WO2016006785A1 - 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템 - Google Patents

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WO2016006785A1
WO2016006785A1 PCT/KR2015/001337 KR2015001337W WO2016006785A1 WO 2016006785 A1 WO2016006785 A1 WO 2016006785A1 KR 2015001337 W KR2015001337 W KR 2015001337W WO 2016006785 A1 WO2016006785 A1 WO 2016006785A1
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combustor
gasifier
fluidized bed
riser
fuel
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PCT/KR2015/001337
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이은도
방병열
양창원
김종수
류태우
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한국생산기술연구원
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    • C10J2300/1625—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with solids treatment
    • C10J2300/1637—Char combustion

Definitions

  • the present invention relates to a combustor independent fluidized bed indirect gasification system as a technique for obtaining high quality syngas through effective indirect gasification of lower fuel having various properties such as biomass / waste / coal.
  • the fluidized bed indirect gasification system may be configured by separating the gasifier and the combustor into two or more fluidized bed reactors.
  • the gasifying agent and the oxidizing agent may be changed as necessary.
  • the indirect gasification system is composed of gasifier and combustor, so that the combustion gas is not mixed with the synthesis gas produced in the gasifier, so that the syngas produced in the gasifier can generate high calorific value without dilution due to combustion gas.
  • Eggplant is a system capable of producing syngas.
  • Such an indirect gasification system requires a heat transfer medium capable of transferring heat from the combustor to supply heat to the endothermic gasifier.
  • the heat transfer can be a heat pipe or a variety of other heat transfer media.
  • the bed material is moved between the combustor and the gasifier.
  • Fluidized sand plays a role of heat transfer by circulating the combustor and gasifier, and is heated to a high temperature in the combustor, separated from the combustion gas through a cyclone, supplied to the gasifier, and the endogenous reaction is carried out by gasification reaction.
  • the reactant carbon is supplied to the combustor again to combust the unreacted carbon, and is operated in such a way that the flow yarn is heated again by the heat generated at this time.
  • the combustor is controlled by adjusting the auxiliary fuel as needed.
  • lower fuels such as biomass / waste / coal have various properties and have very different physical properties, chemical properties and impurity contents.
  • the most influential factors during gasification and combustion may include fuel calorific value, moisture content, impurities and non-combustibles in fuel, ash, stone, metal, glass, heavy metals, sulfur, chlorine and other environmental pollutants.
  • the degree of operation impairment due to such impurities varies depending on the type of gasifier or combustor, but the operation impairment due to solid incombustibles occupies the largest portion in the fluidized bed targeted for technology development.
  • the wear of the reactor refractory by the fluidized sand is one of the important problems.
  • the inner wall of the reactor may be seriously damaged, which may shorten the plant life.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2012-0124403
  • the present invention has been made to overcome the problems of the prior art as described above, the method for minimizing the operation obstacles due to the incombustibles in low-fuel fuel in the indirect gasifier in the gasifier and the flow temperature riser
  • the low-fuel fuel is supplied to the gasifier using a low-grade fuel, and the fuel containing a large amount of non-combustibles is supplied to the gasifier, and the fuel containing a large amount of non-combustibles is supplied to the combustor to remove the non-combustibles or impurities, and the heat generated is transferred to the temperature riser.
  • the present invention for solving the above problems and the pre-processing unit having a sorter 500; A gasifier 300 to which the first fuel selected by the pretreatment unit is supplied; A combustor (100) provided with a second fuel selected by the pretreatment unit; Combustor independent fluidized bed indirect gasification system comprising a; riser 200, which connects the gasifier 300 and the combustor 100 and has a temperature rise and transfer function of the flow yarn therein.
  • the riser 200 and the combustor 100 includes a combustor independent fluidized bed indirect gasification system, characterized in that the distribution plate 101 is provided.
  • the transfer unit 310 for connecting the gasifier 300 and the combustor 100, conveying the non-flammable and unreacted char stacked in the gasifier 300 to the combustor 100;
  • a combustor independent fluidized bed indirect gasification system further comprising.
  • the system further includes a rear end facility 320 provided between the combustor 100 and the gasifier 300, the tail end and tar in the synthesis gas discharged from the gasifier 300 is the rear end A combustor independent fluidized bed indirect gasification system, characterized in that it is separated from the plant 320 and fed back to the combustor 100 for combustion.
  • a combustor independent fluidized bed indirect gasification system comprising a; second communication portion 420 communicating the riser 200 at a lower position than the lower portion of the gasifier 300 and the lower portion of the gasifier 300. It includes.
  • first communication unit 410 and the second communication unit 420 includes a combustor independent fluidized bed indirect gasification system, characterized in that cross each other.
  • the transfer unit 310 includes a combustor independent fluidized bed indirect gasification system, characterized in that one side is connected to the lower portion of the gasifier 300, the other side is connected to the lower portion of the combustor 200.
  • the present invention as described above has the following effects.
  • the indirect gasification system separates the combustion gas from the synthesis gas
  • the indirect gasification system treats most impurities in the combustor and uses only the heat generated during combustion, compared to the focus on gaseous material separation. Therefore, the separation of gaseous substances from the combustor, as well as the separation of solids, has the advantage of significantly reducing the impairment caused by non-combustibles and at the same time reducing impurities in syngas.
  • the combustor using a grate method or a stalker method instead of the fluidized bed it is possible to operate at a temperature higher than the fluidized bed maximum operating temperature (1000 degrees Celsius), thereby enabling more efficient operation.
  • biomass is mainly used for gasifier and coal is mainly used for combustor to produce syngas more easily and to greatly reduce the purification load of syngas. There is this.
  • the use of fuel with a large number of pollutants mainly in the combustor and the use of a relatively small amount of fuel in the gasifier can greatly reduce the refining load at the rear of the gasifier.
  • the heat exchange unit can be used as a combustor like an existing fluidized bed indirect gasifier without any additional equipment change, when the production of syngas is not required, only the combustor can be used separately without driving the gasifier, thereby widening its use.
  • the pre-separation of the target fuel prior to combustion provides the fuel of good quality to the gasifier and the lower fuel, which has a high content of impurities, to the dedicated combustor, thereby enabling optimized operation.
  • the combustor generated heat which is operated separately is transferred to the gasifier, but the combustion gas is discharged and supplies the heat necessary for the operation of the gasifier through the heated sand, so that impurities and non-combustibles contained in the lower fuel supplied to the combustor are gasified.
  • the operating efficiency is maximized.
  • the weaker correlation between the gasifier combustor has the advantage that the stable operating range is expanded and at the same time can obtain a better synthesis gas.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an overall configuration diagram according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall configuration diagram according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an overall configuration diagram according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an overall configuration diagram according to a fourth preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an overall configuration diagram according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the pretreatment unit of the present invention includes a sorter 500.
  • the gasifier 300 is provided with the first fuel sorted by the sorter 500 of the pretreatment unit.
  • the gasifier 300 is supplied with a first fuel, which is a high-quality fuel that is sorted by the sorter 500 and does not contain waste, solid incombustibles, and non-combustible materials.
  • the combustor 100 is provided with a second fuel selected by the pretreatment unit.
  • the combustor 100 is provided with a second fuel, which is a lower fuel that is sorted by the sorter 500 and may contain more waste, solid incombustibles, and impurities that are not suitable for gasification.
  • the combustor 100 is provided with a chamber 103 to supply air for combustion.
  • the riser 200 connects the gasifier 300 and the combustor 100.
  • riser 200 (hereinafter, referred to as riser 200 as a riser) has a structure in which one side is connected to the upper end of the combustor 100 and the other side is connected to the gasifier 300.
  • the riser 200 is connected to the upper end of the combustor 100 refers to a portion in which a fluid flows inside.
  • the flow yarn passes through the riser 200 and passes through the first path 430 to the gasifier 300 to apply thermal energy to the gasifier 300, and then passes through the second path 440 to the riser 200. Circulated.
  • the dispersion plate 101 is provided between the riser 200 and the combustor 100.
  • Dispersion plate 101 will be described later, but discharge the heat generated in the combustor 100 to the upper, preventing the flow of the fluid contained in the riser 200 to penetrate into the combustor 100 when descending by gravity It plays a role.
  • the distribution plate 101 may serve to provide only the heat generated by the combustor 100 to the flow yarn of the riser 200 intact, and may be any structure that may perform such a role. none.
  • the combustor 100 without the additional purification process by including a process for separating the fine dust and tar in the synthesis gas discharged from the gasifier 300 in the rear end equipment 320 and supplied to the combustor 100 to burn again. It can be integrated in to remove unburned and tar.
  • the present invention may further include a transfer unit (310).
  • the transfer unit 310 connects the gasifier 300 and the combustor 100 with each other.
  • the transfer unit 310 serves to transfer the incombustibles and unreacted char (hereinafter referred to as char) to be stacked in the gasifier 300 to the combustor 100.
  • the transfer unit 310 is to send the non-combustible and unreacted fuel remaining in the gasifier 300 to the combustor 100 to be burned again.
  • the present invention may further include a first communication part 410 and a second communication part 420.
  • the first communication unit 410 communicates the gasifier 300 with each other at a position higher than the lower portion of the riser 200 and the lower portion of the riser 200.
  • the second communication unit 420 communicates the riser 200 with each other at a position higher than the lower portion of the gasifier 300 and the lower portion of the gasifier 300.
  • one side of the first communication unit 410 communicates with the lower portion of the riser 200, and the other side of the first communication unit 410 communicates with the upper side of the gasifier 300.
  • the other side of the first communication portion 410 communicates with the upper side of the gasifier 300. It is preferably formed lower than the second position (720).
  • one side of the second communication unit 420 communicates with the lower portion of the gasifier 300, and the other side of the second communication unit 420 communicates with the upper side of the riser 200.
  • the other side of the second communication portion 420 communicates with the upper side of the riser 200. It is preferably formed lower than the fourth position (740).
  • first position 710 and the third position 730 may be formed at the same height
  • second position 720 and the fourth position 740 may be formed at the same height
  • the first position 710 and the third position 730 are formed lower than the second position 720 and the fourth position 740.
  • first communicating portion 410 and the second communicating portion 420 are formed to cross each other with an X character.
  • Indirect gasification system is a system capable of producing a synthesis gas having a high calorific value because the combustion gas in the product gas is not mixed by separating the gasifier 300 and the combustor 100.
  • a heat carrier capable of transferring heat from the combustor 100 is required.
  • the heat transfer may use a heat pipe or various other heat transfer media.
  • a bead material plays a role.
  • the most influential factors in gasification and combustion include fuel calorific value, moisture content, impurities in fuel and non-combustible materials (ash, stone, metal, glass, heavy metals, sulfur, chlorine and other environmental pollutants).
  • coal has a lot of ash, less volatile content, and contains a lot of harmful substances such as sulfur, but biomass is less ash, more volatile, and less harmful.
  • syngas when producing synthesis gas by mixing biomass and coal, syngas can be easily produced by utilizing biomass, which is a high-grade fuel, mainly in the gasifier 300, and coal, which is low-grade fuel, in the combustor 100.
  • biomass which is a high-grade fuel
  • coal which is low-grade fuel
  • the present invention is provided with a combustor 100 that is responsible for the heat supply from the indirect gasifier 300 separately from the gasifier 300 and the flow yarn temperature riser as a method for minimizing the operation obstacles due to the incombustibles in the lower fuel.
  • the sorting unit of the present invention sorts the fuel so as to be divided into a first fuel that is a high-grade fuel and a second fuel that is a low-grade fuel.
  • This sorting process can be distinguished through the same sorting process or by different sorting processes (for example, flows with more sorting processes can obtain high quality fuel).
  • coal and biomass, etc. may be classified without a separate pretreatment process by its type.
  • the first fuel which is a high quality fuel, has a high volatile content and has a high calorific value as a fuel advantageous for gasification.
  • the first fuel having such a small amount of incombustibles is used as the main fuel of the gasification system and is provided to the gasifier 300.
  • the second fuel having a low calorific value a lot of non-combustibles are sent to the combustor 100 is utilized to generate combustion gas.
  • the combustor 100 may selectively utilize a combustor 100 suitable for the fuel, such as a grate firing and a fixed bed, including a fluidized bed.
  • the hot combustion gas generated through the combustion is directly supplied to the riser 210 of the gasifier 300 and serves to warm the coolant flow yarn.
  • the combustion gas warming the flow sand is discharged separately from the flow sand in a cyclone connected to the top of the riser 210.
  • the elevated flow yarn is supplied to the gasifier 300 to supply heat required for the gasification endothermic reaction and circulated back to the riser 210 to form one cycle.
  • the riser 210 is a portion for raising the flow yarn in the gasifier 300.
  • the riser 210 may implement a function of burning (partially oxidizing) unreacted fuel transmitted from the gasifier 300 by adjusting the excess air ratio in the combustor 100 so that some oxidant is present in the combustion gas.
  • the combustor 100 may be capable of independent operation in the overall system of the present invention, the independent separation of the operation of the combustor 100 may result in a weaker correlation of the entire system, thereby enhancing the control function of the entire system. will be.
  • one of the factors of lowering the stability is to use a gasifier (e.g., a gasoline generator) when the fuel having a large amount of such a pollutant is mainly used in the combustor 100 and the fuel having a relatively low pollutant source is used in the gasifier 300. 300) It is possible to greatly reduce the purification load at the rear end.
  • a gasifier e.g., a gasoline generator
  • the temperature of the combustor 100 is higher than the flow yarn melting point of the heat exchanger, it would also be very desirable to be able to adjust the temperature by installing a separate heat exchanger.
  • the combustor without the additional purification process by including the process of separating the fine powder and tar in the synthesis gas discharged from the gasifier 300 in the rear end equipment 320 and fed back to the combustor 100 to combust. Integrate at 100 to remove unburned and tar.
  • the flow yarn plays a role of heat transfer while circulating the riser 210 and the gasifier 300.
  • the flow yarn is heated to a high temperature in the riser 210 through the combustion gas supplied from the combustor 100, is separated from the combustion gas through a cyclone, supplied to the gasifier 300, and the temperature of the flow yarn is lowered through the endothermic reaction.
  • the unreacted carbon (referred to as char ⁇ ) remaining in the) is supplied back to the riser 210 to burn the unreacted carbon through the oxygen contained in the combustion gas to contribute to the temperature rise of the flow company, riser 210
  • the unburned powder of may be transferred to the gasifier 300 again to participate in the gasification reaction.
  • the unburned or non-combustibles when it accumulate a predetermined amount or more in the gasifier 300, it can be transferred to the combustor 100 through the transfer unit 310, the flow unit and the non-combustibles and unburned powder in the transfer unit 310 as necessary Separately, only the incombustibles and unburnt can be moved to the combustor 100.
  • the combustor 100 needs a positive pressure operation to smoothly supply the combustion gas to the fluidized bed riser 210.
  • At least 0.3 atm is required for fluidized bed operation, so it would be desirable to maintain this pressure.
  • the combustor 100 may adjust the temperature by injecting auxiliary fuel as needed.
  • the first communication unit 410 and the second communication unit 420 are further included.
  • the first communication unit 410 communicates the gasifier 300 with each other at a position higher than the lower portion of the riser 200 and the lower portion of the riser 200.
  • the second communication unit 420 communicates the riser 200 with each other at a position higher than the lower portion of the gasifier 300 and the lower portion of the gasifier 300.
  • one side of the first communication unit 410 communicates with the lower portion of the riser 200, and the other side of the first communication unit 410 communicates with the upper side of the gasifier 300.
  • the other side of the first communication portion 410 communicates with the upper side of the gasifier 300. It is preferably formed lower than the second position (720).
  • one side of the second communication unit 420 communicates with the lower portion of the gasifier 300, and the other side of the second communication unit 420 communicates with the upper side of the riser 200.
  • the other side of the second communication portion 420 communicates with the upper side of the riser 200. It is preferably formed lower than the fourth position (740).
  • first position 710 and the third position 730 may be formed at the same height
  • second position 720 and the fourth position 740 may be formed at the same height
  • the first position 710 and the third position 730 are formed lower than the second position 720 and the fourth position 740.
  • first communicating portion 410 and the second communicating portion 420 are formed to cross each other with an X character.
  • the flow yarn heated and heated up from the combustor 100 needs to reach only the fourth position 740 without having to reach the uppermost end of the riser 200, thereby eliminating the unnecessary provision of unnecessary energy.
  • the flow yarn reached to the fourth position 740 is lowered in the lower left direction under the guidance of the second communicating portion 420 and moved to the third position 730.
  • the flow yarn moved to the third position 730 transfers heat to the gasifier 300, moves back to the second position 720, and returns to the first position 710 along the first communication portion 410. do.
  • the operating efficiency can be maximized.
  • the operating temperature does not exceed 1000 degrees.
  • the melting point can also be significantly lowered by the effects of minerals contained in the fuel.
  • operation can be performed at a temperature higher than the maximum operating temperature of the fluidized bed (1000 degrees), thereby enabling more efficient operation.
  • the stocker type combustor 110 shown in FIG. 4 has a structure different from that of the combustor 100 shown in FIG. 1.
  • a fuel transport system such as a conveyor belt or a multi-stage pusher may be provided.
  • the grate combustor 120 as shown in FIG. 5 may be provided with an auxiliary burner inside the combustor, and a screw is provided at the lower end of the grate combustor 120 to push out the burned residues such as ash to the outside. will be.
  • a pretreatment unit including the sorter 500 as in the first embodiment of the present invention even in such a grate or stocker type combustor.
  • the sorter 500 provides a first fuel, which is a high-grade fuel, to the gasifier 300, and the second fuel, which is a low-grade fuel, is a stalker-type combustor 110, as described in the first preferred embodiment of the present invention. It can be provided to the combustor 120 of the grate method.
  • the combustor 100 is a stocker type combustor 110 or a grate type combustor. If 120 is used, it is not necessary to use more various fuels, for example, fuels that are difficult to break down, thereby reducing the shredding cost.
  • the gasifier 300 is mainly described as a fluidized bed, but a moving bed may be used if necessary, and the fluidized bed may also use various forms such as a bubble fluidized bed and a high speed fluidized bed.
  • Partial heat exchange and partial oxidation means the riser can be in the form of a bubble fluidized bed, and various types of reactors can be mixed as needed if the above configuration is satisfied. It is a reminder.
  • the gasifier 300 in the preferred embodiments of the present invention may be provided by additionally provided only the gasification and heat exchange module in the existing boiler.
  • all or part of the combustion gas of the existing boiler can be used according to the user's purpose, and in this case, it can be used as a way to produce high quality syngas at low investment cost.
  • the riser 210 may be used as the combustor 100 like the existing fluidized bed indirect gasifier without additional equipment change, and when the synthesis gas production is not required, the combustor 100 may not be driven. It can only be used separately, so it can be used more widely.
  • the system can be configured with three reactors, such as the gasifier 300, riser 210, and combustor 100, as shown in the above-described conceptual diagram, and the number of reactors can be changed to one or more as necessary. I must say.

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  • Gasification And Melting Of Waste (AREA)

Abstract

본 발명은 바이오매스/폐기물/석탄 등 다양한 성상을 가지는 저급연료의 효과적 간접 가스화를 통한 고품질 합성가스를 얻기 위한 기술에 대한 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템에 관한 것으로서, 선별기(500)를 갖는 전처리부와; 상기 전처리부에서 선별된 제1연료가 공급되는 가스화기(300)와; 상기 전처리부에서 선별된 제2연료가 제공되는 연소기(100)와; 상기 가스화기(300)와 상기 연소기(100)를 연결하며 내부에 유동사의 승온 및 이송 기능을 갖는 라이져(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 제공하여, 연소기를 별도로 구비하기 때문에 기존 간접가스화 시스템이 연소가스와 합성가스를 분리하는 형태로 가스상의 물질 분리에만 초점을 맞춘 것과 비교하여 대부분의 불순물을 연소기에서 처리하며 연소시 발생하는 열만 가스화에 이용하여 연소기에서 나오는 가스상의 물질 분리 뿐만 아니라, 고체물질까지 분리하는 것으로 불연물에 의한 운전장애를 현저하게 줄여주는 동시에 합성가스 내 불순물을 감소시키는 강점이 있다.

Description

연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템
본 발명은 바이오매스/폐기물/석탄 등 다양한 성상을 가지는 저급연료의 효과적 간접 가스화를 통해 고품질 합성가스를 얻기 위한 기술로 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템에 관한 것이다.
유동층 간접가스화 시스템은 두 개 이상의 유동층 반응기로 가스화기와 연소기를 구분하여 구성될 수 있다.
종래의 유동층 간접가스화 시스템은 가스화제로 스팀을 산화제로 공기를 사용하고 있다.
이때 가스화제와 산화제는 필요에 따라 변경될 수 있다.
간접 가스화 시스템은 가스화기와 연소기가 구분되어 구성되어 있어, 가스화기에서 생성되는 합성가스에 연소가스가 혼합되지 않는 구조로 이루어져 있어 가스화기에서 생산되는 합성가스에 연소가스로 인한 희석이 없이 높은 발열량을 가지는 합성가스 생산이 가능한 시스템이다.
이러한 간접 가스화 시스템은 흡열반응인 가스화기에 열을 공급하기 위해서 연소기로부터 열을 전달할 수 있는 열전달 매체가 필요하다.
열전달은 히트파이프(heat pipe)나 기타 다양한 열전달 매체가 사용될 수 있는데 유동층 시스템의 경우 연소기와 가스화기 사이에서 이동되는 유동사(Bed material)가 그 역할을 수행한다.
유동사는 연소기와 가스화기를 순환하면서 열전달을 하는 역할을 수행하며 연소기에서 고온으로 승온되어 사이클론을 통해 연소가스와 분리되어 가스화기로 공급되고 흡열반응인 가스화 반응을 거쳐 강온된 유동사는 가스화기에 남아 있는 미반응 탄소(촤)와 함께 다시 연소기로 공급되어 미반응 탄소를 연소시키고 이 때 발생하는 열로 다시 유동사를 승온시키는 형태로 운전된다.
이 때 연소기에는 필요에 따라 보조연료를 투입하여 온도를 조절하게 된다.
일반적으로 바이오매스/폐기물/석탄 등 저급연료는 다양한 성상을 가지며 물리적 특성, 화학적 특성, 불순물 함유량 등이 매우 다르다.
특히 가스화 및 연소시에 가장 큰 영향을 미치는 인자들은 연료의 발열량, 함수율, 연료 내의 불순물 및 불연물로서 회재, 돌, 금속, 유리, 중금속, 황, 염소 등 기타 환경오염 유발물질 등이 포함될 수 있다.
그 중에서도 고상의 불연물 혹은 불순물에 의한 운전은 유동층 반응기에 있어서 가장 큰 운전장애 요인으로 꼽힌다.
여러 저급연료 중, 특히 폐기물의 경우는 전처리 과정에서 불연물을 분리해 내고 선별하는 과정이 필수적이다.
이 때 선별 과정에 따라 불연물의 양에 큰 차이가 있을 수 있으며, 선별공정에 따라 분리가 어려운 다양한 불연물이 존재하며, 불연물이 많은 연료도 가연성 성분이 일정량 이상이면 연료로 활용해야 할 필요가 있다.
유동층 간접가스화 시스템은 가스화기나 연소기의 타입에 따라 이러한 불순물(불연물)에 의한 운전장애 정도는 상이하나 기술개발 대상인 유동층의 경우 특히 고상의 불연물에 의한 운전장애가 가장 큰 부분을 차지한다.
종래의 간접 가스화 시스템의 경우 연료 내의 불순물 및 무기물은 유동사의 융점을 낮게 하여 낮은 온도에서 유동사의 응집현상을 발생시키고, 이 경우 전체 시스템에 운전 장애가 발생되는 치명적인 문제가 존재한다.
또한 유동층 시스템의 경우 유동사에 의한 반응기 내화제 마모가 중요한 문제 중 하나이며 특히 저급연료 내 금속, 돌, 유리 등 불연물의 함량이 많을 경우 반응기 내벽에 심각한 손상을 주어 플랜트 수명을 단축 시킬 수 있다.
한편, 둘 이상의 반응기를 사용하며 두 반응기 사이의 지속적인 열 및 물질전달이 중요한 유동층 간접 가스화 시스템의 경우에는 단일 유동층에 비하여 이러한 운전장애가 일어날 문제 발생 가능성이 더욱 크다.
또한, 가스화기와 연소기가 열, 물질 적으로 강한 연관관계가 있어 두 반응기를 모두 최적화 하여 운전할 수 있는 영역이 상당히 좁은 문제점이 있다.
더욱이 종래의 유동층 간접 가스화 시스템의 경우에는 하나의 반응기에 문제가 생길 경우 서로 강한 상호작용을 하여 전체 시스템이 불안정해 지는 문제가 있다.
(특허문헌 1) 한국공개특허 제2012-0124403호
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 저급연료 내의 불연물에 의한 운전 장애를 최소화하기 위한 방법으로 간접 가스화기에서 열공급을 담당하는 연소기를 가스화기 및 유동사 승온부와 별도로 구비하고, 저급연료를 전처리부를 이용하여 불연물이 적게 포함된 연료는 가스화기에 공급하고 불연물이 많이 포함된 연료는 연소기에 공급하여 불연물 혹은 불순물은 제거하고 발생하는 열은 유동사 승온부로 공급하는 것으로서, 이를 통해 불연물 혹은 불순물에 의한 운전 장애를 최소화 하는 동시에 합성가스 내의 가스상 불순물도 감소시키는 연소기 독립형 간접 가스화 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 선별기(500)를 갖는 전처리부와; 상기 전처리부에서 선별된 제1연료가 공급되는 가스화기(300)와; 상기 전처리부에서 선별된 제2연료가 제공되는 연소기(100)와; 상기 가스화기(300)와 상기 연소기(100)를 연결하며 내부에 유동사의 승온 및 이송 기능을 갖는 라이져(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 라이져(200)와 상기 연소기(100) 사이에는 분산판(101)이 마련되는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 가스화기(300)와 상기 연소기(100)를 연결하면서, 상기 가스화기(300)에 적층되는 불연물 및 미반응 촤(char)를 상기 연소기(100)에 이송하는 이송부(310);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 시스템은 상기 연소기(100)와 상기 가스화기(300) 사이에 마련되는 후단설비(320)를 더 포함하되, 상기 가스화기(300)에서 배출되는 합성가스 내 미연분 및 Tar를 상기 후단설비(320)에서 분리하고 다시 상기 연소기(100)로 공급하여 연소하는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 라이져(200)의 하부와 상기 라이져(200)의 하부 보다 높은 위치에서 상기 가스화기(300)를 연통시키는 제1연통부(410)와; 상기 가스화기(300)의 하부와 상기 가스화기(300)의 하부 보다 높은 위치에서 상기 라이져(200)를 연통시키는 제2연통부(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 제1연통부(410)와 상기 제2연통부(420)는 서로 교차되는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
또한, 상기 이송부(310)는 일측이 상기 가스화기(300)의 하부에 연결되고, 타측은 상기 연소기(200)의 하부와 연결되는 것을 특징으로 하는 연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템을 포함한다.
상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 연소기를 별도로 구비하기 때문에 기존 간접가스화 시스템이 연소가스와 합성가스를 분리하는 형태로 가스상의 물질 분리에만 초점을 맞춘 것과 비교하여 대부분의 불순물을 연소기에서 처리하며 연소시 발생하는 열만 가스화에 이용하여 연소기에서 나오는 가스상의 물질 분리 뿐만 아니라, 고체물질까지 분리하는 것으로 불연물에 의한 운전장애를 현저하게 줄여주는 동시에 합성가스 내 불순물을 감소시키는 강점이 있다.
둘째, 연소기의 운전을 분리하기 때문에 연소기와 가스화기의 상관관계를 약하게 하여 전체 시스템의 제어 기능을 보다 강화하는 장점이 있다.
셋째, 연소기에 문제가 발생하여도 기존 간접가스화 시스템과 같이 전체시스템에 문제가 발생하지 않으며 연소기 부분만 보완하면 되는 이점이 있다.
넷째, 연소기를 유동층이 아닌 화격자 방식이나 스토커 방식 등을 활용하면 유동층 최대 조업온도(섭씨1000도) 보다 더 높은 온도에서 조업이 가능하여 보다 효율적인 운전이 가능해지는 이점이 있다.
다섯째, 연소기의 온도가 열교환부의 유동사 융점보다 높을 경우 기존 보일러에서와 같이 별도의 열교환기를 설치하여 온도를 조절할 수 있는 장점이 있다.
여섯째, 보다 다양한 연료 (예를 들면 파쇄가 어려운 연료)를 사용할 수 있으며 파쇄비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
일곱째, 바이오매스, 석탄을 혼합하여 합성가스를 만들 때 가스화기에는 주로 바이오매스를 활용하고 연소기에는 주로 석탄을 활용하면 보다 용이하게 합성가스 생산이 가능하며 합성가스의 정제 부하를 크게 줄일 수 있는 강점이 있다.
여덟째, 연소기가 독립적으로 구동되므로 전체시스템의 내구 연한을 늘릴 수 있으며 부분적으로 연소기의 내구성이 증대되는 이점이 있다.
아홉째, 오염원이 많은 연료를 연소기에 주로 사용하고 상대적으로 오염원이 적은 연료를 가스화기에 사용하면 가스화기 후단에서의 정제 부하를 크게 줄일 수 있는 장점이 있다.
열째, 연소기가 별도로 구동되므로, 연소가스를 이용해 유동사를 승온하는 라이져에 기포유동층, 고속유동층 등 다양한 형태의 유동층 시스템을 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.
열 한번째, 기존 설치된 보일러에 가스화 및 열교환 모듈만을 추가적으로 구비하여 활용할 수 있기 때문에 사용 목적에 따라 기존 보일러의 연소가스를 전부 활용하거나 일부 활용할 수 있게 됨으로써 낮은 투자비용으로 고품질 합성가스를 생산할 수 있는 방법으로 활용 가능해지는 강점이 있다.
열 두번째, 별도의 추가적인 설비변경 없이 열교환 부를 기존 유동층 간접가스화기와 같이 연소기로 활용할 수 있기 때문에 합성가스 생산이 필요치 않을 경우 가스화기를 구동하지 않고 연소기만 별도로 활용할 수 있어 그 활용 폭을 넓은 이점이 있다.
열 세번째, 대상 연료를 연소 이전에 사전 분리함으로써 양질의 연료는 가스화기에 공급하고, 불순물의 함량이 많은 저급 연료는 전용 연소기에 공급함으로써, 최적화된 운전이 가능해지는 이점이 있다.
열 네번째, 분리되어 운전되는 연소기 발생 열은 가스화기에 전달하되 연소가스는 배출되고 승온된 유동사를 통해 가스화기 운전에 필요한 열을 공급하므로 연소기에 공급된 저급연료에 포함된 불순물 및 불연물이 가스화 공정에 미치는 악영향을 최소화함으로써 운전효율이 극대화되는 강점이 있다.
열 다섯째, 가스화기 연소기의 상관관계를 약하게 함으로써 안정적인 운전영역이 확대되는 동시에 보다 양질의 합성가스를 획득할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제5실시 예에 따른 전체 구성도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제4실시 예에 따른 전체 구성도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제5실시 예에 따른 전체 구성도이다.
전체적인 구성의 개략적인 설명
먼저 본 발명의 전체적인 구성을 설명한 뒤 상세 구성을 후술하기로 한다.
본 발명의 전처리부는 선별기(500)를 포함한다.
가스화기(300)는 전처리부의 선별기(500)에서 선별된 제1연료가 제공된다.
다시 말해서 가스화기(300)에는 선별기(500)에서 선별 처리되어 폐기물이나 고상의 불연물 및 불연소 물질 등이 포함되지 않은 고급연료인 제1연료가 공급되는 것이다.
연소기(100)는 전처리부에서 선별된 제2연료가 제공된다.
다시 말해서 연소기(100)에는 선별기(500)에서 선별 처리되어 폐기물이나 고상의 불연물 및 가스화에 부적합한 불순물 등이 보다 많이 포함될 수 있는 저급연료인 제2연료가 제공되는 것이다.
연소기(100)에는 챔버(103)가 마련되어 연소에 필요한 에어를 공급한다.
라이져(200)는 가스화기(300)와 연소기(100)를 연결한다.
보다 상세하게는 라이져(200)(Riser로서 이하에서는 라이져(200)라고 함)는 일측이 연소기(100)의 상단에 연결되고 타측은 가스화기(300)에 연결되는 구조이다.
다시 말해서 라이져(200)는 연소기(100)의 상단에 연결되어 내부에서 유동사가 유동되는 부분을 일컫는다.
유동사는 라이져(200)를 거쳐 제1경로(430)를 지나 가스화기(300)에 투입되면서 가스화기(300)에 열 에너지를 인가한 뒤 다시 제2경로(440)를 지나 라이져(200)로 순환된다.
한편, 라이져(200)와 연소기(100) 사이에는 분산판(101)이 마련되는 것이 바람직하다.
분산판(101)은 후술하겠지만, 연소기(100)에서 발생된 열을 상부로 배출하되, 라이져(200)에 포함되어 유동되는 유동사가 중력에 의하여 하강할 때 연소기(100) 내부로 침투되는 것을 방지하는 역할을 한다.
다시 말해서, 분산판(101)은 연소기(100)에서 발생된 열 만을 온전하게 라이져(200)의 유동사에 제공하는 역할을 수행하는 것이라고 할 수 있으며, 그러한 역할을 수행할 수 있는 어떠한 구조라도 상관없다.
또한, 상기 가스화기에서(300)에서 배출되는 합성가스 내 미연분 및 Tar를 후단설비(320)에서 분리하고 다시 연소기(100)로 공급하여 연소하는 공정을 포함으로써 추가 정제 공정 없이 연소기(100)에서 통합하여 미연분 및 tar를 제거 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 제2실시 예로서, 본 발명은 이송부(310)를 더 포함할 수 있다.
이송부(310)는 가스화기(300)와 연소기(100)를 서로 연결한다.
보다 상세하게는, 이송부(310)는 가스화기(300)에 적층되는 불연물 및 미반응 촤(char 이하 촤라고 한다)를 연소기(100)로 이송하는 역할을 한다.
다시 말해서, 이송부(310)는 가스화기(300)에 혹시라도 남아 있을 불연물 및 미반응 촤를 연소기(100)로 보내어 다시 연소되도록 하는 것이다.
한편, 본 발명의 바람직한 제3실시예로서 본 발명은 제1연통부(410) 및 제2연통부(420)를 더 포함하여 구성되는 것 또한 매우 바람직하다 할 것이다.
제1연통부(410)는 라이져(200)의 하부와 라이져(200)의 하부 보다 높은 위치에서 가스화기(300)를 서로 연통시킨다.
제2연통부(420)는 가스화기(300)의 하부와 가스화기(300)의 하부보다 높은 위치에서 라이져(200)를 서로 연통시킨다.
보다 상세하게는, 제1연통부(410)의 일측은 라이져(200)의 하부에 연통되고, 제1연통부(410)의 타측은 가스화기(300)의 상측에 연통되는 것이다.
다시 말해서, 제1연통부(410)의 일측이 라이져(200)의 하부에 연통되는 제1위치(710)는, 제1연통부(410)의 타측이 가스화기(300)의 상측에 연통되는 제2위치(720) 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제2연통부(420)의 일측은 가스화기(300)의 하부에 연통되고, 제2연통부(420)의 타측은 라이져(200)의 상측에 연통되는 것이다.
다시 말해서, 제2연통부(420)의 일측이 가스화기(300)의 하부에 연통되는 제3위치(730)는, 제2연통부(420)의 타측이 라이져(200)의 상측에 연통되는 제4위치(740) 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 제1위치(710)와 제3위치(730)는 같은 높이로 형성될 수 있으며, 제2위치(720)와 제4위치(740)는 동일한 높이로 형성될 수 있는 것이다.
이 때, 제1위치(710)와 제3위치(730)는 제2위치(720) 및 제4위치(740) 보다 낮게 형성되는 것이다.
다시 말해서, 제1연통부(410)와 제2연통부(420)는 서로 X자로 교차되면서 형성되고 있는 것이 바람직할 수 있는 것이다.
기술의 설명
간접 가스화 시스템은 가스화기(300)와 연소기(100)를 구분하여 생성가스 내 연소가스가 혼합되지 않으므로 높은 발열량을 가지는 합성가스 생산이 가능한 시스템이다.
흡열반응인 가스화기(300)에 열을 공급하기 위해서 연소기(100)로부터 열을 전달할 수 있는 열전달 매체(Heat carrier)가 필요하다.
열전달은 heat pipe나 기타 다양한 열전달 매체를 사용할 수 있는데 본 발명과 같은 유동층 시스템의 경우 유동사 (Bed material)가 그 역할을 한다.
그런데 일반적으로 바이오매스/폐기물/석탄 등 저급연료는 다양한 성상을 가지며 물리적 특성, 화학적 특성, 불순물 함유량 등이 매우 다르다.
특히 가스화 및 연소시에 가장 큰 영향을 미치는 인자로는 연료의 발열량, 함수율, 연료내의 불순물 및 불연물 (회재, 돌, 금속, 유리, 중금속, 황, 염소 등 기타 환경오염유발물질) 등이 있다.
바이오매스, 폐기물, 석탄 등을 혼합하여 사용하고자 하는 경우에 이러한 다양한 연료들을 함께 사용할 경우 모두 혼합해 사용하기보다 나누어 사용할 필요성이 높다.
예를 들어 석탄은 회재가 많고 휘발성분이 적으며 황 등 유해 물질이 많이 포함되어 있으나 바이오매스는 회재가 적고 휘발성분이 많고 유해물질이 적다.
따라서 바이오매스, 석탄을 혼합하여 합성가스를 만들 때 가스화기(300)에는 주로 고급연료인 바이오매스를 활용하고 연소기(100)에는 저급연료인 석탄을 주로 활용하면 보다 용이하게 합성가스 생산이 가능하며 합성가스의 정제 부하를 크게 줄일 수 있게 되는 것이다.
본 발명은 저급연료 내의 불연물에 의한 운전 장애를 최소화하기 위한 방법으로 간접 가스화기(300)에서 열공급을 담당하는 연소기(100)를 가스화기(300) 및 유동사 승온부와 별도로 구비한다.
제1실시 예
본 발명의 선별부는 연료를 고급연료인 제1연료와 저급연료인 제2연료로 구분되도록 선별한다.
이러한 선별과정은 동일한 선별과정을 거쳐서도 구분이 가능하고 또는 서로 다른 선별과정 (예를 들어 보다 많은 선별과정을 추가한 flow에는 고급 연료를 얻을 수 있다.) 을 통해 연료를 구분할 수도 있다.
한편, 석탄 및 바이오매스 등은 그 종류에 의해 별도의 전처리 과정 없이 분류할 수도 있는 것이다.
고급연료인 제1연료는 휘발분이 많아 가스화에 유리한 연료로서 높은 발열량을 갖는다.
이렇게 적은 불연물을 가진 제1연료는 가스화 시스템의 주 연료로 활용되어 가스화기(300)로 제공되는 것이다.
한편, 낮은 발열량, 많은 불연물을 가지는 제2연료는 연소기(100)로 보내져 연소가스 생성에 활용된다.
연소기(100)는 유동층을 포함하여 이동층 (grate firing), 고정층 등 해당 연료에 적합한 연소기(100)를 선택적으로 활용할 수 있다.
연소를 통해 발생된 고온의 연소 가스는 바로 가스화기(300)의 라이져(210)로 공급되어 차가워진 유동사를 데우는 역할을 한다.
유동사를 데운 연소 가스는 라이져(210)의 상단에 연결되는 사이클론에서 유동사와 분리되어 배출된다.
승온된 유동사는 가스화기(300)에 공급되어 가스화 흡열반응에 필요한 열을 공급하고 다시 라이져(210)로 순환되어 하나의 사이클을 이룬다.
라이져(210)는 가스화기(300)에서 유동사를 승온하는 부분이다.
라이져(210)에서는 연소기(100)에서 과잉공기비를 조절하여 연소가스 내에 산화제가 일부 존재하게 하여 가스화기(300)에서 전달되는 미반응 촤를 연소(부분산화)하는 기능을 구현할 수 있다.
연소기(100)는 본 발명의 전체적인 시스템에서 독립적인 운전이 가능할 수 있기 때문에 이러한 연소기(100) 운전의 독립적인 분리운전으로 인하여 전체적인 시스템의 상관관계를 약하게 유지함으로써 전체 시스템의 제어 기능을 보다 강화하는 것이다.
만일 연소기(100)에 문제가 발생되더라도 전체적인 시스템에 문제를 일으키지는 않게 됨으로써 연소기(100) 자체 부분의 문제 해결만 이룩하면 그만인 것이다.
또한, 유동층 시스템의 경우 유동사에 의한 마모가 중요한 문제의 하나이며 특히 금속, 돌, 유리 등 불연물의 함량이 많을 경우 반응기 내벽에 심각한 손상을 주어 플랜트 수명을 단축시킬 수 있으나, 이러한 저급연료 물질들을 독립적으로 연소기(100)에서 주로 처리하면 전체시스템의 내구 연한을 늘릴 수 있으며 부분적으로 연소기(100)의 내구관리에만 신경 쓰면 되는 것이다.
부언하면, 연료안의 황성분, 염소성분 및 기타 오염발생 물질 등이 가스화 과정에서 산성가스, 암모니아, 다이옥신 및 다양한 유해 가스 형태로 배출될 수 있는데 이를 정제하기 위한 별도의 설비가 필요하여 가스화 시스템의 경제성, 안정성을 낮추는 요인의 하나이나, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따르면 이러한 오염원이 많은 연료를 연소기(100)에 주로 사용하고 상대적으로 오염원이 적은 연료를 가스화기(300)에 사용하면 가스화기(300) 후단에서의 정제 부하를 크게 줄일 수 있게 된다.
한편, 연소기(100)의 온도가 열교환부의 유동사 융점보다 높을 경우 별도의 열교환기를 설치하여 온도를 조절할 수 있는 것 또한 매우 바람직한 일일 것이다.
또한, 상기 가스화기에서(300)에서 배출되는 합성가스 내 미연분 및 타르(Tar)를 후단설비(320)에서 분리하고 다시 연소기(100)로 공급하여 연소하는 공정을 포함으로써 추가 정제 공정없이 연소기(100)에서 통합하여 미연분 및 타르(tar)를 제거 할 수 있다.
제2실시 예
유동사는 라이져(210)와 가스화기(300)를 순환하면서 열전달을 하는 역할을 수행한다.
유동사는 연소기(100)에서 공급되는 연소가스를 통해 라이져(210)에서 고온으로 승온되어 사이클론을 통해 연소가스와 분리되어 가스화기(300)로 공급되고 흡열반응을 거쳐 강온된 유동사는 가스화기(300)에 남아있는 미반응 탄소(char 이하 촤라고 함)와 함께 다시 라이져(210)로 공급되어 연소가스에 포함된 산소를 통해 미반응 탄소를 연소시켜 유동사의 승온에 기여할 수 있으며, 라이져(210)의 미연분은 다시 가스화기(300)로 이송되어 가스화 반응에 참여할 수 있다.
한편, 가스화기(300)에 미연분이나 불연물이 일정량 이상 누적되게 되면 이를 이송부(310)를 통해 연소기(100)로 이송할 수 있으며, 필요에 따라 이송부(310)에서 유동사와 불연물 및 미연분을 분리하여 불연물 및 미연분만 연소기(100)로 이동 시킬 수 있다.
이렇게 함으로써 연소기(100)의 불연물 처리 설비를 활용하여 가스화기(300)에 별도의 설비 없이 불연물을 처리 가능해지는 것이다.
이 때, 연소기(100)는 유동층 라이져(210)에 연소가스를 원활히 공급할 수 있도록 양압 운전이 필요하다.
일반적으로 유동층 운전을 위해서는 최소 0.3기압 이상이 필요하므로 이 이상의 압력을 유지하는 것이 바람직하다 할 것이다.
한편, 이 경우 연소기(100)에는 필요에 따라 보조연료를 투입하여 온도를 조절할 수도 있다.
제3실시 예
본 발명의 바람직한 제3실시예로서 제1연통부(410) 및 제2연통부(420)를 더 포함하여 구성되는 것 또한 매우 바람직하다 할 것이다.
제1연통부(410)는 라이져(200)의 하부와 라이져(200)의 하부 보다 높은 위치에서 가스화기(300)를 서로 연통시킨다.
제2연통부(420)는 가스화기(300)의 하부와 가스화기(300)의 하부보다 높은 위치에서 라이져(200)를 서로 연통시킨다.
보다 상세하게는, 제1연통부(410)의 일측은 라이져(200)의 하부에 연통되고, 제1연통부(410)의 타측은 가스화기(300)의 상측에 연통되는 것이다.
다시 말해서, 제1연통부(410)의 일측이 라이져(200)의 하부에 연통되는 제1위치(710)는, 제1연통부(410)의 타측이 가스화기(300)의 상측에 연통되는 제2위치(720) 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 제2연통부(420)의 일측은 가스화기(300)의 하부에 연통되고, 제2연통부(420)의 타측은 라이져(200)의 상측에 연통되는 것이다.
다시 말해서, 제2연통부(420)의 일측이 가스화기(300)의 하부에 연통되는 제3위치(730)는, 제2연통부(420)의 타측이 라이져(200)의 상측에 연통되는 제4위치(740) 보다 낮게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 제1위치(710)와 제3위치(730)는 같은 높이로 형성될 수 있으며, 제2위치(720)와 제4위치(740)는 동일한 높이로 형성될 수 있는 것이다.
이 때, 제1위치(710)와 제3위치(730)는 제2위치(720) 및 제4위치(740) 보다 낮게 형성되는 것이다.
다시 말해서, 제1연통부(410)와 제2연통부(420)는 서로 X자로 교차되면서 형성되고 있는 것이 바람직할 수 있는 것이다.
이와 같은 구성을 취함으로써, 연소기(100)로부터 가열되어 승온된 유동사는 라이져(200)의 최상단까지 이를 필요 없이 제4위치(740)까지만 도달하면 되므로 불필요한 에너지의 추가적인 제공이 필요 없게 된다.
제4위치(740)까지 도달된 유동사는 제2연통부(420)의 안내를 받아 좌하 방향으로 하강되어 제3위치(730)로 이동된다.
제3위치(730)에 이동된 유동사는 가스화기(300)에 열을 전달하고 다시 제2위치(720)로 이동된 뒤 제1연통부(410)를 따라 제1위치(710)로 돌아오게 된다.
다시 말해서, 본 발명의 바람직한 제3실시 예에 따르면 유동사의 유동 사이클이 보다 낮은 위치에너지를 가지고 유동될 수 있기 때문에 운영효율이 극대화 될 수 있게 되는 것이다.
제4실시 예 및 제5실시 예
유동층 시스템의 경우 보통 연소기에서 국부적인 고온현상이 발생하여 유동사의 융점을 넘어서는 운전조건이 다수 발생할 수 있다.
일반적으로 모래를 유동화 매체로 활용할 경우 조업온도가 1000도를 넘지 않는다. 특히 일부 저급연료의 경우 연료 내에 포함된 무기물에 의한 영향으로 또한 융점이 크게 낮아질 수 있다.
이 경우 전체 시스템에 치명적인 운전 장애가 발생하지만, 본 발명의 경우 이러한 위험이 없다.
연소기에 문제가 발생하여도 기존 간접가스화 시스템과 같이 전체시스템에 문제가 발생하지 않으며 연소기 부분만 보완하면 되는 것이다.
또한 연소기를 유동층이 아닌 도 4와 같이 스토커 방식이나 도 5처럼 화격자 방식등을 활용하면 유동층 최대 조업온도(1000도) 보다 더 높은 온도에서 조업이 가능하여 보다 효율적인 운전이 가능해진다.
도 4와 같은 스토커 방식의 연소기(110)는 도 1의 연소기(100)와 그 구조가 상이하다.
스토커 방식의 연소기(110) 내부에는 컨베이어 밸트나 다단의 푸셔(pusher) 등 연료 이송 시스템이 마련될 수 있게 된다.
한편, 도 5와 같은 화격자 방식의 연소기(120)는 연소기 내부에서 보조 버너가 마련될 수 있고, 화격자 방식의 연소기(120) 하단부에는 스크류가 마련되어 재 등 연소된 찌꺼기 등을 외부로 밀어낼 수 있는 것이다.
이와 같은 화격자 방식이나 스토커 방식의 연소기에서도 본 발명의 제1실시 예에서와 같은 선별기(500)를 포함하는 전처리부를 갖는 것이 바람직하다.
선별기(500)는 본 발명의 바람직한 제1실시 예에서 설명되었던 바와 같이 고급연료인 제1연료를 가스화기(300)에 제공하고, 저급연료인 제2연료는 스토커방식의 연소기(110)나, 화격자 방식의 연소기(120)로 제공할 수 있는 것이다.
한편, 유동층의 경우 원활한 유동화를 위해 연료 크기가 수 mm에서 수 cm 사이로 제한되어 전처리 과정에서 연료 크기를 규격화 해야 할 필요가 있는데, 연소기(100)를 스토커 방식의 연소기(110)이나 화격자 방식의 연소기(120)를 사용할 경우 그럴 필요가 없어 보다 다양한 연료, 예를 들면 파쇄가 어려운 연료등을 사용할 수 있기 때문에 파쇄비용을 줄일 수도 있게 된다.
본 발명의 바람직한 여러 실시 예들에서 가스화기(300) 부분을 주로 유동층으로 설명했으나 필요에 따라 이동층을 사용할 수 있으며 유동층도 기포유동층, 고속유동층 등 다양한 형태를 사용할 수 있다.
라이져(Riser)로 표한한 열교환 및 부분산화 부분도(원래 riser는 고속 유동층 이라는 의미를 내포함) 기포유동층 형태로 할 수 있으며 상기 구성을 만족할 수 있다면 필요에 따라 다양한 형태의 반응기를 혼합할 수 있음도 일러두는 바이다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예들에서의 가스화기(300)는 기존 설치된 보일러에 가스화 및 열교환 모듈만을 추가적으로 구비하여 활용할 수도 있다.
이때 사용자의 목적에 따라 기존 보일러의 연소가스를 전부 활용하거나 일부 활용할 수 있으며 이 경우 낮은 투자비용으로 고품질 합성가스를 생산할 수 있는 방법으로 활용이 가능하다.
또한, 필요 시 별도의 추가적인 설비변경 없이 라이져(210)를 기존 유동층 간접가스화기와 같이 연소기(100)로 활용할 수 있으며, 합성가스 생산이 필요치 않을 경우 가스화기(300)를 구동하지 않고 연소기(100)만 별도로 활용할 수 있어 그 활용 폭을 넓힐 수 있다.
기본적으로 본 시스템은 상기 나타낸 개념도와 같이 가스화기(300), 라이져(210), 연소기(100) 등 3개의 반응기로 구성할 수 있으며 필요에 따라 각각의 반응기 개수는 1개 이상으로 변경될 수 있음을 일러두는 바이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않은 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 선별기(500)를 갖는 전처리부와;
    상기 전처리부에서 선별된 제1연료가 공급되는 가스화기(300)와;
    상기 전처리부에서 선별된 제2연료가 제공되는 연소기(100)와;
    상기 가스화기(300)와 상기 연소기(100)를 연결하며 내부에 유동사의 승온 및 이송 기능을 갖는 라이져(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라이져(200)와 상기 연소기(100) 사이에는 분산판(101)이 마련되는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스화기(300)와 상기 연소기(100)를 연결하면서,
    상기 가스화기(300)에 적층되는 불연물 및 미반응 촤(char)를 상기 연소기(100)에 이송하는 이송부(310);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라이져(200)의 하부와 상기 라이져(200)의 하부 보다 높은 위치에서 상기 가스화기(300)를 연통시키는 제1연통부(410)와;
    상기 가스화기(300)의 하부와 상기 가스화기(300)의 하부 보다 높은 위치에서 상기 라이져(200)를 연통시키는 제2연통부(420);를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1연통부(410)와 상기 제2연통부(420)는 서로 교차되는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 이송부(310)는,
    일측이 상기 가스화기(300)의 하부에 연결되고,
    타측은 상기 연소기(200)의 하부와 연결되는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 연소기(100)와 상기 가스화기(300) 사이에 마련되는 후단설비(320)를 더 포함하되,
    상기 가스화기(300)에서 배출되는 합성가스 내 미연분 및 Tar를 상기 후단설비(320)에서 분리하고 다시 상기 연소기(100)로 공급하여 연소하는 것을 특징으로 하는,
    연소기 독립형 유동층 간접 가스화 시스템.
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