KR101626185B1 - 분류층 가스화 반응기에게 저장 용기로부터의 연료를 공급하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 석탄 슬루싱과 운반으로부터의 유해 물질들의 배출이 최소화되거나 또는 완전히 저지되는 것을 경제적인 방식으로 보장하는, 압력 가스화 시스템에게 연료를 공급하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이는 적어도 10 ppm Vol. CO 를 포함하는 가스가 슬루싱 및/또는 운반을 위해 이용되며, 이때 이 가스는 산소 함유 가스와 혼합되고, 그리고 이 가스 혼합물은 가스 안에 포함된 유해 물질들의 적어도 10% 를 산화시키는 온도로 가열됨으로써 달성된다.

Description

분류층 가스화 반응기에게 저장 용기로부터의 연료를 공급하기 위한 방법{METHOD FOR SUPPLYING AN ENTRAINED-FLOW GASIFICATION REACTOR WITH FUEL FROM A RESERVOIR TANK}

본 발명은 적어도 하나의 슬루싱 용기와 적어도 하나의 수용 용기의 중간 삽입 (interposition) 하에 분류층 가스화 반응기에게 저장 용기로부터의 연료를 공급하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 분류층 가스화 반응기 안에서는 CO 와 H₂ 및 플라이 애시 (fly ash) 함유 가스가 생성된다.

압력하에 있는 분류층 가스화기 (그 안에서 미세하게 분해된 또는 가루형의 (< 0.5 mm) 연료들, 예컨대 석탄, 석유코크스, 생물학적 쓰레기 또는 연료는 부유 상태에서 적은 입자적재 (< 50 kg/m3) 에 있어서 산소 함유 가스화제와 함께 10 MPa 까지 상승된 압력하에 슬래그 용융점을 초과하는 온도들에서 전환된다) 안에서 이산화탄소, 일산화탄소 및 산소 함유 가스를 이용하여 미세한 알갱이형 내지 가루형 연료를 슬루싱 (sluicing) 및 공급함에 있어서, 산소 함유 가스는 아화학량론적 비율로 공급되며, 따라서 일산화탄소 함유 생산물 가스가 생성된다.

연료는 우선 주변 압력하에 존재하기 때문에, 정량되어 압력 가스화 반응기의 버너들로 운반되기 위해 상기 연료는 공급 시스템을 통해 우선 반응기 압력을 초과하는 압력레벨 (pressure level) 이 되어야 한다.

바람직한 방법에 따르면, 연료는 저장 용기로부터 슬루싱 용기들 안으로 운반된다. 이것들은 우선 반응기 압력을 초과하는 압력레벨로 텐셔닝되는데, 이는 그 후 연료를 밀집상 수송당 운반 라인을 통해, 가스화 반응기의 버너들을 위해 영구적으로 압력하에 있는 수용 용기 안으로 운반하기 위해서이다. 이 수용 용기로부터 버너들은 각각 정량된 연료 질량유량을 연속적으로 공급받는다. 밀집상 흐름을 위해 필요한 운반 가스는 슬루싱 용기의 출구에서 또는 그 근처에서 공급되거나 또는 운반 라인 안으로 공급된다. 그 후, 비워진 슬루싱 용기들은 거의 대기 압력하에 그 밖의 연료 적재량을 수용할 수 있기 위해 팽창된다. 팽창 가스는 먼지가 제거되며, 그리고 대기 안으로 방출된다.

슬루싱을 위해서는 일반적으로 공기 분해 시설로부터의 질소 또는 이산화탄소가 사용된다. 질소 함량이 적은 합성가스 또는 수소 및/또는 CO 가 생성되어야 하면 이산화탄소가 적용된다.

이산화탄소는 가스화에 뒤따르는 가스 처리에서 얻어질 수 있다. 일반적으로, 합성을 통해 요구된 H₂/CO 비율을 설정하기 위해 또는 순수한 수소를 생성하기 위해, 가스화기로부터 유출되는 가스는 먼지가 제거되며, 세척되고, 그리고 CO 전환을 겪는다. 이때, CO 와 수증기는 CO₂ 와 수소로 전환된다. 그 후, 가스는 냉각되며, 습기는 응결되고, 그리고 뒤따라 CO₂ 는 순환 용제, 예컨대 MDEa, Genosorb 또는 메탄올을 이용한 세척에서 씻어진다. 탈착기 (desorber) 안에서, 압력 하강 또는 온도 상승을 통해 CO₂ 는 용액으로부터 빼내진다. 이러한 방식으로 얻어진 가스는 CO₂ 이외에 다른 성분들, 예컨대 H₂, CO, N₂, 메탄, 황화수소, 아르곤, 이용된 용제, 예컨대 메탄올의 증기 등등을 포함한다. CO 함량은 예컨대 0.1% 이다. 유해 물질의 함량을 세척에서 더욱 감소시키는 것이 가능하기는 하나, 비용, 예컨대 증기 및 전기 소모를 위한 투자 비용 및 작동 비용은 순수성에 대한 요구가 증가함과 함께 빨리 올라간다 (합성 생가스로부터의 가스 생산물의 생성은 예컨대 DE 10 2007 008 690 A1 에 기술되어 있다). CO₂ 흐름으로부터 CO 잔여를 제거하는 것이 특히 어렵다.

DE 10 2007 020 333 A1 은 석탄 가루 압력 가스화를 위한 가루 유입 시스템을 작동시키기 위한 방법을 기술하고 있으며, 상기 가루 유입 시스템은 저장 탱크, 가루 유입 슬루스들 (sluices) 및 정량 용기 (metering vessel) 를 포함한다. 이때, 상기 탱크에는 비활성 및 이완 수단으로서 가열된 질소가 공급되며, 이에 반해 슬루싱 용기의 가압 및 가루의 운반은 순 (pure) CO₂ 를 갖고 수행된다. 슬루싱 용기로부터의 팽창 가스는 팽창되며, 그리고 그 후 필터 안에서 고체가 제거된다. 이때, 정량 용기 안으로, 텐셔닝된 슬루싱 용기를 비워내는 것은 중력 흐름을 이용해 수행된다.

DE 36 90 569 C2 에는 잔여 가스로부터 황 함유 화합물을 제거하기 위한 방법이 기술되어 있다.

공지의 해결책들의 단점들은, 특히 슬루싱과 유동화 (fluidization) 를 위해 사용된 가스는 대기 안으로 방출되기 때문에 적은 농도의 환경 유해 물질들 CO, H₂S, 메탄올 등등을 포함해야 한다는 데에 있다. 용기들의 포개어진 구조를 가지며 중력 흐름에 기초를 둔 슬루싱은 큰 크기로 인해 비용이 많이 들며, 그리고 벌크재의 컴팩팅 (compacting) 으로 인해 작동적으로 충분히 안전하다고는 할 수 없다고 증명되었다. 여러 가지의 많은 시도에도 불구하고, 벌크재 안의 내부 응력이 충분히 낮게 유지되도록 용기 텐셔닝의 공정을 신중히 실행하는 것이 어려운 것으로 증명되었다.

본 발명의 목적은, 석탄 슬루싱과 운반으로부터의 유해 물질들의 배출이 최소화되거나 또는 완전히 저지되는 것을 경제적인 방식으로 보장하는, 압력 가스화 시스템에게 연료를 공급하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은, 도입부에 설명된 유형의 방법에 있어서, 본 발명에 따르면 적어도 10 ppm Vol. CO (바람직하게는 100 ppm 내지 1000 ppm) 을 포함하는 가스가 슬루싱 및/또는 운반을 위해 이용되며, 이때 이 가스는 산소 함유 가스와 혼합되고, 그리고 이 가스 혼합물은 가스 안에 포함된 유해 물질들의 적어도 10 % 를 산화시키는 온도로 가열됨으로써 달성된다.

메탄올 등등과 같은 가스 처리시 가스들 CO, H₂S 및 용제들의 증기들의 높은 농도에도 불구하고, 석탄 슬루싱과 운반으로부터의 이 유해 물질들의 배출이 본 발명을 통해 크게 감소되는 것이, 또는 심지어 배출이 완전히 저지되는 것이 밝혀졌다.

본 발명의 구현형태에 있어서, 슬루싱을 위해 사용된 산소 함유 가스는 저장 용기 안의 연료를 이완 (loosening) 시키기 위해 및/또는 슬루싱 용기의 내용물을 이완 및 유동화시키기 위해 및/또는 슬루싱 용기로부터 계속 운반하기 위해 및/또는 시스템 부품들 사이에서 그리고 수용 용기로부터 및/또는 분류층 가스화 반응기로 연료를 공급하기 위해 수용 용기 안에서 이완 및 유동화시키기 위해 이용된다.

본 발명의 특별한 장점은, 분류층 가스화 반응기로의 연료의 슬루싱과 공급과 관련하여 이용된 모든 가스가 요구된 기준들을 구비할 수 있다는 것이다.

본 발명이 마찬가지로 제공하는 바와 같이, 유해 물질과 산소 함유 가스 혼합물이 적어도 하나의 촉매를 통해 유해 물질들의 산화를 가속화시키기 위해 안내되면 목적에 부합할 수 있다.

이용 목적 및 상응하는 시스템의 설계에 따라, 또한 본 발명에 따르면 슬루싱 용기 또는 슬루싱 용기들 안에서의 압력상승을 위해 이용된 가스는 촉매 반응으로 산화되며, 이에 반해 연료 운반 가스는 촉매 반응으로 산화되지 않을 수 있다.

그 밖의 구현형태에서 슬루싱 가스로서는 5 % 미만의 산소 함량을 가진 가스가 이용되며, 이때 또한 그 밖의 구현형태에서 수용 용기로부터의 팽창 가스는 압축기의 압력단 (pressure stage) 에 공급되고 및/또는 압축 장치를 통해 슬루싱 용기 또는 슬루싱 용기들에 공급된다.

본 발명의 그 밖의 장점들, 상세 내용 및 특징들은 하기의 설명을 근거로, 또한 도면을 참조로 나타나 있다.

도 1 은 가스화 반응기로 연료를 공급하기 위한 시스템 접속 도면,
도 2 는 다수의 수용 용기를 가진, 동일한 목적을 가진 시스템,
도 3 은 이용된 그리고 생성된 가스 흐름들의 변경된 안내를 가진, 본질적으로 도 1 에 따른 시스템을 나타내는 도면이다.

특히 상응하는 기능들이 개별 시스템들 안에서 동일하거나 또는 유사하면, 도면들에서 작용적으로 동일한 모든 요소와 흐름선은 여러 가지 접속 도면들에서 동일한 참조부호로 표시되어 있다는 것을 우선 참조하도록 한다.

도 1 에 따른 시스템 접속 도면은 1 로 표시되어 있는 연료가 저장 용기 (2) 안으로 공급되는 것을 보이고 있으며, 이때 보다 두껍게 표시되어 있는 연료 경로는 저장 용기 (2) 로부터 슬루싱 용기 (3) 안으로 이어지고, 그곳으로부터 라인 (4b) 을 통해 수용 용기 (5) 안으로 이어지며, 그리고 그곳으로부터 라인 (6a) 들을 통해 가스화 반응기 (7) 의 버너 (6) 들로 이어진다.

슬루싱 용기의 충전시 유출되는 가스는 라인 (3e) 을 통해 필터 (10) 에 공급되며, 여과 후 가스는 라인 (10e) 을 통해 주변에 배출되거나 또는 그 밖의 사용을 위해 배출된다. 필터 먼지는 저장 용기 (2) 안으로 되돌아간다. 저장 용기 (2) 의 충전시 밀어내진 가스는 라인 (2e) 을 통해 마찬가지로 필터 (10) 에 공급된다.

분류층 가스화 반응기로부터 슬래그, 및 고체 함유 물은 7b 에서 배출되며, 가스는 라인 (7a) 을 통해 가스 처리부 (8) 에 공급되고, 이때 합성가스는 라인 (8a) 을 통해 가스 처리부 (8) 밖으로 배출된다.

얻어진 이산화탄소는 - 도 1 에 도시되어 있는 바와 같이 - 2 개의 흐름, 즉 압축에 공급되는 흐름 (8b) 과 가스 수출 (gas export) 에 공급되는 라인 (8c) 으로 나뉘어진다. 가스 흐름 (8b) 은 본 발명에 따르면 압축기 (18) 상류의 16 에서 또는 압축기 하류의 16a 에서 산소 함유 가스, 예컨대 공기와 혼합되며, 열교환기 (19) 안에서 냉각되고, 그리고 라인 (18b 또는 3a) 들을 통해 슬루싱 용기 (3) 안으로 상기 슬루싱 용기를 충전시키기 위해 되돌아간다.

도 1 에 따른 시스템의 작용 방식은 다음과 같다:

가루형 연료 (1) 는 저장 용기 (2) 안에 임시적으로 저장되며, 그리고 그곳으로부터 연결 라인을 통해 슬루싱 용기 (3) 에게 전달된다. 저장 용기 (2) 로부터의 연료를 수용할 수 있기 위해 슬루싱 용기 (3) 는 우선 팽창되어야 한다. 슬루싱 용기로부터 유출되는 가스 (3e) 는 필터 (10) 안에서 먼지가 제거되며, 그리고 대기 안으로 방출된다. 그 후, 슬루스들은 연료로 채워지며, 그리고 가스 (3a 및 3b) 로 가압된다. 그 후, 슬루스의 출구 라인은 3c 를 갖고 세척되며, 그리고 가루형 연료는 슬루싱 용기 (3) 로부터 라인 (4b) 을 통해 수용 용기 (5) 안으로 운반된다. 이때, 이완 및 유동화 가스 (3b) 와 운반 가스 (4a) 가 첨가된다.

수용 용기 (5) 는 영구적으로 작동압력에 있으며, 그리고 연속적으로 다수의 라인 (6a) 을 통해 가스화기 (7) 에게 공급한다. 수용 용기로부터의 운반은 상기 용기의 출구 영역 안으로의 이완 및 유동화 가스 (5b) 의 첨가와 버너 라인 (6a) 안으로의 그 밖의 운반 가스 (5c) 의 첨가를 통해 수행된다. 연료 흐름 (6a) 은 연속적으로, 또한 밀집상 수송당 조절되어 버너 (6) 를 통해 가스화기 (7) 안으로 운반된다.

수용 용기로부터의 팽창 가스 (5e) 는 필요한 가스량 (8b) 과 압축 용량을 감소시키기 위해 압축기 (18) 의 적합한 압력단으로 되돌아간다. 가스화 (7) 는 가스화 반응기, 가스 냉각, 먼지 제거, 냉각 및 슬래그 (7b) 와 고체 함유 물의 배출을 포함한다.

가스 처리부 (8) 안에서 일산화탄소와 수증기의 일부는 이산화탄소와 수소로 전환된다. 이 이외에, 가스는 용제 (예컨대 MDEa 또는 메탄올) 로 세척되며, 그리고 이산화탄소는 합성가스 (8a) (주로 H₂ 와 CO) 로부터 분리된다. 가스 세척에서 얻어진 이산화탄소 함유 가스는 적은 압력을 가지며, 그리고 일반적으로 적은 비율의 유해 물질들, 예컨대 일산화탄소 < 1%, 황화수소 < 10 ppmv, 소량의 탄화수소 등등을 포함한다.

얻어진 이산화탄소는 하나 또는 다수의 품질을 구비할 수 있다. 도 1 은 2 개의 CO₂ 흐름, 즉 압축을 위한 8b 와 수출을 위한 8c 를 보이고 있다. 수출된 흐름은 예컨대 원유 (crude oil) 를 밀어내기 위한 가스가 지면 아래에서 사용되면 일반적으로 CO, H₂S 및 메탄올을 포함해도 된다. 이 흐름 안에서 유해 물질 함량이 감소되어야 하는 경우, 이는 - 도 1 에 도시되어 있는 바와 같이 - 마찬가지로 산화를 통해 수행될 수 있다.

불순물이 섞인 (impure) CO₂ 흐름에는 산소 함유 가스 (16c), 바람직하게는 공기가 혼합되며, 그리고 혼합물의 온도는 반응기 (24) 안의 유해 물질들을 바람직하게는 촉매 반응으로 산화시키기 위해 열교환기 (22 와 23) 들 안에서 상승된다. 열교환기 (22) 안에서의 냉각 후, 유해 물질 함량이 적은 가스 (22a) 는 방출되거나 또는 계속 사용될 수 있다.

흐름 (8b) 은 압축기 (18) 안에서 압축되며, 그리고 슬루싱, 유동화 및 가스화기 안으로의 연료의 공압식 운반을 위해 사용된다. 이 가스의 일부는 주변에 배출되는데, 그것은 도 1 에서의 모범적인 실시에서 흐름 (10e) 이다.

대기 안으로 유해 물질들이 배출되는 것을 감소시키기 위해, 유해 물질 함유 가스 (8b) 에는 산소 함유 가스 (16) 가 혼합되며, 그리고 혼합물은 단지 적은 중간 냉각을 갖고 단열적으로 (adiabatically) 또는 폴리트로픽 방식으로 (polytropically) 압축된다.

대안적으로, 산소 첨가, 즉 흐름 16a 은 압축 (18) 후 수행될 수 있다. 압축된 뜨거운 가스는 선택적으로 열교환기들을 이용해 계속 가열될 수 있으며 (도시되어 있지 않음), 그리고 유해 물질들, 특히 CO 와 메탄올이 가스 혼합물 안에 있는 산소와 반응할 수 있도록 온도를 가진 일정 시간이 지속될 수 있다. 슬루싱 및 운반 가스의 높은 온도는 열역학적으로 의미가 있으며, 하지만 그것은 가스의 분배를 어렵게 하고, 그리고 연료 입자들의 탈기 (degasification) 를 초래하며, 이로 인해 그 밖의 배출 (emission) 이 생길 수 있다. 그렇기 때문에, 열교환기 (19), 예컨대 증발기 안의 가스는 소망하는 온도까지 냉각될 수 있다.

압축기 (18) 의 상류에서의 산소 (16) 의 혼합은 가스화기 안에서의 그 밖의 장점을 가져 온다. 일반적으로, 가스화 매체들, 즉 연료 (6a) 와 산소는 버너 (6) 의 별도의 동심적인 채널들을 통해 가스화기 안으로 공급되며, 그리고 가스화기 안에서 우선 별도의 다발들을 형성하고, 상기 다발들은 점차 서로 혼합된다.

산소와 가스화기 안의 뜨거운 가스와의 반응 속도는, 우선 비교적 차가운 연료와의 반응 속도보다 몇 자릿수 더 높으며, 따라서 산소의 대부분은 가스와 반응하고, 이로 인해 비교적 뜨거운 가스 불꽃과 비교적 길고 차가운 연료 다발들이 형성된다. 혼합 및 방사를 통해 비로소 연료 온도가 상승되며, 따라서 연료의 가스화가 발생할 수 있다.

이에 반해 산소의 일부가 연료와 함께 공급되면, 발열성 산소 반응들이 연료 입자들 바로 주변에서 발생되며, 이로 인해 차가운 연료 다발들이, 그리고 이로써 또한 불꽃이 짧아진다. 실제적인 결과들은 보다 높은 연료대사 및 가스화기의 보다 높은 성능인데, 왜냐하면 가스화 버너의 최대 연료 처리량 (fuel throughput) 은 대개 불꽃 길이에 의해 제한되기 때문이다.

도 2 는 배출 (emission) 이 감소된 연료 슬루싱과 운반의 대안적인 실시를 보다 상세히 보이고 있으며, 이때 - 위에서 이미 언급한 바와 같이 - 기능적으로 동일한 시스템 부품들은 도 1 과 동일한 참조부호들을 가진다.

가루형 연료 (1) 는 저장 용기 (2) 안에 임시적으로 저장되며, 그리고 그곳으로부터 연결 라인들을 통해 예컨대 3 개의 슬루싱 용기 (3) 들에게 전달된다. 라인들은 슬루스 밸브들을 열기 전에 2c 를 갖고 세척된다. 슬루스들의 충전 과정 동안, 유동화 가스 (2b) 가 저장 용기의 배출콘 (discharge cone) 들 안에 제공된다. 슬루싱 용기들은 시간상 엇갈려 연료를 운반하기 위해 이용되며, 따라서 수용 용기 (5) 에의 준 연속적인 공급이 발생한다.

연료로 채워진 슬루싱 용기들은 3a 와 3b 으로 가압된다. 그 후, 연료는 수용 용기 (5) 안으로 운반되며, 이때 유동화 가스 (3b) 가 배출콘들 안으로 공급되고, 그리고 운반 가스 (3c 와 4a) 가 공급된다. 그 후, 비워진 용기들은 3e 를 통해 팽창된다. 팽창 가스 (3e) 들은 필터 (10) 안에서의 팽창 동안의 빙결과 응축을 저지하기 위해 예컨대 열교환기 (11) 안에서 가열된다. 가스들은 부분적으로 버퍼 (9) 안에 수집될 수 있고, 그리고 그라인딩밀 (grinding mill) 의 비활성화를 위해 예컨대 저장 용기 안에서 (즉, 흐름들 (2a, 2b, 2c)) 계속 사용될 수 있다. 가스들의 적어도 일부는 필터 (10) 안에서 먼지가 제거되며, 그리고 대기 안으로 방출된다. 버퍼 (9) 에는 예컨대 시동 단계 동안 추가적으로 가스 (9a) 가 공급된다. 연료와 함께 수용 용기 (5) 안에 유입된 운반 가스의 일부는 5e 를 통해 마찬가지로 유출된다.

팽창 가스 (5e) 들의 압력은 압축 장치, 예컨대 인젝터 (상기 인젝터는 구동 가스 (18d) 를 갖고 구동된다) 의 도움으로 상승되며, 따라서 가스들은 슬루싱 안으로 되돌아가거나 또는 운반 가스로서 사용될 수 있다.

가스 처리부 (8) 안에서 분리된, 주로 CO₂ 를 함유하는 차가운 가스 (8b) 는 압축되며, 이때 압축기 용량을 감소시키기 위해 2단 냉각을 가진 압축기가 이용된다. 압축된, 예컨대 파라미터들 60 bar 와 100℃ 를 가진 가스의 일부는 버퍼 (17) 안에 공급되며, 상기 버퍼 안에서 일정 압력이 PC (pressure control) 를 갖고 조절되고, 그리고 그 후 슬루스들의 배출콘들과 가스화기 사이의 연료 운반에서 이용된다.

연료 운반에 공급된 가스의 대부분은 가스화기 안으로 흐르고, 그리고 적은 부분만 주변으로 흐르기 때문에, 일반적으로 유해 물질들 CO, 메탄올 등등은 흐름들 (3b, 3c, 4a, 5a, 5b, 5c) 안으로 수용될 수 있다. 이에 반해, 슬루싱에 이용된 가스 흐름 (18b) 에는 산소 함유 가스 (16) 가 혼합된다.

유해 물질들의 산화를 가속화시키기 위해, 혼합물은 예컨대 가스/가스 열교환기 (15) 안에서 가열될 수 있으며, 그리고 외부 열 (Q) 을 갖고 가열된 가열기 (14) 안에서 계속 가열될 수 있고, 그리고 촉매 (13) 와 접촉될 수 있다. 추가적으로, 가스는 발열성 산화를 통해 가열되며, 따라서 열교환기 (14) 는 산화 가능한 재료들 H₂, CO, H₂S 등등의 충분히 높은 농도, 예컨대 > 1% 에 있어서 생략될 수 있다. 가스는 예컨대 열교환기 (15) 안에서 190℃ 까지 가열되며, 그리고 가열기 (14) 안에서 220℃ 까지 가열된다. 촉매 반응기 (13) 안에서 CO, 메탄올 등등은 유독성이 현저히 적은 가스들로 전환된다.

반응기 (13) 로부터 유출되는 가스는 열교환기 (15) 안에서 약 130℃ 까지 냉각되며, 그리고 버퍼 (12) 안으로 안내된다. 조절기 FC (flow control) 를 갖고, 거의 일정한 평균적인 흐름이 설정된다. 그러므로, 슬루싱의 심한 수요 변동은 반응기 (13) 안의 흐름 변동을 초래하지 않는다.

복귀된, 그리고 압축된 가스 (20a) 는 대안적으로 예컨대 운반 가스 (4a 와 5c) 로서 또는 유동화 가스로서 이용될 수 있다.

CO, 메탄올 등등의 산화의 최적의 파라미터들, 즉 온도, 산소 농도, 촉매량 또는 높은 온도범위에서의 체류 시간은 - 촉매가 이용되지 않는 경우 - 경제적인 분석을 통해 결정되어야 한다. 증가하는 산소 농도와 함께 필요 체류 시간 및 촉매량이 감소되기 때문에, 최적의 것이 산소 과잉 (excess of oxygen) 에서 예상될 수 있다. 하지만, 슬루싱 가스 안에서의 높은 산소 농도는 특히 반응 연료들, 예컨대 갈탄 또는 생물학적 연료들의 사용시 가루형 연료를 가진 혼합물의 점화 및 폭발을 초래한다. 그러므로, 산소 농도는 5% 보다 높지 않아야 한다.

도 3 은 여러 가지 압력을 가진 3 개의 CO₂ 프랙션들 (fractions) 을 가진 배출의 본 발명에 따른 감소의 그 밖의 변형을 보이고 있다. 산소 흐름 (16) 은 가장 낮은, 예컨대 거의 대기 압력을 가진 프랙션 (8b) 에 혼합되며, 혼합물은 제 2 프랙션 (8c) 의 압력까지, 예컨대 5 bar 까지 18 LP 안에서 단열적으로 압축되고, 이로 인해 가스는 약 200℃ 까지 가열되며, 그리고 8c 와 혼합된다.

선택적으로, 혼합물은 22 와 23 안에서 계속 가열될 수 있다. 그 후, 유해 물질들의 산화는 24 안에서 수행되며, 그리고 열의 회수 (recovery) 는 22 안에서 수행된다. 대부분의 유해 물질이 제거된 저압 가스는 석탄 처리 (22a) 의 저압부 안에서, 다른 소모자 (22b) 들을 통해, 고압 압축기 (18HP) 안에서의 선행하는 압축 후 슬루싱 및 운반 (22c) 에서 사용되며, 이에 반해 나머지는 익스팬더 (expander, 25) 안에서 팽창되고, 이때 기계적 또는 전기적 에너지가 회수된다.

팽창된 가스 (25a) 는 예컨대 석탄 그라인딩밀의 비활성화를 위해 사용될 수 있거나 또는 대기 안으로 방출될 수 있다. 흐름들 (8c, 22d, 25a) 의 가열 또는 흐름들 (18a, 18b, 22a 내지 22c) 의 냉각을 위한 그 밖의 열교환기들은 기술적 및 경제적 측면들을 참작해서 고려되어야 한다. 가스 처리부 (8) 안에서 생성된 주로 CO₂ 로 구성된 가스 (8d) 의 일부와, 산소 함유 가스는 혼합되지 않는다. 이 가스는 - 경우에 따라 압축 후 - 수출되며 및/또는 가스화기의 하류에서 예컨대 가스 먼지 제거, 플라이 애시 처리에서 사용되고, 그리고 H₂ 와 CO 의 산화에 의한 유용 가스 손실을 저지하기 위해 세척 또는 차단 가스로서 사용된다.

슬루스 (3) 의 팽창시, 가스는 등엔탈피 또는 폴리트로픽 팽창으로 인해 상당히 냉각되며, 이로 인해 석탄의 잔여 습기로부터 발생하는 수증기로부터의 얼음형성, 및 CO₂ 의 응축은 공정에 방해가 될 수 있다. 이 이외에, 슬루싱 용기는 낮은 온도들과 주기적으로 대면하며, 이로 인해 용기벽은 기계적으로 부하를 받고, 이는 주기적인 과정에 있어서 재료의 피로를 초래한다. 이를 저지하기 위해, 슬루싱 용기는 바깥으로부터 전기적으로 또는 매체를 갖고 가열된다. 연료 운반 (2, 4, 5, 9, 10) 의 다른 장치들 및 남아 있는 관 라인들은 융해점 미달을 저지하기 위해 마찬가지로 가열되어야 한다.

도면들에는, 대기 안까지의 유해 물질들의 경로 및 배출 감소 방법을 보이기 위해 예컨대 본 발명의 바람직한 구현형태들이 도시되어 있다. 본 발명에 따른 배출감축 (emission limitation) 은 연료 슬루싱, 운반, 가스화 및 가스 처리의 대안적인 구현형태들에 대해 또한 적용 가능하다, 예를 들면,

- 슬루싱 용기 (3) 로부터 수용 용기 (5) 안으로의 연료의 중력 흐름

- LP 버퍼 (9) 또는 여러 가지 압력을 가진 다수의 버퍼 없이

- 다수의 저장 용기 및/또는 다수의 수용 용기

- 가열 증기 보일러를 가진 가스화, 건식 먼지분리, 및 복귀된 가스를 퀀치 가스 (quench gas) 로서 사용하기

- 워터 퀀치 (water quench) 를 가진 가스화와 습식 먼지분리

- 가스화로부터 H₂S 함유 가스 안에서의 CO 전환, 또는 우선 가스의 황 제거, 그리고 그 후 가습 그리고 CO 전환

- 압축기 (18) 상류에서, 압축기 하류에서 또는 부분 압축 후, 산소 함유 가스 공급

- 열교환기 (15) 없이 그리고 가스 냉각기, 예컨대 증기 발생기를 갖고, 13 과 12 사이에서

- CO₂ 흐름만 가스 처리부를 떠나가며, 이 흐름과 산소 함유 가스가 혼합되고, 그리고 혼합물의 일부는 압축되며, 그리고 높은 압력하에 산화되고, 이에 반해 다른 부분은 낮은 압력하에 처리된다

- CO₂ 흐름 (8c) 만 가스 처리부를 떠나가며, 이 흐름과 산소 함유 가스 (16c) 가 혼합되고, 혼합물은 22 와 23 을 갖고 가열되며, 그리고 유해 물질들은 촉매 반응으로 산화되고, 그리고 냉각된 가스 (22a) 의 일부는 압축기 (18) 로 안내되며, 이에 반해 나머지는 수출된다.

산소 함유 가스 (16) 는 가스화기를 위한 산소 흐름과 동일한 조성을 가질 수 있다. 일반적으로 가스화에서, 저온으로 얻어진 가스는 85 내지 99.8 % O₂, 3% 까지의 Ar 및 질소를 포함한다. 하지만 공기, 산소가 첨가된 공기, 또는 예컨대 2% 의 산소 함량을 가진 질소가 적용될 수 있다.

가스화 시스템 안에서의 주로 이산화탄소로 구성된 가스 (8b) 는 일반적으로 하류에 접속된 가스 세척으로부터 얻어지기 때문에, 전체 시스템의 시동 작동을 위해, 수입된 가스, 예컨대 CO₂ 또는 질소가 필요하다. 일반적으로, 질소의 사용이 선호되며, 상기 질소는 이 목적을 위해 예컨대 액상으로 저장될 수 있다. 가스 세척에서 이산화탄소가 분리되는 정도로 작동이 이루어지자마자, 그 밖의 정상 작동을 위해 이산화탄소 함유 가스로의 전환이 수행된다.

흐름 (18c) 은, 압축된, 그리고 유해 물질 함량이 적은 가스 (18) 가 예컨대 플라이 애시 처리에서의 슬루싱 및 세척 가스로서 다른 목적들을 위해 이용될 수 있음을 보이고 있다. 낮은 압력을 가진 수출 가스는 버퍼 (9) 로부터 인출될 수 있으며, 그리고 흐름 (10e) 은 적은 과압하에 제공되어 있다.

도 2 에 도시되어 있는 저장 용기 (2), 슬루싱 용기 (3) 및 운반 라인 (4b) 의 실시는 여기에서 원칙적인 과정들을 보이기 위해 사용되는 일례이다. 슬루싱 용기의 개수가 더 많을 수도 있다. 또한, 슬루싱 용기들은 다수의 운반 라인을 통해 수용 용기 (5) 에게 공급한다.

1 : 연료
2 : 저장 용기
3 : 슬루싱 용기
4 : 결합 요소
5 : 수용 용기
6 : 버너
7 : 가스화 반응기, 가스 냉각 및 먼지 제거
8 : 가스 처리부
9 : 가스 버퍼
10 : 필터
11 : 가스 가열기
12, 17 : HP 버퍼 용기
13, 24 : 촉매 반응기
14, 23 : 가스 가열기
15, 22 : 가스-가스 열교환기
16, 16a : 산소 함유 가스
18 : 압축기
19 : 가스 냉각기
20 : 인젝터 또는 압축기
21 : 가스 혼합기
2b, 3b, 5b : 이완 및 유동화시키기 위한 가스
2c, 3c, 4a, 5c : 추가적인 운반가스
2e, 3e, 5e : 팽창 가스
3a : 슬루싱 가스
5a : 가압을 위한 가스
8a : 주로 H₂ 와 CO, 또는 오직 H₂
8b, 8c : 불순물이 섞인 CO₂
18a : 유동화 및 운반 가스
18b : 슬루싱 가스

Claims (7)

1. 적어도 하나의 슬루싱 용기 (3) 와 적어도 하나의 수용 용기 (5) 의 중간 삽입하에 분류층 가스화 반응기 (7) 에게 저장 용기 (2) 로부터의 연료 (1) 를 공급하기 위한 방법으로서, 상기 분류층 가스화 반응기 안에서는 CO 와 H₂ 및 플라이 애시 함유 가스가 생성되는, 분류층 가스화 반응기에게 저장 용기로부터의 연료를 공급하기 위한 방법에 있어서,
   적어도 10 ppm Vol. CO 를 포함하는 가스가 슬루싱 및/또는 운반을 위해 이용되며, 이때 이 가스는 산소 함유 가스와 혼합되고, 그리고 이 가스 혼합물은 가스 안에 포함된 유해 물질들의 적어도 10 부피 % 를 산화시키는 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는, 분류층 가스화 반응기에게 저장 용기로부터의 연료를 공급하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   슬루싱을 위해 사용된 산소 함유 가스는 저장 용기 (2) 안의 연료를 이완시키기 위한 것, 슬루싱 용기 (3) 의 내용물을 이완 및 유동화시키기 위한 것, 슬루싱 용기 (3) 로부터 계속 운반하기 위한 것, 및 시스템 부품들 사이에서 그리고 수용 용기 (5) 로부터 그리고 분류층 가스화 반응기 (7) 로 연료를 공급하기 위해 수용 용기 (5) 안에서 이완 및 유동화시키기 위한 것 중 하나 이상에 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   유해 물질과 산소 함유 가스 혼합물은 적어도 하나의 촉매를 통해 유해 물질들의 산화를 가속화시키기 위해 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   슬루싱 용기 또는 슬루싱 용기들 (3) 안에서의 압력상승을 위해 이용된 가스 (3a) 는 촉매 반응으로 산화되며, 이에 반해 연료 운반 가스 (4a, 5c) 는 촉매 반응으로 산화되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   슬루싱 가스 (3a) 로서는 5 부피 % 미만의 산소 함량을 가진 가스가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   수용 용기 (5) 로부터의 팽창 가스 (5e) 는 압축기 (18) 의 압력단에 공급되며 및/또는 압축 장치를 통해 슬루싱 용기 또는 슬루싱 용기들에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   산소 함유 가스는 가스 처리에서 분리된 이산화탄소 함유 가스의 대부분에 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
   
   
   
   
   
   

Images