으나, 바람직하게는 부유 선광기로 이송되는 석탄함유액 100wt%를 기준으로 할 때 0.01 내지 5wt% 내로 첨가하는 것이 바람직하다. The addition amount of the collecting agent and the foaming agent need not necessarily be limited, but it is preferable to add within 0.01 to 5wt% based on 100wt% of the coal-containing liquid to be transferred to the flotation.
상기 부선단계를 거치고 남은 미광(Tailing)은 보관조로 이송하여 보관된다.The tailings (Tailing) remaining after the flotation step is transferred to the storage tank and stored.
부선단계 이후 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키게 된다. 이때 농축은 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리가 되도록 하는 것이 바람직하다. 석탄 슬러리 중의 석탄 함량이 석탄의 함량이 50 wt% 미만인 경우 가스화 효율이 떨어지는 문제점이 있으며, 석탄의 함량이 80wt% 초과인 경우 점도가 증가하여 가스화기로의 분사가 용이하지 못하다는 문제점이 있다. After the flotation step, the coal selected from the flotation concentrate is transferred to the sedimentation concentrator and concentrated. At this time, the concentration is preferably a coal slurry having a coal content of 50 ~ 80wt%. If the coal content in the coal slurry is less than 50 wt% of coal, there is a problem that the gasification efficiency is lowered, if the content of coal is more than 80wt% there is a problem that the injection to the gasifier is not easy to increase the viscosity.
상기한 부유 선광기 및 침강농축기는 선탄과정에서 일반적으로 사용하는 장치를 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. 다만, 본 발명에서는 이러한 장치를 사용하여 저급의 석탄 원석을 사용하면서도 고품위의 석탄 연료로 전환하되, 특히 후술하는 석탄 가스화 공정(120)에서 유용하게 사용될 수 있는 고품위의 석탄 슬러리를 제조할 수 있도록 하는 것에 그 특징이 있다. The flotation beneficiator and the sedimentation concentrator can be used without limitation the apparatus generally used in the process of coal mining, the present invention is not limited thereto. However, in the present invention, while using a low-grade coal ore using such a device to convert to high-quality coal fuel, in particular to produce a high-quality coal slurry that can be usefully used in the
선탄 전처리 공정(110)과는 별개로 후술하는 석탄 가스화 공정(120)에서 석탄슬러리의 산화제로 사용되는 산소를 얻기 위한 공정을 거치게 된다. 본 발명에 따르면 태양광 활용 모드에서 태양광 발전(210)을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정(220)을 거쳐 산소를 얻는다. Apart from the
태양광 발전(210)은 일반적으로 통용되는 기술이며, 전기를 활용하여 물을 전기분해하고 이를 통해 산소와 수소를 얻는 기술 또한 통용되는 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에서는 이러한 태양광 발전(210)과 전기분해 공정(220)을 활용하여 산소와 수소를 얻은 다음, 얻어진 산소는 가스화기로 공급하고, 얻어진 수소는 FT 합성 반응기로 공급함으로써, 석탄 슬러리의 가스화 효율성을 높이고, 또한 FT 합성 공정(140)에서 합성가스를 이용한 가솔린 및 디젤 생산성 효율을 높일 수 있도록 하였다. In the present invention, by using the
태양광 활용 모드에서의 석탄 가스화 공정(120)은 상기 전기분해 공정(220)에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정(110)에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 공정이다. The
가스화는 가스화기 내 고온의 조건에서 산소를 이용해 석탄 슬러리를 주입하여 반응시켜서 합성가스를 생성물로 얻는다. 이때 석탄 슬러리의 산화를 용이하게 하기 위해 고온 조건은 700℃ 내지 1,500℃, 바람직하게는 1,200℃ 내지 14,00℃이다. 가스화기는 당해분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. The gasification is carried out by injecting a coal slurry using oxygen under high temperature conditions in the gasifier to obtain a synthesis gas as a product. At this time, in order to facilitate oxidation of the coal slurry, high temperature conditions are 700 ° C to 1,500 ° C, preferably 1,200 ° C to 14,00 ° C. Gasifiers can be used in general, without limitation, the present invention is not limited thereto.
가스 정제 공정(130)은 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 공정이다. 보다 구체적으로 상기 가스 정제 공정(130)은 앞선 석탄 가스화 공정(120)에서 발생되는 합성가스 중에서 황 화합물 등의 불순물을 제거하고 정제하는 공정이다.
이러한 가스 정제 공정(130)은 가스화기에서 생성된 합성가스가 사이클론, 더스트필터 및 탈유장치를 순차적으로 통과하도록 함으로서 이루어질 수 있다. 이러한 가스 정제 공정(130)에서 사용되는 사이클론이나 더스트필터 및 탈유장치는 당해분야에서 일반적으로 사용되는 것을 적용할 수 있다.The
통상적인 복합발전 시스템에서는 이러한 가스 정제 공정(130)을 거친 합성가스를 이용하여 발전을 하게 된다. In a typical combined cycle power generation system, power generation is performed using a synthesis gas that has undergone the
그러나 본 발명의 태양광 활용 모드에서는 이렇게 생성된 합성가스를 이용하여 FT 합성 공정(140)을 거치게 된다. However, in the solar light utilization mode of the present invention, the generated synthesis gas is subjected to the
상기 FT 합성 공정(140)은 상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스를 FT 반응기로 공급하여 촉매 존재하에서 가솔린 및 디젤을 얻는 공정이다. 합성가스를 이용하여 촉매 존재하에서 가솔린 및 디젤을 얻기 위한 FT 합성 공정(140)은 이미 상용화 되고 있으며, 본 발명에서도 이미 상용화 되고 있는 FT 반응기 및 방법을 이용하여 가솔린 및 디젤을 제조하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. The
본 발명에 따르면 태양광 활용 모드에서 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 불꽃 점화 방식의 전소 엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소엔진 발전 공정(310)을 거치게 된다. According to the present invention, the exhaust gas of the FT reactor in the solar light utilization mode (off gas) is supplied to a spark ignition type all-electric engine to go through an all-engine
통상적으로 FT 반응기에서 발생되는 OFF GAS는 발열량이 낮아 버려지는데, 본 발명에서는 이렇게 버려지는 OFF GAS를 발전을 위한 연료로 사용하였다. In general, the off gas generated in the FT reactor has a low calorific value. In the present invention, the discarded off gas is used as a fuel for power generation.
즉, 기존 복합발전 시스템에서는 가스 정제 공정(130)을 거친 합성가스를 이용하여 발전을 하게 되지만, 본 발명에서는 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 이용하여 발전을 함으로써 활용성 및 효율성을 극대화한 것에 그 특징이 있다.In other words, in the existing combined power generation system, the power generation is performed using the synthesis gas that has undergone the
특히 본 발명에 따르면 석탄 가스화 공정(120)에서 사용되는 산화제로 물을 전기분해하여 얻은 산소를 사용하는 경우 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)에는 질소가 함유되어 있지 않다. In particular, according to the present invention, when using oxygen obtained by electrolyzing water as the oxidant used in the
본 발명에 따르면 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS), 즉 발전을 위해 전소 엔진으로 공급되는 연료는 수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것일 수 있다. According to the present invention, the exhaust gas of the FT reactor (OFF GAS), that is, the fuel supplied to an all-electric engine for power generation may have a hydrogen content of 60 to 80v%, a carbon dioxide content of 10 to 20v%, and a carbon monoxide content of 10 to 20v%. .
주지된 바와 같이 OFF GAS는 발열량이 약 2,000kcal/m3 정도로 경유나 가스연료의 0.1 내지 0.2배 밖에 되지 않는다. 이와 같이 상대적으로 낮은 발열량을 갖는 OFF GAS의 연소를 위해서 본 발명에서는 불꽃점화 방식으로 연소하는 전소엔진을 이용하였다.As is well known, the off gas has a calorific value of about 2,000 kcal / m 3, which is only 0.1 to 0.2 times that of diesel or gas fuel. Thus, in order to burn off gas having a relatively low calorific value, the present invention uses an all-fire engine that burns by a spark ignition method.
상기 전소 엔진은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. The burnout engine can be used without limitation, those generally used in the art.
상술한 태양광 활용 모드는 태양광으로 전기를 생산해내고 이를 전기분해하여 산소를 얻을 수 있는 환경, 즉 낮에는 충분한 효율성을 확보할 수 있다. 그러나 밤 또는 흐린 날에는 그 효율성을 확보할 수 없다. 따라서 본 발명에서는 이러한 환경을 고려하여 태양광 비활용 모드를 병행할 수 있도록 한 것에 가장 큰 특징이 있다. In the above-described solar light utilization mode, it is possible to secure sufficient efficiency during the day, that is, in an environment in which electricity is produced by sunlight and electrolysis thereof to obtain oxygen. But at night or on cloudy days, its efficiency cannot be achieved. Therefore, the present invention has the greatest feature in that the solar non-utilization mode can be performed in consideration of such an environment.
다음으로 태양광 비활용 모드에 대해 설명하기로 한다. Next, the solar non-utilization mode will be described.
상기 태양광 비활용 모드는 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정(110)과; 상기 선탄 전처리 공정(110)에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정(120)과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정(130)과; 상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 압축착화 방식의 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소엔진 발전 공정(320); 및 상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정(140);을 포함하여 이루어진다. The solar non-utilization mode is a
여기서 선탄 전처리 공정(110)은 앞선 태양광 활용 모드에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. Here, the coal
태양광 비활용 모드에서 석탄 가스화 공정(120)은 상기 선탄 전처리 공정(110)에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 공정이다. In the solar non-utilization mode, the
이때 가스화 효율을 높이기 위하여 공기는 압축공기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉 태양광 비활용 모드에서 석탄 가스화 공정(120)은 가스화기 내 고온의 조건에서 압축공기를 이용해 석탄 슬러리를 주입하여 반응시켜서 합성가스를 생성물로 얻는 것이다. 이때 석탄 슬러리의 산화를 용이하게 하기 위해 고온 조건은 700℃ 내지 1,500℃, 바람직하게는 1,200℃ 내지 1,400℃이며, 압축공기는 0 내지 30기압의 압력으로 압축한 산소를 함유하는 공기를 사용한다. In this case, in order to increase the gasification efficiency, it is preferable to use compressed air as the air. That is, the
가스화기는 앞서 태양광 활용 모드에서 설명한 바와 같이 당해분야에서 일반적으로 사용하는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 본 발명이 이를 한정하는 것은 아니다. As described above in the solar light utilization mode, the gasifier may be used without limitation in the art, and the present invention is not limited thereto.
가스 정제 공정(130)은 태양광 활용 모드에서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. Since the
본 발명에 따르면 상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 압축착화 방식의 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소엔진 발전 공정(320)을 거치게 된다. According to the present invention, a part of the purified synthesis gas and the diesel in the
상기 혼소엔진 발전 공정(320)은 공기를 이용하여 생성된 합성가스를 이용하여 엔진을 구동시켜 발전을 하게 되는데, 공기를 이용하여 생성된 합성가스는 성분의 변화가 심하기 때문에 합성가스에 디젤을 혼합하여 연소시킴으로써 보다 안정적인 발전을 할 수 있다. The mixing engine
상기 혼소엔진으로 공급되는 연료 즉, 디젤과 합성가스로 이루어진 연료 중 디젤의 함량은 전체 연료 중 30v% 내지 80v%일 수 있다. 상기 범위내로 디젤이 함유될 경우 안정적으로 혼소엔진을 구동시킬 수 있다. The content of diesel in the fuel supplied to the mixed engine, that is, the fuel composed of diesel and syngas may be 30v% to 80v% of the total fuel. When diesel is contained within the above range, it is possible to stably drive the mixed engine.
이때 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는 석탄 슬러리의 산화에 압축공기를 사용함에 따라 질소의 함량이 상대적으로 높다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 혼소엔진으로 공급되는 합성가스는 질소 함량 40~70v%, 수소 함량 10~30v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것일 수 있다. At this time, the synthesis gas supplied to the mixed gas engine has a relatively high nitrogen content as compressed air is used to oxidize the coal slurry. According to one embodiment of the present invention, the syngas supplied to the mixed engine may have a nitrogen content of 40 to 70v%, a hydrogen content of 10 to 30v%, a carbon dioxide content of 7 to 13v%, and a carbon monoxide content of 10 to 20v%.
상기 범위내의 합성가스 및 디젤을 혼소 엔진으로 공급하여 발전을 하게 되는데, 상기 압축착화 방식의 혼소 엔진은 당해 분야에서 일반적으로 사용되는 것을 제한 없이 사용할 수 있다. The syngas and diesel in the above range is supplied to the mixed gas engine to generate power, and the compression ignition type mixed gas engine can be used without limitation.
상기 가스 정제 공정(130)에서 정제된 합성가스 중 혼소엔진으로 공급되는 합성가스를 제외한 잔부의 합성가스는 FT 반응기로 공급되어 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정(140)을 거치게 된다. Synthesis of the remainder except the syngas supplied to the mixed engine of the synthesis gas purified in the
여기서 FT 합성 공정(140)은 태양광 활용 모드에서 설명한 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Since the
상술한 태양광 비활용 모드는 태양광을 활용할 수 없을 때 충분한 시스템 활용성을 확보할 수 있다. The above-described photovoltaic non-utilization mode can ensure sufficient system utilization when sunlight cannot be utilized.
상기한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급의 석탄 원석을 이용하면서도 선탄 전처리 공정(110)을 통하여 고품위의 석탄 슬러리를 제조함으로써 품위가 낮은 저급 석탄의 활용도를 높일 수 있다는 장점이 있다. The stand-alone energy production plant system using the coal resources according to the present invention has the advantage of improving the utilization of low-grade low-grade coal by manufacturing a high-quality coal slurry through the
또한 본 발명에 따른 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 저급 석탄을 이용하면서도 FT 합성 공정(140)을 통해 가솔린 및 디젤을 얻을 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system using coal resources according to the present invention has the advantage that it is possible to obtain gasoline and diesel through the
뿐만 아니라 본 발명에 따른 독립형 에너지 생산 플랜트 시스템은 태양광을 활용하여 물을 전기분해하여 산소를 얻음으로써 고순도의 산소를 용이하게 가스화기 내로 공급하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전할 수 있을 뿐만 아니라 태양광을 활용할 수 없는 환경에서도 공기를 사용하여 합성가스를 얻고 이를 활용하여 발전을 할 수 있는 시스템을 구축함으로써 석탄 자원의 활용성, 발전 효율 및 가솔린이나 디젤을 생산해내는 생산성을 극대화 할 수 있다는 장점이 있다. In addition, the stand-alone energy production plant system according to the present invention can be easily supplied with high-purity oxygen into the gasifier by obtaining the oxygen by electrolysis of water using solar light to obtain the synthesis gas and generate electricity by using it as well. By constructing a system that can obtain syngas using air and generate power even in an environment where solar power cannot be utilized, it can maximize utilization of coal resources, power generation efficiency, and productivity of producing gasoline or diesel. There is this.
앞서 설명한 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Detailed description for carrying out the present invention described above with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary knowledge in the technical field described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.
110 : 선탄 전처리 공정 120 : 석탄 가스화 공정
130 : 가스 정제 공정 140 : FT 합성 공정
210 : 태양광 발전 220 : 전기분해 공정
310 : 전소엔진 발전 공정 320 : 혼소엔진 발전 공정110: coal pretreatment step 120: coal gasification step
130: gas purification process 140: FT synthesis process
210: solar power 220: electrolysis process
310: burner engine power generation process 320: mixed engine power generation process
Claims (6)
상기 독립형 에너지 생산플랜트 시스템은 태양광 활용 모드 및 태양광 비활용 모드를 포함하여 이루어지며,
상기 태양광 활용 모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 태양광 발전을 통해 전기를 생산하고 생산된 전기로 물을 전기분해하여 산소와 수소를 얻는 전기분해 공정과; 상기 전기분해 공정에서 얻어진 산소 및 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정과; 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스 및 상기 전기분해 공정에서 얻어진 수소를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정; 및 상기 FT 반응기의 배출 가스(OFF GAS)를 전소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 전소엔진 발전 공정;을 포함하여 이루어지며,
상기 태양광 비활용 모드는: 석탄 슬러리를 제조하는 선탄 전처리 공정과; 상기 선탄 전처리 공정에서 얻어진 석탄 슬러리 및 공기를 가스화기로 공급하여 가스화기 내에서 상기 석탄 슬러리를 산화시켜 가스화하는 석탄 가스화 공정과; 상기 가스화기에서 생성된 합성가스를 정제하는 가스 정제 공정과; 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스의 일부 및 디젤을 혼소엔진에 공급하여 전기를 생산하는 혼소엔진 발전 공정; 및 상기 가스 정제 공정에서 정제된 합성가스의 잔부를 FT 반응기로 공급하여 가솔린 및 디젤을 얻는 FT 합성 공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
In the stand-alone energy production plant system using coal resources gasification using coal, and producing electricity using the same,
The stand-alone energy production plant system comprises a solar light utilization mode and solar non-utilization mode,
The solar light utilization mode includes: a coal briquetting process for producing a coal slurry; An electrolysis process of producing electricity through photovoltaic power and electrolyzing water with the produced electricity to obtain oxygen and hydrogen; A coal gasification step of supplying oxygen obtained in the electrolysis step and coal slurry obtained in the coke pretreatment step with a gasifier to oxidize and gasify the coal slurry in a gasifier; A gas purification step of purifying the syngas generated in the gasifier; A FT synthesis step of obtaining gasoline and diesel by supplying syngas purified in the gas purification step and hydrogen obtained in the electrolysis step to an FT reactor; And an all-engine power generation process for producing electricity by supplying the off-gas (OFF GAS) of the FT reactor to the all-engine.
The solar non-utilization mode includes: a coal feed pretreatment process for producing a coal slurry; A coal gasification step of supplying the coal slurry and air obtained in the coke pretreatment step with a gasifier and oxidizing and gasifying the coal slurry in a gasifier; A gas purification step of purifying the syngas generated in the gasifier; A blending engine power generation step of producing electricity by supplying a part of the syngas purified in the gas purification step and diesel to the blending engine; And an FT synthesis step of obtaining gasoline and diesel by supplying the remainder of the synthesis gas purified in the gas refining process to an FT reactor.
수소 함량 60~80v%, 이산화탄소 함량 10~20v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것임을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
The method of claim 1, wherein the off-gas (OFF GAS) of the FT reactor supplied to the all-engine in the solar light utilization mode is:
Stand-alone energy production plant system using coal resources, characterized in that the hydrogen content of 60 ~ 80v%, carbon dioxide content 10 ~ 20v% and carbon monoxide content 10 ~ 20v%.
질소 함량 40~70v%, 수소 함량 10~30v%, 이산화탄소 함량 7~13v% 및 일산화탄소 함량 10~20v%인 것임을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
The method according to claim 1, wherein the syngas supplied to the mixed engine in the solar non-utilization mode is:
Stand-alone energy production plant system using coal resources, characterized in that the nitrogen content of 40 ~ 70v%, hydrogen content 10 ~ 30v%, carbon dioxide content 7 ~ 13v% and carbon monoxide content 10 ~ 20v%.
석탄 원석을 습식 분쇄, 부선 및 농축하여 회분(ash) 함량이 12wt% 이하이고 석탄 함량이 50~80wt%인 석탄 슬러리를 제조하는 것임을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
The process of claim 1, wherein the coal briquetting process in the solar light utilization mode and the solar non-utilization mode is:
A standalone energy production plant system using coal resources, characterized in that the wet grinding, barge and concentration of coal ore to produce a coal slurry having an ash content of less than 12wt% and a coal content of 50 ~ 80wt%.
석탄 원석을 습식 분쇄하는 습식 분쇄 단계와; 상기 습식 분쇄단계에서 분쇄된 석탄 중 75메쉬 이상의 석탄은 부유선광기로 이송한 후 포집제 및 기포제를 첨가한 다음 부유 선별하는 부선 단계와; 부유 선광기에서 선별된 석탄을 침강농축기로 이송하여 농축시키는 농축 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
The process of claim 4, wherein the coal briquetting process is:
A wet grinding step of wet grinding coal ore; A flotation step of transferring coal of at least 75 mesh of coal pulverized in the wet grinding step to a flotation and then adding a collecting agent and a foaming agent and then performing a flotation step; Stand-alone energy production plant system using a coal resource, characterized in that it comprises a; enrichment step of concentrating by transferring the coal selected in the flotation concentrate to the sedimentation concentrator.
상기 가스화기에서 생성된 합성가스가 사이클론, 더스트필터 및 탈유장치를 거치도록 하여 정제하는 것임을 특징으로 하는 석탄 자원을 이용한 독립형 에너지 생산플랜트 시스템.
The process of claim 1, wherein the gas purification process is:
Independent energy production plant system using coal resources, characterized in that the synthesis gas generated in the gasifier is purified by passing through a cyclone, dust filter and deoiler.
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