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WO2012169711A1 - 저급탄 석탄가스 생산시스템 - Google Patents

저급탄 석탄가스 생산시스템 Download PDF

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WO2012169711A1
WO2012169711A1 PCT/KR2011/009949 KR2011009949W WO2012169711A1 WO 2012169711 A1 WO2012169711 A1 WO 2012169711A1 KR 2011009949 W KR2011009949 W KR 2011009949W WO 2012169711 A1 WO2012169711 A1 WO 2012169711A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
coal
low
production system
gas production
storage tank
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2011/009949
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English (en)
French (fr)
Inventor
최영찬
홍재창
이동욱
라호원
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Korea Institute of Energy Research KIER
Original Assignee
Korea Institute of Energy Research KIER
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Publication date
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Priority claimed from KR1020110095392A external-priority patent/KR101273425B1/ko
Application filed by Korea Institute of Energy Research KIER filed Critical Korea Institute of Energy Research KIER
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    • C10J2300/12—Heating the gasifier
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1693—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with storage facilities for intermediate, feed and/or product

Definitions

  • the present invention relates to a low coal coal gas production system capable of producing coal gas mainly composed of syngas (H 2 and CO) by using a low-cost rotary kiln, and more specifically, a low coal containing moisture.
  • a low coal coal gas production system capable of producing coal gas mainly composed of syngas (H 2 and CO) by using a low-cost rotary kiln, and more specifically, a low coal containing moisture.
  • coal is made up of low-grade coal containing ash and moisture, and about 20% is made up of high-quality coal with no moisture and high carbon content.
  • High-grade coal is mainly used.
  • Low-grade coal containing 5% or more of water is dried to remove water as much as possible, and then put into a low-cost devolatilizer to pyrolyze in a dry atmosphere without moisture to process coal gas, which is mainly composed of methane gas with high calorific value. It was used as its source of heat energy.
  • by-products generated during pyrolysis of lower coal include char and tar, which are composed of carbon components containing ash, which is used as a fuel for direct heating, or used to prepare activated carbon through a post-treatment process.
  • char and tar are composed of carbon components containing ash, which is used as a fuel for direct heating, or used to prepare activated carbon through a post-treatment process.
  • a combustion reaction occurs, which causes a problem of decreasing the genre output by about 30%.
  • synthesis gas H 2 and CO
  • methanol synthesis process synthetic fiber, chemical products
  • FT synthesis process synthetic oil
  • DME synthesis process
  • the device used in the coal gasification process of high-grade coal is to produce synthetic gas by incomplete combustion of only volatile matter and carbon contained in coal, because the device design is very complicated and manufactured in large size because it is composed of gasifier of high temperature / high pressure. There is a problem in that the facility cost is high, and the operating cost is high due to the high temperature / high pressure operating conditions.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to provide a low-coal coal gas production system capable of producing syngas (H 2 and CO) using a low-cost rotary kiln. It is.
  • the second object of the present invention is a methane component of the coal gas generated by pyrolysis by converting the interior of the rotary kiln into a steam atmosphere by using low-grade coal containing water as a raw material and using moisture contained in the low-grade coal. It is to provide a low coal coal gas production system configured to reduce the production cost and increase the components of H 2 and CO to produce synthetic petroleum, DME, methanol and syngas capable of obtaining electricity through post-treatment processes.
  • a third object of the present invention is to provide a low-coal coal gas production system having a structure that can be used as another energy source by increasing the production yield of the by-product genre.
  • the first invention relates to a low-coal coal gas production system capable of producing coal gas, the main component of the synthesis gas (H 2 and CO), Supply unit (1) for guiding and transporting the lower coal injected into the hopper (11); and a main body 21 that rotates, the main body 21 by rotating the main body 21 through the supply unit (1)
  • a first separation unit 3 which recovers the waste gas and induces only the synthesis gas; and a tar that is connected to the first separation unit 3 and included in the synthesis gas through a cooling scrubber to remove tar. 42) and the second to induce and discharge only the high-purity syngas Separator 4; And a storage tank 5 connected to the second separator 4 to store high purity syngas, wherein the syngas stored in the storage tank 5 is synthetic oil, DME, methanol It is characterized in that it can be used directly as a raw material for producing high purity hydrogen and power generation.
  • the low-carbon coal is a water content of 5 to 40% by weight to minimize the production of methane gas by forming the interior of the rotary kiln 2 in a steam atmosphere It is preferable.
  • the first separation unit 3 is connected to the discharge side of the rotary kiln 2 so that the genre is inclined downward so as to be guided by the magnetic removal means 33 by its own weight. It is preferably configured to include a first conduit 31 and a second conduit 32 in communication with the first conduit 31 to induce and send only the synthesis gas to the upper portion.
  • the genre removal means 33 is a storage tank 331 is installed at the connection point of the first conduit 31 and the second conduit 32, and the storage tank 331
  • a cooling jacket 332 external to the outer circumferential surface of the storage tank 331 to cool the storage tank 331, and a cooling pipe 333 to directly cool the inflowing genre disposed in a zigzag form in the storage tank 331
  • a first gate valve 334 installed at an upper portion of the storage tank 331 to regulate the inflow of the genre and a second gate valve 335 provided at a lower portion of the storage tank 331 to control the discharge of the genre;
  • the genre may be configured to be discharged through the second gate valve 335 and then the nitrogen line 336 for removing the introduced oxygen.
  • the second separation unit 4 is a third conduit 41 of the "U" shape and tar removal means 42 connected to the center of the third conduit 41
  • the cooling scrubber is preferably composed of a nozzle pipe body 411 which is installed inside the inlet of the third pipe passage 41 and the inside of the discharge to scatter water.
  • the tar removing means 42 is a storage tank 421 for storing water in which tar is collected, and a valve 422 formed at the inlet and the outlet of the storage tank 421. It is preferable that it consists of.
  • the rotary kiln 2 is a hermetic type for blocking the inflow of oxygen so as to prevent combustion of lower coal, and is preferably a main body heating method.
  • the operating temperature of the rotary kiln 2 is preferably in the range of 400 ° C to 900 ° C.
  • the rotary kiln furnace (2) is rotatably connected to the chamber (6) via a seal means (7) coupled to both sides of the body (21), and each of the chambers (6) ) Is preferably connected to the supply unit 1 and the first separation unit (3).
  • the sealing means 7 is inserted into the air-cooled jacket 72 and the air-cooled jacket 20 is coupled to the outer peripheral surface of both sides of the main body 21 of the rotary kiln (2)
  • the cooling jacket 72 is formed on one surface of the chamber 6 so as to be able to seal the seal between the main body 21 and the chamber 6, and the water-cooled jacket 71 to prevent thermal deformation. It is preferably configured to include a connection portion 73 is coupled between the air-cooled jacket 72.
  • the air-cooled jacket 72 preferably further includes a plurality of through holes 721 at one end such that external air communicates with the inside.
  • the connecting portion 73 has a cross section that is seated on the inner circumferential surface of the water-cooled jacket 71.
  • "Shaped support flange 731, the grand packing 74 is fitted to the outer circumferential surface of the air-cooled jacket 72 and in close contact with the inside of the support flange 731, the support flange 731 and the air-cooled jacket ( 72, so that the cross section is inserted into the support flange 731 so as to press and seal the grand packing 74.
  • It is preferably composed of a pressing flange 732 of the "shape".
  • the present invention unlike the devolatilization furnace using a conventional low-carbon coal containing methane as a main component, by developing a low-coal coal gas production system capable of producing coal gas mainly composed of syngas (H 2 and CO), It is expected to be applicable to various gasification-based applications, and high-grade coal gasifiers are expensive in construction and operate at high temperature and high pressure.However, synthesis gas can be extracted from rotary kiln furnace which is relatively inexpensive and operated at low temperature and atmospheric pressure.
  • Methanol synthesis process synthetic fiber, chemical products
  • FT synthesis process synthetic oil
  • DME synthesis process diesel alternative fuel
  • hydrogen purification process fuel cell
  • the present invention by cooling the grand packing in a rotary kiln operating at 600 °C or more, not only can the life of the grand packing be improved to more than a year, but also the convenience of maintenance and low cost of the grant packing Has the effect of.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a low coal coal gas production system according to the present invention
  • FIG. 2 is a partial perspective view of a rotary kiln furnace rotatably connected to a chamber via a sealing means which extracts part A of FIG. 1;
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG.
  • 5 and 6 is an operation of the first separator extracted from FIG.
  • FIG. 7 is an operation diagram of the second separator extracted from FIG.
  • the lower coal containing water is used as a raw material, and the inside of the rotary kiln is converted to a steam atmosphere by using the moisture contained in the lower coal, thereby reducing the methane component of the coal gas produced during pyrolysis and syngas.
  • It is a low coal coal gas production system configured to increase the composition of (H 2 and CO) to produce synthetic oil, DME, methanol, syngas that can obtain electricity through various post-treatment processes.
  • the low coal coal gas production system is composed of five parts, which is a supply part 1, a rotary kiln 2, a first separation part 3, a second separation part 4 and a storage tank. It consists of (5).
  • the water content of the lower coal used in the present invention is in the range of 5% by weight to 40%, which is for producing syngas using a low cost rotary kiln furnace (2).
  • the moisture content of the lower coal described above is to minimize the generation of methane gas by forming the interior of the rotary kiln 2 in a steam atmosphere, and when the steam atmosphere is used, steam reforming reaction of methane (CH 4 + 2H 2 O-> 3H 2 + CO 2 ), the concentration of methane decreases and the concentration of hydrogen increases.
  • the carbon dioxide reforming reaction of methane CH 4 + CO 2- > 2H 2 + 2CO
  • a water gas shift reaction CO + H 2 O-> H 2 + CO 2
  • the total gas composition can be produced by coal gas composed mainly of syngas (H 2 and CO). Because it can.
  • the moisture content is less than 5% by weight, the production of methane gas may increase, which is not preferable, and when the water content is 40% by weight or more, it is not preferable because the supply of coal 1 may not be smooth. not.
  • the supply unit 1 may be provided with a transfer screw 12 so as to transfer the low-carbon coal introduced through the hopper 11 by a predetermined amount into the rotary kiln (2).
  • the rotary kiln 2 is configured to be supplied with a low-grade coal through the supply unit 1, and has a main body 21 to rotate, by rotating the main body 21 in the main body 21 It thermally decomposes the injected low-grade coal into a syngas and char form.
  • the rotary kiln 2 may be configured to adjust the installation angle within the range of 0.5 ° to 20 °, which can be determined by the operating temperature and residence time of the low-grade coal.
  • the residence time of the lower coal is preferably set in the range of 30 minutes to 200 minutes, since less than 30 minutes may not be supplied with sufficient heat in the thermal decomposition of the lower coal, the yield of the synthesis gas can be reduced, If it is 200 minutes or more, the concentration of volatile components remaining in the pyrolyzed syngas and by-product char is too low, which is not preferable because the combustion characteristics may be deteriorated.
  • the operating temperature of the rotary kiln 2 ranges from 400 ° C. to 900 ° C., which means that pyrolysis of low-grade coal is difficult to occur when the operating temperature is less than 400 ° C., and the coal gas obtained compared to the thermal energy supplied when the temperature is higher than 900 ° C. It is not preferable because the yield of is not large.
  • the rotary kiln 2 has an outer cylinder 22 mounted on an outer circumferential surface of the main body 21, and the outer cylinder 22 is provided with a plurality of heating means 23 to heat the outside of the main body 21. It may be configured as. This is not preferable in the case of the internal heating method because oxygen must be supplied to oxidize the coal gas pyrolyzed in the rotary kiln 2 so that the yield of coal gas can be reduced.
  • the rotary kiln 2 is of course composed of a sealed type for blocking the inflow of oxygen to prevent the combustion of low-grade coal.
  • the first separation unit 3 is connected to the rotary kiln (2) to recover the inlet into the inside of the purge removal means 33 by the weight of the purulent and functions to induce and discharge only the synthesis gas.
  • the first separation unit 3 is connected to the discharge side of the rotary kiln 2, the first pipe 31 is installed to be inclined downward so as to be guided by the weight removal means 33 by the magnetic weight, and the It is composed of a second conduit 32 in communication with the first conduit 31 to induce and send only the synthesis gas to the upper portion.
  • the genre removing means 33 is installed at the connection point of the first pipe 31 and the second pipe 32 to be configured to collect the genre by its own weight, and also to cool the genre when discharged to the outside It is configured to prevent external oxygen from flowing into the first separation unit 3 and the char removal means 33.
  • the removal means 33 is stored in the storage tank 331, the outer circumferential surface of the storage tank 331, a cooling jacket 332 for cooling the storage tank 331 itself, and the storage tank ( A cooling pipe 333 disposed in a zigzag shape to directly cool the genre flowing into the storage tank, and a first gate valve installed on the storage tank 331 to control the inflow of the genre. 334) and a second gate valve 335 installed at the lower part to control the discharge of the genre, and to remove the oxygen introduced after the genre is discharged through the second gate valve 335 to increase the yield of the genre. It consists of a nitrogen line 336 to.
  • the purge removal means 33 cools the genre introduced into the storage tank 331 through the cooling jacket 332 and the cooling pipe 333 and contacts the external oxygen due to high heat when discharged to the outside.
  • external oxygen introduced into the storage tank 331 is discharged to the outside through the nitrogen line 336. It is configured to prevent the combustion of the genre by oxygen flowing into the storage tank 331 to increase the amount of genre production.
  • the second separator 4 is connected to the first separator 3 and collected through tar cooling scrubber contained in the synthesis gas to recover the tar removal means 42 and induces only high purity synthetic gas. To function.
  • the second separation unit 4 is composed of a third conduit 41 of the "U" shape, tar removal means 42 connected to the center of the third conduit 41, the cooling scrubber is the first It consists of the nozzle pipe
  • the tar removing means 42 is composed of a storage tank 421 for storing water in which tar is collected, and a valve 422 formed at the inlet and the outlet of the storage tank 421.
  • the storage tank (5) is connected to the second separation unit (4) to function to store the tar removed synthetic gas
  • the stored synthetic gas is a methanol synthesis process (synthetic fiber, chemical) or a post-treatment process or It is used as raw material of various synthetic fuel manufacturing through FT synthesis process (synthetic oil) or DME synthesis process (diesel alternative fuel) or hydrogen purification process (fuel cell).
  • syngas may optionally be directly used as a fuel for power generation.
  • FIG. 2 is a partial perspective view of a rotary kiln rotatably connected to a chamber via a sealing means extracting part A of FIG. 1
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 2. .
  • the rotary kiln 2 is rotatably connected to the chamber 6 via a sealing means 7 coupled to both sides of the main body 21.
  • each of the chambers 6 is connected to the supply unit 1 and the first separation unit 3.
  • the inclined guide plate 61 for guiding the lower coal to the main body 21 of the rotary kiln 2 is built in the chamber 6 connected to the supply unit 1 (shown in FIG. 1).
  • the sealing means 7 is an air-cooled jacket 72 coupled to both outer peripheral surfaces of the main body 21 of the rotary kiln 2, as shown in Figures 2 to 4, and the air-cooled jacket 72 of the body
  • the water-cooled jacket 71 formed on one surface of the chamber 6 so as to be guided and inserted into the chamber 6 is sealed between the main body 21 and the chamber 6, and the water-cooled jacket to prevent thermal deformation. It comprises a connection portion 73 is coupled between the 71 and the air-cooled jacket (72).
  • This configuration is a structure in which the connection portion 73 interposed between the air-cooled jacket 72 and the water-cooled jacket 71 is cooled in real time to prevent thermal deformation and extend the life.
  • the air-cooled jacket 72 is a structure in which a plurality of through-holes 721 are formed at one end surface so that external air communicates with the inside. At this time, the through hole 721 is formed in a circular arc on one end surface of the air-cooled jacket 72 is a structure that allows the cold air of the outside to radiate heat as it naturally diffused and convection as the air-cooled jacket 72 rotates to be.
  • the water-cooled jacket 71 has a relatively larger diameter than the air-cooled jacket 72 so that the air-cooled jacket 72 can be inserted into the air-cooled jacket 72. This is to form a gap G so that the connection portion 73 can be interposed between the water-cooled jacket 71 and the air-cooled jacket 72.
  • connection portion 73 is to seal the main body 21 is rotated between the air cooling jacket 72 and the water-cooled jacket 71 to the chamber 6, the support flange 731, the gland It consists of a packing 74 and a pressing flange 732.
  • the support flange 731 has a cross section so as to be seated on the inner circumferential surface of the water-cooled jacket 71. Take shape.
  • the water-cooled jacket 71 further includes a step 711 on the inner circumferential surface of the support flange 731.
  • the structure of the water-cooled jacket 71 and the support flange 731 is to be seated on the inner circumferential surface of the water-cooled jacket 71 while wrapping the other end of the support flange 731 so as not to be in close contact with the outer peripheral surface of the rotary kiln main body 21. It is the structure that made it possible.
  • the grand packing 74 is a "ring" shape, it is coupled to the outer peripheral surface of the air-cooled jacket (72).
  • This structure is a structure in which the surface is installed at a distance from the main body 21 of the hot rotary kiln 2 so that heat transfer can be reduced.
  • the grand packing 74 is in close contact with the inside of the support flange 731 seated on the step 711 of the water-cooled jacket 71 when the air-cooled jacket 72 is inserted into the inner peripheral surface of the water-cooled jacket (71).
  • the pressing flange 732 is inserted between the support flange 731 and the air-cooled jacket 72 is pressed in the cross-section so as to press and seal the grand packing 74 in close contact with the support flange 731. Take shape.
  • the pressing flange 732 is a circular pressing frame 732a extending in the axial direction of the rotary kiln 2 is inserted between the support flange 731 and the air-cooled jacket 72, the grand packing 74 And the other end of the support flange 731 seated on the inner circumferential surface of the water-cooled jacket 71 and the bolt B are fastened to the support frame 732b perpendicularly perpendicular to the pressure frame 732a.
  • a structure in which the main body 21 of the rotary kiln furnace 2 with respect to the chamber 6 can be stably fixed together with the seal 732a to adjust the degree of compression of the grand packing 74, and also according to the degree of compression.
  • the grand packing 74 may cool the heat transferred from the main body 21 of the rotary kiln 2 by the double contact of the air-cooled jacket 72 on the inside and the water-cooled jacket 71 on the outside. Low cost grandpacking 74 may solve the same low thermal stability problems.
  • the pressing flange 732 can continuously press the grand packing 74 to improve the life of the grand packing 74.
  • connection portion 73 is composed of three components (support flange, grand packing, pressing flange) and two components (water cooling jacket, air cooling jacket) for cooling the grand packing 74 of the connecting means Since the operation is very simple and easy to maintain, the operability of the main body 21 of the rotary kiln 2 can be improved.
  • 5 and 6 are operation diagrams of the first separator extracted from FIG.
  • the syngas and the pyrolysis pyrolyzed in the rotary kiln 2 are discharged to the discharge side by the inclination of the rotary kiln 2, and the syngas discharged from the first and the first gas is discharged. It flows into the 1st pipe line 31 of the separating part 3 (FIG. 5 (a)).
  • the synthesis gas introduced into the first pipe line 31 is sent out through the second pipe line 32 in communication with the first pipe line 31, and by the own weight along the inclined first pipe line 31. It is stored in the storage tank 331 of the purge removal means (33).
  • the first gate valve 334 closes the inlet of the storage tank to intercept the inflow of the genre into the storage tank 331.
  • the genre stored in the storage tank 331 is cooled through the cooling jacket 332 external to the storage tank 331 and the cooling pipe 333 disposed in a zigzag form in the storage tank 331 to external oxygen and Prevents genre from burning on contact.
  • the cooled genre is discharged to the outside by the opening of the second gate valve 335, after which the second gate valve 335 is closed. (FIG. 6C)
  • the first gate valve 334 may be opened to allow genre to be stored in the storage tank 331 (FIG. 5A).
  • FIG. 7 is an operation diagram of the second separator extracted from FIG.
  • the inlet and outlet of the storage tank 421 is formed with a valve 422, respectively, can be configured to selectively discharge or inlet the water trapped tar (Fig. 7 (b)).
  • the syngas sent through the third pipe line 41 of the second separation unit 4 may be stored in the storage tank 5 as a high-purity syngas from which char and tar are removed.

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Abstract

본 발명은 합성가스(H2와 CO)가 주성분인 석탄가스를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템에 관한 것으로, 이를 위해 호퍼(11)에 투입되는 저급탄을 안내하여 이송시키는 공급부(1);와, 회전하는 본체(21)를 구비하고, 이 본체(21)를 회전시켜 상기 공급부(1)를 통해 본체(21) 내에 투입된 저급탄을 열분해 하여 합성가스와 촤르(char) 형태로 배출하는 로터리킬른로(2);와, 상기 로터리킬른로(2)에 연결되어 촤르는 자중에 의해 촤르제거수단(33)으로 유입시켜 회수하고 합성가스만을 유도 송출시키는 제 1분리부(3);와, 상기 제 1분리부(3)에 연결되어 합성가스에 포함된 타르(tar)는 냉각스크러버를 통해 포집하여 타르제거수단(42)으로 회수하고 고순도의 합성가스만을 유도 송출시키는 제 2분리부(4); 및 상기 제 2분리부(4)에 연결되어 고순도 합성가스를 저장하는 보관탱크(5);를 포함하여 이루어지되, 상기 보관탱크(5)에 저장된 합성가스는 합성가스는 합성석유, DME, 메탄올, 고순도 수소 제조용 및 발전용 원료로 직접 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

저급탄 석탄가스 생산시스템
본 발명은 저가의 로터리킬른로를 이용하여 합성가스(H2와 CO)가 주성분인 석탄가스를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수분이 포함된 저급탄을 원료로 하되, 저급탄에 포함된 수분을 이용하여 로터리킬른로 내부를 스팀 분위기로 전환함으로써, 열분해 시 생성되는 석탄가스의 성분 중 메탄 성분은 감소시키고 합성가스 (H2와 CO)의 성분을 증대시켜 다양한 후처리 공정을 통해 합성석유, DME, 메탄올, 전기를 획득할 수 있는 합성가스로 생산할 수 있도록 구성된 저급탄 석탄가스 생산시스템에 관한 것이다.
개도국이 산업화가 진행됨에 따라 원유가 소비량이 늘어나면서 전세계적으로 많이 매장되어 있는 석탄에서 액화연료를 생산할 수 있는 기술이 대두되고 있는 실정이다.
하지만 매장된 석탄의 80% 정도는 회분 및 수분이 많이 포함된 저급탄으로 이루어지고, 20% 정도는 수분이 없고 탄소성분이 많이 포함된 고급탄으로 구성되는데, 여기서 합성가스를 생산하기 위한 원료로는 주로 고급탄이 사용된다.
수분이 5% 이상 포함된 저급탄은 건조과정을 거쳐 수분을 최대한 제거한 후, 저가의 탈휘발로에 투입하여 수분이 없는 드라이 분위기 상태에서 열분해 하여 발열량이 높은 메탄가스가 주성분인 석탄가스를 통해 공정자체의 열에너지원으로 사용되었다.
또한 저급탄의 열분해 과정에서 생성되는 부산물로 촤르 및 타르가 있는데, 여기서 촤르는 회분이 섞여 있는 탄소성분으로 이루어져 있어 직접 난방용 연료로 사용되거나 후처리 공정을 통해 활성탄을 제조하여 사용하기도 하였다. 하지만 촤르는 고온분위기에서 공기 중에 노출되면 연소 반응이 발생되는 바, 이는 촤르의 생산량이 30% 정도 감소되는 문제점이 있었다.
아울러 고급탄은 석탄 가스화공정을 통해 합성가스(H2와 CO)로 생산하였으며, 이러한 합성가스는 후처리 반응공정인 메탄올 합성공정(합성섬유, 화학제품) 또는 F-T 합성공정(합성석유) 또는 DME 합성공정(디젤대체연료) 또는 수소 정제공정(연료전지)을 통해 다양한 합성연료를 생산하였다.
하지만 고급탄의 석탄가스화공정에 사용되는 장치는 석탄에 포함된 휘발분과 탄소만를 불완전 연소시켜 합성가스를 생산하기 위한 것으로, 고온/고압의 가스화기로 구성되어 장치 설계가 매우 복잡하고 대형으로 제조되기 때문에 시설비가 비싸고, 또한 고온/고압의 운전조건으로 인해 운영비가 많이 드는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 저가의 로터리킬른로를 이용하여 합성가스(H2와 CO)를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 2목적은, 수분이 포함된 저급탄을 원료로 하되, 저급탄에 포함된 수분을 이용하여 로터리킬른로 내부를 스팀 분위기로 전환함으로써, 열분해 시 생성되는 석탄가스의 성분 중 메탄 성분은 감소시키고 H2와 CO의 성분을 증대시켜 후처리 공정을 통해 합성석유, DME, 메탄올, 전기를 획득할 수 있는 합성가스로 생산할 수 있도록 구성된 저급탄 석탄가스 생산시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 3목적은, 부산물인 촤르의 생성 수득율을 높일 수 있도록 하여 또 다른 에너지원으로 사용될 수 있도록 한 구조의 저급탄 석탄가스 생산시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 제 1발명은 합성가스(H2와 CO)가 주성분인 석탄가스를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템에 관한 것으로, 호퍼(11)에 투입되는 저급탄을 안내하여 이송시키는 공급부(1);와, 회전하는 본체(21)를 구비하고, 이 본체(21)를 회전시켜 상기 공급부(1)를 통해 본체(21) 내에 투입된 저급탄을 열분해 하여 합성가스와 촤르(char) 형태로 배출하는 로터리킬른로(2);와, 상기 로터리킬른로(2)에 연결되어 촤르는 자중에 의해 촤르제거수단(33)으로 유입시켜 회수하고 합성가스만을 유도 송출시키는 제 1분리부(3);와, 상기 제 1분리부(3)에 연결되어 합성가스에 포함된 타르(tar)는 냉각스크러버를 통해 포집하여 타르제거수단(42)으로 회수하고 고순도의 합성가스만을 유도 송출시키는 제 2분리부(4); 및 상기 제 2분리부(4)에 연결되어 고순도 합성가스를 저장하는 보관탱크(5);를 포함하여 이루어지되, 상기 보관탱크(5)에 저장된 합성가스는 합성가스는 합성석유, DME, 메탄올, 고순도 수소 제조용 및 발전용 원료로 직접 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.
제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 저급탄은 로터리킬른로(2)의 내부를 스팀 분위기로 조성하여 의해 메탄가스의 생성을 최소화할 수 있도록 수분함량을 5중량% 내지 40중량% 범위인 것이 바람직하다.
제 3발명은, 제 1발명에서, 상기 제 1분리부(3)는 로터리킬른로(2)의 배출측에 연결되어 자중에 의해 촤르가 촤르제거수단(33)으로 유도될 수 있도록 하향 경사지게 설치되는 제 1관로(31)와, 상기 제 1관로(31)와 상통되어 합성가스만을 상부로 유도 송출시키는 제 2관로(32)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
제 4발명은, 제 3발명에서, 상기 촤르제거수단(33)은 제 1관로(31)와 제 2관로(32)의 연결지점에 설치되는 저장탱크(331)와, 상기 저장탱크(331)의 외주면에 외장되어 상기 저장탱크(331)를 냉각시키는 냉각자켓(332)과, 상기 저장탱크(331)의 내부에 지그재그 형태로 배치되어 유입되는 촤르를 직접적으로 냉각시키는 냉각파이프(333)와, 상기 저장탱크(331)의 상부에 설치되어 촤르의 유입을 단속하는 제 1게이트밸브(334) 및 상기 저장탱크(331)의 하부에 설치되어 촤르의 배출을 단속하는 제 2게이트밸브(335)와, 상기 촤르의 획득 수득율을 상승시키기 위해 상기 제 2게이트밸브(335)를 통해 촤르를 배출시킨 후 유입된 산소를 제거하기 위한 질소라인(336)으로 구성되는 것이 바람직하다.
제 5발명은, 제 1발명에서, 제 2분리부(4)는 "U" 형태의 제 3관로(41)와, 상기 제 3관로(41)의 중앙에 연결되는 타르제거수단(42)으로 구성되며, 상기 냉각스크러버는 상기 제 3관로(41)의 유입 내측과, 배출 내측에 설치되어 물을 비산시킬 수 있는 노즐관체(411)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 6발명은, 제5발명에서, 상기 타르제거수단(42)은 타르가 포집된 물을 저장하는 저장수조(421)와, 상기 저장수조(421)의 입구와 출구에 형성되는 밸브(422)로 구성되는 것이 바람직하다.
제 7발명은, 제 1발명에서, 상기 로터리킬른로(2)는 저급탄의 연소를 방지할 수 있도록 산소의 유입을 차단하기 위한 밀폐타입이고, 본체 가열방식인 것이 바람직하다.
제 8발명은, 제 1발명 또는 제 2발명 또는 제 7발명 중 어느 한 발명에서, 상기 로터리킬른로(2)의 운전온도는 400℃ 내지 900℃ 범위인 것이 바람직하다.
제 9발명은 제 1발명에서, 상기 로터리킬른로(2)는 본체(21)의 양측에 결합되는 시일수단(7)을 매개로 회전가능하게 챔버(6)와 연결되고, 상기 각 챔버(6)는 공급부(1) 및 제 1분리부(3)와 연결되는 것이 바람직하다.
제 10발명은, 제 9발명에서, 상기 시일수단(7)은 로터리킬른로(2)의 본체(21) 양측 외주면에 결합되는 공냉식자켓(72)과, 상기 공냉식자켓(20)을 안내하여 삽입시킬 수 있도록 상기 챔버(6)의 일면에 형성되는 냉각식자켓(72)과, 상기 본체(21)와 챔버(6) 사이를 시일하여 연결하고, 열적 변형을 방지하기 위해 상기 수냉식자켓(71)과 공냉식자켓(72)의 사이에 결합되는 연결부(73)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
제 11발명은, 제 10발명에서, 상기 공냉식자켓(72)은 외부공기가 내부로 상통되도록 일단에 다수의 통공(721)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
제 12발명은, 제 10발명에서, 상기 연결부(73)는 상기 수냉식자켓(71)의 내주면에 안착되는 단면이 "
Figure PCTKR2011009949-appb-I000001
" 형상의 지지플랜지(731)와, 상기 공냉식자켓(72)의 외주면에 끼움결합되어 상기 지지플랜지(731)의 내부에 밀착되는 그랜드패킹(74)과, 상기 지지플랜지(731)와 공냉식자켓(72)의 사이로 삽입되어 지지플랜지(731)에 밀착된 그랜드패킹(74)을 압박하여 시일할 수 있도록 단면이 "
Figure PCTKR2011009949-appb-I000002
" 형상의 압박플랜지(732)로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 메탄을 주성분으로 하는 기존의 저급탄을 사용하는 탈휘발로와 달리 합성가스(H2와 CO)를 주성분으로 하는 석탄가스를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템을 개발함으로써, 고급탄 가스화기반의 다양한 응용분야에 적용이 가능할 것으로 보이며, 고급탄 가스화기의 경우에는 건설비용이 비싸고 고온고압에서 운전해야 한다는 단점이 있지만, 상대적으로 저렴하고 저온 상압에서 운전되는 로터리킬른로로부터 합성가스를 생산하여 발전(IGCC, IGFC) 및 후처리과정인 메탄올 합성공정(합성섬유, 화학제품) 또는 F-T 합성공정(합성석유) 또는 DME 합성공정(디젤대체연료) 또는 수소 정제공정(연료전지) 등 다양한 응용분야에 적용할 경우 CO2 배출량 저감, 효율향상, 경제성 향상 등의 효과를 기대할 수 있다.
또한 저급탄을 열분해 시 발생되는 부산물인 촤르의 생성 수득율을 높일 수 있도록 하여 또 다른 에너지원으로 사용될 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명는 600℃ 이상으로 운전되는 로터리킬른로에 그랜드패킹을 냉각시켜 사용함으로써, 그랜드패킹의 수명이 1년 이상으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 그랜트패킹이 갖는 유지보수의 편이성과 가격의 낮은 경제성의 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 저급탄 석탄 가스 생산 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에서 A부분을 발췌한 시일수단을 매개로 회전가능하게 챔버와 연결된 로터리킬른로의 부분 사시도,
도 3은 도 2의 분해사시도,
도 4는 도 2의 단면구성도,
도 5 및 도 6은 도 1에서 발췌된 제 1분리부의 작동도,
도 7는 도 1에서 발췌된 제 2분리부의 작동도이다.
본 발명은 수분이 포함된 저급탄을 원료로 하되, 저급탄에 포함된 수분을 이용하여 로터리킬른로 내부를 스팀 분위기로 전환함으로써, 열분해 시 생성되는 석탄가스의 성분 중 메탄 성분은 감소시키고 합성가스(H2와 CO)의 성분을 증대시켜 다양한 후처리 공정을 통해 합성석유, DME, 메탄올, 전기를 획득할 수 있는 합성가스로 생산할 수 있도록 구성된 저급탄 석탄가스 생산시스템에 관한 것이다.
이러한 저급탄 석탄가스 생산시스템은 크게 5개 부분으로 구성되는데, 이는 공급부(1)와, 로터리킬른로(2)와, 제 1분리부(3)와, 제 2분리부(4) 및 보관탱크(5)로 구성된다.
먼저 본 발명에서 사용되는 저급탄의 수분함량은 5중량% 내지 40% 범위이고, 이는 저가의 로터리킬른로(2)를 이용하여 합성가스를 생산하기 위한 것이다.
여기서 상술된 저급탄의 수분함량은 상기 로터리킬른로(2)의 내부를 스팀 분위기로 조성하여 메탄가스의 생성을 최소화할 수 있도록 하기 위한 것으로, 스팀분위기가 되면 메탄의 수증기 개질반응(CH4 + 2H2O --> 3H2 + CO2)에 의해서 메탄의 농도가 감소하게 되고 수소의 농도는 증가하기 때문이고, 그 외에 메탄의 이산화탄소 개질반응(CH4 + CO2 --> 2H2 + 2CO)이나, 수성가스 전환반응 (CO + H2O --> H2 + CO2) 등이 동반되어 일어남으로써, 전체 생성기체 조성이 합성가스(H2와 CO)가 주성분으로 구성된 석탄가스로 생산할 수 있기 때문이다.
따라서 수분함량이 5중량% 미만일 경우에는 메탄가스의 생성량이 증가할 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 수분함량이 40중량% 이상인 경우에는 공급부(1)에서 석탄의 공급이 원활하지 않을 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
아울러 상기 공급부(1)는 호퍼(11)를 통해 투입되는 저급탄을 이송시켜 로터리킬른로(2)의 내부로 일정량씩 이송되도록 이송스크류(12)를 구비할 수 있다.
이러한 상기 로터리킬른로(2)는 상기 공급부(1)를 통해 저급탄을 공급받을 수 있도록 구성되며, 회전하는 본체(21)를 구비하고, 이 본체(21)를 회전시켜 상기 본체(21) 내에 투입된 저급탄을 열분해 하여 합성가스와 촤르(char) 형태로 분해 배출하는 기능을 한다.
이러한 로터리킬른로(2)는 0.5° 내지 20°범위 내에서 설치각도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있으며, 이는 저급탄의 운전온도 및 체류시간에 의해 결정될 수 있다.
또한 저급탄의 체류시간은 30분 내지 200분 범위로 설정하는 것이 바람직하며, 이는 30분 이하의 경우 저급탄의 열분해에 있어서 충분한 열을 공급받지 않아 합성가스의 수득율이 감소될 수 있기 때문이고, 200분 이상일 경우에는 열분해된 합성가스 및 부산물인 촤르에 잔존하는 휘발분의 농도가 너무 낮아 연소특성이 나빠질 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한 상기 로터리킬른로(2)의 운전온도는 400℃ 내지 900℃ 범위이며, 이는 운전온도가 400℃ 미만일 경우 저급탄의 열분해가 일어나기 힘들고, 900℃ 이상인 경우에는 공급되는 열에너지에 비해 수득되는 석탄가스의 수득량이 크지 않기 때문에 바람직하지 않다.
한편 상기 로터리킬른로(2)는 본체(21)의 외주면에 외통(22)이 장착되고, 상기 외통(22)에는 다수의 가열수단(23)이 구비되어 본체(21)의 외부를 가열하는 방식으로 구성될 수 있다. 이는 내부가열방식으로 구성할 경우, 산소를 공급시켜야 하기 때문에 로터리킬른로(2)의 내부에 열분해 되는 석탄가스를 산화시켜 석탄가스의 수득율이 감소될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한 상기 로터리킬른로(2)는 저급탄의 연소를 방지할 수 있도록 산소의 유입을 차단하기 위한 밀폐타입으로 구성됨은 물론이다.
아울러 제 1분리부(3)는 상기 로터리킬른로(2)에 연결되어 촤르는 자중에 의해 촤르제거수단(33)의 내부로 유입시켜 회수하고 합성가스만을 유도 송출시키는 기능을 한다.
이러한 제 1분리부(3)는 로터리킬른로(2)의 배출측에 연결되어 자중에 의해 촤르가 촤르제거수단(33)으로 유도될 수 있도록 하향 경사지게 설치되는 제 1관로(31)와, 상기 제 1관로(31)와 상통되어 합성가스만을 상부로 유도 송출시키는 제 2관로(32)로 구성된다.
여기서 상기 촤르제거수단(33)은 제 1관로(31)와 제 2관로(32)의 연결지점에 설치되어 자중에 의해 촤르를 수거할 수 있도록 구성되며, 더불어 촤르를 냉각시켜 외부로 배출시킬 때 외부산소가 상기 제 1분리부(3) 및 촤르제거수단(33)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 구성된다.
이를 위해 상기 촤르제거수단(33)은 저장탱크(331)와, 상기 저장탱크(331)의 외주면에 외장 되어 상기 저장탱크(331)를 자체를 냉각시키는 냉각자켓(332)과, 상기 저장탱크(331)의 내부에 지그재그 형태로 배치되어 저장탱크에 유입되는 촤르를 직접적으로 냉각시키는 냉각파이프(333)와, 상기 저장탱크(331)의 상부에 설치되어 촤르의 유입을 단속하는 제 1게이트밸브(334) 및 하부에 설치되어 촤르의 배출을 단속하는 제 2게이트밸브(335)와, 상기 촤르의 수득율을 상승시키기 위해 상기 제 2게이트밸브(335)를 통해 촤르를 배출시킨 후 유입된 산소를 제거하기 위한 질소라인(336)으로 구성된다.
즉, 상기 촤르제거수단(33)는 냉각자켓(332)과, 냉각파이프(333)를 통해 상기 저장탱크(331)의 내부로 유입되는 촤르를 냉각시켜 외부로 배출시 높은 열로 인해 외부 산소와 접촉해서 연소되는 것을 방지할 수 있도록 하고, 또한 제 2게이트밸브(335)를 개방시켜 냉각된 촤르를 배출시킬 때 저장탱크(331) 내로 유입된 외부산소를 질소라인(336)을 통해 외부로 배출시켜 저장탱크(331)로 유입되는 산소에 의한 촤르의 연소를 방지하여 촤르의 생산량을 증대시킬 수 있도록 구성된다.
한편 상기 제 2분리부(4)는 상기 제 1분리부(3)에 연결되어 합성가스에 포함된 타르는 냉각스크러버를 통해 포집하여 타르제거수단(42)으로 회수하고 고순도의 합성가스만을 유도 송출시키는 기능을 한다.
이러한 제 2분리부(4)는 "U" 형태의 제 3관로(41)와, 상기 제 3관로(41)의 중앙에 연결되는 타르제거수단(42)으로 구성되며, 상기 냉각스크러버는 상기 제 3관로(41)의 유입 내측과, 배출 내측에 설치되어 물을 비산시킬 수 있는 노즐관체(411)로 구성된다.
여기서 상기 타르제거수단(42)은 타르를 포집시킨 물을 저장하는 저장수조(421)와, 상기 저장수조(421)의 입구와 출구에 형성되는 밸브(422)로 구성된다.
아울러 상기 보관탱크(5)는 제 2분리부(4)에 연결되어 타르가 제거된 합성가스를 저장시키는 기능을 하며, 저장된 합성가스는 후처리 공정인 메탄올 합성공정(합성섬유, 화학제품) 또는 F-T 합성공정(합성석유) 또는 DME 합성공정(디젤대체연료) 또는 수소 정제공정(연료전지)을 통한 다양한 합성연료제조의의 원료로 사용된다.
또한 상기 합성가스는 선택적으로 발전용 연료로 직접 사용될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 로터리킬른로의 연결관계에 대하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 간단히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에서 A부분을 발췌한 시일수단을 매개로 회전가능하게 챔버와 연결된 로터리킬른로의 부분 사시도이고, 도 3은 도 2의 분해사시도이며, 도 4는 도 2의 단면구성도이다.
먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 로터리킬른로(2)는 본체(21)의 양측에 결합되는 시일수단(7)을 매개로 회전가능하게 챔버(6)와 연결된다. 이 때 상기 각 챔버(6)는 공급부(1) 및 제 1분리부(3)와 연결되는 구조이다.
여기서 공급부(1)와 연결되는 챔버(6)에는 저급탄을 로터리킬른로(2)의 본체(21)로 유도하기 위한 경사유도판(61)이 내장되는 구조이다.(도 1에 도시)
여기서 상기 시일수단(7)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 로터리킬른로(2)의 본체(21) 양측 외주면에 결합되는 공냉식자켓(72)과, 상기 본체의 공냉식자켓(72)을 안내하여 삽입시킬 수 있도록 상기 챔버(6)의 일면에 형성되는 수냉식자켓(71)과, 상기 본체(21)와 챔버(6) 사이를 시일하여 연결하고, 열적 변형을 방지하기 위해 상기 수냉식자켓(71)과 공냉식자켓(72)의 사이에 결합되는 연결부(73)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성은 공냉식자켓(72)과, 수냉식자켓(71)의 사이에서 개재된 연결부(73)가 실시간으로 냉각되어 열적 변형을 방지하여 수명을 연장시킬 수 있는 구조이다.
상기에서 공냉식자켓(72)은 외부공기가 내부로 상통되도록 일단면에 다수의 통공(721)이 형성되는 구조이다. 이 때 상기 통공(721)은 공냉식자켓(72)의 일단면에 원호를 그리며 다수 형성되어 공냉식자켓(72)이 회전함에 따라 외부의 차가운 공기가 내부로 자연스럽게 확산 및 대류되면서 방열될 수 있게 한 구조이다.
그리고 상기 수냉식자켓(71)은 상기 공냉식자켓(72)을 안내하여 삽입할 수 있도록 상기 공냉식자켓(72) 보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 구조이다. 이는 상기 수냉식자켓(71)과 공냉식자켓(72)의 사이에 연결부(73)가 개재될 수 있도록 갭(G)을 형성하기 위함이다
아울러 상기 연결부(73)는 공냉식자켓(72)과, 수냉식자켓(71)의 사이에 개재되어 회전하는 본체(21)를 챔버(6)에 대해 시일 결합시키는 것으로, 지지플랜지(731)와, 그랜드패킹(74) 및 압박플랜지(732)로 구성된다.
여기서 지지플랜지(731)는 상기 수냉식자켓(71)의 내주면에 안착될 수 있도록 단면이 "
Figure PCTKR2011009949-appb-I000003
" 형상을 취한다.
그리고 상기 수냉식자켓(71) 역시 내주면에는 지지플랜지(731)가 안착될 수 있도록 단턱(711)을 더 포함하는 구조이다.
이러한 수냉식자켓(71)과 지지플랜지(731)의 구조는 지지플랜지(731)의 타단이 상기 로터리킬른로 본체(21)의 외주면과 밀착되지 않게 감싸면서 상기 수냉식자켓(71)의 내주면에 안착될 수 있게 한 구조이다.
아울러 그랜드패킹(74)은 "링" 형상으로써, 공냉식자켓(72)의 외주면에 결합된다. 이러한 구조는 표면이 뜨거운 로터리킬른로(2)의 본체(21)와 거리를 두고 설치하여 열전달이 감소될 수 있게 한 구조이다.
이러한 그랜드패킹(74)은 공냉식자켓(72)을 수냉식자켓(71)의 내주면에 삽입되면 수냉식자켓(71)의 단턱(711)에 안착된 지지플랜지(731)의 내측에 밀착되는 구조이다.
아울러 상기 압박플랜지(732)는 상기 지지플랜지(731)와 공냉식자켓(72)의 사이로 삽입되어 지지플랜지(731)에 밀착된 그랜드패킹(74)을 압박하여 시일할 수 있도록 단면이 "
Figure PCTKR2011009949-appb-I000004
" 형상을 취한다.
즉, 상기 압박플랜지(732)는 로터리킬른로(2)의 축선방향으로 연장되는 원형의 압박테(732a)가 상기 지지플랜지(731)와 공냉식자켓(72)의 사이로 삽입되어 그랜드패킹(74)을 압박할 있도록 하고, 또한 압박테(732a)와 직교되게 수직 연장된 지지테(732b)가 수냉식자켓(71)의 내주면에 안착된 지지플랜지(731)의 타단과 볼트(B)체결되어 압박테(732a)로 하여금 그랜드패킹(74)의 압박 정도를 조절하고, 더불어 압박 정도에 따라 챔버(6)에 대한 로터리킬른로(2)의 본체(21)가 시일과 함께 안정적으로 고정될 수 있는 구조를 마련한다.
즉, 상기 그랜드패킹(74)은 내측으로는 공냉식자켓(72)과, 외측으로는 수냉식자켓(71)이 2중으로 접하여 로터리킬른로(2)의 본체(21)로부터 전달되는 열을 냉각할 수 있기 때문에 저가의 그랜드패킹(74)이 같은 낮은 열적 안정성 문제를 해결할 수 있다.
또한 그랜드패킹(74)이 마모된다 하더라도, 상기 압박플랜지(732)로 하여금 지속적으로 그랜드패킹(74)를 압박할 수 있어 그랜드패킹(74)의 수명을 향상시킬 수 있는 것이다.
또한 연결부(73)가 3가지 구성요소(지지플랜지, 그랜드패킹, 압박플랜지)와, 연결수단의 그랜드패킹(74)을 냉각하는 2가지의 구성요소(수냉식자켓, 공냉식자켓)로 구성되어 구조가 매우 간단하고 유지보수가 편리하기 때문에 로터리킬른로(2)의 본체(21) 운전성을 좋게 할 수 있다.
이하에서는 촤르를 제거하기 위한 제 1분리부에 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 간단히 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6은 도 1에서 발췌된 제 1분리부의 작동도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 로터리킬른로(2)에서 열분해된 합성가스 및 촤르는 로터리킬른로(2)의 경사에 의해 배출측에 배출되고, 배출되는 합성가스와 촤르는 제 1분리부(3)의 제 1관로(31)로 유입된다.(도 5의 (a))
이 때 상기 제 1관로(31)로 유입된 합성가스는 제 1관로(31)와 연통된 제 2관로(32)를 통해 송출되고, 촤르는 경사진 제 1관로(31)를 따라 자중에 의해 촤르제거수단(33)의 저장탱크(331)로 저장된다.
그리고 저장탱크(331)에 촤르가 저장 한계치까지 도달하면, 상기 제 1게이트밸브(334)가 저장탱크의 입구를 폐쇄시켜 저장탱크(331)의 내부로 촤르가 유입되는 것을 단속한다.(도 5의 (b))
이 후 저장탱크(331)에 저장된 촤르는 저장탱크(331)에 외장된 냉각자켓(332) 및 저장탱크(331)의 내부에 지그재그 형태로 배치되는 냉각파이프(333)를 통해 냉각시켜 외부 산소와 접촉시 촤르가 연소되는 것을 방지한다.
그리고 냉각된 촤르는 제 2게이트밸브(335)의 개방에 의해 외부로 배출되고, 이 후 상기 제 2게이트밸브(335)는 폐쇄된다. (도 6의 (c))
그리고 제 2게이트밸브(335)의 개방에 의해 저장탱크(331)의 내부로 유입된 외부산소를 제거하기 위해 상기 질소라인(336)으로 질소를 공급하여 저장탱크(331)의 내부에 저장된 외부산소를 제거한다.(도 6의 (d))
그리고 상기 저장탱크(331) 내에 외부산소가 제거되면 상기 제 1게이트밸브(334)를 개방시켜 저장탱크(331)의 내부로 촤르가 저장될 수 있도록 한다.(도 5의 (a))
이하에서는 타르를 제거하기 위한 제 2분리부에 작동에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 간단히 설명하기로 한다.
도 7는 도 1에서 발췌된 제 2분리부의 작동도이다.
먼저 타르가 포함된 합성가스가 "U" 형태의 제 3관로(41)로 유입되면, 제 3관로(41)의 유입 내측과, 유출 내측에 설치된 냉각스크러버인 노즐관체(411)를 통해 물을 비산시킨다.
그러면 합성가스에 포함된 타르는 비산되는 물에 의해 포집되고, 타르가 포집된 물은 "U" 형태의 제 3관로(41)를 통해 외부로 유출되지 않고 타르제거수단(42)의 저장수조(421)에 저장된다.(도 7의 (a))
이 때 상기 저장수조(421)의 입구와 출구에는 각각 밸브(422)가 형성되어 있어 타르가 포집된 물을 선택적으로 배출하거나 유입시킬 수 있게 구성할 수 있다.(도 7의 (b))
따라서 제 2분리부(4)의 제 3관로(41)를 통해 송출되는 합성가스는 촤르와 타르가 제거된 고순도의 합성가스로 상태로 보관탱크(5)에 저장시킬 수 있는 것이다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (14)

  1. 합성가스(H2와 CO)가 주성분인 석탄가스를 생산할 수 있는 저급탄 석탄가스 생산시스템에 있어서,
    호퍼(11)에 투입되는 저급탄을 안내하여 이송시키는 공급부(1);
    회전하는 본체(21)를 구비하고, 이 본체(21)를 회전시켜 상기 공급부(1)를 통해 본체(21) 내에 투입된 저급탄을 열분해 하여 합성가스와 촤르(char) 형태로 배출하는 로터리킬른로(2);
    상기 로터리킬른로(2)에 연결되어 촤르는 자중에 의해 촤르제거수단(33)으로 유입시켜 회수하고 합성가스만을 유도 송출시키는 제 1분리부(3);
    상기 제 1분리부(3)에 연결되어 합성가스에 포함된 타르(tar)는 냉각스크러버를 통해 포집하여 타르제거수단(42)으로 회수하고 고순도의 합성가스만을 유도 송출시키는 제 2분리부(4);
    상기 제 2분리부(4)에 연결되어 고순도 합성가스를 저장하는 보관탱크(5);를 포함하여 이루어지되,
    상기 보관탱크(5)에 저장된 합성가스는 합성가스는 합성석유, DME, 메탄올, 고순도 수소 제조용 및 발전용 원료로 직접 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 저급탄은 로터리킬른로(2)의 내부를 스팀 분위기로 조성하여 의해 메탄가스의 생성을 최소화할 수 있도록 수분함량을 5중량% 내지 40중량% 범위인 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1분리부(3)는 로터리킬른로(2)의 배출측에 연결되어 자중에 의해 촤르가 촤르제거수단(33)으로 유도될 수 있도록 하향 경사지게 설치되는 제 1관로(31)와, 상기 제 1관로(31)와 상통되어 합성가스만을 상부로 유도 송출시키는 제 2관로(32)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 촤르제거수단(33)은 제 1관로(31)와 제 2관로(32)의 연결지점에 설치되는 저장탱크(331)와, 상기 저장탱크(331)의 외주면에 외장되어 상기 저장탱크(331)를 냉각시키는 냉각자켓(332)과, 상기 저장탱크(331)의 내부에 지그재그 형태로 배치되어 유입되는 촤르를 직접적으로 냉각시키는 냉각파이프(333)와, 상기 저장탱크(331)의 상부에 설치되어 촤르의 유입을 단속하는 제 1게이트밸브(334) 및 상기 저장탱크(331)의 하부에 설치되어 촤르의 배출을 단속하는 제 2게이트밸브(335)와, 상기 촤르의 획득 수득율을 상승시키기 위해 상기 제 2게이트밸브(335)를 통해 촤르를 배출시킨 후 유입된 산소를 제거하기 위한 질소라인(336)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    제 2분리부(4)는 "U" 형태의 제 3관로(41)와, 상기 제 3관로(41)의 중앙에 연결되는 타르제거수단(42)으로 구성되며,
    상기 냉각스크러버는 상기 제 3관로(41)의 유입 내측과, 배출 내측에 설치되어 물을 비산시킬 수 있는 노즐관체(411)로 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 타르제거수단(42)은 타르가 포집된 물을 저장하는 저장수조(421)와, 상기 저장수조(421)의 입구와 출구에 형성되는 밸브(422)로 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 로터리킬른로(2)는 저급탄의 연소를 방지할 수 있도록 산소의 유입을 차단하기 위한 밀폐타입이고, 본체 가열방식인 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  8. 제 1항 또는 제 2항 또는 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터리킬른로(2)의 운전온도는 400℃ 내지 900℃ 범위인 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 로터리킬른로(2)는 본체(21)의 양측에 결합되는 시일수단(7)을 매개로 회전가능하게 챔버(6)와 연결되고, 상기 각 챔버(6)는 공급부(1) 및 제 1분리부(3)와 연결되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 시일수단(7)은 로터리킬른로(2)의 본체(21) 양측 외주면에 결합되는 공냉식자켓(72)과, 상기 공냉식자켓(20)을 안내하여 삽입시킬 수 있도록 상기 챔버(6)의 일면에 형성되는 냉각식자켓(72)과, 상기 본체(21)와 챔버(6) 사이를 시일하여 연결하고, 열적 변형을 방지하기 위해 상기 수냉식자켓(71)과 공냉식자켓(72)의 사이에 결합되는 연결부(73)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 공냉식자켓(72)은 외부공기가 내부로 상통되도록 일단에 다수의 통공(721)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 연결부(73)는 상기 수냉식자켓(71)의 내주면에 안착되는 단면이 "
    Figure PCTKR2011009949-appb-I000005
    " 형상의 지지플랜지(731)와, 상기 공냉식자켓(72)의 외주면에 끼움결합되어 상기 지지플랜지(731)의 내부에 밀착되는 그랜드패킹(74)과, 상기 지지플랜지(731)와 공냉식자켓(72)의 사이로 삽입되어 지지플랜지(731)에 밀착된 그랜드패킹(74)을 압박하여 시일할 수 있도록 단면이 "
    Figure PCTKR2011009949-appb-I000006
    " 형상의 압박플랜지(732)로 구성되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 압박플랜지(732)는 그랜드패킹(74)의 압박정도를 조절하여 챔버(6)와 로터리킬른로(2)의 본체(21)가 고정될 수 있도록 상기 지지플랜지(731)와 볼트(B) 체결되는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 수냉식자켓(71)의 내주면에는 지지플랜지(731)가 안착될 수 있도록 단턱(711)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저급탄 석탄가스 생산시스템.
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