KR101753435B1 - 여과 장치 컨디셔닝제로서의 용제 첨가 - Google Patents
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- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
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Abstract
가스화 시스템에서의 개선 및 탄소질 공급원료를 향상된 에너지 효율로 가스화하기 위한 방법이다. 연료 합성 가스로부터 미립자의 더욱 효율적인 제거를 위한 동시에 가스화 반응기에 용제 첨가를 위한 새로운 메카니즘을 제공하는 개선된 방법 및 시스템이다. 굵은 용제 입자 형태의 컨디셔닝제는 입자 여과 유닛으로부터의 상류부에 원료 합성 가스에 첨가된다. 컨디셔닝제는 여과 장치 요소 교체에 따른 여과 유닛의 더욱 빠른 회전을 허용하고 여과 장치 수명을 연장시키고, 입자 여과 장치로부터의 여과 장치 케이크의 제거를 용이하게 하고, 가스 발생 장치로 재순환하기위해 제거된 여과 장치 케이크와 합쳐진다. 이 경로를 통한 용제의 첨가는 탄소질 공급원료와 용제를 미리 혼합할 필요성을 제거하여, 가스화 반응기에 공급원료 첨가 속도를 최대화한다.
Description
본 출원은 2009년 12월 18일 (18/12/2009)에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/287,812호, 뿐만 아니라 2010년 2월 2일 (02/02/2010)에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 제12/698,660호에 대한 우선권을 주장하는 국제 출원이고, 이 둘 모두는 그 전문이 본 명세서에 참고문헌으로 인용되었다.
본 발명은 일반적으로 고체 또는 액체 탄소질 공급원료의 합성 가스와 같은 원하는 가스 생성물로의 전환에서의 개선에 관한 것이다. 더욱 특별히, 본 발명은 원료 합성 가스로부터 동반되는 미립자 물질 제거의 개선, 뿐만 아니라 가스화 반응기에 용제(fluxing agent) 첨가의 개선과 관계된 것이다.
합성 가스는 전력 생산을 위한 연료뿐만 아니라 수소, 메탄올, 암모니아, 대체 천연 가스 또는 합성 수송 오일과 같은 화학물질을 생산하기 위한 중요한 중간 공급원료이다. 세 가지 기본적인 형태의 시스템 및 방법은 탄소질 물질의 가스화를 통한 합성 가스의 생산을 위해 개발되었다. 그들은: (1) 고정층 가스화, (2) 유동층 가스화, 및 (3) 현탁액 또는 비말 동반 가스화이다.
가스 발생 장치를 빠져나오는 뜨거운 원료 합성 가스는 숯, 재, 및 미전환 탄소질 공급원료를 포함하는 비말 동반된 미립자 물질을 함유한다. 이 비말 동반된 미립자 물질은 합성 가스의 추가적인 처리에 앞서 제거되어야만 하고, 미립자 제거 시스템에 의해 원료 합성 가스로부터 분리된다. 회수된 미립자 물질은 그 후에 종종 전체적인 탄소 전환 효율을 증가시키기 위해 가스화 반응기의 첫 번째 단(stage)에서 다시 재활용된다.
미립자 제거 시스템은 보통 초기 분리 장치 (통상적으로 사이클론(cyclone)) 및 하류부 미립자 여과 장치를 포함한다. 사이클론은 비말 동반된 미립자 물질의 큰 백분율로의 제거가 용이한 가스의 소용돌이를 생성한다. 임의의 남겨진 비말 동반된 미립자는 많은 여과 장치 요소를 함유하는 하류부 미립자 여과 장치에 의해 가스 스트림으로부터 제거된다. 이들 요소는 합성 가스의 통로를 허용하는 반면에 가스 스트림으로부터 잔여의 미세 미립자 물질을 보유하여, 그렇게 함으로써 미립자-없는 가스 스트림을 생산한다.
그러나, 이 시스템의 기능적 효율은 여과 장치 요소의 구멍 안에 숯의 미세 입자의 축적에 의해 제한될 수 있다. 이들 미세 입자는 종종 여과 장치 요소 구멍 안에 깊게 박히게 되고, 이것은 합성 가스의 통로에 대한 요소의 투과성을 제한한다. 시간이 지남에 따라 요소 상에 미세 입자의 축적은 추가적으로 가스에 대한 요소의 투과성을 감소시키는 "여과 장치 케이크"의 형성으로 이어진다. 이 상태를 개선하기 위해서, 생성된 입자는 통상적으로 축적된 여과 장치 케이크의 적어도 한 부분을 제거하기 위해서 여과 장치 요소를 통해 뒷방향으로 고압 가스의 주기적 펄스를 보내는 것을 수반한다 ("백-펄싱(back-pulsing)"으로 알려짐). 그러나, 여과 장치 요소 구멍 내에 잡힌 작은 입자는 종종 백-펄싱에 의해 효율적으로 제거되지 않는다. 이들 입자의 침투는 여과 장치 요소의 수명을 감소시키고, 미립자 여과 장치의 보통의 작동을 방해한다. 따라서, 여과 장치 요소의 구멍 속에 너무 깊은 숯 입자의 침투를 막을 수 있는 기술을 개발할 필요성이 있고, 그렇게 함으로써 1) 여과 장치 요소로부터 여과 장치 케이크를 효율적으로 제거시킬 필요에 의한 백-펄스 가스 압력을 감소시키고, 2) 여과 장치 요소를 가로지르는 압력차의 증가율을 줄이고 (그렇게 함으로써 여과 장치 요소의 수명을 연장시킴), 및 3) 입자 여과 시스템의 전체적인 작동 효율을 향상시킨다.
여과 장치 요소는 정기적으로 교체되어야 하고, 여과 장치 요소의 상대적으로 큰 구멍 크기 때문에, 새로운 여과 장치는 통상적으로 숯 입자에 대해 증가된 투과성을 가진다. 그 결과, 여과 장치 요소 교체 직후에 보통의 입자는 여과 장치의 컨디셔닝이 발생할 때까지 여과 장치에 들어가는 원료 합성 가스의 흐름을 감소시킨다. 이 컨디셔닝 방법은 통상적으로 새로운 여과 장치 요소의 구멍 상에 및 안에 숯 입자의 얇은 층의 퇴적을 포함한다. 숯 입자의 이 층은 이 다음의 숯 입자에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 효율적으로 감소시키고, 동시에 가스에 대한 투과성은 유지한다. 현재 컨디셔닝 프로토콜은 이 여과 장치 케이크의 초기의 얇은 층이 축적될 때까지 여과 유닛으로의 원료 합성 가스 투입 속도의 감소를 요구하고, 이것은 입자 여과 유닛의 작동 효용성의 감소를 야기한다. 따라서, 새롭게-설치된 여과 장치 요소의 적절한 컨디셔닝의 달성에 요구되는 시간의 양을 감소시키는 기술의 개발이 필요하다.
미네랄 용제의 첨가는 비말 동반된 흐름 가스화에서 일반적이고, 가스화 반응기에 특정 미네랄의 첨가는 탄소질 물질의 가스화에 의해 생성된 재의 융합 온도를 감소시킨다. 재 융합 온도의 감소는 가스화 동안에 형성된 미네랄 슬래그(slag)의 점도를 감소시키고, 그렇게 함으로써 가스 발생 장치로부터 용융된 슬래그의 제거를 허용하는 쇳물빼기 구멍(taphole)의 막음을 막는다. 보통의 실행은 가스 발생 장치로 공급원료를 첨가하기에 앞서 탄소질 공급원료와 용재를 혼합하는 것이다. 그러나, 이것은 혼합 단계를 필요로 함으로써 및 또한 탄소질 공급 원료가 가스 발생 장치에 첨가될 수 있는 최대 속도를 감소시킴에 의해 가스화 방법의 전체적인 효율을 감소시킨다. 따라서, 공급원료를 가스화 반응기에 첨가하기에 앞서 탄소질 공급원료와 용제를 미리 혼합할 필요가 없는 가스화 시스템에 용제를 도입하는 개선된 방법의 존재가 필요하다.
본 발명은 가스화 방법 및 시스템의 효율을 증가시키는 개선에 관한 것이다. 더욱 특별하게, 특정 실시양태는 여과 장치 요소의 구멍에 매우 깊은 숯 입자의 침투를 막음으로써 입자 여과 시스템의 작동 효율을 증가시킨다. 이것은, 다시, 여과 장치 요소를 가로지르는 압력 차의 증가율을 줄이고, 그렇게 함으로써 여과 장치 요소의 수명을 연장시킨다. 특정 실시양태는 추가적으로 탄소질 공급원료와 용제를 미리 혼합할 필요성을 제거하여 가스화 반응기에 공급원료 첨가의 효율을 향상시킨다.
이들 개선은 입자 여과 장치로부터의 바로 상류부 원료 합성 가스 스트림에 크기가 선별적인, 굵은 용제의 첨가를 통해 달성된다. 첨가되는 용제 입자의 크기 범위 및 물질 조성은 여과 장치 요소를 적절하게 컨디셔닝 하도록 조정되고, 여기서 컨디셔닝은 합성 가스에 대한 여과 장치의 투과성을 유지하는 여과 장치상에 용제 입자의 얇은 층의 퇴적을 포함한다. 비교적 굵은 용제 입자는 이들 입자가 여과 장치 요소의 컨디셔닝 동안에 여과 장치 기질의 표면 근처 또는 표면에 대부분 축적되어, 숯의 더 작은 입자에 의해 여과 장치 기질의 이어지는 깊은 침투를 금지하기 때문에 여과 장치 컨디셔닝에 사용된다. 숯 입자는 대신에 여과 장치 케이크로 여과 장치 요소의 바깥쪽에 대부분 축적되어, 주기적인 백-펄싱 이벤트로 쉽게 제거된다. 여과 장치 요소를 컨디셔닝하기 위한 이 전략의 사용의 전반적인 이점은 여과 장치 요소를 가로지르는 압력 차의 증가율을 줄이고, 그렇게 함으로써 여과 장치 요소의 수명을 연장시킨다는 것이다.
입자 여과 유닛의 여과 장치 요소를 컨디셔닝하는 기능에 이어, 용제의 적어도 한 부분은 축적된 여과 장치 케이크의 적어도 한 부분과 함께 각 백-펄싱 이벤트로 여과 장치 요소로부터 제거된다. 용제 및 제거된 여과 장치 케이크는 그 후에 입자 여과 유닛의 바닥에 위치한 휴지통으로 중력의 힘에 의해 떨어지고, 이 혼합물은 그 후에 가스 발생 장치의 첫 번째 단에서 재활용된다. 재활용 단계는 탄소질 공급원료의 전체적인 전환 효율을 증가시키고, 동시에 가스화 반응기에 용제를 도입하는 새로운 메카니즘을 제공한다.
보통의 실행은 가스 발생 장치에 결과 혼합물을 첨가하기에 앞서 탄소질 공급원료와 용제를 혼합하는 것이다. 그러나, 이것은 공급원료를 희석시키고, 그렇게 함으로써 탄소질 공급원료가 가스화 반응기에 투입될 수 있는 최대 속도를 감소시킨다. 본 개시에서는, 용제는 대신에 미립자 제거 시스템에 의해 모아진 재 및 재활용된 숯과 함께 가스화 반응기에 들어간다. 따라서, 반응기의 첫 번째 단에서 첨가된 탄소질 공급원료는 용제에 의해 희석되지 않고, 전체적인 가스화 방법의 효율이 증가한다. 첨가되는 용제의 물질 조성물은 가스 발생 장치의 첫 번째 단의 바닥에 용융된 슬래그의 점도 및 녹는 점을 조정할 필요에 따라 조정될 수 있고, 그렇게 함으로써 가스 발생 장치로부터 용융된 슬래그의 적절한 배수를 도울 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태는 탄소질 물질의 가스화에 대한 개선된 방법을 포함하고, 다음을 포함한다: a) 가스화 반응기가 탄소질 공급원료를 변환하여 첫 번째 가스 생성물 스트림 및 숯을 포함하는 혼합물 생성물을 생산하고, 상기 가스 생성물 스트림이 H2, 및 CO를 포함하는 가스화 반응기를 제공하는 단계, b) 초기 분리 장치를 통해 상기 혼합물 생성물을 통과시켜 대부분의 상기 숯을 상기 가스 생성물 스트림으로부터 제거하는 단계, c) 상기 초기 분리 장치의 하류부 가스 생성물 스트림에 굵은 미립자 용제를 도입하는 단계, d) 상기 굵은 미립자 용제의 도입 점으로부터 하류부에 다수의 여과 장치 요소를 포함하는 입자 여과 유닛을 제공하는 단계, e) 여과 장치 요소 구멍 안에 및 구멍 상에 용제의 얇은 층을 퇴적하여, 여과 장치 요소를 컨디셔닝하고 이어지는 비말 동반된 숯 입자에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 감소시키는 동시에, 합성 가스에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 최대화하는 단계, f) 백-펄싱에 의해 여과 장치 요소로부터 굵은 미립자 용제 및 숯을 포함하는 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 주기적으로 제거하는 단계, g) 단계 b)의 제거된 숯 및 단계 f)의 제거된 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 형성하고, 그 후에 단계 a)의 가스화 반응기에 이 혼합물을 전송하는 단계. 특정 실시양태에서, 단계 (a)의 가스화 반응기는 첫 번째 및 두 번째 단을 포함한다. 특정 실시양태에서, 상기 굵은 미립자 용제는 가스화 반응기에서 용융된 슬래그의 점도 및 녹는 점을 감소시켜, 반응기로부터 용융된 슬래그의 제거를 돕는다. 특정 실시양태에서, 상기 굵은 미립자 용제의 평균 크기는 약 5 내지 35 마이크로미터이다. 특정 실시양태에서, 상기 굵은 미립자 용제는 석회석, 산화 마그네슘, 점토, 규산염, 붕산염, 비산회, 슬래그 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 이 방법은 추가적으로 상기 단계 (a)의 혼합물 생성물을 단계 (b)에 앞서 열 회수 구역에 통과시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 열 회수 구역은 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 열 회수 장치를 포함한다.
본 발명의 특정한 추가적인 실시양태는 다음 단계를 포함하는, 탄소질 물질의 가스화에 대한 개선된 방법을 포함한다: a) 가스화 반응기가 탄소질 공급원료를 변환하여 첫 번째 가스 생성물 스트림 및 고체 미립자 스트림을 포함하는 혼합물 생성물을 생산하고, 상기 첫 번째 가스 생성물 스트림이 H2 및 CO를 포함하며, 상기 고체 미립자 스트림이 숯을 포함하는 첫 번째 및 두 번째 단을 포함하는 가스화 반응기를 제공하는 단계, b) 초기 분리 장치를 통해 상기 혼합물 생성물을 통과시켜, 대부분의 상기 숯을 상기 가스 생성물 스트림으로부터 제거하는 단계, c) 상기 초기 분리 장치의 하류부 가스 생성물 스트림에 굵은 미립자 용제를 도입하는 단계, d) 상기 굵은 미립자 용제의 도입 점으로부터 하류부에 다수의 여과 장치 요소를 포함하는 입자 여과 유닛을 제공하는 단계, e) 여과 장치 요소의 구멍 안에 및 구멍 상에 용제의 얇은 층을 퇴적하여, 여과 장치 요소를 컨디셔닝하고 이어지는 비말 동반된 숯 입자에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 감소시키는 동시에, 합성 가스에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 최대화하는 단계, f) 백-펄싱에 의해 여과 장치 요소로부터 굵은 미립자 용제 및 숯을 포함하는 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 주기적으로 제거하는 단계, 및 g) 단계 b)의 제거된 숯 및 단계 f)의 제거된 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 형성하여, 그 후에 단계 a)의 가스화 반응기에 이 혼합물을 전송하는 단계. 특정 실시양태에서, 이 방법은 추가적으로 상기 단계 a)의 혼합물 생성물을 단계 b)에 앞서 열 회수 구역에 통과시키는 단계를 포함할 수 있고, 상기 열 회수 구역은 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 열 회수 장치를 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 상기 굵은 미립자 용제는 가스화 반응기에서 용융된 슬래그의 점도 및 녹는 점을 감소시키고, 그렇게 함으로써 반응기로부터 용융된 슬래그의 제거를 돕는다. 특정 실시양태에서, 상기 굵은 미립자 용제는 석회석, 산화 마그네슘, 점토, 규산염, 붕산염, 비산회, 슬래그 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 특정 실시양태는 다음을 포함하는, 탄소질 물질의 가스화에 대한 시스템을 포함한다: a) 미립자 탄소질 공급원료를 포함하는 고체 스트림의 가스화로 합성 가스 및 숯을 포함하는 혼합물 생성물 및 열을 생산하기 위한 반응기; b) a) 부분의 상기 혼합물 반응물을 분리하여 숯을 포함하는 첫 번째 고체 생성물 스트림 및 가스 생성물 스트림을 생성하기 위한 초기 분리 장치; c) 굵은 미립자 용제, d) b) 부분의 초기 분리 장치의 하류부에 굵은 미립자 용제의 첨가를 위한 입구; e) 숯의 잔여 입자를 보유하기 위해 c) 부분의 굵은 미립자 용제 및 b) 부분의 가스 생성물 스트림을 여과하여, b) 부분의 상기 가스 생성물 스트림의 통과를 허용하는 동시에 두 번째 고체 생성물 스트림을 생성하기 위한 입자 여과 유닛; f) b) 부분의 첫 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 b) 부분의 초기 분리 장치에서의 첫 번째 말단, 두 번째 고체 스트림을 안내하기 위한 c) 부분의 입자 여과 유닛에서의 두 번째 말단, 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 합하기 위한 연결 장치, 및 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림 및 c) 부분의 굵은 미립자 컨디셔닝제를 포함하는 혼합물 생성물의 반응기로의 유입을 허용하기 위한 가스화 반응기에서의 세 번째 말단을 가지는, 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 관. 특정 실시양태에서, 이 시스템은 추가적으로 (c) 부분의 초기 분리 장치로부터 상류부에 위치한 열 회수 장치를 포함할 수 있고, 상기 열 회수 장치는 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택된다.
본 발명의 특정 실시양태는 다음을 포함하는 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템을 포함한다: a) 합성 가스, 숯, 및 용융된 슬래그를 포함하는 첫 번째 혼합물 생성물 및 열을 생산하기 위해 산소-함유 가스를 포함하는 가스 스트림과 미립자 탄소질 공급원료를 포함하는 고체 스트림을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하단부; b) 합성 가스 및 숯을 포함하는 두 번째 혼합물 생성물을 생산하기 위한 액체 담체에 미립자 탄소질 물질을 포함하는 첫 번째 슬러리 스트림과 a) 부분의 상기 혼합물 생성물을 열분해하기 위한 반응기 상단부; c) 숯을 포함하는 첫 번째 고체 생성물 스트림 및 가스 생성물 스트림을 생성하기 위한 b) 부분의 상기 두 번째 혼합물 생성물을 분리하기 위한 초기 분리 장치; d) 굵은 미립자 용제; e) c) 부분의 초기 분리 장치의 하류부에 d) 부분의 굵은 미립자 용제의 첨가를 위한 입구; f) 숯의 잔여 입자를 보유하기 위해 d) 부분의 굵은 미립자 용제 및 c) 부분의 가스 생성물 스트림을 여과하여, 상기 가스 생성물 스트림의 통과를 허용하는 동시에 두 번째 고체 생성물 스트림을 생성하는 입자 여과 유닛; g) b) 부분의 첫 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 c) 부분의 초기 분리 장치에서의 첫 번째 말단, 두 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 f) 부분의 입자 여과 유닛에서의 두 번째 말단, 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 합하기 위한 연결 장치, 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림 및 d) 부분의 굵은 미립자 컨디셔닝제를 포함하는 혼합물 생성물의 반응기로의 유입을 허용하기 위한 a) 부분의 반응기 하단부에서의 세 번째 말단을 가지는, 첫 번째 및 두 번째 고체 스트림을 안내하기 위한 관. 특정 실시양태에서, 시스템은 추가적으로 c) 부분의 초기 분리 장치로부터 상류부에 위치한 열 회수 장치를 포함할 수 있고, 상기 열 회수 장치는 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 특별한 실시양태에서, 시스템의 초기 분리 장치는 사이클론을 포함할 수 있고, 입자 여과 유닛은 캔들 여과 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시양태의 더욱 자세한 설명을 위해, 이제 첨부된 도면을 참고로 할 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태의 개괄적인 표현이다. 본 발명의 개선을 포함한 가스화 시스템이 묘사된다.
도 1은 본 발명의 한 실시양태의 개괄적인 표현이다. 본 발명의 개선을 포함한 가스화 시스템이 묘사된다.
본 발명의 다양한 실시양태의 다음의 자세한 설명은 동반된 도면을 참고로 하며 도면은 본 발명이 실행될 수 있는 특정 실시양태를 도시한다. 실시양태는 이 분야의 통상의 기술자가 본 발명을 실행할 수 있도록 충분한 상세하게 발명의 양상을 설명하고자 한다. 다른 실시양태들이 활용될 수 있고 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 변화될 수 있다. 다음의 상세한 설명은 그러므로, 제한된 의미로 받아들여지지 않는다. 본 발명의 범위는 오직 첨부된 청구항에 의해, 이 청구항들이 권리를 주는 동등한 전체 범위와 함께 정의된다.
특정 실시양태는 슬러리-유입 가스화 시스템을 포함할 수 있고, 이것의 많은 상세사항은 이 문서의 범위를 초과하는 것이다. 다른 실시양태는 두-단 가스화 방법을 포함할 수 있고, 이것의 많은 상세사항은 또한 이 문서의 범위를 초과하는 것이며, 이전에 미국 가특허 출원 61/165784, 61/138312, 61/165,784, 및 61/146189 뿐만 아니라 미국 특허 출원 12/192471 및 11/834751에서 설명되었고, 이것은 모두 이로써 그들의 전문이 참고자료로 인용되었다. 따라서, 가스화 방법의 상세사항은 여기서 오직 가스화 방법 및 시스템에 대한 본 개선을 완전히 개재하는데 요구되는 상세사항으로 설명될 것이다. 본 발명은 이 분야에서 현재 공지된 임의의 형태의 가스화 시스템 (예를 들어, 한-단 또는 두-단; 슬러리-유입 또는 건조-유입)과 함께 사용하기 적합할 수 있다. 따라서, 여기서 설명되는 본 발명의 특정한 실시양태는 두 단 슬러리-유입 가스화 방법 또는 시스템으로 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니다.
특정 실시양태에서, 가스화는 첫 번째 단에서 공기 또는 고순도의 산소로 탄소질 물질을 부분적으로 연소하여 수행되고, 뜨거운 합성 가스를 생성한다. 잔여 미네랄 내용물은 계속적으로 가스 발생 장치로부터 제거되는 용융된 슬래그를 형성한다. 특정 실시양태에서, 첫 번째 단에서 생성된 뜨거운 합성 가스는 두 번째 단에서 도입되는 추가적인 석탄 슬러리를 가스화하고 증발한다. 가스 발생 장치를 빠져나오는 합성 가스를 냉각시키고 깨끗하게 하고, 그 후에 전력의 생산을 위한 개선된 가스 터빈에 사용하기에 앞서 수분이 제공된다 (또는 추가적으로 수소, 메탄올, 요소, 피셔-트롭쉬 생성물 등과 같은 화학물질의 생산을 위해 컨디셔닝된다).
도 1을 참고로 하여, 본 발명의 특정 실시양태는 반응기 하단부 (30) 및 반응기 상단부 (40)을 포함하는 두-단 가스화 반응기 (10)를 제공한다. 반응기 하단부 (30)는 첫 번째 단 반응 구역을 정의하고, 또한 첫 번째 단 반응 구역으로도 지칭될 것이다. 반응기 상단부 (40)는 두 번째 단 반응 구역을 정의하고, 또한 두 번째 단 반응 구역으로도 지칭될 것이다. 도 1에서 묘사하는 실시양태에서, 반응기 (10)의 미연소 반응기 상단부 (40)는 반응기 (10)의 연소 반응기 하단부 (30)의 위쪽에 바로 연결되어 뜨거운 반응 생성물이 반응기 하단부 (30)로부터 반응기 상단부 (40)로 바로 수송되어, 가스 반응 생성물 및 비말 동반된 고체에서의 열 손실을 최소화한다.
반응기 하단부 (30), 즉 가스화 반응기 (10)의 첫 번째 단 반응 구역 내에서, 탄소질 공급원료는 산소-함유 가스 및/또는 증기를 포함하는 가스 스트림과 혼합되고 빠른 발열 반응이 일어나서 탄소질 공급원료가 증기, 합성 가스, 중간체 가스, 및 비말 동반된 부생성물 예를 들어 재를 포함하는 첫 번째 혼합물 생성물로 변환된다. 재는 탄소질 공급원료의 불연성 미네랄 내용물로 구성된다. 첫 번째 단의 온도는 재의 녹는 점보다 더 높은 온도로 유지된다. 따라서, 형성된 재는 용융되고 응집되어 슬래그로 알려진 점성의 액체를 형성한다. 슬래그는 첫 번째 단의 바닥 (30)으로 떨어지고, 쇳물빼기 구멍(taphole) (20)을 통해 흐르고, 그 결과 물로 식혀지고 마지막 처리를 위해 슬래그 가공 시스템 (도시되지 않음)으로 안내된다.
첫 번째 단에서 첫 번째 연소 반응은 
이고, 이것은 매우 발열성이다. 첫 번째 단에서 합성가스의 온도가 2000 내지 3500 ℉로 상승한다. 반응기 하단부 (30)에서 생성되고 가스 스트림과 함께 위쪽으로 운반된 열은 미연소 반응기 상단부 (40)에서 일어나는 열분해 공정에 사용되고, CO 및 H2O 사이의 물-가스 반응 및 탄소-증기 반응, 공급수의 증발을 포함한다. 탄소-증기 반응은 CO 및 H2를 형성하고, 따라서, 이들 사용가능한 가스의 수득률이 증가한다. 가스화 방법 동안 활용된 증기는 열 회수 유닛 (180)으로부터 생성될 수 있고, 다시 이것은 가스 발생 장치 (10)의 두 번째 단 (40)으로부터 나오는 뜨거운 합성가스로부터 열을 얻는다.
도 1에서 도시하는 실시양태에서, 고체 공급원료는 비제한적으로, 록-호퍼(lock-hopper) 시스템에서와 같은 유입 시스템 (100)에 들어가기 전에 분쇄된다. 유입 시스템 (100)으로부터 미립자 탄소질 물질을 포함하는 분쇄된 고체 스트림은 유입 장치 (80) 및/또는 (80a)를 통해 가스화 반응기 (10) 상단부 (40)로 주입된다. 특정 대안의 실시양태에서 (도시되지 않음) 대안의 유입 장치, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 슬러리 유입 시스템이 가스화 반응기에 공급원료를 첨가하기 위해 활용될 수 있다.
반응기 상단부 (40)에서 가스화 공정의 두 번째 단에서 반응의 물리적 조건은 가소성의 범위를 초과한 공급원료의 가열 및 빠른 가스화를 보장하도록 조절된다. 일단 상단부에 분산되면, 공급원료가 가스화 반응기 하단부 (30)로부터 상승하는 뜨거운 합성가스와 접촉하게 된다. 탄소질 물질이 건조되고 그것의 일 부분이 탄소 증기 반응 (
)과 같은 열분해 반응을 통해 가스화되어, H2 및 CO가 생성된다. 열분해 반응이 흡열성이므로, 탄소질 물질 및 합성가스의 혼합물에 대한 온도는 혼합물이 반응기의 상단부 (40)를 통해 위로 움직임에 따라 감소한다. 원료 합성 가스 혼합물 생성물이 가스 발생 장치 (10)의 상단부 (40) 위쪽에 나올 때까지, 원료 합성 가스 혼합물 온도는 500 ℉ 내지 2500 ℉, 더욱 바람직하게는 700 ℉ 내지 2000 ℉로 감소한다.
도 1에서 도시한 실시양태에 따르면, 고체 입자 및 가스 생성물 스트림을 포함하는 원료 합성 가스 혼합물이 반응기 상단부 (40)를 나오고 임의적으로 세척에 앞서 원료 합성 가스 혼합물의 온도를 감소시키기 위하여 열 회수 장치 (90)로 보내진다. 열 회수 구역의 작동 온도는 둘 다 건조 유닛 (120)으로부터 나오는, 미립자 탄소질 물질을 포함하는 고체 스트림 및 두 번째 단 혼합물 생성물의 합쳐진 스트림의 최종 온도가 300 내지 1200 ℉, 바람직하게는 400 내지 1000 ℉, 및 가장 바람직하게는 500-600 ℉이도록 허용되게 조정되고 조절된다.
본 발명에 대해 유용한 열 회수 장치는 이 분야에 알려져 있고, 비제한적으로, 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 또는 불 관 보일러일 수 있다. 다른 실시양태에서, 열 회수 구역 (90)은 켄칭 가스와 같은 차가운 재활용 합성가스를 포함할 수 있다. 열 회수 장치를 나올 때, 두 번째 혼합물 생성물의 온도는 500 내지 2500 ℉이다.
냉각된 원료 합성 가스 혼합물은 그 후에 혼합물이 고체 생성물 스트림 및 두 번째 가스 생성물 스트림으로 분리되는 초기 분리 장치 (50)로 보내진다. 이 초기 분리 장치 (50)는 입자 제거 사이클론을 포함할 수 있고, 이것의 디자인 및 용법은 보통 이 분야에서 공지되어 있다. 두 번째 가스 생성물 스트림은 원래 원료 합성 가스 혼합물에 존재하는 감소된 양의 고체 입자를 함유한다. 숯을 포함하는, 고체 생성물 스트림은 분리 장치 (50)를 빠져나와 분산 장치 (60) 및/또는 (60a)를 통해 가스 발생 장치 (10)의 반응기 하단부 (30)로 다시 재활용되고, 여기서 고체 생성물 스트림은 가스 산화제 (및/또는 고압에서 증기)와 반응기 (10)의 첫 번째 단 (30)에서 혼합된다.
추가적으로 도 1을 참고하여, 분리 장치 (50)으로부터 나오는 두 번째 가스 생성물 스트림은 수소, 일산화탄소, 적은 양의 메탄, 황화수소, 암모니아, 질소, 이산화탄소 및 숯의 더 작은 고체 입자를 포함하는 잔여 고체 스트림을 포함한다. 이들 더 작은 고체 입자는 보통 입자 여과 유닛 (110)에 의해 초기 분리 장치 (50)로부터 하류에서 제거된다. 입자 여과 유닛은 포대 여과 장치 또는 캔들 여과 장치를 포함할 수 있고, 이들 여과 장치의 사용은 보통 이 분야에서 공지되어 있다. 바람직하게는, 여과 유닛은 캔들 여과 장치를 포함하고, 이것은 보통 일련의 신장 관 모양인 일련의 여과 장치 유닛을 함유한다. 활용되는 여과 장치 유닛의 여과 매질은 다양한 화학 조성물, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 규소 카바이드, 점토-결합된 규소 카바이드, 멀라이트/알루미나, 근청석, 알루미노-규산염, 규소 질화물, 칼슘 규산염, 또는 철 알루미나이드, 하스트알로이(hastalloy), 인콜로이(incoloy) 또는 스테인레스강(stainless steel)과 같은 합금을 포함할 수 있다.
일정 시간 후에, 숯의 더 작은 고체 입자들이 여과 장치의 여과 장치 요소에 축적되고, 그렇게 함으로써 여과 장치를 통한 가스의 통과에 대한 저항성을 증가시키는 "여과 장치 케이크"를 형성한다. 가스 흐름을 유지하기 위한, 보통의 실행은 여과 장치를 통해 가스 역방향으로 고압 펄스를 주입하는 것이고 ("백-펄싱"으로 알려짐), 그렇게 함으로써 여과 장치 케이크의 적어도 한 부분이, 그러나 바람직하게는 여과 장치 케이크의 대부분이 제거된다. 백-펄싱 이벤트는 또한 한 부분, 그러나 바람직하게는 대부분의 용제를 제거할 수 있다. 제거된 여과 장치 케이크 및 용제는 중력에 의해 입자 여과 유닛 (110)의 바닥에 보유한 휴지통으로 떨어지고, 그 후에 이 분야에서 보통 공지된 임의의 몇몇 메카니즘, 예컨대, 예를 들어, 회전하는 에어록(airlock)에 의해 제거되는 혼합물을 형성한다. 혼합물은 그 후에 초기 분리 장치 (50)에 의해 제거된 고체 미립자 스트림과 합쳐지고, 가스 발생 장치 (10)의 첫 번째 단 (30)으로 돌아가는 관을 통해 공기압식으로 수송된다. 상기 혼합물을 공기압식으로 수송하기 위해 활용되는 가스는 고압하에서 냉각된 원료 합성 가스일 수 있다.
언급한 바와 같이, 주기적인 백-펄싱은, 여과 장치 요소로부터 용제의 적어도 일 부분을 몰아내거나 또는 제거한다. 제거된 용제는 입자 여과 유닛 (110)으로부터의 바로 상류에 새로운 용제의 첨가에 의해 보충된다. 이 첨가는 계속적이거나 또는 주기적일 수 있다. 특정 실시양태에서, 용제의 주기적인 첨가는 입자 여과 유닛 (110)에서 여과 장치 요소의 교체에 바로 이은 컨디셔닝 기간 동안 첫 번째로 발생할 수 있다. 용제의 이어지는 주기적인 첨가는 백-펄스에 의한 여과 장치 요소로부터 제거된 용제의 교체에 의해 여과 장치 요소를 빠르게 재-컨디셔닝하는 것을 돕기 위하여 백-펄싱 이벤트에 바로 이어지도록 동기화 될 수 있다.
주기적으로, 입자 여과 유닛 (110)의 여과 장치 요소가 교체되어야 한다. 새로운 여과 장치 요소의 여과 매질은 숯의 일부 더 작은 입자의 통과를 허용하는 구멍 크기를 가진다. 따라서, 새롭게-설치된 여과 장치 요소는 종종 "컨디셔닝" 기간을 겪고 여기서 미립자 여과 장치를 통해 흐르는 가스는 감소하고, 여과 장치 케이크의 얇은 층이 요소에 축적되게 된다. 이 컨디셔닝 기간의 목적은 비말 동반된 숯 입자에 대한 이어지는 여과 장치의 투과성을 감소시키면서, 동시에 합성 가스의 투과성을 유지하는 것이다. 일단 여과 장치 요소의 컨디셔닝이 완료될 때, 미립자 제거 장치의 가스 유량은 보통의 흐름까지 증가한다. 그러나, 종종 이 공정은 과도한 시간이 걸리고, 종종 숯의 더 작은 입자는 여과 매질의 구멍에 깊게 침투되어 가스에 대한 여과 장치의 투과성을 과도하게 제한한다. 덧붙여서, 이들의 깊게-침투된 숯의 입자는 종종 여과 장치의 백-펄싱에 의해 제거할 수 없다.
특정 실시양태에서, 새롭게-설치된 여과 장치 요소의 컨디셔닝은 선택적인-크기의, 굵은 용제를 입자 여과 유닛 (110)으로부터의 바로 상류부 (150) 및 분리 장치 (50)의 하류부 원료 합성 가스 스트림에 첫 번째로 첨가함으로써 더 빠르게 성취된다. 용제 입자의 크기 및 물질 조성은 여과 매질의 구멍 크기에 대하여 조정되고 입자가 대부분 여과 매질 구멍의 표면에 또는 그 근처에 축적되며, 그렇게 함으로써 숯의 더 작은 입자에 의해 여과 매질 구멍의 이어지는 깊은 침투를 막는다. 바람직하게는, 여과 장치 보조기 또는 여과 장치 컨디셔너의 입자 크기는 여과 장치의 구멍 틈보다 더 크지만, 가스 스트림에 쉽게 비말 동반될 수 있도록 충분히 작다. 입자 크기는 또한 야기된 여과 장치 케이크의 구멍 틈이 여과되어야 하는 입자의 평균 크기보다 더 작아야 한다. 일반적으로, 마이크로미터 크기보다 적은 것은 피하고, 약 5-30 마이크로미터의 크기 범위가 바람직하다. 여과 장치 요소의 컨디셔닝이 완료되면, 여과 장치 케이크의 이어지는 축적이 퇴적된 용제에 의해 생성된 여과 장치 케이크의 첫 번째 층의 위에서 주로 일어나고, 그렇게 함으로써 주기적인 백-펄싱 이벤트에 의해 더욱 쉽게 제거된다.
굵은 용제의 첨가는 또한 비제한적으로, 비소 및 게르마늄과 같은 휘발성 물질 또는 특정 미량의 오염물질을 잡고 제거하기 위해 제공될 수 있다. 그러나, 첨가되는 상대적으로 굵은 용제의 입자 크기 범위는 (바람직하게는 직경이 5-35 마이크로미터) 우선적으로 입자 여과 유닛 (110)의 여과 장치 요소에 대한 컨디셔닝제로서 기능하도록 디자인된다.
입자 여과 유닛 (110)을 나오는 합성 가스는 필수적으로 미립자가 없을 것이고, 비제한적으로, 산 가스 제거 및 황 회수를 포함하는 전통적인 정제 방법으로 쉽게 추가적으로 가공될 수 있다. 반면에, 입자 여과 유닛 (110)을 나오는 고체 혼합물은 고화된 재, 숯 및 용제를 포함하고, 이들 혼합물은 초기 분리 장치 (50)를 나오는 고체 생성물 스트림 (70)과 합쳐진다. 합쳐진 고체는 그 후에 원동력으로 고압 가스 (이것은 합성가스를 포함할 수 있다)를 사용하는 반응기의 첫 번째 단으로 돌아가서 재활용된다. 재활용된 고체는 첫 번째 단 반응에 대한 공급원료로 분산 장치 (60) 및/또는 (60a)를 통해 연소된 하단부 (30)에 첨가될 수 있다. 이들 분산 장치는 임의적으로 산소-함유 가스 및/또는 증기와 혼합하여 첫 번째 단 가스화 공정을 구동시키고, 그렇게 함으로써 원료 합성 가스를 포함하는 혼합물 생성물 및 (위에서 묘사한 것처럼) 미연소된 상단부 (40) 내에 발생하는 두 번째 단 공정에 요구되는 열을 생성한다. 적어도 20 퍼센트의 산소를 함유하는 임의의 가스는 반응기 하단부 (30)에 유입되는 산소-함유 가스로 사용될 수 있다. 바람직한 산소-함유 가스는 산소, 공기 및 산소-농축 공기를 포함한다.
반응기 하단부 (30)에서 공정의 첫 번째 단에서의 반응의 물리적 조건은 숯 가스화에 의해 생성된 재의 녹는 점을 초과하는 온도에서 재활용된 숯의 빠른 가스화를 보장하도록 조절되고 유지된다. 이렇게 함으로써, 용융된 슬래그가 약 250 포아즈보다 크지 않은, 그러나 더욱 바람직하게는 100 포아즈보다 더 작은 점도를 가지는 용융된 재로부터 생성된다. 가스화 반응기의 첫 번째 단으로의 숯의 재활용을 통한 가스화 반응기 (10)의 하단부 (30)로의 용제의 첨가는 필요할 때 슬래그 점도 뿐만 아니라 녹는 점을 감소시키기 위해 제공되고, 그렇게 함으로써 반드시 하단부 (30)의 바닥에 쇳물빼기 구멍을 통해 슬러그의 충분한 배수가 있게된다.
가스화 방법에 용제의 사용은 이 분야에서 통상적이고, 이 목적으로 활용되는 가장 흔한 미네랄은 석회암 (CaCO3), 및 생석회 (CaO), MgO, 점토, 규산염, 붕산염, 비산회, 슬래그 및 이들의 혼합물을 포함한다. 공급원료의 조성물을 기초로 요구되는 용제의 혼합물 및 최적의 양이 변화되기 때문에, 요구되는 용제의 적절한 양을 계산하는 것을 돕기 위해 수학적인 관계가 존재한다. Benson 및 Sondreal에 의한 책의 한 단원은 이 부분을 상세하게 논의한다.
하단부 (30)로 다시 재활용된 숯과 합침으로써 가스화 반응기 (10)에 용제를 간접적으로 첨가하는 것의 이점은 가스화 반응기 (10)의 첫 번째 단 (30)에 대한 혼합물의 첨가에 앞서 탄소질 공급원료에 용제를 미리 혼합할 필요성을 제거한다는 것이다. 따라서, 공급원료는 용제로 희석될 필요가 없고, 공급원료가 가스화 반응기에 유입될 수 있는 속도는 최대화된다.
본 발명에서 활용되는 연료는 임의의 알맞게 미분된 탄소질 물질일 수 있고, 볼 밀(ball mill), 로드 밀(rod mill) 및 해머 밀(hammer mill)의 사용을 포함하여, 미립자 고체의 입자 크기를 감소시키는 임의의 공지된 방법이, 수행될 수 있다. 입자 크기가 결정적이지 않다고 해도, 미분된 탄소 입자가 바람직하다. 바람직하게는, 미립자 탄소질 물질은 비제한적으로, 갈탄, 연탄, 아역청탄, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 석탄이다. 사용될 수 있는 추가적인 탄소질 물질은 석탄, 숯, 석탄 액화유 잔여물, 미립자 탄소, 석유 코크스, 오일 쉘로부터 유래되는 탄소질 고체, 타르 샌드, 피치, 바이오매스, 농축된 수어 슬러지(sewer sludge), 작은 쓰레기, 고무 및 이들의 혼합물로부터의 코크스이다. 상기 예시된 물질은 분쇄된 고체의 형태일 수 있고, 최고의 물질 처리 및 반응 특성을 위해 액체 담체 중에서의 펌핑가능한 슬러리로써이다.
여기서 사용된, 용어 "굵은"은 미립자 여과 장치에서 여과 장치 요소의 구멍 틈보다 더 크나, 가스 스트림에서 쉽게 비말 동반되기에 충분히 작은 것으로 정의된다. 굵은 입자 스트림은 바람직하게는 5-30 마이크로미터의 평균 크기 범위를 가진다.
여기서 사용된, 용어 "컨디셔닝"은 더 작은 입자에 대한 여과 매질의 이어지는 투과성을 감소시키면서 가스에 대한 투과성을 유지하기 위해 여과 매질의 구멍 안에 또는 구멍 상에 입자의 얇은 층을 퇴적시키는 것을 지칭한다.
여기서 사용된, 용어 "합성가스(syngas)"는 주요 구성성분으로 H2 및 CO를 포함하는, 탄소질 공급원료로부터 가스화 반응기에서 생성되는 가스 또는 용어 "합성 가스(synthesis gas)"의 동의어이다.
여기서 사용된, 용어 "숯"은 가스화 반응기 시스템에 의해 생성된 원료 합성 가스 안에 비말 동반된 부분적으로 반응한 탄소질 물질 및 재 입자를 지칭한다.
여기서 사용된, 용어 "재"는 "비산회"의 동의어이고, 탄소질 물질의 가스화 후에 남아있는 탄소질 공급원료의 미네랄 내용물을 지칭한다. 재 융합 온도 초과에서, 재는 용해되어 용융된 슬래그를 생성한다.
상기에 개시한 설명으로 특허 발명의 범위를 제한하려는 의도는 없고, 청구항 대상의 모든 균등물을 포함하는 의도된 범위로 오직 다음의 청구항에 의해서 제한된다. 각각 및 모든 청구항은 본 발명의 실시양태로서 명세서에 통합된다. 따라서 청구항은 추가적인 설명이고 본 발명의 개시된 실시양태에 대한 첨가이다.
가상적인 실시예 1:
다음의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하고자 함이 아니라, 오히려 한 실시양태의 특정 특징을 도시하기 위함이다. 15 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가지는 석회석 및 고령토 점토의 혼합물을 사이클론의 하류부 및 입자 여과 유닛의 상류부 원료 합성 가스 스트림에 주입했다. 사이클론의 하류에 남아있는 비말 동반된 숯 미립자 스트림의 평균 크기는 통상적으로 1-2 마이크로미터였다. 첨가제의 굵은 입자 크기는 미세한 마이크로미터 이하의 숯 입자가 여과 장치의 구멍에 내장되고 박혀서 여과 장치의 막힘을 야기하는 것을 막아준다. 고령토 및 석회석 입자는 동시에 또한 비제한적으로 비소 및 게르마늄과 같은 휘발성 물질 또는 특정 미량의 오염물질을 잡고 제거할 수 있었다. 숯, 고령토, 및 석회석 혼합물을, 합성가스 스트림으로부터의 여과 장치에 의해 분리한 후에, 슬래깅 가스 발생 장치로 이송하고 주입했다. 숯은 가스화 공정에 의해 소모되었고 유용한 합성가스로 전환된 반면, 고령토 및 석회석은 탄소질 공급원료 (예를 들어, 그러나 비제한적으로, 석탄 또는 석유 코크스) 내 재 구성성분과 반응하여 가스 발생 장치 내 가장 낮은 지점의 쇳물빼기 구멍으로부터 배수되는 자유롭게 흐르는 용융된 슬래그 혼합물을 형성했다. 이 실시예에서, 석회석 첨가는 슬래그의 녹는 점을 낮추고 (그렇게 함으로써 가스화 온도에서 점도를 감소시킴) 반면에 고령토는 유리질 규산염 기질이 슬래그를 상대적으로 비활성 및 침출되지 않게 만들도록 제공된다. 첨가된 고령토 및 석회석의 양은 탄소질 공급원료 내 재의 조성에 따라 조정했다. 슬래그의 점도를 모니터링 했고 입자 여과 유닛으로부터 상류의 용제의 첨가에 따라 조정했다. 용융된 슬래그가 너무 끈적하다면, 점도가 감소될 때까지 용제를 더 첨가했다. 바람직하게는 용제 첨가 후에 슬래그의 최종 점도는 250 포아즈 미만, 그러나 더욱 바람직하게는, 100 포아즈 미만이다.
참고문헌
본 명세서에 개시된 모든 참고문헌은 분명히 참고문헌으로 인용되었다.
인용된 참고문헌은 편의를 위해 여기에 다시 열거한다:
Claims (15)
- a. 가스화 반응기가 탄소질 공급원료를 변환하여 첫 번째 가스 생성물 스트림 및 숯을 포함하는 혼합물 생성물을 생산하고, 상기 첫 번째 가스 생성물 스트림이 H2 및 CO를 포함하는, 가스화 반응기를 제공하는 단계;
b. 초기 분리 장치를 통해 상기 혼합물 생성물을 통과시켜, 상기 가스 생성물 스트림으로부터 대부분의 상기 숯을 제거하는 단계;
c. 상기 초기 분리 장치의 하류부 가스 생성물 스트림에 굵은 미립자 용제(fluxing agent)를 도입하는 단계;
d. 상기 굵은 미립자 용제의 도입 점으로부터 하류부에 다수의 여과 장치 요소를 포함하는 입자 여과 유닛을 제공하는 단계;
e. 여과 장치 요소의 구멍 안에 및 구멍 상에 용제의 얇은 층을 퇴적시켜, 여과 장치 요소를 컨디셔닝하고 이어지는 비말 동반된 숯 입자에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 감소시키는 동시에, 합성 가스에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 최대화하는 단계;
f. 여과 장치 요소로부터 굵은 미립자 용제 및 숯을 포함하는 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 백-펄싱(back-pulsing)으로 주기적으로 제거하는 단계;
g. 단계 (b)의 제거된 숯 및 단계 (f)의 제거된 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 형성하고, 그 후에 단계 (a)의 가스화 반응기로 이 혼합물을 전송하는 단계
를 포함하는 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법. - 제1항에 있어서, 상기 굵은 미립자 용제가 가스화 반응기에서 용융된 슬래그의 점도 및 녹는 점을 감소시켜, 반응기로부터 용융된 슬래그의 제거를 돕는, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 굵은 미립자 용제의 평균 크기가 5 내지 35 마이크로미터인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제1항에 있어서, 단계 (d)의 굵은 미립자 용제가 석회석, 산화 마그네슘, 점토, 규산염, 붕산염, 비산회, 슬래그, 또는 이들의 2가지 이상의 혼합물을 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)의 혼합물 생성물을 단계 (b)에 앞서 열 회수 구역으로 통과시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 열 회수 구역은 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 열 회수 장치를 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 단계 (a)의 가스화 반응기가 첫 번째 및 두 번째 단(stage)을 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- a. 가스화 반응기가 탄소질 공급원료를 변환하여 첫 번째 가스 생성물 스트림 및 고체 미립자 스트림을 포함하는 혼합물 생성물을 생산하고, 상기 첫 번째 가스 생성물 스트림이 H2 및 CO를 포함하며, 상기 고체 미립자 스트림이 숯을 포함하는 것인, 첫 번째 및 두 번째 단을 포함하는 가스화 반응기를 제공하는 단계;
b. 초기 분리 장치를 통해 상기 혼합물 생성물을 통과시켜, 대부분의 상기 숯을 상기 가스 생성물 스트림으로부터 제거하는 단계;
c. 상기 초기 분리 장치의 하류부 가스 생성물 스트림에 굵은 미립자 용제를 도입하는 단계;
d. 상기 굵은 미립자 용제의 도입 점으로부터의 하류부에 다수의 여과 장치 요소를 포함하는 입자 여과 유닛을 제공하는 단계;
e. 여과 장치 요소의 구멍 안에 및 구멍 상에 용제의 얇은 층을 퇴적시켜, 여과 장치 요소를 컨디셔닝하고 이어지는 비말 동반된 숯 입자에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 감소시키는 동시에, 합성 가스에 대한 여과 장치 요소의 투과성을 최대화하는 단계;
f. 여과 장치 요소로부터 굵은 미립자 용제 및 숯을 포함하는 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 백-펄싱으로 주기적으로 제거하는 단계;
g. 단계 (b)의 제거된 숯 및 단계 (f)의 제거된 여과 장치 케이크를 포함하는 혼합물을 형성하고, 그 후에 단계 (a)의 가스화 반응기로 이 혼합물을 전송하는 단계
를 포함하는, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법. - 제7항에 있어서, 상기 굵은 미립자 용제가 가스화 반응기에서 용융된 슬래그의 점도 및 녹는 점을 감소시켜, 반응기로부터 용융된 슬래그의 제거를 돕는, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 굵은 미립자 용제가 석회석, 산화 마그네슘, 점토, 규산염, 붕산염, 비산회, 슬래그, 또는 이들의 2가지 이상의 혼합물을 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 단계 (a)의 혼합물 생성물을 단계 (b)에 앞서 열 회수 구역으로 통과시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 열 회수 구역은 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 열 회수 장치를 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 개선된 방법.
- a. 미립자 탄소질 공급원료를 포함하는 고체 스트림의 가스화로 합성 가스 및 숯을 포함하는 혼합물 생성물 및 열을 생산하기 위한 반응기;
b. a) 부분의 상기 혼합물 생성물을 분리하여 숯을 포함하는 첫 번째 고체 생성물 스트림 및 가스 생성물 스트림을 생성하기 위한 초기 분리 장치;
c. 굵은 미립자 용제;
d. (b) 부분의 초기 분리 장치로부터의 하류부에 굵은 미립자 용제의 첨가를 위한 입구;
e. 숯의 잔여 입자를 보유하기 위해 (c) 부분의 굵은 미립자 용제 및 (b) 부분의 가스 생성물 스트림을 여과하여, (b) 부분의 상기 가스 생성물 스트림의 통과를 허용하는 동시에 두 번째 고체 생성물 스트림을 생성하기 위한 입자 여과 유닛;
f. (b) 부분의 첫 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 (b) 부분의 초기 분리 장치에서의 첫 번째 말단,
두 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 (c) 부분의 입자 여과 유닛에서의 두 번째 말단,
첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 합하기 위한 연결 장치,
첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림 및 컨디셔닝제로서 (c) 부분의 굵은 미립자 용제를 포함하는 혼합물 생성물의 반응기로의 유입을 허용하기 위한 가스화 반응기에서의 세번째 말단
을 가지는, 첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 관
을 포함하는, 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템. - 제11항에 있어서, (c) 부분의 초기 분리 장치로부터의 상류부에 위치한 열 회수 장치를 추가로 포함하고, 상기 열 회수 장치가 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템.
- a. 합성 가스, 숯, 및 용융된 슬래그를 포함하는 첫 번째 혼합물 생성물 및 열을 생산하기 위해 산소-함유 가스를 포함하는 가스 스트림과 미립자 탄소질 공급원료를 포함하는 고체 스트림을 부분적으로 연소시키기 위한 반응기 하단부;
b. 합성 가스 및 숯을 포함하는 두 번째 혼합물 생성물을 생산하기 위한 액체 담체에 미립자 탄소질 물질을 포함하는 첫 번째 슬러리 스트림과 (a) 부분의 상기 첫 번째 혼합물 생성물을 열분해하기 위한 반응기 상단부;
c. 숯을 포함하는 첫 번째 고체 생성물 스트림 및 가스 생성물 스트림을 생성하기 위한 b) 부분의 상기 두 번째 혼합물 생성물을 분리하기 위한 초기 분리 장치;
d. 굵은 미립자 용제;
e. (c) 부분의 초기 분리 장치의 하류부에 (d) 부분의 굵은 미립자 용제의 첨가를 위한 입구;
f. 숯의 잔여 입자를 보유하기 위해 (d) 부분의 굵은 미립자 용제 및 (c) 부분의 가스 생성물 스트림을 여과하여, 상기 가스 생성물 스트림의 통과를 허용하는 동시에 두 번째 고체 생성물 스트림을 생성하는 입자 여과 유닛;
g. (b) 부분의 첫 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 (c) 부분의 초기 분리 장치에서의 첫 번째 말단,
두 번째 고체 생성물 스트림을 안내하기 위한 (f) 부분의 입자 여과 유닛에서의 두 번째 말단,
첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림을 합하기 위한 연결 장치,
첫 번째 및 두 번째 고체 생성물 스트림 및 컨디셔닝제로서 (d) 부분의 굵은 미립자 용제를 포함하는 혼합물 생성물의 반응기로의 유입을 허용하기 위한 (a) 부분의 반응기 하단부에서의 세 번째 말단
을 가지는, 첫 번째 및 두 번째 고체 스트림을 안내하기 위한 관
을 포함하는, 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템. - 제13항에 있어서, 추가적으로 (c) 부분의 초기 분리 장치로부터의 상류부에 위치한 열 회수 장치를 포함하고, 상기 열 회수 장치가 복사열 형태의 보일러, 물 관 보일러, 불 관 보일러 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 초기 분리 장치가 사이클론을 포함하고, 입자 여과 유닛이 캔들 여과 장치를 포함하는 것인, 탄소질 물질의 가스화를 위한 시스템.
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