KR101424614B1 - 고체 탄소물질의 합성가스 발생 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 방법 및 장치는 매우 다양한 주입부 원료의 고체 탄소물질로부터 합성 가스를 일관성 있게 발생시킨다. 화학양론적으로 목적하는 화학적 환경부가 고체 탄소물질 기화 시스템에서 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하기 위해 설정될 수 있다. 탄소물질의 처리는 지배적인 열분해 및 다중 코일 탄소 개질을 포함할 수 있다. 동적으로 조절 가능한 공정 결정 파라미터는 음으로 대전된 물 종류의 이용 공정, 연도 가스(9)의 이용 공정, 및 공정 유속 특성의 조절을 포함하는 정제 공정에 이용될 수 있다. 재순환은 재순환된 음으로 대전된 물 종류, 재순환된 연도 가스(9), 및 재순환된 오염물을 포함하는 처리 물질의 내부 재사용을 위해 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 합성 가스 발생은 미리 정해진 소망의 합성 가스를 고수율로 생성시키기 위해 소망의 합성 가스를 미리 결정한다.
합성 가스,
Description
본 발명은 고체 탄소물질을 이용하여 합성가스를 발생하는 기화 시스템에 관한 것이다. 특히, 이러한 기화 시스템은 여러 가지 공정 제어 파라미터를 하나 또는 여러 개를 조합하여 이용해서 높은 효율을 이루고 이러한 합성가스의 발생을 제어하도록 구성된다. 본 발명은 여러 가지 고체 탄소물질을 기화 시스템의 원료로서 수용하고 여러 가지 용도에 적합한 여러 가지 형태의 합성가스를 발생하는데 특히 적합하다.
산소 없이 원료를 열분해 또는 제어 가열하여 원료 연료를 휘발성 가스와 고체 탄소물질 부산물로 열분해시키는 방법은 런던의 도시 가스 회사가 도시 가스 용도로 생산하기 시작한 1812년 최초로 상업적 규모로 시행되었다.
공기 취입 공정으로 대표되는 고체 연료를 연속적으로 기화하기 위한 최초의 상용(상향식) 기화기는 1839년 설치되었는데 “생성 가스” 연소식 기화기로서 생산되었다. 이들은 여러 가지 주입 연료 원료를 위해서 더욱 개발되었고 1800년대 후반으로부터 석유 연료 시스템이 생성 가스 연료 시장을 점차로 장악하는 1920년대 중반까지 특수한 산업 동력 및 가열 용도로 널리 사용되었다.
1920년과 1940년 사이에는, 자동차용 소형 및 콤팩트 기화 시스템들이 유럽에서 개발되었다. 제2차 세계 대전 중에는, 아마도 수만 개의 연소식 기화기들이 유럽에서 사용되었고 기타 여러 시장 용도로 사용되었다. 2차 대전 이후에는 대부분의 기화기들이 상업용 가솔린 및 디젤 연료의 광범위한 사용으로 인해 사용되지 않게 되었다.
기화기의 중요성은 1970년대 에너지 위기로 인하여 다시 최전방으로 대두되었다. 기화 기술은 충분히 지속 가능한 바이오매스 자원이 사용가능 하였던 시기에 소형 산업 및 공공 전력 발생을 위한 비교적 값싼 대안으로 인식되었다. 1980년대 초기에, 거의 12개의 (주로 유럽) 제조업자들이 소형 목재 및 목탄 연소 “증기 발생” 전력 설비를 제공하였다.
서방 국가에서는, 석탄 기화 시스템들이 1980년대 기초 에너지 자원으로서 천연 가스와 오일을 사용하는 대안으로서 유익하다는 것을 널리 경험하기 시작했었다. 아마도 이러한 기술 개발은 주로 석탄뿐만 아니라 바이오매스의 기화를 위한 유동 상 기화 시스템으로 전개되었다. 최근 15년 동안은, 개선된 가스 터빈을 기초한 공동 발전 장치로 전기와 열을 발생시키는 방향으로 기화 시스템들이 많이 개발되고 있다.
바이오매스의 기화는 원리상으로 아마도 믿지 못할 정도로 간단하게 보여서 많은 형태의 기화기들이 개발되고 있다. 바이오매스 주입 연료로부터 연소 합성가스를 발생하는 것은 유해물 폐기 환경 문제에 편승하여, 취급이 쉽고 낮은 대기 환경 오염물을 배출하는 대체 에너지 생성을 제공하는 것과 같은 매력적인 잠재 이익을 가진다. 더욱이, 값싼 전력 발전과 액체 연료의 제조에 있어서 경제적인 에너지원으로서의 합성가스의 용도는 종종 기화 기술을 매우 관심 있게 만든다.
그러나, 기화기에 사용되는 바이오매스 주입 원료는 아마도 개개의 바이오매스 원료의 근본적이고 독특한 여러 가지 화학적 및 물리적 성질을 나타내기 때문에 복잡하지 않고 설계가 쉽다는 인식에 문제를 제기한다. 사용 가능한 다양한 바이오매스 물질을 처리함에 있어 기화에 관여하는 화학적 반응은 다양한 반응물과 다양한 반응 경로를 포함한다. 반응 속도는 때때로 비교적 높다. 이러한 모든 변수는 기화 공정의 특성을 매우 복잡하게 한다. 모든 제어 불가능한 변수들이 존재하여 기화기로 하여금 물질 평형 제어를 어렵게 하고 알려진 보호 유지 공정, 정상 상태의 출력 상수 및 제어 가능한 환경 제어 순응 영역 내에서 만족하게 작동되지 못하게 한다.
기화 또는 합성가스 기술을 포함하는 대체 또는 재순환 에너지 기술에 관련해서 수많은 미국 특허들이 등록되고 있다. 본 발명은 현존하는 기화 시스템을 포함하는 상업적 공정의 많은 작동 단점들을 극복한다. 여러 가지 형태의 상업적 상향, 하향, 공기, 고정 상(fixed bed), 유동 상, 순환 유동 상, 펄스 상, 캡슐화 연행(entrained) 흐름 형태 및 기타 기화 시스템들은 종종 하나 또는 그 이상의 심각한 단점을 가지며, 이들은 본 발명에 의해서 극복될 수 있다.
종래의 기화 시스템에 있어서, 단점들은 여러 영역에서 다음과 같은 문제점들을 포함한다. 그러나 이들에 제한받지 않는다. 주입 원료 변경에 대한 공정 제어 안정성, 정상 상태 부하, 막힘 및 전체 시스템 효율 제한; 슬래깅 가능성 및 스케일 업 크기 문제, 습도 제한; 시스템 가스 및 내부 증기 누설, 운반(carry-through) 불순물 및 오염물 변경, 시스템 막힘 변경(과잉 숯, 타르 또는 페놀); 발생 탄화수소 휘발성 물질과 기타 부식성 황 증기 운반 오염물이 생성된 합성가스 속으로 배출되는 문제; 최종 생성된 합성가스의 감소된 BTU 에너지 값(과도한 CO2, N2 또는 미립자 오염물로 인한) 등.
예를 들어, 종래의 기화 시스템은 원료를 제어된 처리 공급 속도로 다른 경합 기화 열 반응기 시스템으로 이동시키고, 또한 폐쇄된 오거 파이프 하우징(종종 대면하는 (one-to-the-other) 형태로 하나 이상의 오거 시스템을 사용함)을 폐쇄된 온도 단계 초기 휘발 영역으로서 동시에 사용하는 수평면 스크류를 사용한다. 그러나, 이러한 조합된 이중-작동 오거 시스템 구조는 수많은 산발적이고 기계적인 예상 못한 제어되지 않은 공정(네거티브) 변수들로 문제가 생긴다. 이러한 변수들은 주입 고체와 관련된 중심적인 문제로 생각되고, 주입 고체들은 서로 불균일하게엉키거나 고정될 수 있거나 또는 오거축, 나선형 날개를 막거나 묶고 오거 밀폐 공차 수용 파이프 실린더 구멍을 차단시킨다. 이것은 오거 구동축을 굽혀진 타원 형태로 구부러질 수 있다. 오거축이 구부러지면 높은 측면 회전 내부 마모를 야기시키고 오거 파이프 실린더 하우징 장치에 스트레스 균열들을 급속히 발생시킬 수 있다. 이것은 일정한 공정 압력 변경을 야기시키고 증기 누출을 야기시킬 수 있다. 또한, 과도한 마찰 항력이 축을 파손시킬 수 있다. 더욱이, 간헐적인 탄소물질 벌크 잼이 야기되어 일정 시간 내에 가공되는 액화 반응이 저지되거나 늦추어진다. 원료의 분해 및 액화 반응이 플러그/잼 표면에서 발생하기 시작하여 목탄 고체, 페놀, 타르, 계면활성제 및 기타 표면 화학 탄화수소 성분을 방출 및 서서히 액화하고, 이 탄화수소 성분은 플러그 물질의 외부 벌크 매스 표면을 더욱 액화시키며 왁스 또는 밀봉시켜 단단하고 더욱 시멘트된 플러그로 만든다. 주입원료“플러그 매스”는 통상적인 오거 스크루 파이프 실린더 하우징 속의 비교적 작은 횡단면의 직경 표면적이 좁은 구멍을 신속히 채워서 막을 수 있다. 이것은 또한 초기 액화 챔버로 사용되는 오거 스크류 도관을 폐쇄시키기 시작한다.
종래 기술의 상기와 같은 문제점들은 이런 것들을 효과적으로 해결하려는 오랜 기대 요구로 대표된다. 해결 도구들이 사용될 수 있으나, 이러한 요구를 만족시키는 실제의 시도들은 어느 정도 이루어지나 어느 정도는 부족하다. 이것은 이 분야의 기술자들이 야기된 문제들의 본성을 완전히 이해하지 못하기 때문이다. 이러한 이해 부족의 결과로, 이러한 오랜 기대 요구를 만족시키는 시도들은 여기에 인식된 하나 또는 그 이상의 문제들을 효과적으로 해결하는데 실패하고 있다. 이러한 시도들은 본 발명에 의해서 취해진 기술 방향으로부터 이끌려 본 발명이 이 분야의 누군가에 의해서 이루어진 조치의 기대하지 못한 결과로 어느 정도 이루어진다.
본 발명은 고체 탄소물질로부터 합성가스를 발생시키는 방법 및 장치에 관한 것이며, 실시양태들은 다음과 같은 특징을 가진다.
고체 탄소물질 기화 시스템에서 화학량론적으로 목적하는 화학 환경을 확고하게 설정하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템에서 탄소량을 화학량론적으로 제어하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템에서 다중 코일 탄소 개질기술, 고체 탄소물질 기화 시스템에서 음으로 대전된 물 종류를 이용하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 물질을 재순환하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 탄소물질을 열분해하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템의 오염물을 용해하는 기술, 고체 탄소물질 내의 용해된 오염물을 재순환하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템으로부터 고 에너지 함유 선택 생성가스를 생성하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 공정 결정 변수를 동적으로 조절하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템으로부터 배출되는 원하는 선택 생성가스를 미리 결정하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템으로부터 선택 생성 가스의 수율을 높히는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템에서 원료 고체 탄소물질 성분을 자기 분리하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템의 원료 고체 탄소물질로부터 산소를 제거하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 공정 유속을 조절하는 기술, 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 연도 가스 및 생성가스 발생 및 재순환 기술.
따라서, 본 발명의 고체 탄소물질 합성가스 발생 방법 및 장치의 목적은 상기 기술을 실제적으로 실시하는 것에 관한 것이다. 근본적으로, 본 발명의 다른 목적은 명세서와 도면으로부터 명백히 알 수 있다.
도1은 하나의 실시양태로서 제한되지 않는 기능 영역을 가지는 기화 공정 흐름의 개념도이다.
도2는 하나의 실시양태로서 제한되지 않은 기능 영역을 갖지 않는 기화 공정 흐름의 개념도이다.
도3은 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 전방 사시도이다.
도4는 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 후방 사시도이다.
도5는 하나의 실시양태로서 다중 코일 탄소 개질 용기의 단면 절단도이다.
도6은 하나의 실시양태로서 다중 코일 탄소 개질 용기의 사시도이다.
도7은 하나의 실시양태로서 다중 코일 탄소 개질 용기의 사시도이다.
도8은 하나의 실시양태로서 벤추리 인젝터의 측면 절단도이다.
도9는 하나의 실시양태로서 벤추리 인젝터의 횡단면도이다.
도10은 하나의 실시양태로서 음으로 대전된 물 종류의 발생 장치의 도식도이다.
도11은 하나의 실시양태로서 선택 생성 가스 성분 스크러버의 도식도이다.
도12는 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 예비처리 영역의 개념도이다.
도13은 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 열분해 영역의 개념도이다.
도14는 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 탄소물질 개질 영역의 개념도이다.
도15는 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 회분 제거 영역의 개념도이다.
도16은 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 스크러버 영역의 개념도이다.
도17은 하나의 실시양태로서 고체 탄소물질 기화 시스템의 보조 처리 영역의 개념도이다.
도18은 본 발명의 “포드(pod)” 실시양태의 횡단면도이다.
도19는 본 발명의 트레일러형 실시양태의 사시도이다.
도20은 본 발명의 “포드” 실시양태의 부분 사시도이다.
도21은 본 발명의 “포드” 실시양태의 반응기 부분의 횡단면도이다.
도22는 본 발명의 “포드” 실시양태의 하부 사시도이다.
본 발명을 실시하기 위한 실시양태
본 발명은 여러 가지 특징을 가지며, 이들은 여러 가지 방법으로 조합될 수 있다. 하기 설명은 본 발명의 기술의 특정 실시양태의 구성부를 알려주고 설명하도록 제공된다. 이러한 구성부는 초기 실시양태로 열거되지만, 이들은 별개의 실시양태를 이루도록 어떠한 방법과 어떠한 수도 조합될 수 있음을 알 수 있다. 여러 가지로 설명되는 실시양태와 양호한 실시양태들은 본 발명을 제한하지 않으며 단지 언급된 시스템, 기술 및 용도를 예시한다. 더욱이, 본 명세서는 기술된 구성부의 숫자, 각각의 구성부 단독, 이러한 용도의 모든 구성부의 여러 가지 변경과 조합으로 모든 실시양태, 시스템, 기술, 방법, 장치 및 용도의 설명과 청구범위를 지지하고 망라하는 것을 알 수 있다.
본 발명을 실시하기 위한 실시양태
본 발명은 여러 가지 특징을 가지며, 이들은 여러 가지 방법으로 조합될 수 있다. 하기 설명은 본 발명의 기술의 특정 실시양태의 구성부를 알려주고 설명하도록 제공된다. 이러한 구성부는 초기 실시양태로 열거되지만, 이들은 별개의 실시양태를 이루도록 어떠한 방법과 어떠한 수도 조합될 수 있음을 알 수 있다. 여러 가지로 설명되는 실시양태와 양호한 실시양태들은 본 발명을 제한하지 않으며 단지 언급된 시스템, 기술 및 용도를 예시한다. 더욱이, 본 명세서는 기술된 구성부의 숫자, 각각의 구성부 단독, 이러한 용도의 모든 구성부의 여러 가지 변경과 조합으로 모든 실시양태, 시스템, 기술, 방법, 장치 및 용도의 설명과 청구범위를 지지하고 망라하는 것을 알 수 있다.
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고체 탄소물질 기화 시스템은 여러 실시양태에서 모듈 영역으로 구성될 수 있다. 실시양태는 다음과 같은 기능 영역(도 1 및 도 4)을 가지는 시스템을 포함한다.
ㆍ 주입 원료 고체 탄소물질을 벌크 처리하고, 원료 고체 탄소물질로부터 적어도 일부 산소량을 제거하며, 원료 고체 탄소물질의 후속적인 가공을 위해 기타 제조처리를 하는 예비처리 영역(74),
ㆍ 열분해 챔버와 같은 온도 변경 환경에서 원료 고체 탄소물질의 보유 시간을 변경시키는 열분해 영역(75),
ㆍ 다중 코일 개질 용기 또는 다중 코일 개질 용기의 개질 코일의 나선 둥지 형상부에서 열분해된 탄소물질을 탄소 개질하는 탄소물질 개질 영역(77),
ㆍ 하향식 냉각 및 펄스-배기 용기에 의해 회분을 제거하는 회분 제거 영역(78),
ㆍ 음으로 대전된 물 종류의 조합된 냉각 및 분무 그리고 심지어는 분극된 매체 연마 필터에 의해서 발생된 선택 생성 가스로부터 오염물을 제거하는 스크러버 영역(79);
ㆍ 공기 분리 장치를 사용하여 산소가 풍부하고 질소 성분이 적은 상태에서 기화 연소 가열을 위해 선택 생성가스를 예비처리하는 보조 처리 영역(76).
물론, 이러한 영역들은 단지 하나의 실시양태로 모듈화 콘셉을 보여주도록 고체 탄소물질 기화 시스템의 가능한 하나의 모듈 구성을 예시하는 것이고, 이러한 기화 시스템의 모듈 구성, 기화 시스템의 모듈부 내의 여러 가지 기화 기능의 분배 또는 본 발명의 원리에 일치하는 모듈 실시양태에 대한 본 발명의 기술을 제한하지 않는다.
본 발명은 기화 범주인 탄소 전환 공정을 포함한다. 탄소 전환은 모든 탄소 성분을 포함하는 원료 고체 탄소물질 내의 탄소 성분을 선택 생성가스 성분 또는 선택 생성가스로 전환하는 것이다. 실시양태에서, 이러한 공정은 산소가 전혀 또는 거의 없는 환원 조건에서 온도를 증가시켜 영구 연소가능한 합성가스와 같은 선택 생성가스를 생성하는 열 공정을 포함한다. 공정 제어 변수를 통하여 특수한 용도의 생성된 선택 생성가스의 제조를 상당히 제어할지라도, 이러한 선택 생성가스는 주로 CO와 H2 그리고 약간의 CH4를 포함한다. 또한, 이러한 공정은 숯 회분, 응축가능한 무기물 및 유기물 또는 미량 탄화수소와 같은 여러 가지 형태의 부산물을 소량 포함한다.
일부 실시양태에서는, 고체 탄소물질 기화 시스템은 초기에 프로판 외부 공급원과 같은 보조 연료가 공급되어 시동되며, 이러한 보조연료는 예를 들어 연소 버너(14)(도 1 및 도 2)의 박스 노(furnace) 인클로저(26)(도1, 도2 및 도13)과 같은 기화 시스템 공정 인클로저에 공급된다. 예컨대, 다중 코일 개질 용기의 개질 코일(19)(도1, 도2, 도3 및 도4)이 약 1600℉∼1800℉의 적당한 작동 온도에 도달할 때까지 이루어진다. 어떤 실시양태에서는, 대략 24시간 걸린다. 이때, 일부 실시양태에서는 선택 생성가스를 생성할 수 있고, 이에 따라 일부가 연소 버너로 순환되어 연소가 계속되고 요구되는 공정 작동 온도를 유지한다. 이러한 방법에 있어서, 시스템은 자체 유지되고 보조 연료 공급은 중단되며 공정을 위한 원료 고체 탄소물질의 주입 분배가 기화 시스템에서 시작되거나 계속된다.
여러 실시양태의 고체 탄소물질 기화 시스템은, 원료 고체 탄소물질 주입으로 시작해서 고체 탄소물질 공정 기화 시스템으로 통하는 기화 공정 유동 경로를 포함한다. 공정 유동 경로는 기화 시스템으로 도입되는 고체 탄소물질이 궁극적으로 기화 공정 유동 경로의 마지막에서 선택 생성가스 배출을 위해 기화 시스템의 여러 공정 영역들과 연결된다. 더욱이, 이러한 기화 시스템은 기화 공정 유동 경로의 입구에서 고체 탄소물질을 수용하는 특징을 가지며, 이 탄소물질은 본래 고체이고, 종종 액체 원료, 슬러리 원료 또는 사실상 비고체 조성물을 갖는 기타 원료를 사용하는 유동 상(bed)과 상향 또는 하향 기화기와 구별된다. 예를 들어, 어떤 실시양태의 고체 탄소물질은 입자 크기 약 2 in3 미만인 기화 시스템 공정 유동 경로를 관통하기에 적합한 크기로 분쇄된 고체 탄소입자를 가진다. 또한, 여러 가지 공정 제어 변수들 중 동적 조절은 기화 시스템으로 하여금 여러 주입 고체 탄소물질을 수용하도록 하는데, 기화 시스템의 동적 조절은 주입물의 변경을 보상하여 요구되는 선택 생성가스의 일관된 배출을 허락한다. 예를 들어, 제한하는 것은 아니지만, 주입하는데 적당한 고체 탄소물질은 다양한 탄소 성분, 다양한 산소 성분, 다양한 수소 성분, 다양한 물 성분, 다양한 입자 크기, 다양한 경도, 다양한 밀도 등을 포함하며, 다양한 목재 폐기물 성분, 다양한 도시 고체 폐기물 성분, 다양한 쓰레기 성분, 다양한 하수 고체 성분, 다양한 비료 성분, 다양한 바이오매스 성분, 다양한 고무 성분, 다양한 석탄 성분, 다양한 석유 코크스 성분, 다양한 음식 폐기물 성분, 다양한 농업 폐기물 성분 등도 포함한다.
여러 실시양태에서, 고체 탄소물질 기화 시스템은 다양한 방법으로 원료 고체 탄소물질을 처리하도록 구성된다. 공정은 일정 용량에서 탄소물질을 간단히 처리한다. 예를 들어, 여러 실시양태에서 공정은 예비처리 영역 내의 원료 고체 탄소물질을 예비처리하는 단계, 열분해 챔버 내에서 열분해하는 단계, 다중 코일 탄소 개질 용기 내에서 탄소 개질하는 단계, 초기 탄소 개질 코일 내에서 1차 개질시키는 단계, 2차 탄소 개질 코일 내에서 2차 탄소 개질 시키는 단계, 3차 탄소 개질 코일 내에서 3차 탄소 개질 시키는 단계, 탄화수소를 증발시키거나 선택 생성가스 성분을 증발하는 것을 포함하는 탄소물질을 증발하는 단계, 음으로 대전된 물 종류로 처리하는 단계, 음으로 대전된 수증기로 처리하는 단계, 연도 가스로 처리하는 단계, 가압 연도 가스로 처리하는 단계, 예열된 연도 가스로 처리하는 단계, 스크러버 재순환 타르로 처리하는 단계, 스크러버 재순환 페놀로 처리하는 단계, 스크러버 재순환 고체로 처리하는 단계, 선택 생성가스로 처리하는 단계, 습식 선택 생성가스로 처리하는 단계, 건식 선택 생성가스로 처리하는 단계, 재순환 선택 생성가스로 처리하는 단계 또는 기화 공정에 적합한 탄소물질을 처리하는 기타 적절한 단계를 포함한다. 더욱이, 실시양태는 초기 처리 단계, 후속 처리 단계 등과 관련된 복수 처리 단계를 포함한다. 물론, 이러한 처리 단계들은 적당한 프로세서, 예를 들어, 예비처리 영역 프로세서, 열분해 챔버, 다중 코일 탄소 개질 용기, 다중 코일 탄소 개질 용기의 1차 탄소 개질 코일, 다중 코일 탄소 개질 용기의 2차 탄소 개질 코일, 다중 코일 탄소 개질 용기의 3차 탄소 개질 코일 등에 의해서 이루어진다.
어떤 실시양태에서는, 원료 고체 탄소물질 주입구는 요구되는 만큼 초과하지 않는 주입 입자 크기로 미리 분쇄되거나 조각난 주입 원료 고체 탄소물질이 연속적으로 공급되는 워킹 플로어(walking floor) 또는 기타 원료 저장고(1)(도1, 도2 및 도12)를 가진다. 또한, 실시양태에서는, 재고 저장량은 예컨대, 주입 원료 탄소물질의 일관된 공급을 보장하도록 5일 재고 저장량으로 선택될 수 있다. 실시양태에서, 이를테면 연소 버너에 의해서 생성된 기화 시스템 배기 연도 가스(9)(도1, 도2 및 도12)는 고온 분배 콤프레서(8)(도1, 도2 및 도12)와 같은 콤프레서로 공급되어 연도 가스 온도가 고온, 약 700℉에서 저온으로 낮추어진다. 이것은 도시되지 않은 인라인 열 교환기 등을 통해서 이루어진다. 실시양태에서는, 온도 저하가 약 300℉ 까지 떨어진다. 더욱이, 콤프레서는 적은 체적으로 압력을 조절하며 또한 필요하면 뜨거운 연도 가스를 저장고 속으로 간헐적으로 분사시켜 원료 고체 탄소물질 내의 습기를 추가로 건조한다. 가변 속도 수평 미터링 스크류(도시되지 않음)와 같은 적당한 원료 분배 시스템이 제어된 공급량의 원료 고체 탄소물질을 가변 속도 경사 컨베이어(2)(도1,2,3,4 및 12)로 분배하는데 사용된다.
어떤 실시양태에서는, 예컨대 압력-기밀 유닛 실린더 속과 같이 가변 속도 경사 컨베이어를 밀폐하도록 구성함으로써 압력 시스템이 기화 공정 유동 경로에 결합되어 적당히 원료 고체 탄소물질을 가압한다. 또한 이러한 압력 시스템은 연도 가스 분배 콤프레서를 가지는데 밀폐 실린더와 같이 뜨거운 연도 가스를 컨베이어 장치로 적지만 연속적으로 압력을 조절하여 약 40 psi 압력이 컨베이어 공급 실린더를 통하여 유지된다. 이것은 주입 공급 플레넘 조립체(6)(도1, 도2, 도3 및 도12)속으로 공급된다. 또한, 압력 시스템은 주입 플레넘 조립체에 밀폐된(플랜지된) 컨베이어 유닛 실린더 압력부를 포함하며, 컨베이어 압력 유닛 실린더 외측에는 컨베이어 구동 모터가 설치된다. 더욱이, 모터 구동축은 컨베이어 하우징 실린더의 벽을 통해 압력 시스템의 일부로서 가압 밀폐된다. 연도 가스는 더 압축되고 압력 조절되어 주입 기밀 플레넘의 상부에서 분사된다. 이것은 분사 위치(3)(도1, 도2 및 도12)에서 발생한다. 위치와 양은 약 300℉ 및 40 psi 압력에서 요구된 연속 예열 온도가 주입 플레넘 챔버에서 유지되도록 선정된다.
어떤 실시양태에서는, 예컨대 압력-기밀 유닛 실린더 속과 같이 가변 속도 경사 컨베이어를 밀폐하도록 구성함으로써 압력 시스템이 기화 공정 유동 경로에 결합되어 적당히 원료 고체 탄소물질을 가압한다. 또한 이러한 압력 시스템은 연도 가스 분배 콤프레서를 가지는데 밀폐 실린더와 같이 뜨거운 연도 가스를 컨베이어 장치로 적지만 연속적으로 압력을 조절하여 약 40 psi 압력이 컨베이어 공급 실린더를 통하여 유지된다. 이것은 주입 공급 플레넘 조립체(6)(도1, 도2, 도3 및 도12)속으로 공급된다. 또한, 압력 시스템은 주입 플레넘 조립체에 밀폐된(플랜지된) 컨베이어 유닛 실린더 압력부를 포함하며, 컨베이어 압력 유닛 실린더 외측에는 컨베이어 구동 모터가 설치된다. 더욱이, 모터 구동축은 컨베이어 하우징 실린더의 벽을 통해 압력 시스템의 일부로서 가압 밀폐된다. 연도 가스는 더 압축되고 압력 조절되어 주입 기밀 플레넘의 상부에서 분사된다. 이것은 분사 위치(3)(도1, 도2 및 도12)에서 발생한다. 위치와 양은 약 300℉ 및 40 psi 압력에서 요구된 연속 예열 온도가 주입 플레넘 챔버에서 유지되도록 선정된다.
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과도한 원료 습도를 건조하는 뜨거운 연도 가스의 장점에 덧붙여, 뜨거운 연도 가스는 주입 원료물질로부터 과잉 공기를 제거하고 없애는데 사용된다. 이러한 뜨거운 연도 가스는 산소 제거 시스템의 일부로서 사용될 수 있으며, 이는 주입 플레넘 공급 조립체 내의 산소 레벨을 포함한 공기량을 제한하도록 중요한 공정 제어를 나타낸다. 이러한 산소 제거 시스템은 경사진 기저 주입부를 통하여 경사부의 바닥에서 연도 가스를 분사하여 중량적으로 사용되며, 경사진 주입부를 통해서 원료 고체 탄소물질이 이동되고 경사진 정상 배출부를 통하여 경사부의 상부로부터 산소 성분을 배출시킨다. 어떤 공정 구성에서는, 뜨거운 생성가스가 연도 가스를 사용하는 대신에 추가로 대체되어 탄소물질을 건조시키고 장점을 대체시키며 탄소 성분의 순환을 더욱 추가시킨다. 어떤 실시양태에서는, 이러한 경사부는 가변 속도 경사 컨베이어(2)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도12) 또는 유사물 일 수 있다.
중량적 제거는 분사된 연도 가스가 경사부를 통하여 중량적으로 상승할 때 공기 성분과 산소 성분이 통로를 통하여 이동하여 이루어진다. 배출된 공기 또는 산소 성분을 방출시키는 것은 경사부의 상부에 있는 적당한 포트, 밸브, 배출구 등을 통하여 영향을 받는다. 더욱이, 분사된 연도 가스가 산소 제거에 충분하면 적당한 대체물이 본 발명의 중량적 원리에 따라서 분사될 수 있는데, 예를 들어 연도 가스, 가압 연도 가스, 예열 연도 가스, 재순환 연도 가스, 선택 생성가스, 습식 선택 생성가스, 건식 선택 생성가스, 재순환 선택 생성가스 등의 사용을 포함한다. 물론, 분사 물질의 온도와 압력 특성은 산소 제거를 이루기에 적당하게 선택될 수 있고, 예를 들어 적어도 40 psi로 가압되고 적어도 300℉ 온도로 예열될 수 있다.
또한, 연도 가스는 많은 양의 CO로 이루어지는데, 이는 유리 탄소의 방출을 위해서 휘발성 가스로 전환되는 것을 돕는다. 주기적인 소량의 플레넘 연도 가스는 배기 필터(5)(도1, 도2 및 도12)와 플레넘 배기 블리드 배출구(4)(도1, 도2 및 도12)의 상부에 구성된 압력 배출/제어 밸브(71)(도1, 도2 및 도13)를 통한 안전 릴리프로 자동 배기된다.
기화 유동 경로는 가압 시스템의 압력을 유지하기 위해서 하나 또는 그 이상의 적당한 에어록(airlock) 부품, 이를테면 회전형 에어록 재료 공급 밸브(도시되지 않음)를 통하여 연결될 수 있다. 이러한 에어록 부품들은 필요한 압력, 예컨대 40 psi 압력이 플레넘 분배 시스템과 같은 시스템의 가압 부품들에서 유지되게 구성된다. 이렇게 압력을 유지하면 기화 시스템의 후속적인 처리 영역으로부터 물질의 역 공급을 방지한다. 또한, 40 psi 정도의 포지티브 플레넘 압력을 유지함으로써 원료 고체 탄소물질을 연이은 처리 영역으로의 하향 분사를 가압적으로 도와준다. 실시양태에서, 원료 고체 탄소물질은 적당한 에어록 부품, 이를 테면 넓은 스로트 에어록 밸브를 통하여 중력에 의해서 전달된다. 이러한 구조에서, 하나의 밸브가 연속해서 개방 위치로 있고 반면에 다른 밸브는 폐쇄 위치로 유지되어 원료 물질이 2개의 밸브사이의 홀딩 챔버에 남게된다. 이런 저런 방법으로, 하부 밸브가 열리면 원료 물질은 박스 노 인클로저(26)(도1 및 도2)을 통해 기화 시스템의 연이은 처리 영역(도1 및 도2)으로 연결 도관속으로 떨어진다.
물론, 기화 공정 유동 경로가 연결되는 압축 시스템은 상기 실시양태에 제한되어 구성되지는 않는다. 오히려, 압축 시스템은 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 영역을 고체 탄소물질 기화 시스템의 외부 압력과는 다른 압력에서 유지시키게 단순히 이루어 질 수 있다. 이러한 압력 유지는 본 발명의 원리에 따른 적당한 방법, 예컨대 에어록, 이중 에어록, 가압 연도 가스 또는 가압 선택 생성가스와 같은 가압 물질을 분사하는 인젝터, 또는 압력을 유지시키게 구성된 인덕터를 사용하여 이루어 질 수 있다. 또한, 압력 시스템은 가압이 요구되는 어떤 기화 시스템 인클로저, 예컨대 예비처리 주변 인클로저, 열분해 챔버 인클로저, 다중 코일 탄소 개질 용기 인클로저, 고체 탄소물질 기화 시스템을 통해 연결되는 기화 공정 유동 경로의 일부 또는 모든 부분 등에 적용될 수 있다. 어떤 실시양태에서는, 압력 시스템은 가압 주변부와 비가압 주변부 사이의 연결을 방지하거나 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 원료 고체 탄소물질을 밀폐하기 위해서 밀봉된다.
여러 실시양태들은 가열 시스템을 기화 공정 유동 경로에 연결시킨다. 이러한 연결은 2개의 부품을 어느 정도 상관 관계에 있게 하는데, 예컨대 기화 공정 유동 경로에 연결된 가열 시스템은 가열 시스템으로 하여금 기화 공정 유동 경로의 적어도 일부를 가열하게 한다. 이러한 방법의 가열은 적당한 수단, 예컨대 연소 버너, 전기 가열기 등으로 이루어진다. 여러 실시양태에서, 가열 시스템은 특수한 처리 단계에 적합한 열을 공급하도록 구성된다. 이러한 방법에서, 여러 실시양태의 가열 시스템은 열분해 온도 가열 시스템, 탄소 개질 온도 가열 시스템, 가변 온도 영역 가열 시스템, 125℉∼135℉ 온도, 135℉∼300℉ 온도, 300℉∼1,000℉ 온도, 1,000℉∼1,640℉ 온도 및 1,640℉∼1,850℉ 온도를 설정하도록 가열 시스템을 포함한다.
여러 실시양태에서, 기화 공정 유동 경로는 온도 변경 주변부를 통하여 연결될 수 있다. 온도 변경 주변부는 가변 온도 영역 가열 시스템에 의해서 변경하는 온도로 가열되는 기화 공정 유동 경로의 인접부를 가진다. 어떤 실시양태는 에어록 밸브(7)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도12)의 하부로부터 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2 및 도13)의 벽을 통과하는 원료물질 중력 하향 흐름을 사용한다. 이것은 하나 또는 그 이상의 동적 조절 가능한 공정 흐름 변수들이 원료 고체 탄소물질을 처리하기 위해 이용되는 온도 변경 주변부 속으로 직접 설치된다. 온도 변경 주변부 내에서의 전체 작동 온도는, 예비처리 영역으로부터 들어오는 주입 도관이 음으로 대전된 물 종류의 체적 또는 분사된 연도 가스의 온도와 같은 여러 가지 적당한 동적 조절가능한 공정 결정 변수에 따라서, 약 250℉∼300℉의 승온에서 주입 원료 고체 탄소물질을 제공하도록 조절된다. 온도 구배는 주입 영역에서 약 300℉ 로부터 배출 영역을 향하여 약 900℉∼1000℉에 도달하는 온도 변경 주변부 내에서 설정된다. 물론, 가변 열 배출이 가능한 어떤 적당한 가열 시스템도 이러한 가변 온도 영역을 이루는데 사용된다. 어떤 실시양태에서는, 예를 들어, 전기 가열기, 연소 버너 등의 일련의 장치가 온도 가변 주변부를 제공하도록 구성된다.
여러 실시양태에서, 온도 변경 주변부는 액화 영역을 포함한다. 액화 영역은 가변 온도 주변부의 온도 영역이며, 여기서 원료 고체 탄소물질은 그 액화 온도까지 가열되어 액화된다. 실시양태는 온도 변경 주변부를 통하여 이동됨에 따라 가변 온도까지 가열되는 온도 변경 주변부 내의 다수개 이동 가이드와, 온도 변경 주변부와 액화 영역을 통하여 운반되도록 원료 고체 탄소물질과 만나는 온도 변경 주변부를 통하여 위치되는 트랜스 액화 이동 가이드를 가진다. 이러한 액화 영역을 관통하여 이동하는 단계는 원료 고체 탄소물질을 액화시키는데 요구되는 것보다 낮은 온도인 온도 변경 주변부의 예비 액화 온도 영역에서 원료 고체 탄소물질을 수용하는 단계, 원료 고체 탄소물질을 원료 고체 탄소물질이 액화되는 액화 영역을 통해 이동시키는 단계, 및 원료 고체 탄소물질의 액화 온도보다 높은 온도인 액화 후 온도 영역 속으로 액화 원료 고체 탄소물질을 이동시키는 단계를 포함한다.
여러 실시양태에서, 기화 공정 유동 경로는 온도 변경 주변부를 통하여 연결될 수 있다. 온도 변경 주변부는 가변 온도 영역 가열 시스템에 의해서 변경하는 온도로 가열되는 기화 공정 유동 경로의 인접부를 가진다. 어떤 실시양태는 에어록 밸브(7)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도12)의 하부로부터 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2 및 도13)의 벽을 통과하는 원료물질 중력 하향 흐름을 사용한다. 이것은 하나 또는 그 이상의 동적 조절 가능한 공정 흐름 변수들이 원료 고체 탄소물질을 처리하기 위해 이용되는 온도 변경 주변부 속으로 직접 설치된다. 온도 변경 주변부 내에서의 전체 작동 온도는, 예비처리 영역으로부터 들어오는 주입 도관이 음으로 대전된 물 종류의 체적 또는 분사된 연도 가스의 온도와 같은 여러 가지 적당한 동적 조절가능한 공정 결정 변수에 따라서, 약 250℉∼300℉의 승온에서 주입 원료 고체 탄소물질을 제공하도록 조절된다. 온도 구배는 주입 영역에서 약 300℉ 로부터 배출 영역을 향하여 약 900℉∼1000℉에 도달하는 온도 변경 주변부 내에서 설정된다. 물론, 가변 열 배출이 가능한 어떤 적당한 가열 시스템도 이러한 가변 온도 영역을 이루는데 사용된다. 어떤 실시양태에서는, 예를 들어, 전기 가열기, 연소 버너 등의 일련의 장치가 온도 가변 주변부를 제공하도록 구성된다.
여러 실시양태에서, 온도 변경 주변부는 액화 영역을 포함한다. 액화 영역은 가변 온도 주변부의 온도 영역이며, 여기서 원료 고체 탄소물질은 그 액화 온도까지 가열되어 액화된다. 실시양태는 온도 변경 주변부를 통하여 이동됨에 따라 가변 온도까지 가열되는 온도 변경 주변부 내의 다수개 이동 가이드와, 온도 변경 주변부와 액화 영역을 통하여 운반되도록 원료 고체 탄소물질과 만나는 온도 변경 주변부를 통하여 위치되는 트랜스 액화 이동 가이드를 가진다. 이러한 액화 영역을 관통하여 이동하는 단계는 원료 고체 탄소물질을 액화시키는데 요구되는 것보다 낮은 온도인 온도 변경 주변부의 예비 액화 온도 영역에서 원료 고체 탄소물질을 수용하는 단계, 원료 고체 탄소물질을 원료 고체 탄소물질이 액화되는 액화 영역을 통해 이동시키는 단계, 및 원료 고체 탄소물질의 액화 온도보다 높은 온도인 액화 후 온도 영역 속으로 액화 원료 고체 탄소물질을 이동시키는 단계를 포함한다.
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어떤 실시양태에서는, 다수개의 트랜스 액화 이동 가이드들이 온도 변경 순환부에 연결된다. 이러한 온도 변경 순환부는 트랜스 액화 이동 가이드로 하여금 순환 통로상에서 온도 변경 주변부를 통하여 이동하게 한다. 이러한 순환적 이동을 하는 트랜스 액화 이동 가이드는 온도 변경 주변부의 하나의 온도 영역 내에서 시작하여 온도 변경 주변부의 하나 또는 그 이상의 다른 온도 영역을 통하여 이동하고, 온도 변경 주변부의 제1 온도 영역 내의 초기 시작 위치로 순환하여 순환이 반복된다. 물론, 다양한 적당한 장치가 이러한 순환을 달성하게 한다. 예를 들어, 어떤 실시양태에서는, 온도 변경 순환부는 트랙 공급기(10)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도13)와 같은 엔드리스 루프 컨베이어 시스템을 포함한다. 또한 실시양태는, 다수개의 트랜스 액화 이동 가이드들에 의해 이동되는 원료 고체 탄소물질이 온도 변경 주변부 내에서 유지되는 보유 시간을 변경하도록 온도 변경 주기적 순환부가 작동하는 속도를 변경시키는 것을 포함한다. 이러한 방법으로, 트랙 공급기(10)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도13)는 가변 순환 싸이클을 제공한다.
어떤 실시양태에서는, 이동 가이드는 전환가능한 이동 가이드이다. 이동 가이드를 전환가능하게 구성하면 이동 가이드를 그 스스로 물리적으로 전환시켜 이동 가이드에 원료 고체 탄소물질이 만나게 이동시킨다. 예를 들어, 실시양태의 이동 가이드가 온도 변경 순환부에 연결되면 순환부의 순환 이동이 순환부의 순환 이동을 통하여 이동 가이드의 위치를 물리적으로 전환시키게 작동한다. 더욱이, 이러한 이동 가이드의 전환 성질은 회전 스크류 시스템과 같은 비전환 이동 시스템과 대비되고, 스크류의 위치는 그 스스로 전환되지 않으며 이동은 스크류의 회전에 의해서 단순하게 전달된다. 어떤 실시양태에서는, 이동 가이드의 전환 성질은 액화 원료 고체 탄소물질에 의해 이동 가이드가 막히는 것을 방지하게 도와주는데, 이동 가이드의 위치를 전환시켜 액화 원료를 높은 온도 영역으로 전환적으로 밀고, 액화 온도로 유지되는 것을 피하게 이동 가이드의 온도를 주기적으로 변경시켜서 이동 가이드의 온도를 주기적으로 변환시킨다.
더욱이, 온도 변경 주변부 내의 순환 이동 가이드는 액화 영역을 통하여 이동할 때 액화되는 원료 고체 탄소물질의 이동 가이드를 자동적 주기적으로 청소하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 순환 단계는 이동 가이드의 온도를 연속적으로 변경시키는, 이들이 변경 온도 영역을 통해서 순환될 때 이동 가이드의 온도를 주기적으로 높히고 낮추는 단계를 포함한다. 이러한 이동 가이드의 온도 변경은 액화 전 온도와 액화 후 온도를 교대로 이루어져 이동 가이드가 액화 온도로 유지되는 것을 피하게 하고, 이러한 방법으로 이동 가이드가 그 액화 후 온도로 순환할 때 각각의 이동 가이드가 만나는 액화된 원료 고체 탄소물질이 증발하게 된다. 따라서, 이동 가이드는 이러한 순환의 결과로 자동적 주기적으로 청소되고 이동 가이드의 묶임은 액화된 건조 고체 탄소 원료가 주기적으로 증발되는 만큼 회피된다. 이러한 방법으로 이동 가이드는 유지되는 액화 온도를 피하고 온도가 주기적 증가하고 감소되며, 원료 고체 탄소물질이 주기적으로 액화되고 증발되게 하고, 이동 가이드의 묶임 저지가 이루어지게 구성된다.
어떤 실시양태에서 트랙 공급기와 다수개의 트랜스 액화 이동 가이드는 트랙 가열 스크래퍼 판을 가지게 구성될 수 도 있다. 예를 들어, 어떤 실시양태에서는, 하부 종(longitudinal) 중심선을 따라서, 트랙 가열 스크래퍼 판(도시되지 않음)의 하부에 온도 구배를 연속적으로 제어하는 병렬식 점진적인 전기 가열기(11)(도1, 도2 및 도13)가 위치된다. 이와 유사하게, 어떤 실시양태에서는, 선택 생성가스 버너 매니폴드가 가열원으로 사용되고 트랙 공급기 실시양태의 외부에 인접하게 위치된다. 스크래퍼 마모판은 필요하면 주기적으로 교체되고 경화된 고온의 금속재료로 제조되고 주조된다. 공급기 트랙을 반시계 방향으로 회전시키면 원료 고체 탄소물질을 트랙 공급기의 하부로 이동시킨다.
또한, 어떤 실시양태에서는, 이러한 변경 온도가 기화 공정 유동 경로를 따라서 온도 변경 주변부를 통과하는 원료 고체 탄소물질의 적어도 일부를 열분해하기에 적당한 열분해 온도이다. 열분해는 연속적인 열 반응, 화학 반응 및 휘발 반응에 의해서 원료 고체 탄소물질의 분해를 일으키도록 반응적으로 많은 양의 산소가 없이 원료 고체 탄소물질을 가열한다. 이와 같이 반응적으로 많은 산소가 필요없다는 것은 완전히 산소가 없음(비록 어느 정도 포함되더라도)이 요구되는 것은 아니고 상기 원료 고체 탄소물질이 온도 변경 주변부에 있을 때, 연소가 거의 또는 전혀 일어나지 않는 산소의 양을 포함한다. 여러 실시양태에서, 열분해는 탄소물질의 증발, 예컨대 탄화수소를 증발시키거나 또는 선택 생성가스 성분을 증발시키는 단계를 포함한다. 또한, 어떤 실시양태에서는, 열분해가 일어나는 온도 변경 주변부의 일부가 열분해 챔버를 포함하는 것을 고려할 수 있다.
어떤 실시양태에서는, 온도 변경 주변부 내에서 원료 고체 탄소물질을 열분해하는 것은 원료 고체 탄소물질을 주로 열분해하는 단계를 포함한다. 이러한 열분해는 원료 고체 탄소물질을 장기간 열분해 조건에 놓아두어서 크게 열분해시킨다. 예를 들어, 실시양태는 온도 변경 순환부와 온도 변경 순환부에 연결된 다수개의 이동 가이드의 속도를 변경시켜 원료 고체 탄소물질을 적어도 2분, 적어도 3분, 적어도 4분, 적어도 5분, 적어도 6분, 적어도 7분, 적어도 8분, 적어도 9분, 적어도 10분, 적어도 11분, 적어도 12분, 적어도 13분, 적어도 14분, 적어도 15분, 적어도 16분, 적어도 17분, 적어도 18분, 적어도 19분 또는 적어도 20분 동안 온도 변경 주변부의 열분해 챔버속에 유지시킨다. 이러한 유지 시간은 종래의 열분해 시간보다 사실상 더 길고 종래의 열분해 시스템을 막는 액화에 의해서 일어나는 막힘을 최소화하거나 제거함으로써 이루어진다.
더욱이, 열분해 또는 주 열분해는 여러 실시양태에서 트랙 공급기의 표면적을 최대화시킴으로써 이루어져서 열분해 챔버의 열분해 조건으로 원료 고체 탄소물질의 표면적 접촉을 증대시키게 된다. 예를 들어, 실시양태는 트랙 공급기(10)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도13)의 표면적을 증대시키는, 예컨대 트랙 공급기의 크기를 최소 폭 24 인치, 최소 폭 30 인치, 최소 폭 36 인치, 최소 폭 42 인치, 최소 폭 48 인치, 최소 폭 54 인치, 최소 폭 60 인치, 최소 폭 66 인치, 최소 폭 72 인치, 최소 길이 3 피트, 최소 길이 6 피트, 최소 길이 9 피트, 최소 길이 12 피트, 최소 길이 15 피트, 최소 길이 18 피트, 최소 길이 21 피트로 한다. 이러한 크기는 종래의 3 또는 4 단계 오거 공급 열분해 시스템 설계보다 10배∼20배 큰 표면적을 노출시킨다.
여러 실시양태에서, 트랙 공급기는 연속적인 컴퓨터 자동화를 가지는 일체의 공정 제어 모듈을 나타낸다. 공정 유동 실시양태는 시간 주기를 조절하여 일정시간 처리되는 원료 고체 탄소물질이 열, 연도 가스 CO, 음으로 대전된 물 종류 등과 완전히 반응 접촉하게 하는 열분해 시간을 연장하거나 단축시킨다. 여러 실시양태의 트랙 공급 시스템은 주입 원료 고체 탄소물질의 약 50 톤 ~ 500 톤/일로서 자동적으로 처리하는 용량으로 설계된다. 물론, 어떤 실시양태에서는 열분해 챔버를 가지는 다수개의 온도 변경 주변부를 통해 연결되는 다수개의 트랙 공급기가 전체의 원료 고체 탄소물질 처리량을 증대하기 위해 사용된다. 실시양태에서는, 트랙 공급기 최대 표면적, 조절가능한 온도, 점진적인 시간 제어, 트랙 속도 제어 변수들은 열분해 시간 등을 연장시키고 타르와 페놀 화학 분량(fraction)을 포함하는 원료 고체 탄소물질을 거의 완전히 열분해시키게 한다. 어떤 실시양태에서는, 소량의 소성 돌로마이트가 열분해 챔버 내에서 일어나는 황 또는 타르 및 페놀 초기 분해 공정을 가속화하고 촉진시키도록 예비처리 영역에서 첨가된다. 트랙 공급기 작동 기간은 한달의 유지 보수에 짧은 2-3일 주기임을 제외하고는 100% 이다. 체인, 스프로켓 및 구동축과 같은 트랙 공급기의 부품들은 고온 인코넬(상표명) 하부 금속 재료 기타 대응물 및 적당한 금속 재료로 제조되고, 트랙 날개부 및 하부 트랙 스크래퍼 마모 및 가열 판(도시되지 않음)과 같은 부품들은 고온 합금 등으로 맞춤 주조된다. 트랙 공급기 구동 베어링들은 표준 원자력 산업 고온 밀폐 장치이며, 외부 가변 속도 모터 구동 장치는 분당 1∼5회전의 트랙 회전 운동 설정 값을 제공한다. 별개의 자동 배기 안전 릴리프 압력 제어 및 릴리프 밸브(71)(도1, 도2, 도13 및 도14)가 설치되고 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2 및 도13)의 상부 중심에 위치된다. 물론, 상술한 온도 변경 순환부를 사용하면 어떤 형태의 오거 스크류나 온도 변경 주변부의 열분해 챔버를 통한 어떤 스크류 형태의 이동 시스템도 필요로 하지 않게 된다.
또한, 여러 실시양태들은 원료 고체 탄소물질의 적어도 하나의 성분을 자기적으로 분리시키도록 기화 공정 유동 경로가 연결되는 자기 물질 제거 시스템(12)(도1 및 도2)을 포함한다. 이러한 자기 물질 제거 시스템은 원료 고체 탄소물질의 금속 성분을 자기 흡인하는 자석을 사용한다. 비금속성 성분이 제거되어야 하는 경우, 실시양태는 금속 산화 영역에서 비금속성 성분의 금속 산화물을 발생시키고 발생된 금속 산화물을 자기 흡인시켜 이러한 비금속성 성분을 제거한다. 어떤 실시양태에서는, 산화가 이러한 성분과 기화 공정 물질 유동 경로속으로 분사됨에 따라 음으로 대전된 물 종류를 반응시키고 반응 성분을 자기 흡인시킴으로써 이루어진다. 더욱이, 이렇게 자기 분리된 성분들은 기화 공정 유동 경로로부터 중량적으로 멀리 편향되고 전자기 드롭 웰(drop well) 속으로 수용되게 함으로써 기화 공정 유동 경로로부터 제거된다. 물론, 이러한 중량적 편향은 자석에 의해서 촉진될 수 있다. 여러 실시양태에서, 이러한 전자기 드롭 웰은 원료 고체 탄소물질의 열분해 이후에도 온도 변경 주변부로부터 배출되기 전에 제거되는 성분을 수용하게 위치된다. 이러한 자기 분리 성분을 제거하면 이러한 성분에 의해서 발생되는 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 마모를 감소시킬 수 있다. 또한, 이러한 제거는 선택 생성가스의 순도를 높이고, 선택 생성가스의 BTU 성분을 증진시키며, 선택 생성가스 내의 오염물을 최소화하며, 자기 물질-제거된 선택 생성가스를 발생시키는데 도움을 준다.
어떤 실시양태에서는, 발생된 액화 반응 증기와 분무된 입자 물질과 같은 열분해 탄소물질이 벤추리 인젝터(13)(도1, 도2, 도4, 도9 및 도14)속으로 통과한다. 이후에 이것은 다중 코일 탄소 개질 용기(19)(도1, 도2, 도3, 도4, 및 도14)의 입구에 고정된 압력 기밀부를 가진다. 벤추리 인젝터(13)(도1, 도2, 도4, 도8 및 도14)는 다중 코일 탄소 개질 용기의 예비 개질 코일인 최 내측 개질 코일(15)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 입구 주입 파이프 구멍에 직접 연결된다. 벤추리 측면 입구 주입부는 생성된 선택 생성가스, 발생된 음으로 대전된 물 종류 또는 이들 모두가 제1 최 내측 개질 코일(15)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 초기 주입 구멍에서 개질 코일속으로 주입되도록 선택된다. 별도의 공정 안전조치로서, 측면 흐름 소량의 선택 생성가스는 다중 코일 탄소 개질 용기(19)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도14)속으로, 벤추리 인젝터(13)를 통해 또는 벤추리 인젝터(17)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14)를 통해 그 속으로 순환 분사된다. 이것은 별도의 선택 생성가스 이동 속도 및 압력이 기화 공정 유체 속에 있는 탄소물질을 다중 코일 탄소 개질 용기(19)의 모든 개질 코일(15), (16) 및 (18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)속으로 연속적으로 이동하게 한다. 연도 가스, 선택 생성가스 또는 이들 모두가 순간적이고 기계적 또는 공정 소모 가능성인 경우에, 급격한 정지 퍼지가 시스템 공정 물을 다중 코일 탄소 개질 용기(19)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도14)속으로 역공급시켜 완벽한 다중 코일 탄소 개질 용기 배기 청소를 제공하도록 사용된다. 코일 잠열은 비상 정지 상황으로 인하여 필요하면 즉각적인 스팀 청소 작동을 하는 열 에너지를 제공한다. 벤추리 인젝터(13)(도1, 도2, 도4, 도8 및 도14) 및/또는 벤추리 인젝터(17)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14) 지점에서 음으로 대전된 미스트 분사를 초기 개질 코일 속에 직접 제공하면 거의 즉각적인 스팀 개질 반응 제어를 제공할 수 있다. 만약 높은 계면활성제 또는 타르 또는 왁스성 화학물질이 존재하거나 매우 건조한 주입 원료 고체 탄소물질이 처리되거나 또는 보다 유연한 공정 제어 변수들이 요구되는 경우에는 벤추리 인젝터(17)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14)와 같은 부품이 도시된 벤추리 인젝터(13)를 위한 다른 실시양태에 적용될 수 있다.
어떤 실시양태에서는, 음으로 대전된 스팀을 포함한 음으로 대전된 물 종류가 온도 변경 주변부에 부가될 수 있다. 이러한 음으로 대전된 물 종류의 부가는 온도 변경 주변부 내에서 수행되는 동적 조절가능한 공정 결정 변수를 나타낸다. 음으로 대전된 물 종류는 순환 분사 라인(51)(도1 및 2)을 통해 연결되며 약 1,800 ℉의 높은 온도로 예열되고 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2, 도13 및 도14)를 통해 지나며 예열된다. 음으로 대전된 물 종류의 부가는 벤추리(도시되지 않음)를 사용하여 트랙 공급기(10)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도13)에 의해 만나는 원료 고체 탄소물질을 도입할 때 미스트 분사하는 단계를 포함한다. 외부 밸브를 제어함으로써 음으로 대전된 물 종류의 부가가 최적의 공정 제어 고정점을 결정하도록 측정한다.
또한, 실시양태는 연도 가스를 온도 변경 주변부에 부가하며, 이러한 가압 연도 가스는 적어도 80 psi 로 가압되거나 약 75∼100 cfm 의 유속으로 이동한다. 이러한 연도 가스의 부가는 동적 조절가능한 공정 결정 변수를 나타낸다. 예를 들어, 이러한 연도 가스의 부가는 원료 고체 탄소물질의 온도에 영향을 주고 온도 변경 주변부속의 이동력 압력을 제공한다. 예를 들어, 음으로 대전된 물 종류를 온도 변경 주변부 속으로 분사하는 동시에 별개의 뜨거운 연도 가스가 가압되고 압력은 배기 연도 가스 콤프레서(8)(도1, 도2 및 도12)로부터 적어도 약 80 psi로 조절된다. 이것은 주입 원료 고체 탄소물질과 혼합되는 음으로 대전된 물 종류의 분사를 함께 하도록 벤추리 분사(도시지되지 않음)된다. 이것은 음으로 대전된 물 종류가 완전한 열분해를 보다 가속되게 반응하고 도와주게 하는 추가 공정 결정 변수를 확립할 뿐 아니라 별개의 반응 연도 가스 일산화탄소 성분을 분사하여 증기압 반응을 가속화 한다. 또한, 가압 연도 가스를 분사하면 온도 변경 주변부 내의 압력을 예컨대 필요하면 80 psi 이상으로 조절 및 유지하게 도와준다. 또한, 부가된 예열 연도 가스로부터의 열은 전체 열 균형에 기여하는데, 다른 기화 시스템 부품으로부터의 열 요구를 감소시킨다.
더욱이, 실시양태는 동일한 공정 제어 이익을 얻도록 부가-연도 가스로서 선택 생성가스를 부가하고, 습식 선택 생성가스를 부가하고, 건식 선택 생성가스를 부가하고, 재순환 선택 생성가스를 부가하고, 스크러버 재순환 타르를 부가하고, 스크러버 재순환 페놀을 부가하고, 스크러버 재순환 이산화탄소를 부가하고, 그리고 스크러버 재순환 고체를 온도 변경 주변부에 부가한다. 물론, 이러한 부가는 동적으로 조절가능한 공정 결정 변수를 나타낸다.
따라서, 여러 실시양태에서는, 온도 변경 주변부가 하나 또는 그 이상의 동적 조절가능한 공정 결정 변수들을 단독으로 이동시키거나 또는 조합해서 이동한다. 초기 원료 고체 탄소물질 분해, 이를테면 열분해는 온도 구배를 통한 이동 트랙 공급기 하측 길이부를 따라 점진적인 온도 증가를 가져온다. 실시양태에서, 이온도는 약 300℉∼900℉ 범위이고, 이동 가이드, 트랙 날개부가 트랙 공급 가열기 접촉판(도시되지 않음)의 표면을 따라 탄소물질을 전방으로 향하여 문지를 때 발생한다. 원료 고체 탄소물질은 전방으로 이동하고 점차로 더 작은 고체 입자로 분해 및 휘발되고 초기 탄소 전환 가스가 배출된다. 더욱이, 원료 고체 탄소물질은 수소 가스, 일산화탄소 가스, 탄화수소 증기 및 기타 선택 생성가스 성분으로 휘발화하기 시작하는 것과 함께 부분적으로 액화된다. 트랙 공급 속도의 변경으로 유지 시간을 제어하고 조절함으로써 원료 고체 탄소물질은 주로 모든 목탄 분해 반응, 이를테면 액화 단계를 거치거나 도입된다. 여기서 분해, 이를테면 열분해된 탄소함유 미립자 물질의 약 100%가 분배되고, 초기 액화된 가스는 계속되는 기화 시스템 공정 단계, 이를테면 다중 코일 탄소 개질 용기 속으로 크로스오버된다. 파라 마그네틱 유기 또는 금속 화합물을 포함하는 나머지 큰 입자 타르, 고체 또는 무기 금속 또는 불활성 물질의 잔여량은 전자기 드롭 웰(12)(도1, 도2 및 도13)속으로 유입되어 분리된다. 이러한 분리된 소량의 물질들은 에어록 리시버(도시되지 않음)를 통하여 외부 용기로 간헐적으로 공급된다. 큰 입자 크기의 불완전하게 분해된 탄소물질은 다른 드롭웰 실리카 또는 자기편으로부터 스크린 분류되고 분리되며 워킹 플로어 공급 호퍼로 재순환된다.
변경하는 트랙 공급 속도의 물리적인 역학은 분해 완성 시간을 다른 원료 고체 탄소물질의 여러 가지 화학적 성질에 최적화할 뿐만 아니라, 기타 상승효과적인 동적 조절가능한 공정 결정 변수들이 거의 모든 분해를 최적화하고 연이은 기화 시스템 공정에 대해 초기 액화 가스 전달을 최대화하도록 개별적으로 또는 함께 이용된다. 동적 조절가능한 공정 결정 변수들은 변경되거나 증가되는 열 및 온도 변경으로 존재하고, 연도 가스 분사 농도, 이를테면 일산화탄소 비율은 조절되며, 음으로 대전된 물 종류 희석 및 분사비율은 탄소 변경 및 스팀 개질을 가속시키게 조절되고, 일관(throughput) 선택 생성가스 성분 압력 반응 속도는 변경되며, 그 결과 형성된 운반 증기 및 탄소함유 미립자 또는 회분 물질 균형비는 최적의 선택 생성가스 제조량을 이루도록 변경되고 조절된다.
변경하는 트랙 공급 속도의 물리적인 역학은 분해 완성 시간을 다른 원료 고체 탄소물질의 여러 가지 화학적 성질에 최적화할 뿐만 아니라, 기타 상승효과적인 동적 조절가능한 공정 결정 변수들이 거의 모든 분해를 최적화하고 연이은 기화 시스템 공정에 대해 초기 액화 가스 전달을 최대화하도록 개별적으로 또는 함께 이용된다. 동적 조절가능한 공정 결정 변수들은 변경되거나 증가되는 열 및 온도 변경으로 존재하고, 연도 가스 분사 농도, 이를테면 일산화탄소 비율은 조절되며, 음으로 대전된 물 종류 희석 및 분사비율은 탄소 변경 및 스팀 개질을 가속시키게 조절되고, 일관(throughput) 선택 생성가스 성분 압력 반응 속도는 변경되며, 그 결과 형성된 운반 증기 및 탄소함유 미립자 또는 회분 물질 균형비는 최적의 선택 생성가스 제조량을 이루도록 변경되고 조절된다.
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여러 실시양태에서 고체 탄소물질 기화 시스템은 여러 가지 물질을 기화 공정 유동 경로를 통하여 재순환되게 구성된다. 이러한 재순환은 탄소물질 기화 시스템 내의 후기 공정 단계에서 발생되는 물질을 탄소물질 기화 시스템의 초기 공정 단계로 재순환시킨다. 여러 실시양태에서, 이러한 재순환은 후기 공정 단계에 부착된 순환 통로를 통해서 초기 공정 단계의 기화 공정 유동 경로에 연결된 재순환 주입부로 보내진다. 더욱이, 여러 실시양태에서 재순환은 대부분의 재순환 물질이 재순환 물질의 대부분 또는 모두를 포함하는 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 유지되는 대부분 내부적으로 재순환된다. 여러 실시양태에서 재순환은 이러한 물질을 재순환하기 위해 주변 표준을 초과한다.
예를 들어, 어떤 실시양태에서는 고체 탄소물질 기화 시스템의 일반화된 공정 흐름은 원료 고체 탄소물질의 적어도 일부를 초기에 처리하는 단계, 초기에 처리된 탄소물질을 형성하는 단계, 계속해서 처리하여 적어도 선택 생성가스의 일부 화합물을 생성하는 단계, 그리고 계속해서 처리된 탄소물질을 발생시키는 단계를 포함한다. 이러한 연이어 처리된 탄소물질은 1차 처리된 물질 부분과 2차 처리된 물질 부분으로 선택적으로 분리된다. 1차 처리된 물질 부분은 부착된 재순환 경로를 이용하여 기화 공정 유동 경로의 재순환 주입부로 순환된다. 어떤 실시양태는 순환된 1차 처리 물질을 별개의 주입 탄소물질, 이를테면 원료 고체 탄소물질 재혼합기로 혼합하고 재처리하는 단계를 포함한다.
물론, 초기 공정, 연이은 공정 및 재처리 공정의 단계들은 본 발명의 기화 원리에 따른 탄소물질의 적당한 공정들을 포함하며, 이들 모두는 초기 공정의 단계가 연이은 공정 전에 이루어지며 연이은 공정은 재처리 공정 전에 이루어진다. 예를 들어, 이들 공정 단계들은 탄소물질의 예비처리 단계, 탄소물질의 열분해 단계, 다중 코일 탄소 개질 용기 내의 탄소물질의 탄소 개질 단계, 1차 개질 코일 내의 탄소물질의 1차 탄소 개질 단계, 2차 개질 코일 내의 탄소물질의 2차 탄소 개질 단계 및 3차 개질 코일 내의 탄소물질의 3차 개질 단계들을 포함한다. 덧붙여서, 여러 실시양태의 순환 단계는 순환 통로를 통한 압력 조건 또는 유량 조건을 유지하도록 벤추리 또는 벤추리 인젝터에 의해서 이행되는데, 예를 들어 압력은 약 50 psi∼약 100psi 또는 유량은 약 2,000 fpm∼약 8,000 fpm 범위에 있다.
또한, 여러 실시양태의 재순환 단계는 복수 루트 통로로부터 재순환 경로를 선정한다. 이러한 복수 루트 통로는 재순환 물질이 순환되는 2개 이상의 재순환 경로를 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 일반적인 공정 유동에 대해서는 복수 루트의 경로의 한가지 실시양태가 열분해 챔버 내에서 초기 처리하는 공정, 초기 개질 코일에서 후속적으로 처리하는 공정, 초기 처리된 물질을 열분해 챔버로 순환하는 공정, 및 열분해 챔버 내의 재처리 공정들을 포함한다. 다른 실시양태는 1차 개질 코일 내의 1차 공정, 2차 개질 코일 내의 후속 공정, 1차 처리된 물질을 1차 개질 코일로 순환하는 공정 및 1차 개질 코일 내의 재처리 공정을 포함한다. 물론, 이것들은 어떤 실시양태에서 복수 루트 통로를 위해 가능한 구성을 도시하는 예일 뿐이고 본 발명의 원리에 따른 복수 루트 통로의 구성을 제한하지는 않는다.
또한, 여러 실시양태의 재순환 단계는 복수 루트 통로로부터 재순환 경로를 선정한다. 이러한 복수 루트 통로는 재순환 물질이 순환되는 2개 이상의 재순환 경로를 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 일반적인 공정 유동에 대해서는 복수 루트의 경로의 한가지 실시양태가 열분해 챔버 내에서 초기 처리하는 공정, 초기 개질 코일에서 후속적으로 처리하는 공정, 초기 처리된 물질을 열분해 챔버로 순환하는 공정, 및 열분해 챔버 내의 재처리 공정들을 포함한다. 다른 실시양태는 1차 개질 코일 내의 1차 공정, 2차 개질 코일 내의 후속 공정, 1차 처리된 물질을 1차 개질 코일로 순환하는 공정 및 1차 개질 코일 내의 재처리 공정을 포함한다. 물론, 이것들은 어떤 실시양태에서 복수 루트 통로를 위해 가능한 구성을 도시하는 예일 뿐이고 본 발명의 원리에 따른 복수 루트 통로의 구성을 제한하지는 않는다.
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여러 실시양태에서, 기화 공정 유동 경로를 지나는 물질은 선택적으로 분리된다. 이러한 선택적인 분리는 분리되는 물질의 성질을 선택하고 그 성질을 이용하여 분리를 시행하는 단계들을 포함한다. 이러한 선택적인 분리의 실시양태는 스크리닝, 용해, 자기화 등의 단계를 포함한다. 어떤 실시양태에서는, 선택적인 분리가 싸이클론의 와류 작용을 통하여 이루어진다. 예를 들어, 실시양태는 50 psi∼100 psi, 1,640℉∼1,800℉ 및 2,000 fpm∼8,000 fpm 조건에서 싸이클론을 작동시키고 기화 공정 유동 경로 물질의 선택적인 분리를 이루는 단계들을 포함한다. 더욱이, 선택적인 분리는 입자 크기 기준으로, 예를 들어 적어도 350 마이크론 입자 크기의 탄소 입자를 선택적으로 분리하는 단계, 적어도 150 마이크론 입자 크기의 탄소 입자를 선택적으로 분리하는 단계, 적어도 130 마이크론 입자 크기의 탄소입자를 선택적으로 분리하는 단계, 적어도 80 마이크론 입자 크기의 탄소입자를 선택적으로 분리하는 단계, 적어도 50 마이크론 입자 크기의 탄소입자를 선택적으로 분리 하는 단계, 적어도 11 마이크론 입자 크기의 탄소입자를 선택적으로 분리하는 단계, 적어도 3 마이크론 입자 크기의 탄소입자를 선택적으로 분리하는 단계, 및 분리 회분을 선택적으로 분리하는 단계를 포함한다. 선택적인 분리의 다른 형태는 물리적인 분리, 상에 의한 분리, 밀도에 의한 분리, 스크리닝에 의한 분리, 불완전한 열분해 탄소물질에 의한 분리, 불완전한 탄소 개질 물질에 의한 분리, 불균질 조성물에 의한 분리 등을 포함한다. 또한, 본 발명의 기술에 따른 선택적인 분리는 기화 공정 유동으로부터 특정한 불순물을 제거하고, 그 결과 선택 생성가스의 순도를 높히고, 선택 생성가스의 BTU 값을 증가시키거나, 또는 선택 생성가스 내의 오염물을 최소화시킨다. 여러 실시양태에서는 이러한 최종 제품이 본 발명의 선택적인 분리의 작용으로부터 얻어진 분리 제품이다.
여러 실시양태에서 기화 공정 유동 경로는 다중 코일 탄소 개질 용기(19)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도14)에 연결된다. 예를 들어, 공정 유동은 배출 가스와 온도 변경 주변부로부터 가압된 탄소함유 입자와 같이 열분해 챔버로부터 나온 열분해 탄소물질을 포함한다. 다중 코일 개질 용기는 공정 유동이 연결되는 2개 이상의 개질 코일을 가진다. 공정 유동 속에 연행된 탄소물질은 이러한 각각의 개질 코일 내에서 개질된다. 이러한 탄소 개질은 탄소물질의 형태를, 이를테면 선택 생성가스 성분, 불완전 개질 탄소물질, 회분 또는 여러 가지 형태의 오염물로부터 또는 그 속으로 단순히 변경시키는 단계를 포함한다. 어떤 실시양태에서는, 탄소 개질은 탄화수소를 증발시키는 것과 같이 탄소물질을 증발시키는 단계 또는 선택 생성가스 성분을 증발시키는 단계를 포함한다. 더욱이, 개질 코일은 고체 탄소물질 기화 시스템 내의 탄소 개질 단계 도중에 공정 흐름이 연결되는 코일 통로, 어떤 실시양태에서는, 코일 튜브, 파이프, 도관 등을 간단히 제공한다. 다중 코일 탄소 개질 용기는 1차 개질 코일, 2차 개질 코일, 3차 개질 코일 및 탄소 개질을 이루는데 필요한 하나 이상의 별개의 개질 코일들을 지닌다.
실시양태는 적어도 2개의 개질 코일을 보완적으로 구성하는데, 이 코일은 탄소 개질 공정의 효율을 증진시키도록 개질 코일들을 상대적으로 위치시킨다. 예를 들어, 어떤 실시양태는 적어도 2개의 탄소 개질 코일이 나선형 둥지 구조를 형성한다. 이러한 나선 둥지 형태는 다중 코일 탄소 개질 용기에 의해 점유되는 크기를 감소시키거나 나선 둥지 형태에 가해지는 열의 선택적인 분배를 허용함으로써 탄소 개질 공정의 효율을 증진시키는데, 여기서 열은 하나의 코일에 가해지고 그 코일로부터 다른 나선 둥지 코일로 방사된다. 이러한 방법으로, 각각의 개질 코일은 라디에이터로서 작동한다. 예를 들어, 실시양태는 나선 둥지 형상부 속에 1차 개질 코일, 2차 개질 코일 및 3차 개질 코일을 가지며, 나선 둥지 형상부에 가해지는 열은 하나의 코일로부터 또 다른 하나의 코일로 가변적으로 3중으로 분배되고, 이 구조는 3 부품 개질 코일 라디에이터로 작동한다. 물론, 2개 이상의 개질 코일들이 보완적으로 구성되는 방식과 열이 선택적으로 가해지는 위치 및 양식은 선택적으로 조절가능한 공정 제어 변수, 심지어는 동적 조절가능한 공정 결정 변수를 나타내는 여러가지 배열을 형성할 수 있다는 것을 알 수 있다.
예를 들어, 어떤 실시양태에서는 하나가 다른 하나속에 있는 복수 개질 코일의 수평 나선 둥지 형태가 적용된다. 이러한 형상부는 조립체(19)와 실시양태(15), (16) 및 (18)(도1, 도2, 도3, 도4, 도5, 도6, 도7 및 도14)에서 도시되어 있듯이 가장 작은 입방체 설계 체적 공간 및 푸트프린트 내에서 가장 긴 길이로 설립되는 고온 나선 코일 개질 주변부를 제공한다. 하나의 실시양태로서, 조립체(19)는 최대로 효율적인 열 전달 입방체 유닛을 제공하는 둥지 형상 설계를 가지며, 이에 따라 파이프 나선 형상 코일 리니어 체적의 최대량이 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2, 도13 및 도14) 공간의 최소 입방체 체적속으로 패킹된다. 이러한 형상부는 최외측 코일(18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)로부터 최 내측 코일(15)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)로 및 역방향으로 방사 열 전달을 제공한다. 이것은 전체 노 BTU 연소열과 1,600℉∼1,800℉ 온도 범위에서 노 온도를 일정하게 유지하는데 필요한 주입 선택 생성가스 에너지 요구량을 감소시킨다.
예를 들어, 어떤 실시양태에서는 하나가 다른 하나속에 있는 복수 개질 코일의 수평 나선 둥지 형태가 적용된다. 이러한 형상부는 조립체(19)와 실시양태(15), (16) 및 (18)(도1, 도2, 도3, 도4, 도5, 도6, 도7 및 도14)에서 도시되어 있듯이 가장 작은 입방체 설계 체적 공간 및 푸트프린트 내에서 가장 긴 길이로 설립되는 고온 나선 코일 개질 주변부를 제공한다. 하나의 실시양태로서, 조립체(19)는 최대로 효율적인 열 전달 입방체 유닛을 제공하는 둥지 형상 설계를 가지며, 이에 따라 파이프 나선 형상 코일 리니어 체적의 최대량이 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2, 도13 및 도14) 공간의 최소 입방체 체적속으로 패킹된다. 이러한 형상부는 최외측 코일(18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)로부터 최 내측 코일(15)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)로 및 역방향으로 방사 열 전달을 제공한다. 이것은 전체 노 BTU 연소열과 1,600℉∼1,800℉ 온도 범위에서 노 온도를 일정하게 유지하는데 필요한 주입 선택 생성가스 에너지 요구량을 감소시킨다.
노 내측의 나선 개질 코일 조립체(19)는 약 1,600℉∼약 1,800℉ 범위의 승온에서 가열되고 유지된다. 또한, 노는 컴퓨터 및 자동 조절된 연소 버너 매니폴드 시스템(14)(도1, 2, 14 및 9)에 의해서 가열된다. 연소 버너는 재순환 선택 생성가스를 연소 연료원으로 사용하며, 초기 시동 연료원으로 공급되는 가압 프로판 탱크와 같은 외부 연료원에 교대로 연결된다. 나선 개질 코일 조립체(19)에서, 버너 매니폴드 강제 공기 연소 시스템은 탄소 개질이 용이하도록 최소로 약 1,600℉로 승온된 3개의 모든 개질 코일(15), (16) 및(18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 온도를 유지하며, 예를 들어 3개의 모든 개질 코일의 합한 길이를 통해 이동하는 모든 분무된 탄소 입자 물질은 일산화탄소와 수소 가스와 같은 선택 생성가스 성분으로 (증기 존재하에서) 거의 완전히 탄소 개질된다. 실시양태에서, 연소 버너 매니폴드 시스템(14)(도1, 도2 및 도14)은 하부 측면 벽에서 박스 노 인클로저(26) 내측 상에 위치되고 2개의 마주보는 측벽(도시되지 않음) 상에서 상부로 1/3 연장된다. 버너 제트 노즐은 기압 용접되어 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2, 도13 및 도14)을 관통하며 고온 글래스 울 절연부 12 인치 두께를 관통한다(각각의 버너 제트 노즐 파이프 주위에 위치된 세라믹 열차단 콘을 가진다). 노즐은 전략적으로 경사지게 위치되어 선택적으로 가해지는 열 분배가 일어나고, 열이 나선 개질 코일 형상부(19)(도1, 도2, 도3, 도4 및 도14)의 전체 반응기 실시양태 표면을 가로질러(3차원 나선 둥지 표면을 통해) 균일하게 분포된 열 블랭킷을 형성한다. 최대로 열을 제공하고 강도 수명을 제공하기 위해서, 개질 코일(15), (16) 및 (18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)들은 고 강도 고온 인코넬(등록상표) 또는 기타 금속 파이프 또는 기타 적당한 대체 금속물질로부터 제조된다. 개질 코일(각각의 둥지 코일) 직경은 약 3 인치∼약 8 인치 범위에서 변경되며 파이프 길이는 처리되는 주입 원료 체적의 일일 톤 수에 비례해서 변경되어 복수 탄소 개질 코일 용기와 이에 결합된 선택 분리기를 통해서 최적 공정 가스 속도를 유지한다.
나선 개질 코일 조립체(19) 내에서 도시된 것 같은 1차 개질 코일의 작동 조건은 적어도 50 psi∼100 psi, 1,640℉∼1,800℉ 그리고 유량 5,000 fpm∼20,000 fpm 의 작동 조건을 가진다. 이와 유사하게, 나선 개질 코일 조립체(19) 내에서 도시된 것과 같은 2차 개질 코일의 작동 조건은 적어도 50 psi∼100 psi, 1,640℉∼1,800℉, 유량 5,000 fpm∼20,000 fpm 및 개질 시간 약 5초 이하의 작동 조건을 갖는다. 더욱이, 나선 개질 코일 조립체(19) 내에서 도시된 것과 같은 3차 개질 코일의 작동 조건은 적어도 50 psi∼100 psi, 1,750℉∼1,850℉, 유량 5,000 fpm∼20,000 fpm 및 개질 시간 약 4초 이하의 작동 조건을 갖는다. 나선 개질 코일 조립체(19)에 의해서 도시되듯이 다중 코일 탄소 개질 용기의 총 개질 시간은 약 4 초∼약 10 초 범위에 있다.
또한, 실시양태는 반응에 유용한 물질을 다중 코일 개질 용기의 적어도 하나의 개질 코일에 첨가하는데, 이를테면 1차 개질 코일 전에 첨가하며, 1차 개질 코일과 2차 개질 코일 사이에 첨가하고, 2차 개질 코일과 3차 개질 코일 사이에 첨가하며, 3차 개질 코일 후에 첨가하고, 벤추리 인젝터를 사용하며 연도 가스를 사용하고, 가압 연도 가스를 사용하며, 예열 연도 가스를 사용하고, 반응에 유용한 물질 주입을 통해 이동하는 단계를 포함한다.
여러 실시양태에서 다중 코일 탄소 개질 용기 내의 탄소 개질은 탄소 개질 물질 선택 분리기를 가지는 용기 내, 예를 들어 싸이클론을 사용하는 와류 작용을 통하여 여러 가지 지점에서 탄소물질을 선택적으로 분리시키는 단계를 포함한다. 하나 이상의 선택 분리기가 사용되고 다중 코일 탄소 개질 용기 내의 적당한 위치에 놓여서 1차 개질 코일 전에, 1차 개질 코일과 2차 개질 코일 사이에, 2차 개질 코일과 3차 개질 코일 사이에, 그리고 3차 개질 코일 후에 선택 분리를 달성한다. 이러한 방법으로 선택 분리를 하면 코일에서 코일로 이전하는 탄소 입자의 입자 크기를 점차로 줄여서 다중 코일 개질 용기의 개질 코일을 통과할 때 탄소물질의 품질을 점차로 개선시킨다. 더욱이, 이렇게 선택적으로 분리된 탄소물질은 벤추리 인젝터, 연도 가스, 가압 연도 가스 또는 예열 연도 가스 등을 사용하여 탄소 개질 물질 재순환 경로를 통하여 적당한 기화 공정 유동 경로 위치, 예컨대 예비처리 영역, 열분해 챔버, 1차 개질 코일, 2차 개질 코일로 순환시킨다.
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예를 들어, 어떤 실시양태에서는 싸이클론(20)(도1, 도2 및 도14)이 1차 개질 코일(15)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 단부 배출구에 설치된다. 이러한 싸이클론은 고온 인코넬(등록상표) 또는 기타 적당한 대체 금속 물질 등으로부터 제조된다. 실시양태에서는, 싸이클론은 탄소물질, 예컨대 입자 크기 약 80 마이크론∼150 마이크론 또는 이보다 큰 대부분의 운반 입자 물질을 제거하게 설계된다. 벤추리, 이를테면 벤추리 인젝터는 싸이클론 저부 배출 포트에 연결되고 열분해 챔버속으로 역 재순환시키도록 축적된 선택 분리 탄소물질, 예컨대 목탄 조각의 주기적인 청소를 제어한다. 이러한 재순환 단계는 목탄 입자를 함유하는 탄소와 같은 재순환 탄소물질의 추가 열분해가 일어나게 한다. 벤추리, 이를테면 벤추리 인젝터는 선택 생성가스 공급 매니폴드(21)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14)로부터 측면 흐름 분사 포트를 가지며 선택 분리된 탄소물질의 싸이클론을 청소하는데 도와주는 가변 차압(differential pressure)을 제공한다. 더욱이, 벤추리 인젝터 유닛(17)(도3)는 싸이클론(20)의 상부 배출부에 플랜지 연결되고 원자력 산업 설계 고온 가요성 가스켓 및 볼트 조립체를 사용한다. 또한, 벤추리 인젝터(17)는 2차 개질 코일(16)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 주입구에 플랜지 연결되고 개질 코일(16)속에 추가 난류 스팀 개질 단계를 제공한다.
탄소물질 선택 분리 공정은 싸이클론(22)(도1, 2 및 14)을 이용하는 것과 관련하여 2차 개질 코일에 대해 반복된다. 싸이클론(22)은 2차 개질 코일(16)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 배출구로부터 3차 개질 코일(18)(도1, 도2, 도5, 도6, 도7 및 도14)의 주입구로 플랜지 연결시켜 입자 크기 약 50 마이크론∼130 마이크론으로 작아진 운반 목탄 입자와 같은 탄소물질을 제거하게 작동한다. 벤추리 인젝터(17)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14)는 싸이클론 분류기(22)의 상부 배출구와 3차 개질 코일(18)속으로의 주입점 사이에서 파이프 플랜지 연결부 내에 설치된다. 이러한 벤추리 인젝터(17)(도1, 도2, 도8, 도9 및 도14)의 추가 설치 위치는 발생되는 선택 생성가스 스팀 내의 CO2와 기타 탄화수소 농도를 추가로 감소시키는 가속 탄소 개질 단계를 제공한다. 싸이클론(20)(도1, 도2 및 도14)에서와 같이, 하부 배출 벤추리, 재순환 선택 생성가스 측면 흐름 분사가 가능한 벤추리 인젝터가 차압으로 작동되어 목탄 입자 물질과 같은 선택 분리된 탄소물질을 주기적으로 비우고, 열분해 트랙 공급기 또는 1차 개질 코일속으로 역 재순환시킨다. 이것은 1차 개질 코일 내의 회수된 목탄 입자물질의 재처리를 통하여 대부분 모든 목탄 유기 탄소 성분과 같은 탄소물질을 재순환 회수한다.
3차 최종 연마 싸이클론 분류기인 2개의 싸이클론(23)(도1; 도2; 도14)이 포함될 수 있으며 또 3차 개질 코일(18)(도1; 도2; 도5; 도6; 도7; 도14)과 같은 배출 개구에 플랜지 연결될 수 있다. 이들은 각각 연속적인 파이프 배열로서 제공될 수 있으며, 또 아마도 나머지 탄소물질 또는 회분 운반(carry-through) 미립자 물질은 예컨대 10%의 1 미크론 크기 입자가 제거되거나; 25%의 2 미크론 크기 입자가 제거되거나; 35%의 3 미크론 크기 입자가 제거되거나; 또 100%의 15 미크론 크기(또는 그 이상의 입자 크기) 입자가 제거되는 것과 같은 입자 크기 제거 범위로 선택적으로 분리하여 제거할 수 있다. 실시 양태에서, 2개의 연속 단계의 연마 싸이클론(23)은 최종 생성된 선택 생성 가스를 오염시키는 반응성 목탄 물질, 또는 회분 물질과 같은 탄소물질의 후 오염을 피하기 위해 이용될 수 있다. 또한, 오토-퍼지 이중 에어록 밸브 시스템과 같은 회분 제거 시스템을 이용하여 이러한 싸이클론으로부터 회분 미립자 물질을 주기적으로 비워서 회분 수용기 시스템 및 자동화된 제거 섹션으로 보낼 수 있다.
다양한 실시양태에서 기화 공정 유동 경로는 고체 탄소물질 기화 시스템의 회분 제거 영역(78)(도1, 도2)을 통하여 연결될 수 있다. 이것은 실시 양태로서 도 1 및 도 2에 개념적으로 도시되어 있다. 실시 양태에서, 미립자 물질은 다중 코일 탄소 개질 용기를 통과할 수 있다. 이 미립자 물질은 싸이클론(23)을 통하여 실질적으로 95% 이상 선택적으로 분리될 수 있다(도1, 도2, 도14). 이들 선택적으로 분리된 미립자 물질의 대다수는 불활성일 수 있고 또 비-탄소 및 비-반응성 회분 물질로서 배출될 수 있다. 이러한 회분 기질 물질은 거의 모든 미립자 오염물을 제거하고 또 고 품질 순도의 최종 선택 생성 가스를 유지하도록 기화 공정 유동 경로로부터 선택적으로 분리될 수 있다.
기밀의 가압된 회분 제거 취급 시스템이 제공될 수 있으며, 그에 의해 2개의 싸이클론(24)(도1, 도2, 도14)은 박스 노 인클로저(26)(도1; 도2; 도13; 도14)를 통한 밀폐된 도관 파이프 연결부를 통하여 수집된 회분을 비워서 소형 회분 수용 탱크(24)(도1, 도2, 도15)로 보낼 수 있다. 회분은 이중의 에어록 및 삼중의 슬라이드 작용, 밸브 시스템(7)(도1, 도2, 도15)을 통하여 2개의 싸이클론으로부터 회수될 수 있다. 실시 양태에서, 상부 및 저부 밸브가 개방 위치로 작동함으로써 중간 밸브는 밀폐된 채로 남아있을 수 있다. 간헐적으로, 뜨거운 회분이 중력에 의해 상부 수용 탱크 및 저부 수용 탱크(24)에 떨어질 수 있다(도1, 도2, 도15). 저부 수용 탱크로부터 얻은 회분(어느 정도 냉각된)은 떨어져서 타원형의 콘베이어 스크류 홈통 및 분리된 회분 회수 유닛(25)(도1; 도2; 도15)으로 떨어진다음, 냉각 빈(bin)인 인접 이동 저장부로 이송된다. 슬라이드 밸브(7)와 같은 밸브는 공기 동작될 수 있으며 약 매 30분과 같은 상반하는(reciprocal) 시간 기본으로 주기적으로 개폐될 수 있거나 또는 공정 컴퓨터 셋-포인트에 의해 제어된다. 밸브 작용의 조절가능한 시간 빈도는 회분 수용 탱크(24) 내에서 생기는 부가적인 회분 냉각 시간에 맞게 제공될 수 있다. 또한, 회분 수용 탱크 및 슬라이드 밸브 조립체는 고온 강철 재료로 제조될 수 있다. 주입 탄소 원료 화학적 조성에 따라 달라질 수 있는 제거된 회분은, 높은 등급의 미네랄 비료 첨가제로서 판매될 수 있는 아이템을 나타낼 수 있고, 또 시멘트 구조 블록 제조 작업에서 시멘트질 충전제로서 이용될 수 있다.
여러 실시 양태에서 고체 탄소물질 기화 시스템은 오염된 선택 생성 가스를 생성할 수 있다. 이러한 오염물은 선택 생성 가스의 품질을 저하시키는 경향이 있는 물질을 포함할 수 있다. 이러한 오염물의 예는 예컨대 화학적 부생물, 열부생물, 열분해 부생물, 탄소개질 부생물, 이산화탄소, 카보네이트, 불용성 고체, 타르, 페놀, 탄화수소 및 기타 미립자를 들 수 있다. 따라서, 상당량의 오염물을 분리하고 스크러브된 선택 생성 가스를 생성하는 실시양태가 제공될 수 있다. 이것은 도 1 및 도 2에 공정 실시 양태로서 개념적으로 도시되어 있다. 이러한 분리는 본 명세서에 논의된 원리와 일치하는 적합한 방식으로, 예컨대 열분해, 스크리닝, 자기작용, 와류 작용 등에 의해 실시될 수 있다. 일부 실시 양태에서, 이러한 분리는 오염물을 오염물 용해 물질에 용해시킴으로써 달성될 수 있으며, 이것은 상기 기화 공정 유동 경로가 연결될 수 있는 선택 생성 가스 성분 스크러버 내에 배치된다. 이러한 용해는 또한 선택 생성 가스의 순도를 증가시키는 단계, 선택 생성 가스의 BTU 값을 증가시키는 단계, 선택 생성 가스 중의 오염물을 최소화하는 단계, 또는 1 이상의 이들 특성을 갖고 본 명세서에 기재된 원리와 일치하는 스크러브된 선택 생성 가스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서 오염물 용해 물질은 음으로 대전된 물 종류를 포함할 수 있다. 오염물 분리는 음으로 대전된 물 종류에서 산화 반응, 환원 반응, 흡착 응집 반응, 흡수 응집 반응 등을 통하여 오염물의 용해시에 생길 수 있다. 따라서, 이러한 용해는 응집, 분리, 응고, 침전, 고정, 농축, 연마, 여과, 최종 분극된 매질 연마 여과를 통한 제거 및 오염물의 전기 침전 제거를 통한 제거를 포함할 수 있다.
오염물 용해 물질은 냉각된 오염물 용해 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 양태는 선택 생성 가스 성분 스크러버 중의 냉각된 오염물 용해 물질을 통하여 선택 생성 가스의 온도를 약 1700℉ 이상에서 약 175℉ 미만으로 저하시키는 것을 포함할 수 있다. 또한 선택 생성 가스의 온도를 저하시키기 위하여 냉각된 오염물 용해 물질을 사용하면, 그것이 냉각됨에 따라 선택 생성 가스 내에서 오염물의 유리화 고체화를 예방하며, 오염물은 대신에 오염물 용해 물질에 용해되며, 오염되지 않은 선택 생성 가스는 유리화되지 않은 상태로 유지된다.
또한 다양한 양태에서 선택 생성 가스 성분 스크러버는 적어도 1차 용해 주변부 및 2차 용해 주변부, 예컨대 1차 스크러버 탱크 및 2차 스크러버 탱크를 포함할 수 있다. 이러한 다중 용해 주변부는 선택 생성 가스의 다단계 스크러빙을 제공할 수 있으며, 1개 스크러빙 단계는 소망하는 수준의 스크러빙을 달성하기에 불충분하거나, 또는 스크러빙될 선택 생성 가스의 온도를 감소시키기 위해 몇개의 단계에 걸쳐서 다양한 스크러빙 단계를 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대 일부 양태에서 1차 용해 주변부에서 1차 용해는 선택 생성 가스의 온도를 1700℉ 이상에서부터 550℉ 미만으로 저하시키도록 고안될 수 있고, 또 2차 용해 주변부의 2차 용해는 선택 생성 가스의 온도를 450℉ 이상에서부터 150℉ 미만으로 저하시키도록 고안될 수 있다. 물론, 다중 단계 스크러빙은 다른 공정 파라미터를 해결할 수 있으며, 예컨대 1차 용해 주변부는 선택 생성 가스로부터 70%∼80%의 오염물을 제거하도록 고안될 수 있으며, 제2 용해 주변부는 일부의 부가적인 잔류하는 오염물 분획을 제거하도록 고안될 수 있다.
따라서, 실시양태는 1 이상의 음으로 대전된 물 종류, 아마도 싱글렛 산소를 이용하여 이온화되고 고 반응성인 산소 증기 가스의 대부분을 선택 생성 가스 성분 스크러버로 혼합 및 주입하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 스크러버에는 기화 공정 유동 경로가 연결될 수 있다. 상기 기화 공정 유동 경로에 연행된 오염물은 물 종류에 용해될 수 있다. 이러한 오염물은 선택 생성 가스 성분 스크러브에 혼입될 수 있는 1 이상의 분리 장치의 물 종류로부터 제거될 수 있다. 이러한 배열에서, 음으로 대전된 물 종류 및 뜨거운 합성 가스 반응 접촉이 생길 수 있다. 오염물의 응집 및 산화가 발생하여 CO2(CO3 응집물로 산화됨), 불용해물, 타르, 페놀 및 기타 탄화수소 오염물로 하여금 응집, 석출 및/또는 침강하게 하여 상기 오염물을 최종 분극된 매질 연마 여과 전기-석출 제거시킨다.
또한 본 발명의 양태는 부가적인 선택 생성 가스 최종 정제 및 세정 시스템을 제공할 수 있다. 이들의 일부는 스크러버 영역(79)(도 1, 도2, 도16)에 도시된 실시양태에서 구체적으로 명시되어 있으며, 이들은 다음과 같은 요소를 포함할 수 있다(요구되는 것은 아님):
구성 요소(27): 스크러버 탱크 주입 실린더로 연결되는 절연 크로스오버 파이프(1800℉ 합성 가스),
구성 요소(28): 믹스(합성 가스/VIPTM/이온수) 인젝터 실린더,
구성 요소(29): 350℉로 온도 감소되는 VIPTM (증기 이온 플라즈마) 이온수 및 합성 가스 1차 스크러버 탱크,
구성 요소(30): VIPTM 이온수 스프레이 매니폴드,
구성 요소(31): VIPTM 증기이온 플라즈마 발생기,
구성 요소(32): VIPTM 주입 이온화된 H2O 스프레이 분산기,
구성 요소(33): 타르/페놀 드롭-아웃과 같은, 재순환 유동 (아마도 이중 벽) 탱크 및 냉각된 물 분리 탱크,
구성 요소(34): 자동 제어 H2O 밸런스 밸브,
구성 요소(35): 최종 탄화수소 제거를 위한 VIPTM 이온수 및 합성 가스 2차 스크러버 탱크,
구성 요소(36): 스크러버 H2O 재순환 펌프,
구성 요소(37): VIPTM 냉각 H2O 재순환 매니폴드,
구성 요소(38): 열분해 영역(75) 트랙 공급 액화 영역으로 재순환 회수되거나 또는 후-처리 영역 (76) Roto-ShearTM 농축기 유닛에서 분리될 냉각된 물 탱크(타르/페놀) 블리드-오프 재순환,
구성 요소(39): 2차 스크러버 탱크로 이어지는 합성 가스(350℉ 크로스오버) 파이프,
구성 요소(40): (자동제어되는) 온도 냉각기,
구성 요소(41): 공기/액체 나선형 열 교환기,
구성 요소(42): 분극된 매질 필터를 통하여 전기적 필터(eFILTTM)로 이어지는 전달(80℉) 매니폴드,
구성 요소(43): eFILTTM (분극된 매질 필터) 재순환 펌프,
구성 요소(44): eFILTTM 지류(influent) 여과 매니폴드,
구성 요소(45): eFILTTM, 분극된 매질 필터, Per Fine (아마도 1 미크론 입자 크기) 고형분 제거, "CO2가 CO3로 전환"에 의한 제거 포함,
구성 요소(46): VIPTM 이온화된 H2O 및 양태 (51)로 고체 슬러리 우회 라인,
구성 요소(47): 여과된 VIPTM, 1차 스크러버 탱크로 이온화된 H2O 재순환부,
구성 요소(47): 여과된 VIPTM, 1차 스크러버 탱크로 이온화된 H2O 재순환부,
삭제
구성 요소(48): 탱크를 유지하고 고정하기 위한 eFILTTM 역세척 수,
구성 요소(49): 역세척 H2O 슬러리 유지 및 고정 탱크,
구성 요소(50): 재순환 냉각수 분리 탱크 오버플로우,
구성 요소(51): 트랙 공급 주입부로의 공통되는(VIPTM/이온화된 H2O/고체) 재순환부,
구성 요소(52): 반응기 연소 버너로의 합성 가스 측-스트림 매니폴드 공급,
구성 요소(52): 반응기 연소 버너로의 합성 가스 측-스트림 매니폴드 공급,
구성 요소(54): 연마(H2O 제거) 응집기 및 응축기,
구성 요소(55): 연마 합성 가스(Fine Micron) 필터,
구성 요소(56): 역세척 고체 Roto-Shear (rSTM) 스크류 농축기 및 분리기,
구성 요소(57): 스크러버 탱크 수준 지시기 및 제어기,
구성 요소(58): 시스템 성분 오버플로우 드레인 라인,
구성 요소(59): 오버플로우 유지 탱크 및 VIPTM 이온화된 H2O 및 역세척 H2O 수집 탱크,
구성 요소(60): 합성 가스 분배 압축기,
구성 요소(61): 시스템 수집 수용기 플래쉬-증발기 유닛으로의 드레인 라인,
구성 요소(62): VIPTM 이온화된 H2O 펌프,
구성 요소(63): 외측 메이컵(make up) 물 라인,
구성 요소(64): 필터 역세척 물 주입 라인,
구성 요소(65): (외부) 회수 유닛으로의 농축된 고체 전달,
구성 요소(69): 최종 CO2 분리(분자체 유닛) 필요한 경우,
구성 요소(70): 최종 배출 고도의 정제된[550 BTU∼650 BTU] 합성 가스(NOx, SOx, CO2 및 유기 증기의 제거) 스트림,
구성 요소(71): 안전 (자동 압력) 릴리이프 밸브,
구성 요소(72): 외부 플레어(자동 점화) 시스템, 및
구성 요소(73): VIPTM 이온화 H2O 및 고체 슬러리 펌프.
여러 실시양태에서, 적어도 일부 분리된 오염물은 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 재순환되어 재처리될 수 있다. 따라서, 실시양태는 이렇게 분리된 오염물을, 이를테면 선택 생성 가스 성분 스크러버에 부착된 오염물 재순환 경로를 통해 재순환하고, 기화 공정 유동 경로의 오염물 재순환 주입부로 재순환하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 이러한 재순환은 이를테면 다중 연결가능한 경로로부터 재순환 경로를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서 이러한 다중 연결가능한 경로는 원료 고체 탄소물질 처리기, 선택 생성 가스 성분 스크러버, 오염물 재순환 경로 및 기화 공정 유동 경로의 오염물 재순환 주입부를 통해 연결될 수 있다. 또한, 여러 실시양태에서, 오염물 재순환 주입부에 오염물 재순환 경로를 연결하는 것은 예비처리 영역의 재순환 주입부, 열분해 챔버, 다중 코일 탄소 개질 용기, 다중 코일 탄소 개질 용기의 예비 개질 코일, 다중 코일 개질 용기의 2차 개질 코일 또는 탄소 개질 용기의 3차 코일로 연결하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 여러 실시양태에서 오염물 재순환 경로는 벤추리, 심지어는 재순환 경로를 통해 오염물의 이동을 돕는 벤추리 인젝터를 포함할 수 있다.
여러 실시양태는 기화 공정 유동 경로가 연결되는 선택 생성 가스 성분의 형성 영역을 포함할 수 있다. 본 발명의 원리와 일치하면서, 이러한 선택 생성 가스 성분의 형성 영역은 단순히 선택 생성 가스 성분이 형성되는 기화 공정 유동 경로의 어떠한 부분일 수 있다. 예를 들면, 일산화탄소 함유 생성 가스 성분, 수소 함유 선택 생성 가스 성분, 또는 몰비 조절된 선택 생성 가스 성분을 발생하는 처리 장소는 여러 실시양태에서 선택 생성 가스 성분 형성 영역일 수 있다. 더욱이, 실시양태는 또한 선택 생성 가스 형성 영역을 포함할 수 있다. 다시, 본 발명의 원리와 일치하여, 이러한 선택 생성 가스 형성 영역은 선택 생성 가스가 형성될 수 있는 기화 공정 유동 경로의 어떠한 부분일 수도 있다. 물론, 이러한 선택 생성 가스는 본 명세서에서 그밖에 설명한 여러 특성중 어느 것을 포함할 수 있다.
여러 실시양태에서 기화 공정 유도 경로는 생성 가스 연소 제조 보조 처리 영역(76)을 통해 연결될 수 있다(도1; 도17). 실시양태는 생성된 선택 생성 가스의 사이드 스트림을, 이를테면 연소성 550 BTU∼650 BTU/lbs, 이를테면 생성된 선택 생성 가스 배출 도관 파이프(52)(도1, 도2)로부터 연소 버너(14)(도 1, 도2, 도14)로 재순환하는 것을 제공할 수 있다. 이는 임의의 선택 생성 가스를 벤추리 공급 파이프(53)(도1, 도2, 도17), 이를테면 벤추리 인젝터로 공급하고, 다중 코일 탄소 개질 용기 등에 주입부 접근을 제공하도록 생성된 가스 배출 파이프로부터 더 연장될 수 있다. 연소 유지 작동 연료는 재순환에 의해 이를테면 총 선택 생성 가스 부피의 15% 미만이 발생되는 수준에서 자발적으로 제공될 수 있다.
실시양태는 공기 흡입을 포함한 공기 분리 유닛(66)(도1, 도2, 도17)과 공기 중으로부터 얻어진 적어도 일부의 질소를 고갈시키기 위한 질소 고갈 영역을 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 산소 풍부 공기 유체가 공급될 수 있고, 질소 함량은 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 감소될 수 있다. 예를 들면, 산소 풍부 라인은 산소 농축 주입부가 약 30%까지 증가될 수 있는 연소 버너에 연결될 수 있고, 이는 반대로 재순환 요건의 10% 미만의 수준에서 노 연소 작동 온도를 지지하도록 선택 생성 가스의 재순환 요건을 감소시킬 수 있다. 또한, 공기 분리 유닛(66)(도1, 도2, 도17)은 이를테면 1 이상의 연소 버너에서 연소 작동을 할 수 있는 것처럼 연소 공기 흡입 스트림에서 질소 함량을 크게 고갈시킬 수 있고, 이는 최종 생성된 선택 생성 가스를 포함하여 기화 공정 유동 경로로 질소 오염물의 공정 잔류물(carry-through)을 실질적으로 감소할 수 있다. 질소 산화물 오염 및 방출 가능성은 크게 감소되거나 없어질 수 있으며 심지어는 사실상 전혀 존재하지 않게 될 수 있다. 연소 조절 가능한 배플 프로포셔닝(proportioning) 유동 공기 팬(67)(도1, 도2, 도17)은 연소 버너(14)로의 강제 드래프트 연소 가능한 혼합 가스 유체로서 재순환된 선택 생성 가스(산소 공기 풍부한 공기 유체의 공기 분리 유닛(66))와 함께 대기 공기 흡입을 측정하기 위해 제공된다. 부가적으로, 사이드-스트림 산소 풍부 라인(68)(도1, 도2, 도17)은 우회 파이프 연결로서 음으로 대전된 물 종류 발생 장치로 이를테면 1 이상의 VIPTM 증기 이온 플라즈마 발생 유닛(31)(도1, 도2, 도10, 도16)에 접속될 수 있다. 이러한 유닛에 이를테면 활성화 산소 성분과 같은 더욱 농축된 산소를 주입부에 첨가하면 여러 실시양태에서 고체 탄소물질 기화 시스템을 통해 이용될 수 있는 바와 같이 이온화 산소 물 스트림에 주입되는 이를테면 증기 이온 플라즈마 싱글렛 산소 또는 퍼옥실 이온 농도의 음으로 대전된 물 종류의 배출을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서, 실시양태는 질소 고갈 선택 생성 가스, 사실상 질소 산화물 성분 최소화 선택 생성 가스, 정제된 선택 생성 가스 또는 심지어는 고 BTU 값 선택 생성 가스를 제공할 수 있다.
여러 실시양태에서 고체 탄소물질 기화 시스템은 주입부 원료 고체 탄소물질을 여러 화학 반응식(reaction sequence)으로 반응시킬 수 있다. 합성 가스의 제조에 종종 고려되는 기본 화학 반응식은 다음 표1로 나타낼 수 있고, 본 발명의 기술은 여러 화학 반응식에 적용할 수 있지만, 본 발명에 다음 반응식에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 공정 결정 파라미터는 원료 고체 탄소물질 중 사실상 모든 탄소 성분 또는 대부분에 대해 실질적으로 완전히 화학 반응을 종료함으로써 고에너지 성분, 정제된 심지어는 고수율 선택 생성 가스를 발생하도록 고체 탄소물질 기화 시스템에서 이러한 화학 반응식, 심지어는 비화학적 처리 양상을 조절할 수 있다. 예를 들면, 실시양태는 동적으로 조절 가능한 공정 유동 조절기로 적어도 하나의 상기 공정 결정 파라미터를 동적으로 조절하는 것을 포함한다. 이러한 조절의 동적 특성은 기화 시스템이 작동하는 동안 상기 조절을 할 수 없게 한다. 예를 들면, 실시양태는 공정 상태 센서로 적어도 하나의 공정 상태를 감지하고, 그리고 감지된 상태를 기본으로 센서 감응성 동적 조절 가능한 유동 조절기로 적어도 하나의 공정 결정 파라미터를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 물론, 감지는 여러 적당한 방법 중 어느 하나, 이를테면 온도 감지, 압력 감지, 공정 물질 조성 감지, 일산화탄소 성분 감지, 이산화탄소 성분 감지, 수소 성분 감지, 질소 성분 감지, 황 성분 감지, 가스 크로마토그라프를 통한 감지, 질량 분광계를 통한 감지 등으로도 이루어질 수 있다. 마찬가지로, 여러 조절 중 어느 것도 적당한 주입부, 인젝터, 분리기, 재순환부, 타이머 등과 같이 적당한 공정 유동 조절기에 의해 응답으로서 동적으로 이루어질 수 있다. 이러한 조절의 예는 물 첨가, 예열된 물 첨가, 재순환된 물 첨가, 음으로 대전된 물 종류 첨가, 예열된 음으로 대전된 물 종류 첨가, 재순환된 음으로 대전된 물 종류 첨가, 스팀 첨가, 재순환된 스팀 첨가, 음으로 대전된 스팀 첨가, 재순환된 음으로 대전된 스팀 첨가, 연도 가스 첨가, 예열된 연도 가스 첨가, 가압된 연도 가스 첨가, 재순환된 연도 가스 첨가, 재순환된 불완전 열분해 탄소물질 첨가, 재순환된 불완전하게 개질된 탄소물질 첨가, 적어도 하나의 재순환된 오염물 첨가, 적어도 일부의 선택 생성 가스 첨가, 적어도 일부의 습윤 생성 가스 첨가, 적어도 일부의 건조 선택 생성 가스 첨가, 적어도 일부의 재순환된 선택 생성 가스 첨가, 공정 유지 시간 변경, 공정 유속 변경, 공정 유동 난류 변경, 공정 유동 캐비테이션 변경, 다중 개질 코일 중에서 선택적으로 이용된 열 분산 변경, 온도 변경 주변부에서 온도 구배 변경, 온도 변경 주변부에서 액화 영역의 변경, 탄소 개질 물질의 선택적 분리 등을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 이들 파라미터들은 그들의 조절에 영향을 미치므로 기화 시스템에서 처리하는 고체 탄소물질의 결과물을 결정하기 때문에 공정에 결정적일 수 있다.
또한, 이러한 동적 조절은 적절한 주입부와 함께 기화 공정 유동 경로의 어느 적당한 지점에서, 이를테면 예비처리 영역, 열분해 챔버, 다중 코일 탄소 개질 용기, 선택 생성 가스 성분 스크러버 등에서 이루어질 수 있으며, 심지어는 일부 실시양태에서 이러한 기화 시스템의 모듈 섹션에서 구현될 수 있다. 부가적으로 이러한 조절의 동적 특성과 일치하여, 조절은 이를테면 컴퓨터 제어에 의해 자동적으로 실시될 수 있다. 이러한 동적 조절은 0.5초 미만, 1초 미만, 2초 미만, 3초 미만, 4초 미만, 5초 미만, 10초 미만, 15초 미만, 30초 미만, 45초 미만, 60초 미만, 90초 미만 등의 짧은 시간에 빠른 응답 시간을 허용할 수 있다.
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물론 여러 실시양태는 여러 적당한 양식으로 이들 동적 조절을 실현하는 것을 포함한 수 있다. 예를 들면, 실시양태는 조절 가능한 고정 점을 설정하고 주기적으로 공정 조건을 시험하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 고정점은 고정 지침서, 이를테면 고정 시간, 온도, 압력 등에 대해 공정을 실시하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법에서, 이를테면 처리 시간, 온도 압력 등을 측정함으로써 공정 조건을 주기적으로 시험하는 것은 실제 처리 조건이 오프 상태일지라도 고정점 및 적당한 동적 조절에 대해 처리 조건을 결정할 수 있게 한다. 적당한 양식의 또 다른 예는 이를테면 화학, 입경, 경도, 밀도 등과 같은 특성에 의해 원료 평가 시스템으로서 원료 고체 탄소물질을 평가하고, 그리고 그에 따라 공정 유동 조건을 반응적으로 동적 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 반응적 동적 조절은 이를테면 순도를 증가시키고, BTU 값을 증가시키고, 오염물을 감소시키거나 또는 1 이상의 이들 특성을 갖는 선택 생성 가스를 형성함으로써 선택 생성 가스에 영향을 미치는 것을 포함할 수 있다.
실시양태는 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것을 포함한다. 이는 아마도 원료 고체 탄소물질이 도입될 수 있는 가압된 주변부 내에서 목적물로서 원료 고체 탄소물질을 소망의 생성물, 이를테면 소망의 선택 생성 가스로 전환하는 조건을 설정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 주변부는 물론 화학적이며, 여기서 원료 고체 탄소물질 중 1 이상의 성분들이 관여하는 화학작용, 또는 심지어는 온도 조건, 압력 조건, 상 조건 등과 같은 화학 상호작용과 관련된 단순한 비화학 조건을 포함할 수 있다. 화학양론적 분석은 원료 고체 탄소물질의 성분 및 소망의 생성물 중에서 중대한 관계, 이를테면 상기 성분의 양 또는 화학 반응식을 확실히 확인하는 데 이용될 수 있으며, 이에 의해 원료 고체 탄소물질은 소망의 생성물로 전환될 수 있다. 필요한 경우, 확인된 관계에 따라 이를테면 확인된 관계의 비로 성분들의 전체적인 균형을 이루도록 화학 성분을 첨가 또는 제거하기 위해 화학양론적 보상이 이용될 수 있다. 여러 실시양태에서, 화학양론적 보상은 화학양론적 목적으로 조절되는 보상기를 통해 이를테면 여러 적당한 주입부, 배출부, 인젝터, 퍼어지, 동적 조절 가능한 공정 유동 조절기 등의 어떠한 것도 고체 탄소물질 기화 시스템에서 본 명세서에 기재된 원리에 따라 달성될 수 있다.
일부 실시양태는 선택 생성 가스를 위해 매우 적절한 방법으로 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 것을 포함한다. 이는 원료 고체 탄소물질의 탄소 함량과 생성될 목적 선택 생성 가스의 탄소 함량 사이의 관계에 본 발명의 화학양론적 원리를 이용하는 것을 포함한다. 예를 들면, 이러한 화학양론적 이용은 고체 탄소물질 기화 시스템의 여러 공정 단계를 통해 탄소 양을 변경하는 것을 포함한다. 공정은 고체 탄소물질 기화 시스템의 여러 처리 단계를 통하여 기타 처리 물질과의 완전한 상호작용을 위해 충분한 양의 탄소를 확보하도록 기화 공정 유동 경로를 통해 탄소 성분을 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 한 목적은 이를테면 원료 고체 탄소물질이 관여할 할 수 있는 화학반응식의 몰비에 따라 선택 생성 가스에 목표 탄소 함량을 달성하거나, 또는 목적 선택 생성 가스의 기타 화학적 성분에 대한 탄소의 소망하는 몰비를 달성하는 것이다. 물론, 이는 탄소 함량이 화학양론적으로 조절되는 방법의 일례이고, 화학양론적 조절이 본 발명의 원리에 따라 탄소 성분에 적용되는 방법을 한정하는 것은 아니다. 탄소 함량을 조절하는 또 다른 예는 탄소, 일산화탄소, 연도 가스, 가압된 연도 가스, 예열된 연도 가스, 불완전 열분해 탄소물질, 불완전 개질 탄소물질, 적어도 일부의 선택 생성 가스, 적어도 일부의 습식 선택 생성 가스, 및 적어도 일부의 건식 선택 생성 가스를 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 물론 여러 실시양태에서 화학양론적으로 목적하는 조절 보상기는 화학양론적으로 목적하는 탄소 조절 보상기를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것은 본 명세서에서 그밖에 기술된 주입 원료 고체 탄소물질을 단순히 변경하는 것을 포함한다. 마찬가지로, 이러한 설정은 본 명세서에서 그밖에 기술한 선택 생성 가스의 품질을 변경하는 것처럼 배출 선택 생성 가스를 단순히 변경하는 것을 포함할 수 있다. 물론 이러한 방법으로 주입 및 배출을 변경하는 것은 주입 및 배출 물질 사이의 관계를 변경할 수 있으며, 본 명세서에서 기술한 화학양론적 원리의 이용을 위해 적당한 기회를 갖게 된다.
일부 실시양태에서, 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것은 배출되는 생성 가스를 선택하는 것, 원료 고체 탄소물질 중입부를 평가하는 것, 및 원료 고체 탄소물질로부터 선택 생성 가스를 형성하기에 적합한 화학반응식을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 물론 원료 고체 탄소물질의 평가는 화학양론적 평가, 이를테면 원료 고체 탄소물질의 구성 성분의 비율, 양 및 화학을 확인하고, 심지어는 선택 생성 가스를 얻기에 적절한 가능한 화학 반응식과 관련이 있을 수 있다. 적당한 평가 시스템, 이를테면 화학 센서, 온도 센서, 압력 센서, 물질 조성 센서, 일산화탄소 센서, 이산화탄소 센서, 수소 센서, 질소 센서, 가스 크로마토그라프, 질량 분광계 등이 이용될 수 있다. 또한, 실시양태는 화학반응식의 몰비를 만족하기에 충분하고, 원료 고체 탄소물질을 사실상 화학적으로 완전 반응시키기에 충분하고, 선택 생성 가스를 고수율로 생성하기에 충분하고, 상기 화학반응식을 일시적으로 가속화하기에 충분하고, 또는 기타 화학양론적으로 목적하는 고려 사항을 실현하도록 화학 반응물을 화학양론적으로 공급하는 것을 포함한다. 이러한 화학 반응물의 공급은 물론 절절한 화학양론적으로 목적하는 화학 반응물 주입부, 이를테면 몰비 주입부, 원료 전환 주입부, 고배출 선택 생성 가스 주입부, 촉매 주입부 등과 함께 실시될 수 있다.
여러 실시양태에서 연도 가스는 화학양론적으로 목적하는 화학 주변부를 확고하게 설정하는 데 이용될 수 있다. 예를 들면, 연도 가스와 화학적 주변부와의 상호작용은 화학양론적 목적의 조건을 형성할 수 있으며, 이를테면 연도 가스는 화학적 주변부 내의 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 데 기여할 수 있다. 물론, 이 실시양태는 연도 가스의 화학양론적 성질을 단순히 예증하는 것이며, 연도 가스는 기타 방법으로 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 이러한 연도 가스가 화학양론적으로 이용될 수 있는 양식(modality)은 본 명세서에 기재된 그밖의 원리와 일치할 수 있다. 예를 들면 연도 가스는 80 psi 이상까지 가압될 수 있다. 연도 가스는 125℉ 이상, 135℉ 이상, 300℉ 이상, 600℉ 이상 또는 1,640℉ 이상과 같이 주어진 처리 단계를 위해 적당한 온도까지 예열될 수 있다. 연도 가스는 이를테면, 예비처리 영역으로의 재순환, 열분해 챔버로의 재순환, 다중 코일 탄소 개질 용기로의 재순환, 다중 코일 탄소 개질 용기의 예비 개질 코일로의 재순환, 다중 코일 탄소 개질 용기의 2차 개질 코일로의 재순환 또는 다중 코일 탄소 개질 용기의 3차 코일로의 재순환에 의해 재순환될 수 있다. 또한, 연도 가스의 화학양론적 사용은 본 명세서에 기술한 그밖의 것들로서 적어도 하나의 공정 결정 파라미터, 이를테면 온도를 상승하고, 압력을 유지하고, 압력을 상승하고, 화학적으로 반응하고, 화학반응식을 일시적으로 가속화하고, 원료 고체 탄소물질로부터 적어도 일부의 산소 성분을 치환하고, 원료 고체 탄소물질로부터 적어도 일부의 물 성분을 치환하고, 상기 원료 고체 탄소물질에 대한 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하고, 그리고 탄소 함량을 화학양론적으로 조절함으로써 파라미터에 영향을 미치도록 고려될 수 있다. 물론, 연도 가스의 화학양론적 사용은 본 발명의 원리에 따라 적당한 연도 가스 인젝터에 의해 이루어질 수 있다.
여러 실시양태에서, 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것은 공정에 유리한 물질을 첨가하고 공정의 잉여 물질을 퍼어징하는 단계를 포함할 수 있다. 공정에 유리한 물질을 첨가하는 것은 화학양론적 조건을 유리하게 하는 경향이 있는 공정 주변부에 물질을 첨가하고, 이를테면 화학반응식을 유도 또는 촉진하도록 물질을 첨가하거나 화학 반응식의 몰비에 비례하여 양을 균형있게 하기 위해 물질을 공급하는 것을 단순히 포함할 수 있다. 공정에 유리한 물질의 예는 다음과 같은 것들이 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다: 탄소, 수소, 일산화탄소, 물, 예열된 물, 음으로 대전된 물 종류, 수증기, 음으로 대전된 스팀, 선택 생성 가스, 습식 선택 생성 가스 및 건식 선택 생성 가스. 마찬가지로, 잉여물질의 퍼어징 공정은 잉여 물질, 심지어는 화학양론적 조건에 유해한 물질, 이를테면 재순환을 통해 더 잘 이용될 수 있는 공정 물질의 과량 또는 오염물을 제거하는 것을 포함한다. 잉여물질의 퍼어징 공정의 예는 다음과 같은 것들이 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다: 산소 퍼어징, 질소 퍼어징, 또는 심지어는 금속의 산화및 산화된 금속의 정전기적 흡인. 물론, 이러한 첨가 및 퍼어징은 본 명세서에 기재된 원리와 일치하는 어떠한 적당한 주입부 또는 퍼어지에 의해 달성될 수 있다.
일부 실시양태는 본 명세서에 기술한 그밖의 것들 처럼 재순환을 이용함으로써 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서의 화학양론적 원리는 설명된 바와 동일할 수 있으며, 이용된 물질은 고체 탄소물질 기화 시스템의 여러 영역으로부터 적절히 회수된 재순환 물질이다.
특정 실시양태에서 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는것은 적어도 하나의 공정 조건을 감지하고, 본 명세서에서 그 밖에 기술한 것처럼 적어도 하나의 공정 결정적 파라미터를 동적으로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서 이러한 설정은 또한 원료 고체 탄소물질을 평가하고, 본 명세서에서 그 밖에 기술한 것처럼 적어도 하나의 공정 결정 파라미터를 응답적 동적으로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것은 원료 고체 탄소물질로부터 물 임계 경로를 통하여 물을 제거하는 것을 포함하며, 이는 물이 원료로부터 통과할 수 있는 특정 원료 고체 탄소물질에 대한 임계적 온도와 압력일 수 있다.
특정 실시양태는 다단계에서 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정할 수 있다. 예를 들면, 이러한 설정은 원료 고체 탄소물질을 예열하고, 산소 치환 시스템과 함께 원료 내에서 산소 함량을 조절하고, 그리고 원료 고체 탄소물질을 열분해 하는 것을 포함한다. 물론, 이러한 실시양태는 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부가 다단계로 설정되는 방법을 예증하지만, 이러한 다단계 설정이 실시될 수 있는 방법을 제한하는 것은 아니다.
여러 실시양태는 음으로 대전된 물 종류와 함께 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 처리하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 실시양태는 음으로 대전된 물 종류를 기화 공정 유동 경로로 주입하는 것을 포함하거나, 심지어는 음으로 대전된 물 종류 인젝터를 사용하고 음으로 대전된 물 종류 인젝터에 의해 기화 공정 유동 경로를 연결함으로써 기화 공정 유동 경로가 연결되는 기화 시스템 부품에 주입하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 방법에 의해 음으로 대전된 물 종류를 주입하면, 이를테면 예비처리 영역, 열분해 챔버, 다중 코일 탄소 개질 용기, 선택 생성 가스 성분 스크러버 등을 포함하는 기화 공정 유동 경로에 연행된 탄소물질과 접촉할 수 있다.
일부 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류는 음으로 대전된 종류 함량에 대한 오염물 백그라운드 요구량(background demand)을 초과하는 음으로 대전된 종류 함량을 갖는 것처럼 네트 음 전하를 갖는 수용액을 포함할 수 있다. 여러 실시양태에서 음으로 대전된 물 종류의 예는 포화된 과산화수소와 음으로 하전된 산소를 함유하는 수용액, 포화된 과산화수소와 싱글렛 분자 산소를 함유하는 수용액, 포화된 과산화수소와 수산화물 라디칼을 함유하는 수용액, 포화된 과산화수소와 수산화물을 함유하는 수용액, 장쇄의 음으로 하전된 산소 종류를 함유하는 수용액, 퍼옥실 활성화 수용액, 니트록실 활성화 수용액, 산소화 수용액, 이온화 산소 증기 수용액 등이 있다.
일부 실시양태에서 음으로 대전된 물 종류는 예열될 수 있다. 물론, 예열은 본 명세서에서 기술한 원리와 일치하는 적당한 방법, 이를테면 연소 버너나 전기 가열기와 같은 적당한 예열기를 사용함으로써 달성될 수 있다. 특정 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류에 대한 예열기의 예는 열분해 챔버 인클로저, 다중 코일 탄소 개질 용기 인클로저 또는 심지어는 박스 노 인클로저(26)(도1, 도2, 도13, 도14)와 같은 기화 시스템 공정 인클로저가 있다. 또한, 음으로 대전된 물 종류를 예열하면 수증기, 이를테면 음으로 대전된 수증기를 발생할 수 있다.
음으로 대전된 물 종류가 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 처리할 수 있는 방식은 이를테면 선택 생성 가스의 순도를 높이고, 선택 생성 가스의 BTU 값을 증가시키고, 선택 생성 가스 중의 오염물을 최소화하는 등 소망의 결과를 얻기 위해 선택될 수 있다. 이러한 소망의 결과는 이를테면 음으로 대전된 물 종류를 기화 공정 유동 경로로 주입하는 주입 생성물을 얻는 것이다. 또한, 이러한 방법에서 음으로 대전된 물 종류를 사용하는 것은 공정 결정 파라미터를 동적으로 조절하는 한 예로 들 수 있다. 예를 들면, 공정을 실시하는 것은 기화 공정 유동 경로에 연행된 탄소물질과 음으로 대전된 물 종류를 화학적으로 반응시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류는, 이를테면 수소 선택 생성 가스 성분을 생성하고, 탄소 선택 생성 가스 성분을 생성하고, 탄화수소 오염물을 감소하고, 일산화탄소를 증가하고, 수소 가스를 증가하기 위해 1 이상의 화학반응식을 탄소물질에 관여하는 화학 반응물일 수 있다. 또한, 화학 반응물로서 음으로 대전된 물 종류를 이용하는 것은 이를테면 1 이상의 화학 반응식을 일시적으로 가속화 하거나 또는 심지어 1 이상의 화학 반응의 수율을 최대화 하기 위해서 그를 촉매로서 사용하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류를 사용하는 것은 화학양론적으로 목적하는 화학적 주변부를 확고하게 설정하고 화학양론적으로 탄소 함량을 조절하는 것의 일부일 수 있다. 일부 실시양태는 음으로 대전된 물 종류를 기타 공정 물질과 함께 공동으로 이용하는 것, 이를테면 연도 가스와 함께 공동으로 음으로 대전된 것을 주입하는 것을 포함할 수 있다.
따라서, 음으로 대전된 물 종류는 고체 탄소물질 기화기 시스템 내에서 여러 가공 분야에 사용될 수 있다. 특정 주입 원료 고체 탄소물질 화학 작용을 갖는 실시양태에서, 선택된 음으로 대전된 물 종류의 조절 가능한 양, 이를테면 반응성이 더 좋은 이온화 산소 물이 제공 될 수 있고, 다중 코일 탄소 개질 용기의 1 이상의 탄소 개질 코일에 기화 공정 유동 경로로 주입되고 증기 배출될 수 있다. 이는 또한 추가적인 열적 수증기-캐비테이션(cavitation) 난류 반응을 야기할 수 있다. 기화 공정 유동 경로에 음으로 대전된 물 종류가 존재하면, 이를테면 열분해 챔버 내에서 더 빠르고 더 완전한 탄소 전환과 수증기 개질 반응이 일어나게 할 수 있다. 또한, 실시양태에서는 최적의 선택 생성 가스 생성 에너지 비의 발생, CO2 오염의 감소, 및 수소 및 일산화탄소의 소망하는 고 에너지 배출비의 증가 또는 조절을 달성할 수 있는 공정 결정 파라미터를 동적으로 조절할 수 있고, 이를테면 메탄 함량의 더 높은 배출 백분율을 얻도록 공정을 조절할 수 있다.
또한, 음으로 대전된 물 종류는 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 밀폐된 루우프 공정에 거의 100% 재순환하고, 상기 음으로 대전된 물 종류를 재순환하는 환경적 표준을 초과하도록 재순환될 수 있다. 여러 실시양태에서, 이러한 재순환된 음으로 대전된 물 종류는 선택 생성 가스 성분 스크러버로부터 회수된 오염물 용해 물질일 수 있다. 이온화 및 과산화물-포화 물과 같은 음으로 대전된 물의 완전한 재순환은 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 여러 공정 물 조절 부피 요건을 충족하도록 일정하게 이루어질 수 있다. 예를 들면, 음으로 대전된 물 종류의 재순환 사용은 예비처리 영역으로의 재순환, 열분해 챔버로의 재순환, 다중 코일 탄소 개질 용기로의 재순환, 재순환된 음으로 대전된 물 종류에서 연도 가스의 용해, 재순환된 음으로 대전된 물 종류 중 적어도 하나의 오염물의 재용해, 음으로 대전된 물 종류의 재생성 및 음으로 대전된 물 종류로부터 수증기 발생을 포함할 수 있다.
선택 생성 가스 성분 스크러버 내에, 음으로 대전된 물 종류 재순환의 가속화된 산화 및 환원이 화학적 이용 자체에서처럼 냉각된 물 응축과 함께 이용될 수 있으며, 이는 화학 이용 스크러빙된 선택 생성 가스를 생성하도록 여러 선택 생성 가스 성분으로부터 가용성 타르, 페놀, 유기 탄화수소 증기, 미립자 오염물의 분리 및 심지어는 가용성 CO2 및 황 제거를 제공한다. 선택 생성 가스 성분 스크러버로부터 재순환된 음으로 대전된 물 종류는 또한 연도 가스가 대기 중으로 배출될 때마다 연도 배기 가스 환경의 공기 질을 제로 또는 그 근처의 배출량으로 유지하도록 연도 가스를 스크러빙하는 데 사용될 수 있다.
음으로 대전된 물 종류는 음으로 대전된 물 종류 발생 유닛에 의해 여러 실시양태에서 발생될 수 있다. 이러한 유닛은 이를테면 음으로 대전된 물 종류의 온-사이트 발생 및 기화 공정 유동 경로와 직접 통하도록 하기 위해 고체 탄소물질 기화 시스템에 통합될 수 있다. 예를 들면, 이러한 유닛은 선택 생성 가스 성분 스크러버의 음으로 대전된 물 종류 인젝터에 연결될 수 있다. 실시양태에서, 이온화된 산소 증기의 초기 발생은 음으로 대전된 물 종류 발생 유닛, 이를테면 도 1, 2, 10, 11 및 16에 도시된 바와 같은 가스 이온화 원통형 시스템(31)에서 일어날 수 있다. 이는 반응성 및 활성화된 산소 및 이온화된 증기의 효과적이고도 고속 생성을 제공한다. 일부 실시양태에서 이러한 유닛은 상기 실시양태에만 본 발명을 한정하는 것은 아니지만, VIPTM 증기 이온 플라즈마 발생기일 수 있다. 음으로 대전된 물 종류 발생 유닛, 이를테면 VIPTM 는 이온화 산소, 혼합된 퍼옥실 증기 가스 이온 등을 생성할 수 있다. 이와 같이 음으로 대전된 물 종류 발생 유닛은 효과적인 오염물 용해 물질 처리 유닛을 제공할 수 있다. 성분들은 매우 반응성 높은 싱글렛 산소 종류의 과량을 공기 중의 산소로부터 발생하는 데 최적화될 수 있다. 이러한 것은 이를테면 부가적인 수산화물 및 과산화수소 가스 증기 이온을 생성하도록 물, 이를테면 수증기 또는 스팀 증기와 2차로 재조합하는 상황 하에서 일어날 수 있다. 도 10 및 11에서 나타낸 바와 같은 여러 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류 발생 유닛은 다음 구성 요소를 포함하지만, 이를 요구하는 것은 아니다:
구성 요소(84) LECTRON 전원 공급 모듈
구성 요소(85) LECTRON "플라즈마(가변) 방출" 발생기
구성 요소(86) (공기 냉각) 알루미늄 "Spectral-Physics" 이온화 반응기
구성 요소(87) 일차 전원 공급 모듈
구성 요소(88) 공기 흡입(1.5인치 폭"Ring" 흡입 공기 필터
(대기 처리 소스로서 대기 질소/산소 공기)
구성 요소(89) VIP-TM 발생 증기 이온(배출) 분배 포트
구성 요소(90) 02 /02/0-0/e/OH 가스 증기 이온(또한 상기 H202 및 중간체 "반응 부생물")
구성 요소(91) 오염된 물 흐름에 펌프 주입 ("와류 발생")
구성 요소(92) 45 도 순환 라인 회전
구성 요소(93) 재순환 유동 스크러버(증기 분무) "이온화된 H2O" 접촉 탱크
구성요소(94) 직경 3인치 파이프 플랜지 연결부
구성요소(94) 직경 3인치 파이프 플랜지 연결부
구성 요소(95) 3인치 크로스
구성 요소(96) 3인치 x 2인치 감소 티(Reducing Tee)
구성 요소(97) 3인치 밸브
구성 요소(98) 드레인
구성 요소(99) (최적의) 이중 시스템 처리 모듈
구성 요소(100) 공정 처리 "연행된 유동 기화기" 장치로의 유동
구성 요소(101) 7.5 H.P. 벤추리 인젝터 펌프 (#316 스테인레스 강 구조물)
구성 요소(102) (4) VIP-TM 고강도 "이온화 산소" 발생기
구성 요소(103) (4) 벤추리 인젝터- 모두 1인치 나선형 연결부
구성 요소(104) 직경 1인치 스테인레스 강(각 벤추리) 회수 파이핑
음으로 대전된 물 종류는 싱글렛 산소를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 종류의 이온화된 산소는 슈퍼옥사이드 이온으로서 학술문헌에 공지되어 있다. 슈퍼옥사이드 증기 이온은 강한 산화 또는 환원 반응을 일으킬 수 있기 때문에 이용될 수 있다. 실시양태에서, 슈퍼옥사이드는 이를테면 싱글렛 산소 종류를 물과 조합하고 장쇄 음으로 대전된 산소 종류, 수산화물, 고산화 수소, 퍼옥실 등을 발생함으로써 음으로 대전된 물 종류를 발생하기 위해 고체 탄소물질 기화 시스템과 관련하여 생성될 수 있다. 또한, 싱글렛 산소를 사용하면 여러가지 유리한 공정 효과를 얻을 수 있다. 예를 들면, 이러한 싱글렛 산소로부터 생성된 음으로 대전된 물 종류는 이를테면 다중 코일 탄소 개질 용기의 1 이상의 개질 코일 내에서 탄소 개질, 이를테면 열 전환, 스팀 개질, 액화 등에 이용될 수 있다. 또 다른 예는 특정 실시양태에서 다중 코일 탄소 개질 내에서 및 그를 통해서 음으로 대전된 물 종류, 예를 들면 HO2 - 퍼옥실 스캐빈저 및 고반응성 스팀 이온을 방출하는 것을 포함할 수 있다.
표 2는 싱글렛 분자 산소 이온을 포함한 음으로 대전된 물 종류를 발생하는 데 사용하기 위해 여러 음으로 대전된 종류가 형성될 수 있는 주요 화학반응식의 일부를 대표적으로 나타낸다. 물론, 이들은 이러한 화학적 반응식을 간단히 나타내지만, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 표 2는 대기 산소의 반응이 분극 또는 자성 산소 분자를 형성함에 따라 단파장 자외선("UV") 및 자기장(부호 "MAG.E")의 영향 하에서 대기 산소의 반응을 나타내고, 그 결과 반응성이 매우 높은 싱글렛 분자 산소 이온 종류(슈퍼옥사이드 이온으로 알려짐)로 분해될 수 있다. 표 2는 또한 반응성이 매우 높고 싱글렛 분자 산소 이온을 형성하도록 분해될 수 있는 오존을 형성하는 것을 나타낸다. 표 2는 또한 싱글렛 분자 산소 가스가 수증기와 더 반응하여 과산화수소와 히드록시드 라디칼을 형성할 수 있다는 것을 나타낸다. 표 2에서 나타낸 바와 같이, 이온화된 산소는 또한 과산화수소 및/또는 수산화물을 물 중에서의 여러 조합물을 형성하도록 반응할 수 있다.
다양한 실시양태는 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서, 예컨대 기화 시스템의 연도 가스 발생 영역 내에서 연도 가스를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 연도 가스 발생 영역은 예컨대 기화 시스템 공정 인클로저를 포함할 수 있으며, 여기서 연소성 버너가 연도 가스를 생성할 수 있고 또 기화 공정 유동 경로의 일부를 가열하기 위한 연소성 열 인클로저 내에 포함될 수 있다. 또한, 실시양태에서 이렇게 생성된 연도 가스는 기화 시스템의 다른 영역, 이를테면 예비처리 영역, 열분해 챔버, 다중 코일 탄소 개질 용기, 다중 코일 탄소 개질 용기의 1차 개질 코일, 탄소 개질 코일의 2차 개질 용기, 탄소 개질 용기의 3차 개질 코일 등으로 재순환될 수 있다. 이러한 재순환은 연도 가스 발생 영역, 이를테면 기화 공정 유동 경로의 연도 가스 재순환 주입부에 부착된 연도 가스 재순환 경로를 통하여 재순환 연도 가스를 전달할 수 있고, 여기서 재순환된 연도 가스는 연도 가스 인젝터로서 기화 공정 유동 경로에 주입될 수 있다.
물론 재순환된 연도 가스는 본 명세서에 기재된 원리에 맞게, 예컨대 기화 시스템의 공정 결정 파라미터에 영향을 주도록 적절한 방식으로 사용될 수 있다. 예컨대, 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 것은 온도를 증가시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 연도 가스 인젝터는 가열기로서 구성될 수 있다. 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 것은 또한 압력을 유지하거나 승압하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 연도 가스 인젝터는 압력 시스템으로서 형성될 수 있다. 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 것은 또한 연도 가스를 화학적으로 반응시키는 것 또는 연도 가스와의 화학적 반응을 일시적으로 촉진시키는 것을 포함할 수 있으며, 이때 연도 가스 인젝터는 화학적 반응물 인젝터 또는 적절하게는 촉매 인젝터로 구성될 수 있다. 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 것은 또한 원료 고체 탄소물질로부터 산소 함량 또는 물 함량을 치환하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 연도 가스 인젝터는 산소 치환 시스템 또는 물 치환 시스템으로서 구성될 수 있다. 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 것은 화학양론적 목적에 맞는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것과 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 연도 가스 인젝터는 화학양론적 목적에 맞는 탄소 보상기로서 형성될 수 있다. 또한 연도 가스를 예컨대 적어도 80 psi로 가압하는 것 및 연도 가스를 예컨대 적어도 125℉, 적어도 135℉, 적어도 300℉, 적어도 600℉, 또는 적어도 1640℉로 예열하는 것도 포함할 수 있다.
다양한 양태는 기화 공정 유동 경로를 통하여, 예컨대 선택적으로 조절가능한 유속 조절기를 이용하여 공정 유체 속도를 선택적으로 조절하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 공정 유체 속도를 조절하는 것은 기화 공정 유동 경로에 연행된 탄소물질의 유동 특성을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 다양한 양태의 일례는 다중 코일 탄소 개질 용기를 통하여 공정 유체에 있어서 압력 대 속도 비를 조절하는 것을 포함할 수 있으며, 예컨대 적어도 80 psi의 압력을 유지하거나, 적어도 5,000피트/분의 유속을 유지하거나, 또는 적어도 20,000의 레이놀즈 수를 유지하는 것을 포함한다. 다양한 양태 중의 다른 예는 원료 고체 탄소물질을 지배적으로 열분해하는 것과 지배적으로 열분해된 원료 고체 탄소물질의 탄소 개질을 촉진시키는 것을 포함하며, 이때 원료 고체 탄소물질은 열분해 챔버 내에서 약 4분 이상 유지될 수 있고, 또 상기 열분해된 탄소물질은 약 4초∼약 10초간 탄소 개질될 수 있다.
일부 양태에서, 공정 유체 속도를 선택적으로 조절하는 것은 공정 유체 속도를 조절하기 위하여 벤추리 인젝터를 이용하여 달성될 수 있다. 벤추리 인젝터는 벤추리 형태로 형성된 가변 압축성 튜브를 통하여 달성된 베르누이 효과를 이용함으로써 공정 유체를 조절할 수 있다. 일부 실시양태에서, 벤추리 인젝터(17)(도 1; 2; 8; 9; 14)는 통과한 탄소 미립자 물질을 이용하여 고효율 수증기 개질 접촉을 증가시키는데 공헌할 수 있는 캐비테이션 또는 기타 고혼합 난류 유닛, 아마도 포인트 소스(point source)를 제공할 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 벤추리 인젝터 디자인(도1, 도2)은 주입 포트(51)(도1; 도2)에서 처럼, 주입부, 이를테면 수증기 주입부, 음으로 대전된 물 종류 주입부, 또는 선택 생성 가스 주입부를 포함할 수 있으며, 여기서 주입 물질의 완전한 회전 유동 난류 혼합이 제공될 수 있다. 예컨대, 다중 코일 탄소 개질 용기에서처럼 개질 코일 반응 속도는 혼합되거나 또는 공동형성적으로 서로 작용하는 반응물에 의해 촉진될 수 있다. 90% 이상의 혼합-분무(atomization) 난류 및 100%에 가까운 혼합-분무 난류를 포함한 실질적 혼합은 벤추리 인젝터 쓰로트 바디(throat body)를 통과하는 공정 유체에서 생길 수 있다. 또한 벤추리 인젝터의 배출 포트 바디는 중지-차단 링에 꼭 맞게 되어 있어서, 공정 유체를 방해함으로써 부가적인 강력한 영역 및 제2 난류를 생성할 수 있다.
주입 포트(51)는 임의의 적합한 형상의 벤추리 인젝터(17) 상에 배치될 수 있고, 예컨대 벤추리 인젝터(17)의 쓰로트에 접선방향으로 위치한다. 또한 물론 주입 포트(51)는 적합한 물질을 벤추리 인젝터(17)로 주입하도록 구성될 수 있으며, 또 물론 벤추리는 본 명세서에 기재된 원리에 일치하여, 상기 물질을 기화 공정 유동 경로로 주입한다. 예컨대, 다양한 양태 중의 주입 포트(51)는 연도 가스 주입 포트, 가압 연도 가스 주입 포트, 예열된 연도가스 주입 포트, 재순환된 연도 가스 주입 포트, 물 주입 포트, 예열된 물 주입 포트, 재순환된 물 주입 포트, 음으로 대전된 물 종류 주입 포트, 예열된 음으로 대전된 물 종류 주입 포트, 재순환된 음으로 대전된 물 종류 주입 포트, 수증기 주입 포트, 재순환된 수증기 주입 포트, 음으로 대전된 수증기 주입 포트, 재순환된 음으로 대전된 수증기 주입 포트, 선택 생성 가스 주입 포트, 습윤 선택 생성 가스 주입 포트, 건조 선택 생성 가스 주입 포트 및 재순환된 선택 생성 가스 주입 포트를 포함할 수 있다.
벤추리 인젝터(17)(도 1, 2, 8, 9, 14)는 적합한 위치 또는 도 2, 8, 9, 14 중의 일부 양태에서 도시된 바와 같이 유체 속도 또는 특성을 조절하기 위한 기화 공정 유동 경로 위치에서 이용될 수 있다. 이들은 다중 코일 탄소 개질 용기의 개질 코일 각각 당 1개 유닛에 연결될 수 있으며, 예컨대 각 개질 코일의 하방 공정 유체 측에, 또는 다른 기화 공정 유동 경로 제어 위치에 설치될 수 있다. 또다른 벤추리 인젝터 위치는 동적으로 조절가능한 부가적인 공정 결정 변수로서 제공될 수 있다. 벤추리 인젝터의 위치는 벤추리 인젝터(17)가 각 싸이클론(20)(도 1, 2, 14)의 외측 상에 각각 연결된 것일 수 있을 때와 같이 부가적으로 고 수준의 공정 유동 효율을 제공하도록 변경될 수 있다. 벤추리 인젝터(17)의 특정 및 최적인 갯수를 규정할 수 있고, 또 개질 코일-싸이클론 폐쇄된 공정 루프의 전체 길이 내에 설치될 수 있는 동적으로 조절가능한 공정 결정 파라미터는 주입 원료 고체 탄소물질의 유용한 에너지 및 탄소 함량을 확인하는 기능일 수 있다. 일부 실시양태에서, 예컨대, 4개 이하의 벤추리 인젝터(17)를 설치할 필요가 있으며, 이는 전체 압력 강하, 또는 헤드 손실이 비례적으로 증가할 수 있기 때문이다. 80 psi∼100 psi의 최소 압력 근처의 개질 코일과 더불어 전체 개질 코일-싸이클론 어셈블리를 통하여 약 5,000 피트/분의 최소 속도를 갖는 고속 동작 처리 공정 유체는 일부 양태에서 압력 대 속도 비가 동작 조절 변수를 나타내도록 유지될 필요가 있다. 설치된 벤추리 인젝터(17)의 정확한 형상 및 갯수가 정해지므로, 개질 코일 압력 및 공정 유체 속도가 원하는 수준에서 일정하게 유지될 수 있다.
일부 실시양태에서, 벤추리 인젝터(17)는 주입 포트를 포함할 수 있고, 그를 통해서 과산화수소 포화수와 같은 측면-수증기 음으로 대전된 물 종류를 주입하면, 다중 코일 탄소 개질 용기의 개질 코일의 길이를 통하여, 여기된 수증기 상태 반응 활성을 유발할 수 있다. 따라서 이것은 이산화탄소 파괴 반응을 촉진할 수 있고 또 일산화탄소 및 수소 발생을 실질적으로 증가시킬 수 있다. 이것은 하기 표 3에 나타낸 반응식으로 이해될 수 있다.
표 3
다중 코일 탄소 개질 용기의 개질 코일을 통하여 연결되는 기화 공정 유체 내에서 생길 수 있는 상기 CO2 고갈에 대한 과학적 기초는, 물과 조합하여 과산화수소 포화수와 같이 음으로 대전된 물 종류를 생성할 수 있는 싱글렛 분자 산소(O2 -)의 발생에 의존할 수 있다. 이것은 표 3에 나타낸 바와 같다. 싱글렛 산소, 아마도 과산화물 포화수는 다중 코일 탄소 개질 용기의 개질 코일(19)(도 1, 2, 3, 4, 14)에 주입될 수 있을 때, 방출 및 여기된 상태의 HO2 - 퍼옥실 이온으로 전환될 수 있고, 이것은 기화 공정 유체 수증기와 반응할 수 있다. 양태는 유사하게 HO2 - 증기 이온을 생성할 수 있고, 또 이것은 유사하게 개질 공정에 주입될 수 있다.
특정 실시양태에서, 3 또는 4개 연결된 벤추리 인젝터(17)(도 1, 2, 8, 9, 14)를 통하는 유체는 약 80 psi∼약 100 psi 압력 범위에 있을 수 있고, 또 상기 압력은 다중 코일 탄소 개질 용기(19)(도 1, 2, 3, 4, 14)의 개질 코일과 같은 영역을 통하여, 아마도 각각의 싸이클론(20, (22) 및 (23)(도 1, 2, 3, 4, 14)과 같은 연결 결합된 싸이클론을 통하여 유지될 수 있다. 일 실시양태에서, 상기 압력은 다중 코일 탄소 개질 용기 내의 전체 축적된 배압(back pressure) 또는 헤드 손실의 총합을 극복할 수 있거나, 또는 용기를 통하여 약 5,000 피트/분 이상과 같은 더 높은 최적의 기화 공정 속도를 유지시킬 수 있다. 아마도 적합한 속도 또는 그 이상에서, 20,000+의 높은 에너지 레이놀즈 수는 타르, 페놀, 탄화수소 및 기타 부스러기 무기 물질 또는 미립자가 상기 개질 코일 성분 내에서 플레이트-아웃(plate-out)되지 않거나 응집되기 시작할 수 있도록 달성될 수 있다. 탄소물질, 아마도 미립자 또는 분무된 목탄 유기 입자는 기화 공정 유체에서 완전하게 반응할 수 있는데, 이는 개질 코일 내에서 발생된 고압 수증기, 아마도 물 운반 또는 아마도 음으로 대전된 물 종류가 수증기의 공급원이기 때문이다. 양태들은 고효율의 탄소 이동 및 전환 반응을 나타낼 수 있다. 실시양태에서, 다중 코일 탄소 개질 용기 중의 전체 개질 시간, 아마도 싸이클론 체류 시간을 포함하는 전체 개질 시간은 공정이 소망의 원료 고체 탄소물질의 매일의 톤 처리량에 따라 4초~10초 유지될 수 있다. 연속적인 판독 질량 분광계 및 가스 크로마토그래프 온라인 계측기를 구비한 컴퓨터 자동화는 공정 결정 파라미터, 이를테면 공정 유체 속도, 공정 유체 압력 및/또는 레이놀즈 수 작용 셋-포인트를 최적화하기 위해 용이하게 동적 조절을 쉽게 결정할 수 있는 조절 기둥을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 조절 과정은 CO2 및 탄화수소 잔류 오염이 최소인 청정한 선택 생성 가스가 높은 BTU 에너지 값으로 생성될 수 있음을 확신시켜 준다. 선택 생성 가스 성분의 조절된 몰비, 예컨대 일산화탄소 대 수소의 적어도 1:1 몰비 내지 일산화탄소 대 수소의 약 20:1 몰비가 선택 생성 가스에서 생성될 수 있고 또 생성된 선택 생성 가스에는 이산화탄소 성분, 산화질소 성분, 또는 산화황 성분 오염물이 조금 또는 사실상 존재하지 않게 유지될 수 있다.
본 명세서에 기재된 원리를 이용하여, 양태는 고 에너지 함유 선택 생성 가스를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 고에너지 함유 선택 생성 가스를 생성하는 것은 그의 BTU 값을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. BTU 값을 증가시키는 경향이 있는 공정 단계는 통상의 기화 수법을 이용한 처리 단계와 비교하여 더 높은 BTU 값을 갖는 선택 생성 가스를 생성하도록 적용될 수 있다. 따라서, 양태는 적어도 250 BTU/scf(standard cubic foot)의 BTU 값, 약 250 BTU/scf∼약 750 BTU/scf의 BTU 값, 약 350 BTU/scf∼ 약 750 BTU/scf의 BTU 값, 약 450 BTU/scf∼약 750 BTU/scf의 BTU 값, 약 550 BTU/scf∼약 750 BTU/scf의 BTU 값, 약 650 BTU/scf∼약 750 BTU/scf의 BTU 값을 갖는 선택 생성 가스의 생성을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 원료 고체 탄소물질을 변경 주입하면 생성된 선택 생성 가스에 대해 일치되는 BTU 값을 초래할 수 있으며, 생성된 선택 생성 가스의 양은 주입된 원료 탄소물질의 BTU 값에 비례하는 양으로 변한다.
또한 고에너지 함유 선택 생성 가스의 생성은 선택 생성 가스의 순도를 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 다시, 순도를 증가시키는 경향이 있는 처리 단계는 통상의 기화 수법을 이용한 처리 단계에 비하여 순도를 증가시키도록 적용될 수 있다. 선택 생성 가스를 정제하는 것은 예컨대 1 이상의 오염물을 분리 또는 제거하는 것을 포함할 수 있다. 예컨대, 다양한 양태에서 선택 생성 가스를 정제하는 것은 선택 생성 가스의 산화 질소 함량을 최소화하는 것, 선택 생성 가스의 산화 실리콘 함량을 최소화하는 것, 선택 생성 가스의 이산화탄소 함량을 최소화하는 것, 선택 생성 가스의 황 함량을 최소화하는 것, 선택 생성 가스의 유기 증기 함량을 최소화하는 것, 및 선택 생성 가스의 금속 함량을 최소화하는 것을 포함할 수 있다.
고에너지 함유 선택 생성 가스를 생성하기 위해 사용된 처리 단계는 본 명세서에 기재된 바와 같을 수 있고, 또 예컨대 비제한적으로 음으로 대전된 물 종류를 사용하여 처리하는 단계, 재순환된 선택 생성 가스를 사용하여 처리하는 단계, 음으로 대전된 수증기를 사용하여 처리하는 단계, 연도 가스를 사용하여 처리하는 단계, 공정 체류 시간을 변경하는 단계, 적어도 1차 개질 코일 및 2차 개질 코일에서 처리하는 단계, 불완전하게 열분해된 탄소물질을 재순환하는 단계 및 불완전하게 개질된 탄소물질을 재순환하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 원리를 또한 이용하여, 양태는 배출하기 위한 소망하는 선택 생성 가스를 예정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 예정은 변경된 주입 원료 고체 탄소물질로부터 소망의 예정된 선택 생성 가스를 일정하게 배출하는 것을 포함할 수 있으며, 이때 고체 탄소물질 기화 시스템 중의 1 이상의 처리 단계는 주입 원료 고체 탄소물질 중에서 변경을 보상할 수 있다. 예컨대 다양한 양태에서 예정은 화학양론적 목적에 맞는 화학적 주변부를 확고하게 설정하는 것, 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 것, 적어도 1개의 공정 결정 파라미터를 고체 탄소물질 기화 시스템 내에서 동적으로 조절하는 것 등을 포함할 수 있다. 이러한 조절은 예정된 선택 생성 가스의 특징에 대한 고도의 조절을 부여할 수 있다. 예컨대, 다양한 양태에서 예정된 선택 생성 가스는 가변 일산화탄소 함량 선택 생성 가스, 1차 일산화탄소 선택 생성 가스, 가변 수소 함유 선택 생성 가스, 1차 수소 가스 선택 생성 가스, 가변 메탄 함유 선택 생성 가스, 1차 메탄 선택 생성 가스, 1차 일산화탄소 및 수소 가스 및 메탄의 선택 생성 가스, 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 1:1 내지 20:1 부피의 제어된 수소 가스 대 일산화 탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 1:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 2:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 3:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 5:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 10:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 1:1 내지 약 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 2:1 내지 약 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 3:1 내지 약 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 5:1 내지 약 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 적어도 약 10:1 내지 약 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 조절된 몰비의 선택 생성 가스, 생성 가스, 및 합성 가스를 포함할 수 있다. 또한, 다양한 실시양태에서 선택 생성 가스는 베이스 스톡을 포함할 수 있고, 이때 생성된 선택 생성 가스는 기화 시스템 후 적용을 위한 기질로서 사용되며, 예컨대 부가적인 물질의 생성을 위한 스톡으로 사용될 수 있다. 따라서 다양한 양태에서 선택 생성 가스는 가변 화학 베이스 스톡, 액체 연료 베이스 스톡, 메탄올 베이스 스톡, 에탄올 베이스 스톡, 정제 디젤 베이스 스톡, 바이오디젤 베이스 스톡, 디메틸-에테르 베이스 스톡, 혼합된 알코올 베이스 스톡, 전력 발생 베이스 스톡, 및 천연가스 등가의 에너지 값 베이스 스톡을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기재된 원리를 이용하여, 양태는 고수율 선택 생성 가스를 생성하는 것을 포함하며, 심지어는 소정의 주입된 원료 고체 탄소물질로부터 생성된 선택 생성 가스에 대한 통상적인 기화 공정의 전통적인 수율을 초과하게 생성한다. 예컨대, 이러한 고수율은 원료 고체 탄소물질의 원료의 약 95% 이상을 선택 생성 가스로 전환하는 것, 원료 고체 탄소물질의 원료의 약 97% 이상을 선택 생성 가스로 전환하는 것, 원료 고체 탄소물질의 원료의 약 98% 이상을 선택 생성 가스로 전환하는 것, 원료 고체 탄소물질 톤 당 적어도 약 30,000 scf의 선택 생성 가스를 배출하는 것, 또는 선택 생성 가스로 전환된 원료 고체 탄소물질 중의 탄소 함량 75%∼95%의 탄소 전환율을 달성하는 것을 포함할 수 있다. 또한 특정 실시양태에서 고 수율은 주입 원료 고체 탄소물질의 탄소 성분을 실질적으로 배출하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 본 명세서에 기재된 본 발명의 기술은 모듈(modular) 및 컴팩트 형태로 형성될 수 있는데, 이는 아마도 선택된 조건 작용 능력을 허용할 수 있고 또 주입 원료 고체 탄소물질, 아마도 실질적으로 아무 유형의 유기 바이오매스, 석탄 주입물 또는 기타 탄소 원료로부터 매우 높은 순도 및 고에너지 선택 생성 가스를 생성할 수 있는 자동적이고 복잡하지 않은 선택 생성 가스 발생 기술을 제공할 수 있다. 물론, 이러한 모듈성은 본 발명의 기술의 1개 요지일 수 있으며, 또 본 발명의 기술을 모듈 실시양태에만 한정해서는 안된다. 작용 공정 체류 시간, 가스 속도 압력, 음으로 대전된 물 종류 주입 조절 속도, 재순환된 선택 생성 가스 주입 파라미터 및 연도 가스 주입 파라미터에서 예정된 조절은 발생한 선택 생성 가스 최종 배출 화학에 제공될 수 있으며, 예컨대 아마도 액체 연료, 전기 생성, 수소 가스 등과 같은 대량, 아마도 오염되지 않은 양의 2차 오프-테이크 코모디티(commodities)에 관련될 수 있다. 셋-포인트 동작 파라미터는, 이를테면 액화 온도, 조절가능한 가스 속도 및 반응 시간, 가변 물, 아마도 수증기, 음으로 대전된 화학 부가, 또는 기본 수증기 개질 작용성 에너지 균형 능력을 포함할 수 있다. 환경을 초월한 방출 또는 무방출은 일부 실시양태에서 유지될 수 있으며, 배기된 연도 가스는 내부적으로 재순환된다. 실시양태에서, 음으로 대전된 물 종류 처리 시스템은 고도로 정제된 물을 높은 비율, 심지어는 100%로 일정하게 재순환 및 재이용할 수 있다. 실시양태에서, 적은 부피의 공정 잔류 또는 시스템 드레인 과잉 수는 비교적 순수하고 또 시스템의 과잉 열을 이용하여 플래쉬 증발될 수 있어 대기로 방출되지 않는다. 또한, 이용된 음으로 대전된 물 처리 공정은, 관련 공기 양 방출 조절을 만족하게 적용될 수 있는 경우, 연도 가스 미량 배출을 스크럽(scrub) 및 정제하는 것을 포함할 수 있다. 실시양태들은 또한 다양한 주어진 적용을 경제적으로 실시할 수 있도록 전체적으로 낮은 보수비 및 간단한 동작 시스템 디자인을 제공할 수 있다.
일부 실시양태는 연행된 유체 선택 생성 가스 발생 시스템을 제공할 수 있다. 일부 양태에서, 공정 변수는 목재 폐기물, 쓰레기, 하수 고체, 비료, 농업적 또는 기타 환경 바이오매스, 파쇄된 고무 타이어, 석탄 등과 같은 다수의 유용하고 다양한 종류의 탄소 폐기물 또는 시판 원료 물질을 1개의 기본적인 플랫폼 디자인을 통하여 처리할 수 있다. 실시양태에서, 에너지는 방출되고, 조절가능한 성분의 CO 및 H2 의 고 연소율을 유지하고, 물, 이산화탄소의 2차 부생물을 생성하고, 또 휘발성이고 응축가능하며, 유기 및 무기의 부가적 오염물, 화합물에 의해 오염될 수 있는 경질 탄화수소를 함유하는 생성된 선택 생성 가스로서 회수될 수 있다. 불순물은 2차 음으로 대전된 물 종류 스크러버 섹션 내에서 마찬가지로 제거될 수 있다.
시판되는 원료 물질(예컨대 일정한 탄소 전환 성분을 갖는 원료)로서 석탄을 사용하는 대안으로서, 다양하게 데모그래픽적으로(demographically) 분산된 다양한 비석탄성 바이오매스 자원이 유용할 수 있다. 이들은 이질적인 화학 특징 구성 면에서 다양할 수 있다. 본 발명에 따른 기술의 실시양태는 조절가능한 넓은 범위의 시스템, 보편적인 선택 생성 가스 발생 공정 조절 디자인을 제공할 수 있으며, 또 작용성이 있으며 경제적이고, 유용한 시스템을 더 제공할 수 있는데, 이 시스템은 주입 탄소 원료의 어떤 유형도 처리할 수 있고 또 고에너지 선택 생성 가스 방출물을 발생할 수 있다. 본 발명에 따른 기술의 실시양태는 전세계 시장을 통하여 시판될 수 있으며 또 전세계 시장에 대안적인 선택 생성 가스 유용성을 제공할 수 있다.
도 18 내지 도 22는 본 발명의 휴대용 또는 "포드" 양태를 도시한다. 도 18로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 이 양태는 포드 또는 분리된 반응기 유닛(211)을 포함할 수 있다. 이러한 분리된 반응기 유닛(211)은 내화 영역(212)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이 내화 영역(212)은 밀폐된 내화 슈라우드(213)를 포함할 수 있다. 원료(214)는, 도시된 바와 같이, 물질을 분리된 반응기 유닛(211)으로 제공할 수 있다. 상기 물질은 상부 열분해 데크(215)에서 작용할 수 있으며 또 아마도 이어서 하부 수증기 개질 데크(220)에서 작용할 수 있다. 이들 데크 각각은 실제로 회전 캐로셀(carousel) 데크(216)일 수 있다. 이들 회전 캐로셀 데크(216)는 캐로셀 구동 축(217)과 함께 정렬될 수 있는데, 이 축은 상부 베어링 지지체(218) 및 아마도 저부 오일 밀폐 피봇 베어링(219)에 의해 지지될 수 있다. 전체 분리된 반응기 유닛(211)은 연도가스 챔버(221)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다. 앞서 논의한 이유로 인하여, 이온수 노즐 또는 인젝터(222)도 또한 포함될 수 있다. 사용된 물질은 회분 방울(223)로 떨어져서, 이것이 공기 로크 밸브(224), 회분 오거 (226)를 통과하여 궁극적으로 회분 수집 빈(227)으로 보내진다. 이 시스템은 기어박스 구동기(225)에 의해 구동될 수 있다.
주입 원료를 제공하기 위하여, 실시양태는 공급 섹션(229)을 포함할 수 있다. 적절한 압력 증가를 허용하는 복수의 벤추리 인젝터(228)를 통하여 공급섹션(229)은 벙커 핀 등으로부터 물질을 제공할 수 있다. 공급 섹션(229)은 가스 슈라우드 챔버(230)에 의해 둘러싸인다. 이 가스 슈라우드 챔버(230)는 연도가스 또는 생성 가스의 통과를 허용하며, 이는 원료 물질을 예열할 수 있다. 도시한 바와 같이, 물질은 통과하여 원료 플레넘(231)으로 들어가며, 이것은 분리기(232)로서 작용하여 가스 등과 같은 이동체를 원료로부터 분리할 수 있다. 원료 플레넘(231)은 이동체 등이 내외로 통과할 수 있는 엑세스(233)를 가질 수 있다. 이해되는 바와 같이, 이동체가 연도 가스와 같은 물질인 경우, 과량의 가스는 엑세스(233) 밖으로 나와서 재순환 또는 재사용을 위해 시스템으로 재순환한다. 마찬가지로, 상기 시스템은 슈라우드 연도 가스 배출부(235)를 포함할 수 있으며, 이것은 연도 가스 배출 슈라우드 가스로 하여금 상기 시스템 등으로 재순환되게 할 수 있다. 이러한 재순환은 벤추리 인젝터 또는 기타 위치와 같은 다양한 주입 위치를 가질 수 있다.
또한 도시된 "포드" 실시양태는 이를테면 원료 빈 등으로부터 원료 주입부(237)를 포함할 수 있다. 이러한 원료 주입부(237)는 적절한 처리를 위한 물질의 외부 공급원을 수용할 수 있다.
도 21은 보다 일반적인 이해를 위해 유사한 시스템을 도시한다. 콤팩트 처리를 제공하는 한가지 방법으로서, 작업은 기계적으로 추진되는 적어도 1개의 탄소물질 열분해 플랫폼을 포함할 수 있다. 상기 탄소물질은 상부 열분해 데크(215)와 같은 분해 플랫폼을 열분해한다. 이 작업은 하부 수증기 개질 데크(220)와 같이 기계적으로 추진되는 적어도 1개의 열분해된 탄소물질 처리기 플랫폼을 포함할 수 있다. 이들은 기계적 기화 구동 시스템(201)에 의해 추진될 수 있다. 실제로 양쪽 데크는 플랫폼일 수 있고 또 따라서 상기 시스템은 기계적으로 추진되는 탄소물질 열분해 플랫폼(202) 및 기계적으로 추진되는 열분해된 탄소물질 처리기 플랫폼(203)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로 상기 시스템은 환경 분화된 기계적으로 추진되는 열분해된 탄소물질 처리기 플랫폼을 다수 갖는 것으로 생각될 수 있다.
사용된 기계적 추진의 유형은 다양할 수 있음을 이해해야 한다. 일 실시양태에서, 상기 시스템은 회전 플랫폼을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 상부 열분해 데크(215)와 같은 회전하는 열분해된 탄소물질 처리기 플랫폼, 및 하부 수증기 개질 데크(220)와 같은 회전하는 탄소물질 열분해 플랫폼이 있을 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 중력에 수직인 수평 방향으로 회전하는 실시양태들이 유리하다. 또한, 회전은 관련된 다른 운동과 협동되는 것이 유리할 수 있다. 이렇게 하여, 상기 시스템은 적절한 공정을 위해 조화된 운동 플랫폼 또는 조화적으로 기계적으로 추진되는 아이템을 포함할 수 있다. 이들 조화된 운동은 동조될 수 있고 또 단일 구동에 의해 구동될 수도 있다. 따라서, 상기 시스템은 단일 기계적 기화 구동 시스템에 의해 구동되는 이중 동조의 운동 플랫폼을 포함할 수 있다. 이해되는 바와 같이, 양쪽 플랫폼을 단일 구동하는 것에 의해, 오직 1개의 구동 시스템이 필요할 수 있다. 또한, 플랫폼은 한 형태의 조화된 처리를 위해 동일 속도로 회전할 수 있다.
처리된 물질은 반응기를 순차적으로 통과함에 따라서 상이한 환경에 처리될 수 있다. 이들 환경은 임의 개수의 변수에 의해 분화될 수 있다. 그러나 일부 실시양태의 경우, 환경은 처리 물질 크기 팩터, 처리 온도 팩터, 처리 지속시간 팩터, 분화된 환경 팩터, 반응기 대전 수증기 팩터, 화학적 환경 팩터, 물 환경 팩터, 음으로 대전된 물 환경 팩터, 분화된 탄소 함량 팩터, 분화된 산소 함량 팩터, 분화된 연도 가스 함량 팩터, 분화된 생성 가스 팩터, 재순환된 처리 물질 팩터와 같은 공정 팩터 변수에 의해 분화될 수 있다. 플랫폼 및 일반적 처리기는 배열될 수 있으며 또 상이한 부품을 가질 수 있다. 처리기는 가변 온도 영역 탄소 원료 처리기, 125℉∼135℉의 온도를 설정하도록 고안된 탄소 원료 처리기, 135℉∼300℉의 온도를 설정하도록 고안된 탄소 공급 처리기, 300℉∼1,000℉의 온도를 설정하도록 고안된 탄소 원료 처리기, 1000℉∼1640℉의 온도를 설정하도록 고안된 탄소 공급 처리기, 및 1640℉∼1850℉의 온도를 설정하도록 고안된 탄소 공급 처리기일 수 있다.
일 실시양태에서, 본 발명은 수평 축 근처에서 단순히 회전할 수 있는 캐로셀 플랫폼을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 시스템은 기계적으로 추진되는 탄소물질 열분해 캐로셀, 및 기계적으로 추진되는 열분해된 탄소물질 처리기 캐로셀을 포함할 수 있다. 서로 다른 레벨에서 캐로셀 또는 캐로셀 플랫폼을 고안함으로써, 상기 시스템은 층을 이룬(tiered) 캐로셀(204)을 포함할 수 있다. 상기 층을 이룬 캐로셀(204)은 도시된 바와 같이 층을 이룬 캐로셀 플랫폼을 포함할 수 있다. 이것은 또한 동축 및 수직 층을 포함할 수 있다. 따라서 도시된 바와 같이 층을 이룬 캐로셀을 기계적으로 추진하도록 작용하는 동축 캐로셀 층을 이룬 구동 시스템이 있을 수 있다.
순차적으로 처리되는 물질의 상당한 부분은 상기 물질을 상이한 환경 사이로 전달하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 처리된 물질을 상이한 환경 사이로 이동시키는 전환 공정을 통하여 생길 수 있다. 도시된 실시양태에서, 상기 전환 공정은 1 이상의 고정된 분해된 탄소물질 스크레이퍼(206) 뿐만 아니라 1 이상의 분배 자유낙하 전환기(205)를 포함할 수 있다. 상기 분배 자유낙하 전환기(205)에 의하여 물질은 중력에 의해 1개 수준에서 다음으로 낙하할 수 있다. 이것은 혼합 및 더욱 완전한 처리를 증진시킬 수 있다. 따라서, 캐로셀 플랫폼이 회전함에 따라서, 플랫폼 위의 물질은 고정된 요소 스크레이핑에 처리될 수 있어, 이는 플랫폼으로부터 떨어져서 상기 물질을 밀어내어 다음의 처리 플랫폼으로 낙하시킬 수 있다.
각 반응기 섹션에서, 부가적인 플랫폼이 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 예컨대, 틈새(interstitial)로 배출 조화된 플랫폼이 복수개 존재할 수 있다. 상기 물질이 적절히 분해되도록 열분해 공정에서 1 이상의 플랫폼이 이용될 수 있다. 열분해 및 개질 기능 모두는 복수의 플랫폼을 가질 수 있다. 예컨대, 도시된 바와 같이 상기 시스템은 제1 및 제2 열분해 환경 공정 플랫폼 뿐만 아니라 제1 및 제2 탄소 개질 환경 공정 플랫폼을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 이들은 각각 분화된 열분해 단계 뿐만 아니라 분화된 개질 단계와 같은 분화된 상태를 포함할 수 있다.
도면으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, "포드" 개념은 많은 이점을 허용한다. 도 18 및 도 21에 도시되고 이후에 설명한 바와 같이, 시스템은 휴대용일 수 있다. 또한, 상기 시스템의 전체적인 인케이싱(encasing)에 의해 환경적 안전성이 증진될 수 있다. 따라서, 반응기 등을 전체적으로 거의 밀폐된 상태로 함유함으로써 더욱 안전한 시스템이 제공될 수 있다. 도시된 바와 같이, 밀폐된 내화 슈라우드(213)는 실질적으로 밀폐된 공정 챔버 및 밀폐된 버너 챔버(241)를 한정하여 생성하도록 고안될 수 있다. 따라서 전체적으로 거의 밀폐된 상태로 함유된 기화기가 존재할 수 있다. 이러한 인케이스먼트는 열적으로 이점을 가질 수 있고 또 상기 시스템의 특징을 열적으로 인케이싱하는 실질적으로 밀폐된 한정된(circumscribing) 열 차단 인케이스먼트일 수 있다. 이러한 밀폐된 내화 슈라우드(213) 및 기타 부품은 열적으로 제한되는 열 차단 인케이스먼트를 생성할 수 있다. 이것은 챔버, 플랫폼, 반응기 등을 둘러쌀 수 있다. 작업 수행은 몇가지 예를 들자면 밀폐적으로 인케이싱된 상태에서 기계적 추진, 밀폐가능하게 인케이싱된 열분해, 밀폐가능하게 인케이싱된 탄소 개질, 인케이싱된 처리, 인케이싱된 발생, 인케이싱된 재순환, 및 인케이싱된 기화 시스템 내에서 연도 가스의 발생을 포함할 수 있다.
도 22는 본 발명의 "포드" 양태의 하부를 도시한다. 이것은 증가하는 온도가 저부 위치에 제공되도록 생성 합성 가스 연소 저부 버너(241)를 포함할 수 있다. 이것은 층을 이룬 열 분포에 영향을 줄 수 있고, 낮은 수준에서 온도를 증가시킬 수 있다. 이것은 처리된 물질이 순차적으로 1개 캐로셀에서 다른 캐로셀로 떨어지므로 순차적으로 처리되어 온도를 증가시키는 사실과 조합되어 작동할 수 있다.
도시된 "포드" 시스템과 같은 인케이싱된 디자인에서, 실질적으로 밀폐되어 제한되는 열차단 인케이스먼트는 다양한 주입부 및 배출부(242)를 가질 수 있다. 그 중에서, 이들은 물, 가스, 물질 등을 처리하도록 작용하는 외부, 인케이싱되지 않은, 또는 아마도 분리된 처리 시스템으로부터 재순환 물 주입부(243) 및 재순환 물 배출부(244)를 포함할 수 있다. 이들 시스템은 재순환적일 수 있으므로 상기 시스템은 재순환된 물을 주입하고 또 재순환된 물을 인케이싱된 환경으로부터 배출하기 위하여 작용할 수 있다. 배출은 다양할 수 있고 또 음으로 대전된 물 종류 처리된 선택 생성 가스 배출부, 연도 가스 처리된 선택 생성 가스 배출부, 다양한 유지 시간 처리된 선택 생성 가스 배출부, 적어도 1차 개질 코일 및 제2 개질 코일 배출부에서 처리된 선택 생성 가스, 재순환된 불완전하게 열분해된 탄소물질 배출부에 의해 처리된 선택 생성 가스, 및 재순환된 불완전하게 개질된 탄소물질 배출부에 의해 처리된 선택 생성 가스를 포함할 수 있다.
주입부는 운반하도록 형성된 고안을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 주입부의 한 유형은 공기 추진 시스템(245)을 포함할 수 있다. 이것은 연도 가스를 사용할 수 있었고 또 연도 가스 추진 시스템, 합성 가스 및 생성 합성 가스 추진 시스템일 수 있다. 이와 같이 연도 가스 또는 합성 가스는 원료 고체와 같은 물질을 반응기 주변부로 추진하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 이러한 시스템은 고체를 공기로 추진하여 원료 플레넘과 같은 영역으로 추진할 수 있는 공기로 추진되는 원료 고체 탄소물질 주입부를 가질 수 있다. 공기로 추진되는 원료를 용기로 추진함으로써, 입력부는 원료를 분산하는 분산 원료 고체 탄소물질 주입부(237)로서 작용할 수 있다. 이것은 또한 원료를 산소 고갈, 예열 등을 위한 가스로 보낼 수 있다.
도시한 바와 같이 물질을 경사지게 상향으로 이동함으로써 상기 시스템은 시스템이 원료의 원료 에너지를 점진적으로(accretively) 추진하도록 작용할 수 있는 점진적 원료 에너지 시스템(245)을 포함할 수 있다. 따라서 상기 원료는 주입후 더 높은 에너지(위치 또는 운동 에너지)를 가질 수 있다. 이 시스템은, 원료가 부가적인 에너지 또는 구동 메카니즘의 필요없이 1개 플랫폼에서 다른 플랫폼으로 중력에 의해 낙하할 수 있도록 위치 에너지의 증가를 유발하는 점진적 원료 위치 에너지 주입 시스템(248)일 수 있다. 도시된 실시양태는 원료 고체 탄소물질을 경사지게 상향으로 구동하는 경사진 원료 고체 탄소물질 주입부(249)를 포함한다. 이러한 경사는 필요한 경우 공간 절약의 이유 등에서 수직일 수 있다.
도시한 바와 같이 물질을 경사지게 상향으로 이동함으로써 상기 시스템은 시스템이 원료의 원료 에너지를 점진적으로(accretively) 추진하도록 작용할 수 있는 점진적 원료 에너지 시스템(245)을 포함할 수 있다. 따라서 상기 원료는 주입후 더 높은 에너지(위치 또는 운동 에너지)를 가질 수 있다. 이 시스템은, 원료가 부가적인 에너지 또는 구동 메카니즘의 필요없이 1개 플랫폼에서 다른 플랫폼으로 중력에 의해 낙하할 수 있도록 위치 에너지의 증가를 유발하는 점진적 원료 위치 에너지 주입 시스템(248)일 수 있다. 도시된 실시양태는 원료 고체 탄소물질을 경사지게 상향으로 구동하는 경사진 원료 고체 탄소물질 주입부(249)를 포함한다. 이러한 경사는 필요한 경우 공간 절약의 이유 등에서 수직일 수 있다.
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도시된 실시양태에서, 주입부는 동축 공급 시스템(250)으로서 도시되어 있다. 이러한 유형의 시스템은 1개 경로(path)에서 및 다르게는 아마도 주위 경로에서 원료를 동축 공급 및 동축 추진하도록 작용할 수 있다. 일개 실시양태에서, 이것은 연도 가스를 외부에서 동축으로 공급하는 것 및 원료 고체를 내부에서 동축으로 공급하는 것을 포함할 수 있다. 이들은 1개는 위로 흐르고 나머지 하나는 아래로 흐르거나, 또는 1개는 좌측으로 흐르고 또 나머지 하나는 우측으로 흐르도록 대향하는 동축 유동으로 구축될 수 있다. 도시된 바와 같이, 내부 공급 원료 경로 및 외부 연도 가스 경로가 있다. 이들 2개의 대향하는 유동 방향 경로는 원료가 들어와서 연도 가스를 배출하도록 작용할 수 있다. 동시에 상기 물질을 예열하면서 궁극적 처리를 위해 프리콘디쇼닝(preconditioning)될 수 있는 원료 동축 예열기 시스템(250)을 제공한다. 더 높은 압력 처리 반응기로 인하여, 원료로부터 필요로 하는 압력차를 허용하도록, 이 시스템은 1 이상의 연속 공급, 압력차 벤추리 인젝터를 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 물, 심지어는 음으로 대전된 물을 처리에 사용하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 재순환성 음으로 대전된 물 종류 처리 시스템(259)의 사용을 통하여 실현된다. 소망하는 위치에서 처리 중에 물 또는 수증기가 나타날 수 있도록 적어도 1개의 플랫폼 부근에 위치한 1 이상의 음으로 대전된 물 종류일 수 있다. 이들 인젝터는 1개 캐로셀 위치와 같이 측벽을 따라 위치한 측벽에 음으로 대전된 물 종류 인젝터일 수 있다. 이러한 측벽은 내부 또는 외부 측벽일 수 있다. 구동축 부근에서부터 물 또는 수증기를 분배하도록 작용하는 1 이상의 구동축 에서 음으로 대전된 물 종류가 존재할 수 있다. 이것은 캐로셀 주변의 내부 및 외부 위치에서 수증기를 제공하는 것을 도울 수 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 전체 물 처리 공정은 인케이싱된 영역의 외부에서 달성될 수 있다. 도 11의 물 처리 시스템을 운반할 음으로 대전된 재순환 물 종류 처리 시스템(259) 부근에 트레일러가 존재할 수 있다. 이것은 1개 트레일러에 부착된 것으로 도시되어 있지만, 이러한 시스템은 전체적으로 분리될 수 있고 또 별개의 트레일러 또는 다른 방식으로 존재할 수 있다. 이와 같이 일 실시양태는 별개의 휴대용 재순환 음으로 대전된 물 종류 처리 시스템을 제공할 수 있을 것이다. 도 19에 도시한 바와 같이 물 처리 부품이 처리기와 인접하고 또 한쪽 또는 양쪽에 있을 수 있는 인접 처리 시스템일 수 있다.
인식되는 바와 같이, 1개의 휴대용 또는 적어도 이동가능한 시스템을 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 트레일러 베이스(258) 상에 구축될 수 있다. 최대 가능한 시스템의 운반을 허용하기 위해서, 그러한 고안은 컬랩싱이 불가능한( disabling collapse) 요소(255)를 포함한다. 이러한 요소는 요소 또는 부품을 접을 수 있고, 탈착가능하며, 또는 분리할 수 있어 전체 시스템의 운반을 허용한다. 실시양태에서 시스템의 분리부분을 컴팩트하게 운반할 수 있고, 심지어는 기화 시스템의 상단부분을 집합적으로 이동할 수 있다. 일단 이동하면 컬랩싱분리된(collapsed) 부분은 다시 조립되므로 시스템을 작동가능한 상태로 재설정할 수 있다. 여러 부분들이 컬랩싱 가능하게 제조될 수 있다. 이들은 재위치 지정 가능한 탄소 원료 주입부, 탈착가능한 탄소 원료 주입부, 분리가능한 탄소 원료 주입부, 분리가능한 경사진 탄소 원료 주입부, 분리가능한 경사진 탄소 원료 주입부, 분리가능한 원료 플레넘 등을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 컴팩트하게 디자인할 수 있는 것은, 오프 센터(off center) 원료 고체 탄소물질 주입부(256)를 갖는 것이다. 상기 시스템을 분리하는 것은 재순환 물 시스템의 적어도 일부분을 분리하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 적어도 1개의 물 탱크를 재위치시키는 것에 의해, 적어도 일부의 재순환 시스템을 탈착하는 것에 의해, 물 시스템의 크기를 분리, 컬랩싱 또는 감소시키는 것에 의해 이루어질 수 있다.
물론, 상기 시스템을 운반하는 것이 바람직할 수 있다. 트레일러 또는 낮은 센터 섹션 트레일러(258) 상에서 운반할 수 있다. 도시된 바와 같이 가공기는 트레일러 베이스의 낮은 센터 섹션에서 적어도 부분적으로 위치시킬 수 있다. 전체 시스템은 1 이상의 트레일러일 수 있다. 도시된 바와 같이, 특히 컴팩트 시스템은 전체적으로 단일 로드(single road) 운반가능한 트레일러 상에 놓여지도록 구성될 수 있다. 따라서 트레일러 베이스 상의 시스템의 선단은 운반을 위해 컬랩싱되어 적어도 1개의 작용가능한 상태의 외적인 크기를 감소시시킬 수 있다. 이렇게 하여 상기 시스템은 대형 또는 소형 시스템을 제공하는 관점 모두에서 그 크기를 정할 수 있다. 이들 디자인은 적어도 약 25톤/일, 적어도 약 50톤/일, 적어도 약 100톤/일, 적어도 약 150톤/일, 적어도 약 200톤/일, 및 적어도 약 250톤/일∼약 500톤/일의 처리율에 맞는 크기로 구성될 수 있다.
상술한 내용으로부터 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기술의 기본적인 개념은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 그것은 선택 생성 가스 발생 방법 뿐만 아니라 적절한 선택 생성 가스 발생을 위한 장치를 모두 포함할 수 있다. 이러한 적용의 경우, 선택 생성 가스 발생 기술은 기재된 다양한 장치에 의해 달성되는 것으로 도시된 결과의 일부로서 기재되며 또 이용에 고유한 단계로서 기재되어 있다. 이들은 의도되고 기재된 장치를 이용하는 단순한 자연적인 결과이다. 또한, 일부 장치가 기재되어 있지만, 이들은 특정 방법을 달성할 뿐만 아니라 여러 방법으로 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 중요하게는, 상술한 모든 것에 대하여, 이들 요지 전부는 본 기재내용에 포함되는 것으로 이해해야 한다.
상술한 내용으로부터 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 기술의 기본적인 개념은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 그것은 선택 생성 가스 발생 방법 뿐만 아니라 적절한 선택 생성 가스 발생을 위한 장치를 모두 포함할 수 있다. 이러한 적용의 경우, 선택 생성 가스 발생 기술은 기재된 다양한 장치에 의해 달성되는 것으로 도시된 결과의 일부로서 기재되며 또 이용에 고유한 단계로서 기재되어 있다. 이들은 의도되고 기재된 장치를 이용하는 단순한 자연적인 결과이다. 또한, 일부 장치가 기재되어 있지만, 이들은 특정 방법을 달성할 뿐만 아니라 여러 방법으로 변경될 수 있음을 이해해야 한다. 중요하게는, 상술한 모든 것에 대하여, 이들 요지 전부는 본 기재내용에 포함되는 것으로 이해해야 한다.
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본 특허 출원에 포함된 논의는 기본적인 설명을 위해 제공되는 것이다. 독자는 특정 논의가 모든 가능한 실시양태를 분명하게 기재할 수 없음과 많은 대안이 가능함을 주지해야 할 것이다. 그것은 또한 본 발명의 일반적 성질을 충분히 설명할 수 없으며, 또 각각의 특징 또는 요소가 어떻게 실질적으로 넓은 기능을 대표하는지 또는 다양한 대체가능한 또는 균등 요소의 대표로 될 수 있는지 분명하게 나타낼 수 없다. 다시 말해, 이들은 상세한 설명에 분명히 포함된다. 본 발명은 장치-기준의 용어로 기재되어 있으며, 장치의 각 요소는 분명히 어떤 기능을 발휘한다. 기구(apparatus) 청구항은 본 명세서에 기재된 장치에 포함될 뿐만 아니라 방법 또는 공정 청구항은 본 발명의 작용을 해결하고 또 각 요소가 실시되는 것을 포함할 수 있다. 상세한 설명 및 용어는 다음 특허 출원에 포함될 수 있는 청구범위를 제한하는 것은 아니다.
본 발명의 기술의 요지를 벗어나지 않고 다양한 변경을 할 수 있음도 이해해야 한다. 이러한 변경은 상세한 설명에 분명하게 포함된다. 이들은 본 발명의 범위 내에 든다. 설명된 분명한 실시양태, 다수의 분명한 대안 실시양태, 및 넓은 방법 또는 공정 등을 포괄하는 광범위한 기재는 본 발명의 기재에 의해 포함되며, 후속 특허 출원에 대한 특허청구범위를 초안할 때 그를 의존할 수 있다. 이러한 용어 변경 및 더 넓은 또는 더 자세한 청구항은 후일(요구되는 기일까지) 달성될 수 있거나 또는 출원인이 이 출원을 기초로 특허출원을 하려는 경우에 달성될 수 있음을 알아야 한다. 이러한 이해 하에서, 독자는 본 기재내용이 후속 출원된 특허출원을 지지하기 위한 것이며 출원인 권리 내에서 추정되는 청구범위 베이스에서 넓게 심사청구할 수 있고 또 독립적으로 전체 시스템에서 본 발명의 수많은 요지를 포함하는 특허를 얻도록 고안될 수 있음을 이해해야 한다.
또한 본 발명의 기술 및 특허청구범위의 다양한 요소 각각은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 또한, 사용되거나 추정될 때, 요소는 물리적으로 결합되거나 결합되지 않을 수 있는 개별 구조뿐만 아니라 복수의 구조를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명은 이러한 각각의 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 어떤 장치 양태의 실시양태, 방법 또는 공정 실시양태, 또는 다양한 이들 요소일 수 있다. 특히, 상세한 설명이 본 발명 기술의 요소에 관련되기 때문에, 각 요소에 대한 용어들은 작용 또는 결과만이 동일하다 하더라도 균등한 장치 용어 또는 방법 용어에 의해 표현될 수 있다. 이러한 균등하거나, 광범위하거나 또는 더욱 일반적인 용어는 각 요소 또는 작용의 기재에 포함되는 것으로 간주되어야 한다. 이러한 용어는 필요한 경우 본 발명 기술이 관련되는 넓은 범위의 기재를 분명하게 하기 위해 대체될 수 있다. 일례로서, 모든 작용은 그 작용을 취하는 수단으로서 표현될 수 있거나 또는 그러한 작용을 유발하는 요소로서 표현될 수 있음을 이해해야 한다. 유사하게, 기재된 각 물리적 요소는 물리적 요소를 촉진시키는 작용의 기재를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 마지막 요지에 관하여, 일례로서, "필터"의 기재는 분명하게 논의되거나 논의되지 않은 것에 상관없이, "필터링"하는 작용의 내용도 포함하는 것으로 이해되며 또 역으로 "필터링"하는 작용의 효과적인 기재는 "필터" 및 "필터링하는 수단"의 기재도 포괄하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 변경 및 대체 용어는 상세한 설명에 분명하게 포함되는 것으로 이해된다.
본 출원에서 언급된 어떤 특허, 문헌 또는 기타 참고문헌은 본 명세서에 참고로 하고 있다. 본 출원에서 주장된 선행기술을 첨부하며 본 명세서에 참고로 한다. 또한, 본 출원에서 각 용어의 사용이 광범위하게 지지되는 해석과 불일치하지 않는 한, 공통되는 사전적 정의는 참고문헌으로 포함되는 "Random House Webster's Unabridged Dictionary, 2판"에 포함되는 각 용어 및 모든 정의, 대체 용어 및 동의어에 포함되는 것으로 이해된다. 마지막으로, 이하에 수록된 모든 참고문헌은 본 명세서에 참고로 첨부되고 있지만, 각각에 대하여, 이러한 정보 또는 서술이 참고로 포함되는 정도는 그러한 서술이 출원인에 의해 행해지는 것으로 간주되지 않는 본 발명의 용어의 특허화와 일치하지 않는 것으로 간주된다.
I. 미국특허문헌
II. 비특허 문헌
따라서, 출원인은 특허청구 범위에 대한 지지부분을 가져야 하며 또 적어도 다음에 대하여 본 발명의 진술을 할 수 있음을 이해해야 한다: i) 본 명세서에 설명되고 기재된 바와 같은 각각의 공정 장치, ii) 설명되고 기재된 바와 같은 관련 방법, iii) 이들 장치 및 방법 각각의 유사하고 균등하고 명확한 변경, iv) 설명되고 기재된 바와 같은 각 작용을 달성할 수 있는 대안적 디자인, v) 설명되고 기재된 것을 달성하기에 분명한 각 기능을 달성하는 대안적 디자인 및 방법, vi) 별개의 독립적인 발명으로 나타낸 각각의 특징, 부품 및 단계, vii) 기재된 다양한 시스템 또는 부품에 의해 강화된 이동장치, viii) 상기 시스템 또는 부품에 의해 생성된 생성물, ix) 언급된 특정 분야 또는 장치에 적용되는 것으로 나타내지거나 기재된 각 시스템, 방법 및 요소, x) 전술한 바와 같고 첨부한 실시양태를 참조한 방법 및 장치, xi) 기재된 각 요소의 다양한 조합 및 교환, xii) 독립항 또는 개시된 개념의 각각에 대해 의존하는 것으로 각 잠재적인 종속항 또는 개념, 및 xiii) 본 명세서에 기재된 모든 발명.
이후에 심차청구될 청구항에 대하여, 실질적인 이유 및 심사 부담을 피하기 위하여, 출원인은 초기 청구항을 제공하거나 또는 오직 초기의 종속항만을 갖는 초기 청구항만을 제공할 수 있다. 지지는 신규 사항 법률하에서 필요로 하는 정도로 존재하며, 유럽특허 협약 123(2) 및 미국특허법 35 USC 132 또는 기타 법률에 제한되지 않으며, 기타 독립항 또는 개념하에서 의존성 또는 요소를 1개 독립적 청구항 또는 개념하에서 제공되는 다양한 의존성 또는 기타 요소의 부가를 허용한다. 본 출원 또는 후속 출원에서 어떤 단계에서든 청구항을 작성함에 있어서, 출원인은 법적으로 허용되는 충분히 넓은 범위를 취하려고 할 것임을 이해해야 한다. 비실질적인 치환이 행해지는 정도, 출원인이 어떤 특정 양태를 문언적으로 포함하록 실질적으로 청구항을 작성하지 않는 정도, 및 다르게 적용가능한 정도로, 출원인은 모든 결론을 예상할 수 없었기 때문에 그러한 범위를 포괄적으로 포함하려는 것으로 이해되어서는 안된다; 당업자는 문언적으로 그러한 대체 양태를 가질 것으로 보여지는 청구항을 작성할 것으로 기대해서는 안된다.
또한, 변천하는 문구 "포함하는"의 사용은 전통적인 청구항 해석에 따라 "오픈-엔드" 청구항을 유지하기 위해 사용한다. 따라서, 다른 것을 필요로 하지 않는 한, "포함한다"와 "포함하는"과 같은 변형어는 언급된 요소 또는 단계 또는 요소 그룹 또는 단계를 포함하는 것으로 이해하지만, 다른 요소 또는 단계 또는 요소의 그룹 또는 단계의 배제를 의미하는 것은 아니다. 이러한 용어는 출원인이 법적으로 허용되는 가장 넓은 범위를 얻을 수 있도록 가장 광범위한 형태로 해석되어야 한다.
마지막으로, 기재된 청구항은 본 발명 기술의 기재의 일부로서 참고문헌으로 포함되며, 또 출원인은 청구항의 일부 또는 전부 또는 어떤 요소 또는 그의 일부를 지지하기 위한 부가적인 기술로서 그러한 청구범위의 포함된 내용의 일부 또는 전부를 이용하는 권리를 분명히 가지며, 또 출원인은 또한 이 출원에 의해 또는 후속 계속 출원, 분할 또는 CIP 출원에 의해 보호받고자하는 사항을 정의하도록 필요에 따라서 상세한 설명으로부터 이러한 청구범위 또는 그의 요소 또는 그의 성분의 포함된 내용의 일부 또는 전부를 제거할 권리도 분명히 가지고 있으며 또는 그 역도 성립하고, 또는 어떤 국가의 특허법, 규칙 또는 조례 또는 협약에 따라 또는 그와 일치하도록 이득을 얻고 비용을 감소할 권리도 가지고 있고, 또 이러한 참고문헌으로 포함된 내용은 후속 계속 출원, 분할출원 또는 CIP 출원을 비롯한 본 출원의 전체 계류하는 동안 또는 재발행 또는 그의 연장되는 동안 살아있을 것이다.
Claims (801)
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- ㆍ 원료 고체 탄소물질을 주입하는 단계;ㆍ 상기 원료 고체 탄소물질을 가압 환경에 처리하는 단계;ㆍ 상기 가압 환경에서 상기 원료 고체 탄소물질에 대한 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계;ㆍ 선택 생성 가스에 대한 목표 탄소 함량과 관련하여 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 단계;ㆍ 상기 원료 고체 탄소물질이 거치는 상기 가압 환경 내에서 온도를 증가시키는 단계;ㆍ 고체 탄소물질 기화 시스템에서 상기 원료 고체 탄소물질의 적어도 일부를 열분해하는 단계;ㆍ 열분해된 탄소물질을 생성하는 단계;ㆍ 상기 열분해된 탄소물질을 상기 고체 탄소물질 기화 시스템에서 처리하는 단계;ㆍ 상기 열분해된 탄소물질을 처리하는 단계에 반응하여 선택 생성 가스의 적어도 일부 성분을 발생시키는 단계;ㆍ 상기 고체 탄소물질 기화 시스템으로부터 적어도 일부의 선택 생성 가스를 배출하는 단계를 포함하는,고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 상기 단계 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 상기 단계는 상기 주입 원료 고체 탄소물질을 변경하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 32항에 있어서, 탄소 함량을 변경하는 단계, 산소 함량을 변경하는 단계, 수소 함량을 변경하는 단계, 물 함량을 변경하는 단계, 입자 크기 특성을 변경하는 단계, 경도 특성을 변경하는 단계, 밀도 특성을 변경하는 단계, 목재 폐기물 함량을 변경하는 단계, 왕복 고체 페기물 함량을 변경하는 단계, 쓰레기 함량을 변경하는 단계, 하수 고체를 변경하는 단계, 비료 함량을 변경하는 단계, 바이오매스 함량을 변경하는 단계, 고무 함량을 변경하는 단계, 석탄 함량을 변경하는 단계, 석유 코크스 함량을 변경하는 단계, 식품 폐기물 함량을 변경하는 단계, 및 농업 폐기물 함량을 변경하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 적어도 일부의 선택 생성 가스를 배출하는 상기 단계는 상기 배출 선택 생성 가스를 변경하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 34항에 있어서, 상기 배출 선택 생성 가스를 변경하는 상기 단계는 선택 생성 가스의 일산화 탄소 함량을 변경하는 단계, 1차 일산화탄소 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 선택 생성 가스의 수소 함량을 변경하는 단계, 1차 수소 가스 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 선택 생성 가스의 메탄 함량을 변경하는 단계, 1차 메탄 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 1차 일산화탄소 및 수소 가스 및 메탄의 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 선택 생성 가스의 몰비를 제어하는 단계, 1:1 내지 20:1 부피의 제어된 수소 가스 대 일산화 탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 1:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 2:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 3:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 5:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 10:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 1:1 내지 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 2:1 내지 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 3:1 내지 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 5:1 내지 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 적어도 10:1 내지 20:1의 제어되는 수소 가스 대 일산화탄소 몰비를 갖는 선택 생성 가스를 배출하는 단계, 생성 가스를 배출하는 단계, 합성 가스를 배출하는 단계, 가변 화학 베이스 스톡을 배출하는 단계, 액체 연료 베이스 스톡을 배출하는 단계, 메탄올 베이스 스톡을 배출하는 단계, 에탄올 베이스 스톡을 배출하는 단계, 정제 디젤 베이스 스톡을 배출하는 단계, 바이오디젤 베이스 스톡을 배출하는 단계, 디메틸-에테르 베이스 스톡을 배출하는 단계, 혼합된 알코올 베이스 스톡을 배출하는 단계, 전력 발생 베이스 스톡을 배출하는 단계, 및 천연가스 등가의 에너지 값 베이스 스톡을 배출하는 단계로 구성된 군으로부터 선택된 변경 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 상기 단계 및 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 상기 단계는 배출할 생성 가스를 선택하는 단계, 원료 고체 탄소물질 주입물을 평가하는 단계 및 상기 원료 고체 탄소물질로부터 상기 선택 생성 가스를 얻기에 적합한 화학적 반응식을 결정하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 36항에 있어서, 상기 화학적 반응식의 몰비를 만족시키기에 충분한 화학적 반응물을 공급하는 단계, 상기 원료 고체 탄소물질을 실질적으로 완전히 화학적으로 반응시키기에 충분한 화학적 반응물을 공급하는 단계, 상기 선택 생성 가스의 높은 배출량을 생성하기에 충분한 화학적 반응물을 공급하는 단계, 및 상기 화학적 반응식을 일시적으로 촉진시키기에 충분한 화학적 반응물을 공급하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 화학적 반응물을 공급하는 단계를 더 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 상기 단계 및 탄소 함량을 화학양론적으로 조절하는 상기 단계는 연도 가스를 주입하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 38항에 있어서, 연도 가스를 주입하는 상기 단계는 상기 연도 가스를 가압하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 39항에 있어서, 상기 연도 가스를 가압하는 상기 단계는 상기 연도 가스를 적어도 80 psi로 가압하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 38항에 있어서, 연도 가스를 주입하는 상기 단계는 상기 연도 가스를 예열하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 41항에 있어서, 상기 연도 가스를 예열하는 상기 단계는 적어도 125℉로 예열하는 단계, 적어도 135℉로 예열하는 단계, 적어도 300℉로 예열하는 단계, 적어도 600℉로 예열하는 단계, 및 적어도 1640℉로 예열하는 단계로 구성된 군으로부터 선택된 온도로 예열하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 41항에 있어서, 상기 연도 가스를 예열하는 상기 단계를 기화 시스템 공정 인클로저에서 예열하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 38항에 있어서, 연도 가스를 주입하는 상기 단계는 상기 연도 가스를 재순환하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 44항에 있어서, 상기 연도 가스를 재순환하는 상기 단계는 예열 영역으로 재순환하는 단계, 열분해 챔버로 재순환하는 단계, 다중 코일 탄소 개질 용기로 재순환하는 단계, 다중 코일 탄소 개질 용기의 1차 개질 코일로 재순환하는 단계, 다중 코일 탄소 개질 용기의 2차 개질 코일로 재순환하는 단계, 및 다중 코일 탄소 개질 용기의 3차 코일로 재순환하는 단계로 구성되는 군으로부터 선택되는 재순환 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 38항에 있어서, 연도 가스를 주입하는 상기 단계는 적어도 1개의 공정 결정 파라미터에 영향을 주는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 46항에 있어서, 영향을 주는 상기 단계는 온도를 올리는 단계, 압력을 유지하는 단계, 압력을 증가시키는 단계, 화학적으로 반응시키는 단계, 일시적으로 화학적 반응식을 촉진하는 단계, 적어도 일부의 산소 함량을 원료 고체 탄소물질로부터 치환하는 단계, 원료 고체 탄소물질로부터 적어도 일부의 물 함량을 치환하는 단계, 상기 원료 고체 탄소물질에 대한 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 영향을 주는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 공정 잉여 물질을 퍼징하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 48항에 있어서, 공정 잉여 물질을 퍼징하는 상기 단계는 산소를 퍼징하는 단계 및 질소를 퍼징하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 퍼징 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 48항에 있어서, 공정 잉여 물질을 퍼징하는 상기 단계는 금속을 산화하는 단계 및 상기 산화된 금속을 정전기적으로 끌어당기는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 공정에 유리한 물질을 부가하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 51항에 있어서, 공정에 유리한 물질을 부가하는 상기 단계는 탄소를 부가하는 단계, 수소를 부가하는 단계, 일산화탄소를 부가하는 단계, 이산화탄소를 부가하는 단계, 물을 부가하는 단계, 예열된 물을 부가하는 단계, 음으로 대전된 물 종류를 부가하는 단계, 수증기를 부가하는 단계, 음으로 대전된 수증기를 부가하는 단계, 재순환된 선택 생성 가스를 부가하는 단계, 습윤 재순환 선택 생성 가스를 부가하는 단계, 및 건조 재순환 선택 생성 가스를 부가하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 부가 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 재순환 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 53항에 있어서, 상기 재순환 단계는 이산화탄소를 재순환하는 단계, 물을 재순환하는 단계, 예열된 물을 재순환하는 단계, 음으로 대전된 물 종류를 재순환하는 단계, 예열된 음으로 대전된 물 종류를 재순환하는 단계, 수증기를 재순환하는 단계, 음으로 대전된 수증기를 재순환하는 단계, 불완전하게 열분해된 탄소물질을 재순환하는 단계, 일산화탄소를 재순환하는 단계, 습윤 선택 생성 가스를 재순환하는 단계, 건조 선택 생성 가스를 재순환하는 단계, 적어도 350 미크론 입자 크기의 탄소 입자를 재순환하는 단계, 적어도 150 미크론 입자 크기의 탄소 입자를 재순환하는 단계, 적어도 130 미크론 입자 크기의 탄소 입자를 재순환하는 단계, 적어도 80 미크론 입자 크기의 탄소 입자를 재순환하는 단계, 적어도 50 미크론 입자 크기의 탄소 입자를 재순환하는 단계, 예열된 영역으로 재순환하는 단계, 열분해 챔버로 재순환하는 단계, 및 다중 코일 탄소 개질 용기로 재순환하는 단계로 구성된 군으로부터 선택되는 재순환 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 적어도 1개의 공정 조건을 감지하는 단계 및 적어도 1개의 공정 결정 파라미터를 감응적으로 동적으로 조절하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 공정 셋 포인트를 설정하는 단계, 적어도 1개의 공정 조건을 주기적으로 시험하는 단계, 및 적어도 1개으 공정 결정 파라미터를 감응적으로 동적으로 조절하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 상기 원료 고체 탄소물질을 평가하는 단계 및 적어도 1개의 공정 결정 파라미터를 감응적으로 동적으로 조절하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 물 임계적 관통부에서 물을 제거하는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
- 제 31항에 있어서, 화학양론적 탄소 전환 조건을 확고하게 설정하는 단계, 및 탄소함량을 화학양론적으로 조절하는 단계는 상기 원료 고체 탄소물질을 예열하는 단계, 상기 원료 고체 탄소물질의 산소 함량을 조절하는 단계, 및 상기 원료 고체 탄소물질을 열분해하는 단계로 구성되는 군으로부터 선택되는 단계를 포함하는, 고체 탄소물질로부터 선택 합성 가스를 발생시키는 방법.
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