KR101622801B1 - 2 단계의 비말 동반 가스화 시스템 및 처리 - Google Patents

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알버트 씨. 트상
샨셀러 엘. 윌리엄스
맥스 더블유. 톰슨
데이비드 엘. 브레톤
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루머스 테크놀로지 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 탄소질 재료와 같은 공급 원료를 가스화하기 위한 시스템 및 처리에 관한 것이다. 본 발명은 두 개의 분리 반응기 섹션에서의 건조 고체의 부분적인 연소 및 탄소질 재료 슬러리의 열분해를 포함하여, 합성 가스를 포함하는 혼합 생성물을 생성한다. 본 발명은 합성 가스로부터 타르를 제거하기 위한 하나 이상의 촉매 또는 흡수제 층을 채용한다. 본 발명의 시스템 및 처리는, 더 높은 슬러리 공급률 및 더 낮은 온도 하에서, 생성되는 타르를 처리하면서 가스화가 수행되게 하기 때문에, 전체적인 가스화의 변환 효율을 향상시킨다.

Description

2 단계의 비말 동반 가스화 시스템 및 처리{TWO STAGE ENTRAINED GASIFICATION SYSTEM AND PROCESS}
본 발명은 일반적으로 탄소질 재료와 같은 공급 원료를 가스화하기 위한 가스화 시스템 및 처리에 관한 것이다. (1) 고정 층(fixed-bed) 가스화, (2) 유동 층(fluidized-bed) 가스화, 및 (3) 부유(suspension) 또는 비말 동반(entrainment) 가스화의 3가지 기본 형태의 시스템 및 처리가 탄소질 재료의 가스화를 위해 개발되었다. 본 발명은 세 번째 형태의 시스템 및 처리, 즉 부유 또는 비말 동반 가스화에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 탄소질 재료를 가스화하기 위한 2 단계의 비말 동반 가스화 시스템 및 처리에 관한 것이다.
가스화 시스템 및 처리는 종종 탄소질 재료와 같은 대체로 고체 공급 원료를 합성 가스와 같은 원하는 기체 생성물로 변환하는데 적용된다. 가스화 시스템 및 처리는 간단하지만 최대 변환 효율을 전달하도록 설계되어야 한다.
본 발명의 일 태양은, (a) 산소 함유 가스 및/또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께, 재순환 잔탄을 반응기 하부 섹션으로 유입하고 그 내부에서 상기 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시킴으로써 열을 유발시키고 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계와, (b) 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께, 반응기 하부 섹션으로부터 반응기 상부 섹션으로 상향으로 합성 가스를 통과시고 반응기 상부 섹션 내에서 열분해시킴으로써 i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계와, (c) 잔탄이 반응기 상부 섹션으로부터의 혼합 생성물로부터 분리되고 반응기 하부 섹션으로 유입될 공급 원료로서 재순환되는 분리 장치를 통해 반응기 상부 섹션으로부터 혼합 생성물을 통과시키는 단계와, (d) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터 잔류 타르가 제거되는 반응 존으로 가스 생성 스트림을 유입하는 단계를 포함하는, 탄소질 재료의 가스화를 위한 처리에 관한 것이다. 상기 단계 (a)에서 유발된 열은 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 단계 (b)의 가스 생성 스트림으로 변환시킴으로써 회수된다. 본 발명의 일 태양에서, 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터의 가스 생성 스트림은 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층을 포함하는 반응 존으로 유입된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터의 가스 생성 스트림은 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층을 포함하는 반응 존으로 유입된다.
본 발명의 다른 태양은, (a) 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물 및 열을 생성하기 위해, 산소 함유 가스 및/또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하부 섹션과, (b) i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 생성하기 위해, 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께 반응기 하부 섹션으로부터의 합성 가스를 열분해시키기 위한 반응기 상부 섹션과, (c) 반응기 상부 섹션으로부터의 혼합 생성물로부터 잔탄을 분리시키기 위한 분리 장치와, (d) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터의 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존을 포함하는, 탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템에 관한 것이다. 반응기 하부 섹션으로부터 생성된 열은 반응기 상부 섹션의 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 반응기 상부 섹션의 가스 생성 스트림으로 변환함으로써 회수된다. 반응기 하부 섹션은 산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 스트림 및 재순환 잔탄을 반응기 하부 섹션으로 유입하기 위한 하나 이상의 분산 장치를 더 포함한다. 반응기 상부 섹션은 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 반응기 상부 섹션에 공급하기 위한 하나 이상의 공급 장치를 더 포함한다. 반응기 상부 섹션은 일반적으로 반응기 하부 섹션 위에 위치되지만 이로 제한되지는 않는다. 본 발명의 일 실시예에서, 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터의 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존은 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 반응기 상부 섹션으로부터의 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존은 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층을 포함한다.
반응기 하부 섹션의 온도는 1500°F(815.56℃) 내지 3500°F(1926.67℃)로 유지된다. 반응기 하부 섹션 및 반응기 상부 섹션의 압력은 약 14.7psig(1.01barg) 내지 약 2000psig(137.89barg)이다. 반응기 하부 섹션의 분배 장치를 통과하는 잔탄 및 가스의 속도는 20ft/s 내지 120ft/s(6.09m/s 내지 36.57m/s)이다. 반응기 하부 섹션 내의 잔탄의 체류 시간은 2 내지 10초이다. 반응기 상부 섹션의 공급 장치를 통과하는 슬러리 스트림의 속도는 5ft/s 내지 100ft/s(1.52m/s 내지 30.48m/s)이다. 반응기 상부 섹션 내의 미립자 탄소질 재료의 슬러리의 체류 시간은 5 내지 40초이다.
본 발명의 실시예의 보다 상세한 설명을 위해, 이제 첨부된 도면들이 참조될 것이다.
도 1은 본 발명과 관련된 실시예에 대한 도시된 공정 흐름도 및 이에 유용한 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 다른 실시예에 대한 도시된 공정 흐름도 및 이에 유용한 시스템의 개략도이다.
본 발명의 다양한 실시예의 하기의 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조한다. 실시예는 당업자가 본 발명을 실시하기에 충분할 정도로 상세하게 본 발명의 태양을 기술하도록 의도된다. 다른 실시예가 이용될 수 있고 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 변경이 이루어질 수 있다. 따라서 하기의 상세한 설명은 제한된 의미로 해석되지 않는다. 본 발명의 범주는, 이러한 청구범위의 권한이 미치는 등가물의 전 범위를 포함하는 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예는 반응기 하부 섹션(30) 및 반응기 상부 섹션(40)을 갖는, 총괄적으로 도면부호 10에 의해 지시된 가스화 반응기를 제공한다. 제1 단계 가스화 처리는 반응기 하부 섹션(30)에서 발생하고 제2 단계 가스화 처리는 반응기 상부 섹션(40)에서 발생한다. 반응기 하부 섹션(30)은 제1 단계 반응 존을 형성한다. 반응기 하부 섹션(30)은 또한 제1 단계 반응 존으로서도 언급될 것이다. 반응기 상부 섹션(40)은 제2 단계 반응 존을 형성한다. 반응기 상부 섹션(40)은 또한 제2 단계 반응 존으로서도 언급될 것이다.
또한 도 1을 참조하여, 고압의 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림 및 재순환 잔탄(recycled char)은 예를 들어, 반응기 하부 섹션(30)의 대향으로 위치된 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 가스화 반응기(10)의 하부 섹션(30)으로 유입된다. 90˚로 떨어져 배치된 2 개보다 많은, 예를 들어 4 개의 분산 장치가 이용될 수 있다. 분산 장치의 세트는 또한 다양한 레벨로 있을 수도 있으며, 동일 평면에 있을 필요는 없다. 반응기 하부 섹션(30) 내에서, 또한 가스화 반응기(10)의 제1 단계 반응 존 내에서, 산소 함유 가스 및/또는 스팀을 포함하는 스트림 및 재순환 잔탄이, 반응물들의 급속 혼합 및 반응이 발생하는 방식으로, 또한 와류(이로 제한되지 않음)와 같이 반응기(10)의 하부 섹션(30)을 상향으로 통과하는 반응물의 회전 운동이 발생하는 방식으로 반응한다. 반응기 하부 섹션(30)의 반응은, 더 자세히 후술되는 바와 같이 반응기 하부 섹션(30)의 반응 상태에서, 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림 및 재순환 잔탄이 스팀, 합성 가스, 및 중간 가스, 및 용융 슬래그와 같은 비말 동반 생성물을 포함하는 혼합 생성물로 발열 변환되는, 제1 단계 가스화 처리이다. 용융 슬래그는 최종 처리를 위해 탭 홀(20)을 통하여 반응기(10)의 하부로부터 슬래그 처리 시스템(미도시)으로 배출된다.
이후, 스팀, 중간 가스, 및 합성 가스는, 미립자 탄소질 고체의 슬러리 및 액체 운반체가 공급 장치(80 및/또는 80a) 또는 추가 공급 장치를 통해 주입되는 비연소식(unfired) 반응기 상부 섹션(40)으로 상향으로 유동함으로써 반응기 하부 섹션(30)으로부터 방출된다. 반응기 하부 섹션(30)에서 생성되고 가스 스트림에 의해 상향으로 운반되는 열은, 급수의 증발, 탄소-스팀 반응, 및 CO와 H2O 사이의 물-가스 반응을 포함하는 비연소식 반응기 상부 섹션(40)에서 발생하는 열분해 처리(또는/및 합성 가스 제2 단계 반응 존에서의 이러한 가스의 응축)를 위해 사용된다. 탄소 스팀 반응은 CO 및 H2를 형성하여 이러한 사용가능한 가스의 수득률을 증가시킨다. 연소식 반응기 하부 섹션(30)[또는 반응기(10)의 제1 단계 반응 존]은 주로 연소 반응기인 반면, 반응기 상부 섹션(40)은 주로 가스의 발열량을 또한 증가시키는 급냉 반응기(quench reactor)이다. 따라서 비연소식 반응기 상부 섹션(40)에서 발생하는 반응은 연소식 부분 연소 반응기 하부 섹션(30)으로부터 방출되는 가스를 농후하게(enrich) 함으로써, 보다 높은 등급(higher grade)의 합성 가스를 생성시키고, 이로써 반응기 하부 섹션(30)으로부터의 열을 회수하고 비말 동반된 슬래그가 회 용합 최초 변형점(ash fusion initial deformation temperature) 아래로 냉각되고 휘발성 유기 및 무기 종은 응축되어 미립자 탄소질 재료에 흡수될 정도로 충분하게 가스를 냉각시킨다. 회 최초 변형점 아래로 냉각시킴으로써, 비말 동반된 슬래그 액적(droplet)은 열 전달 표면에 도달하기 전에 자체적으로 또는 미립자 탄소질 재료상에서 용융되기 때문에 열 전달 표면에 부착되지 않는다. 반응기 상부 섹션(40)에서의 반응 상태는 하기에 더 상세히 기재될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서, 반응기(10)의 비연소식 반응기 상부 섹션(40)은, 가스 반응 생성물 및 비말 동반된 고체의 열 손실을 최소화하기 위해 고온 반응 생성물이 반응기 하부 섹션(30)으로부터 반응기 상부 섹션(40)으로 직접 운반되도록, 반응기(10)의 연소식 반응기 하부 섹션(30)의 상부에 직접 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가스화 반응에 의해 생성된 잔탄은 탄소 변환을 향상시키기 위해 제거 및 재순환된다. 예를 들어, 잔탄은 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 (또는 다르게) 반응기 하부 섹션 또는 전술된 바와 같이 제1 반응 존 내로 재순환될 수 있다.
분산 장치(60 및 60a)는 잔탄과 같은 미립자 고체의 분무화된 공급(atomized feed)를 제공한다. 분산 장치는 고체용 중앙 튜브와, 공통 혼합 존으로 내부로 또는 외부로 개방된, 분무 가스를 포함하는 중앙 튜브를 둘러싸는 환형 공간을 갖는 형태일 수 있다. 또한, 비연소식 반응기 상부 섹션(40)의 공급 장치(80 및/또는 80a)는 또한 전술된 분산 장치와 유사할 수 있거나, 또는 단순히 슬러리를 공급하기 위한 튜브를 가질 수 있다. 분산 장치(60, 60a) 또는 공급 장치(80, 80a)는 당업자에게 통상적으로 알려진 형태일 수 있다.
또한 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기 상부 섹션(40)에서 생성되는 제2 단계 반응의 혼합 생성물은, 반응기(10)의 상부 섹션(40)의 상부로부터 인출되어, 혼합 생성물을 고체 스트림 및 가스 스트림으로 분할하여 가스 스트림에 소량의 잔류 고체 미세 입자만을 남기는 분리 장치(50)로 유입된다.
가스 스트림은 수소, 일산화탄소, 소량의 메탄, 황화 수소, 암모니아, 수증기 또는 스팀, 액체 운반체로부터의 증기, 질소, 이산화탄소, 및 잔류 타르를 포함한다. 고체 스트림은 비연소식 반응기 상부 섹션 반응기(40)에서 형성되거나 연소식 반응기 하부 섹션(30)으로부터 운반된 응결된 회 및 잔탄을 포함한다.
분리 장치(50)로부터 방출되는 건조 잔탄과 같은 고체 스트림은 산소 함유 가스 및/또는 스팀과 혼합되고, 제1 단계 반응용 공급 원료로서 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 비연소식 반응기 하부 섹션(30)으로 다시 재순환된다.
이후 재순환 잔탄은 슬래깅(slagging) 상태 하에서 산소 및 스팀과의 반응으로써 가스화되어, 상부 반응기 섹션(40) 내에서의 제2 단계 반응에 요구되는 합성 가스 및 열을 포함하는 혼합 생성물을 생성한다.
분리 장치(50)로부터 방출되는 합성 가스, 잔류 잔탄 미세 입자, 잔류 타르를 포함하는 가스 스트림은 잔류 타르가 제거되는 반응 존(90)에 유입된다. 반응 존(90)이 하나 이상의 촉매 층(100)을 포함하는 도 1에 도시된 일 실시예에서, 분리 장치(50)로부터 방출되는 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 스트림은 촉매 층(100)에 유입되기 전에 열 크로스 교환기(heat cross-exchanger; 150)를 통해 1800°F(982.22℃)까지 가열된다. 촉매 층(100)은 잔류 타르를 분해시키는 하나 이상의 타르 파괴(tar-destruction) 촉매를 포함하는 촉매 유동 또는 버블 층일 수 있다. 합성 가스를 반응 온도까지 가열하는데 필요한 열은 외부 크로스 교환기에 의해, 또는 산소와 스팀 혼합물의 합성 가스 스트림으로의 주입에 의해 공급될 수 있다. 탄소 미세 입자는 또한 합성 가스를 포함하는 출구 가스 생성물과 함께 상기 촉매 유동 층(100)을 통해 상향으로 통과하도록, 일산화탄소로 변환되거나 미립자를 형성한다. 촉매 층(100)은 또한 잔류 타르를 분해시키는 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 촉매 고정 층일 수도 있다. 이와 같은 경우에, 탄소 미세 입자는 촉매 층 이전의 미입자 필터에 의해 제거된다. 또한 촉매 유동 층 또는 촉매 고정 층에 의해서, 반응 존(90)에서 방출되는 고온 합성 가스는 열을 회수하기 위해 냉각된 입구 가스 스트림[또는 장치(50)로부터 방출된 가스 스트림]과 함께 열 크로스 교환기(150)에 의해 냉각된다. 일 실시예에 따르면, 이후 열 크로스 교환기(150)에서 방출되는 냉각된 가스 스트림(이 지점에서는 타르가 없음)은 미립자가 제거되는 미립자 필터(110)로 전달된다. 타르 파괴 촉매는 제올라이트(zeolite), 담지 니켈(supported Nickel), 석회석, 또는 그 혼합물일 수 있다.
반응 존(90)이 하나 이상의 흡수제 층(120)을 포함하는 도 2에 도시된 다른 실시예에서, 분리 장치(50)로부터 방출되는 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 스트림은, 잔류 미립자가 제 위치의 필터(140)에 의해 필터링되기 전에 잔류 타르가 흡수되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 흡수제 층(120)에 유입되고, 제1 단계 반응기로 다시 재순환된다. 흡수제 층(120)은 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 유동 활성 탄소 층일 수 있다. 흡수제 층(120)은 또한 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 고정 활성 탄소 층일 수도 있다. 활성 탄소의 흡수 용량은 저온에서 증가하기 때문에, 분리 장치(50)로부터 방출되는 가스 스트림의 온도를 감소시키고 층 온도를 400°F(204.44℃) 내지 500°F(260℃)로 유지시키도록 활성 탄소 층에 내부 냉각 장치(130)(예를 들어, 스팀 냉각되는 내부 냉각 코일, 패널, 또는 배플)가 제공된다. 타르 적재 활성 탄소의 소량의 후류는, 일반적으로 타르를 탈착시키기 위해 탄소를 더 높은 온도로 가열함으로써 재순환기(160)를 통해 재순환되도록, 연속적으로 또는 주기적으로 층으로부터 제거된다. 고정 층 흡수재의 경우에, 병렬적인 2 개의 용기들 중 하나는 온 라인(on line)에 배치되어 타르를 제거하고, 다른 하나는 세척을 위해 오프 라인(off line)에 배치될 수 있다. 이러한 지점에서, 반응 존(90)에서 방출되는 가스 스트림은 타르 및 미립자 없는 합성 가스이다. 타르 흡수성 흡수제는 활성 탄소, 제올라이트, 특정의 자연 발생 규산염, 또는 이들의 임의의 혼합물일 수 있다.
가스화 반응기(10)의 구조의 재료는 중요 인자는 아니다. 필수적인 것은 아니지만 바람직하게, 반응기 벽은 스틸이고, 이들은, 보다 나은 온도 제어를 제공하고 고온으로부터 용기를 보호하고 열 손실을 감소시키기 위해, 모두가 여러 공급처로부터 상업적으로 이용가능한, 예를 들어 반응기 상부 섹션(40)의 비 슬래깅 적용물 및 용광로에 사용되는 고밀도 매개물과, 반응기 하부 섹션(30)의 높은 크롬 함유 벽돌과 같은 절연성 케스타블(castable) 또는 세라믹 섬유 또는 내화 벽돌로 정렬된다. 이러한 종류의 시스템의 사용은, 처리에 사용되는 탄소질 고체로부터의 발열량의 높은 회수율을 제공한다. 선택적 및 대안적으로, 벽은, 연소식 반응기 하부 섹션(30), 그리고 선택적으로는 비연소식 상부 섹션(40)을 위해 "냉각 벽" 시스템을 제공함으로써 정렬되지 않을 수 있다. 종래 기술의 석탄 가스화 시스템에서 통상적으로 알려진 바와 같이, 본원에 사용된 용어 "냉각 벽"은 벽이 외부 냉각 재킷에 의해 냉각된다는 의미이다. 이러한 시스템에서, 슬래그는 내벽에서 결빙되고 냉각 재킷의 금속 벽의 보호를 제공한다.
반응기 하부 섹션(30)의 제1 단계 처리의 반응의 물리적 상태는, 대략 250 푸아즈(poise) 이하의 슬래그 점성을 갖는 용융된 회로부터 용융 슬래그를 생성하도록, 잔탄 가스화에 의해 생성된 재의 용융점을 초과하는 온도에서의 잔탄의 신속한 가스화를 보장하도록 유지 및 제어된다. 반응기 상부 섹션(40)의 제2 단계 가스화 처리의 반응의 물리적 상태는, 그 가소성의 범위를 넘어 석탄의 가열 및 신속한 가스화를 보장하도록 제어된다. 연소식 반응기 하부 섹션(30)의 온도는 1500°F(815.56℃) 내지 3500°F(1926.67℃)로, 바람직하게는 2000°F(1093.33℃) 내지 3200°F(1760℃)로, 보다 바람직하게는 2400°F(1315.56℃) 내지 3000°F(1648.89℃)로 유지된다. 반응기 하부 섹션(30)의 제1 단계의 이러한 온도에서, 그 내부에서 잔탄의 가스화에 의해 형성된 재는 탭 홀을 통과해 떨어지는 용융 슬래그를 형성하도록 용융되고, 본 명세서의 범주를 벗어난 유닛에서 한층 양호한 상태가 된다. 제1 단계로부터의 가스 혼합물은 반응기 하부 섹션을 통해 상승하는 가스 및 잔탄의 회전식 상향 이동 와류 상태가 된다. 비연소식 반응기 상부 섹션 반응기(40)의 온도는 450°F(232.22℃) 내지 1500°F(815.56℃)로, 바람직하게는 500°F(260℃) 내지 1400°F(760℃)로, 가장 바람직하게는 550°F(287.78℃) 내지 1300°F(704.44℃)로 유지된다. 연소식 반응기 하부 섹션(30)으로부터 상향으로 유동하는 고온의 중간 생성물은 비연소식 상부 반응기 섹션(40)에서 발생하는 흡열 반응을 위한 열을 제공한다.
비연소식 반응기 상부 섹션(40)으로부터의 배출물 및 분리 장치(50)에서 방출되는 가스 스트림의 온도는 일반적으로 약 800°F(426.67℃) 내지 약 1300°F(704.44℃) 이다. 분리 장치(50)에서 방출되는 가스 스트림은 타르 제거를 위해 반응 존(90)에 유입되기 전에 열 크로스 교환기(150)를 통해 가열된다. 일 실시예에서, 하나 이상의 촉매 층을 포함하는 반응 존(90)의 온도는 700°F(371.11℃) 내지 1900°F(1037.78℃)로, 바람직하게는 1000°F(537.78℃) 내지 1700°F(926.67℃)로, 가장 바람직하게는 1200°F(648.89℃) 내지 1600°F(871.11℃)로 유지된다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 흡수제 층을 포함하는 반응 존(90)의 온도는 200°F(93.33℃) 내지 1000°F(537.78℃)로, 바람직하게는 250°F(121.11℃) 내지 600°F(315.56℃)로, 가장 바람직하게는 300°F(148.89℃) 내지 500°F(260℃)로 유지된다.
본 발명의 처리는 대기압 또는 더 높은 압력에서 수행된다. 일반적으로, 반응기 하부 섹션(30) 및 반응기 상부 섹션(40)의 압력은 약 14.7psig(1.01barg) 내지 약 2000psig(137.89barg), 바람직하게는 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg), 가장 바람직하게는 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)이다. 하나 이상의 촉매 층을 포함하는 반응 존(90)의 압력은 약 14.7psig(1.01barg) 내지 약 1500psig(103.42barg), 바람직하게는 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg), 가장 바람직하게는 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)이다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 흡수제 층을 포함하는 반응 존(90)의 압력은 약 14.7psig(1.01barg) 내지 약 1500psig(103.42barg), 바람직하게는 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg), 가장 바람직하게는 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)이다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 반응기 하부 섹션 반응기(30)의 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통과하는 가스 및 고체의 속도 또는 공급률은 20ft/s 내지 120ft/s(6.09m/s 내지 36.57m/s)로, 바람직하게는 20ft/s 내지 90ft/s(6.09m/s 내지 27.43m/s)로, 가장 바람직하게는 30ft/s 내지 60ft/s(9.14m/s 내지 18.29m/s)로 유지된다. 반응기 하부 섹션(30) 내의 잔탄의 체류 시간은 2초 내지 10초로, 바람직하게는 4초 내지 6초로 유지된다. 반응기 상부 섹션 반응기(40)의 공급 장치(80 및/또는 80a)를 통과하는 슬러리 스트림의 속도 또는 공급률은 5ft/s 내지 100ft/s(1.52m/s 내지 30.482m/s)로, 바람직하게는 10ft/s 내지 80ft/s(3.05m/s 내지 24.38m/s)로, 가장 바람직하게는 20ft/s 내지 60ft/s(6.09m/s 내지 18.29m/s)로 유지된다. 반응기 상부 섹션(40) 내의 체류 시간은 5 내지 40초로 유지된다.
처리는 임의의 미립자 탄소질 재료에 적용될 수 있다. 그러나 바람직하게, 미립자 탄소질 재료는, 갈탄(lignite), 역청탄(bituminous coal), 아역청탄(sub-bituminous coal), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 석탄이다. 추가적 탄소질 재료는 석탄으로부터의 코크스, 석탄 잔탄, 석탄 액화 찌꺼기, 미립자 탄소, 석유 코크스, 오일 셰일(oil shale)로부터 유도된 탄소질 고체, 타르 샌드(tar sand), 피치(pitch), 바이오매스(biomass), 농축 하수 침전물, 약간의 폐기물, 고무, 및 이들의 혼합물이다. 상기 예시화된 재료는 액체 운반체의 펌핑가능한 슬러리로서, 최적의 재료 처리 및 반응 특성을 위한, 그리고 분쇄된 고체의 형태일 수 있다.
탄소질 고체 재료용 액체 운반체는 원하는 가스 생성물, 특히 일산화탄소 및 수소를 형성하기 위해 반응시에 증발 및 관계할 수 있는 임의의 액체일 수 있다. 가장 쉽게 고려되는 액체 운반체는 하부 반응기 섹션(30)에서 스팀을 형성하는 물이다. 스팀은 합성 가스의 성분인 기체 생성물을 형성하기 위해 탄소와 반응할 수 있다. 또한, 물 이외의 액체가 탄소질 재료를 슬러리화하는데 사용될 수 있다. 바람직하게, 액체는 물이지만, 예를 들어, 연료유, 잔유(residual oil), 석유, 및 액체 CO2와 같은 탄화수소일 수도 있다. 액체 운반체가 탄화수소일 때, 효율적인 반응을 위해, 그리고 반응기 온도를 조절하기 위해 충분한 물을 제공하도록 추가의 물 또는 스팀이 추가될 수 있다.
적어도 20%의 산소를 함유한 임의의 가스가 연소식 반응기 하부 섹션(30)에 공급되는 산소 함유 가스로서 이용될 수 있다. 바람직한 산소 함유 가스는 산소, 공기, 및 산소 풍부 공기를 포함한다.
슬러리로서의 운반체 액체의 미립자 탄소질 재료의 농도는 단지 펌핑가능한 혼합물을 갖추는데만 필요하다. 일반적으로, 농도는 고체 재료의 최대 70 중량%의 범위에 있다. 바람직하게, 슬러리의 미립자 탄소질 재료의 농도는 제1 및 제2 단계 처리 모두에서 30 중량% 내지 70 중량%의 범위에 있다. 보다 바람직하게, 수성 슬러리의 석탄의 농도는 45 내지 69 중량%이다.
석탄이 공급 원료일 때, 석탄은 액체 매체와 함께 가루화되거나 또는 슬러리를 형성하기 위해 액체 운반체와 혼합되기 전에 분쇄될 수 있다. 일반적으로, 적당히 정밀하게 나뉘어진 탄소질 재료가 사용될 수 있고 미립자 고체의 입자 크기를 감소시키는 임의의 공지된 방법이 채용될 수 있다. 이러한 방법의 예시는 볼, 로드, 및 해머 밀의 사용을 포함한다. 입자 크기는 중요 인자는 아니지만, 정밀하게 나뉘어진 탄소 입자가 바람직하다. 석탄 공급 발전소에서 연료로서 사용되는 분말 석탄이 일반적이다. 이러한 석탄은, 석탄의 90 중량%가 200 메쉬 시브(mesh sieve)를 통과하는 입자 크기 분포를 갖는다. 안정한, 비침전 슬러리가 준비될 때, 보다 반응성 있는 재료를 위한 더 큰 크기의 100 메쉬의 평균 입자 크기가 사용될 수도 있다.
본원에 사용된 용어 "잔탄"은 다양한 생성물들이 생성된 이후에 가스화 시스템 내에 비말 동반된 채로 남아 있는 미연 탄소 및 재 입자를 칭한다.
2 이상의 항목을 나열하는데 사용되는 본원에 사용된 용어 "및/또는"은, 열거된 항목들 중 임의의 하나 자체가 채용될 수 있다는 것 또는 나열된 항목들 중 2 개 이상의 임의의 조합이 채용될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 구성이 성분 A, B 및/또는 C를 포함하는 것으로 기재된다면, 구성은 A만을; B만을; C만을; A와 B의 조합을; A와 C의 조합을; B와 C의 조합을; 또는 A, B, 및 C의 조합을 포함할 수 있다.
보호의 범주는 전술된 기재에 의해서 제한되지 않으며, 그 범주가 청구범위의 주문의 모든 등가물을 포함하는, 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다. 각각의 또한 모든 청구항은 본 발명의 실시예로서 명세서에 통합된다. 따라서 청구항은 추가적인 기재이며, 본 발명의 양호한 실시예에 대한 부가적 기재이다.
관련 기술의 기재에 대한 참조적 논의는, 본 발명에 대한 종래 기술, 특히 본 출원의 우선일 이후에 공개일을 가질 수 있는 임의의 참조 문헌에 대한 것은 아니다. 본원에 인용된 모든 특허, 특허 출원, 및 공개물의 기재들은, 본원에 기재된 사항에 추가하여 전형적인, 절차적인 또는 다른 세부적인 사항을 제공하는 정도로 본원에 참조로 통합되었다.
특정 기능을 수행하는 "~를 위한 수단" 또는 특정 기능을 수행하는 "~를 위한 단계"를 명확히 기재하지 않은 청구항의 임의의 요소는 35 U.S.C.§112¶6에 따른 "수단" 또는 "단계"의 구절로서 이해되지 않는다. 특히, 본원의 청구범위의 "~를 위한 단계"의 사용은 35 U.S.C.§112¶6의 조항을 실시하려는 의도가 아니다.

Claims (44)

  1. 탄소질 재료의 가스화를 위한 방법이며,
    a. 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께, 재순환 잔탄을 반응기 하부 섹션으로 유입하고 그 내부에서 상기 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시킴으로써 열을 유발시키고 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계와,
    b. 액체 운반체 내의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께, 상기 반응기 하부 섹션으로부터 반응기 상부 섹션으로 상향으로 상기 합성 가스를 통과시키고 반응기 상부 섹션 내에서 열분해시킴으로써 i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계와,
    c. 상기 잔탄이 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 분리되고 상기 반응기 하부 섹션으로 유입될 공급 원료로서 재순환되는 분리 장치를 통해 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물을 통과시키는 단계와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터 상기 잔류 타르가 제거되는 반응 존으로 상기 가스 생성 스트림을 유입하는 단계를 포함하며,
    이로써, 상기 단계 (a)에서 유발된 상기 열은 단계 (b)의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 단계 (b)의 상기 가스 생성 스트림으로 변환시킴으로써 회수되고, 단계 (b)는 450°F(232.22℃) 내지 1500°F(815.56℃)의 범위의 온도에서 수행되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 (a)는 1500°F(815.56℃) 내지 3500°F(1926.67℃)의 범위의 온도에서, 14.7psig(1.01barg) 내지 2000psig(137.89barg)의 범위의 압력에서 수행되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    단계 (a)는 2000°F(1093.33℃) 내지 3200°F(1760℃)의 범위의 온도에서, 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg)의 범위의 압력에서 수행되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    단계 (b)는 14.7psig(1.01barg) 내지 2000psig(137.89barg)의 범위의 압력에서 수행되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    단계 (b)는 500°F(260℃) 내지 1400°F(760℃)의 범위의 온도에서, 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg)의 범위의 압력에서 수행되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리는 하나 이상의 공급 장치에 의해 상기 반응기 상부 섹션에 유입되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 잔탄은 하나 이상의 분배 장치에 의해 상기 반응기 하부 섹션에 유입되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 잔탄은 20ft/s 내지 120ft/s(6.09m/s 내지 36.57m/s)의 범위의 공급률로 상기 반응기 하부 섹션에 유입되고, 상기 반응기 하부 섹션 내의 상기 잔탄의 체류 시간은 2초 내지 10초의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 잔탄은 20ft/s 내지 90ft/s(6.09m/s 내지 27.43m/s)의 범위의 공급률로 상기 반응기 하부 섹션에 유입되고, 상기 반응기 하부 섹션 내의 상기 잔탄의 체류 시간은 4초 내지 6초의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    액체 운반체 내의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리는 5ft/s 내지 100ft/s(1.52m/s 내지 30.48m/s)의 범위의 공급률로 상기 반응기 상부 섹션에 유입되고, 상기 반응기 상부 섹션 내의 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리의 체류 시간은 5초 내지 40초의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    액체 운반체 내의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리는 10ft/s 내지 80ft/s(3.05m/s 내지 24.38m/s)의 범위의 공급률로 상기 반응기 상부 섹션에 유입되고, 상기 반응기 상부 섹션 내의 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리의 체류 시간은 5초 내지 40초의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 운반 액체는 물, 액체 CO2, 석유 액체, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 미립자 탄소질 재료는 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리는 상기 슬러리의 총 중량에 기초한 30 중량% 내지 70 중량%의 고체 농도를 갖는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리는 상기 슬러리의 총 중량에 기초한 45 중량% 내지 69 중량%의 고체 농도를 갖는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 산소 함유 가스는 공기, 산소 풍부 공기, 산소, 및 이들의 임의의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반응 존은 타르를 분해시키는 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층을 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반응 존의 온도는 700°F(371.11℃) 내지 1900°F(1037.78℃)의 범위이고, 압력은 14.7psig(1.01barg) 내지 2000psig(137.89barg)의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 반응 존의 온도는 1000°F(537.78℃) 내지 1700°F(926.67℃)의 범위이고, 압력은 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg)의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 촉매 층은, 잔류 타르를 분해시키는 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 촉매 유동 층이고, 탄소 미세 입자는 합성 가스를 포함하는 출구 가스 생성물과 함께 상기 촉매 유동 층을 통과하도록 미립자를 형성하거나 또는 일산화탄소로 변환되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 촉매 층은 촉매 고정 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 타르 파괴 촉매는 제올라이트, 담지 니켈, 석회석, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    상기 반응 존은, 타르 적재 흡수제를 형성하도록 타르가 흡수되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층을 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    하나 이상의 흡수제 층을 포함하는 상기 반응 존의 온도는 200°F(93.33℃) 내지 1000°F(537.78℃)의 범위이고, 압력은 14.7psig(1.01barg) 내지 1500psig(103.42barg)의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  25. 제23항에 있어서,
    하나 이상의 흡수제 층을 포함하는 상기 반응 존의 온도는 250°F(121.11℃) 내지 600°F(315.56℃)의 범위이고, 압력은 50psig(3.45barg) 내지 1500psig(103.42barg)의 범위인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 흡수제 층은, 타르가 흡수되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 유동 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 흡수제 층은, 타르가 흡수되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 고정 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 타르 흡수성 흡수제는 활성 탄소, 제올라이트, 자연 발생 규산염, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  29. 탄소질 재료의 가스화를 위한 방법이며,
    a. 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께, 재순환 잔탄을 반응기 하부 섹션으로 유입하고 그 내부에서 상기 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시킴으로써 열을 유발시키고 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 반응기 하부 섹션은 2400°F(1315.56℃) 내지 3000°F(1648.89℃)의 온도에서 작동되며, 상기 반응기 하부 섹션은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동되고, 상기 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 재순환 잔탄은 30ft/s 내지 60ft/s(9.14m/s 내지 18.29m/s)의 공급률로 상기 반응기 하부 섹션의 하나 이상의 분배 장치를 통해 상기 반응기 하부 섹션으로 유입되고, 상기 반응기 하부 섹션 내의 상기 재순환 잔탄의 체류 시간은 4초 내지 6초인, 단계와,
    b. 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께, 상기 반응기 하부 섹션으로부터 반응기 상부 섹션으로 상향으로 상기 합성 가스를 통과시키고 반응기 상부 섹션 내에서 열분해시킴으로써 i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 반응기 상부 섹션은 550°F(287.78℃) 내지 1300°F(704.44℃)의 온도에서 작동되고, 상기 반응기 상부 섹션은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동되고, 상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리는 20ft/s 내지 60ft/s(6.09m/s 내지 18.29m/s)의 공급률로 상기 반응기 상부 섹션의 하나 이상의 공급 장치를 통해 상기 반응기 상부 섹션에 유입되며, 상기 반응기 상부 섹션 내의 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리의 체류 시간은 5초 내지 40초인, 단계와,
    c. 상기 잔탄이 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 분리되고 상기 반응기 하부 섹션으로 유입될 공급 원료로서 재순환되는 분리 장치를 통해 상기 반응기 상부 섹션으로부터 상기 혼합 생성물을 통과시키는 단계와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터 제올라이트, 담지 니켈, 석회석, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층으로 상기 가스 생성 스트림을 유입하는 단계를 포함하며,
    상기 촉매 층은 1200°F(648.89℃) 내지 1600°F(871.11℃)의 온도에서 작동되고, 상기 촉매 층은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동됨에 따라 상기 잔류 타르는 분해되며,
    이로써, 상기 단계 (a)에서 유발된 상기 열은 단계 (b)의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 단계 (b)의 상기 가스 생성 스트림으로 변환시킴으로써 회수되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  30. 탄소질 재료의 가스화를 위한 방법이며,
    a. 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께, 재순환 잔탄을 반응기 하부 섹션으로 유입하고 그 내부에서 상기 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시킴으로써 열을 유발시키고 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 반응기 하부 섹션은 2400°F(1315.56℃) 내지 3000°F(1648.89℃)의 온도에서 작동되며, 상기 반응기 하부 섹션은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동되고, 상기 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 재순환 잔탄은 30ft/s 내지 60ft/s(9.14m/s 내지 18.29m/s)의 공급률로 상기 반응기 하부 섹션의 하나 이상의 분배 장치를 통해 상기 반응기 하부 섹션으로 유입되고, 상기 반응기 하부 섹션 내의 상기 재순환 잔탄의 체류 시간은 4초 내지 6초인, 단계와,
    b. 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께, 상기 반응기 하부 섹션으로부터 반응기 상부 섹션으로 상향으로 상기 합성 가스를 통과시키고 반응기 상부 섹션 내에서 열분해시킴으로써 i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 반응기 상부 섹션은 500°F(260℃) 내지 1300°F(704.44℃)의 온도에서 작동되고, 상기 반응기 상부 섹션은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동되고, 상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리는 20ft/s 내지 60ft/s(6.09m/s 내지 18.29m/s)의 공급률로 상기 반응기 상부 섹션의 하나 이상의 공급 장치를 통해 상기 반응기 상부 섹션에 유입되며, 상기 반응기 상부 섹션 내의 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리의 체류 시간은 5초 내지 40초인, 단계와,
    c. 상기 잔탄이 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 분리되고 상기 반응기 하부 섹션으로 유입될 공급 원료로서 재순환되는 분리 장치를 통해 상기 반응기 상부 섹션으로부터 상기 혼합 생성물을 통과시키는 단계와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터 활성 탄소, 제올라이트, 자연 발생 규산염, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층으로 상기 가스 생성 스트림을 유입하는 단계를 포함하며,
    상기 흡수제 층은 300°F(148.89℃) 내지 500°F(260℃)의 온도에서 작동되고, 상기 흡수제 층은 150psig(10.34barg) 내지 1200psig(82.74barg)의 압력에서 작동됨에 따라 상기 잔류 타르는 흡수되며,
    이로써, 상기 단계 (a)에서 유발된 상기 열은 단계 (b)의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 단계 (b)의 상기 가스 생성 스트림으로 변환시킴으로써 회수되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 방법.
  31. 탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템이며,
    a. 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물 및 열을 생성하기 위해, 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하부 섹션과,
    b. i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 생성하기 위해, 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께 상기 반응기 하부 섹션으로부터의 상기 합성 가스를 열분해시키기 위한 반응기 상부 섹션과,
    c. 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 상기 잔탄을 분리시키기 위한 분리 장치와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존을 포함하며,
    상기 반응기 하부 섹션으로부터 생성된 상기 열은 상기 반응기 상부 섹션의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 상기 반응기 상부 섹션의 상기 가스 생성 스트림으로 변환함으로써 회수되고,
    상기 반응기 상부 섹션은 450°F(232.22℃) 내지 1500°F(815.56℃)의 온도에서 작동되도록 구성된
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 반응기 하부 섹션은 산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 재순환 잔탄을 상기 반응기 하부 섹션으로 유입하기 위한 하나 이상의 분산 장치를 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 반응기 상부 섹션은 상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 상기 반응기 상부 섹션에 공급하기 위한 하나 이상의 공급 장치를 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 반응 존은 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층을 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 촉매 층은 촉매 유동 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 촉매 층은 촉매 고정 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 타르 파괴 촉매는 제올라이트, 담지 니켈, 석회석, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  38. 제31항에 있어서,
    상기 반응 존은 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층을 포함하는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 촉매 층은 촉매 유동 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 흡수제 층은 촉매 고정 층인
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  41. 제38항에 있어서,
    타르 흡수성 흡수제는 활성 탄소, 제올라이트, 자연 발생 규산염, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  42. 제31항에 있어서,
    상기 반응기 상부 섹션은 일반적으로 상기 반응기 하부 섹션 위에 위치되는
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  43. 탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템이며,
    a. 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물 및 열을 생성하기 위해, 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하부 섹션으로서, 상기 반응기 하부 섹션은 산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 재순환 잔탄을 상기 반응기 하부 섹션으로 유입하기 위한 하나 이상의 분산 장치를 포함하는, 반응기 하부 섹션과,
    b. i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 생성하기 위해, 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께 상기 반응기 하부 섹션으로부터의 상기 합성 가스를 열분해시키기 위한 반응기 상부 섹션으로서, 상기 반응기 상부 섹션은 상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 상기 반응기 상부 섹션에 공급하기 위한 하나 이상의 공급 장치를 포함하는, 반응기 상부 섹션과,
    c. 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 상기 잔탄을 분리시키기 위한 분리 장치와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존을 포함하며,
    상기 반응 존은 제올라이트, 담지 니켈, 석회석, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 타르 파괴 촉매를 포함하는 하나 이상의 촉매 층을 포함하고,
    반응기 하부 섹션으로부터 생성된 상기 열은 반응기 상부 섹션의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 반응기 상부 섹션의 상기 가스 생성 스트림으로 변환함으로써 회수되고,
    상기 반응기 상부 섹션은 450°F(232.22℃) 내지 1500°F(815.56℃)의 온도에서 작동되도록 구성된
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
  44. 탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템이며,
    a. 합성 가스 및 용융 슬래그를 포함하는 혼합 생성물 및 열을 생성하기 위해 산소 함유 가스 또는 스팀을 포함하는 스트림과 함께 재순환 잔탄을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하부 섹션으로서, 상기 반응기 하부 섹션은 산소 함유 가스 및 스팀을 포함하는 상기 스트림 및 상기 재순환 잔탄을 상기 반응기 하부 섹션으로 유입하기 위한 하나 이상의 분산 장치를 포함하는, 반응기 하부 섹션과,
    b. i) 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 가스 생성 스트림과, ii) 잔탄과, iii) 증기를 포함하는 혼합 생성물을 생성하기 위해, 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 슬러리를 포함하는 스트림과 함께 상기 반응기 하부 섹션으로부터의 상기 합성 가스를 열분해시키기 위한 반응기 상부 섹션으로서, 상기 반응기 상부 섹션은 상기 액체 운반체의 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 상기 반응기 상부 섹션에 공급하기 위한 하나 이상의 공급 장치를 포함하는, 반응기 상부 섹션과,
    c. 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 혼합 생성물로부터 상기 잔탄을 분리시키기 위한 분리 장치와,
    d. 합성 가스 및 잔류 타르를 포함하는 상기 반응기 상부 섹션으로부터의 상기 가스 생성물로부터 잔류 타르를 제거하기 위한 반응 존을 포함하며,
    상기 반응 존은 활성 탄소, 제올라이트, 자연 발생 규산염, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 타르 흡수성 흡수제를 포함하는 하나 이상의 흡수제 층을 포함하고,
    반응기 하부 섹션으로부터 생성된 상기 열은 반응기 상부 섹션의 상기 운반체 액체 및 미립자 탄소질 재료의 상기 슬러리를 반응기 상부 섹션의 상기 가스 생성 스트림으로 변환함으로써 회수되고,
    상기 반응기 상부 섹션은 450°F(232.22℃) 내지 1500°F(815.56℃)의 온도에서 작동되도록 구성된
    탄소질 재료의 가스화를 위한 시스템.
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