KR20010062259A - 폐기물, 특히 산업 폐기물, 바이오매스 또는 이와 유사한가스화 물질의 가스화를 위한 방법 및 가스화 플랜트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 재료 및 에너지의 이용을 위해 2 단계 가스화에 의해서 폐기물, 특히 산업 폐기물, 바이오매스 또는 이와 유사한 가스화 물질을 가스화하는 방법에 관한 것이다. 제1 가스화 단계에서는 가스화 물질이 건조되고, 탈가스화되며, 필요하다면 부분 가스화된다. 최종 가스화는 제2 가스화 단계에서 발생한다. 가스화 물질은 이동하는 고체 스트림을 형성하면서 제1 가스화 단계로 유입된다. 열은 건조를 위해 제1 반응 섹션 내의 고체 스트림으로 공급되고, 탈가스화를 위해 제2 반응 섹션 내의 고체 스트림으로 공급된다. 생산된 건류 가스는 완전한 가스화와 열분해를 위해 제2 가스화 단계로 공급된다. 제2 가스화 단계에서 회수된 가스는 냉각되고 정제된다.

Description

폐기물, 특히 산업 폐기물, 바이오매스 또는 이와 유사한 가스화 물질의 가스화를 위한 방법 및 가스화 플랜트{PROCESS AND GASIFICATION PLANT FOR THE GASIFICATION OF WASTE SUBSTANCES, PARTICULARLY INDUSTRIAL WASTE SUBSTANCES, BIOMASS OR SIMILAR GASIFICATION SUBSTANCES}

본 발명은 재료 및 에너지의 이용을 위해 2 단계 가스화에 의해서 폐기물,특히 산업 폐기물, 바이오매스(biomass) 또는 이와 유사한 가스화 물질을 가스화하는 방법에 관한 것이며, 제1 가스화 단계에서는 가스화 물질이 건조되고, 탈가스화되며, 필요하다면 부분 가스화되는 반면, 제2 가스화 단계에서는 최종 가스화, 특히 유동층 가스화가 발생한다.

바이오매스 및 특히 목재를 위한 단일 단계 가스화 방법은 공지되어 있는 바, 탈가스화는 저온에서 실행되고, 탄소 분(carbon fractions)의 가스화는 고온에서 실행된다. 탈가스화는 상대적으로 빠르게 진행되는 반면, 탄소 분의 완전한 가스화는 긴 체류 시간과 높은 물질 및 열 전달 조건이 요구된다. 높은 불균일성을 가진 반응 구역에서 저온인 하나의 단계에서의 탈가스화는 보다 많은 탄화수소 화합물 및 발생되는 가스 내의 보다 큰 분율의 타르 형성을 가져오며, 낮고 상대적으로 불량한 가스화 효율을 가져온다. 단일 단계의 가스화 방법에 있어서는, 예를 들어 전기 에너지를 생산하는 가스 엔진에서 일련의 연소를 위한 가스 품질에 대한 많은 요구가 달성되지 않는다. 이것은 특히 이러한 종류의 가스 엔진의 무고장 및 저유지비용의 영구 작동에 적용된다. 이러한 이유에 인해, 가스화 단계는 이미 발전되어 있는 바, 제1 가스화 단계에서 고체층(solid bed) 탈가스화는 600℃까지의 온도에서 실행되고, 뒤따르는 제2 가스화 단계에서 유동층(fluidised bed) 탈가스화는 800℃사이의 온도에서 실행된다. 본 발명은 여기서부터 시작된다.

본 발명의 목적은 전문에서 설명한 타입의 가스화 방법을 제공하는 것인데, 이러한 방법은 완전 가스화 및 고분자 탄화수소 화합물 특히 문제의 폐기물로부터타르 성분을 분해하는데 적합하고, 고분자 탄화수소 화합물을 최소화하면서 엔진 품질을 안전하게 하는 가스의 발생을 보장함으로써, 가스화 물질의 최적 에너지 이용을 보장한다. 또한, 본 발명은 이에 따른 상기 방법을 수행하는데 적합한 가스화 플랜트(plant)를 제공하며, 상이하고 문제있는 폐기물의 가스화를 상대적으로 단순하고 신뢰성있게 만들어준다.

전문에 따른 방법에 있어서, 본 발명에 따라 이 문제를 해결하기 위해 가스화 물질은 고체 스트림을 형성하면서 제1 가스화 단계로 유입되고 열은 제1 반응 섹션에서는 건조를 위해 제2 반응 섹션에서는 탈가스화(또는 열분해)를 위해 고체 스트림에 공급되며, 제1 가스화 단계에서 생성된 가스 또는 건류 가스(carbonisation gas)는 탄소 분의 완전 가스화 및 고분자 탄화수소 화합물 특히 타르 성분의 열분해를 위해 제2 가스화 단계로 공급된다. 제2 가스화 단계로부터 회수된 상기 가스는 냉각되고 정제된다. 예열된 공기 및/또는 배출 가스는 제1 가스화 단계에서 가스화제(gasification agent)로서, 부분 가스화를 위한 제3 반응 섹션의 고체 스트림에 공급된다. 가스화 물질은 물의 증발에 의해 제1 반응 섹션에서 건조된 고체 스트림의 형태로 제1 가스화 단계를 이동하며, 제2 반응 섹션에서 열은 탈가스화를 위해 공급된다. 제1 변형예에 따르면, 열의 공급은 가스화제와 반응하여 발열 반응을 하기 위한 제3 반응 섹션에서의 부분 가스화에 의해 및 제2 및 제1 반응 섹션에서 재생되는 건류 가스에 의해 실행된다. 또 다른 변형예에 따르면, 고온 배출 가스 및 예열된 공기는 제2 및 제1 반응 섹션에서 가스화제로서 재생된다. 제3 변형예에 따르면, 열 공급은 건류 가스 발열량의 감소없이제1 가스화 단계에서 탈가스화(건조 포함)를 위한 에너지의 요구를 충족시키기 위해 제2 가스화 단계로부터 고온 모래를 통해 가능하다. 제1 가스화 단계에서 가스화되는 목탄 또는 다른 고체 탄소의 양은 단지 제2 가스화 단계에서 촉매로서 이용될 수 있을 만큼만으로 가능한 한 작다. 제2 가스화 단계에서 순환하는 유동층 또는 고속 유동층이 사용되어, 이로부터 소정 양의 미세 입자 불활성 층 재료(bed material)를 추출하는 것이 가능해져, 제2 가스화 단계로부터 열의 일부가 제1 가스화 단계로 전달될 수 있게 되고 이 열에 의해 가스화의 흡열 반응이 보상된다. 제2 가스화 단계에서 보다 큰 불활성 고체 입자는 분리되고, 미세 입자 층 재료로 재생되어 배출된다. 목탄은 부분적으로 제1 가스화제에 의해 즉시 가스화되면서 제1 가스화 단계로부터 제2 가스화 단계의 유동층의 하부 구역으로 유입되어, 석영 모래와 목탄으로 구성된 2 물질 유동층을 형성한다. 보다 밀도가 높은 층 위에 제2 가스화제 공급구가 배치됨으로써, 가스화 반응이 건류 가스와 목탄의 접촉을 위해 요구되는 체류 시간만큼 지연되어, 고분자 탄화수소 화합물 및 특히 타르 성분을 분해하기 위한 조건이 제공된다.

본 발명의 다른 본질적인 특징들이 아래에서 설명된다. 예를 들어, 열은 복사에 의해 및/또는 대향류(counter-current) 건류 가스에 의해 및/또는 고체층의 스트림을 통해 제1 반응 섹션에서 고체 스트림에 제공된다. 이미 언급한 바와 같이, 열은 고온 배출 가스 및/또는 예열된 공기에 의해 제1 반응 섹션에서 고체 스트림에 공급된다. 바람직하게는, 열은 건류 가스에 의해 및/또는 아래로부터 유입되는 배출 가스 또는 배출 가스와 공기의 혼합물 및/또는 예열된 공기 및/또는 제2가스화 단계로부터의 고온 석영 모래에 의해 제2 반응 섹션으로 공급되고, 가능하게는 열 복사에 의해 또한 공급된다. 아주 일반적으로, 가스화제, 필요하다면 예열된 가스화제, 필요하다면 산소를 함유한 예열된 가스화제가 하나 이상의 반응 섹션에서 고체 스트림에 공급될 수 있다. 통상의 경우에 있어서, 제1 가스화 단계에서 가스화 물질의 건조 및 탈가스화 과정 동안, 열은 공급되어져야 하지만 가스화제는 절대적으로 필요한 것은 아니다. 가스화제의 공급은 단지 건조 및 탈가스화를 위한 열이 가스화제의 부분 반응 및 탈가스화 가스에 의한 다른 산화 반응에 의해 공급될 때에만 필요하다. 산소를 포함한 예열된 고온 가스화제(배출 가스, 공기, 고온 증기 등)의 공급에 추가하여, 가열된 표면에 의한 간접 열 공급 또는 직접적인 접촉에 따른 혼합물(고온 모래 등)의 열 흐름에 의한 직접적인 열 공급이 실행될 수 있다. 특히, 증기가 공급되면 액화 열 전달에 의해 고 밀도의 열 흐름이 발생할 수 있다. 첨가 재료 및/또는 촉매로서 작용하는 물질의 공급이 가능하다. 가스화 물질에 대한 건류 가스 흐름의 방향은 대향류, 중앙, 대각선, 교차 방향일 수 있고 제1 가스화 단계에서 대향류법일 수 있다. 제1 가스화 단계로부터 건류 가스는, 상응하는 요구 체류 시간 및 온도를 가지고 완전 가스화됨에 의해서 및 고체 입자의 난류 계면 조건에 대한 높은 물질 및 열 전달 조건 아래에서, 제2 가스화 단계에서 엔진 품질을 더욱 엄하게 단속할 목적으로 행하는 열처리를 받는다. 제1 가스화 단계에서 탈가스화 후에 부분적으로 가스화되지 않고 건류 가스와 함께 코우크스, 목탄 및 불활성 잔유물 형태로 존재하는 고체는 제2 가스화 단계에서 상기 성분의 중간 분리와 함께 또는 그 후에 공급된다. 분리는 유용 물질 및/또는유해 물질을 분리하기 위해 기계적으로 또는 습식 화학 방법에 의해 실행될 수 있다.

물의 함량이 많은 경우에 있어서, 특히 가스화 물질이 모세관 접합력이 높은 물(high capillary bonded water)을 포함하는 경우에 있어서, 가스화 물질은 제1 가스화 단계에 선행하는 건조 단계에서 증기 회로에 의해서 미리 건조 될 수 있다. 이것은 가스화 물질에 포함된 물의 증발열이 약 100℃의 온도에서 응축열로서 이용될 수 있게 한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 가스화 물질은 제1 가스화 단계 또는 그 단계의 가스화 구역을 통해 이동되면서, 화격자(grate) 상에서 또는 튜브 내에서 20°까지의 경사각을 두고 고체 스트림을 형성한다. 이러한 이동은 실질적으로 화격자 또는 튜브의 단위 길이 당 균일한 질량 범위를 가져온다. 제2 가스화 단계에 공급되는 건류 가스는 제1 반응 섹션의 전방 구역 내에서 또는 반응 섹션 중 하나의 상부에서 배출되는 것이 바람직하다.

유용하게는, 제2 가스화 단계에서 유동층은 노즐판을 통해 가스화제를 공급받고, 상기 가스화제는 건류 가스와 함께 제공되어 유동 가스를 형성한다. 타르 성분 및 고체 탄소 요소(목탄, 코우크스 등)는 건류 가스의 미리 조절된 체류 시간(최대 3초) 후에 열분해 되는 것이 바람직하다. 코우크스 및 목탄은 가스화제 공급구 영역에서 배출 가스의 주입에 의해 완전히 가스화된다. 유동 가스의 속도 및 층 재료의 입자 크기는 본 발명에 따라 선택되어, 유동층으로부터 층 재료의 일부(석영, 강옥 등)가 배출되고 사이클론에 의해 분리되어 800℃부터 900℃사이의온도에서 열 전달을 위해 제1 가스화 단계로 유입된다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 코우크스, 목탄 등의 층 재료 및 불활성 성분[재(ash)]은 제1 가스화 단계에서 흡열 반응을 위해 가스화 물질에게 열 에너지를 넘겨준 후 제2 가스화 단계에서 재생된다. 모래 장벽 기둥(sand barrier column)은 제1 가스화 단계와 사이클론 사이에서의 배출 가스 흐름에 의해 제어되어, 제1 가스화 단계에 공급되는 층 재료의 양은 언제든지 사이클론에 의해 분리될 수 있는 양이 된다. 상기 모래 장벽 기둥은 제1 가스화 단계로부터 사이클론으로 건류 가스가 되돌아 흐르는 것을 방지한다. 이 장벽 기둥은 또한 일정한 높이를 유지한다.

본 발명은 또한 가스화 플랜트, 특히 청구범위에 기재된 가스화 방법의 실행 및 특히 신뢰성있는 작동에 적합한 가스화 플랜트에 관한 것이다. 이 가스화 플랜트는 제1 가스화 단계를 위한 하나 이상의 탈가스화 반응 장치와, 상기 탈가스화 반응 장치에 연결된 제2 가스화 단계를 위한 가스화 반응 장치, 특히 유동층 가스화 반응 장치를 포함하며, 이 가스화 플랜트는 탈가스화 반응 장치 내에 화격자형 가스화기구(grate gasifier) 또는 튜브형 가스화기구(tube gasifier)가 사용되는 것을 특징으로 한다. "화격자형 가스화기구"라는 용어는 본 발명에 따르면, 공급구, 리턴 공급구, 로울러 및 회전 화격자 가스화기구를 의미한다. 상기 튜브형 가스화기구는 회전 튜브 또는 회전 드럼 가스화기구인 것이 바람직하다. 상기 화격자 가스화기구에는 고체 스트림에 대해 20°까지의 경사각을 두고 배치된 이동 가능한 가스화 화격자가 구비되며 가스화 물질은 가스화 구역을 통해 이동된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 세 개 이상의 하우징 샤프트는 가스화제의 공급 및 화격자로 체를 친 것의 배출을 위해 세 개의 반응 섹션을 형성하면서 가스화 화격자 아래에 배치되고, 가스화 반응 장치로 인도하는 이송 나사(feed screw)와 같은 컨베이어 장치에 연결된다. 제1 반응 섹션에 있어서, 열은 복사 및 가스화 물질 층을 통해 흐르는 대향류 건류 가스 등에 의해 반응 장치 벽을 통해 가스화 물질에 전달된다. 상기 가스화 물질 또는 고체 스트림은 화격자 이동 방향으로 더욱 가열되고, 또한 건류 가스에 의해 및 배출 가스 또는 배출 가스, 아래로부터 들어오는 공기 및 제2 가스화 단계부터의 층 재료 또는 석영 모래의 혼합물에 의해 700℃의 온도까지 올라가는 제2 반응 구역의 중앙부에서 더욱 가열된다. 제3 반응 섹션에서, 가스화 물질 또는 고체 스트림은 유입된 가스화제 및 적어도 700℃에서의 2C + O₂→ 2CO; 2CO + O₂→ CO₂및 C + CO₂→ 2CO 반응에 의해 가열되고, 탄소의 일부는 소모되어 최종적으로 CO 가스가 제2 및 제1 반응 섹션으로 유입되고 열이 가스화 물질로 운반된다. 상기 가스화 반응 장치는 제1 및 제2 반응 섹션 영역의 가스화 화격자 위에 내화재로 된 라이닝(lining)을 포함할 수 있어, 열을 흡수하고 복사에 의해 건조 구역 영역 내의 고체 스트림 또는 가스화 물질로 열을 운반한다. 탈가스화 반응 장치는 제1 반응 섹션의 시작 구역 및 건조 구역의 시작 구역 내에 가스화 물질을 위한 장입 샤프트(charging shaft)와 제2 반응 섹션 영역 내에 배출 가스의 주입에 의해 제어되는 모래(층 재료로서 석영 모래) 기둥을 가진 장벽 샤프트(barrier shaft)를 포함하며, 장벽 샤프트를 통해 기둥 층 재료(column bed material)가 900℃까지의 온도에서 열 전달 매체로서 제2 가스화 단계에서 제1 가스화 단계로 공급될 수 있다. 바람직하게는, 700℃까지의 온도에서 코우크스 및목탄의 배출을 위한 하우징 샤프트(housing shaft)는 부분 가스화를 위한 제3 반응 섹션 후에 배치되고, 또한 제2 가스화 단계로 인도하는 이송 나사와 같은 컨베이어 장치에 연결된다. 상기 하우징 샤프트는 셀룰라 휠 슬루스(cellular wheel sluices)를 중간 연결체로 하여 컨베이어 장치 또는 이송 장치에 연결된다. 유용하게는, 탈가스화 반응 장치에는 상기 반응 장치 챔버(chamber)의 전방 구역에 건류 가스 배출구가 배치되나, 상기 배출구는 또한 반응 장치 챔버의 상부 구역에 위치할 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 튜브형 가스화기구는 회전 튜브 또는 튜브 드럼을 포함하며, 그 내부에서 이동하는 고체 스트림에 대해 20°까지의 경사각을 두고 배치된다. 이 실시예에서, 하우징 길이 전체에 걸쳐 반응 장치 하우징을 통한 간접 가열이 있고, 또한 입구 구역(건조 구역)에서의 고온 층 재료에 의한, 및 고온 배출 가스와 입구 구역 및 회전 튜브의 제3 반응 구역에서의 고체 탄소 분의 부분 가스화를 위한 공기 혼합물의 공급에 의한 직접 열 전달이 있다. 회전 튜브를 가진 상기 실시예에서, 가스화 물질의 주입구에 열이 공급되고 가스화 물질 또는 고체 스트림의 광범위한 이동이 허용된다면, 모든 상기한 반응들은 튜브 길이 전체에 걸쳐 발생된다. 본 발명에 따르면, 상기 튜브형 가스화기구는 전방 입구 구역에 가스화 물질을 위한 장입 샤프트를 가진 동축(同軸) 이송 나사를 포함하고, 후방 출구 구역에 건류 가스 및 코우크스, 목탄, 층 재료 및 불활성 성분 등의 고체를 위한 배출 샤프트(discharge shaft)를 포함하며, 상기 배출 샤프트는 제2 가스화 단계로 인도하는 이송 나사와 같은 컨베이어 장치에 연결된다. 상기배출 샤프트는 셀룰라 휠 슬루스를 중간 연결체로 하여 컨베이어 장치 또는 이송 나사에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 튜브형 가스화기구에는 가스화 물질을 위한 입구 구역에 배출 가스 및/또는 공기를 위한 및 회전 튜브와 동축을 가진 공급 튜브 등을 통해 공급되는 층 재료를 위한 공급구가 구비된다. 유용하게는, 상기 튜브형 가스화기구에는 후방 구역에 공기 등의 가스화제를 위한 동축 공급 튜브와 같은 가스화제를 위한 공급구가 구비된다. 상기 튜브형 가스화기구에는 시작 구역에 배출 가스 공급구가, 후방 구역에 배출 가스 배출구가 구비될 수 있다. 이에 대한 대안으로써, 상기 튜브형 가스화기구에는 시작 구역에 건류 가스 배출구가 구비될 수 있다. 회전 튜브로부터 배출되는 목탄, 코우크스, 층 재료 및 굵은 입자의 불활성 재료는 서로서로 분리되거나, 유동층 가스화 단계와 같은 제2 가스화 단계로 유입되고 그 후에 분리된다. 회전 튜브를 떠난 건류 가스는 가스화 물질과 동일한 방향으로 흐르고, 그 후 제2 가스화 단계 즉 유동층의 하부 구역 안으로 유입된다. 회전 튜브의 3등분의 세 번째 지점에 유입된 가스화제는 목탄을 부분적으로 가스화시키는 반면에, 건류 가스는 회전 튜브의 3등분의 두 번째 및 첫 번째 지점에서 가스화 물질로 열을 전달한다. 상기 가스화제와 건류 가스는 상기 가스화 물질에 대향류로 흐른다. 증기 회로를 구비한 건조 단계는 또한 탈가스화 반응 장치에 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 가스화 플랜트의 선도이며,

도 2는 도 1에서 나타낸 플랜트를 위한 탈가스화 반응 장치의 제1 실실예를 도시한 도면이고,

도 3은 도 1에서 나타낸 플랜트를 위한 탈가스화 반응 장치의 제2 실시예를 도시한 도면이며,

도 4는 도 1에서 나타낸 플랜트를 위한 탈가스화 반응 장치의 제3 실시예를 도시한 도면이고,

도 5는 도 1에서 나타낸 플랜트를 위한 탈가스화 반응 장치의 제4 실시예를 도시한 도면이다.

상기 도면은 폐기물, 특히 산업 폐기물, 바이오매스 또는 이와 유사한 가스화 물질(1)의 가스화를 위한 가스화 플랜트를 도시하고, 상기 플랜트의 기본 구조는 제1 가스화 단계를 위한 탈가스화 반응 장치(2)와 탈가스화 반응 장치(2)와 연결된 가스화 반응 장치(3)를 포함하며, 예시적인 실시예에 따른 반응 장치(3)는 가스 엔진에 적합한 가스를 생산하는 제2 가스화 단계를 위한 유동층 가스화 반응 장치이다. 도 2 및 도 3에 따르면, 탈가스화 반응 장치(2)내에서 화격자형 가스화기구(4)가 사용되고, 도 4 및 도 5에 따르면, 튜브형 가스화기구(5)가 사용된다. 화격자형 가스화기구(4)에는 가스화 물질로 구성된 고체 스트림(7)에 대해 20°까지의 경사각을 두고 배치된 화격자(6)가 구비된다. 가스화 화격자(6)의 아래에는, 가스화제의 공급 및 화격자로 체를 친 것의 배출을 위한 세 개의 반응 섹션(8a, 8b, 8c)이 하우징 샤프트(9a, 9b, 9c)에 의해 형성되고, 상기 샤프트는 가스화 장치(3)로 인도하는 컨베이어 장치에 연결되고, 상기 컨베이어 장치는 예시적인 실시예에서 이송 나사(10)이다. 탈가스화 장치(2)에는 열을 흡수하여 건조 구역의 영역 내의 고체 스트림(7)으로 운반하기 위해, 제1 및 제2 반응 섹션(8a, 8b) 영역 내의 가스화 화격자(6) 위에 내화재로 된 라이닝(11)이 구비된다.

제1 반응 섹션(8a)의 시작 구역(starting zone) 및 건조 구역의 시작 지역(starting area)에서, 탈가스화 반응 장치(2)에는 제1 가스화 단계를 위한 장입 샤프트(12)와 모래 특히 석영 모래의 기둥으로 된 장벽 샤프트(13)가 구비되며, 이것은 배출 가스의 주입에 의해 제어되고 이것을 통하여 800℃까지의 온도에서 열 전달 매체로 사용되는 유동층(14)의 층 재료가 제2 가스화 단계로부터 제1 가스화 단계로 공급될 수 있다. 700℃까지의 온도에서의 코우크스 및 목탄의 배출을 위한 하우징 샤프트(15)는 부분 가스화를 위한 제3 반응 섹션(8c) 후에 배치되고, 이 또한 컨베이어 장치 또는 이송 나사(10)에 연결된다. 하우징 샤프트(9a, 9b, 9c, 15)는 셀룰라 휠 슬루스를 중간 연결체로 하여 이송 나사(10)와 연결된다. 도 2에서 나타낸 예시적인 실시예에서, 탈가스화 장치(2)에는 반응 장치 챔버의 전방 구역(front zone)내에 건류 가스 배출구(17)가 구비된다. 도 3에서 나타낸 실시예에서, 상기 건류 가스 배출구(17)는 제2 반응 섹션(8b) 위에 위치한, 반응 장치 챔버의 상부 구역(top zone)에 배치된다.

도 4 및 도 5에서 나타낸 예시적인 실시예에서, 튜브형 가스화기구(5)는 그 안에서 이동되는 고체 가스화 물질의 스트림에 대해 20°까지의 경사각을 두고 배치된 회전 튜브(18)를 포함한다. 전방 입구 구역에서, 튜브형 가스화기구(5)에는 가스화 물질(1)을 위한 장입 샤프트(20)를 가진 회전 튜브의 축과 동축인 이송 나사(19)가 구비되는 반면, 후방 출구 구역에는 건류 가스 및 코우크스, 목탄, 층 재료 및 불활성 성분 등과 같은 고체를 위한 배출 샤프트(21)가 구비되며, 이것 또한 제2 가스화 단계로 인도하는 이송 나사(10)와 같은 컨베이어 장치에 연결된다. 배출 샤프트(21)는 셀룰라 휠 슬루스(22)를 중간 연결체로 하여 컨베이어 장치 또는 이송 나사(10)와 연결된다. 가스화 물질(1)을 위한 입구 구역에서, 튜브형 가스화기구(5)에는 배출 가스 및/또는 공기를 위한 및 층 재료를 위한 공급구(23)가 또한 구비된다. 후방 영역에서, 튜브형 가스화기구(5)에는 가스화제(1)로서의 공기의 공급을 위한 회전 튜브의 축과 동일한 축을 가진 공급 튜브(24)와 같은 가스화제 공급구가 또한 구비된다. 튜브형 가스화기구(5)에는, 시작 구역의 하부에 배출 가스 공급구(25)가 구비되고 후방 구역의 상부에 배출 가스 배출구(26)가 구비된다.도 5에서 나타낸 변형예에서, 튜브형 가스화기구(5)에는 배출 가스 배출구(27)가 시작 구역에 배치된다.

사이클론(28)이 제1 가스화 단계인 탈가스화 반응 장치(2) 및 제2 가스화 단계인 가스화 반응 장치(3)의 사이에 또한 배치된다. 가스화 반응 장치(3)는 제1 가스화제 공급구(29) 및 제2 가스화제 공급구(30)를 포함한다.

모든 실시예에 있어서, 증기 회로(32)를 구비한 건조 단계(31)가 탈가스화 반응 장치(2)에 선행될 수 있다. 건조 단계는 가스화 물질의 주입구(33) 및 가열된 증기의 입구(34)를 포함한다. 미리 건조된 가스화 물질의 탈가스화 반응 장치(2)로의 운반은 중간에 연결된 셀룰라 휠 슬루스(35)를 통해 실행될 수 있다.

도 2 및 도 3에서, 건류 가스 흐름은 라인 필드(line field)에 의해 지시되는 반면, 가스화제 및 화격자로 체를 친 것의 공급은 화살표에 의해 지시되며 이는 부분 가스화를 위한 제3 반응 섹션 후에 하우징 샤프트 내의 목탄, 코우크스 등이 배출되는 방향과 또한 같다.

본 발명에 따른 가스화 방법은 완전 가스화 및 고분자 탄화수소 화합물 특히 문제의 폐기물로부터 타르 성분을 분해하고, 고분자 탄화수소 화합물을 최소화하면서 엔진 품질을 안전하게 하는 가스의 발생을 보장함으로써, 가스화 물질의 최적 에너지 이용을 보장한다. 또한, 본 발명은 이에 따른 상기 방법을 수행하는데 적합한 가스화 플랜트를 제공하며, 상이하고 문제있는 폐기물의 가스화를 상대적으로 단순하고 신뢰성있게 만들어준다.

Claims (34)

1. 재료 및 에너지의 이용을 위해 2 단계 가스화에 의해서 폐기물, 특히 산업 폐기물, 바이오매스(biomass) 또는 이와 유사한 가스화 물질(gasification substance)을 가스화하기 위한 방법으로, 제1 가스화 단계에서는 상기 가스화 물질이 건조되고, 탈가스화되며, 필요하다면 부분 가스화되고, 제2 가스화 단계에서는 최종 가스화, 특히 유동층(fluidised bed) 가스화가 발생하며,

   상기 가스화 물질은 고체 스트림을 형성하면서 제1 가스화 단계로 유입되고, 열이 제1 반응 섹션에서는 건조를 위해, 제2 반응 섹션에서는 탈가스화를 위해 고체 스트림에 공급되며, 제1 가스화 단계에서 생산된 건류 가스(carbonisation gas)는 탄소 분(carbon fractions)의 완전 가스화 및 고분자 탄화수소 화합물, 특히 타르 성분의 열분해(cracking)를 위해 제2 가스화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
2. 제1항에 있어서, 제2 가스화 단계로부터 회수된 상기 건류 가스는 냉각되고 정제되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예열된 공기 및/또는 배출 가스(flue gas)는 부분 가스화를 위해 제3 반응 섹션에서 상기 고체 스트림에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 열이 복사에 의해 및/또는 대향류(counter-current) 건류 가스에 의해 및/또는 고체층 스트림을 통해 제1 반응 섹션에서 상기 고체 스트림에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 열이 고온 배출 가스에 의해 및/또는 예열된 공기에 의해 제1 반응 섹션에서 상기 고체 스트림에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 열은 건류 가스에 의해 및/또는 배출 가스 또는 배출 가스와 아래로부터 유입되는 공기의 혼합물 및/또는 예열된 공기 및/또는 제2 가스화 단계로부터의 고온 석영 모래에 의해 제2 반응 섹션에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스화제(gasification agent), 필요하다면 예열된 가스화제, 필요하다면 산소를 함유한 예열된 가스화제는 하나 이상의 반응 섹션에서 상기 고체 스트림에 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스화 물질은 제1 가스화단계에 선행하고 증기 회로(steam circuit)를 구비한 건조 단계에서 미리 건조되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스화 물질은 화격자(grate) 또는 튜브 상에 20°까지의 경사각을 두고, 고체 스트림을 형성하면서, 제1 가스화 단계를 통해 이동되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 가스화 단계에 공급될 상기 건류 가스는 제1 반응 섹션의 전방 구역에서 또는 반응 섹션들 중 하나의 위에서 배출되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈가스화 후에 제1 가스화 단계 내에 존재하는 코우크스, 목탄 및 불활성 잔유물과 같은 상기 고체는 필요하다면 중간 분리를 거친 후에 제2 가스화 단계로 공급되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 가스화 단계에서 유동층은 노즐판을 통해 가스화제를 공급받고, 상기 가스화제는 제공된 건류 가스와 함께 유동 가스를 형성하는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 타르 성분 및 고체 탄소 요소는 상기 건류 가스의 미리 조절된 체류 시간 후에 열분해 되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 코우크스 및 목탄은 상기 가스화제 공급구 영역에서 공기 및/또는 배출 가스의 주입에 의해 완전히 가스화되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동 가스의 속도 및 층 재료의 입자 크기가 선택되어짐으로써 상기 유동층으로부터 상기 층 재료의 일부는 배출되고 사이클론에 의해 분리되며, 800℃에서 900℃까지의 온도에서 열 전달을 위해 제1 가스화 단계로 유입되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코우크스, 목탄 등을 가진 상기 층 재료와 불활성 성분은 제1 가스화 단계에서 흡열 반응을 위해 가스화 물질에게 열 에너지를 넘겨준 후 제2 가스화 단계에서 재생되는 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 모래 장벽 기둥의 높이가 제1 가스화 단계 및 상기 사이클론 사이에서의 배출 가스의 흐름에 의해 제어됨으로써,제1 가스화 단계에 공급되는 층 재료의 양은 언제든지 상기 사이클론에 의해 분리될 수 있는 양 만큼인 것을 특징으로 하는 가스화 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 상기 가스화 방법을 실행하기 위한 가스화 플랜트(gasification plant)로서, 제1 가스화 단계를 위한 하나 이상의 탈가스화 반응 장치(2)와 상기 탈가스화 반응 장치(2)에 연결된, 제2 가스화 단계를 위한 가스화 반응 장치(3), 특히 유동층 가스화 반응 장치를 포함하며,

    상기 탈가스화 반응 장치(2)에서 화격자형 가스화기구(grate gasifier; 4) 또는 튜브형 가스화기구(tube gasifier; 5)가 사용되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
19. 제18항에 있어서, 상기 화격자형 가스화기구(4)는 상기 고체 스트림(7)을 위한 이동 가능한 가스화 화격자(6)를 포함하며, 상기 화격자는 20℃까지의 경사각을 두고 배치된 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 세 개 이상의 하우징 샤프트(housing shaft; 9a, 9b,9c)는 가스화제의 공급 및 화격자로 체를 친 것의 배출을 위해, 상기 세 개의 반응 섹션(8a, 8b, 8c)을 형성하면서, 상기 가스화 화격자(6) 밑에 배치되며, 상기 가스화 반응 장치(3)로 인도하는 이송 나사(10)와 같은 컨베이어 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈가스화 반응 장치(2)는 열을 흡수하여 건조 구역 영역 내의 상기 고체 스트림(7)으로 운반하기 위해, 제1 및 제2 반응 섹션(8a, 8b) 영역 내의, 상기 가스화 화격자(6) 위에 내화재로 된 라이닝(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈가스화 반응 장치(2)는 상기 제1 반응 섹션(8a)의 시작 구역 내에 상기 가스화 물질을 위한 장입 샤프트(charging shaft; 12)와 제2 반응 섹션(8b) 영역 내에 배출 가스의 주입에 의해 제어되는 모래 기둥을 가진 장벽 샤프트(barrier shaft; 13)를 포함하며, 장벽 샤프트를 통해 기둥 층 재료가 900℃까지의 온도에서 열 전달 매체로서 제2 가스화 단계로부터 제1 가스화 단계로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 700℃까지의 온도에서 코우크스 및 목탄의 배출을 위한 하우징 샤프트(15)는 부분 가스화를 위한 제3 반응 섹션(8c) 후에 배치되고 이송 나사(10)와 같은 상기 컨베이어 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 샤프트(9a,9b,9c)는 셀룰라 휠 슬루스(cellular wheel sluices; 16)를 중간 연결체로 하여 상기 컨베이어 장치 또는 이송 나사(10)에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈가스화 반응 장치(2)에는 반응 장치 챔버의 전방 구역에 건류 가스 배출구(17)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
26. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈가스화 반응 장치(2)에는 반응 장치 챔버의 상부 구역에 건류 가스 배출구(17)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
27. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 가스화기구(5)는 그 내부에서 이동하는 상기 고체 스트림(7)을 위해, 20°까지의 경사각을 두고 배치된, 회전 튜브(18) 또는 튜브 드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
28. 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 가스화기구(5)는 전방 입구 구역 내에 상기 가스화 물질을 위한 장입 샤프트(20)를 가진 동축(同軸) 이송 나사(19)와 후방 출구 구역 내에 건류 가스와 코우크스, 목탄, 층 재료 및 불활성 성분과 같은 고체를 위한 배출 샤프트(21)를 포함하며, 상기 배출 샤프트는제2 가스화 단계로 인도하는 이송 나사(10)와 같은 컨베이어 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출 샤프트(21)는 셀룰라 휠 슬루스(22)를 중간 연결체로 하여 상기 컨베이어 장치 또는 이송 나사(10)와 연결되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 가스화기구(5)에는 상기 가스화 물질(1)을 위한 상기 입구 구역 내에 배출 가스 및/또는 공기를 위한 및 층 재료를 위한 공급구(23)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
31. 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 가스화기구(5)에는 후방 구역에 예를 들어 공급 튜브(24)와 동축을 가진 가스화제(1)를 위한 가스화제 공급구가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
32. 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브형 가스화기구(5)에는 시작 구역에 배출 가스 공급구(25)와 후방 구역에 배출 가스 배출구(26)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
33. 제18항 내지 제27항 및 제29항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기튜브형 가스화기구(5)에는 시작 구역에 건류 가스 배출구(27)가 구비되는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.
34. 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 증기 회로(32)를 구비한 건조 단계(31)는 상기 탈가스화 반응 장치(2)에 선행하는 것을 특징으로 하는 가스화 플랜트.