KR101267572B1 - 멀티 금속 배스 반응기 내에서의 가스 전달 - Google Patents
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Abstract
결합된 멀티 금속 배스 반응기들에서 후속 처리될 수 있는 고순도, 고압 가스 스트림들로 고체, 액체, 가스 및 관련된 탄화수소 공급원료들을 변형하기 위한, 경제적으로 실용적이고(viable) 환경적으로 안전한(sound) 프로세스가 기술된다.
Description
관련 출원들 섹션
본원은 2008년 2월 1일자로 출원된 미국 가명세서 특허 출원 제61/025,684 호를 기초로 우선권의 이익을 주장한다. 그러한 출원의 전체적인 기술적 사상이 본원 명세서에서 참조된다.
기술분야
본 발명은 메탄(CH4), 합성 가스(syngas)(CO/H2) 및 수소(H2)를 포함하는 고순도, 고압의 가스 스트림을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 바람직하게, 그러한 방법은 현재 이용가능한 종래의 방법에 대비하여 저렴한 비용을 이들 가스 제품을 대량으로 생산하는데 이용될 수 있을 것이다. 메탄 가스 스트림은 연료 또는 에너지 공급원으로서 및/또는 보다 높은 분자량의 탄화수소를 생산하기 위한 빌딩 블록(building block)으로서 이용될 수 있을 것이다. 수소 가스는 액체 금속 내에 용해된 탄소의 환원, 연료 전지 내의 H2 저장, 그리고 수소 첨가(hydrogenation) 반응을 포함하는 여러 분야에서 이용될 수 있을 것이며, 그러한 이용 분야는 상기 열거한 것으로 제한되지 않을 것이다. 일 실시예에서, 합성 가스(CO/H2)는 Fischer-Tropsch 반응과 같은 매우 다양한(diverse) 화학적 변형(transformations)에서 이용하기 위해서 고압 및 고순도로 1:1 비율로 공급될 수 있을 것이다.
본원은 2008년 2월 1일자로 출원된 미국 가명세서 특허 출원 제61/025,684 호를 기초로 우선권의 이익을 주장한다. 그러한 출원의 전체적인 기술적 사상이 본원 명세서에서 참조된다.
기술분야
본 발명은 메탄(CH4), 합성 가스(syngas)(CO/H2) 및 수소(H2)를 포함하는 고순도, 고압의 가스 스트림을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 바람직하게, 그러한 방법은 현재 이용가능한 종래의 방법에 대비하여 저렴한 비용을 이들 가스 제품을 대량으로 생산하는데 이용될 수 있을 것이다. 메탄 가스 스트림은 연료 또는 에너지 공급원으로서 및/또는 보다 높은 분자량의 탄화수소를 생산하기 위한 빌딩 블록(building block)으로서 이용될 수 있을 것이다. 수소 가스는 액체 금속 내에 용해된 탄소의 환원, 연료 전지 내의 H2 저장, 그리고 수소 첨가(hydrogenation) 반응을 포함하는 여러 분야에서 이용될 수 있을 것이며, 그러한 이용 분야는 상기 열거한 것으로 제한되지 않을 것이다. 일 실시예에서, 합성 가스(CO/H2)는 Fischer-Tropsch 반응과 같은 매우 다양한(diverse) 화학적 변형(transformations)에서 이용하기 위해서 고압 및 고순도로 1:1 비율로 공급될 수 있을 것이다.
세계적으로 에너지가 고갈되고 있고 그리고 석탄과 같은 우리의 풍부한 천연 자원을 합성 가스(CO/H2), 수소(H2), 메탄(CH4) 및 다른 보다 낮은 분자량의 탄화수소와 같은 보다 널리 유용한 가스 물질로 변환하기 위한 새로운 기술이 특히 중요해지고 있다 할 것이다. 추가적으로, 천연 가스 및 천연 가스 대신에 사용될 수 있는 높은-가치의 에너지 공급원의 경제적인 생산이 경제적으로 필수적인 것이 되고 있다 할 것이다. 천연 가스는 약 80-85 퍼센트 메탄(CH4), 약 10 퍼센트 에탄(C2H6), 그리고 프로판(C3H8) 및 부탄(C4H10)을 포함하는 보다 높은 탄화수소의 다양한 퍼센트를 포함하는 조성을 가진다. 천연 가스의 주요 성분인 메탄은 약 23,875 Btu/lb의 열량(heating value)을 가진다.
사이트(site)에서 생산되고 그리고 전기 생산과 같은 그러한 에너지 소모 분야에서 이용되는 천연 가스 및 기타 높은 BTU 가스 조성에는 특별한 이점이 있다. 비록 증기 생산을 위한 석탄 연소 방법을 이용하여 전기를 생산할 수 있지만, 석탄 잔류물(deposit)이 종종 황 및 수은과 같은 높은 레벨의 불순물을 포함하고 그리고 결과적으로 이용에 앞서서 비용이 많이 소요되는 프로세싱을 반드시 거쳐야 한다. 그에 따라, 석탄 내의 탄소를 메탄과 같은 고순도의 탄화수소 제품으로 직접적으로 변환하는 것이 여전히 매우 바람직한 목적이 될 수 있다 할 것이다. 현재 이용가능한 많은 프로세스들은 경제적인 것으로 입증되지 못하고 있다. 저-등급 석탄 공급원도 이용할 가능성을 포함하는 현재의 에너지 및 원료 수요를 만족시키기 위해서는, 높은 경제성과 생태학적으로도 바람직한 새로운 프로세스들이 반드시 개발되어야 할 것이다.
석탄 가스화에 대한 현저한 대비로서, 소각(incineration)은 통상적으로 열분해(pyrolysis)(1200 ℃) 및 고온 프레임(flame)에 의해서 개시되는 연소의 조합을 포함한다. 그러한 높은 온도에서, 열분해는 유기 화합물을 보다 산화가능한 형태로 변환시키나, 그러한 산화 단계는 결과적인 초기 고에너지 탄소계 단편(resulting incipient high-energy carbonaceous fragment)이 산소와 실질적으로 충돌하는 것을 필요로 한다. 분자 레벨의 효과적인 혼합이 부족하면 산화 속도가 감소된다. 그 대신에, 보다 최근의 탄소 가스화 방법이 고온에서 시작되나, 원자 탄소의 유용한 가스 종(species)으로 변환되는 특정의 다른 화학적 변화를 수반하는 분자 단편으로의 열적 분해를 목적으로 고온의 용융 금속 배스 내로 석탄이 주입(inject)된다.
예를 들어, Rummel 에게 허여된 미국 특허 제2,647,045 호에서, 철광석의 환원으로부터 또는 "석탄 제품의 비-연소성 잔류물)"로부터 획득된 용융 슬래그 배스가 순환되고 그리고 최종적으로 분할된 석탄이 배스 내로 주입되며 독립적인 공기 첨가가 또한 "흡열성 가스 반응제", 예를 들어 물 및 CO2와 함께 실시된다. Johanson에게 허여된 미국 특허 제3,700,584에서는, 석탄을 유용한 탄화수소 제품으로 변환하는 가스화 프로세스에서 산소 함량이 높은 저품질 석탄을 처리하는 것이 기재되어 있다.
철 배스는 미국 특허 제4,388,084에서 사용된다. 용융 철 배스를 이용하는 석탄 가스화에 관한 Okarmura 등에게 허여된 미국 특허 제4,389,246 호에서, 에탄의 저부-취입(bottom-blowing)이 설명되어 있다. 에탄 또는 다른 탄화수소 가스는 혼합물의 교반을 위해서 사용되고 그리고 Okamura 등은 그러한 에탄 또는 다른 탄화수소 가스를 산화 가스와 균등한 것으로 간주하였다. 위쪽으로부터의 주입이 Gernhardt 등의 미국 특허 제4,043,766 호; Okamura 등의 미국 특허 제4,389,246; Okane 등의 미국 특허 제4,388,084 호; 그리고 Bell 등에게 허여된 미국 특허 제4,431,612 호에서 이용된다.
증기 및 탄소로부터 합성 가스를 생산하기 위한 다른 프로세스가 개시되어 있다. 예를 들어, Leonarz 에게 허여된 미국 특허 제1,592,861 호에는 증기를 용융 금속 배스 내에서 비결합(uncombined) 탄소와 접촉시킴으로써 물의 가스를 생산하는 방법이 개시되어 있다. 증기는 900 ℃ 내지 1200 ℃의 온도에서 각 원소로 분해된다. 가스 산소와 결합된 탄소는 일산화탄소를 생산하기에는 충분한 양이 되나 적절한 양의 이산화탄소를 만들기에는 충분하지 못하다.
Rasor에 의해서 미국 특허 제4,187,672 호 및 제4,244,180 호에서 용융 금속이 석탄의 상부측 도입을 통해서 생성된 탄소를 위한 용매로서 채용되며; 이어서 탄소가 긴 체류 시간 동안 철 산화물에 의해서 부분적으로 산화되고 그리고 위쪽으로부터의 산소의 도입을 통해서 부분적으로 산화된다. 예를 들어, 원료 석탄이 1200 ℃ 내지 1700 ℃의 용융 철과 같은 용융 금속 배스 내에서 가스화될 수 있을 것이다. 탄소와 흡열적으로 반응하도록 그리고 반응을 완화(moderate)시키도록 증기가 주입된다. Rasor의 특허에서는 구분되는 탄화 챔버 및 산화 챔버가 유지된다.
Bach 등의 미국 특허 제4,574,714 호 및 제4,602,574 호에는, 제강 설비에서 이용되는 것과 같은 금속 배스 또는 슬래그 배스 내로 유기 폐기물을 산소와 함께 주입함으로써 유기 폐기물을 분해하는 프로세스가 기재되어 있다. Nagel 등의 미국 특허 제5,322,547 호 및 제5,358,549 호에는, 금속-함유 성분의 금속을 화학적으로 환원시켜 용해된 중간체(intermediate)를 형성하는 제1 환원제를 포함하는 용융 금속 배스 내로 유기 폐기물을 지향시키는 것이 기재되어 있다. 제 환원제가 용융 금속 배스 내로 지향된다. 용융 금속 배스의 작용하에서, 제 환원제는 용해된 중간체의 금속을 화학적으로 환원시키며, 그에 따라 폐기물의 금속 성분을 화학적으로 직접 환원시킨다.
여러 가지 기술을 이용하여 수소 가스(H2)가 천연가스, 생물연료 및 물(증기)와 같은 공급원료(feedstock)로부터 생산될 수 있을 것이다. Okane 등의 제4,388,084 호에는 석탄, 산소 및 증기를 약 1500 ℃ 온도의 용융 철로 주입함으로써 석탄을 가스화하는 프로세스가 기재되어 있다. 산화가능한 금속 종을 이용하여 증기를 환원함으로써 수소를 제조하는 것이 또한 공지되어 있다. 예를 들어, Belke 등의 미국 특허 제4,343,624 호에는, 증기 산화 프로세스를 이용하는 3-단계 수소 제조 방법 및 장치가 기재되어 있다. Malone 등의 미국 특허 제5,645,615 호에는, 침잠형 랜스를 이용하여 용융 금속 내로 피드(feed)를 주입함으로써 석탄과 같은 탄소 및 수소 함유 피드를 분해하기 위한 방법이 개시되어 있다. Malone 등의 미국 특허 제6,110,239 호에는, 5 대기압(atmospheres) 초과의 압력에서 운영되고 수소-부화(rich) 및 일산화탄소-부화 가스 스트림을 생산하기 위한 탄화수소 가스화 프로세스가 기재되어 있으며, 여기에서 용융 금속이 탄소 농도 완화를 목적으로 수직 배플에 의한 동일한 반응기 내의 여러 영역들로 용융 금속이 이송된다.
Kindig 등의 미국 특허 제6,682,714; 6,685,754 및 6,663,681 호의 방법에는, H2O로부터 산소를 분리하기 위해서 금속/금속 산화물 커플을 이용하는 증기 환원에 의해서 형성된 수소 가스의 생산에 대해서 기재되어 있다. 그러한 방법은 용해된 금속 산화물을 CO 또는 석탄과 같은 탄소 공급원으로 환원시키는 Nagel 등의 미국 특허 제5,358,549 호의 기본적인 작업들 중 하나를 이용한다. 증기가 주석과 같은 희석 금속 내에 용해된 철과 같은 제1 반응 금속을 포함하는 용융 금속 혼합물과 접촉된다. 반응 금속은 금속 산화물로 산화되어 수소 가스를 형성하고 그리고 금속 산화물이 이어서 금속으로 다시 환원되어 금속 또는 금속 산화물이 제2 반응기로 실질적으로 이동되지 않고 H2를 추가로 생산할 수 있다. Fe 및 FeO와 같은 그러한 비-가스 물질을 물리적으로 이동시키는 것을 방지하는 것은 수백톤의 물질을 포함하는 상업적으로 유용한 규모에서 수소 가스의 제조와 관련된 비용을 절감할 수도 있을 것이다. Kindig 등의 미국 특허 제7,335,320 호에서는, 탄소 산화물들을 가스 스트림으로부터 제거할 필요가 없이 수백톤의 물질을 이용하여 1:1의 몰랄 비율로 수소-함유 합성 가스(H2:CO)를 생산하였다.
많은 수의 금속/금속 산화물 시스템이 철/철 산화물에 부가하여 이용되었다. 예를 들어, Spacil 에게 허여된 미국 특허 제3,821,362 호에는 Sn/SnO2 를 이용하여 수소를 형성하는 것이 설명되어 있다. 용융 주석이 원자화되고(atomized) 그리고 증기와 접촉되어 SnO2 및 H2를 형성하고; SnO2 는 액체 주석으로 다시 환원된다.
Davis 등의 미국 특허 공보 제20060228234 (유럽 특허 EP 1874453)에는, 증기를 철 금속으로 산화시킴으로써 합성 가스를 생산하기 위해서 고온 금속 배스 반응기 내에서 유기 및 무기 폐기물을 처리하기 위한 장치 및 프로세스가 기재되어 있다. 그러나, 이러한 프로세스에서는 산소, 증기 및/또는 합성 가스의 균형잡힌 생산을 유지하기 위해서 보다 높은 열량의 공통-공급되는 하나 또는 둘 이상의 부가적인 피드 물질을 주입할 필요가 있다.
그러나, 전술한 프로세스들에도 불구하고, 고온 및 고압에서 합성가스를 생산하기 위한 보다 효율적인 방법들이 여전히 달성하고자 하는 목표가 되고 있다.
사이트(site)에서 생산되고 그리고 전기 생산과 같은 그러한 에너지 소모 분야에서 이용되는 천연 가스 및 기타 높은 BTU 가스 조성에는 특별한 이점이 있다. 비록 증기 생산을 위한 석탄 연소 방법을 이용하여 전기를 생산할 수 있지만, 석탄 잔류물(deposit)이 종종 황 및 수은과 같은 높은 레벨의 불순물을 포함하고 그리고 결과적으로 이용에 앞서서 비용이 많이 소요되는 프로세싱을 반드시 거쳐야 한다. 그에 따라, 석탄 내의 탄소를 메탄과 같은 고순도의 탄화수소 제품으로 직접적으로 변환하는 것이 여전히 매우 바람직한 목적이 될 수 있다 할 것이다. 현재 이용가능한 많은 프로세스들은 경제적인 것으로 입증되지 못하고 있다. 저-등급 석탄 공급원도 이용할 가능성을 포함하는 현재의 에너지 및 원료 수요를 만족시키기 위해서는, 높은 경제성과 생태학적으로도 바람직한 새로운 프로세스들이 반드시 개발되어야 할 것이다.
석탄 가스화에 대한 현저한 대비로서, 소각(incineration)은 통상적으로 열분해(pyrolysis)(1200 ℃) 및 고온 프레임(flame)에 의해서 개시되는 연소의 조합을 포함한다. 그러한 높은 온도에서, 열분해는 유기 화합물을 보다 산화가능한 형태로 변환시키나, 그러한 산화 단계는 결과적인 초기 고에너지 탄소계 단편(resulting incipient high-energy carbonaceous fragment)이 산소와 실질적으로 충돌하는 것을 필요로 한다. 분자 레벨의 효과적인 혼합이 부족하면 산화 속도가 감소된다. 그 대신에, 보다 최근의 탄소 가스화 방법이 고온에서 시작되나, 원자 탄소의 유용한 가스 종(species)으로 변환되는 특정의 다른 화학적 변화를 수반하는 분자 단편으로의 열적 분해를 목적으로 고온의 용융 금속 배스 내로 석탄이 주입(inject)된다.
예를 들어, Rummel 에게 허여된 미국 특허 제2,647,045 호에서, 철광석의 환원으로부터 또는 "석탄 제품의 비-연소성 잔류물)"로부터 획득된 용융 슬래그 배스가 순환되고 그리고 최종적으로 분할된 석탄이 배스 내로 주입되며 독립적인 공기 첨가가 또한 "흡열성 가스 반응제", 예를 들어 물 및 CO2와 함께 실시된다. Johanson에게 허여된 미국 특허 제3,700,584에서는, 석탄을 유용한 탄화수소 제품으로 변환하는 가스화 프로세스에서 산소 함량이 높은 저품질 석탄을 처리하는 것이 기재되어 있다.
철 배스는 미국 특허 제4,388,084에서 사용된다. 용융 철 배스를 이용하는 석탄 가스화에 관한 Okarmura 등에게 허여된 미국 특허 제4,389,246 호에서, 에탄의 저부-취입(bottom-blowing)이 설명되어 있다. 에탄 또는 다른 탄화수소 가스는 혼합물의 교반을 위해서 사용되고 그리고 Okamura 등은 그러한 에탄 또는 다른 탄화수소 가스를 산화 가스와 균등한 것으로 간주하였다. 위쪽으로부터의 주입이 Gernhardt 등의 미국 특허 제4,043,766 호; Okamura 등의 미국 특허 제4,389,246; Okane 등의 미국 특허 제4,388,084 호; 그리고 Bell 등에게 허여된 미국 특허 제4,431,612 호에서 이용된다.
증기 및 탄소로부터 합성 가스를 생산하기 위한 다른 프로세스가 개시되어 있다. 예를 들어, Leonarz 에게 허여된 미국 특허 제1,592,861 호에는 증기를 용융 금속 배스 내에서 비결합(uncombined) 탄소와 접촉시킴으로써 물의 가스를 생산하는 방법이 개시되어 있다. 증기는 900 ℃ 내지 1200 ℃의 온도에서 각 원소로 분해된다. 가스 산소와 결합된 탄소는 일산화탄소를 생산하기에는 충분한 양이 되나 적절한 양의 이산화탄소를 만들기에는 충분하지 못하다.
Rasor에 의해서 미국 특허 제4,187,672 호 및 제4,244,180 호에서 용융 금속이 석탄의 상부측 도입을 통해서 생성된 탄소를 위한 용매로서 채용되며; 이어서 탄소가 긴 체류 시간 동안 철 산화물에 의해서 부분적으로 산화되고 그리고 위쪽으로부터의 산소의 도입을 통해서 부분적으로 산화된다. 예를 들어, 원료 석탄이 1200 ℃ 내지 1700 ℃의 용융 철과 같은 용융 금속 배스 내에서 가스화될 수 있을 것이다. 탄소와 흡열적으로 반응하도록 그리고 반응을 완화(moderate)시키도록 증기가 주입된다. Rasor의 특허에서는 구분되는 탄화 챔버 및 산화 챔버가 유지된다.
Bach 등의 미국 특허 제4,574,714 호 및 제4,602,574 호에는, 제강 설비에서 이용되는 것과 같은 금속 배스 또는 슬래그 배스 내로 유기 폐기물을 산소와 함께 주입함으로써 유기 폐기물을 분해하는 프로세스가 기재되어 있다. Nagel 등의 미국 특허 제5,322,547 호 및 제5,358,549 호에는, 금속-함유 성분의 금속을 화학적으로 환원시켜 용해된 중간체(intermediate)를 형성하는 제1 환원제를 포함하는 용융 금속 배스 내로 유기 폐기물을 지향시키는 것이 기재되어 있다. 제 환원제가 용융 금속 배스 내로 지향된다. 용융 금속 배스의 작용하에서, 제 환원제는 용해된 중간체의 금속을 화학적으로 환원시키며, 그에 따라 폐기물의 금속 성분을 화학적으로 직접 환원시킨다.
여러 가지 기술을 이용하여 수소 가스(H2)가 천연가스, 생물연료 및 물(증기)와 같은 공급원료(feedstock)로부터 생산될 수 있을 것이다. Okane 등의 제4,388,084 호에는 석탄, 산소 및 증기를 약 1500 ℃ 온도의 용융 철로 주입함으로써 석탄을 가스화하는 프로세스가 기재되어 있다. 산화가능한 금속 종을 이용하여 증기를 환원함으로써 수소를 제조하는 것이 또한 공지되어 있다. 예를 들어, Belke 등의 미국 특허 제4,343,624 호에는, 증기 산화 프로세스를 이용하는 3-단계 수소 제조 방법 및 장치가 기재되어 있다. Malone 등의 미국 특허 제5,645,615 호에는, 침잠형 랜스를 이용하여 용융 금속 내로 피드(feed)를 주입함으로써 석탄과 같은 탄소 및 수소 함유 피드를 분해하기 위한 방법이 개시되어 있다. Malone 등의 미국 특허 제6,110,239 호에는, 5 대기압(atmospheres) 초과의 압력에서 운영되고 수소-부화(rich) 및 일산화탄소-부화 가스 스트림을 생산하기 위한 탄화수소 가스화 프로세스가 기재되어 있으며, 여기에서 용융 금속이 탄소 농도 완화를 목적으로 수직 배플에 의한 동일한 반응기 내의 여러 영역들로 용융 금속이 이송된다.
Kindig 등의 미국 특허 제6,682,714; 6,685,754 및 6,663,681 호의 방법에는, H2O로부터 산소를 분리하기 위해서 금속/금속 산화물 커플을 이용하는 증기 환원에 의해서 형성된 수소 가스의 생산에 대해서 기재되어 있다. 그러한 방법은 용해된 금속 산화물을 CO 또는 석탄과 같은 탄소 공급원으로 환원시키는 Nagel 등의 미국 특허 제5,358,549 호의 기본적인 작업들 중 하나를 이용한다. 증기가 주석과 같은 희석 금속 내에 용해된 철과 같은 제1 반응 금속을 포함하는 용융 금속 혼합물과 접촉된다. 반응 금속은 금속 산화물로 산화되어 수소 가스를 형성하고 그리고 금속 산화물이 이어서 금속으로 다시 환원되어 금속 또는 금속 산화물이 제2 반응기로 실질적으로 이동되지 않고 H2를 추가로 생산할 수 있다. Fe 및 FeO와 같은 그러한 비-가스 물질을 물리적으로 이동시키는 것을 방지하는 것은 수백톤의 물질을 포함하는 상업적으로 유용한 규모에서 수소 가스의 제조와 관련된 비용을 절감할 수도 있을 것이다. Kindig 등의 미국 특허 제7,335,320 호에서는, 탄소 산화물들을 가스 스트림으로부터 제거할 필요가 없이 수백톤의 물질을 이용하여 1:1의 몰랄 비율로 수소-함유 합성 가스(H2:CO)를 생산하였다.
많은 수의 금속/금속 산화물 시스템이 철/철 산화물에 부가하여 이용되었다. 예를 들어, Spacil 에게 허여된 미국 특허 제3,821,362 호에는 Sn/SnO2 를 이용하여 수소를 형성하는 것이 설명되어 있다. 용융 주석이 원자화되고(atomized) 그리고 증기와 접촉되어 SnO2 및 H2를 형성하고; SnO2 는 액체 주석으로 다시 환원된다.
Davis 등의 미국 특허 공보 제20060228234 (유럽 특허 EP 1874453)에는, 증기를 철 금속으로 산화시킴으로써 합성 가스를 생산하기 위해서 고온 금속 배스 반응기 내에서 유기 및 무기 폐기물을 처리하기 위한 장치 및 프로세스가 기재되어 있다. 그러나, 이러한 프로세스에서는 산소, 증기 및/또는 합성 가스의 균형잡힌 생산을 유지하기 위해서 보다 높은 열량의 공통-공급되는 하나 또는 둘 이상의 부가적인 피드 물질을 주입할 필요가 있다.
그러나, 전술한 프로세스들에도 불구하고, 고온 및 고압에서 합성가스를 생산하기 위한 보다 효율적인 방법들이 여전히 달성하고자 하는 목표가 되고 있다.
발명의 요약
일 실시예에서, 본원 발명은 고온 및 고압을 견딜 수 있는 반응기 시스템에 관한 것이다. 반응기 시스템은 하나 또는 둘 이상의 반응 챔버를 포함할 수 있고 그리고 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수반하는 프로세스들에서 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스는 석탄과 같은 탄화수소 공급원료를 (본원 명세서에 기재된 반응기의 챔버와 같은) 제1 고온 액체 금속 배스 내로 주입하는 것을 포함하며, 그에 따라 메탄(CH4), 합성 가스(CO/H2), 수소(H2), CO 및 보다 높은(higher) 탄화수소와 같은 유용한 생산물을 200 바아 또는 그 초과의 압력 및/또는 99 중량% 또는 그 초과의 순도로 제공할 수 있는 특정 화학 작업을 제공한다. 이러한 제1 배스 내에서 생산되는 CO, CO2, H2S, H2 및 N2와 같은 오프 가스(off gases)는 제2 용융 금속 배스(예를 들어, 동일한 반응기 또는 상이한 반응기)로 전달될 수 있고 그리고 추가적으로 프로세싱될 수 있다. 불순물들이 하위(lower) 배스 내에서 슬래그로서 또는 가스 형태로 제거될 수 있다. 결합된 상위(upper) 배스와 같은 다른 금속 배스 내에서 환원 화학반응(chemistry)이 이루어질 수 있다. 탄소의 환원에 의해서 정제된 메탄을 생산하기 위한 것 또는 물의 환원에 의해서 고압의 CO 및/또는 H2를 생산하기 위한 것과 같은 환원 반응을 위해서, 제1의 또는, 1차적인 금속 배스 내에 용해된 탄소가 제2의 바람직하게 상위의 배스로 이송(예를 들어, 압력차 하에서 또는 기계적인 수단에 의해서, 예를 들어 수직으로 또는 수평으로)될 수 있을 것이다. 결합된 배스들 사이의 금속 이송 속도는 배출 가스 제어 밸브를 이용하여 압력을 방출 또는 축적(releasing or building)함으로써 및/또는 공급원료 주입 속도를 조절함으로써 제어될 수 있을 것이다. 금속 산화물-부화 인접 상위 액체 금속 배스 내의 불순물이 없는 금속을 증기로 산화하는 것은 화학양론적인 1:1 비율(CO/H2)의 합성 가스의 순수 고압 스트림을 제공한다. 이러한 다수의 결합된 금속 배스 기술은 여러 가지 탄화수소 물질들을 개선하여(remediate), 고순도, 고압 가스 생성물을 가능하게 할 뿐만 아니라, 예를 들어 H2SO4 및 CO2를 포함하는 부산물도 판매할 수 있게 한다.
본원 발명의 하나의 바람직한 실시예는, 다수의 영역들을 포함하는 용융 금속 배스로부터 고순도, 및 선택적으로, 높은 압력의 합성 가스(CO/H2) 또는 수소(H2) 가스 스트림 및/또는 고순도, 고압의 "탄소 함유" 가스 스트림이 대안적으로, 독립적으로 및/또는 동시에 개별적으로 생산되고, 그리고 바람직하게, 연속적으로 생산되는 프로세스를 설명한다. "고순도" 합성가스 또는 (H2) 가스라는 용어는 가스 스트림이 적어도 약 99 중량%의 바람직하게, 적어도 약 99.5 중량%의 CO 및/또는 H2를 포함한다는 것을 의미한다. 약 99.9 중량%의 순도 레벨이 본원 발명에 따라서 달성된다. "고순도" 탄소-함유 가스 스트림은 적어도 약 99 중량% 탄소 함유 화합물, 예를 들어, 탄화수소 (바람직하게 메탄, 및/또는 기타 C1-C4 탄화수소), 그리고 바람직하게 적어도 약 99.5 중량% 탄소 함유 화합물, 예를 들어, 바람직하게 적어도 약 99.5 중량% 메탄을 포함하는 가스 스트림을 의미한다. 다시 약 99.9 중량% 메탄의 순도가 달성될 수 있다.
본원 명세서에서 기재된 프로세스에 의해서 생산되는 가스 스트림은 고압으로 획득될 수 있다. 물론, 가스의 압력은 감소될 수 있고, 또는, 그 대신에, 압력이 더욱 높아질 수 있을 것이고 또는 스트림이 액체화될 수도 있을 것이다. "고압" 합성 가스 또는 H2 가스라는 용어는, 프로세스로부터 배출되는 가스 스트림과 관련하여, 적어도 약 1 바아, 바람직하게는 적어도 약 10 바아, 또는 가장 바람직하게는 적어도 약 100 바아의 압력을 가지는 가스 스트림을 의미한다. 반응기는, 약 150 바아 내지 200 바아와 같은, 바람직하게 약 600 바아의 압력을 수용할 수 있다.
일 실시예에서, 본원 발명은 고온 및 고압을 견딜 수 있는 반응기 시스템에 관한 것이다. 반응기 시스템은 하나 또는 둘 이상의 반응 챔버를 포함할 수 있고 그리고 하나 또는 둘 이상의 단계들을 수반하는 프로세스들에서 이용될 수 있다.
일 실시예에서, 프로세스는 석탄과 같은 탄화수소 공급원료를 (본원 명세서에 기재된 반응기의 챔버와 같은) 제1 고온 액체 금속 배스 내로 주입하는 것을 포함하며, 그에 따라 메탄(CH4), 합성 가스(CO/H2), 수소(H2), CO 및 보다 높은(higher) 탄화수소와 같은 유용한 생산물을 200 바아 또는 그 초과의 압력 및/또는 99 중량% 또는 그 초과의 순도로 제공할 수 있는 특정 화학 작업을 제공한다. 이러한 제1 배스 내에서 생산되는 CO, CO2, H2S, H2 및 N2와 같은 오프 가스(off gases)는 제2 용융 금속 배스(예를 들어, 동일한 반응기 또는 상이한 반응기)로 전달될 수 있고 그리고 추가적으로 프로세싱될 수 있다. 불순물들이 하위(lower) 배스 내에서 슬래그로서 또는 가스 형태로 제거될 수 있다. 결합된 상위(upper) 배스와 같은 다른 금속 배스 내에서 환원 화학반응(chemistry)이 이루어질 수 있다. 탄소의 환원에 의해서 정제된 메탄을 생산하기 위한 것 또는 물의 환원에 의해서 고압의 CO 및/또는 H2를 생산하기 위한 것과 같은 환원 반응을 위해서, 제1의 또는, 1차적인 금속 배스 내에 용해된 탄소가 제2의 바람직하게 상위의 배스로 이송(예를 들어, 압력차 하에서 또는 기계적인 수단에 의해서, 예를 들어 수직으로 또는 수평으로)될 수 있을 것이다. 결합된 배스들 사이의 금속 이송 속도는 배출 가스 제어 밸브를 이용하여 압력을 방출 또는 축적(releasing or building)함으로써 및/또는 공급원료 주입 속도를 조절함으로써 제어될 수 있을 것이다. 금속 산화물-부화 인접 상위 액체 금속 배스 내의 불순물이 없는 금속을 증기로 산화하는 것은 화학양론적인 1:1 비율(CO/H2)의 합성 가스의 순수 고압 스트림을 제공한다. 이러한 다수의 결합된 금속 배스 기술은 여러 가지 탄화수소 물질들을 개선하여(remediate), 고순도, 고압 가스 생성물을 가능하게 할 뿐만 아니라, 예를 들어 H2SO4 및 CO2를 포함하는 부산물도 판매할 수 있게 한다.
본원 발명의 하나의 바람직한 실시예는, 다수의 영역들을 포함하는 용융 금속 배스로부터 고순도, 및 선택적으로, 높은 압력의 합성 가스(CO/H2) 또는 수소(H2) 가스 스트림 및/또는 고순도, 고압의 "탄소 함유" 가스 스트림이 대안적으로, 독립적으로 및/또는 동시에 개별적으로 생산되고, 그리고 바람직하게, 연속적으로 생산되는 프로세스를 설명한다. "고순도" 합성가스 또는 (H2) 가스라는 용어는 가스 스트림이 적어도 약 99 중량%의 바람직하게, 적어도 약 99.5 중량%의 CO 및/또는 H2를 포함한다는 것을 의미한다. 약 99.9 중량%의 순도 레벨이 본원 발명에 따라서 달성된다. "고순도" 탄소-함유 가스 스트림은 적어도 약 99 중량% 탄소 함유 화합물, 예를 들어, 탄화수소 (바람직하게 메탄, 및/또는 기타 C1-C4 탄화수소), 그리고 바람직하게 적어도 약 99.5 중량% 탄소 함유 화합물, 예를 들어, 바람직하게 적어도 약 99.5 중량% 메탄을 포함하는 가스 스트림을 의미한다. 다시 약 99.9 중량% 메탄의 순도가 달성될 수 있다.
본원 명세서에서 기재된 프로세스에 의해서 생산되는 가스 스트림은 고압으로 획득될 수 있다. 물론, 가스의 압력은 감소될 수 있고, 또는, 그 대신에, 압력이 더욱 높아질 수 있을 것이고 또는 스트림이 액체화될 수도 있을 것이다. "고압" 합성 가스 또는 H2 가스라는 용어는, 프로세스로부터 배출되는 가스 스트림과 관련하여, 적어도 약 1 바아, 바람직하게는 적어도 약 10 바아, 또는 가장 바람직하게는 적어도 약 100 바아의 압력을 가지는 가스 스트림을 의미한다. 반응기는, 약 150 바아 내지 200 바아와 같은, 바람직하게 약 600 바아의 압력을 수용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 금속 배스 반응기의 예를 도시하는 개념도이며,
도 2는 신규한 용융 금속 보유 용기의 다른 예를 도시하는 개념도이며,
도 3은 본 발명의 발명을 수행하기 위한 전체 반응기를 구성하는 수평 및 수직 위치에 병렬로 배열될 수 있는 일련의 용융 금속 배스의 개략도이다.
도 2는 신규한 용융 금속 보유 용기의 다른 예를 도시하는 개념도이며,
도 3은 본 발명의 발명을 수행하기 위한 전체 반응기를 구성하는 수평 및 수직 위치에 병렬로 배열될 수 있는 일련의 용융 금속 배스의 개략도이다.
본 발명의 방법에 대한 특징 및 다른 세부 사항들은 첨부 도면 도 3을 참조하여 더욱 상세히 설명할 것이며 특허청구범위에서 기술될 것이다. 본 발명의 특정 실시예들은 예시를 위해 도시한 것이며 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라고 이해해야 한다. 본 발명의 주요 특징들은 본 발명의 범주로부터 이탈하지 아니하면서 다양한 실시예들에서 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 고온 및 고압을 견딜 수 있는 반응기 시스템에 관한 것으로서,
a. 배스(bath) 온도(T1) 및 배스 용기 압력(P1)을 갖는 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기, 및
b. 하우징 온도(T10)를 특징으로 하는 반응기 하우징을 포함하며,
상기 제1 배스 용기는 하우징 내에 보유되고 상기 제1 배스 용기와 하우징 사이에 배치된, 압력(P10)을 갖는 가스 존을 가지며, 여기서 P10은 P1과 거의 동일하며 T10은 T1보다 작다. 하나 이상의(예를 들어, 두 개, 세 개, 네 개 또는 그보다 많은) 배스 용기가 하나, 두 개 또는 그보다 많은 반응기 하우징 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 반응기 시스템을 포함하며, 상기 반응기 시스템은
a. 배스 온도(T1) 및 배스 압력(P1)을 갖는 금속 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기와,
b. 상기 제1 배스 용기 위에 배치되며 배스 온도(T2) 및 배스 용기 압력(P2)을 갖는 배스를 보유할 수 있는 제2 배스 용기와,
c. 상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제1 도관으로서, P2와 P1사이의 압력차에 의해 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 배스 용기 내에 보유된 액체가 상기 제2 배스 용기로 이송되게 하는 제1 도관, 및
d. 상기 제1 배스 용기와 상기 제2 배스 용기를 유체 소통하는 제2 도관으로서, 중력에 의해 상기 제2 도관을 통해 상기 제2 배스 용기 내에 보유된 액체 금속이 상기 제1 배스 용기로 이송되는 제2 도관을 포함한다.
본 발명에 설명된 반응기에 한정되지 않지만, 용융 금속 반응기의 배스 용기들은 이후에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 용융 금속 배스를 포함한다. 일반적으로, 용융 금속 배스는 철/철 산화물 및/또는 니켈과 같은 반응 종(species)들을 포함한다. 철과 같은 반응 종은 고체, 예를 들어 철심(iron filing)으로서 추가되어 유지되며 그 자체로는 용융될 필요가 없다. 용융 금속 배스의 밀도는 반응 종의 밀도와 대략 동일함으로써, 고체 반응 종이 대부분 부유 상태를 유지하는 것이 유리하다는 것이 발견되었다. 이는 배스의 합금 성분과 온도를 최적화함으로써 배스의 융점을 최적화함으로써 달성될 수 있다. 반응 종을 부유 상태로 유지하는 것에 의해 낮은 반응 온도를 허용하며 반응 시간을 개선하고 층류화(layering)로 인한 손실을 방지한다.
배스 온도(T1,T2,T3,T4 등)는 일반적으로 약 200F 이상이며 바람직하게 약 500F 이상이며 약 1000F 또는 약 3000F 또는 그 이상 까지 일 수 있다. 한편으로, 반응기 하우징 온도는 일반적으로 배스 용기 온도보다 상당히 작을 수 있으며 실온(또는 그 미만)과 약 500F 사이일 수 있다. 배스 온도와 하우징 온도의 차이는 예를 들어, 적어도 약 100F, 바람직하게 적어도 약 200F 및 더 바람직하게 약 300F 보다 더 클 수 있다.
배스 용기 압력은 배스 용기를 둘러싸고 있는 가스 존 압력과 실질적으로 동일하다. 상기 압력은 그 압력이 약 10% 이내, 예를 들어 약 5% 이내에 있다면, 실질적으로 동일한 것으로 고려된다. 바람직하게, 가스 존 압력은 배스 용기 압력보다 조금(예를 들어, 약 1%) 높다. 배스 용기 압력은 바람직하게 적어도 약 1 바아(bar), 예를 들어 약 10 바아 또는 약 100 바아와 같이 5 바아보다 크다. 600 바아 또는 그보다 큰 압력이 달성될 수 있다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 200 바아 범위이다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 약 200 바아 범위이다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 200 바아 범위이다.
배스 용기를 에워싸는 반응기 하우징 내의 가스 존은 바람직하게 불활성 가스와 같은 가스로 채워진다. 적합한 가스로는 공기, 이산화탄소 및 아르곤이 포함된다. 이산화탄소가 바람직하다. 아르곤은 불활성 가스를 사용하는 것이 중요할 때(예를 들어, 반응기 하우징이 유도 코일을 갖추고 있을 때) 사용될 수 있다. 상기 가스는 양호한 절연 특성을 제공하도록 선택될 수 있다.
각각의 배스 용기는 바람직하게, 용융 금속 배스에 견딜 수 있는 재료로 제조되며, 바람직하게 적어도 50,000 psi, 바람직하게 적어도 약 100,000 psi의 인장 강도를 가진다. 예를 들어, 5 인치 두께의 스테인리스 스틸 또는 흑연 용기가 사용될 수 있다. 상기 용기는 바람직하다면, 내화 재료로 선택적으로 라이닝될 수 있다.
반응기 시스템은 각각의 하우징 내에 제2 또는 제3 또는 그보다 많은 용기를 선택적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 용기들의 수평 배열도 가능하지만, 제2 배스 용기가 제1 배스 용기 위에 수직으로 배열된다. 배스 용기가 수직으로 배열되는 경우에, 용기들은 반응기 하우징에 연결되는 스테인리스 스틸 판과 같은 판에 의해 분리될 수 있다. 상기 용기는 바람직하게, 예를 들어 압축 시일을 갖는 판에 의해 밀봉된다.
적어도 두 개의 용기의 액체 배스는 바람직하게 액체 소통된다. 일 실시예에서, 제2(또는 상부) 배스 용기 내의 배스 용기 압력(P2)은 제1, 또는 하부 배스 용기의 배스 용기 압력(P1)보다 낮다. 이는 기계적 수단의 보조 없이 하부 배스 내의 액체를 상부 배스으로 리프트 또는 이송할 수 있는 압력차를 제공한다. 물론, 배스 용기들 사이의 액체 이송이 달성되거나 기계적으로 보조받을 수도 있다.
이러한 실시예에서, 반응기 시스템은 제2 배스 용기와 제1 배스 용기를 유체 소통시킴으로써, P1과 P2 사이의 압력차에 의해 상기 제1 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 제2 배스 용기로 이송시키는 제1 도관을 더 포함한다. 상기 제1 도관은 바람직하게, 상기 제1 배스 용기의 하부 절반부에 배열되는 입구 및 상기 제2 배스 용기의 상부 절반부에 배열되는 출구를 포함한다. 바람직하게, 상기 제1 도관은 용융 금속의 이송을 제어하기 위한 제1 밸브를 포함한다.
상기 반응기 시스템은 제2 배스 용기와 제1 배스 용기를 유체 소통시킴으로써, 중력에 의해 상기 상부 제2 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속 배스를 상기 제1 배스 용기로 이송시키는 제2 도관을 대체 또는 추가로 포함한다. 상기 제2 도관은 바람직하게, 상기 제2 배스 용기의 하부 절반부에 배열되는 입구 및 상기 제1 배스 용기의 상부 절반부에 배열되는 출구를 포함한다. 상기 제2 도관은 용융 금속의 이송을 제어하기 위한 제2 밸브(예를 들어, 볼 밸브)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도관이 모두 존재할 때, 배스 용기들 사이의 양방향 유동이 달성될 수 있다.
상기 반응기 시스템은 바람직하게, 적합한 입구 및 출구를 갖추고 있다. 예를 들어, 각각의 배스 용기는 적어도 하나의 가스 배기 포트, 적어도 하나의 스팀 입구 포트, 적어도 하나의 공급 원료, 적어도 하나의 공급 원료 입구 포트, 적어도 하나의 가스 스팀 입구 포트 및/또는 슬래그 제거 포트를 특징으로 한다. 상기 입구 포트는 각각의 배스 용기 내에 있는 용융 금속의 표면 위에, 또는 바람직하게 아래에 위치될 수 있으며 분사 송풍구를 포함할 수 있다. 가스 배기 포트는 일반적으로 반응기의 헤드 스페이스에 위치된다. 슬래그 제거 포트는 일반적으로 액체 배스의 표면 레벨에 대략 위치된다.
상기 용기들은 잔류 시간을 제어하기 위해 공급물, 가스 및/또는 금속들을 배스 내부로 지향시키기 위한 배플, 판 또는 다른 수단을 더 포함한다.
상기 반응기 시스템은 전술한 복수의 반응기를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 반응기 시스템은 예를 들어,
a. 배스 온도(T3) 및 배스 압력(P3)을 갖는 용융 금속 배스를 포함할 수 있는 제3 배스 용기와,
b. 상기 제3 배스 용기 위에 배열되며 배스 온도(T4) 및 배스 용기 압력(P4)을 갖는 용융 금속 배스를 포함할 수 있는 제4 배스 용기와,
c. 하우징 온도(T11)를 특징으로 하는 제2 반응기 하우징으로서, 상기 제3 배스 용기는 제2 반응기 하우징 내에 포함되며 상기 제3 배스 용기와 제2 반응기 하우징 사이에 배열되고 압력(P11)을 갖는 가스 존을 가지며 상기 P11은 상기 P3와 거의 동일하고 T11은 T3보다 작은 제2 반응기 하우징과,
d. 상기 제3 배스 용기와 제4 배스 용기를 유체 소통시킴으로써 P3와 P4 사이의 압력차에 의해 상기 제3 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 상부 제4 배스 용기로 이송시키며 상기 제3 배스 용기의 하부 절반부 내에 배열되는 입구 및 상기 제4 배스 용기의 상부 절반부 내에 배열되는 출구를 포함하는 제3 도관, 및
e. 상기 제3 배스 용기와 제4 배스 용기를 유체 소통시킴으로써 중력에 의해 상기 제4 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 상부 제3 배스 용기로 이송시키며 상기 제4 배스 용기의 하부 절반부 내에 배열되는 입구 및 상기 제3 배스 용기의 상부 절반부 내에 배열되는 출구를 포함하는 제4 도관을 포함한다.
다중 반응기 하우징은 예를 들어, 4 개의 배스 용기를 갖는 4 개로 구성된 반응기로서 분리 및 구별 또는 결합될 수 있다. 다른 배열도 실시될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 도면 부호 10으로 총칭된 액체 금속, 또는 용융 금속 배스 시스템의 예를 도시하는 개념도이다. 도 1의 예에서, 시스템(100)은 반응기 하우징(16) 내에 배열되는 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(14)를 포함한다. 시스템(10)은 하나, 두 개 또는 그보다 많은 챔버를 포함할 수 있다. 또한, 다중 챔버의 시스템(10)이 여기서 반응기로 총칭되는 하나 또는 그보다 많게 분리된 용기로 결합될 수 있다.
설명의 목적으로, 시스템(10)은 공급 원료으로부터 프로세스 고체, 액체 및 가스 성분들로 이용된다. 공급 원료는 고온 액체 금속 배스(18)으로 분사되어, 여기서 이들 성분들은 이들의 원자 성분들로 분해된다. 고온에서 작동하는 다중 액체 금속 배스는 상당한 장점을 제공하기 위해 성분 및 화합물의 추가의 분리를 가능하게 한다. 그러므로, 하나의 챔버 또는 배스으로부터 다른 챔버 또는 배스으로의 액체 금속의 이송을 촉진시키는 시스템은 장점을 취할 수 있다.
설명의 목적으로, 제1 챔버(12)가 주요 또는 1차 반응기 배스으로서 제공된다. 공급 원료가 제1 챔버 또는 배스(12) 내에 포함된 용융 금속(18)으로 분사된다. 용융 금속(18)은 도면 부호 20으로 총칭된 용융 금속 이송 시스템을 통해 추가로 처리하기 위해 제2 챔버 또는 배스(14)으로 이송된다. 용융 금속(18)은 추가 챔버로 또는 1차 챔버(12)로 더 이송될 수 있다.
용융 금속(18)을 이송하기 위한 다양한 수단 및 기구들이 사용될 수 있다. 이송 시스템(20)의 일 예가 설명되며 용융 금속(18)을 수평 또는 수직으로 이송하도록 구성된다. 예시적인 예에서, 이송 시스템(20)은 압력차를 이용한다. 예를 들어, 용융 금속(18a)은 챔버(12) 내에 위치되며 용융 금속(18b)은 이러한 실시예에서 챔버(12) 위의 높이에, 또는 압력 헤드에 있는 챔버(14) 내에 위치된다. 액체 금속 이송 시스템(20)은 파이핑(22) 및 제어 유닛(24)을 포함한다. 파이핑(22)은 챔버(12,14) 사이에 하나 또는 그보다 많은 유체 통로를 제공한다. 이러한 실시예에서, 도관(22a)은 챔버(12)로부터 챔버(14)로의 통로를 제공하며 도관(22b)은 챔버(14)로부터 챔버(12)로의 통로를 제공한다. 제어 유닛(24)은 하나 또는 그보다 많은 배출 포트(26a,26b) 및 챔버(12,14)에 기능적으로 또는 작동가능하게 연결된다. 챔버(12,14)로부터의 공급과 배출을 제어하고 압력차를 이용하여 제어기(24)는 다양한 챔버들을 통한 금속(18)의 바람직한 이동을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일면에 따라 신규한 열 차단 용기에 대한 디자인을 제공한다. 이제 도 2를 참조하면, 도 2는 단일 챔버 반응기(16)에 대한 개념도를 도시한다. 반응기(16)는 내부 용기(26) 및 외부 용기(28)를 포함한다. 내부 용기(26)와 외부 용기(28) 사이에 위치된 것은 유체 열 차단 재료(30)이다. 이러한 예에서, 열 차단 재료(30)는 액체 또는 가스이다. 열 차단 재료(30)의 일 예는 아르곤이다.
내부 용기(26)는 160 바아와 같은 압력을 가질 수 있다. 아르곤과 같은 유체 열 차단 재료(30)는 용기(26,28) 사이에 포함될 수 있으며 내부 용기 내측의 압력과 거의 유사하거나 그보다 높은 압력을 가진다. 유체 열 차단 재료(30)는 내부 온도로부터 외부 용기(30)의 차폐를 촉진시키며 압력 봉쇄 수단(pressure containment means)을 제공한다.
반응기 시스템은 유리하게는 다단계 반응에 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 배스 용기(bath vessel)는 헤드 공간에 의해 특징될 수 있으며, 제1 배스 용기의 헤드 공간은 또 다른 배스 용기, 예를 들어, 제3 배스 용기의 용융 금속 배스와 유체 소통하며; 제4 배스 용기의 헤드 공간은 또 다른 배스 용기, 예를 들어, 제2 배스 용기와 유체 소통한다. 추가의 용기가 제1 및/또는 제2 배스 용기의 상부, 하부, 사이 또는 후속하여 하우징 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 열교환기가 배스 내 생성된 열의 분산을 최적화하도록 보조하기 위해 포함될 수 있다. 다양한 조합들이 용이하게 구현될 수 있다.
반응기 시스템은 고순도의 고압 가스 스트림, 및 그 밖의 생성물을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 바람직하게는 (그러나 반드시 이로 제한되는 것은 아닌) 본원에 기술된 반응기를 사용하는, 고순도의 고압 스트림을 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에서, 고순도 메탄 가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을, 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 일산화탄소 및 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
b. 제1 배스 용기로부터 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 이 가스 스트림을, 제3 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P3)으로 유지되는 제3 배스 용기에 도입하고, 임의로 스팀 또는 산소 함유 공급물과 같은 산소 공급원을 첨가하고, 수소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
c. 제3 용기로부터 제3 용기 가스 스트림을 제거하고, 임의로 이로부터 SO3를 응축시키고/거나 이산화탄소를 제거함으로써 정제된 고압 수소 가스를 수득하는 단계,
d. 낮은 탄소 함량에 의해 특징되는 제4 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P4)으로 유지되는 제4 배스 용기에 스팀을 첨가함으로써 정제된 수소를 생성하는 단계, 및
e. 단계(c) 및/또는 (d)에 의해 생성된 가스 스트림을, 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만, 바람직하게는 약 800℉의 온도로 유지되는, 높은 탄소 함량에 의해 특징되는 제2 용융 금속 배스를 함유하는 제2 상부 배스 용기에 첨가함으로써 정제된 메탄을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 특징에서, 고순도 합성가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을, 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 일산화탄소 및 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
b. 제1 배스 용기로부터 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 이 가스 스트림을 제3 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P3)으로 유지되는 제3 배스 용기에 도입하고, 임의로 스팀 또는 산소 함유 공급물과 같은 산소 공급원을 첨가하여 금속 산화물 풍부한 배스 환경을 유지시키고, 소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
c. 제3 용기로부터 제3 용기 가스 스트림을 제거하고, 임의로 이로부터 SO3를 응축시키고/거나 이산화탄소를 제거함으로써 정제된 고압 수소 가스를 수득하는 단계,
d. 낮은 탄소 함량에 의해 특징되는 제4 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P4)으로 유지되는 제4 배스 용기에 스팀을 첨가함으로써 정제된 수소를 생성하는 단계, 및
e. 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만의 온도로 유지되는, 높은 탄소 함량에 의해 특징되는 제2 용융 금속 배스를 함유하는 제2 배스 용기에 산소를 첨가함으로써 정제된 일산화탄소를 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 고순도 수소 가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 탄소 풍부한 용융 금속 배스를 생성하는 단계,
b. 탄소 풍부한 용융 금속 배스를, 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만의 온도로 유지되는 제2 상부 배스 용기로 이송하는 단계, 및
c. 탄소 풍부한 용융 금속 배스에 스팀을 첨가함으로써 고순도 수소 가스를 생성하는 단계를 포함하다.
상기 방법은 상기 기술된 바와 같이 하나 또는 그 초과의 반응기, 예컨대 이중 결합된 반응기 또는 한 쌍의 이중 결합된 반응기를 사용할 수 있다.
상기 방법은 용융 금속 배스를 사용하는 것을 고려한다. 용융 금속 배스는 다수의 금속 화학종을 포함할 수 있으며, 반응성 또는 비반응성 화학종을 포함할 수 있다. 반응성 화학종은 바람직하게는 산화/환원 반응이 일어나는 것들이다. 니켈 및 철이 선택될 수 있으며, 철이 바람직하다. 반응성 화학종은 그 자체로 용융될 필요가 없음은 물론이다. 일 구체예에서, 반응성 화학종은 고체로서, 예를 들어, 줄밥 철(iron filings)의 형태로 첨가되고, 유지될 수 있다. 용융 금속 배스는 현탁(suspension)을 용이하게 하고, 배스에서의 층 형성을 피하기 위해 고체 반응성 화학종과 실질적으로 동일한 밀도를 가지도록 선택될 수 있다. 일 구체예에서, 용융 금속 배스는 용기들 간(예를 들어, 메탄 또는 합성 가스 생성 시스템의 제1 용기와 제2 용기 간)의 정제된 탄소 전달을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 제1 용기와 제2 용기에 대한 일 바람직한 배스는 줄밥 철이 그 안에 현탁되어 있는 Sn/Pb 합금일 수 있다.
금속 배스는 또한 안티몬(Sb), 코발트(Co), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 납(Pb), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 금(Au), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 백금(Pt), 루테늄(Re), 셀레늄(Se) 및/또는 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다.
본 방법에 사용되는 공급원료는 일반적으로 탄소 함유 물질이며, 바람직하제는 탄화수소 함유 공급원료이다. 적합한 공급원료로는 석탄, 석유 코크스, 갈탄, 오일-셰일(oil-shale), 천연 가스 또는 생물연료(biomass), 액체 또는 가스상 탄화수소(예를 들어, 메탄, 에탄 등)이 포함된다. 폐기물, 예컨대 파운드당 약 4,000BTU 이상의 열 함량을 지닌 폐기물 또한 사용될 수 있다. 공급원료의 조합은 개선되거나 최적의 탄소, 산소, 나머지 량의 물을 제공하도록 선택될 수 있다.
공급원료는 오거 압출(auger extrusion), 저부 또는 측부 주입을 포함하나 이로 제한되는 것은 아닌 여러 수단, 또는 스팀-냉각 탑 랜스(steam-cooled top lance) 주입에 의해 첨가될 수 있다.
반응기와 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 적어도 1, 2, 3, 4 또는 모든 배스에서의 압력은 약 1bar 이상, 예컨대 적어도 약 10bar 또는 그 초과, 예를 들어 1(또는 10) 내지 약 600bar의 압력에서 유지될 수 있다. 바람직하게는, 압력은 약 150 내지 200bar의 범위에서 유지된다. 반응기 또는 용기(들), 압력은 탄화수소 공급원료 첨가 속도에 의해 조절되거나 유지될 수 있다.
본 발명은 용융 금속 배스가, 금속을 들어올리고, 수직 및/또는 대각선 방향으로 금속 전달 배관의 저항성을 극복하는데 요구되는 압력보다 큰 압력차를 유지함으로써 배스 용기들(예컨대 수직으로 배열된 배스 용기들) 간에 용이하게 이송될 수 있음을 발견한 것에 관한 것이다. 이 특징은 반응기와 관련하여 더욱 상세히 논의된다.
(본원에서 제3 및 제4 배스 용기에서 설명된 바와 같이), 이황화수소, 일산화탄소 및/또는 물의 변환시, 배스는 바람직하게는 적어도 금속 또는 합금의 용융점(예를 들어, 1000℉)보다 높고, 일반적으로 약 3000℉ 이하인 온도(예를 들어, 약 2000℉ 내지 약 3000℉)에서 유지된다. 일반적으로, 탄소의 메탄으로의 변환시에 사용되는 배스는 800 내지 1000℉보다 높지 않다. 이와 같이, 제1 배스 용기에서 공급원료의 일산화탄소 및 탄소로의 변환은 또한 일반적으로 1000℉보다 높지 않다.
본원에서 기술된 방법은 흔히 중금속 및 수은과 같은 소정량의 불순물을 함유하는 공급원료를 사용한다. 대대수의 중금속이 제1 용기의 슬래그 층에서 공정으로부터 제거된다. 그러나, 수은은 종종 제1 용기로부터 제거된 가스 스트림에서 제거된다. 일 구체예에서, 본 발명은 제3 배스 용기에 도입되기 전에, 또는 제3 배스 용기에서 배스 용기 가스 스트림으로 배출된 후에라도 Hg를 추출하는 단계를 추가로 포함한다.
유사하게, 탄화수소 공급원료는 일반적으로 황을 함유한다. 탄화수소 공급원료를 용융 금속 배스에 첨가하는 것은 일반적으로 황을 황화수소로 변환시킨다(예를 들어, 제1 배스 용기에서). 산소를 용융 금속 배스(예를 들어 제3 배스 용기에서의)에 첨가하여 금속 산화물이 풍부한 배스를 유지시키는 것은 황화수소가 SO3로 변환되게 하고, 이어서 SO3는 제3 배스 용기에서 배출되는 오프 가스(off gas) 스트림에서 제거된다. 본 발명은 물로 켄칭함으로써 상기 오프 가스 스트림으로부터 SO3를 추출하여 매우 유용한 납품가능한 제품인 H2SO4를 생성하는 추가 단계를 고려한다.
또한, 고압 이산화탄소가 제3 배스 용기에서 생성된다. 본 방법은 제2 수직 배스 세트의 하부 배스의 오프 가스 스트림에서 CO2를 분리시키는 선택적 단계를 고려한다. 이산화탄소는 추가의 적용예에서 사용될 수 있으며, 초임계 유체로서 수득될 수 있다. 초임계의 또는 다른 고압의 CO2 가스 스트림이 증진된 오일 회복을 위해 CO2 파이프라인 직접 주입에 사용될 수 있다. 염수 대수층(saline aquifer)으로 격리될 수 있다.
청구항 제1 항의 방법은 제1 상부 용융 금속 배스 내의 용해된 탄소를 물로 산화시켜 CO + H2를 생성하는 단계를 포함한다.
본원에서 기술된 방법은 수개의 화학물질을 사용한다. 예를 들어, 본 방법은 반응성 배스 금속(예를 들어, Fe)을 스팀으로 산화시켜 금속 산화물 및 수소 가스를 생성함으로써, 메탄 및 균질한 탄화수소를 생성하기 위한 환원 가스로서 상부의 제1 배스로 반송되는 제2 수직 배스 세트 중 상부 배스의 오프 가스 스트림으로부터 회수된 H2를 재순환하는 것을 고려한다.
상기 기술된 바와 같이, 본 방법은 슬래그 층을 생성하는 것을 고려한다. 슬래그 층은 불순물을 제거하고, 먼지 및 재를 억제하는 것을 돕는다. 따라서, 본 발명의 방법은 Ca, Fe, K, Mg, Na, Si, Sn, Ti 등의 일반적인 산화물로 이루어진 융제(flux)를 첨가함으로써 슬래그 층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
2개, 3개, 4개 또는 이를 초과하는 배스 용기 간의 압력 균형을 유지시켜 본원에 기술된 시스템 및 공정의 효율을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 4개의 용기 시스템에서, 제1 배스 용기에서의 압력이 대개 또는 항상 제3 배스 용기에서의 압력 보다 크고, 제3 배스 용기의 압력이 일반적으로 제4 배스 용기 보다 큰 압력으로 유지되며, 제4 배스 용기의 압력이 일반적으로 제2 배스 용기 보다 큰 압력으로 유지되도록 상대적인 압력을 유지한다. 이러한 배열은 가스를 압축시키지 않으면서 모든 배스들 간에 가스 물질의 최적의 이동을 가능하게 한다. 용기가 또한 한 쌍의 수직으로 배치된 용기들로서 유지되는 경우에, 이러한 배열은 한 쌍의 용기들 간에 양호한 용융 금속 이동을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 고체 지지 촉매 대신에, 용융 금속 촉매를 이용한 탄소 원자의 탄화수소로의 H2 환원은 유사한 고체 촉매 표면적을 제공하기 위한 구조적 요건들을 감소시키고 유사한 수율의 탄화수소를 얻기 위해 요구되는 과도한 온도로부터 고체 촉매가 용융될(meltdown) 가능성을 감소시키면서, 전체 촉매 표면적을 증가시킨다.
상기 방법과 관련하여, 모든 적용에서 모든 단계가 요구되는 것은 아니고/거나 하나의 단계가 동등한 공정 단계에 의해 대체될 수 있는 것으로 이해된다. 이에 따라, 본 발명은 상기 기술된 단계들 중 1개, 2개, 3개, 4개, 모두에 의해 특징되는 공정을 포함한다. 일부 구체예에서, 탄화수소 공급원료(들)가 도입되는 배스 용기는 또한 개조될 수 있다. 이에 따라, 상세하게 기술된 공정들이 대개 제1 배스 용기로의 공급 원료의 첨가를 언급하지만, 공급원료는 임의의 다른 배스 용기에 첨가될 수 있는 것이 가능하다.
합성 천연가스(SNG) 또는 순수한 메탄의 직접 생산을 위한 두개의 이중 배스 반응기 또는 쿼드 구성(quad configuration)이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 고농도의 탄소 함유 단편(예를 들어, 적어도 15 중량%의 탄소를 갖는 공급원료)은 연결된 용융 반응기로 옮겨진다. 이러한 공정의 단계는 (a) 탄화수소 공급물을 예를 들어 탄화수소 공급물을 용융 금속 배스 중에 용해하거나 현탁시키는 수소 및 탄소 함유 단편으로 분해시켜 전체 탄소 농도를 증가시키는 150 내지 200 bar의 작업 압력에서 하부 주입에 의해, 제1 용융 금속 배스(예를 들어, "제1 Sn 배스")에 도입함을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 배스 금속은 금속, 또는 금속의 합금, 예를 들어, Fe, Ni 또는 관련된 "활성" 배스 금속을 포함할 수 있다.
바람직한 작업 모드에서, 용융 금속 중의 탄소 농도는 이의 용해도 한계를 초과하지 않도록 조절된다. 얻어진 수소-풍부 가스 (H2) 스트림은 또한 CO를 함유할 수 있다. CO의 생산은 일반적으로 탄화수소 공급물 중에 함유된 산소의 몰량에 비례한다. 이러한 가스 스트림 및 N, S, Hg 및 다른 가스 오염물의 부산물, 및 개입 먼지(임의의 경우)는 이후에 제2 반응기(예를 들어, "제1 Fe 배스")로 옮겨진다.
이러한 후자의 배스는 바람직하게 실질적으로 탄소와 다른 불순물이 존재하지 않는 부분적으로 산화된 금속을 상부 "2차 Fe 배스"에 제공하는 동안 제1 배스(예를 들어, "제1 Sn 배스")로부터 기원한 가스 스트림을 주로 CO2, SO3, N2 및 H2로 전환시키기 위해 산소 공급원으로서 제공될 수 있는 고도의 산화된 금속 (예를 들어, FeO)을 가진다. 제1 용융 금속 구역(예를 들어, 주 Sn 배스)으로부터의 공정 가스의 분리는 연속적인 콘덴서에서 Hg 및 SO3를 제거하고 압력 변동 흡착(pressure swing absorption, PSA)에 의해 CO2로부터 H2를 제거함으로써 달성된다.
제1 용융 금속 배스의 일부, 또는 제1 Sn 배스는 수직 정렬된 반응기 배스들 간에 압력 차이를 기초로 하여 작동시킴으로써 연결된 상부 금속 함유 배스 ("제2 Sn 배스")로 가역적으로 이동될 수 있다. 이동을 위해 요구되는 압력 차이는 배스 금속의 비중 및 상승 높이(컬럼의 인치)에 대한 관계의 함수이다. 하부 금속 배스와 상부 금속 배스 간의 압력 차이를 변경시켜 이동 속도를 조절할 수 있다. 금속 이동은 또한 예를 들어 배출 가스 제어 밸브 및 공급원료 주입 속도를 이용하여 압력을 떨어뜨리거나 높임으로써 조절될 수 있다. 상부, 또는 "제2 Sn 배스"에는 용해된 탄소와 반응시켜 CO+H2를 1:1 몰비(합성가스)로 생산하기 위해 스팀이, 또는 하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 메탄을 형성시키기 위해 수소 가스가 주입된다.
일 구체예에서, 금속은 상부 배스에서 하부 배스로 이동될 수 있으며, 압력 차이를 교차시키는 작업이 요구된다. 반응기들 사이의 배스 압력을 조절하는 것은 또한 예를 들어 압력 강하를 선택함으로써 하나의 반응기에서 다른 반응기로 가스의 이동을 촉진시킬 수 있다. 제1 배스 용기에서의 상대적인 압력(P1)을 상부 또는 제2 배스 용기에서의 압력(P2)보다 큰 하부 또는 제3 배스 용기에서의 압력(P3) 보다 크게 유지하는 것이 특히 유용하다. 상부 또는 제2 배스가 항상 다른 3개의 배스 보다 낮은 압력으로 유지되는 경우에, 가스상 물질은 항상 간헐적인 가스 압축에 대한 필요성 없이, 배스 압력이 감소하는 순서로 상부 배스로 이동될 수 있다.
고순도, 고압(초임계) CO2 가스 스트림을 형성시키는 것이 특히 유리하다. 자본 비용 및 가스 압축을 위한 에너지 비용과 관련된 주 비용은 전체 공정 지출의 최대 20%까지 부가할 수 있다. CO2 가스 스트림이 초임계 조건하에서 반응기에서 배출된다는 사실은 향상된 오일 회수를 위한 직접 CO2 파이프라인 주입을 위해 또는 염수 대수층으로 고립되게 하기 위해 아주 유리하게 사용될 수 있는데, 이는 이러한 것이 압축 비용을 제거할 수 있기 때문이다.
이러한 공정의 다른 바람직한 작동 모드는 불순물이 존재하지 않는 "제1 하부 Fe 배스"에서의 고도로 산화된 액체 금속 (Fe/FeO)을 약 200 bar의 압력을 유지하는 상부 "제2 Fe 배스"로 압력 차이를 이용함으로써 이동시켜 순수한 메탄(CH4) 스트림을 생산하는 것이다. 대안적으로, 금속 배스는 Pb, Sn 또는 다른 금속, 및 합금을 포함할 수 있다. 고도로 산화된 상태의 하부 "제1 Fe 배스" 금속 배스는 연속 방식으로 연결된 상부 배스로부터 용해된 FeO를 함유한 용융 금속을 중력으로 이동시킴으로써 유지될 수 있다. 상부 "제2 Fe 배스"가 기본적으로 금속을 추가로 산화시키기 위해 스팀이 주입될 때 모든 탄소 및 다른 해로운 불순물 (예를 들어, N, S, Hg)이 존재하지 않기 때문에, 순수한 H2 스트림이 생산된다. 이러한 순수한 H2 스트림은 연속적으로 제거될 수 있거나, 이러한 적용에서,
순수한 CH4의 생산을 최적화하기 위하여, 약 800℉ 미만의 온도에서 유지되는 탄소 포화 상부 액체 금속 배스 ("제2 Sn 배스")로 주입될 수 있다.
또한, 메탄의 생산을 위한 탄소 원자의 직접 환원의 화학양론은 2H2를 필요로 한다는 것에 주목한다. 이는 Ni 촉매에 비해 합성 가스(CO:H2)를 사용하는 통상적인 방법과는 다른 장점인데, 왜냐하면, 이러한 공정은 물이동 반응(water shift reaction)(CO + H2O = H2 + CO2)과 직렬로 작동되어야 하며, 메탄화 단계는 물 분자의 형성과 함께 3H2의 전체 소비를 필요로 하기 때문이다.
메탄과 관련된 탄화수소의 생산을 위해 용융 금속 촉매를 사용하는 것에 대해 다른 장점들을 갖는다. 당업계에 공지된 바와 같이, 이러한 타입의 탄소 원자 환원을 수행할 수 있는 대부분의 공정들은 고체 촉매 지지체 상에 흡착된 금속 촉매를 사용한다. 이러한 방법은 용융 금속 촉매에 대한 표면적이 매우 감소된다는 단점을 갖는다. 이러한 타입의 촉매 표면은 요망되는 환원 수율에 영향을 미치게 하기 위해 흔히 비교적 고온을 요구하며, 그 결과 높은 발열반응을 수행하는 것은 촉매 용융과 함께 "과열점(hot spot)"을 일으킬 수 있다.
본 발명의 방법은 메탄, 합성가스 및 수소의 대량의 고품질 고압 가스 스트림의 비교적 저비용 생산을 목적으로 한다. 이러한 높은 가치의 가스 스트림에 대한 이용가능한 생산 방법과 관련된 높은 비용은 더욱 경제적이고 환경친화적인 방법에 대한 필요성을 요구한다. 본 발명에 따르면, 높은 가치의 고품질 고압 가스 스트림은 경제적으로 생성될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 용융 금속 배스 중 탄화수소 공급원료의 탄소질 성분을 화학적으로 산화시키거나 환원시킴으로써, 일렬로 결합된 금속 배스에서의 추가의 이동 및 정화를 위한 가스상 생성물을 생산하고 회수하는 방법에 관한 것이다. 탄화수소의 조성물은 석탄 공급원, 예를 들어 일리노이스 번호 6 석탄(Illinois No. 6 coal), 석유 코크스, 오일, 예를 들어 번호 6 연료 오일, 생물연료 및 생물연료 블랜드 또는 충분한 BTU 값을 갖는 폐 탄화수소 공급원으로부터 경제적으로 유도될 수 있다.
용융 금속 배스는 바람직하게 철(Fe) 또는 주석(Sn) 또는 이러한 두개 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 특정의 금속 합금은 두개 이상의 금속의 배합으로부터, 또는 하나 이상의 이러한 금속의 산화물(예를 들어, Fe2O3 또는 SnO2)을 용해된 탄소 또는 CO 등의 작용에 의해 배스내에서 금속 산화물의 이의 개개의 금속으로의 인시튜 환원을 위한 용융 금속 배스에 도입함으로써 유도할 수 있다. 액체 금속 배스는 또한 안티모니(Sb), 코발트(Co), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 아연(Zn)을 포함할 수 있는 일련의 반응성 금속으로부터 유도된 하나 이상의 금속을 함유할 수 있다. 당업계에서 널리 공지된 바와 같이, 이러한 소위 "반응성 금속" 및 이들의 금속 산화물들은 배스의 산소의 온도 및 부분압에서, 탄소의 일산화탄소로의 전환을 위한 에너지 보다 큰, 산화의 자유 에너지를 갖는다. 반대로, 금속 배스는 또한 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 금(Au), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 백금(Pt), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있는 일련의 비교적 "비반응성 금속"으로부터 얻어진 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 후자 리스트의 가능한 배스 금속은 배스 온도 대 일련의 금속에 대한 산소의 부분압 (PO2)의 자유 에너지의 플롯에 의해 표시되는 "CO 라인" (2C + O2 = 2CO) 위에 존재하는 것이다. 본 방법의 조건하에서 이러한 비교적 "비반응성 금속"은 비교적 높은 금속 및 금속 산화물과 균등한 산소 부분압(PO2)를 가져야 한다. 이러한 금속은 금속 산화 단계에서 실제로 수반되는 금속 배스 내에서 효과적인 농도의 활성 금속을 제한하도록 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 일련의 금속 배스는 본 발명의 방법의 실행에 적합한 전체적인 반응기의 한 구체예이다. 본 발명자들은 주조된 금속 배스 반응기에 대해 임의의 한 설계에 제한되는 것을 원치 않는 반면, 도 3에 기재된 다중 액체 금속 배스 반응기에 대한 독특한 몇 가지 설계 요소가 존재한다. 고온 액체 금속 배스 보유 용기(containment vessel)는 200 bar를 넘는 높은 압력에서 작동하도록 고안된다. 가특허출원 제61/025,684호가 출원되었는데, 이 출원은 이러한 반응기를 더욱 상세하게 개재하고 있다. 주조된 금속 배스 자체는 금속 배스보다 높은 압력에서 유지되는 고압 보유 용기로 둘러싸여 있다. 이 시스템은 이러한 가스화 시스템에 대한 종래 기술에 대해 신규한데, 이는 금속 배스에 대한 보유 용기의 구조적 보전성은, 배스(bath) 안에서 금속의 높은 작동 온도에 노출되는 동안, 200 bar 압력에서 높은 작동 온도에 직접적으로 노출되지 않고 이것은 유리하기 때문이다. 외부 가스 존은 또한 온도 감속재에 비해 충분한데, 이는 외부 강철 압력 용기는 액체 금속 배스 내에서 고온을 겪지 않기 때문이다. 이것이 본 설계 및 작동의 안전성에서 본 발명의 분명한 이점이고, 이는, Kindig et. al. (U.S. Publication No. 20020124466)의 발명에서 상술되었듯이, 석탄 가스화는 바람직하게는 주위 또는 거의 주위 압력에 가까운 압력(5psi를 초과하지 않음)에서 작동되기 때문이다. 유닛이 상승된 압력에서 작동될 경우, 상당한 양의 메탄-함유 생산물이 형성되고, 이는 수소 가스 스트림을 오염시킬 수 있다. 고압은 또한 반응기 안에서 체류시간에 이점을 제공하여 반응기 안에서 적합한 스팀 체류 시간을 보장한다. 하지만 더욱 중요한 것은, 오프 가스 생산물 스트림이 종종 200bar까지 도달하는, 금속 배스 작동 압력으로부터 단지 약간 감소된 압력으로 반응기를 나간다는 것이다. 이것은 가스성 생산물, 예컨대 합성가스가 높은 압력을 필요로 하는 응용에서, 오프 가스를 압축하는 것과 관련된 자본 비용면에서 명백한 경제적 이점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 신규한 관점은 액체 금속 전달 시스템이다. 종래 관습은 액체 금속 배스 내의 금속의 움직임이 공정의 비용 효과를 떨어뜨리도록 지시하는 반면, 본 발명은 수직 정렬로 반응기 배스 사이에서 차압에 기초하여 작동한다. 본 발명자들이 이미 반응기 내의 고압에 있기 때문에, 낮은 위치에서 높은 위치로 탄소 포화된 금속을 펌핑하는 비용은 작동 비용에 직접적으로 추가되지 않는다. 따라서, 고압에서 금속 전달 속도의 적절한 제어는 선행기술에 비해 중요한 이점이라 하겠다. 금속 전달 속도는 배출 가스 제어 밸브 및 공급원료 주입 속도를 이용하여 방출 또는 빌딩(building)에 의해 조절될 수 있다. 하부 배스에서 상부 배스로 금속을 움직이는 것은 금속을 올리고, 금속 배관 전달의 저항을 극복하는데 요구되는 압력보다 더 높은 압력 차이를 필요로 한다. 주로, 금속 배관 전달 저항을 극복하는 중력은 상부 배스로부터 하부 배스로, 주조된 금속의 반송(즉, 거대한 열화 탄소)을 발생시킨다. 금속 전달 시스템은 사용된 금속 촉매 및 공급원료에 따라 배관 전달 제어 밸브와 함께 또는 없이 이용될 수 있다.
작동시 액체 금속 유동을 비롯하여 가스 유동의 속도의 적절한 제어는 이러한 다중 배스 반응기 설계의 또 다른 독특한 특성이다. 따라서, 반응기 내의 뜨거운 금속 및 가스의 유동 자체는 침지 배스 고정 스트리퍼(immersed bath static strippers)에 의해 설계됨에 의해 저해된다. 이러한 유동의 중간 방해의 용도는 독특한 것으로, 액체 금속은 배스 내에서 증가된 체류 시간에 영향을 미치는 스트리퍼에 의해 변환되는 반면, 스트리퍼를 통한 가스 유동은 감소된 가스 버블 크기를 제공한다. 감소된 기포 크기와 조합하여 고압에서의 배스 작동은, 거대한 가스 버블이 표면에서 부서짐에 의해 야기되는 스플래싱과 함께 거친 표면(turbulent surface)을 지니는 선행 기술에 비해, 유착 액체 금속 배스 표면(coalescent liquid metal bath surface)을 제공한다. 정지 표면(quiescent surface)는 또한 가스 생산물의 오염 및 용기 벽 상의 금속 및 슬래그의 스플래싱을 최소화시킨다.
반응기 내로 공급원료를 도입시키는 방법 또한 본질적으로 중요하다. 본 발명자들은 임의의 한 공급 시스템 유형에 제한되는 것을 원치 않으나, 본 발명의 바람직한 모드에서 물질은 직접적으로 주조된 금속 배스 내로 공급되어야 한다. 이것은 분해 속도 및 이에 따른 압력의 상승이 측정가능한 수단으로 제어된다는 사실을 보장한다. 고체의 바람직한 공급 도입의 수단(거의 일정한 크기의 미립자 수단으로 표현됨)은 고체로서 또는 슬러리 형태로 오거 압출에 의해 도입될 수 있다. 가스 및 액체는 당업계에 알려져 있듯이 잘 확립된 방법으로 도입될 수 있다.
이 다중 액체 금속 배스 반응기 시스템은 두 개 이상의 다중 배스 반응기를 이용한 모드에서 효과적으로 사용될 수 있다. 바람직한 구체예는 합성 천연 가스(SNG) 또는 순수한 메탄의 직접 생산을 위한 두 개의 이중 배스 반응기 또는 쿼드 형태(quad configuration)의 용도이다. 도 3을 참고하여, 고체 탄화수소 공급원료(석탄 또는 석유 코크스를 포함하나 이에 제한되지 않음)는 흡입구(1)을 통해 150-200 bar의 조절된 압력을 발생시키는 속도로 반응기의 하부 Sn 배스(2)로 공급된다. 탄화수소 공급원료의 열 해리시, 공급원료에 존재하는 수분은 용해된 탄소를 CO 가스와 H2로 산화시킨다. 탄소의 과-산화는 CO2를 형성시킨다. 배스의 조건은 선택될 수 있어, 용해된 탄소로 포화된 배스는 흡열성 환원의 결과 CO로 돌아가도록 할 것이다.
CO2 + C = 2CO
하부 배스(2)로부터의 CO 및 추가 오프가스는 일반적으로 H2S, N2 및 Hg를 포함하는 오염물질을 포함할 것이다. 이러한 가스 스트림은 가스 전달 스트림(6) 및 흡입구(12)를 통해 하부 철(Fe/FeO) 배스(13)로 공급된다. 하부 철 배스(13)는 FeO가 풍부하고, 부분적으로 산화된 무탄소 철 금속을 제공하면서, 수은을 밖으로 응축시킨 후, (2)로부터의 합쳐진 가스를 주로 CO2, SO3 및 H2로 변환시키며, 그 후 전달 라인(15)를 통해 상부 철 배스(18)로 전달될 수 있다.
CO로의 변환 내에서 공급원료로부터 유래된 물은 열 에너지를 하부 Fe 배스로 제공하면서 발열적으로 CO2로 산화된다. 따라서, 공급원료 내에 존재하는 물은 선행 기술 공정에 비해 필수적인 유해한 문제가 아니다. 따라서, 제1 구체예에서, 상기 공급원료는 선택적으로 물, 예를 들어 최대 약 70 중량%, 바람직하게는 최대 50 중량%, 더욱 바람직하게는 최대 약 20 중량%의 함량으로 물을 포함할 수 있다. 몇 가지 구체예에서, 물 또는 스팀은 이 목적을 위해 공급원료와 함께 또는 별개로 배스(2)로 정확하게 주입될 수 있다. 예를 들어, 스팀은 공급원료 내에서 60 중량% 이상의 탄소, 바람직하게는 약 10 내지 40 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다. 첨가된 물의 함량은 공급원료 내에서 최대 약 70 중량%의 탄소의 총 물 함량에 도달하기 위해 공급원료 내에 최초로 존재하는 물의 함량과 관련이 있다. 다른 구체예에서, 물은 동일계에서(in situ) 생성되도록 스팀을 위해 배스 안으로 주입될 수 있다.
하부 배스(2)는 선택적으로, 탄화수소 공급원료에 대한 세척기(scrubber)로서의 역할을 할 수 있고, 이에 따라 상당한 양의 탄소를 포함하는 탄소-포화된 Sn 금속 또는 Sn 금속 구성요소를 제공한다. 바람직하게는, Sn 금속 구성요소는 실질적으로 불순물이 존재하지 않는다. Sn 금속 구성요소는 압력차 또는 기계적으로 전달 라인(5)를 통해 상부 Sn 배스(8)로 전달될 수 있다. 상부 철 배스(18)는 바람직하게는 실질적으로 용해된 탄소가 존재하지 않는다. 스팀은 주입구(17)을 통해 배스(18)에 주입되어, Fe 금속을 추가 산화시키고 FeO 및 순수 H2를 생성시킨다.
이러한 고도로 정제된, 고압 H2 가스 스트림은 (21) 지점으로부터 방출하고 전체 또는 부분이 회수될 수 있고/있거나 밸브(11)을 통해 탄소 포화된 상부 액체 Sn 금속 배스(8) 안으로 주입된다. 고도로 정제된, 고압 CH4는 상부 액체 Sn 금속 배스(8) 내에서 용해된 탄소의 환원에 의해 생산될 수 있다. 상부 Fe 배스(18) 내의 Fe/FeO 금속 스트림은 하부 Sn 배스(2)로부터의 오프 가스 스트림에 의한 환원을 위해 전달 라인(19)을 통해 하부 Fe 배스(13)로 전달될 수 있다. 시스템(헤드 공간 4, 10, 14 및 20) 도처에 고압(예를 들어, 약 150-200 bar 사이)이 유지되어 생산물 가스 스트림의 순도 및 압력을 최적화시킨다. 이러한 연합된 일련의 금속 배스의 용도는 공지된 방법으로부터 명백히 벗어난 것임을 나타내며, 기존의 가스 세척 및 고체 폐기물의 처분을 필요로 하지 않는 시스템을 제공할 뿐만 아니라, 추가적으로, 이러한 동반된 불순물들을 시장성 있는 고압 오프 가스 스트림(CO2, SO3 및 H2)으로 변환이 가능하게 한다.
필요에 따라, (3) 지점에 존재하는 슬래그를 통해 하부 Sn 배스(2)로부터 슬래그가 제거된다. 탄화수소 공급물(예를 들어 높은 재 함량을 동반한 공급물)가 하부 최초 주조 금속 배스(2)를 통해 통과되어, 슬래그 층에서 탄화수소 공급물로부터 먼지 부분을 우선적으로 분리할 수 있다. 먼지 부분이 슬래그 층 내에 동반되어 있기 때문에, 헤드 공간(4)에 존재하며 이에 따라 배기구(6)을 통해 가스 스트림에서 제거된 먼지의 농도가 감소될 수 있다. 슬래그는 바람직하게는 탄화수소 공급원료로부터 생성된 먼지의 일부 또는 전부를 이동시키고, 이것은 탄화수소 공급원료가 높은 재 함량을 가지고 있는 경우 특히 사실이다.
본 발명의 방법의 바람직한 구체예에서, 탄화수소 공급물로부터의 황은 또한 제거될 수 있고/있거나 공정으로부터 회수될 수 있다. 생산된 SO3는 응축에 의해 가스 스트림(16)으로부터 제거될 수 있다. 물과의 켄칭(Quenching)은 최대 90% 및 90% 이상의 순도를 지니는 황산(H2SO4) 및 상당한 경제적 가치의 부산물을 생산한다.
주조된 금속 반응기는 도 3에 도시된 바와 같은 결합된 반응기 두 세트를 포함할 수 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이 수직으로 정렬된 두 개의 주조 금속 배스(배스(2) 및 배스(8))와 같은 하나의 결합된 반응기를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 하부 금속 배스로부터의 오프 가스는 여기서 생산된 합성가스로부터 불순물을 제거하기 위해 종래 수단으로 세정될 수 있다. 이러한 구체예는 고압의 유지 및 가역 금속 순환의 명백한 이점을 보존하여, 이로서 오프가스 및 슬래그와 함께 존재하는 먼지로서 하부 배스에 존재하는 공급 원료 불순물(예를 들어 S 및 Hg)이 실질적으로 존재하지 않는 상부 배스를 보장한다. 예를 들어, 이러한 모드에서의 작동은 Fe, Sn 또는 비교가능한 금속 합금의 수분 유도 산화로부터 고 순도, 고압 수소 가스 스트림의 생산에서 명백한 이점을 제공한다. 수직적으로 병렬된 단지 두개의 금속 배스가 관련된 본 발명의 이러한 구체예에서, 탄화수소 공급물로부터의 황은 또한 하부 주조 금속 배스 내에서 쌓이고, 황화수소를 형성하도록 반응하고, 고압에서 종래 수단(예컨대, 부식제거법 등)에 의해 고압에서 오프 가스로부터 제거될 수 있다.
금속 배스의 최초 액체 상태는 플라즈마 토치, 전기 아크 또는 가장 바람직하게는 유도 코일 가열에 의해 성립될 수 있다. 철 배스의 요망되는 온도(최대 3000℉)는 코일 또는 루프를 통한 유도 전기 흐름에 의해 또는 주입된 산소에 의한 Fe의 발열 산화에 의해 유지될 수 있다. 하부 Fe 배스(13)의 온도는 CO의 CO2로의 산화에 의해 증가될 수 있다.
미리결정된 양의 스팀을 주입 지점(21)을 통해 배스(18)로 주입하기 위한 적합한 수단은 간단한 스팀 랜스(lances)를 포함한다. 스팀 주입은 물과 철의 반응때문에 공정의 온도를 효과적으로 제어하는데 이용될 수 있는 한가지 수단이다. 철 및 주석 배스는 상당히 다른 온도에서 작동되어야 하기 때문에, 열교환기를 통해 2000℉에 도달하는 온도에서 가스 밸브(21)를 나가는 H2 가스 스트림을 통과시킨 후, 이 H2 환원제 스트림을 온도가 900℉을 초과하지 않아야 하는 입구 밸브(11)를 통해 상부 Sn 배스(8)로 도입시키는 것이 필수적이다. 하지만, 이러한 온도 감소로부터 잠재적인 열은, 동반된 물 환원 단계에서 사용된 스팀의 생산을 위해 유용하게 사용될 수 있다. 추가적으로, Fe 배스로부터 열 에너지의 전달(기본적으로 발열 조건에서 작동)은, 물에 의한 탄소의 흡열 산화가 배스 온도를 감소시키는 경향이 있는 Sn 배스에서 열 균형을 개선시킬 수 있다.
실시예
실시예 I
고순도, 고압 메탄(CH4)을 79.0% 탄소, 3.6% 수소, 6.7% 황 및 9.0% 물을 함유하는 석유 코크스 공급원료로부터 얻었다. 미분된 석유 코크스를 1 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해에 의해, 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지함으로써 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송관(9)을 통해 전달되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 0.39 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다.
합한 오프 가스(CO, H2, H2S, Hg 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 CO가 전체적으로 또는 부분적으로 CO2로 산화되었고, 이에 의해 배스 온도를 전체적으로 또는 부분적으로 유지하기 위해 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다.
용융된 Fe/FeO가 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 상부 가스 공간(20)은 141 bar에서 유지되었다. 스팀(0.60 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되었다. 순수 수소의 고압(141 bar) 스트림이 생성되고, 이는 가스 밸브(21)(0.07 lb/sec)를 통해 배출되었다. 수소 가스는 1900℉의 유입구 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스는 가스 밸브(16)를 통해 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 0.09 lb/sec의 속도로 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 0.09 lb/sec의 속도에서 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니, CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 존(10) 내 가스는 750℉의 온도를 지니며, 이는 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 0.62 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 밀봉가능한 생성물이 남아있는 오프 가스; 0.17lb/sec의 SO3 및 1.18 lb/sec의 CO2로부터 생성되었다.
배스(8)에서의 Sn은 Sn 배스(2)로 다시 재사용되었다. 마찬가지로, 조(18)에서 Fe 배스는 Fe 배스(13)로 재사용되었다. 이 방법은 바람직하게는 연속적인 방식으로 실시되었다.
실시예 II
고순도, 고압 메탄(CH4)을 55.5% 탄소, 4.7% 수소, 2.2% 황, 9.7% 물 및 3.4%의 재를 함유하는 70% 생물연료/30% 펫코크(petcoke) 배합된 공급원료로부터 얻었다. 미분된 탄화수소 공급원료를 13 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 이 탄화수소 공급원료에 열 분해가 실시되었다. 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 유지되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 전달되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 0.02 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위해 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(5.3 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압(141 bar) 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.6 lb/sec)를 통해 배출되며 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(0.8 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소(4.0 lb/sec)를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 5.3 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 밀봉가능한 생성물이 남아있는 오프 가스; 0.7 lb/sec의 SO3 및 11.7 lb/sec의 CO2로부터 생성되었다.
실시예 III
고순도, 고압 메탄(CH4)을 60.5% 탄소, 4.1% 수소, 2.6% 황, 13.6% 물 및 9.9%의 재를 함유하는 일리노이 No. 6 석탄 공급원료로부터 얻었다. 미분된 석탄을 14.2 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 이 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 2.1 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(5.9 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.7 lb/sec)를 통해 배출되며 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(1.0 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 6.7 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 남아있는 오프 가스(0.9 lb/sec의 SO3)로부터 생성된 밀봉가능한 생성물은 H2SO4로 회수되었고, 13.1 lb/sec의 CO2는 고순도, 고압 가스 스트림으로서 이송되었다.
실시예 IV
고순도, 고압 메탄(CH4)을 85.0% 탄소, 9.7% 수소, 2.1% 황 및 0.7% 물을 함유하는 No. 6 연료유 공급원료로부터 얻었다. 공급원료를 8 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해에 의해 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 3.2 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)에서부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(3.6 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.4 lb/sec)를 통해 배출되는 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(1.1 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되는데, 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 6.1 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 남아있는 오프 가스, 0.4 lb/sec의 SO3, 및 8.1 lb/sec의 CO2로부터 밀봉가능한 생성물이 생성되었다.
실시예 V
고순도, 고압 합성 가스(CO/H2)를 73.2% 탄소, 4.5% 수소, 5.2% 산소, 2.4% 황, 6.1% 물 및 7.0%의 재를 함유하는 피츠버그 8 석탄 공급원료로부터 얻었다. 미분된 공급원료를 15 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용해된 탄소를 함유하는 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 5.3 lb/sec의 물 및 8.3 lb/sec의 산소 가스가, 주입 지점(7)을 통해 C(9.8 lb/sec)를 CO로 산화시키기 위한 배스(8) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)로부터의 CO(2.8 lb/sec)를, 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 CO2로 산화시켜, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지를 제공하였다. 150 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(2.4 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어, 가스 밸브(21)(0.3 lb/sec)를 통해 배출되는 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었다.
고순도 고압 합성가스 스트림은 22.8 lb/sec의 CO 및 0.6 lb/sec의 H2 가수의 속도에서 연속적으로 생성되고 가스 이송 밸브(11)를 통해 배출되었는데, 여기서 가스 전달 밸브(21)로부터의 1.2 lb/sec의 수소 가스와 합해지고 정제된 수소 가스 스트림이 가스 전달 밸브(16)로부터 생성되었다. 남아있는 오프 가스(0.9 lb/sec의 SO3)로부터 생성된 밀봉가능한 생성물이 H2SO4로 회수되었고, 4.4 lb/sec의 CO2가 고순도, 고압 가스 스트림으로서 이송되었다.
실시예 VI
고순도, 고압 수소(H2) 가스를 79.0% 탄소, 3.6% 수소, 6.7% 황, 9.0% 물 및 0.4%의 재를 함유하는 석유 코크스 공급원료로부터 얻었다. 미분된 공급원료(15 lb/sec) 및 10.5 1b/sec의 산소를 주입 지점(1)을 통해 2850℉의 용융된 Fe 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 149 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Fe/FeO가, 상부 가스 공간(10) 내에서 141 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Fe 배스(2)에서부터 상부 Fe 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 24.0 lb/sec의 스트림이 주입 지점(7)을 통해 Fe를 FeO + H2로 산화시키기 위한 배스(8) 내로 주입되었다.
고순도 고압 H2 가스 스트림은 2.7 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되고, 가스 전달 밸브(11)를 통해 배출되었는데, 여기서 가스 전달 밸브(16)로부터 생성된 0.7 lb/sec의 정제된 가스 스트림과 합해졌다. 가공 후 가스 전달 밸브(16)로부터의 남아있는 오프 가스로부터 생성된 밀봉가능한 생성물은, H2SO4로 회수된 0.9 lb/sec의 SO3, 및 고순도, 고압 가스 스트림으로서 회수된 43.4 lb/sec의 CO2이었다.
본 발명을 이의 바람직한 구체예를 참고로 구체적으로 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구범위에 의해 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 아니하고 본원에 형태 및 상세사항에서의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 고온 및 고압을 견딜 수 있는 반응기 시스템에 관한 것으로서,
a. 배스(bath) 온도(T1) 및 배스 용기 압력(P1)을 갖는 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기, 및
b. 하우징 온도(T10)를 특징으로 하는 반응기 하우징을 포함하며,
상기 제1 배스 용기는 하우징 내에 보유되고 상기 제1 배스 용기와 하우징 사이에 배치된, 압력(P10)을 갖는 가스 존을 가지며, 여기서 P10은 P1과 거의 동일하며 T10은 T1보다 작다. 하나 이상의(예를 들어, 두 개, 세 개, 네 개 또는 그보다 많은) 배스 용기가 하나, 두 개 또는 그보다 많은 반응기 하우징 내에 포함될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 반응기 시스템을 포함하며, 상기 반응기 시스템은
a. 배스 온도(T1) 및 배스 압력(P1)을 갖는 금속 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기와,
b. 상기 제1 배스 용기 위에 배치되며 배스 온도(T2) 및 배스 용기 압력(P2)을 갖는 배스를 보유할 수 있는 제2 배스 용기와,
c. 상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제1 도관으로서, P2와 P1사이의 압력차에 의해 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 배스 용기 내에 보유된 액체가 상기 제2 배스 용기로 이송되게 하는 제1 도관, 및
d. 상기 제1 배스 용기와 상기 제2 배스 용기를 유체 소통하는 제2 도관으로서, 중력에 의해 상기 제2 도관을 통해 상기 제2 배스 용기 내에 보유된 액체 금속이 상기 제1 배스 용기로 이송되는 제2 도관을 포함한다.
본 발명에 설명된 반응기에 한정되지 않지만, 용융 금속 반응기의 배스 용기들은 이후에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 용융 금속 배스를 포함한다. 일반적으로, 용융 금속 배스는 철/철 산화물 및/또는 니켈과 같은 반응 종(species)들을 포함한다. 철과 같은 반응 종은 고체, 예를 들어 철심(iron filing)으로서 추가되어 유지되며 그 자체로는 용융될 필요가 없다. 용융 금속 배스의 밀도는 반응 종의 밀도와 대략 동일함으로써, 고체 반응 종이 대부분 부유 상태를 유지하는 것이 유리하다는 것이 발견되었다. 이는 배스의 합금 성분과 온도를 최적화함으로써 배스의 융점을 최적화함으로써 달성될 수 있다. 반응 종을 부유 상태로 유지하는 것에 의해 낮은 반응 온도를 허용하며 반응 시간을 개선하고 층류화(layering)로 인한 손실을 방지한다.
배스 온도(T1,T2,T3,T4 등)는 일반적으로 약 200F 이상이며 바람직하게 약 500F 이상이며 약 1000F 또는 약 3000F 또는 그 이상 까지 일 수 있다. 한편으로, 반응기 하우징 온도는 일반적으로 배스 용기 온도보다 상당히 작을 수 있으며 실온(또는 그 미만)과 약 500F 사이일 수 있다. 배스 온도와 하우징 온도의 차이는 예를 들어, 적어도 약 100F, 바람직하게 적어도 약 200F 및 더 바람직하게 약 300F 보다 더 클 수 있다.
배스 용기 압력은 배스 용기를 둘러싸고 있는 가스 존 압력과 실질적으로 동일하다. 상기 압력은 그 압력이 약 10% 이내, 예를 들어 약 5% 이내에 있다면, 실질적으로 동일한 것으로 고려된다. 바람직하게, 가스 존 압력은 배스 용기 압력보다 조금(예를 들어, 약 1%) 높다. 배스 용기 압력은 바람직하게 적어도 약 1 바아(bar), 예를 들어 약 10 바아 또는 약 100 바아와 같이 5 바아보다 크다. 600 바아 또는 그보다 큰 압력이 달성될 수 있다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 200 바아 범위이다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 약 200 바아 범위이다. 바람직하게, 배스 용기 압력은 약 150 내지 200 바아 범위이다.
배스 용기를 에워싸는 반응기 하우징 내의 가스 존은 바람직하게 불활성 가스와 같은 가스로 채워진다. 적합한 가스로는 공기, 이산화탄소 및 아르곤이 포함된다. 이산화탄소가 바람직하다. 아르곤은 불활성 가스를 사용하는 것이 중요할 때(예를 들어, 반응기 하우징이 유도 코일을 갖추고 있을 때) 사용될 수 있다. 상기 가스는 양호한 절연 특성을 제공하도록 선택될 수 있다.
각각의 배스 용기는 바람직하게, 용융 금속 배스에 견딜 수 있는 재료로 제조되며, 바람직하게 적어도 50,000 psi, 바람직하게 적어도 약 100,000 psi의 인장 강도를 가진다. 예를 들어, 5 인치 두께의 스테인리스 스틸 또는 흑연 용기가 사용될 수 있다. 상기 용기는 바람직하다면, 내화 재료로 선택적으로 라이닝될 수 있다.
반응기 시스템은 각각의 하우징 내에 제2 또는 제3 또는 그보다 많은 용기를 선택적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 용기들의 수평 배열도 가능하지만, 제2 배스 용기가 제1 배스 용기 위에 수직으로 배열된다. 배스 용기가 수직으로 배열되는 경우에, 용기들은 반응기 하우징에 연결되는 스테인리스 스틸 판과 같은 판에 의해 분리될 수 있다. 상기 용기는 바람직하게, 예를 들어 압축 시일을 갖는 판에 의해 밀봉된다.
적어도 두 개의 용기의 액체 배스는 바람직하게 액체 소통된다. 일 실시예에서, 제2(또는 상부) 배스 용기 내의 배스 용기 압력(P2)은 제1, 또는 하부 배스 용기의 배스 용기 압력(P1)보다 낮다. 이는 기계적 수단의 보조 없이 하부 배스 내의 액체를 상부 배스으로 리프트 또는 이송할 수 있는 압력차를 제공한다. 물론, 배스 용기들 사이의 액체 이송이 달성되거나 기계적으로 보조받을 수도 있다.
이러한 실시예에서, 반응기 시스템은 제2 배스 용기와 제1 배스 용기를 유체 소통시킴으로써, P1과 P2 사이의 압력차에 의해 상기 제1 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 제2 배스 용기로 이송시키는 제1 도관을 더 포함한다. 상기 제1 도관은 바람직하게, 상기 제1 배스 용기의 하부 절반부에 배열되는 입구 및 상기 제2 배스 용기의 상부 절반부에 배열되는 출구를 포함한다. 바람직하게, 상기 제1 도관은 용융 금속의 이송을 제어하기 위한 제1 밸브를 포함한다.
상기 반응기 시스템은 제2 배스 용기와 제1 배스 용기를 유체 소통시킴으로써, 중력에 의해 상기 상부 제2 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속 배스를 상기 제1 배스 용기로 이송시키는 제2 도관을 대체 또는 추가로 포함한다. 상기 제2 도관은 바람직하게, 상기 제2 배스 용기의 하부 절반부에 배열되는 입구 및 상기 제1 배스 용기의 상부 절반부에 배열되는 출구를 포함한다. 상기 제2 도관은 용융 금속의 이송을 제어하기 위한 제2 밸브(예를 들어, 볼 밸브)를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 도관이 모두 존재할 때, 배스 용기들 사이의 양방향 유동이 달성될 수 있다.
상기 반응기 시스템은 바람직하게, 적합한 입구 및 출구를 갖추고 있다. 예를 들어, 각각의 배스 용기는 적어도 하나의 가스 배기 포트, 적어도 하나의 스팀 입구 포트, 적어도 하나의 공급 원료, 적어도 하나의 공급 원료 입구 포트, 적어도 하나의 가스 스팀 입구 포트 및/또는 슬래그 제거 포트를 특징으로 한다. 상기 입구 포트는 각각의 배스 용기 내에 있는 용융 금속의 표면 위에, 또는 바람직하게 아래에 위치될 수 있으며 분사 송풍구를 포함할 수 있다. 가스 배기 포트는 일반적으로 반응기의 헤드 스페이스에 위치된다. 슬래그 제거 포트는 일반적으로 액체 배스의 표면 레벨에 대략 위치된다.
상기 용기들은 잔류 시간을 제어하기 위해 공급물, 가스 및/또는 금속들을 배스 내부로 지향시키기 위한 배플, 판 또는 다른 수단을 더 포함한다.
상기 반응기 시스템은 전술한 복수의 반응기를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 반응기 시스템은 예를 들어,
a. 배스 온도(T3) 및 배스 압력(P3)을 갖는 용융 금속 배스를 포함할 수 있는 제3 배스 용기와,
b. 상기 제3 배스 용기 위에 배열되며 배스 온도(T4) 및 배스 용기 압력(P4)을 갖는 용융 금속 배스를 포함할 수 있는 제4 배스 용기와,
c. 하우징 온도(T11)를 특징으로 하는 제2 반응기 하우징으로서, 상기 제3 배스 용기는 제2 반응기 하우징 내에 포함되며 상기 제3 배스 용기와 제2 반응기 하우징 사이에 배열되고 압력(P11)을 갖는 가스 존을 가지며 상기 P11은 상기 P3와 거의 동일하고 T11은 T3보다 작은 제2 반응기 하우징과,
d. 상기 제3 배스 용기와 제4 배스 용기를 유체 소통시킴으로써 P3와 P4 사이의 압력차에 의해 상기 제3 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 상부 제4 배스 용기로 이송시키며 상기 제3 배스 용기의 하부 절반부 내에 배열되는 입구 및 상기 제4 배스 용기의 상부 절반부 내에 배열되는 출구를 포함하는 제3 도관, 및
e. 상기 제3 배스 용기와 제4 배스 용기를 유체 소통시킴으로써 중력에 의해 상기 제4 배스 용기 내에 잔류하는 용융 금속을 상기 상부 제3 배스 용기로 이송시키며 상기 제4 배스 용기의 하부 절반부 내에 배열되는 입구 및 상기 제3 배스 용기의 상부 절반부 내에 배열되는 출구를 포함하는 제4 도관을 포함한다.
다중 반응기 하우징은 예를 들어, 4 개의 배스 용기를 갖는 4 개로 구성된 반응기로서 분리 및 구별 또는 결합될 수 있다. 다른 배열도 실시될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 도면 부호 10으로 총칭된 액체 금속, 또는 용융 금속 배스 시스템의 예를 도시하는 개념도이다. 도 1의 예에서, 시스템(100)은 반응기 하우징(16) 내에 배열되는 제1 챔버(12) 및 제2 챔버(14)를 포함한다. 시스템(10)은 하나, 두 개 또는 그보다 많은 챔버를 포함할 수 있다. 또한, 다중 챔버의 시스템(10)이 여기서 반응기로 총칭되는 하나 또는 그보다 많게 분리된 용기로 결합될 수 있다.
설명의 목적으로, 시스템(10)은 공급 원료으로부터 프로세스 고체, 액체 및 가스 성분들로 이용된다. 공급 원료는 고온 액체 금속 배스(18)으로 분사되어, 여기서 이들 성분들은 이들의 원자 성분들로 분해된다. 고온에서 작동하는 다중 액체 금속 배스는 상당한 장점을 제공하기 위해 성분 및 화합물의 추가의 분리를 가능하게 한다. 그러므로, 하나의 챔버 또는 배스으로부터 다른 챔버 또는 배스으로의 액체 금속의 이송을 촉진시키는 시스템은 장점을 취할 수 있다.
설명의 목적으로, 제1 챔버(12)가 주요 또는 1차 반응기 배스으로서 제공된다. 공급 원료가 제1 챔버 또는 배스(12) 내에 포함된 용융 금속(18)으로 분사된다. 용융 금속(18)은 도면 부호 20으로 총칭된 용융 금속 이송 시스템을 통해 추가로 처리하기 위해 제2 챔버 또는 배스(14)으로 이송된다. 용융 금속(18)은 추가 챔버로 또는 1차 챔버(12)로 더 이송될 수 있다.
용융 금속(18)을 이송하기 위한 다양한 수단 및 기구들이 사용될 수 있다. 이송 시스템(20)의 일 예가 설명되며 용융 금속(18)을 수평 또는 수직으로 이송하도록 구성된다. 예시적인 예에서, 이송 시스템(20)은 압력차를 이용한다. 예를 들어, 용융 금속(18a)은 챔버(12) 내에 위치되며 용융 금속(18b)은 이러한 실시예에서 챔버(12) 위의 높이에, 또는 압력 헤드에 있는 챔버(14) 내에 위치된다. 액체 금속 이송 시스템(20)은 파이핑(22) 및 제어 유닛(24)을 포함한다. 파이핑(22)은 챔버(12,14) 사이에 하나 또는 그보다 많은 유체 통로를 제공한다. 이러한 실시예에서, 도관(22a)은 챔버(12)로부터 챔버(14)로의 통로를 제공하며 도관(22b)은 챔버(14)로부터 챔버(12)로의 통로를 제공한다. 제어 유닛(24)은 하나 또는 그보다 많은 배출 포트(26a,26b) 및 챔버(12,14)에 기능적으로 또는 작동가능하게 연결된다. 챔버(12,14)로부터의 공급과 배출을 제어하고 압력차를 이용하여 제어기(24)는 다양한 챔버들을 통한 금속(18)의 바람직한 이동을 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 일면에 따라 신규한 열 차단 용기에 대한 디자인을 제공한다. 이제 도 2를 참조하면, 도 2는 단일 챔버 반응기(16)에 대한 개념도를 도시한다. 반응기(16)는 내부 용기(26) 및 외부 용기(28)를 포함한다. 내부 용기(26)와 외부 용기(28) 사이에 위치된 것은 유체 열 차단 재료(30)이다. 이러한 예에서, 열 차단 재료(30)는 액체 또는 가스이다. 열 차단 재료(30)의 일 예는 아르곤이다.
내부 용기(26)는 160 바아와 같은 압력을 가질 수 있다. 아르곤과 같은 유체 열 차단 재료(30)는 용기(26,28) 사이에 포함될 수 있으며 내부 용기 내측의 압력과 거의 유사하거나 그보다 높은 압력을 가진다. 유체 열 차단 재료(30)는 내부 온도로부터 외부 용기(30)의 차폐를 촉진시키며 압력 봉쇄 수단(pressure containment means)을 제공한다.
반응기 시스템은 유리하게는 다단계 반응에 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 배스 용기(bath vessel)는 헤드 공간에 의해 특징될 수 있으며, 제1 배스 용기의 헤드 공간은 또 다른 배스 용기, 예를 들어, 제3 배스 용기의 용융 금속 배스와 유체 소통하며; 제4 배스 용기의 헤드 공간은 또 다른 배스 용기, 예를 들어, 제2 배스 용기와 유체 소통한다. 추가의 용기가 제1 및/또는 제2 배스 용기의 상부, 하부, 사이 또는 후속하여 하우징 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 열교환기가 배스 내 생성된 열의 분산을 최적화하도록 보조하기 위해 포함될 수 있다. 다양한 조합들이 용이하게 구현될 수 있다.
반응기 시스템은 고순도의 고압 가스 스트림, 및 그 밖의 생성물을 제조하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징은 바람직하게는 (그러나 반드시 이로 제한되는 것은 아닌) 본원에 기술된 반응기를 사용하는, 고순도의 고압 스트림을 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에서, 고순도 메탄 가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을, 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 일산화탄소 및 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
b. 제1 배스 용기로부터 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 이 가스 스트림을, 제3 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P3)으로 유지되는 제3 배스 용기에 도입하고, 임의로 스팀 또는 산소 함유 공급물과 같은 산소 공급원을 첨가하고, 수소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
c. 제3 용기로부터 제3 용기 가스 스트림을 제거하고, 임의로 이로부터 SO3를 응축시키고/거나 이산화탄소를 제거함으로써 정제된 고압 수소 가스를 수득하는 단계,
d. 낮은 탄소 함량에 의해 특징되는 제4 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P4)으로 유지되는 제4 배스 용기에 스팀을 첨가함으로써 정제된 수소를 생성하는 단계, 및
e. 단계(c) 및/또는 (d)에 의해 생성된 가스 스트림을, 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만, 바람직하게는 약 800℉의 온도로 유지되는, 높은 탄소 함량에 의해 특징되는 제2 용융 금속 배스를 함유하는 제2 상부 배스 용기에 첨가함으로써 정제된 메탄을 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 특징에서, 고순도 합성가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을, 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 일산화탄소 및 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
b. 제1 배스 용기로부터 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 이 가스 스트림을 제3 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P3)으로 유지되는 제3 배스 용기에 도입하고, 임의로 스팀 또는 산소 함유 공급물과 같은 산소 공급원을 첨가하여 금속 산화물 풍부한 배스 환경을 유지시키고, 소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계,
c. 제3 용기로부터 제3 용기 가스 스트림을 제거하고, 임의로 이로부터 SO3를 응축시키고/거나 이산화탄소를 제거함으로써 정제된 고압 수소 가스를 수득하는 단계,
d. 낮은 탄소 함량에 의해 특징되는 제4 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P4)으로 유지되는 제4 배스 용기에 스팀을 첨가함으로써 정제된 수소를 생성하는 단계, 및
e. 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만의 온도로 유지되는, 높은 탄소 함량에 의해 특징되는 제2 용융 금속 배스를 함유하는 제2 배스 용기에 산소를 첨가함으로써 정제된 일산화탄소를 생성하는 단계를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 고순도 수소 가스를 제조하는 방법은
a. 탄소 함유 공급 스트림을 제1 용융 금속 배스를 함유하며 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P1)으로 유지되는 제1 배스 용기에 첨가하고, 탄소 풍부한 용융 금속 배스를 생성하는 단계,
b. 탄소 풍부한 용융 금속 배스를, 1bar 이상, 바람직하게는 100bar 이상의 압력(P2) 및 약 1000℉ 미만의 온도로 유지되는 제2 상부 배스 용기로 이송하는 단계, 및
c. 탄소 풍부한 용융 금속 배스에 스팀을 첨가함으로써 고순도 수소 가스를 생성하는 단계를 포함하다.
상기 방법은 상기 기술된 바와 같이 하나 또는 그 초과의 반응기, 예컨대 이중 결합된 반응기 또는 한 쌍의 이중 결합된 반응기를 사용할 수 있다.
상기 방법은 용융 금속 배스를 사용하는 것을 고려한다. 용융 금속 배스는 다수의 금속 화학종을 포함할 수 있으며, 반응성 또는 비반응성 화학종을 포함할 수 있다. 반응성 화학종은 바람직하게는 산화/환원 반응이 일어나는 것들이다. 니켈 및 철이 선택될 수 있으며, 철이 바람직하다. 반응성 화학종은 그 자체로 용융될 필요가 없음은 물론이다. 일 구체예에서, 반응성 화학종은 고체로서, 예를 들어, 줄밥 철(iron filings)의 형태로 첨가되고, 유지될 수 있다. 용융 금속 배스는 현탁(suspension)을 용이하게 하고, 배스에서의 층 형성을 피하기 위해 고체 반응성 화학종과 실질적으로 동일한 밀도를 가지도록 선택될 수 있다. 일 구체예에서, 용융 금속 배스는 용기들 간(예를 들어, 메탄 또는 합성 가스 생성 시스템의 제1 용기와 제2 용기 간)의 정제된 탄소 전달을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 제1 용기와 제2 용기에 대한 일 바람직한 배스는 줄밥 철이 그 안에 현탁되어 있는 Sn/Pb 합금일 수 있다.
금속 배스는 또한 안티몬(Sb), 코발트(Co), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 납(Pb), 텅스텐(W), 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 금(Au), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 백금(Pt), 루테늄(Re), 셀레늄(Se) 및/또는 텔루륨(Te)을 포함할 수 있다.
본 방법에 사용되는 공급원료는 일반적으로 탄소 함유 물질이며, 바람직하제는 탄화수소 함유 공급원료이다. 적합한 공급원료로는 석탄, 석유 코크스, 갈탄, 오일-셰일(oil-shale), 천연 가스 또는 생물연료(biomass), 액체 또는 가스상 탄화수소(예를 들어, 메탄, 에탄 등)이 포함된다. 폐기물, 예컨대 파운드당 약 4,000BTU 이상의 열 함량을 지닌 폐기물 또한 사용될 수 있다. 공급원료의 조합은 개선되거나 최적의 탄소, 산소, 나머지 량의 물을 제공하도록 선택될 수 있다.
공급원료는 오거 압출(auger extrusion), 저부 또는 측부 주입을 포함하나 이로 제한되는 것은 아닌 여러 수단, 또는 스팀-냉각 탑 랜스(steam-cooled top lance) 주입에 의해 첨가될 수 있다.
반응기와 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 적어도 1, 2, 3, 4 또는 모든 배스에서의 압력은 약 1bar 이상, 예컨대 적어도 약 10bar 또는 그 초과, 예를 들어 1(또는 10) 내지 약 600bar의 압력에서 유지될 수 있다. 바람직하게는, 압력은 약 150 내지 200bar의 범위에서 유지된다. 반응기 또는 용기(들), 압력은 탄화수소 공급원료 첨가 속도에 의해 조절되거나 유지될 수 있다.
본 발명은 용융 금속 배스가, 금속을 들어올리고, 수직 및/또는 대각선 방향으로 금속 전달 배관의 저항성을 극복하는데 요구되는 압력보다 큰 압력차를 유지함으로써 배스 용기들(예컨대 수직으로 배열된 배스 용기들) 간에 용이하게 이송될 수 있음을 발견한 것에 관한 것이다. 이 특징은 반응기와 관련하여 더욱 상세히 논의된다.
(본원에서 제3 및 제4 배스 용기에서 설명된 바와 같이), 이황화수소, 일산화탄소 및/또는 물의 변환시, 배스는 바람직하게는 적어도 금속 또는 합금의 용융점(예를 들어, 1000℉)보다 높고, 일반적으로 약 3000℉ 이하인 온도(예를 들어, 약 2000℉ 내지 약 3000℉)에서 유지된다. 일반적으로, 탄소의 메탄으로의 변환시에 사용되는 배스는 800 내지 1000℉보다 높지 않다. 이와 같이, 제1 배스 용기에서 공급원료의 일산화탄소 및 탄소로의 변환은 또한 일반적으로 1000℉보다 높지 않다.
본원에서 기술된 방법은 흔히 중금속 및 수은과 같은 소정량의 불순물을 함유하는 공급원료를 사용한다. 대대수의 중금속이 제1 용기의 슬래그 층에서 공정으로부터 제거된다. 그러나, 수은은 종종 제1 용기로부터 제거된 가스 스트림에서 제거된다. 일 구체예에서, 본 발명은 제3 배스 용기에 도입되기 전에, 또는 제3 배스 용기에서 배스 용기 가스 스트림으로 배출된 후에라도 Hg를 추출하는 단계를 추가로 포함한다.
유사하게, 탄화수소 공급원료는 일반적으로 황을 함유한다. 탄화수소 공급원료를 용융 금속 배스에 첨가하는 것은 일반적으로 황을 황화수소로 변환시킨다(예를 들어, 제1 배스 용기에서). 산소를 용융 금속 배스(예를 들어 제3 배스 용기에서의)에 첨가하여 금속 산화물이 풍부한 배스를 유지시키는 것은 황화수소가 SO3로 변환되게 하고, 이어서 SO3는 제3 배스 용기에서 배출되는 오프 가스(off gas) 스트림에서 제거된다. 본 발명은 물로 켄칭함으로써 상기 오프 가스 스트림으로부터 SO3를 추출하여 매우 유용한 납품가능한 제품인 H2SO4를 생성하는 추가 단계를 고려한다.
또한, 고압 이산화탄소가 제3 배스 용기에서 생성된다. 본 방법은 제2 수직 배스 세트의 하부 배스의 오프 가스 스트림에서 CO2를 분리시키는 선택적 단계를 고려한다. 이산화탄소는 추가의 적용예에서 사용될 수 있으며, 초임계 유체로서 수득될 수 있다. 초임계의 또는 다른 고압의 CO2 가스 스트림이 증진된 오일 회복을 위해 CO2 파이프라인 직접 주입에 사용될 수 있다. 염수 대수층(saline aquifer)으로 격리될 수 있다.
청구항 제1 항의 방법은 제1 상부 용융 금속 배스 내의 용해된 탄소를 물로 산화시켜 CO + H2를 생성하는 단계를 포함한다.
본원에서 기술된 방법은 수개의 화학물질을 사용한다. 예를 들어, 본 방법은 반응성 배스 금속(예를 들어, Fe)을 스팀으로 산화시켜 금속 산화물 및 수소 가스를 생성함으로써, 메탄 및 균질한 탄화수소를 생성하기 위한 환원 가스로서 상부의 제1 배스로 반송되는 제2 수직 배스 세트 중 상부 배스의 오프 가스 스트림으로부터 회수된 H2를 재순환하는 것을 고려한다.
상기 기술된 바와 같이, 본 방법은 슬래그 층을 생성하는 것을 고려한다. 슬래그 층은 불순물을 제거하고, 먼지 및 재를 억제하는 것을 돕는다. 따라서, 본 발명의 방법은 Ca, Fe, K, Mg, Na, Si, Sn, Ti 등의 일반적인 산화물로 이루어진 융제(flux)를 첨가함으로써 슬래그 층을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
2개, 3개, 4개 또는 이를 초과하는 배스 용기 간의 압력 균형을 유지시켜 본원에 기술된 시스템 및 공정의 효율을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 4개의 용기 시스템에서, 제1 배스 용기에서의 압력이 대개 또는 항상 제3 배스 용기에서의 압력 보다 크고, 제3 배스 용기의 압력이 일반적으로 제4 배스 용기 보다 큰 압력으로 유지되며, 제4 배스 용기의 압력이 일반적으로 제2 배스 용기 보다 큰 압력으로 유지되도록 상대적인 압력을 유지한다. 이러한 배열은 가스를 압축시키지 않으면서 모든 배스들 간에 가스 물질의 최적의 이동을 가능하게 한다. 용기가 또한 한 쌍의 수직으로 배치된 용기들로서 유지되는 경우에, 이러한 배열은 한 쌍의 용기들 간에 양호한 용융 금속 이동을 가능하게 한다.
일 구체예에서, 고체 지지 촉매 대신에, 용융 금속 촉매를 이용한 탄소 원자의 탄화수소로의 H2 환원은 유사한 고체 촉매 표면적을 제공하기 위한 구조적 요건들을 감소시키고 유사한 수율의 탄화수소를 얻기 위해 요구되는 과도한 온도로부터 고체 촉매가 용융될(meltdown) 가능성을 감소시키면서, 전체 촉매 표면적을 증가시킨다.
상기 방법과 관련하여, 모든 적용에서 모든 단계가 요구되는 것은 아니고/거나 하나의 단계가 동등한 공정 단계에 의해 대체될 수 있는 것으로 이해된다. 이에 따라, 본 발명은 상기 기술된 단계들 중 1개, 2개, 3개, 4개, 모두에 의해 특징되는 공정을 포함한다. 일부 구체예에서, 탄화수소 공급원료(들)가 도입되는 배스 용기는 또한 개조될 수 있다. 이에 따라, 상세하게 기술된 공정들이 대개 제1 배스 용기로의 공급 원료의 첨가를 언급하지만, 공급원료는 임의의 다른 배스 용기에 첨가될 수 있는 것이 가능하다.
합성 천연가스(SNG) 또는 순수한 메탄의 직접 생산을 위한 두개의 이중 배스 반응기 또는 쿼드 구성(quad configuration)이 사용될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 고농도의 탄소 함유 단편(예를 들어, 적어도 15 중량%의 탄소를 갖는 공급원료)은 연결된 용융 반응기로 옮겨진다. 이러한 공정의 단계는 (a) 탄화수소 공급물을 예를 들어 탄화수소 공급물을 용융 금속 배스 중에 용해하거나 현탁시키는 수소 및 탄소 함유 단편으로 분해시켜 전체 탄소 농도를 증가시키는 150 내지 200 bar의 작업 압력에서 하부 주입에 의해, 제1 용융 금속 배스(예를 들어, "제1 Sn 배스")에 도입함을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 배스 금속은 금속, 또는 금속의 합금, 예를 들어, Fe, Ni 또는 관련된 "활성" 배스 금속을 포함할 수 있다.
바람직한 작업 모드에서, 용융 금속 중의 탄소 농도는 이의 용해도 한계를 초과하지 않도록 조절된다. 얻어진 수소-풍부 가스 (H2) 스트림은 또한 CO를 함유할 수 있다. CO의 생산은 일반적으로 탄화수소 공급물 중에 함유된 산소의 몰량에 비례한다. 이러한 가스 스트림 및 N, S, Hg 및 다른 가스 오염물의 부산물, 및 개입 먼지(임의의 경우)는 이후에 제2 반응기(예를 들어, "제1 Fe 배스")로 옮겨진다.
이러한 후자의 배스는 바람직하게 실질적으로 탄소와 다른 불순물이 존재하지 않는 부분적으로 산화된 금속을 상부 "2차 Fe 배스"에 제공하는 동안 제1 배스(예를 들어, "제1 Sn 배스")로부터 기원한 가스 스트림을 주로 CO2, SO3, N2 및 H2로 전환시키기 위해 산소 공급원으로서 제공될 수 있는 고도의 산화된 금속 (예를 들어, FeO)을 가진다. 제1 용융 금속 구역(예를 들어, 주 Sn 배스)으로부터의 공정 가스의 분리는 연속적인 콘덴서에서 Hg 및 SO3를 제거하고 압력 변동 흡착(pressure swing absorption, PSA)에 의해 CO2로부터 H2를 제거함으로써 달성된다.
제1 용융 금속 배스의 일부, 또는 제1 Sn 배스는 수직 정렬된 반응기 배스들 간에 압력 차이를 기초로 하여 작동시킴으로써 연결된 상부 금속 함유 배스 ("제2 Sn 배스")로 가역적으로 이동될 수 있다. 이동을 위해 요구되는 압력 차이는 배스 금속의 비중 및 상승 높이(컬럼의 인치)에 대한 관계의 함수이다. 하부 금속 배스와 상부 금속 배스 간의 압력 차이를 변경시켜 이동 속도를 조절할 수 있다. 금속 이동은 또한 예를 들어 배출 가스 제어 밸브 및 공급원료 주입 속도를 이용하여 압력을 떨어뜨리거나 높임으로써 조절될 수 있다. 상부, 또는 "제2 Sn 배스"에는 용해된 탄소와 반응시켜 CO+H2를 1:1 몰비(합성가스)로 생산하기 위해 스팀이, 또는 하기에 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 메탄을 형성시키기 위해 수소 가스가 주입된다.
일 구체예에서, 금속은 상부 배스에서 하부 배스로 이동될 수 있으며, 압력 차이를 교차시키는 작업이 요구된다. 반응기들 사이의 배스 압력을 조절하는 것은 또한 예를 들어 압력 강하를 선택함으로써 하나의 반응기에서 다른 반응기로 가스의 이동을 촉진시킬 수 있다. 제1 배스 용기에서의 상대적인 압력(P1)을 상부 또는 제2 배스 용기에서의 압력(P2)보다 큰 하부 또는 제3 배스 용기에서의 압력(P3) 보다 크게 유지하는 것이 특히 유용하다. 상부 또는 제2 배스가 항상 다른 3개의 배스 보다 낮은 압력으로 유지되는 경우에, 가스상 물질은 항상 간헐적인 가스 압축에 대한 필요성 없이, 배스 압력이 감소하는 순서로 상부 배스로 이동될 수 있다.
고순도, 고압(초임계) CO2 가스 스트림을 형성시키는 것이 특히 유리하다. 자본 비용 및 가스 압축을 위한 에너지 비용과 관련된 주 비용은 전체 공정 지출의 최대 20%까지 부가할 수 있다. CO2 가스 스트림이 초임계 조건하에서 반응기에서 배출된다는 사실은 향상된 오일 회수를 위한 직접 CO2 파이프라인 주입을 위해 또는 염수 대수층으로 고립되게 하기 위해 아주 유리하게 사용될 수 있는데, 이는 이러한 것이 압축 비용을 제거할 수 있기 때문이다.
이러한 공정의 다른 바람직한 작동 모드는 불순물이 존재하지 않는 "제1 하부 Fe 배스"에서의 고도로 산화된 액체 금속 (Fe/FeO)을 약 200 bar의 압력을 유지하는 상부 "제2 Fe 배스"로 압력 차이를 이용함으로써 이동시켜 순수한 메탄(CH4) 스트림을 생산하는 것이다. 대안적으로, 금속 배스는 Pb, Sn 또는 다른 금속, 및 합금을 포함할 수 있다. 고도로 산화된 상태의 하부 "제1 Fe 배스" 금속 배스는 연속 방식으로 연결된 상부 배스로부터 용해된 FeO를 함유한 용융 금속을 중력으로 이동시킴으로써 유지될 수 있다. 상부 "제2 Fe 배스"가 기본적으로 금속을 추가로 산화시키기 위해 스팀이 주입될 때 모든 탄소 및 다른 해로운 불순물 (예를 들어, N, S, Hg)이 존재하지 않기 때문에, 순수한 H2 스트림이 생산된다. 이러한 순수한 H2 스트림은 연속적으로 제거될 수 있거나, 이러한 적용에서,
순수한 CH4의 생산을 최적화하기 위하여, 약 800℉ 미만의 온도에서 유지되는 탄소 포화 상부 액체 금속 배스 ("제2 Sn 배스")로 주입될 수 있다.
또한, 메탄의 생산을 위한 탄소 원자의 직접 환원의 화학양론은 2H2를 필요로 한다는 것에 주목한다. 이는 Ni 촉매에 비해 합성 가스(CO:H2)를 사용하는 통상적인 방법과는 다른 장점인데, 왜냐하면, 이러한 공정은 물이동 반응(water shift reaction)(CO + H2O = H2 + CO2)과 직렬로 작동되어야 하며, 메탄화 단계는 물 분자의 형성과 함께 3H2의 전체 소비를 필요로 하기 때문이다.
메탄과 관련된 탄화수소의 생산을 위해 용융 금속 촉매를 사용하는 것에 대해 다른 장점들을 갖는다. 당업계에 공지된 바와 같이, 이러한 타입의 탄소 원자 환원을 수행할 수 있는 대부분의 공정들은 고체 촉매 지지체 상에 흡착된 금속 촉매를 사용한다. 이러한 방법은 용융 금속 촉매에 대한 표면적이 매우 감소된다는 단점을 갖는다. 이러한 타입의 촉매 표면은 요망되는 환원 수율에 영향을 미치게 하기 위해 흔히 비교적 고온을 요구하며, 그 결과 높은 발열반응을 수행하는 것은 촉매 용융과 함께 "과열점(hot spot)"을 일으킬 수 있다.
본 발명의 방법은 메탄, 합성가스 및 수소의 대량의 고품질 고압 가스 스트림의 비교적 저비용 생산을 목적으로 한다. 이러한 높은 가치의 가스 스트림에 대한 이용가능한 생산 방법과 관련된 높은 비용은 더욱 경제적이고 환경친화적인 방법에 대한 필요성을 요구한다. 본 발명에 따르면, 높은 가치의 고품질 고압 가스 스트림은 경제적으로 생성될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 용융 금속 배스 중 탄화수소 공급원료의 탄소질 성분을 화학적으로 산화시키거나 환원시킴으로써, 일렬로 결합된 금속 배스에서의 추가의 이동 및 정화를 위한 가스상 생성물을 생산하고 회수하는 방법에 관한 것이다. 탄화수소의 조성물은 석탄 공급원, 예를 들어 일리노이스 번호 6 석탄(Illinois No. 6 coal), 석유 코크스, 오일, 예를 들어 번호 6 연료 오일, 생물연료 및 생물연료 블랜드 또는 충분한 BTU 값을 갖는 폐 탄화수소 공급원으로부터 경제적으로 유도될 수 있다.
용융 금속 배스는 바람직하게 철(Fe) 또는 주석(Sn) 또는 이러한 두개 금속의 합금으로 이루어질 수 있다. 특정의 금속 합금은 두개 이상의 금속의 배합으로부터, 또는 하나 이상의 이러한 금속의 산화물(예를 들어, Fe2O3 또는 SnO2)을 용해된 탄소 또는 CO 등의 작용에 의해 배스내에서 금속 산화물의 이의 개개의 금속으로의 인시튜 환원을 위한 용융 금속 배스에 도입함으로써 유도할 수 있다. 액체 금속 배스는 또한 안티모니(Sb), 코발트(Co), 게르마늄(Ge), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 납(Pb), 및 아연(Zn)을 포함할 수 있는 일련의 반응성 금속으로부터 유도된 하나 이상의 금속을 함유할 수 있다. 당업계에서 널리 공지된 바와 같이, 이러한 소위 "반응성 금속" 및 이들의 금속 산화물들은 배스의 산소의 온도 및 부분압에서, 탄소의 일산화탄소로의 전환을 위한 에너지 보다 큰, 산화의 자유 에너지를 갖는다. 반대로, 금속 배스는 또한 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 금(Au), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 백금(Pt), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 셀레늄(Se) 및 텔루륨(Te)을 포함할 수 있는 일련의 비교적 "비반응성 금속"으로부터 얻어진 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 후자 리스트의 가능한 배스 금속은 배스 온도 대 일련의 금속에 대한 산소의 부분압 (PO2)의 자유 에너지의 플롯에 의해 표시되는 "CO 라인" (2C + O2 = 2CO) 위에 존재하는 것이다. 본 방법의 조건하에서 이러한 비교적 "비반응성 금속"은 비교적 높은 금속 및 금속 산화물과 균등한 산소 부분압(PO2)를 가져야 한다. 이러한 금속은 금속 산화 단계에서 실제로 수반되는 금속 배스 내에서 효과적인 농도의 활성 금속을 제한하도록 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 일련의 금속 배스는 본 발명의 방법의 실행에 적합한 전체적인 반응기의 한 구체예이다. 본 발명자들은 주조된 금속 배스 반응기에 대해 임의의 한 설계에 제한되는 것을 원치 않는 반면, 도 3에 기재된 다중 액체 금속 배스 반응기에 대한 독특한 몇 가지 설계 요소가 존재한다. 고온 액체 금속 배스 보유 용기(containment vessel)는 200 bar를 넘는 높은 압력에서 작동하도록 고안된다. 가특허출원 제61/025,684호가 출원되었는데, 이 출원은 이러한 반응기를 더욱 상세하게 개재하고 있다. 주조된 금속 배스 자체는 금속 배스보다 높은 압력에서 유지되는 고압 보유 용기로 둘러싸여 있다. 이 시스템은 이러한 가스화 시스템에 대한 종래 기술에 대해 신규한데, 이는 금속 배스에 대한 보유 용기의 구조적 보전성은, 배스(bath) 안에서 금속의 높은 작동 온도에 노출되는 동안, 200 bar 압력에서 높은 작동 온도에 직접적으로 노출되지 않고 이것은 유리하기 때문이다. 외부 가스 존은 또한 온도 감속재에 비해 충분한데, 이는 외부 강철 압력 용기는 액체 금속 배스 내에서 고온을 겪지 않기 때문이다. 이것이 본 설계 및 작동의 안전성에서 본 발명의 분명한 이점이고, 이는, Kindig et. al. (U.S. Publication No. 20020124466)의 발명에서 상술되었듯이, 석탄 가스화는 바람직하게는 주위 또는 거의 주위 압력에 가까운 압력(5psi를 초과하지 않음)에서 작동되기 때문이다. 유닛이 상승된 압력에서 작동될 경우, 상당한 양의 메탄-함유 생산물이 형성되고, 이는 수소 가스 스트림을 오염시킬 수 있다. 고압은 또한 반응기 안에서 체류시간에 이점을 제공하여 반응기 안에서 적합한 스팀 체류 시간을 보장한다. 하지만 더욱 중요한 것은, 오프 가스 생산물 스트림이 종종 200bar까지 도달하는, 금속 배스 작동 압력으로부터 단지 약간 감소된 압력으로 반응기를 나간다는 것이다. 이것은 가스성 생산물, 예컨대 합성가스가 높은 압력을 필요로 하는 응용에서, 오프 가스를 압축하는 것과 관련된 자본 비용면에서 명백한 경제적 이점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 신규한 관점은 액체 금속 전달 시스템이다. 종래 관습은 액체 금속 배스 내의 금속의 움직임이 공정의 비용 효과를 떨어뜨리도록 지시하는 반면, 본 발명은 수직 정렬로 반응기 배스 사이에서 차압에 기초하여 작동한다. 본 발명자들이 이미 반응기 내의 고압에 있기 때문에, 낮은 위치에서 높은 위치로 탄소 포화된 금속을 펌핑하는 비용은 작동 비용에 직접적으로 추가되지 않는다. 따라서, 고압에서 금속 전달 속도의 적절한 제어는 선행기술에 비해 중요한 이점이라 하겠다. 금속 전달 속도는 배출 가스 제어 밸브 및 공급원료 주입 속도를 이용하여 방출 또는 빌딩(building)에 의해 조절될 수 있다. 하부 배스에서 상부 배스로 금속을 움직이는 것은 금속을 올리고, 금속 배관 전달의 저항을 극복하는데 요구되는 압력보다 더 높은 압력 차이를 필요로 한다. 주로, 금속 배관 전달 저항을 극복하는 중력은 상부 배스로부터 하부 배스로, 주조된 금속의 반송(즉, 거대한 열화 탄소)을 발생시킨다. 금속 전달 시스템은 사용된 금속 촉매 및 공급원료에 따라 배관 전달 제어 밸브와 함께 또는 없이 이용될 수 있다.
작동시 액체 금속 유동을 비롯하여 가스 유동의 속도의 적절한 제어는 이러한 다중 배스 반응기 설계의 또 다른 독특한 특성이다. 따라서, 반응기 내의 뜨거운 금속 및 가스의 유동 자체는 침지 배스 고정 스트리퍼(immersed bath static strippers)에 의해 설계됨에 의해 저해된다. 이러한 유동의 중간 방해의 용도는 독특한 것으로, 액체 금속은 배스 내에서 증가된 체류 시간에 영향을 미치는 스트리퍼에 의해 변환되는 반면, 스트리퍼를 통한 가스 유동은 감소된 가스 버블 크기를 제공한다. 감소된 기포 크기와 조합하여 고압에서의 배스 작동은, 거대한 가스 버블이 표면에서 부서짐에 의해 야기되는 스플래싱과 함께 거친 표면(turbulent surface)을 지니는 선행 기술에 비해, 유착 액체 금속 배스 표면(coalescent liquid metal bath surface)을 제공한다. 정지 표면(quiescent surface)는 또한 가스 생산물의 오염 및 용기 벽 상의 금속 및 슬래그의 스플래싱을 최소화시킨다.
반응기 내로 공급원료를 도입시키는 방법 또한 본질적으로 중요하다. 본 발명자들은 임의의 한 공급 시스템 유형에 제한되는 것을 원치 않으나, 본 발명의 바람직한 모드에서 물질은 직접적으로 주조된 금속 배스 내로 공급되어야 한다. 이것은 분해 속도 및 이에 따른 압력의 상승이 측정가능한 수단으로 제어된다는 사실을 보장한다. 고체의 바람직한 공급 도입의 수단(거의 일정한 크기의 미립자 수단으로 표현됨)은 고체로서 또는 슬러리 형태로 오거 압출에 의해 도입될 수 있다. 가스 및 액체는 당업계에 알려져 있듯이 잘 확립된 방법으로 도입될 수 있다.
이 다중 액체 금속 배스 반응기 시스템은 두 개 이상의 다중 배스 반응기를 이용한 모드에서 효과적으로 사용될 수 있다. 바람직한 구체예는 합성 천연 가스(SNG) 또는 순수한 메탄의 직접 생산을 위한 두 개의 이중 배스 반응기 또는 쿼드 형태(quad configuration)의 용도이다. 도 3을 참고하여, 고체 탄화수소 공급원료(석탄 또는 석유 코크스를 포함하나 이에 제한되지 않음)는 흡입구(1)을 통해 150-200 bar의 조절된 압력을 발생시키는 속도로 반응기의 하부 Sn 배스(2)로 공급된다. 탄화수소 공급원료의 열 해리시, 공급원료에 존재하는 수분은 용해된 탄소를 CO 가스와 H2로 산화시킨다. 탄소의 과-산화는 CO2를 형성시킨다. 배스의 조건은 선택될 수 있어, 용해된 탄소로 포화된 배스는 흡열성 환원의 결과 CO로 돌아가도록 할 것이다.
CO2 + C = 2CO
하부 배스(2)로부터의 CO 및 추가 오프가스는 일반적으로 H2S, N2 및 Hg를 포함하는 오염물질을 포함할 것이다. 이러한 가스 스트림은 가스 전달 스트림(6) 및 흡입구(12)를 통해 하부 철(Fe/FeO) 배스(13)로 공급된다. 하부 철 배스(13)는 FeO가 풍부하고, 부분적으로 산화된 무탄소 철 금속을 제공하면서, 수은을 밖으로 응축시킨 후, (2)로부터의 합쳐진 가스를 주로 CO2, SO3 및 H2로 변환시키며, 그 후 전달 라인(15)를 통해 상부 철 배스(18)로 전달될 수 있다.
CO로의 변환 내에서 공급원료로부터 유래된 물은 열 에너지를 하부 Fe 배스로 제공하면서 발열적으로 CO2로 산화된다. 따라서, 공급원료 내에 존재하는 물은 선행 기술 공정에 비해 필수적인 유해한 문제가 아니다. 따라서, 제1 구체예에서, 상기 공급원료는 선택적으로 물, 예를 들어 최대 약 70 중량%, 바람직하게는 최대 50 중량%, 더욱 바람직하게는 최대 약 20 중량%의 함량으로 물을 포함할 수 있다. 몇 가지 구체예에서, 물 또는 스팀은 이 목적을 위해 공급원료와 함께 또는 별개로 배스(2)로 정확하게 주입될 수 있다. 예를 들어, 스팀은 공급원료 내에서 60 중량% 이상의 탄소, 바람직하게는 약 10 내지 40 중량%의 함량으로 첨가될 수 있다. 첨가된 물의 함량은 공급원료 내에서 최대 약 70 중량%의 탄소의 총 물 함량에 도달하기 위해 공급원료 내에 최초로 존재하는 물의 함량과 관련이 있다. 다른 구체예에서, 물은 동일계에서(in situ) 생성되도록 스팀을 위해 배스 안으로 주입될 수 있다.
하부 배스(2)는 선택적으로, 탄화수소 공급원료에 대한 세척기(scrubber)로서의 역할을 할 수 있고, 이에 따라 상당한 양의 탄소를 포함하는 탄소-포화된 Sn 금속 또는 Sn 금속 구성요소를 제공한다. 바람직하게는, Sn 금속 구성요소는 실질적으로 불순물이 존재하지 않는다. Sn 금속 구성요소는 압력차 또는 기계적으로 전달 라인(5)를 통해 상부 Sn 배스(8)로 전달될 수 있다. 상부 철 배스(18)는 바람직하게는 실질적으로 용해된 탄소가 존재하지 않는다. 스팀은 주입구(17)을 통해 배스(18)에 주입되어, Fe 금속을 추가 산화시키고 FeO 및 순수 H2를 생성시킨다.
이러한 고도로 정제된, 고압 H2 가스 스트림은 (21) 지점으로부터 방출하고 전체 또는 부분이 회수될 수 있고/있거나 밸브(11)을 통해 탄소 포화된 상부 액체 Sn 금속 배스(8) 안으로 주입된다. 고도로 정제된, 고압 CH4는 상부 액체 Sn 금속 배스(8) 내에서 용해된 탄소의 환원에 의해 생산될 수 있다. 상부 Fe 배스(18) 내의 Fe/FeO 금속 스트림은 하부 Sn 배스(2)로부터의 오프 가스 스트림에 의한 환원을 위해 전달 라인(19)을 통해 하부 Fe 배스(13)로 전달될 수 있다. 시스템(헤드 공간 4, 10, 14 및 20) 도처에 고압(예를 들어, 약 150-200 bar 사이)이 유지되어 생산물 가스 스트림의 순도 및 압력을 최적화시킨다. 이러한 연합된 일련의 금속 배스의 용도는 공지된 방법으로부터 명백히 벗어난 것임을 나타내며, 기존의 가스 세척 및 고체 폐기물의 처분을 필요로 하지 않는 시스템을 제공할 뿐만 아니라, 추가적으로, 이러한 동반된 불순물들을 시장성 있는 고압 오프 가스 스트림(CO2, SO3 및 H2)으로 변환이 가능하게 한다.
필요에 따라, (3) 지점에 존재하는 슬래그를 통해 하부 Sn 배스(2)로부터 슬래그가 제거된다. 탄화수소 공급물(예를 들어 높은 재 함량을 동반한 공급물)가 하부 최초 주조 금속 배스(2)를 통해 통과되어, 슬래그 층에서 탄화수소 공급물로부터 먼지 부분을 우선적으로 분리할 수 있다. 먼지 부분이 슬래그 층 내에 동반되어 있기 때문에, 헤드 공간(4)에 존재하며 이에 따라 배기구(6)을 통해 가스 스트림에서 제거된 먼지의 농도가 감소될 수 있다. 슬래그는 바람직하게는 탄화수소 공급원료로부터 생성된 먼지의 일부 또는 전부를 이동시키고, 이것은 탄화수소 공급원료가 높은 재 함량을 가지고 있는 경우 특히 사실이다.
본 발명의 방법의 바람직한 구체예에서, 탄화수소 공급물로부터의 황은 또한 제거될 수 있고/있거나 공정으로부터 회수될 수 있다. 생산된 SO3는 응축에 의해 가스 스트림(16)으로부터 제거될 수 있다. 물과의 켄칭(Quenching)은 최대 90% 및 90% 이상의 순도를 지니는 황산(H2SO4) 및 상당한 경제적 가치의 부산물을 생산한다.
주조된 금속 반응기는 도 3에 도시된 바와 같은 결합된 반응기 두 세트를 포함할 수 있거나, 도 3에 도시된 바와 같이 수직으로 정렬된 두 개의 주조 금속 배스(배스(2) 및 배스(8))와 같은 하나의 결합된 반응기를 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 하부 금속 배스로부터의 오프 가스는 여기서 생산된 합성가스로부터 불순물을 제거하기 위해 종래 수단으로 세정될 수 있다. 이러한 구체예는 고압의 유지 및 가역 금속 순환의 명백한 이점을 보존하여, 이로서 오프가스 및 슬래그와 함께 존재하는 먼지로서 하부 배스에 존재하는 공급 원료 불순물(예를 들어 S 및 Hg)이 실질적으로 존재하지 않는 상부 배스를 보장한다. 예를 들어, 이러한 모드에서의 작동은 Fe, Sn 또는 비교가능한 금속 합금의 수분 유도 산화로부터 고 순도, 고압 수소 가스 스트림의 생산에서 명백한 이점을 제공한다. 수직적으로 병렬된 단지 두개의 금속 배스가 관련된 본 발명의 이러한 구체예에서, 탄화수소 공급물로부터의 황은 또한 하부 주조 금속 배스 내에서 쌓이고, 황화수소를 형성하도록 반응하고, 고압에서 종래 수단(예컨대, 부식제거법 등)에 의해 고압에서 오프 가스로부터 제거될 수 있다.
금속 배스의 최초 액체 상태는 플라즈마 토치, 전기 아크 또는 가장 바람직하게는 유도 코일 가열에 의해 성립될 수 있다. 철 배스의 요망되는 온도(최대 3000℉)는 코일 또는 루프를 통한 유도 전기 흐름에 의해 또는 주입된 산소에 의한 Fe의 발열 산화에 의해 유지될 수 있다. 하부 Fe 배스(13)의 온도는 CO의 CO2로의 산화에 의해 증가될 수 있다.
미리결정된 양의 스팀을 주입 지점(21)을 통해 배스(18)로 주입하기 위한 적합한 수단은 간단한 스팀 랜스(lances)를 포함한다. 스팀 주입은 물과 철의 반응때문에 공정의 온도를 효과적으로 제어하는데 이용될 수 있는 한가지 수단이다. 철 및 주석 배스는 상당히 다른 온도에서 작동되어야 하기 때문에, 열교환기를 통해 2000℉에 도달하는 온도에서 가스 밸브(21)를 나가는 H2 가스 스트림을 통과시킨 후, 이 H2 환원제 스트림을 온도가 900℉을 초과하지 않아야 하는 입구 밸브(11)를 통해 상부 Sn 배스(8)로 도입시키는 것이 필수적이다. 하지만, 이러한 온도 감소로부터 잠재적인 열은, 동반된 물 환원 단계에서 사용된 스팀의 생산을 위해 유용하게 사용될 수 있다. 추가적으로, Fe 배스로부터 열 에너지의 전달(기본적으로 발열 조건에서 작동)은, 물에 의한 탄소의 흡열 산화가 배스 온도를 감소시키는 경향이 있는 Sn 배스에서 열 균형을 개선시킬 수 있다.
실시예
실시예 I
고순도, 고압 메탄(CH4)을 79.0% 탄소, 3.6% 수소, 6.7% 황 및 9.0% 물을 함유하는 석유 코크스 공급원료로부터 얻었다. 미분된 석유 코크스를 1 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해에 의해, 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지함으로써 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송관(9)을 통해 전달되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 0.39 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다.
합한 오프 가스(CO, H2, H2S, Hg 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 CO가 전체적으로 또는 부분적으로 CO2로 산화되었고, 이에 의해 배스 온도를 전체적으로 또는 부분적으로 유지하기 위해 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다.
용융된 Fe/FeO가 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 상부 가스 공간(20)은 141 bar에서 유지되었다. 스팀(0.60 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되었다. 순수 수소의 고압(141 bar) 스트림이 생성되고, 이는 가스 밸브(21)(0.07 lb/sec)를 통해 배출되었다. 수소 가스는 1900℉의 유입구 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스는 가스 밸브(16)를 통해 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 0.09 lb/sec의 속도로 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 0.09 lb/sec의 속도에서 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니, CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 존(10) 내 가스는 750℉의 온도를 지니며, 이는 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 0.62 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 밀봉가능한 생성물이 남아있는 오프 가스; 0.17lb/sec의 SO3 및 1.18 lb/sec의 CO2로부터 생성되었다.
배스(8)에서의 Sn은 Sn 배스(2)로 다시 재사용되었다. 마찬가지로, 조(18)에서 Fe 배스는 Fe 배스(13)로 재사용되었다. 이 방법은 바람직하게는 연속적인 방식으로 실시되었다.
실시예 II
고순도, 고압 메탄(CH4)을 55.5% 탄소, 4.7% 수소, 2.2% 황, 9.7% 물 및 3.4%의 재를 함유하는 70% 생물연료/30% 펫코크(petcoke) 배합된 공급원료로부터 얻었다. 미분된 탄화수소 공급원료를 13 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 이 탄화수소 공급원료에 열 분해가 실시되었다. 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 유지되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 전달되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 0.02 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위해 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(5.3 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압(141 bar) 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.6 lb/sec)를 통해 배출되며 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(0.8 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소(4.0 lb/sec)를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 5.3 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 밀봉가능한 생성물이 남아있는 오프 가스; 0.7 lb/sec의 SO3 및 11.7 lb/sec의 CO2로부터 생성되었다.
실시예 III
고순도, 고압 메탄(CH4)을 60.5% 탄소, 4.1% 수소, 2.6% 황, 13.6% 물 및 9.9%의 재를 함유하는 일리노이 No. 6 석탄 공급원료로부터 얻었다. 미분된 석탄을 14.2 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 이 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 2.1 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(5.9 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.7 lb/sec)를 통해 배출되며 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(1.0 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되었다. 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 6.7 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 남아있는 오프 가스(0.9 lb/sec의 SO3)로부터 생성된 밀봉가능한 생성물은 H2SO4로 회수되었고, 13.1 lb/sec의 CO2는 고순도, 고압 가스 스트림으로서 이송되었다.
실시예 IV
고순도, 고압 메탄(CH4)을 85.0% 탄소, 9.7% 수소, 2.1% 황 및 0.7% 물을 함유하는 No. 6 연료유 공급원료로부터 얻었다. 공급원료를 8 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해에 의해 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 3.2 lb/sec의 물이, 주입 지점(1)을 통해 하부 Sn 배스(2)에서 C를 CO로 산화시키기 위한 배스(2) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 두 공급원, 즉 공급원료 및 추가량의 물로부터의 CO가 CO2로 산화되어, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지가 제공되었다. 149 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)에서부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(3.6 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었는데, 이것은 가스 밸브(21)(0.4 lb/sec)를 통해 배출되는 1900℉의 온도에서 열 전달기로 유입되는 동시에, 수소 가스(1.1 lb/sec)가 가스 밸브(16)로부터 배출되는 가공된 가스 스트림으로부터 분리되었다. 750℉로 열을 감소시킨 후에, 수소를 주입 지점(7)을 통해 탄소 포화된 용융된 Sn 배스(8) 내로 이송시켰다. 용해된 탄소를 수소 가스에 의해 환원시켰더니 CH4 가스가 가스 존(10) 내로 생성되는데, 상기 존(10) 내 가스는 750℉의 온도에서 유지되었고 가스 밸브(11)를 통해 반응기로부터 배출되었다.
고순도 고압 CH4 가스 스트림이 6.1 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되었다. 남아있는 오프 가스, 0.4 lb/sec의 SO3, 및 8.1 lb/sec의 CO2로부터 밀봉가능한 생성물이 생성되었다.
실시예 V
고순도, 고압 합성 가스(CO/H2)를 73.2% 탄소, 4.5% 수소, 5.2% 산소, 2.4% 황, 6.1% 물 및 7.0%의 재를 함유하는 피츠버그 8 석탄 공급원료로부터 얻었다. 미분된 공급원료를 15 lb/sec의 속도에서 주입 지점(1)을 통해 950℉의 용융된 Sn 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 150 bar의 정압이 형성되었다. 용해된 탄소를 함유하는 용융된 Sn/C가, 상부 가스 공간(10) 내에서 135 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Sn 배스(2)에서부터 상부 Sn 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 5.3 lb/sec의 물 및 8.3 lb/sec의 산소 가스가, 주입 지점(7)을 통해 C(9.8 lb/sec)를 CO로 산화시키기 위한 배스(8) 내로 주입되었다. 합한 오프 가스(CO, H2, H2S, 및 N2)를, 가스 이송 조절 밸브(6)를 통해 주입 지점(12)을 통해 2850℉ 용융된 Fe/FeO 바닥 배스(13) 내로 연속적으로 이동시켰다. 하부 배스(13)로부터의 CO(2.8 lb/sec)를, 하부 배스(13)에서의 철 산화물(Fe, Fe2O3 등)의 작용에 의해 CO2로 산화시켜, 배스 온도를 유지하기 위한 열 에너지를 제공하였다. 150 bar에서 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터의 오프 가스가 추가 가공을 위해 가스 밸브(16)를 통해 배출되었다. 용융된 Fe/FeO가 141 bar에서 압력 차에 의해 하부 Fe/FeO 배스(13)로부터 상부 Fe/FeO 배스(18)로 이송되었다. 동시에, 스팀(2.4 lb/sec)이 2850℉에서 유지된 상부 Fe/FeO 배스(18) 내로 주입되어, 가스 밸브(21)(0.3 lb/sec)를 통해 배출되는 순수 수소 가스의 고압 스트림이 생성되었다.
고순도 고압 합성가스 스트림은 22.8 lb/sec의 CO 및 0.6 lb/sec의 H2 가수의 속도에서 연속적으로 생성되고 가스 이송 밸브(11)를 통해 배출되었는데, 여기서 가스 전달 밸브(21)로부터의 1.2 lb/sec의 수소 가스와 합해지고 정제된 수소 가스 스트림이 가스 전달 밸브(16)로부터 생성되었다. 남아있는 오프 가스(0.9 lb/sec의 SO3)로부터 생성된 밀봉가능한 생성물이 H2SO4로 회수되었고, 4.4 lb/sec의 CO2가 고순도, 고압 가스 스트림으로서 이송되었다.
실시예 VI
고순도, 고압 수소(H2) 가스를 79.0% 탄소, 3.6% 수소, 6.7% 황, 9.0% 물 및 0.4%의 재를 함유하는 석유 코크스 공급원료로부터 얻었다. 미분된 공급원료(15 lb/sec) 및 10.5 1b/sec의 산소를 주입 지점(1)을 통해 2850℉의 용융된 Fe 배스(2) 내로 바닥 주입하였다. 탄화수소 공급원료의 열 분해로 하부 배스 가스 존(4) 내에서 149 bar의 정압이 형성되었다. 용융된 Fe/FeO가, 상부 가스 공간(10) 내에서 141 bar의 감소된 압력을 유지하면서 하부 Fe 배스(2)에서부터 상부 Fe 배스(8)로 이송되었다. 필요에 따라 슬래그 제거 시스템(3)을 통해 슬래그를 제거하였다. 추가적인 24.0 lb/sec의 스트림이 주입 지점(7)을 통해 Fe를 FeO + H2로 산화시키기 위한 배스(8) 내로 주입되었다.
고순도 고압 H2 가스 스트림은 2.7 lb/sec의 속도에서 연속적으로 생성되고, 가스 전달 밸브(11)를 통해 배출되었는데, 여기서 가스 전달 밸브(16)로부터 생성된 0.7 lb/sec의 정제된 가스 스트림과 합해졌다. 가공 후 가스 전달 밸브(16)로부터의 남아있는 오프 가스로부터 생성된 밀봉가능한 생성물은, H2SO4로 회수된 0.9 lb/sec의 SO3, 및 고순도, 고압 가스 스트림으로서 회수된 43.4 lb/sec의 CO2이었다.
본 발명을 이의 바람직한 구체예를 참고로 구체적으로 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자는 첨부된 청구범위에 의해 포함된 본 발명의 범주를 벗어나지 아니하고 본원에 형태 및 상세사항에서의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
Claims (43)
- 고온 및 고압을 견딜 수 있는 반응기 시스템으로서,
(a) 배스 온도(T1)와 배스 용기 압력(bath vessel pressure)(P1)을 가지는 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기 그리고
(b) 하우징 온도(T1O)를 특징으로 하는 반응기 하우징을 포함하고,
상기 제1 배스 용기는 상기 하우징 내에 보유되고 그 사이에 배치된 가스 존 압력(P1O)을 가지는 가스 존을 포함하고,
상기 P1O은 상기 P1과 같고 상기 T1O은 상기 T1보다 작은,
반응기 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 하우징 내에 제2 배스 용기를 더 포함하는,
반응기 시스템. - 제2 항에 있어서,
각각의 배스 용기가 100,000 psi 이상의 인장 강도(tensile strength)를 가지는 재료로 이루어지고 용융 금속(molten metal)을 보유할 수 있는,
반응기 시스템. - 제3 항에 있어서,
각각의 배스 용기가 스테인리스 강 또는 흑연(graphite)을 포함하는,
반응기 시스템. - 제3 항에 있어서,
각각의 배스 용기가 용융 금속을 보유하는,
반응기 시스템. - 제4 항에 있어서,
상기 제2 배스 용기가 상기 제1 배스 용기 위에 배치된,
반응기 시스템. - 제6 항에 있어서,
상기 제2 배스 용기 내 배스 용기 압력(P2)이 상기 P1보다 작은,
반응기 시스템. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제1 도관(conduit)을 더 포함하고,
상기 Pl과 상기 P2 간의 압력차에 의해서 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 배스 용기 내에 보유된 용융 금속이 상기 제2 배스 용기로 이송되는,
반응기 시스템. - 제8 항에 있어서,
상기 제1 도관은 상기 제1 배스 용기의 하부 절반(lower half)에 배치된 입구와 상기 제2 배스 용기의 상부 절반(upper half)에 배치된 출구를 포함하는,
반응기 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 도관은 용융 금속 이송을 제어하기 위한 제1 밸브를 포함하는,
반응기 시스템. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제2 도관을 더 포함하고,
중력(gravity)에 의해서 상기 제2 도관을 통해 상기 제2 배스 용기 내에 보유된 용융 금속이 상기 제1 배스 용기로 이송되는,
반응기 시스템. - 제11 항에 있어서,
상기 제2 도관은 상기 제2 배스 용기의 하부 절반에 배치된 입구와 상기 제1 배스 용기의 상부 절반에 배치된 출구를 포함하는,
반응기 시스템. - 제12 항에 있어서,
상기 제2 도관은 용융 금속 이송을 제어하기 위한 제2 밸브를 포함하는,
반응기 시스템. - 제12 항에 있어서,
각각의 배스 용기는 하나 이상의 가스 유출 포트, 하나 이상의 스트림 유입 포트, 하나 이상의 공급원료(feedstock) 유입 포트 및 하나 이상의 가스 유입 포트 중 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는,
반응기 시스템. - 제14 항에 있어서,
각각의 유입 포트는 각각의 배스 용기에서의 용융 금속의 표면 아래에 위치되는,
반응기 시스템. - 제15 항에 있어서,
하나 이상의 유입 포트가 송풍구(tuyere)를 포함하는,
반응기 시스템. - 제13 항에 있어서,
(a) 배스 온도(T3)와 배스 압력(P3)을 가지는 용융 금속 배스를 보유할 수 있는 제3 배스 용기;
(b) 상기 제3 배스 용기 위에 배치된, 배스 온도(T4)와 배스 용기 압력(P4)을 가지는 용융 금속 배스를 보유할 수 있는 제4 배스 용기;
(c) 하우징 온도(T11)를 특징으로 하는 제2 반응기 하우징으로서, 상기 제3 배스 용기는 상기 제2 반응기 하우징 내에 보유되고 그 사이에 배치된 가스 존 압력(P11)을 가지는 가스 존을 포함하고, 상기 P11은 상기 P3와 같고 상기 T11은 상기 T3보다 작은, 제2 반응기 하우징;
(d) 상기 제3 배스 용기 및 상기 제4 배스 용기와 유체 소통하는 제3 도관으로서, 상기 P3와 상기 P4 간의 압력차에 의해서 상기 제3 도관을 통해 상기 제3 배스 용기 내에 보유된 용융 금속이 상기 제4 배스 용기로 이송되고 그리고 상기 제3 도관은 상기 제3 배스 용기의 하부 절반에 배치된 입구와 상기 제4 배스 용기의 상부 절반에 배치된 출구를 포함하는, 제3 도관; 그리고
(e) 상기 제3 배스 용기 및 상기 제4 배스 용기와 유체 소통하는 제4 도관으로서, 중력에 의해서 상기 제4 도관을 통해 상기 제4 배스 용기 내에 보유된 용융 금속이 상기 제3 배스 용기로 이송되고 그리고 상기 제4 도관은 상기 제4 배스 용기의 하부 절반에 배치된 입구와 상기 제3 배스 용기의 상부 절반에 배치된 출구를 포함하는, 제4 도관;을 더 포함하는,
반응기 시스템. - 제17 항에 있어서,
각각의 배스 용기가 헤드 공간(head space)을 특징으로 하고,
상기 제1 배스 용기의 헤드 공간은 상기 제3 배스 용기의 용융 금속 배스와 유체 소통하고, 상기 제4 배스 용기의 헤드 공간은 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는,
반응기 시스템. - (a) 배스 온도(T1)와 배스 압력(P1)을 가지는 배스를 보유할 수 있는 제1 배스 용기;
(b) 상기 제1 배스 용기 위에 배치된, 배스 온도(T2)와 배스 용기 압력(P2)을 가지는 배스를 보유할 수 있는 제2 배스 용기;
(c) 상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제1 도관으로서, 상기 Pl과 상기 P2 간의 압력차에 의해서 상기 제1 도관을 통해 상기 제1 배스 용기 내에 보유된 액체가 상기 제2 배스 용기로 이송되는, 제1 도관; 그리고
(d) 상기 제1 배스 용기 및 상기 제2 배스 용기와 유체 소통하는 제2 도관으로서, 중력에 의해서 상기 제2 도관을 통해 상기 제2 배스 용기 내에 보유된 액체가 상기 제1 배스 용기로 이송되는, 제2 도관;을 포함하는,
반응기 시스템. - 제19 항에 있어서,
상기 제1 배스 용기와 상기 제2 배스 용기는 액체를 보유하고,
상기 액체는 용융 금속인,
반응기 시스템. - (a) 제1 용융 금속 배스를 보유하는 제1 배스 용기 내로 탄소-함유 원료 스트림을 부가하되, 상기 제1 배스 용기가 1 바아(bar) 이상인 압력(P1)으로 유지되고, 그리고 일산화탄소와 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계;
(b) 상기 제1 배스 용기로부터 상기 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 제3 용융 금속 배스를 보유하는 제3 배스 용기 내로 상기 가스 스트림을 도입하고 - 상기 제3 배스 용기가 1 바아 이상인 제3 압력(P3)으로 유지됨 -,
선택적으로 스트림 또는 산소 함유 원료(oxygen containing feed)와 같은 산소 소오스를 부가하고, 그리고 수소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계;
(c) 상기 제3 용기로부터 상기 제3 용기 가스 스트림을 제거하고 선택적으로 그로부터 SO3를 응축하는 것 및 이산화탄소를 제거하는 것 중 하나 이상을 수행하고; 이에 의해서 정제된 수소 가스를 얻는 단계;
(d) 저탄소 함유를 특징으로 하는 제4 용융 금속 배스를 보유하는 제4 배스 용기에 스트림을 부가하는 단계로서, 상기 제4 배스 용기가 1 바아 이상인 제4 압력(P4)으로 유지되고, 이로써 정제된 수소를 얻는 단계; 그리고
(e) 단계 (c) 및 단계 (d) 중 하나 이상의 단계에 의해서 생성된 가스 스트림들을 고탄소 함유를 특징으로 하는 1 바아 이상인 제2 압력(P2) 및 800 내지 100OF보다 작은 온도로 유지되는 제2 용융 금속 배스를 보유하는 제2 배스 용기에 부가하는 단계로서, 이에 의해서 정제된 수소를 얻는 단계;를 포함하는,
고순도의 메탄 가스를 제조하기 위한,
제조 프로세스. - (a) 제1 용융 금속 배스를 보유하는 제1 배스 용기 내로 탄소-함유 원료 스트림을 부가하되, 상기 제1 배스 용기가 1 바아 이상인 압력(P1)으로 유지되고, 그리고 일산화탄소와 황화수소를 포함하는 제1 용기 가스 스트림을 생성하는 단계;
(b) 상기 제1 배스 용기로부터 상기 제1 용기 가스 스트림을 제거하고, 제3 용융 금속 배스를 보유하는 제3 배스 용기 내로 상기 가스 스트림을 도입하고 - 상기 제3 배스 용기가 1 바아 이상인 제3 압력(P3)으로 유지됨 -,
선택적으로 스트림 또는 산소 함유 원료와 같은 산소 소오스를 부가하고, 그리고 수소, SO3 및 이산화탄소를 포함하는 제3 용기 가스 스트림을 생성하는 단계;
(c) 상기 제3 용기로부터 상기 제3 용기 가스 스트림을 제거하고 선택적으로 그로부터 SO3를 응축하는 것 및 이산화탄소를 제거하는 것 중 하나 이상을 수행하고; 이에 의해서 정제된 수소 가스를 얻는 단계;
(d) 저탄소 함유를 특징으로 하는 제4 용융 금속 배스를 보유하는 제4 배스 용기에 스트림을 부가하는 단계로서, 상기 제4 배스 용기가 1 바아 이상인 제4 압력(P4)으로 유지되고, 이로써 정제된 수소를 얻는 단계; 그리고
(e) 산소 가스를 고탄소 함유를 특징으로 하는 1 바아 이상인 제2 압력(P2) 및 100OF보다 작은 온도로 유지되는 제2 용융 금속 배스를 보유하는 제2 배스 용기에 부가하는 단계로서, 이에 의해서 정제된 일산화탄소를 얻는 단계;를 포함하는,
고순도의 합성가스(syngas)를 제조하기 위한,
제조 프로세스. - 제21 항 또는 제22 항에 있어서,
제17 항에 따른 반응기 시스템을 사용하는,
제조 프로세스. - (a) 제1 용융 금속 배스를 보유하는 제1 배스 용기 내로 탄소-함유 원료 스트림을 부가하되, 상기 제1 배스 용기가 1 바아 이상인 압력(P1)으로 유지되고, 그리고 산소 소오스의 도입과 금속 산화물 농후(rich) 용융 금속 배스를 유지하는 것에 의해서 잠열을 생성하는 단계;
(b) 1 바아 이상인 제2 압력(P2) 및 500F보다 큰 온도로 유지되는; 상부 제2 배스 용기에 상기 금속 산화물 농후 용융 금속 배스를 이송하는 단계; 그리고
(c) 상기 상부 용융 금속 배스에 스트림을 부가하여 이로써 고순도의 수소 가스를 생성하는 단계;를 포함하는,
고순도의 수소 가스를 제조하기 위한,
제조 프로세스. - 제24 항에 있어서,
제1 항 내지 제20 항 중의 어느 한 항에 따른 반응기 시스템을 사용하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항 및 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 용융 금속 배스들이 철 및 철이 현탁된 주석(tin, having suspended therein, iron) 중 하나 이상을 포함하는,
제조 프로세스. - 제24 항에 있어서,
결합된(conjoined) 멀티(multiple) 금속 배스 반응기들에서 후속 처리되는 가스 스트림들을 생성하는 멀티 용융 금속 배스 반응기 내로 석탄과 같은 탄화수소를 포함하는 공급원료를 도입하는 것에 의해서,
합성가스(CO/H2) 및 H2 가스 중 하나 이상의 스트림들을 생성하거나 또는 고순도, 고압 CH4 및 CO2 가스 스트림들이 별개로 및 연속적으로 생성되는,
제조 프로세스. - 제1 항 내지 제20 항 중의 어느 한 항에 따른 반응기 시스템을 사용하여,
탄화수소 공급원료로부터 탄소-함유 공급원료를 하나 이상의 H2, CH4, CO 또는 CO2 가스 스트림들로 변환하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
탄화수소 공급원료는 석탄을 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
탄화수소 공급원료는 석유코크스(petroleum coke), 석탄, 갈탄(lignite coal), 유혈암(oil shale), 천연가스 또는 생물연료(biomass)를 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
탄화수소 공급원료는 액체 또는 가스 탄화수소를 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
탄화수소 공급원료는 파운드 당 4,000 BTU 이상의 열함량(thermal content)을 가지는 폐기물을 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
공급원료는 오거 압출(auger extrusion), 바닥 또는 측방 주입(bottom or side injection)에 의해서 또는 스팀-냉각 탑 랜스 주입(steam-cooled top lance injection)에 의해서 부가되는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
하나 이상의 배스 용기의 압력이 10 바아 이상으로, 600 바아 미만으로, 또는 10 바아 이상 및 600 바아 미만으로 유지되는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
반응기 압력은 탄화수소 공급원료 부가율에 의해서 제어되는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
금속을 들어올리고(lift) 수직 방향 및 대각선 방향 중 하나 이상으로의 금속 이송 배관(piping)에서의 저항을 극복하기 위해 필요한 압력보다 큰 압력차(pressure differential)를 유지하는 것에 의해서,
용융 금속 배스가 제1 배스 용기와 제2 배스 용기 사이 및 제3 배스 용기와 제4 배스 용기 사이 중 하나 이상에서 이송되는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
가스로부터 Hg를 추출하는 단계를 더 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항에 있어서,
H2SO4를 생성하기 위해서 물로 급냉하는 것(quenching with water)에 의해서 SO3를 추출하는 단계를 더 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항에 있어서,
상기 제3 배스 용기로부터 유출되는 가스 스트림에서 H2와 CO2를 분리하는 단계를 더 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항에 있어서,
Ca, Fe, K, Mg, Na, Si, Sn, 및 Ti의 하나 이상의 산화물들과 같은, 융제(融劑, flux)의 부가에 의해서 슬래그 층(slag layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항에 있어서,
P1이 P3보다 크고 P3가 P4보다 크고 P4가 P2보다 크도록 하는 상대적인 압력들의 유지(maintenance)에 의해서, 가스 압축이 없을 때 배스 용기들 간의 가스 물질들의 이송을 허용하는 것을 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
두 개의 수직으로 또는 수평으로 정렬된 제1 배스들 내 배스 금속이 물을 분해(reduce)하기에 충분한 산화 전위(oxidation potential)를 가지는 금속들을 포함하는 둘 이상의 금속들로 이루어진 합금이고,
제2 세트의 수직으로 또는 수평으로 정렬된 금속 배스들이 안티몬(Sb), 코발트(Co) 게르마늄(Ge), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 납(Pb), 텅스텐(W) 및 아연(Zn) 또는 다른 금속들을 포함하는 반응성 금속들의 리스트로부터 취해진 둘 이상의 금속들로 이루어진 합금을 포함하는,
제조 프로세스. - 제21 항, 제22 항, 제24 항 및 제27 항 중의 어느 한 항에 있어서,
두 개의 수직으로 정렬된 제1 배스들 내 배스 금속이 둘 이상의 금속들로 이루어진 합금이되, 상기 금속들 중 하나 이상이 배스 조건 하에서 물을 분해하지 않을 반응성이 작은 금속(less reactive metal)이고,
제2 세트의 수직으로 정렬된 금속 배스들이 둘 이상의 금속들로 이루어진 합금을 포함하되, 상기 금속들 중 하나 이상이 비스무트(Bi), 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 금(Au), 이리듐(Ir), 수은(Hg), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 백금(Pt), 레늄(Re), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 셀레늄(Se) 및 텔루르(Te)를 포함하는 비교적 비반응성인 금속 리스트로부터 취해진,
제조 프로세스.
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| US9500362B2 (en) | 2010-01-21 | 2016-11-22 | Powerdyne, Inc. | Generating steam from carbonaceous material |
| EP2673564B8 (en) * | 2011-02-10 | 2024-03-13 | Plasma Tech Holdings, LLC | Method for operating an inductive bath plasma cupola |
| US9216905B2 (en) * | 2011-06-03 | 2015-12-22 | Ronald G. Presswood, Jr. | Gasification or liquefaction of coal using a metal reactant alloy composition |
| WO2014039706A1 (en) | 2012-09-05 | 2014-03-13 | Powerdyne, Inc. | Methods for power generation from h2o, co2, o2 and a carbon feed stock |
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| EP2893326A4 (en) | 2012-09-05 | 2016-05-18 | Powerdyne Inc | PROCESSES FOR PRODUCING FUEL BY MEANS OF HIGH VOLTAGE ELECTRIC FIELDS |
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| US9458740B2 (en) | 2012-09-05 | 2016-10-04 | Powerdyne, Inc. | Method for sequestering heavy metal particulates using H2O, CO2, O2, and a source of particulates |
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| CN110118160B (zh) * | 2018-02-06 | 2020-10-30 | 浙江大学 | 太阳能超临界二氧化碳布雷顿循环系统 |
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| CN110396435A (zh) * | 2019-09-03 | 2019-11-01 | 牛强 | 一种双熔浴有机固废喷吹气化装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US438246A (en) * | 1890-10-14 | Hugh silver | ||
| US1592861A (en) | 1921-09-14 | 1926-07-20 | Leonarz Johann Emil | Production of water gas |
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| US3700584A (en) | 1971-02-24 | 1972-10-24 | Hydrocarbon Research Inc | Hydrogenation of low rank coal |
| US3821362A (en) | 1972-01-13 | 1974-06-28 | Gen Electric | Hydrogen production by dissociation of steam with liquid tin |
| DE2552077A1 (de) | 1975-11-20 | 1977-06-02 | Otto & Co Gmbh Dr C | Schlackenbadgenerator |
| US4187672A (en) | 1977-11-17 | 1980-02-12 | Rasor Associates, Inc. | Apparatus for converting carbonaceous material into fuel gases and the recovery of energy therefrom |
| US4244180A (en) | 1979-03-16 | 1981-01-13 | Rasor Associates, Inc. | Process for producing fuel gases from carbonaceous material |
| SE416656B (sv) * | 1979-04-12 | 1981-01-26 | Boliden Ab | Forfarande for utvinning av olja och/eller gas ur kolhaltiga material |
| US4343624A (en) | 1979-12-10 | 1982-08-10 | Caterpillar Tractor Co. | Rotating fluidized bed hydrogen production system |
| JPS5794092A (en) | 1980-12-01 | 1982-06-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method for operating coal gasification furnace |
| JPS5794093A (en) | 1980-12-02 | 1982-06-11 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Method for operating coal gasification furnace |
| US4431612A (en) | 1982-06-03 | 1984-02-14 | Electro-Petroleum, Inc. | Apparatus for the decomposition of hazardous materials and the like |
| DE3434004A1 (de) * | 1984-09-15 | 1986-05-22 | Dornier System Gmbh, 7990 Friedrichshafen | Verfahren und vorrichtung zur muellvergasung |
| US4602574A (en) | 1984-11-08 | 1986-07-29 | United States Steel Corporation | Destruction of toxic organic chemicals |
| US4574714A (en) | 1984-11-08 | 1986-03-11 | United States Steel Corporation | Destruction of toxic chemicals |
| JP2660102B2 (ja) * | 1990-06-21 | 1997-10-08 | アシュランド・オイル・インコーポレーテッド | 改良された溶融金属分解装置および方法 |
| US5984985A (en) * | 1990-06-21 | 1999-11-16 | Marathon Ashland Petroleum Llc | Multiple vessel molten metal gasifier |
| US5324341A (en) | 1992-05-05 | 1994-06-28 | Molten Metal Technology, Inc. | Method for chemically reducing metals in waste compositions |
| MD960311A (ro) * | 1992-06-08 | 1998-06-30 | Molten Metal Technology, Inc. | Procedeu de tratare a deşeurilor organice şi dispozitiv pentru realizarea lui |
| US5645615A (en) | 1992-08-13 | 1997-07-08 | Ashland Inc. | Molten decomposition apparatus and process |
| US5744117A (en) * | 1993-04-12 | 1998-04-28 | Molten Metal Technology, Inc. | Feed processing employing dispersed molten droplets |
| US5858486A (en) * | 1995-02-27 | 1999-01-12 | Sgl Carbon Composites, Inc. | High purity carbon/carbon composite useful as a crucible susceptor |
| US6350289B1 (en) * | 1995-04-13 | 2002-02-26 | Marathon Ashland Petroleum Llc | Two-zone molten metal hydrogen-rich and carbon monoxide-rich gas generation process |
| US5755839A (en) * | 1995-04-19 | 1998-05-26 | Ashland, Inc. | Molten metal reactor swing system and process |
| JPH0959710A (ja) * | 1995-06-12 | 1997-03-04 | Nippon Steel Corp | 鋼スクラップの溶解炉及び溶解方法 |
| US6110239A (en) | 1996-05-31 | 2000-08-29 | Marathon Ashland Petroleum Llc | Molten metal hydrocarbon gasification process |
| US6053961A (en) * | 1998-03-17 | 2000-04-25 | The Boc Group, Inc. | Method and apparatus for smelting iron ore |
| US6790430B1 (en) * | 1999-12-09 | 2004-09-14 | The Regents Of The University Of California | Hydrogen production from carbonaceous material |
| US6682714B2 (en) | 2001-03-06 | 2004-01-27 | Alchemix Corporation | Method for the production of hydrogen gas |
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