KR101729360B1 - 과립 또는 미세 물질을 공급하기 위한 고압 공급장치 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 석탄공급시스템은 25 wt% 수분을 포함하는 분쇄된 낮은 등급의 석탄을 1000 psig 압력으로 구동되는 가스공급장치로 공급하기 위한 시스템을 개시한다. 상기 시스템은 락 용기 내에 박혀있는 모여진 가스투과파이프와 가스 디스트리뷰터를 포함한다. 석탄공급시스템의 구동의 다른 방법은 분쇄된 석탄의 브리징과 보관과 관련되는 공급문제를 촤소화하도록 하는 방법이 개시된다. 압력조절장치를 갖고 가스 추가 또는 배출을 사용하여 공급시스템 및 공급 장치 출구압력을 유지하는 방법이 또한 개시된다.

Description

과립 또는 미세 물질을 공급하기 위한 고압 공급장치 및 그 구동방법{A HIGH PRESSURE FEEDER AND METHOD OF OPERATION TO FEED GRANULAR OR FINE MATERIALS}

본 출원은 2009년 12월 21일 출원된 미국 가출원인 61/288,534의 우선권의 이익을 향유하여 출원된 것이다.

본 발명은 미국 에너지부에 의해 수여되는 협정문 DE-FC21-90MC25140에 기초하여 행해진 것이다. 미국정부는 본 발명에 대하여 일정 권리를 갖는다.

본 발명은 과립 또는 미세 물질의 혼합된 사이즈를 고압 용기로 공급하기 위한 장치 및 구동방법에 관한 기술이다.

어느 정도 수분을 함유하는 과립 또는 미세 석탄(granular or fine coal)을 고압 가스발생장치 내로 공급하는 데 있어서 어려움은 정확하게 석탄 공급률을 재면서, 대기압으로부터 구동압력에 이르기까지 석탄 흐름(coal stream)의 압력을 증가시키는 신뢰성 있는 방법을 창안하는 것을 포함한다. 필수적으로, 세가지 방법이 실행되어야 한다. 슬러리 석탄 공급 시스템(slurry coal feed systems), 락 용기를 구비한 드라이 파우더 공급시스템(dry powder feed systems)과 회전 계측 장치(rotating metering devices), 및 석탄 펌프이다.

슬러리 석탄 공급장치와 관련하여, 슬러리는 고압 가스공급장치 내로 펌핑하기에 충분히 낮은 석탄 슬러리 점성을 만들기 위해, 파우더 석탄에 추가되는 물 32-40 wt%를 포함한다. 상기 접근에 대한 근본적인 문제는 낮은 수준의 석탄을 거의 수분이 없는 조건으로 건조하기에 드는 비용이 매우 비싸다는 점이며, 이는 건조 과정이 매우 길기 때문이다. 예를 들어, 미국등록특허 6,162,265는 낮은 등급의 석탄을 제조하는 과정 및 건조하는 과정을 개시하고 있다. 상기 과정은 매우 복잡하며 가스화하는 시설이 경제적으로 비매력적이 되는 수준까지 자본(capital), 구동 및 유지 비용이 증가된다. 석탄으로부터 표면 수분을 제거하는 것이 상대적으로 쉽다.; 그러나, 석탄으로부터 내재하는 수분을 포함하여 거의 모든 수분을 제거하기 위해 요구되는 건조시설은 매우 커지게 된다. 석탄으로부터 거의 모든 수분을 제거한 후에, 물이 슬러리를 만들기 위해 다시 추가된다. 석탄을 건조화하는 고비용에 추가하여, 가스화 공정의 열효율은 낮아진다. 이는 거의 건조된 석탄을 슬러리하기 위해 추가되는 물은 가스공급장치에서 증발될 필요가 있다. 그리하여, 석탄 건조 및 슬러리 공급의 복합공정에서, 석탄과 함께 및 내에 존재하는 수분은 둘 다 증발을 하게 된다. 가스공급장치 내에서 물을 증발하기 위해 요구되는 에너지는 산소 감소를 증가시킬 뿐 아니라, 관련된 자본 및 구동 비용을 증가시킨다. 만일, 석탄이 슬러리 단계 이전에 건조되지 않는다면, 가스공급장치에서 증발되기 위해 필요로 하는 물의 양은 낮은 등급의 석탄이 상당한 양의 수분을 포함하는, 즉 석탄의 중량의 약 30 내지 45%가 되는 것과 같이 두 배가 된다. 가스공급장치에서 두 배의 듀티(duty) 수분 증발은 공정효율과 유용한 합성가스생산을 상당한 정도로 낮추고, 합성가스로부터 수분을 응결시키기 위해 높은 쿨링(cooling) 및 높은 산소 소모와 함께 구동비용을 증가시킨다. 그리하여, 낮은 등급의 석탄을 고압 가스공급장치로 공급하기 위해 슬러리 방법을 사용하는 것은 경제적으로 달성하는 것은 어렵다. 이것이 왜 상업적 실행이 어려운가에 대한 근본적인 이유이다.

종래기술에서 해온 바와 같이, 어거(auger) 및 스크류 공급장치와 같은 회전장치(rotating device)를 구비하여 석탄을 계측(metering)하거나 과립 석탄을 공급하기 위해 락 용기(lock vessel)를 사용하는 것은 또한 문제에 봉착하게 된다. 락 용기는 석탄이 저장통 내의 대기압으로부터 공급 용기 내의 구동압력으로 움직일 때까지 압력을 증가하도록 하는 수단이다. 압력을 증가하도록 하기 위한 락 용기 방법은 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 흔들도록 하는 것을 기초로 한다. 락 용기는 두 개의 밸브를 갖는다. 하나는 석탄이 락 용기로 공급되는 대기압 저장통에 연결되고, 다른 하나는 락 용기로부터 석탄을 받으며, 가스공급장치의 구동압력에서 유지되는 석탄 공급 용기에 연결된다. 사이클 공정 동안, 락 용기가 대기압 용기로부터 석탄을 공급받을 준비가 될 때, 유입 밸브는 열리게 된다. 석탄이 소정의 압력에 도달하는 경우, 유입 밸브는 닫혀지게 된다. 그리고나서, 락 용기는 질소 또는 이산화탄소와 같이 다른 상대적으로 불활성가스를 사용하여 압축된다. 락 용기 압력이 공급 용기 압력과 같아지는 경우, 출구 밸브는 열리게 된다. 락 용기 내의 석탄은 중력에 의해 공급 용기 내로 흐르도록 된다. 그리고, 대부분의 경우 상술한 바와 같이 된다. 그러나, 석탄 수분이 약 5%로 증가하게 되는 경우, 미세하게 갈린(ground) 석탄 입자는 락 용기가 압축될 때까지 락 용기 내에 보관되게 된다. 락 용기 내에 보관된 석탄은 락 용기로부터 압축된 공급 용기 내로 벗어나지 않게 된다. 공급 용기는 점차적으로 비어지게 된고, 결국에는 가스공급장치로 석탄 공급을 방해하게 된다. 석탄 공급의 손실은 기계의 멈춤 또는 재시동이 발생하기 때문에 가스공급장치의 동작에 영향을 주게 된다. 그리하여, 구동비용의 증가와 생산 손실의 원인이 된다.

계측 장치는 대개 미세 석탄이 대기로 새어나가는 것을 방지하기 위해 적절한 밀봉을 요구하는 회전장치이다. 이러한 장치는 석탄 먼지의 존재와 장치의 계속적인 회전으로 인하여, 공급장치와 대기압 사이에 존재하는 높은 압력 차이로 인해 계속적으로 지속되는 신뢰성 있는 밀봉을 개발하기 어렵다는 문제가 있다. 나아가, 계측의 정확성은 석탄 벌크(bulk) 밀도 내의 변화에 기인하여 어렵다. 석탄 입자에 기인한 회전장치 및 하우징의 부식은 이러한 석탄 공급장치 타입에 있어서 상당히 중요한 문제이다.

고압 가스공급장치에 직접적으로 석탄을 공급하기 위해 석탄 펌프를 사용하는 것은 오랜 기간 동안 개발되어 왔다.; 그러나, 상기 장치는 상업적으로 행하기에 상당히 충분할 정도로 개발되어 지고 있지 않다. 근본적인 이슈는 석탄 파우더 또는 과립 물질의 특성의 광범위한 변화 때문이다. 밀봉 압력이 어떤 좁은 범위의 석탄 입자를 위해 설계되었으므로, 가루가 된 석탄의 공급 특징의 자연스럽게 변화를 행하기 위해 항상 고압에서 밀봉을 행하는 것은 어렵다. 가루가 된 석탄 특징은 원탄(raw coal) 내에서 변화, 크러싱 및 밀링(crushing and milling) 공정 내에서 변화, 저장 및 운반 동안 석탄 입자의 분리에 기인하여 변화한다. 공급 또는 뜨거운 발화 공정 가스의 역류 및 가스공급장치 베드(bed) 물질의 방해는 석탄 펌프 시스템을 매우 불안정하게 할 수 있다.

미국등록특허 6,162,265

본 발명은 25%보다 높은 수분 함유량을 갖는 과립 또는 미세한 낮은 등급의 석탄을 5 내지 1000 psig의 범위 내의 구동압력을 갖고 공급하도록 하는 장치 및 구동방법을 개시한다.

본 발명은 제조되는 석탄 또는 탄소를 포함하는 물질을 고압 용기에 공급하도록 하는 장치 및 구동방법을 제공하는 솔리드 공급 시스템과 관련된다. 바람직한 석탄 수분은 1 내지 25%의 범위 내에 있다. 석탄 입자 사이즈는 0 내지 6 mm의 범위가 될 수 있다. 불규칙하게 형성된 입자를 정리하기 위한 다양한 방법이 있다. 대개, 약간의 석탄 입자는 동등한 구형 부피의 지름이라 할 수 있는 약 0.7 내지 구형에 가까도록 구형으로 형성될 수 있다. 발명의 개시에서, 6 mm 입자, 예를 들어, 6 mm 시이브(sieve) 스크린을 통할 수 있는 입자를 말한다. 일반적으로, 만일 상술한 바와 같지 않다면, 이것은 상기 케이스(시이브 스크린을 통과)라고 이해될 수 있다. 비록, 공급 시스템이 많은 다른 솔리드(solids)를 다룰 수 있다고 하더라도, 상기 시스템은 석탄과 같은 솔리드 입자를 공급하기 위해 석탄을 사용하는 것은 다루기 매우 어려운 물질 중 하나이며, 이는 그 자체의 이종 및 다른 특성에 기인한다.

요구되는 주기신호(cycle demand signal)를 조절시스템으로부터 받는 경우에는 언제나, 제조되는 석탄은 석탄 저장통에 저장되고, 락 용기에 공급된다. 본 발명은 연속 구동에 의해 바람직하게 되는 바와 같이, 락 용기로부터 솔리드 입자를 배출하거나, 공급 용기 내로 넣도록 하는 두 가지 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 첫 번째 방법은, 마이크로 유동방법(micro-fluidization method)으로 칭해진다. 락 용기의 구동 동안, 락 용기는 락 용기 배출 밸브가 공급 용기측으로 개방되기 이전에, 소정의 압축 프로파일 및 압축률에서 직접적으로 제공되는 용기 압력으로 압축하도록 한다. 만일, 솔리드 입자가 락 용기 내에 보관된다면, 구동은 공급 용기가 추가적인 솔리드를 받지 못함에 따라 실패하게 되고, 솔리드 공급 과정은 방해받게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, 만일 시스템 구동 압력이 50 psia 보다 크게 된다면, 락 용기는 시스템 구동 압력보다 3 내지 10 % 높은 압력으로 압축된다. 압력은 그리고나서 락 용기로부터 석탄 서지통으로 가스를 배출하는 것에 의해 공급 용기 구동 압력으로 감소된다. 가스 방출률 또는 벤팅라인(venting line) 내에서 오리피스는 락 용기 내에서 가스 표면 속도를 가질 수 있도록 설계되고, 락 용기 내에서 수단 입자(mean particle)의 최소 유동 속도의 거의 두 배이다.

마이크로 유동 과정 동안, 락 용기 내의 모든 물질이 실질적으로 유동할 수 있도록 하기 위해, 가스 벤팅 부재(gas venting element)는 큰 락 용기 내에 설치된다. 이러한 벤팅 부재의 구조는 파이프 벽을 통해 뚫려 있는 다수의 홀을 구비한 스틸파이프를 포함하고, 상기 모든 홀은 고체는 통과되지 못하는 가스투과물질로 덮여 있다. 이러한 물질 중의 하나가 소결 금속이다. 다른 물질과 배치는 동등하게 실현된다.

나아가, 유동 과정을 돕기 위해, 추가되는 가스는 락 용기 내에 삽입되는 가스 부가 파이프(gas addition pipes) 또는 가스 분포 멤브레인(gas distribution membrane)을 통하여 락 용기에 추가될 수 있다. 추가되는 가스는 벤트 파이프로 지나가게 되며, 과정동안 베드 물질(bed material)을 유동화하기 위해 지나가게 될 것이다.

락 용기를 통해 보관하는 경향을 갖지 않는 솔리드 입자를 위해, 입자는 주로 솔리드 출구 근처 락 용기의 바닥에서 주로 보관되는 경향을 가진다. 입자 패킹(particle packing)은 공급 용기의 구동 압력 보다 높거나 낮은 약 2 내지 15 pound/inch²(psi)로 락 용기를 초과 압축(over-pressurizing)하거나 압축(under-pressurizing)하도록 하는 것에 의해 망가질 수 있다. 락 용기와 공급 용기 사이의 밸브가 개방될 때, 압력 차이는 락 용기와 공급 용기 사이의 빠른 가스 교환의 원인이 된다. 그 결과, 락 용기 바닥 근처의 브리지 또는 입자 패킹(particle packing)은 망가질 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 가스공급장치 또는 반응 용기(reactor vessel)와 공급장치(feeder)에서 솔리드 출구 사이에 정압 차이를 유지하기 위해 공급 용기 하부에 위치하는 다운커머 내에 압력조절장치를 갖도록 하는 것이다. 상기 장치는 시스템이 공급 시스템으로부터 빠르게 가스를 방출하거나 삽입하도록 하는 것을 허용하며, 바람직한 일정한 공급 시스템 압력을 유지한다.

공급 시스템은 압력조절장치의 하부에 공급 장치를 갖는다. 공급 장치는 다운커머, 숏 라이저 및 에어레이션(aeration) 노즐을 포함하여 구성된다. 라이저의 하부에 있는 솔리드 입자는 움직이면서 흐르고, 확장된 베드(expanded bed)와 같이 흐른다. 라이저를 통해 다운커머 내로 흐르는 공급 용기 및 공급 장치로부터 조절가스는 확산된 베드(bed)를 유지한다. 본 발명의 목적 중 하나는 공급 장치를 통해 흐르는 전체 조절 가스를 구비하며, 라이저 내에서 베드 움직임 속력을 조절하는 것에 의해 솔리드 입자 공급률을 조절하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 중의 하나는 공급 용기 및 다운커머 내에서 운송 가스(transport gas)가 솔리드 입자와 접촉하는 것을 방지하거나 또는 감소시키는 것이다. 운송 가스는 라이저의 상부에 추가되고, 충분한 운반 속도를 갖기 위해 운반라인이 유지된다. 상술한 바와 같은 내용은 운반라인 내에서 반응하는 운송 가스의 상당한 양과 함께 공급 용기 내에서 불활성 조절 가스의 작은 양의 사용을 실현하게 하며, 공급 용기 내에서 운송 가스와 솔리드 입자 간의 어떤 반응을 방지할 수 있도록 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 공급 시스템으로 가스를 조절하는 것 및 시스템 압력을 공급하는 것 모두의 조합을 통해 솔리드 공급률을 조절하는 기술이 개시된다. 솔리드의 주어진 특성에서, 공급률의 조절은 공급장치(feeder)의 배출섹션으로의 가스흐름률과 공급 용기로의 가스흐름률에 기초한다. 일정한 공급률 구동을 위해, 공급 용기로의 가스 공급은 공급 용기로부터 나오는 솔리드 체적 흐름보다 미세하게 높게 된다. 만일, 구동 동안 솔리드의 특징이 변화하게 되면, 가스공급장치 또는 반응기로의 석탄 또는 솔리드의 질량흐름률은 일정한 공급 시스템 압력을 유지하는 것에 의해 유지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공급 저장통, 락 용기, 공급 용기, 압력조절장치 및 공급장치를 포함하는 공급장치 어셈블리의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 압력조절장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤팅 장치 및 내부 가스 분포를 구비하는 도 1의 락 용기의 단면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 락 용기 가스 주입(injection) 및 방출 장치의 단면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1의 공급장치를 도시한다.
도 6은 마이크로 흐름을 설명하는 락 및 공급 용기 압력의 실험적인 경향을 도시한다.
도 7은 PDAC 공급 장치를 통한 전체 조절 질소 흐름률과 석탄공급률의 실험적인 경향을 도시한다.

도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 분리 어드밴스드 석탄 공급장치(pressure decoupled advanced coal feeder, PDAC)(100)는 용기 및 공급장치 어셈블리와 압력조절장치를 포함한다. 석탄 제조 시스템으로부터 가스공급장치 또는 반응기(150)로 운반 중에 제조되는 석탄을 임시적으로 저장하기 위해 배치되는 석탄 서지통(102)을 포함한다. 석탄 서지통(coal surge bin)(102)은 락 용기(108)로부터 가스방출을 허용한다. 복수의 필터백(filter bags)(101)은 석탄 먼지를 걸러내기 위해 서지통(102)에 설치된다. 또한, 개구를 갖는 스크린(104)은 석탄공급과정을 방해하지 않도록 설치된다. 어떤 실시예에서, 스크린(104)의 개구는 약 2인치 정도의 크기로 사이즈 될 수 있다. 또한, 공급 용기(114), 압력조절장치(117), 석탄공급률조절장치(120) 및 석탄밀도측정장치(130)가 석탄운반라인(132) 상에 포함될 수 있고, 상기 석탄운반라인(132)은 석탄을 가스공급장치 또는 반응기(150)로 운반할 수 있다.

적어도 하나의 밸브(106)가 락 용기(108)와 서지통(102) 사이에 설치된다. 다수의 실시예에서, 두 개의 밸브가 락 용기(108)와 서지통(102) 사이에 설치될 수 있다. 서지통(102) 하부에 제1 밸브는 공급시스템이 정지가 되는 경우, 락 용기(108)로부터 서지통을 격리한다. 제2 밸브는 락 용기(108)와 서지통 하부의 제1 밸브 사이에 위치될 수 있으며, 락 용기와 서지통 사이에서 압력 경계(pressure boundary)로 동작할 수 있다. 제2 밸브는 상대적으로 깨끗한 환경에서 닫히게 되며, 제1 밸브가 닫힌 후 적어도 몇 초 후 닫히도록 되어 있다.

밸브(106)는 언제든지 개방될 수 있으며, 서지통(102)으로부터 석탄을 바람직한 수준으로 락 용기(108)를 채울 수 있다. 락 용기(108)에 석탄을 추가하는 초기 신호는 연속적인 신호가 될 수 있다. 초기 신호는 석탄 공급 용기(114) 내의 석탄 수준 측정에 기초하여 행할 수 있다. 설명의 목적을 위해, 석탄 운반의 사이클을 위한 시작점으로 레벨 프로브(level prove)(115)를 사용할 수 있다. 상기 레벨 프로브(115)가 석탄 레벨이 소정의 레벨에 도착했다는 것을 감지하게 될 때, 연속적으로 이미 지정된 레벨(107)로 락 용기(108)를 채우도록 락 용기 입력 밸브(106)의 개방을 시작한다. 락 용기(108)에 대한 레벨 측정은 다양한 레벨 측정 기술 중 어느 것이 될 수 있는 바, 예시적으로 감마선 측정(gamma ray measurement), 유도 레벨 프로브(conductance level probe), 캐패시턴스 레벨 프로브, 진동 프로브, 초음파 레벨 측정, 및 다른 레벨 측정 기술이 적용될 수 있다. 한편, 레벨 측정이 솔리드 레벨을 감지하면, 락 용기 솔리드 입력 밸브(106)는 닫혀지고, 락 용기(108)는 압축 과정을 시작한다. 종래기술에서, 락 용기(108)는 공급 용기 압력과 동일한 압력으로 압축되고, 밸런스 라인(111) 상의 밸브(110)는 개방된다. 실질적으로 동시에, 락 용기(108)의 출구에서 밸브(112)는 개방될 수 있다. 솔리드는 공급 용기(114) 내로 중력에 의해 락 용기(108) 밖으로 흐를 수 있다. 그러나, 락 용기(108) 내의 석탄과 같은 솔리드는 실질적으로 높은 수분함량을 갖는 입자일 뿐 아니라, 예를 들면 사이즈에서도 45 마이크론보다 작은 입자를 포함할 수 있으며, 입자는 패킹되거나, 중력하에서 자유롭게 흐를지 않을 수 있다. 건조되거나 분쇄될 때, 석탄과 같은 솔리드 입자는 사이즈 면에서 균일하지 않으며, 수분 특성은 하루와 같은 짧은 시간 주기를 가지고 변화할 수 있다. 사이즈와 수분 특징이 하루 동안 심지어 짧은 지속이 되는 범위 밖에 있을 때, 가스공급장치 또는 반응기(150)와 같은 압축되는 유닛으로 공급되는 석탄의 손실을 가져올 수 있다. 다음과 같은 세가지 방법 중 하나에 의해, 본 발명의 실시예는 만일 공급 입자의 특징이 변한다고 하더라도 공급을 유지할 수 있다.

한 실시예에서, 락 용기(108)는 공급 용기에서의 압력보다 3 내지 15 psi 초과 압축될 수 있다. 여기에 묘사되는 다른 락 용기 동작 방법에서, 연속 압축은 느린 압축률(예로, 약 60초에 이름)을 포함하며, 압력이 바람직한 최종 압력의 5% 이내가 될 때, 빠른 압축률로 이어지며, 최종적으로 바람직한 최종 압력에 도달할 때까지 느린 압축률을 포함한다. 각각의 압축 단계의 타이밍은 석탄 원료의 특성에 의지하여 변화할 수 있다. 입자의 패킹(packing)은 압축의 시작에서 발생하고, 초기 느린 압축 단계는 보관의 영향을 최소화하게 된다. 최종 느린 압축 단계는 바람직한 압력이 최소의 오버슛(overshoot)에 도달하는 것을 보장한다.

락 용기(108)의 정해진 높은 압력에 도달할 때, 밸런스 라인(111) 상의 밸브(110)는 먼저 개방하게 되고, 이는 압력이 공급 용기(114) 내에서 보다 락 용기(108) 내에서 높기 때문이며, 가스는 락 용기(108)로부터 공급 용기(114)로 흐를 것이다. 락 용기(108)로부터 가스 방출은 락 용기 내에서 솔리드를 유동화하는 경향을 가지거나, 락 용기(108) 내에서 적은 브리징(bridging)을 깰 수 있다. 짧은 딜레이(예로 500 밀리세컨에서 1초) 후에, 락 용기 출구 밸브(112)는 개방된다. 락 용기(108)가 여전히 미세하게 포지티브 압력 하에 있게 됨에 따라, 락 용기 출구 내의 솔리드의 작은 브리징은 락 용기(108) 내에서 프지티브 압력으로부터 밀게 될 뿐 아니라, 중력 하에서 깨지거나 떨어지게 된다. 작은 브리징에 의해, 솔리드는 연속적으로 및 가끔 흐르게 되는 것으로 이해되고(예로, 약 매 4 내지 8시간, 또는 약 30 내지 60 사이클), 솔리드가 공급 용기(114) 내로 떨어지는 것이 실패하게 될 때, 출구에서 약한 락 용기 브리징이 발생하게 된다. 상기 브리징이 발생하게 될 때는, 상술한 과정은 브리지를 깨게 되고, 공급 과정이 연속될 것이다. 상기 과정은 초과 압력 모드로 칭하게 된다.

PDAC 공급 장치 출구(123)와 반응기(150) 사이에 압력차이를 실질적으로 일정하게 유지하기 위해, 공급 용기(114)와 석탄 공급 출구 내에서 높은 압력을 가져오는 초과 압축으로부터의 추가 가스는 적절하게 배출되어야만 한다. 일 실시예에서, 가스 방출은 압력조절장치에 의해 실현된다. 여기에서 병합되는 미국특허공보 2010/0263342는 압력조절장치(압력 렛-다운 장치(pressure let-down device)로 알려진)를 개시하고, 구동 시스템 압력으로부터 실질적으로 대기 압력으로 솔리드 스트림 압력을 떨어뜨리는 장치가 설치되는 다른 실시예에서 장치의 구동을 개시한다.

실시예에서, 압력조절장치(117)는 석탄 공급 장치에 대하여, 도 2에서 제공되며, 압력 조절 장치는 솔리드 스트림(214)으로 밸브(119)를 통해 가스를 추가하는 수단과 같은 사용에 대한 것이 배치된다. 가스 챔버(206)는 내부 가스 투과 멤브레인(212)과 외부 가스 투과 멤브레인(208)을 구비하는 위치에서 불활성 과립(granular) 솔리드(210)의 베드를 구비한 프로세스 솔리드 스트림(214)로부터 격리된다. 가스는 또한 솔리드 스트림(214)의 압력을 감소하도록 밸브(218)를 통해 배출된다. 미국특허공보 2010/0263342에서 사용된 장치와 다르게, 본 발명의 일 실시예에서, 압력조절장치(117)를 통한 압력 차이는 낮게 되고, 이는 작은 양의 가스를 방출하거나 추가하는 것에 의해 압력을 조절하는 것이다. 솔리드 스트림(214)으로부터 가스의 추가/배출과 함께, 압력조절장치(117)의 출구에서 솔리드 스트림의 압력은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.

락 용기(108)가 초과 압력 모드로 구동됨에 따라, 압력 밸런스 라인(111) 내에서 밸브(110)와 밸브(112)는 개방되고, 솔리드와 함께 가스는 빠르게 공급 용기(114)를 지나가게 될 수 있으며, 이는 초과 압력에 기인하여 높은 압력 차이에 의해 발생하게 된다. 만일, 가스와 솔리드가 공급 용기(114)로부터 반응기(150)로 흐르는 것을 허용하게 되면, PDAC 공급 장치 출구(123)와 반응기(150) 사이에서 압력 차이는 증가하게 될 것이고, 그 결과 솔리드 공급률은 증가하게 될 것이다. 하기 도시되어 있는 바와 같이, 압력 차이의 조절은 PDAC 공급 장치 출구(123)으로부터 반응기(150)로 솔리드의 흐름률을 조절하는 것이 중요하다. 상술한 바와 같은 압력 증가를 피하기 위해, 락 용기(108)의 초과 압력에 기인하는 초과 가스는 가스 방출 밸브(118)를 개방하는 것에 의해 압력조절장치(117)에 의해 방출된다.

도 2에 도시되는 바와 같이, 압력조절장치(117)는 다운커머, 공급 용기(114)의 다운스트림 내에 위치하고, 락 용기(108)로부터 가스 및 솔리드 흐름 스트림(214)을 받는다. 연결 파이프(203)와 압력조절장치(117)는 제1 단부에서 공급 용기(114)와 연결되고, 다른 단부에서 PDAC 공급 장치(120)과 연결된다. 압력 측정 장치(127)가 정해진 값보다 높은 압력을 감지할 때, 조절밸브(118)는 만일 필요하다면, 정해진 값으로 공급 용기(114) 압력을 빠르게 감소하도록 개방한다. 압력조절장치(117)의 출구(220)에서 가스 및 솔리드 스트림은 거의 일정한 압력을 갖는다. 짧은 높은 석탄 공급률 스파이크(spike)는 석탄 가스공급장치의 효율 및 구동에 거의 해를 끼치지 않는다. 그리하여, 초과 압력 모드에서, 급격하게 되지 않도록 공급 용기 압력을 감소하도록 가스를 방출하며, 쉽게 조절될 수 있다. 초과 압력 모드에서 시스템과 락 용기(108)를 구동하는 것은 장점이 될 수 있으며, 이는 시스템의 로직이 반응기(150)로부터 공급장치로의 가스의 역 흐름의 가능성을 감소시키기 때문이고, 만일 그것이 발생한다고 하더라도 이는 안전한 범위가 된다. 초과 압력 모드에서, 최악의 시나리오는 석탄 공급률에서의 스파이크이며, 이는 압력 조절에서 잠재적인 부정확성에 기인한다. 일반적으로, 압력조절은 신뢰성있고 정확하게 작용할 수 있으며, 석탄 공급률은 어떤 스파이크를 보이지 않는다.

락 용기에 대한 제2 구동모드는 일반구동모드(under-pressurization mode)이다. 이 모드는 락 용기 내에서 발생하는 보관이 정상적인 것보다 높게 되는 석탄 내에서의 질 좋은 부분에 기인할 때 기능 할 수 있다. 이 구동모드 하에서, 락 용기(108)는 공급 용기(114) 보다 미세하게 낮은 압력으로 압축된다. 석탄의 특징에 기초하여, 압력 차이는 3 내지 15 psi 범위가 될 수 있다. 락 용기(108) 내에서 압력이 공급 용기 압력 이하가 되는 3 내지 15 psi 가 될 수 있는 정해진 압력에 도달하는 경우, 밸브(112)는 개방이 되도록 배치된다. 공급 용기(114) 내에서 높은 압력은 가스를 공급용기로부터 락 용기(108) 내로 위로 향하도록 하게 한다. 밸브(112)가 개방된 후, 밸런스 라인 내의 밸브(110)는 짧은 딜레이 후에 개방되도록 배치될 수 있다. 석탄이 락으로부터 공급 용기 내로 떨어지는 것이 시작하게 됨에 따라, 석탄에 의해 점유하고 있는 공간은 가스에 의해 채워지게 된다. 석탄이 공급 용기 내로 떨어지게 됨에 따라, 동등한 양의 가스로 대체된다. 공급 용기로부터 대체되는 가스는 공급 용기로 움직이는 석탄 볼륨을 채우도록 밸런스 라인을 통하여 락 용기로 지나게 될 수 있다.

일반압축은 공급시스템에서 일시적으로 실질적인 압력 감소의 요인이 될 수 있으며, 순차적으로, 공급률 감소의 요인이 되고, 더 이상의 반응이 일어나지 않는다. 그러나, 역 흐름 상황은 그렇지 않은 바, 이는 일반 구동 공급 압력은 반응기 압력보다 적어도 15 psi 높게 설계되기 때문이다. 실제, 일반 구동 동안 압력 차이는 50 psi이다. 그러나, 가스공급장치로 석탄을 공급하는 공급시스템에서 공급률 감소는 바람직하지 않다. 공급률 감소를 피하기 위해, 가스는 공급라인(122)을 통해 공급 용기(114)의 상부 (스트림(126))과 하부 (스트림(129)) 부분으로 공급시스템 내로 주입된다. 압력조절장치(117)는 스트림(124)과 함께 밸브(119)와 PDAC 공급장치(120)를 사용한다. 상기 스트림 사이에서 가스의 분포는 공급 물질과 시스템 디자인의 특징에 의존한다. 공급 용기(114)와 PDAC 공급장치(120) 내에서 노즐의 수는 복수가 될 수 있다. 주어진 락 용기 사이즈와 압축되는 정도를 위해 필요로 하는 추가되는 가스의 양은 매우 정확하게 계산될 수 있다. 예를 들면, 만일, 락 용기 볼륨이 가스상에 의해 채워지는 볼륨의 약 50%가 되는 500 ft³ 이 되고, 락 용기(108)가 15 psi 이하로 압축된다면, 필요로 하는 추가되는 가스의 전체 양은 17.5 lbs 이다. 공급용기 내에서 압력을 저장하도록 하는 바람직한 시간 인터벌과 요구되는 추가 가스의 양은 이미 알려져 있으며, 당업계의 당업자는 가스를 주입하도록 밸브를 조절하는 것과 적절한 라인 사이즈를 선택하는 것 또는 버퍼 탱크의 사이즈를 결정하는 것은 알려져 있다. 타임 래그(time lag)를 최소화하기 위해, 밸브를 위한 엑추에이션 타임을 고려하며, 공급 포워드 조절 시스템은 사용될 수 있고, 압력 회복 시간을 확보하기 위해 가스 주입 밸브에 행해지는 신호는 약 500 밀리세컨드보다 적다.

본 발명의 또 다른 실시예는 마이크로 유동(micro-fluidization)이다. 락 용기(108)는 공급 용기(114) 내에서 압력보다 약 3 내지 15% 높게 압축된다. 높은 압력 가스는 락 용기(108) 내의 압력이 실질적으로 공급 용기(114)와 같게 될 때까지 벤트 라인(128) 내의 밸브(134)를 통하여 락 용기(108)로부터 방출된다. 만일, 가스가 락 용기(108) 내에서 솔리드 베드를 통하여 균일하게 방출되면, 락 용기(108) 내에서 가스 표면 속도는 입자의 최소 유동 속도보다 실질적으로 높게 되고, 락 용기(108) 내에서 솔리드 베드는 유동하게 될 것이다. 락 용기(108) 내에서 입자 패킹(packing)의 영향을 최소화하게 되며, 솔리드는 밸브(112)가 도 1에 도시된 바와 같이 개방되게 될 때, 공급 용기 내로 자유롭게 떨어지게 될 것이다.

대부분의 솔리드에 있어서, 락 용기(108) 내에서 입자 패킹 효과는 빠른 압축 단계의 후 단계 동안 감소된다. 마이크로 유동의 변화는 빠른 압축 단계 동안 약 1 내지 3초의 시간 범위 내에서 가스를 방출하는 것에 의해 영항받게 되고, 밸런스 라인 밸브(110)와 락 용기(108)와 공급 용기(114) 사이의 밸브(112)를 개방하기 이전에 공급 용기 압력으로 압축하도록 유지하게 된다. 이런 변화는 초기 압축단계 동안 발생하는 입자 패킹의 대부분에 도움을 주게 되며, 솔리드는 통하게 된다. 솔리드는 마이크로 유동 단계 이후에 압력 유지와 함께 보관되는 경우는 거의 없다.

마이크로 유동의 한 면은, 가능한 균일하게 락 용기(108)로부터 높은 압력의 가스를 방출하는 것을 포함한다. 그 방법은 도 3에 도시된 것과 같이 락 용기(108)와 함께 잘 설명된다. 락 용기(108)를 통해 실질적으로 균일하게 가스를 방출하도록 하기 위해, 가스 방출 부재는 락 용기(108) 내에 설치될 수 있다. 가스 방출 부재(310, 320)는 도 4에 도시된 바와 같으며, 구조상 유사하다. 가스 방출 부재(310, 320)는 필수적으로 압축 가스의 분포 뿐만 아니라 모으기 위해 링 헤더(410)를 포함한다. 다수의 가스 투과 파이프(412)는 링 헤더(410) 상으로 설치되고, 파이프(412)의 길이는 락 용기(108)의 형상에 의지하여 변화하게 될 수 있다.

도 4는 가스 투과 파이프(412)의 구조를 도시한다. 내부 부분(452)은 벽을 통하여 구멍이 형성된 복수의 홀을 구비한 파이프이다. 각각의 홀의 사이즈는 변화할 수 있으며, 그러나, 실시예 중의 하나에서, 그들의 사이즈는 약 1/4 인치로부터 1/2 인치에 이르기까지 사이즈가 될 수 있다. 홀의 수는 적어도 파이프 사이즈에 의지하며, 방출되는 가스의 양에 의지한다. 하나의 가이드라인은 홀의 전체 단면이 파이프 지름에 기초한 파이프(412)의 단면의 약 10배가 될 수 있으며, 홀은 가스 흐름에 어떤 실질적인 저항을 제공하지 않을 것이다. 가스 투과 파이프(412)의 외부부재(454)는 어떤 가스 투과 물질로 제조될 수 있다. 그러나, 하기 서술한 바와 같이, 파이프(412)는 가스가 양 방향으로 흐르도록 하는데 사용될 수 있다. 그리하여, 본 발명의 일 실시예에서, 파이프(412)는 리지드하게 될 수 있다. 본 실시예에 적합하게 되는 일반적인 물질은 다양한 구멍 사이즈 내에서 가능한 소결 금속이다. 소결되는 금속은 내부 파이프로 들어오는 입자를 제한할 수 있으며, 벤팅 밸브를 부식할 수 있다.

락 용기(108)가 마이크로 유동 모드에서 동작할 때, 가스 방출 파이프(412)는 또한 낮은 투과성을 가지는 물질을 위해 압축 가스(302)를 분포하도록 압축하는 동안 사용될 수 있다. 이러한 인터널(internals)은 가스 분포를 위해 사용될 때, 그들은 낮은 투과에 기인하는 흐름 저항을 극복하는 솔리드 베드를 통해 보다 빠르고 더욱 균일하게 가스를 분포시킬 수 있다. 락 용기(108) 내의 솔리드 베드를 통한 가스의 균일한 분포는 낮은 투과성을 구비하는 솔리드 입자에게는 도전이 된다. 당업계의 전문가는 압축 단계 동안 베드를 통해 가스가 투과할 수 있도록 느린 압축 기술을 제안한다. 그러나, 상업적 구동을 위해 종종, 이러한 기술은 장기간의 압축 시간이 요구되므로 비실현적이다. 도 3 내지 도 5에서 제공되는 락 용기(108)의 내부 배치 실시예는 압축 수단과 같은 락 용기(108)의 사이드 상에서 노즐 및/또는 원뿔 멤브레인의 사용과 비교하여, 베드 내에서 짧은 가스 흐름 경로를 가져온다. 압축 단계 동안, 하이퍼볼릭 멤브레인(hyperbolic membrane)(330)은 락 용기(108)(도 3에 도시된 바와 같이)의 콘 섹션(cone section) 내에 위치될 수 있으며, 가스(302)를 추가하기 위해 사용될 수 있다.

한 실시예에서, 마이크로 유동의 하나의 가이드라인은 락 용기(108) 내의 압축은 구동 압력, 락 용기(108)의 사이즈, 및 공급 물질의 특징에 의존하는 공급 용기 압력 보다 약 3 내지 15% 정도 높다는 것이다. 락 용기(108) 내에서 초과 압력의 퍼센트는 락 용기(108)의 증가되는 구동 압력 및 증가되는 사이즈보다 낮다는 것이다. 락 용기(108)가 마이크로 유동을 위해 정해진 초과 압력에 도달한 후에, 일반적인 벤팅 라인(128) 뿐만 아니라 내부 가스 방출 부재(310, 320)를 통한 압력 방출률은 락 용기(108) 내에서 가스 속도가 락 용기(108) 내에서 실질적으로 모든 물질의 유동을 행하도록 하는 최소한의 유동 속도의 두 배보다 크게 되도록 할 수 있으며, 이는 입자 패킹의 효과를 감소시킨다. 하나의 비 제한적인 실시예에서, 만일, 공급 용기가 약 500 psi에서 압축되고, 10% 초과 압력이 선택될 수 있으며, 이는 벤트 밸브가 개방되기 전에 행해진다. 그리고나서, '정해진' 초과 압력은 550 (500의 500+10%) psi가 된다.

락 용기(108) 내에 석탄을 확보하기 위해, 패킹을 하기 위해 물질에 대한 가스 방출 단계 동안 유동화하며, 가스 스트림(302)(도 3에 도시된 바와 같이)은 락 용기(108)의 콘 섹션 내에 멤브레인(330)을 통하여 몇 초동안 주입될 수 있다. 락 용기(108)의 콘 및 출구 섹션은 대부분 패킹됨으로, 가스 방출동안 가스 주입은 솔리드가 상기 섹션들에서 유동화될 수 있는데 도움을 주며, 그리하여 압축과정동안 발생하는 입자패킹과 브리징의 영향을 감소시킨다. 초과 압축 가스가 방출된 후에, 락 용기의 압력은 공급 용기 압력과 동일해지고, 솔리드는 공급 용기(114) 내로 자유 낙하할 수 있다. 마이크로 유동 동안 가스 방출 동작은 실시예에서, 구동압력에 의존하여 약 1 초 내지 5초 사이에 지속된다.

상술한 바와 같이, 압력 조절 장치(117)는 장치(117)를 통해 흐르는 솔리드 스트림(214)으로 가스를 추가하는 것에 의해 또는 가스를 철회하는 것 중 어느 것에 의해 공급장치와 반응기(150) 사이에 압력 차이를 조절하는데 사용될 수 있다. 석탄 공급 장치와 가스공급장치 또는 반응기(150) 사이의 압력 차이를 유지하기 위해 사용되는 두 번째 방법은 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, PDAC 공급장치(120)이다. 공급 용기(114)와 압력 조절 장치(117)를 통해 추가되는 조절가스는 PDAC 공급 장치(120)를 통해 흐르게 된다. 추가되는 조절 가스(124)는 장치(120)를 통해 석탄 공급률을 조절하기 위해 필수적으로 추가된다.

석탄 공급률은 PDAC 공급 장치(120)를 통해 통과하는 공급 시스템으로의 조절가스와 공급 시스템 압력의 결합을 통하여 조절된다. 주어진 솔리드의 특성을 위해, 공급률의 조절은 공급장치의 배출 섹션으로 가스 흐름률에 적어도 기초하고, 공급 용기와 압력 조절 장치(117)로의 가스 흐름률에 기초한다. 일정한 공급률 구동을 위해, 공급 용기(114)로의 가스 공급은 공급 용기(114)로부터의 솔리드 볼륨 흐름률보다 미세하게 높다. 솔리드로 대체되는 부피를 점유하는 공급 용기(114)로 들어오는 가스의 부분은 용기(114)로부터 계속적으로 공급된다. 만일, 솔리드의 특성이 구동과정동안 그린드(grind)에서의 변화 또는 서지통(102) 내에서 분리에 기인하여 변화한다면, 가스공급장치 또는 반응기(150)로의 석탄 또는 솔리드의 질량 흐름률은 실질적으로 일정한 공급 시스템 압력을 유지하는 것에 의해 유지될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 압력 조절 장치(117)로부터 석탄은 파이프(140)의 짧게 경사진 다운커머 섹션으로 하방향으로 움직인다. 그리고나서, 석탄은 공급 출구(123)을 통해 운반라인으로 배출되기 이전에 짧은 수직 라이저(141)을 통해 움직인다. 운반 가스(125)의 일부는 파이프(142)를 통해 라이저의 상부로 들어가게 되고, 파이프(142)의 단부에 결합되어 있는 인버티드(inverted) 콘(144)을 통해 라이저(141) 내로 배출된다. 인버티드 콘(inverted cone)(144)을 나감에 따라 운반가스는 다운스트림 유닛으로 석탄을 운반하도록 움직이는 확장된 베드의 상부로부터 석탄입자를 픽업하게 된다. 조절 가스와 운반 가스 모두는 섹션(143)을 통해 상부로 흐를 수 있다. 공급 물질과 다운스트림 과정의 특성에 의존하여, 라이저(141)의 섹션(143) 내에서 표면 가스 속도는 운반 가스 흐름률을 조정하는 것에 의해 약 3과 10 ft/s 사이에서 유지될 수 있다. 추가 운반 가스는 가스공급장치 또는 반응기(15)로 석탄을 운반하도록 라인 내에서 표면 가스 속도를 유지하도록 공급 장치 출구(123)의 다운스트림에 추가된다. 공급률 조절 장치(117)의 일 배치예가 도 5에 도시됨에도 불구하고, 솔리드와 관련되어 있는 당업계의 당업자는 다른 배치를 충분히 이해할 수 있는 바, 가스를 운반하는 방법에서의 변화가 라이저 내로 소개되고, 상술한 바와 같은 기술과 대응되게 라이저로부터 석탄이 운반되는 방법도 이해할 수 있다.

다운커머 섹션(140)과 라이저(141) 내에서 경사진 레그의 사이즈는 석탄 공급률에 대한 조절 및 약화(turndown)를 달성하기 위해 선택된다. 경사진 레그는 조절 가스의 작은 부분에 의해 들어가게 되고(aerate), 석탄은 중력에의해 필수적으로 경사진 레그를 통해 흐른다. 경사진 레그의 지름은 최대 석탄 공급률보다 더 많은 것을 제공하도록 선택되고, 상기 장치는 라이저 하부로의 공급이 라이저를 통해 최대 석탄 공급률에서 제한되지 않도록 보장하기 위해 설계된다. 공급시스템 내에서 다양한 위치로 추가되는 대부분의 조절가스는 라이저(141)로 들어갈 수 있다. 라이저(141) 내에서 가스와 솔리드의 특징은 움직이는 밀집한 확산된 베드로 서술된다. 석탄 공급률은 표면 가스 속도 또는 볼륨 가스 흐름률에 비례하며, 이는 결국 라이저(141)를 통해 흐르는 조절 가스에 기인한다. 라이저의 이 부분 내에서 표면 가스 속도는 약 0과 약 1ft/s 사이가 될 수 있다. 조절 가스는 전체 운반 가스의 약 10 내지 15% 사이의 범위가 될 수 있다.

운반가스(125)는 PDAC 공급 시스템 내에서 다양한 위치에 추가되는 조절 가스(124)로부터 다르게 된다. 반응관련에 기인하여, 공급 용기(114)에 들어가는 운반가스를 갖도록 하는 것이 바람직하지 않은 위치가 될 수 있으며, 상기 공급 용기(114)는 공급 물질의 벌크(bulk) 양을 포함할 수 있다. 공기 송풍(blow) 가스공급장치 내에서, 운반 가스는 공기이고, 조절 가스는 일반적으로 질소 또는 카본 디옥사이드(carbon dioxide)와 같은 불활성가스이다. PDAC 공급 장치 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 효과적으로 공기가 공급 용기(114)에 들어가서 석탄과 반응하는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 장치 및 방법은 석탄 특징 및 제조 방법이 변화할 뿐만 아니라 심지어 석탄을 공급하는 어려움에도 불구하고, 가스공급장치에 석탄공급률을 유지하기 위해 공급 시스템의 신뢰성을 증가시킨다. 시스템의 신뢰성은 도 5에 도시되어 있는 공급장치가 움직임 부분이 없는 것과 같이 더욱 증가하게 되고, 석탄 공급장치의 다른 타입 내에서 일반적이다. 회전 테이블 공급장치, 어거 공급장치(auger feeder), 피스톤 공급장치 및 회전 드라이 펌프 공급장치는 움직이는 부분을 갖는 석탄 공급장치의 다른 타입의 예이고, 상기 움직이는 부분은 차츰 사라지는(wear) 및 닳게 되며(tear), 모터, 축 밀봉 리키지와 같은 다른 유지 문제를 가져오며, 고정 및 회전 부분 사이에 작은 클리어런스(예, 5 mil)를 유지하고, 부식 문제 등이 있다.

{실시예}

하기 설명되는 내용은 본 발명의 실시예를 제한하지 않는다. 이 실시예에서 설명, 범위 또는 다른 정보도 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 빠른 순환 내에서, 압축된 유동되는 베드 가스공급장치 파일롯 테스트 설비, 어거 및 회전 테이블 공급 시스템은 테스트되고, 상기 시스템의 낮은 능력, 다른 원초적 이슈들은 PDAC 공급 시스템의 발전을 가져온다. PDAC 공급 시스템은 직접적으로 라인 가스공급장치 구동으로 관련되어 있으며, 또는 클로즈드 순환 오프-라인 석탄 공급 테스트 시스템에 연결된다. 오프-라인 시스템은 가스공급장치와 압력 렛-다운 시스템을 시뮬레이션하는 큰 리시버(receiver) 압력 용기를 포함하고, 엄격하게 클로즈드-루프 내에서 실질적으로 연속적으로 구동할 수 있도록 허용하며, 엄격하게 다양한 개념을 실험할 수 있다. 가스공급장치에 일렬로 연결될 때, 공급 시스템은 약 100 내지 280 psig 압력에서, 석탄을 약 300 내지 6000 lbs/hour 를 공급할 수 있다.; 오프-라인 테스트 루프에서, 공급시스템은 약 480 psig 압력으로 유사한 률로 공급할 수 있다. 테스트 목적으로, 석탄의 질량 수단 지름은 약 200 내지 800 마이크론으로 변화한다. 낮은 등급의 석탄은 대부분 테스트되고, 공급 석탄의 수분 함유량은 18 내지 25 wt%로 변화한다.

압축 동안, 석탄 입자를 팩하기 위한 경향은 락 용기 내에서 석탄 브리징의 원인이 되고, 공급 시스템의 효율과 능력에 부정적인 영향을 가져온다. 원칙적으로, 파일럿 테스트 시설에서, 전통적인 압축 모드(동등-압축)는 구동을 위해 사용되고, 다수의 고장(outage)을 가져온다. 파일럿 테스트 시설에서 락 용기는 종래 설명된 바와 같이 다양한 모드 내에서 설계되고 구동된다.: 느린 압축, 일반 압축, 초과 압축 및 마이크로 유동 등이다. 다양한 구동 모드는 잠재적으로 브리징과 패킹을 최소화하거나 또는 가스공급장치로 공급의 손실 없이 감지되는 패킹과 브리징을 깨트리도록 설계된다.

파일럿 테스트 시설에서 락 용기가 작으므로, 이미 설명한 바와 같은 인터널은 필요로 하지 않으며, 마이크로 유동은 압력이 공급 용기 압력(도 6)에 도달하기 전에 압축되는 동안 실현된다. 또한, 테스트 목적으로, 초과 압축 모드에서, 락과 공급 용기 사이의 밸브는 짧은 시간 딜레이(1 내지 5 초) 후에, 우선 열리고, 밸런스 라인 상의 밸브가 개방된다. 락 용기의 인터널 표면은 부드럽게 마감되고, 벽 마찰을 감소시키며, 락과 공급 용기 사이의 밸브를 개방한 후에 짧은 지속시간 동안 의도적인 압력 차이는 때때로 솔리드가 공급용기로 이동하는데 도움을 준다. 도 4에 도시된 바와 같은 가스 메니폴드를 구비한 인터널 파이프의 형태는 테스트된다. 이러한 파이프는 용기의 벽 근처에 위치하고, 덮혀 있는 소결 금속을 구비한 파이프의 한 사이드 상에는 1/2 인치 홀이 배치된다. 락과 공급 용기 사이에 밸브를 개방한 후, 질소는 용기의 사이드 상에 일반적인 패킹을 벗어나도록 메니폴드와 파이프를 통해 펄스(pulse)된다. 개발된 다양한 수단을 구비한 실험 후에, 다수의 다른 석탄을 구비하고 문제를 제거하여 구동하는 락 용기이며, 다른 석탄은 석탄 특성, 그린드 사이즈 및 수분 함유량 등을 말한다.

테스트 시설에서, 압축조절장치는 석탄공급률을 조절하거나 통제하기 위해 PDAC 공급장치에 결합된다. 스타트-업, 램프-업, 램프-다운 및 가스공급장치 동작과 같은 동작 이행 동안, 압력조절장치 통과 또는 벤트는 PDAC 시스템을 빠르게 안젖ㅇ화시키는데 및 새로운 조건으로 공급률을 행하기 위해 사용된다. 일반적인 구동에서, 조절(가스) 질소 흐름은 석탄 공급률을 조절하기 위해 사용된다. 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, PDAC 공급 시스템은 석탄 공급률과 바람직한 구동범위에서 조절질소흐름률 사이에서 비율적으로 유지하도록 설계된다. 테스트 시설은 또한 가스공급장치 내에서 원초적인 변동을 설명하도록 석탄 공급률을 미세하게 변화시키기 위한 공급장치로 트림(trim) 조절 질소 흐름을 갖도록 한다. 압력조절장치와 PDAC 공급 장치 모두는 유지 비용이 없으며, 3,500의 테스트 시간동안 100% 가능하다.

PDAC: 100 필터백: 101
석탄 서지통: 102 락 용기: 108
공급 용기: 114 석탄공급률조절장치: 120
반응기: 150 가스챔버: 206
솔리드 스트림: 214

Claims (19)

1. 가스공급장치 내로 공급하도록 제조되는 석탄을 저장하기 위해 배치하는 석탄 서지통;
   상기 석탄 서지통에 결합되며, 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 선회하는 락 용기;
   상기 락 용기 내에 배치되며, 락 용기 내에서 가스를 분배하도록 배치되는 가스 컬렉터 및 디스트리뷰터;
   상기 락 용기의 원뿔 섹션 내에 배치되는 가스투과멤브레인;
   상기 락 용기에 결합되며, 정압에서 구동하도록 배치되는 공급 용기;
   상기 공급 용기와 가스공급장치 사이에서 정압을 유지하도록 하기 위해 배치되는 압력조절장치; 및
   상기 가스공급장치 내로 석탄공급률을 조절하기 위해 배치되는 공급 장치;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 석탄 서지통은 제조되는 석탄의 임시 저장을 위해 배치되며, 상기 제조되는 석탄은 25% 중량의 수분을 포함하도록 하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 락 용기는 그 내부에서 유동 베드 물질(fluidize bed materials)과 락 용기를 통해 균일하게 동반되는 가스를 배출하도록 배치되는 인터널(internals)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 석탄공급시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 인터널은 소결된 금속으로 구성되며, 매니폴드(manifold)에 연결되는 가스투과파이프의 네트워크를 추가로 포함하며, 상기 매니폴드에 모여지는 가스는 상기 서지통으로 나오는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 압력조절장치는 상기 석탄공급시스템을 통해 통과하는 솔리드 스트림으로부터 일정한 하류의 압력을 유지할 때까지 가스를 추가하거나 또는 배출하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 락 용기의 원뿔 섹션 및 출구 섹션 중 적어도 하나에서 브리지드 물질과 상기 락 용기의 벽에 인접하는 패킹되는 물질은 흩어지게 되며, 락 용기로부터 공급 용기로 흐르도록 분쇄되는 물질인 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급 장치는 다른 위치에서 가스 인젝션을 구비하는 공급 압력을 유지하는 것 및 석탄공급시스템을 통해 조절되는 가스의 흐름을 측정하는 것에 의해, 가스공급장치로 공급되는 석탄 공급률을 조절하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 공급 장치는 숏 버티컬(short vertical), 경사진 다운커머(downcomer)와 라이저(riser), 최대 석탄 공급률 보다 크게 되는 다운커머의 공급률 능력을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 라이저의 낮은 부분은 그 부분을 통과하는 조절 가스의 양에 비례하여 움직이는 확장 베드(moving expanded bed)이고, 라이저의 낮은 부분에서 표면 가스 속도는 0 에서 1 feet/second의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 움직이는 확장 베드를 방해하는 것 없이, 라이저 내로 가스를 운반하도록 배치되는 인버티드 콘(inverted cone)을 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템.
11. 가스공급장치 내로 공급하도록 제조되는 석탄을 저장하기 위해 배치하는 석탄 서지통; 상기 석탄 서지통에 결합되며, 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 선회하는 락 용기; 상기 락 용기 내에 배치되며, 락 용기 내에서 가스를 분배하도록 배치되는 가스 컬렉터 및 디스트리뷰터; 상기 락 용기의 원뿔 섹션 내에 배치되는 가스투과멤브레인; 상기 락 용기에 결합되며, 정압에서 구동하도록 배치되는 공급 용기; 상기 공급 용기와 가스공급장치 사이에서 정압을 유지하도록 하기 위해 배치되는 압력조절장치; 및 상기 가스공급장치 내로 석탄공급률을 조절하기 위해 배치되는 공급 장치;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법에 있어서,
    분쇄된 석탄을 락 용기로 로딩하는 단계;
    60초 동안 느린 압축 단계에 의해 락 용기를 압축하는 단계;
    압력이 최종 압력의 5% 이내가 될 때까지 빠른 압축 단계에 의해 락 용기를 압축하는 단계; 및
    최종 압력이 될 때까지 느린 압축 단계에 의해 락 용기를 압축하는 단계;를 포함하는 석탄공급시스템 사용방법.
12. 가스공급장치 내로 공급하도록 제조되는 석탄을 저장하기 위해 배치하는 석탄 서지통; 상기 석탄 서지통에 결합되며, 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 선회하는 락 용기; 상기 락 용기 내에 배치되며, 락 용기 내에서 가스를 분배하도록 배치되는 가스 컬렉터 및 디스트리뷰터; 상기 락 용기의 원뿔 섹션 내에 배치되는 가스투과멤브레인; 상기 락 용기에 결합되며, 정압에서 구동하도록 배치되는 공급 용기; 상기 공급 용기와 가스공급장치 사이에서 정압을 유지하도록 하기 위해 배치되는 압력조절장치; 및 상기 가스공급장치 내로 석탄공급률을 조절하기 위해 배치되는 공급 장치;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법에 있어서,
    밸런스 라인 내에 제1 밸브를 개방하기 전에 락 용기에 초과압축을 행하는 단계; 및
    시간 지연 후에 락 용기와 공급 용기 사이에 제2 밸브를 개방하는 단계;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    락 용기의 초과압축에 기인하여 방출되는 초과 가스는 공급 용기와 공급 장치 내의 압력이 정압으로 유지되도록 압력조절장치와 락 용기 내의 가스 컬렉터로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
14. 가스공급장치 내로 공급하도록 제조되는 석탄을 저장하기 위해 배치하는 석탄 서지통; 상기 석탄 서지통에 결합되며, 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 선회하는 락 용기; 상기 락 용기 내에 배치되며, 락 용기 내에서 가스를 분배하도록 배치되는 가스 컬렉터 및 디스트리뷰터; 상기 락 용기의 원뿔 섹션 내에 배치되는 가스투과멤브레인; 상기 락 용기에 결합되며, 정압에서 구동하도록 배치되는 공급 용기; 상기 공급 용기와 가스공급장치 사이에서 정압을 유지하도록 하기 위해 배치되는 압력조절장치; 및 상기 가스공급장치 내로 석탄공급률을 조절하기 위해 배치되는 공급 장치;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법에 있어서,
    상기 락 용기와 공급 용기 사이의 제1 밸브를 개방하기 전에 락 용기를 압축하는 단계(under-pressurizing); 및
    시간 지연 후에 밸런스 라인 내에 제2 밸브를 개방하는 단계;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 락 용기를 압축하는 단계에서 추가되는 추가 가스는 상기 공급 용기와 공급 장치 내에 정압을 유지하도록 압력조절장치를 통하여 흐르는 솔리드 스트림과 공급 용기 중 적어도 어느 하나에 추가되는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
16. 가스공급장치 내로 공급하도록 제조되는 석탄을 저장하기 위해 배치하는 석탄 서지통; 상기 석탄 서지통에 결합되며, 대기 및 구동 압력 사이의 압력을 주기적으로 선회하는 락 용기; 상기 락 용기 내에 배치되며, 락 용기 내에서 가스를 분배하도록 배치되는 가스 컬렉터 및 디스트리뷰터; 상기 락 용기의 원뿔 섹션 내에 배치되는 가스투과멤브레인; 상기 락 용기에 결합되며, 정압에서 구동하도록 배치되는 공급 용기; 상기 공급 용기와 가스공급장치 사이에서 정압을 유지하도록 하기 위해 배치되는 압력조절장치; 및 상기 가스공급장치 내로 석탄공급률을 조절하기 위해 배치되는 공급 장치;를 포함하여 구성되는 석탄공급시스템 사용방법에 있어서,
    상기 공급 용기 내의 압력 보다 3 내지 15 % 더 높은 압력에 이르기까지 락 용기를 초과압축을 행하는 단계; 및
    상기 락 용기 압력이 공급 용기 압력과 같아질 때까지 복수의 벤츠(vents)를 통해 락 용기로부터 상기 서지통으로 동반되는 가스를 방출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 락 용기를 통하여 균일하게 동반되는 가스를 상기 락 용기 내의 유동물질에 배출하도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
18. 제 17 항에 있어서,
    빠른 압축 단계 동안, 1 내지 3초 동안 락 용기를 벤트(vent)하는 단계; 및
    공급 용기 압력이 도달하기 이전에 락 용기를 통하여 균일하게 동반되는 가스를 락 용기 내의 유동 물질로 방출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
19. 제 16 항에 있어서,
    상기 가스가 링헤더(ring header)에 결합되는 내부 파이프의 네트워크를 통해 방출되는 동안, 락 용기의 원뿔 섹션에 가스를 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 석탄공급시스템 사용방법.
    

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