KR810001110B1 - 고체연료로부터 가스를 생성시키는 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

고체연료로부터 가스를 생성시키는 방법

제1도는 가스발생로의 수직단면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.

제3도는 가스 발생로의 정부를 확대한 수직 종단면도.

본 발명은 유동상(流動床)으로부터 상승하는 가스중에 함유된 입자를 반응실내에서 원심력작용으로 분리시킴으로써 유동상을 갖는 반응실내에서 가스화체를 사용하여 가스화시킴으로써 고체연료로부터 가스를 생성시키는 방법에 관한 것이다.

유동상 중에서 고체연료를 가스화할 때 강열처리(强熱處理)된 유동상으로부터의 미립자는 공기력 반송(搬送)작용에 의해 끊임없이 반출된다. 이들 입자가 가스화 되지 않거나 또는 불완전하게 가스화하므로, 바라지 않는 탄소손실이 일어난다. 생성가스용의 통로에 사이클론을 구비하는 것은 공지이다. 사이클론을 발생로 탱크 중에 배치하는 것이 제안되었는데, 그 경우 발생기의 하단으로부터 발생로 내실에 연결되어 있어 유동상에까지 신장되어 있는 안내로(guide track)가 돌출(突出)하여 있어, 이들에 의해 분리된 분진이 유동상에 다시 공급된다.

유동상에 도입한 분진은 그것이 반응 불활성이기 때문에 소망의 정도로 더 가스화되지 않고 가스화되지 않은 채로 유동상으로부터 다시 반출되어, 사이클론을 다시 부하(負荷)시켜도, 공정경과에는 불리하다.

본 발명의 문제는 결점 및 불충분함을 제거하고 또한 유동상 원리를 적용하고, 특히 연료에서 공급되는 탄소의 양호한 이용을 가능케하고 고체입자에 의한 가스류(流)의 부하를 유효하게 감소시켜 공정의 유리한 실시를 하게하여 고체연료로부터 가스를 생성하는 유리한 방법을 개시하는 것이다.

전술한 종류의 방법의 경우에, 본 발명에 의해 유동상으로부터 상승하는 가스로부터 분리된 입자를 별개의 가스화제류중(流中)에 도입하고, 이것을 통하여 우동상과는 별개로 가스화시킴으로써 해결된다.

가스화제로서는 ,우선 제1로 수증기 및 산소가 적합하다. 분리공정으로부터 생긴 입자는 직접 가스화제류에 의해 포착된다. 이 방법에 의해 입자의 전탄소분의 가스화는 달성할 수 있다. 이것에 의해 연료는 종래보다도 현저히 양호하게 이용된다. 또한 전공정, 특히 분리공정에 있어서 바람직하지 않은 부하는 반복순환하는 연료입자에 의해 피하게 된다.

가스화를 회분 융점을 초과하는 온도에서 실시하면 유리하며 건조된 고체입자는 생기지 않고 액상 슬래그만이 생기고 이것은 유동상 중에 적하(滴下)하고, 냉각되어, 고회되고, 비중이 비교적 높으므로 유통상을 통해 아래 방향으로 침강시킨 후, 통상의 수단에 의한 적당한 방법으로 반출된다. 그 때문에 유동상으로부터 상승하는 가스류에 의해 포착되고 또한 다시 분리될 수 있는 미세한 건조입자는 존재하지 않는다.

본 방법의 다른 이점은, 분리된 입자를 별개로 가스화할 때에 발생하는 열이 완전히 이용되는 것이다. 가열된 가스는 그 습열을 유동상에 부여하고, 여기서 이 열 에너지는 발열성 가스화 반응에 사용하여 유리하게 사용된다.

또한 종래의 유동상 가스화에 의한 방법에 대하여 생성가스가 비교적 냉각시에 반응실을 유출하는 것이 달성되었다.

특히 유리한 것은 분리된 입자의 별개의 가스화는 동일 반응실 내에서의 유동상 가스화와 또한 고정상 가스화를 포함하는 가스화 공정에서 수행된다. 그러므로서, 전체적으로 대단히 유리한 공정이 얻어지며, 그 결과 뿐만 아니라 그 실시에 관하여도 상세히는 고정상의 아래방향에서 특히 회전 화격자(火格子)를 통하여 수행할 수 있는 회분방출에까지 미친다.

본 발명은 압력하에서 실시하는 것이 유리하다. 그러나 가압하지 않고 조작하는 것도 가능하다.

본 발명을 실시하기 위한 발생로는, 유동상 가스화 구역을 포함하여 연료용의 도입장치를 적어도 1개와 가스화제용의 공급도관(導管)을 구비하는 발생로 탱크를 갖고 있으며, 그 탱크 중에는 유동상 가스화 구역의 상방(上方)에 고체입자를 분리하기 위한 사이클론이 설치되어 있다.

본 발명에서는 그와 같은 발생로가, 가스화제가 공급되는 주입기를 갖는 가스화실이 사이클론과 연결되어 있는 것을 포함한다.

가스화실은 중간부분을 통해 사이클론과 연결되어도 좋다. 특히 유리한 실시형태로는 가스화실은 직접 사이클론의 유출구에 연결시키는 것이다. 그것에 의해 분리된 입자는 주입기로부터 나오는 가스화제류에 의해 즉시로 포착하여 가스화시킨다.

주입기는 직접 사이클론 및 가스화실 사이의 통과지역 또는 사이클론의 유출구에 배치시킬 수 있다. 또한 주입기가 가스화제 때문에 적어도 1개의 가스화실의 종축에 비스듬하게 배치시킨 배출노즐 및(또는)편심적으로 배치한 배출노즐을 포함해도 좋으며, 또는 그 자체 경사시키거나 또는 편심적으로 배치시켜도 좋다. 가스화 공정 중에 입자들의 운동은 적당한 방법으로 영향을 주어, 특히 나선 또는 와선 운동을 계속해서 사이클론내에서 입자들을 받게된다.

사이클론을 발생로 탱크의 최상부나 또한 정부에 배치시키는 것이 적합하다. 사이클론은 유동기술적요건, 가스 속도 및 가스에 부수하는 입자의 크기에 따라 당업자에게 잘 알려진 방법으로 설계하는 것이 좋다. 이것은 강철 또는 세라믹 물질 등의 고내열재로 만든다. 발생로 탱크내에 사이클론을 배치하면 가스화공정을 압력하에 행하는 경우에도 발생로의 벽은 내압성일 필요는 없다.

사이클론에 취입장치를 설계하고, 이것을 통하여 가스를 특히 적합한 방법으로 사이클론에 도입하는 것이 유익하다. 이와 같은 취입 장치는 예를 들면 사이클론의 주위에 규칙적으로 분포시킨 통로를 가지며, 가이드 베인의 크라운법으로 제조하거나 또는 이 가이드 베인을 구비한다.

생성가스를 배출하기 위해, 사이클론의 상향으로 발생로 탱크를 관통하고 있는 가스 배출로를 구비하는 것이 적합하다.

이 도관은 특히 사이클론의 측방향으로 사이클론으로부터 신장할 수 있다.

발생로는 순수한 유동상 발생로이어도 좋지만, 가스실을 갖는 사이클론을 혼합 유동상과 고정상 가스화시스템 위에 배치시키는 것이 적합하다.

본 발명을 첨부 도면에 의해 이하에 더 구체적으로 설명한다.

제1에 나타낸 가스발생로는 반응실R를 둘러싸는 발생로 탱크 G를 가지며 이것은 이의 실시예에서 중간부분 2에 유동상 가스화 구역 W와 저부 1에 고정상 가스화 구역 f를 포함한다. 이것은 동일한 발생로탱크G에 고정상 발생로 F와 유동상 발생로 W가 서로 연결되어 있음을 의미한다.

고정 또는 준고정 총 중의 연료를 가스화한 구정상 구역 F는 샤프트 형태이며, 공지 형태의 회전화격자 4를 형성한다. 5는 회전화 격자 중에 개구(開口)되어 있는 가스화제, 예를 들면, 실시되는 공정 또는 소망의 가스에 따라 공기 또는 산소 및(또는)수증기의 공급도관을 나타낸다. 고정상 가스화 구역으로부터 가스화 잔류물을 취출하는 것은 공지 종류의 록 게이트 6을 사용한다.

고정상 가스화 구역 F다음에 유동상 가스화에는 연료용입구 10을 구비한다. 연료 삽입 장치는 그때 마다 구동 가능한 스크류 콘베이어 11를 가지며 또한 연료용 호퍼 12의 하단에 설치되어 있다. 그 위에는 공지된 록 게이트 13이 존재한다. 스크류 콘베이어 대신에 연료를 도입시키기 위한 다른 형태의 장치, 예를들면 슬바이드형 또는 진동형 콘베이어를 설치해도 좋다.

연료 주입구 10밑에 그때마다 링상으로 그 주위에 나뉘어 설치되어 있는 가스화제(예, 공기, 산소, 수증기)용의 수개의 공급도관 14가 설치되어 있다. 이때 구역 W에 개구되어 있는 이들 입구는 도면에서 명백한 바와 같이 다른 높이로 존재한다. 유동상 구역 W를 포함하는 탱크 G의 중간부분 2는 상향으로 확장하는, 특히 원수형의 내부 단면을 갖는다. 이 형상 및 그 중간부분 2의 상단 및 저단 단면은 주어진 입경 범위의 입상연료가 공급되는 가스화제 및 고정상 가스화구역으로부터 상승하는 가스의 작용하에 유동상으로 유지되도록 선택된다.

탱크 G는 밀폐시키고 가스 생성이 높여진 내압하에서 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 그러나, 높여진 내압을 적용하지 않고 작업할 수 있다. 후자의 경우에는, 경우에 따라 록 게이트 6 및 13은 생략하거나 또는 이들을 다른 장치로 대체시킬 수 있다.

발생로 탱크 G의 상부 3의 중심에 사이클론 20이 설치되어 있으며, 이것은 통상의 방법으로 원심력에 따라 조작하며, 이 경우에 유동상으로부터 생성되는 가스로부터 고상입자들을 분리시킨다. 21은 취입장치를 나타내며 이것을 통해 사이클론 20에 유입된다. 이 장치 21은 예를 들면 제2도에 나타낸 바와 같이 고정가이드베인 22에 의해 정해지는 통로 23을 갖는다. 분리된 입자들을 함유하지 않는 생성가스는 사이클론 20의 축에 따라 배치한 출구 접속관 편 24를 통해 발생기로부터 배출된다.

사이클론 20은 가스화실 30에 연결되며, 사이클론의 분리된 입자유출구 25는 가스화실 30에 통과구역을 형성한다. 주입기 26을 통과구역 25중에 배치시키며, 화살표로 나타낸 바와 같으며, 이에 대하여 도관 27을 통해 외부로부터 가스화제 특히 과열 수증기 및 발생로 중의 압력과 상응하는 높이의 압력으로 공급될 수 있다. 사이클론 20에서 분리된 입자는 주입기 26으로부터 나오는 가스화 매체의 분출에 의해 사이클론의 출구 26에서 포착되며 가스화실 30에서 가스화시킨다. 그리하여, 이 입자들 중의 전체 탄소성분을 회분융점 이상의 온도, 예를 들면 약 1300∼1500℃사이의 온도에서 가스화한다.

입자 중 전체 회분 성분을 용융시켜, 가스화실 30의 벽상에 이미 존재하는 액상 슬래그에 의해 흡수시키며, 유동상 W중에 적하시킨다. 여기서 잔류물은 하방으로 침강하여 고정상 F를 통해 회전화격자 4의 방향으로 이송되며, 이것을 통해 기타 잔류물과 함께 록 게이트 6으로 배출시킨다. 회전 화격자 대신에, 잔류물을 제거하기 위해 적합한 기타 장치를 사용할 수 있다. 그리하여, 가스화실 30의 고온 가스화의 결과로서, 유동상으로부터 생기는 가스류에 함유되며 사이클론에서 다시 분리시킬 건조한 회분입자가 생기지 않는다. 또한, 가스화실 30에서의 열이 유동상을 부차적으로 가열시키는 이점이 있다.

전술한 실시예와는 달리, 발생로(윙클러 발생기)로 구성될 수도 있으며, 이 경우에 제1도의 하부 1을 제거할 수 있다. 이 경우에, 가스화 잔류물용으로 적합한 반출장치, 예를 들면 액상 슬래그배출구가 존재한다.

제3도에서는 발생로의 상부범위의 유익한 실시예를 설명한 것이다. 이 경우에, 정부부분 16은 전술한 바와 같이 순수한 유동상 발생로의 접속부를 구성하거나, 또는 제1도에 나타낸 종류의 결합된 발생로의 일부를 형성한다.

정부 16의 중앙에, 적당한 재료(예, 강철 또는 세라믹)로 만든 하우징 49를 갖는 사이클론 40이 설치되어 있으며, 도시되어 있지 않은 하부의 유동상으로부터 기재된 화살표 방향에 있어서, 상승하는 가스가 개구되어 있는 사이클론의 상면 43을 통해 또는 경우에 따라 측부의 개구부를 통해 유입된다. 나선 또는 와선 가이드 베인 42를 갖는 취입장치 41에 통해 가스에 회전운동이 부여된다. 사이클론 40의 배출구를 구성하는 하단에 통과구역 45와 함께 깔때기와 같이 아래쪽을 확대되어 있는 냉각시스템을 설치되어 있는 가스화실 50이 연결되어 있다.

전술한 바와 같이, 냉각 시스템은 튜우브 코일 51을 포함하며, 이 코일은 보호 내화 피복 52에 의해 둘러싸여지며, 이것을 통해 냉각수가 흐르게 된다. 사이클론 40을 따라 활주하는 부분 37a를 가지며, 튜우브코일 51의 일단부에 접속된 도관 37을 통해 냉각수를 공급한다. 튜우브 코일 51을 통과시킨 후에, 사이클론 40을 따라 활주하는 부분 38a를 갖는 배출파이프 38을 통해 물을 유송시킨다.

경우에 따라서는 사이클론축에 대해 경사식으로 또는 편심으로 배치시킨 한개 이상의 노즐을 갖는 주입기 46을 통과구역 45내에 배치시킨다. 두개의 파이프라인 47 및 48을 상기의 발생로 탱크 G로부터 주입기 46까지 유도하며, 사이클론 40을 따라 활주하는 두 부분 47a 및 48a에 의해 냉각수 파이프 부분 37a 및 38a를 통과시키며, 라인 47은 산소를 공급하며, 라인 48은 수증기를 주입기 46에 각각 공급한다. 부분 37a, 47a 및 38a, 48a는 각각 가스화제(예, 산소, 스티임)용 통로가 쟈켈과 같이 물을 냉각시키는 통로에 의해 둘러싸이도록 튜우브의 동축배열을 구성한다.

이것은 특히 유일한 실시태양을 구성한다.

사이클론 40으로부터 입자의 실 50중에의 가스화는 제1도에 설명한 것과 같이 일어난다. 사이클론 40으로부터 생성가스(고상 입자없이)의 발생은 중심부에 배치한 출구 튜우브 44를 통해 행한다.

정부에 사이클론 40을 재치, 지지 또는 현가시키기 위한 구조상의 여러가지 가능성은 당업자에게 명백하다. 정부 16은 분리 평면 34로 나타낸 바와 같이 그의 상단부에 단단하게 고정시킨 커버를 포함하며 커버를 제거한 후에, 사이클론 전체에 접근할 수 있다. 선택적인 방법으로 비롯한 크기를 갖는 용기 플랜지 또는 출입구를 형성하여 사이클론의 중요부분을 조립하거나 또는 분해한다.

정부 16은 발생기의 일부를 형성하거나 또는 적당하게 발생기에 배치시켜 그 자체 유니트를 형성하며, 예를 들면 제3도의 점선으로 표시한 플랜지 접속기 35에 의해 밀폐식으로 접속시킨다.

또한, 사이클론과 여기에 접속된 가스화실을 형성한 정부는 발생기 위에 비치시켜 여기에 접속시킬 수 있는 유니트로서 제조하며, 제3도에 의한 실시예와는 달리 가스를 상승시키기 위해 사이클론을 완전히 둘러싸는 링상스페이스를 포함하지 않지만, 개개의 가스 안내도판, 예를 들면 사이클론의 정부에서 끝나는 사이클론에 정반대로 배치시킨 적당한 단면적을 갖는 두개의 튜우브를 형성한다. 작동기구는 전술한 것과 동일하다. 이 경우에, 사이클론은 가열한 가스의 즉각적인 외부 효과와 무관할 수 있다. 또한, 가스화 매체용 공급 파이프는 상이하게 배치시킬 수 있다. 이와 같은 구조물에서, 개개의 가스 안내도판과 사이클론을 직접 둘러싸며(제3도에 의한 구조와 동일함), 사이클론의 입구에 상승가스를 안내하며, 발생로 시스템에 속하며 고압 가스화를 사용할 경우에, 또한 발생로의 잔여부분으로서 같은 압력으로 설계한다. 그러므로, 가스류로부터 가스입자들의 분리를, 정부가 발생로와 일체는 아니지만 자체에 의해 재치시킨 유니트를 형성하며, 개개 평행 통로를 사이클론으로 안내되는 상승가스용으로 형성한다는 사실에도 불구하고, 반응실 내에서 행할 수 있다.

Claims (1)

1. 유동상으로부터 상승하는 가스 중에 함유된 입자를 반응실내에서 원심력 작용에 의해 분리시킴으로써, 유동상을 구비한 반응실 중에서 가스화제를 사용하여 가스화함에 의해 고체연료로부터 가스를 생성함에 있어서 분리된 입자를 별개의 가스화제류중(流中)에 도입하고 동시에 이것을 통하여 유동상과는 별개로 가스화시킴을 특징으로하는 고체연료로부터 가스를 생성하는 방법.

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