KR101767287B1 - 메탄 생성 시스템을 갖춘 열 통합을 위한 시스템 - Google Patents

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Abstract

하나의 실시예에서, 시스템은 제 1 연료를 수용하도록 구성된 연료 유입구, 메탄을 출력하도록 구성되는 연료 유출구, 및 상기 연료 유입구로부터 상기 연료 유출구로 제 1 연료의 제 1 유량을 이송하도록 구성되는 제 1 연료 통로를 일반적으로 포함하는 메탄 생성 섹션을 포함한다. 제 1 연료 통로는 발열 메탄 생성 영역 내에서 제 1 연료로부터 메탄을 생성하도록 구성되는 제 1 메타네이터를 포함한다. 이 시스템은 또한 메탄으로의 전환되지 않은 상태로 제 2 연료의 제 2 유량을 이송하도록 구성되는 제 2 연료 통로를 포함한다. 제 2 연료 통로는 또한 발열 메탄 생성 영역으로부터 열을 수용하도록 구성된다.

Description

메탄 생성 시스템을 갖춘 열 통합을 위한 시스템{SYSTEM FOR HEAT INTEGRATION WITH METHANATION SYSTEM}
본 명세서에 개시된 발명은 대체 천연 가스 생산 및 통합 가스화 복합 사이클(integrated gasification combined cycle IGCC) 발전소에서의 열 통합을 위한 새로운 방법 및 시스템에 관한 것이다.
천연 가스의 변동이 쉬운 가격으로 인해 석탄, 코크스, 또는 임의의 탄소질 원료로부터 대체 천연 가스(SNG)를 생산하는 가스화 공정이 상당히 요망된다. 일반적으로, SNG 생산은 생성물들 중에서도 특히 일산화탄소 및 수소를 포함하는 미처리 합성가스 생성물을 생산하기 위한 탄소질 원료의 가스화를 수반한다. 합성가스는 처리된 후 메타네이터 반응기(methanator reactor) 내에서 메탄으로 전환된다.
일반적으로, 통합 가스화 복합 사이클(IGCC) 발전소는 비교적 청결하고 효율적으로 석탄과 같은 SNG 생산 공장의 것과 같은 다양한 탄소질 원료로부터 에너지를 생산할 수 있다. SNG 생산과 유사한 방식으로, IGCC 기술은 가스화 장치 내에서 산소와 증기의 반응에 의해 탄소질 원료를 CO 및 H2의 가스 혼합물, 즉 합성가스로 전환시킬 수 있다. 이들 가스는 종래의 복합 사이클 발전소에서 처리, 가공처리 및 연료로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 합성가스는 IGCC 발전소의 연소 터빈 내에 공급되고 점화되어 발전용 가스 터빈에 동력을 공급할 수 있다.
본 발명의 목적은 대체 천연 가스 생산 및 통합 가스화 복합 사이클 발전소에서의 열 통합을 위한 새로운 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
최초에 청구된 발명의 범위에 상응하는 특정의 실시예가 이하에 요약되어 있다. 이들 실시예는 청구된 발명의 범위를 제한하지 않고, 오히려 이들 실시예는 본 발명의 가능한 형태의 간단한 요약을 제공하는 것만을 목적으로 한다. 실제로, 본 발명은 이하에 설명된 실시예와 유사하거나 상이한 다양한 형태를 포함할 수 있다.
제 1 실시예에서, 시스템이 메탄 생성 섹션을 포함하고, 이 메탄 생성 시스템은, 제 1 연료를 수용하도록 구성된 연료 유입구, 메탄을 출력하도록 구성된 연료 유출구, 연료 유입구로부터 연료 유출구로 제 1 연료의 제 1 유량을 이송하도록 구성된 제 1 연료 통로를 포함하고, 제 1 연료 통로는 발열 메탄 생성 영역 내의 제 1 연료로부터 메탄을 생성하도록 구성된 제 1 메타네이터를 포함한다. 본 시스템은 또한 메탄으로의 전환 없이 제 2 연료의 제 2 유량을 이송하도록 구성되고, 발열 메탄 생성 영역으로부터 열을 수용하도록 구성된 제 2 연료 통로를 포함한다.
제 2 실시예에서, 시스템은, 합성가스 냉각 장치, 메탄 생성 섹션, 합성가스 냉각 장치 및 메탄 생성 섹션을 통해 연장하는 연료 통로를 포함하고, 연료 통로는 합성가스를 합성가스 냉각 장치로부터 메탄 생성 섹션으로 유동시키도록 구성되고, 메탄 생성 섹션이 제 1 발열 메탄 생성 영역 내에서 합성가스로부터 메탄을 생성하도록 구성된다. 이 시스템은 또한 합성가스 냉각 장치 및 메탄 생성 섹션을 통해 연장하는 유체 통로를 포함하고, 합성가스 냉각 장치는 유체 통로를 따라 합성가스로부터 유체에 열을 전달하도록 구성된다. 메탄 생성 섹션은 유체 통로를 따라 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 유체는 유체 통로의 적어도 일부분을 따르는 증기일 수 있다.
제 3 실시예에서, 시스템은 메탄 생성 섹션을 포함하고, 이 메탄 생성 섹션은, 일반적으로 연료 통로, 연료 통로 내에 배치되고, 제 1 발열 메탄 생성 영역을 포함하는 제 1 메타네이터, 제 1 메타네이터로부터 하류측의 연료 통로 내에 배치되고, 제 2 발열 메탄 생성 영역을 포함하는 제 2 메타네이터를 포함하고, 제 2 메타네이터는 제 2 발열 메탄 생성 영역을 포함한다. 메탄 생성 섹션은 또한 제 1 메타네이터와 제 2 메타네이터의 사이에서 연료 통로를 따라 배치된 제 1 열 교환기, 제 2 메타네이터로부터 하류측의 연료 통로를 따라 배치된 제 2 열 교환기, 및 제 1 및 제 2 열 교환기를 통해 연장하는 유체 통로를 포함하고, 제 2 열 교환기가 제 1 열 교환기로 이송되기 전에 유체 통로를 따라 포화 증기를 생성하도록 제 2 발열 메탄 생성 영역으로부터 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 제 1 열 교환기는 제 1 열 교환기로 이송되기 전에 유체 통로를 따라 과열 증기를 생성하도록 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 포화 증기에 열을 전달하도록 구성된다. 제 1 열 교환기는 유체 통로를 따라 과열 증기를 생성하도록 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 포화 증기에 열을 전달하도록 구성된다.
본 발명에 의해 대체 천연 가스 생산 및 통합 가스화 복합 사이클 발전소에서의 열 통합을 위한 새로운 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
본 발명의 상기 특징 및 기타 특징, 관점, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 후술하는 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 깊이 이해될 수 있을 것이다. 동일한 참조번호는 전체 도면을 통해 동일한 부품을 표시한다.
도 1은 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하여 대체 천연 가스의 생산 및 발전을 위한 설비의 하나의 실시예를 도시하는 블록도이다
도 2는 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하여 대체 천연 가스의 생산 및 발전을 위한 설비의 하나의 실시예를 도시하는 블록도이다
도 3은 메탄 생성 섹션에서 과열 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 급냉 가스화 장치 및 메탄 생성 섹션을 이용하는 시스템의 하나의 실시예를 도시하는 블록도이다
도 4는 과열 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 도 3의 메탄 생성 섹션을 도시하는 블록도이다
도 5는 합성가스 냉각 장치에서 발열을 회수하여 메탄 생성 섹션에서 과열 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 메탄 생성 섹션과 합성 가스 냉각 장치의 일체화의 하나의 실시예를 도시하는 블록도이다
도 6은 과열 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 도 5의 메탄 생성 섹션을 도시하는 블록도이다
도 7은 합성가스 냉각 장치에서 발열을 회수하여 과열 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 메탄 생성 섹션과 합성가스 냉각 장치의 일체화의 다른 실시예를 도시하는 블록도이다
도 8은 고압 증기를 생산하기 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 도 7의 메탄 생성 섹션을 도시하는 블록도이다
도 9는 가열된 합성가스 공급원으로부터의 발전을 위해 본 명세서에서 설명되는 독특한 열 통합 특징을 이용하는 통합 가스화 복합 사이클 발전소를 도시하는 블록도이다.
이하에서 본 발명의 하나 이상의 특정의 실시예가 설명된다. 이들 실시예의 간결한 설명을 제공하기 위한 노력에서 실제적 실시의 모든 특징이 본 명세서에 기술되지 않을 수도 있다. 임의의 엔지니어링 또는 설계 프로젝트와 같은 임의의 실제적 실시를 진행함에 있어서, 실시마다 달라질 수 있는 시스템 관련 제약 및 사업 관련 제약의 준수와 같은 개발자의 특정 목적을 달성하기 위해 실시 특유의 수많은 결정이 이루어져야 한다. 더욱, 이와 같은 개발 노력은 복잡하고 많은 시간이 소요되지만 그럼에도 불구하고 본 개시의 이익을 가지는 통상 전문가의 설계, 제조, 및 제작의 일상적 사업일 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들을 소개할 때 사용되는 "하나의(a, an)" 및 "상기(the, said)"는 하나 이상의 요소가 존재하는 것을 의미하는 것으로 한다. 용어 "포함하다(comprising, including)" 및 "가지다(having)"는 열거된 요소들 외에 추가의 요소들이 존재할 수 있다는 포괄적 의미로 한다.
본 개시는 대체 천연 가스(SNG) 생산 및 통합 가스화 복합 사이클(IGCC) 발전 시스템 내에서의 향상된 증기 및/또는 열 회수에 관한 것이다. 소정의 실시 특유의 설비 요건에 기초하여, 메탄 생성 섹션은 터빈 또는 기타 증기 구동 설비에 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 과열 고압 증기의 생성을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 합성가스의 SNG로의 전환은 고도의 발열 반응이다. 이 공정에서 생산된 열은 반응기 및 설비 설계에 대해 큰 과제를 부여하고, 다양한 공정들의 잠재적인 구동원이다. 예를 들면, CO 및 H2 가스로부터 SNG의 생산(이하, 메탄 생성이라 칭함)에 의해 생성된 열은 약 50 kcal/gmol의 전환된 CO일 수 있고, 이것은 메탄 생성 반응에 투입된 총 에너지 입력(CO 및 H2로부터의 축적 에너지 형태)의 약 20%에 상당한다. 즉, 포집된 실제의 합성가스는 총 에너지 입력의 80%에 상당하고, 다른 20%는 전형적인 형태로 충분히 활용되지 않을 수 있다. 본 실시예들은 과열 증기의 생산 및/또는 연료의 설비에 의해 생산되는 정미 출력(net power)으로의 전환을 촉진하기 위해 합성가스의 SNG로의 전환 중에 방출되는 이 발열을 이용하는 다양한 방법을 설명한다. 기술의 유형, 공정 요건 및 설계 제한에 의존하여, 당업자는 설비의 다양한 영역에 동력을 공급하기 위한 동력을 생성하거나 잉여 동력을 송출하기 위해 이들 관련된 방법들 중의 임의의 하나 또는 조합을 선택할 수 있다.
도 1은 개시된 실시예에 따라 과열 고압 증기(100) 및 합성가스(70)를 생성하기 위해 메탄 생성 섹션(64)을 이용하는 일체화된 대체 천연 가스 생산-IGCC 시스템(10)의 블록도를 도시한다. 시스템(10)은 다른 특징들 중에서 특히 SNG을 생성하기 위한 그리고 발전용 연료 공급원으로서 합성가스(SNG 중간체)를 사용하기 위한 영역을 포함한다. 이 시스템(10)의 요소는 에너지원으로서 및/또는 SNG의 생산을 위해 사용될 수 있는 고형 원료와 같은 탄소질 연료 공급원(12)을 포함할 수 있다. 연료 공급원(12)은 석탄, 석유 코크스, 바이오매스, 목질계 재료, 농업 폐기물, 타르, 코크스 노 가스 및 아스팔트, 또는 기타 탄소 함유 물질을 포함한다. 연료 공급원(12)의 고체 연료는 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)으로 이송될 수 있다. 이 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)은 수개의 서브시스템을 포함할 수 있다. 예를 들면, 이 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)은 공급원을 생성하기 위해 연료 공급원(12)을 세단, 분쇄, 파쇄, 미분쇄, 브리켓 형성 또는 펠릿 형성하는 것에 의해 예를 들면 연료 공급원(12)을 치수 변경하거나 재형성할 수 있는 공급 원료 전처리 서브시스템(16)을 포함할 수 있다. 추가적으로, 물 또는 기타 적절한 액체가 슬러리 공급 원료를 생성하기 위해 공급 원료 전처리 서브시스템(16) 내의 연료 공급원(12)에 첨가될 수 있다. 다른 실시예에서, 공급 원료 전처리 서브시스템(16) 내에서 연료 공급원에 액체가 전혀 첨가되지 않으므로 건조 공급 원료가 생성된다.
공급 원료는 공급 원료 전처리 서브시스템(16)으로부터 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)의 가스화 장치/냉각 장치(18)로 이송될 수 있다. 이 가스화 장치/냉각 장치(18)는 도시된 실시예에서 그리고 본 설명의 목적을 위해 공급 원료를 CO 및 H2의 결합, 즉 합성가스로 전환할 수 있는 합성가스 냉각 장치 가스화 장치이다. 이 전환은 가스화 장치/냉각 장치(18) 내에서 사용되는 가스화 장치의 유형에 의존하여 공급 원료를 예를 들면 약 20 바아 내지 85 바아의 고압 및 예를 들면 약 700 ℃ 내지 1600 ℃의 제어된 양의 증기 및 산소에 노출시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 가스화 장치/냉각 장치(18)는 약 400 PSIG 내지 약 800 PSIG(예를 들면, 약 400, 450, 500, 550, 또는 600 PSIG)에서 작동하는 SGC 가스화 장치이다. 이 가스화 공정은 또 공급 원료가 가열되는 열분해 공정 중의 공급 원료를 포함할 수 있다. 가스화 장치/냉각 장치(18)의 가스화 장치의 내측 온도는 공급 원료를 생성하기 위해 사용되는 연료 공급원(12)에 의존하여 열분해 공정 중에 약 150 ℃ 내지 700 ℃의 범위일 수 있다. 예를 들면, 이 온도는 약 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 또는 700 ℃일 수 있다. 열분해 공정 중인 공급 원료의 가열에 의해 고형물(예, 탄화물) 및 잔류 가스(예, CO, H2, N2)가 생성될 수 있다. 열분해 공정 후의 공급 원료로부터 잔류하는 탄화물은 원 공급 원료의 중량의 최대 약 40% 내지 50%에 이르는 중량(예, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 또는 50%)을 갖는다.
다음에 연소 공정이 가스화 장치/냉각 장치(18) 내에서 발생할 수 있다. 이 연소 공정을 돕기 위해, 산소(20)가 공기 분리 유닛(ASU; 22)으로부터 가스화 장치/냉각 장치(18)에 공급될 수 있다. ASU(22)는 예를 들면 저온 관련의 증류 기술 또는 압력 스윙 흡착법(PSA)을 사용할 수 있는 증류 기술에 의해 공기(24)를 성분 가스로 분리하도록 작동할 수 있다. 예를 들면, ASU(22)는 공기(24)를 가스화 장치/냉각 장치(18)로 이송되기 위한 산소(20) 및 예를 들면 희석 가스 또는 혼합 가스로서 포집되거나 발전에 사용하기 위한 질소(26)로 분리할 수 있다.
따라서 산소(20)는 연소를 목적으로 ASU(22)로부터 가스화 장치/냉각 장치(18)에 의해 수용된다. 연소는 탄화물과 잔류 가스가 산소와 반응하여 CO2 및 CO를 형성하도록 탄화물과 잔류 가스에 산소(20)를 도입하는 단계 및 그 결과 후속 가스화 반응을 위한 열을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 연소 공정 중의 온도는 약 700 ℃ 내지 1600 ℃의 범위일 수 있다. 다음에, 증기가 가스화 단계 중에 가스화 장치/냉각 장치(18) 내에 도입될 수 있다. 이 탄화물은 800 ℃ 내지 1100 ℃의 범위의 온도에서 CO2 및 증기와 반응하여 CO 및 H2를 생산할 수 있다. 본질적으로, 가스화 장치는 증기와 산소를 이용하여 공급 원료의 연소를 가능하게 하여 CO2 및 에너지를 생산할 수 있고, 따라서 추가의 공급 원료를 H2 및 추가의 CO로 전환하는 주 반응을 구동할 수 있다. 이와 같은 실시예에서, 일단 가스화 반응이 개시되면 본 명세서에서 설명되는 다른 공정들을 구동하기 위해 잉여 에너지가 사용될 수 있다. 예를 들면, 가스화 장치/냉각 장치(18)가 합성가스 냉각 장치인 실시예에서 보일러 공급수(28)는 발열 가스화 반응에 의해 가열되어 포화 고압 증기류(30)를 생산할 수 있고, 이 포화 고압 증기류는 추가의 사용을 위해 설비의 다른 영역으로 안내되어 사실상 가스화 장치에 의해 생성된 합성가스를 냉각시키는 작용을 할 수 있다. 일부의 실시예에서, 포화 고압 증기(30)는 약 500 ℉ 내지 700 ℉의 온도(예를 들면, 약 500 ℉를 초과하는 온도, 550, 600, 610, 620, 630, 640, 650, 또는 700 ℉)를 가질 수 있다. 더욱, 본 명세서에서 정의된 바와 같이 포화 고압 증기(30)는 약 800 내지 2200 PSIG의 압력(예를 들면, 약 800 PSIG를 초과하는 압력, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600, 1700, 1800, 1900, 2000, 2100, 또는 2200 PSIG)을 가질 수 있다. 이것은 현재 고압류(예를 들면, 고압 공급수 또는 증기)로서 개시되는 기타의 흐름에 대해서도 동일하다. 포화 고압 증기(30)에 의해 표출되는 특정 압력은 공정 요건, 설비 성능, 원하는 정미 전력 생산 등을 포함하는 다수의 요인에 의존할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 가스화 장치/냉각 장치(18)는 가스상 생성물을 생산한다. 이 가스상 생성물은 전체가 미가공 또는 미처리 합성가스로 볼 수 있는 약 85%의 CO 및 H2 뿐 아니라 CH4, HCl, HF, NH3, HCN, COS 및 H2S(공급 원료의 황 함량에 기초함)를 포함할 수 있다. 가스화 장치/냉각 장치(18)는 일부의 실시예에서 습식 회분 물질일 수 있는 슬래그(32)와 같은 폐기물도 생성한다. 이 슬래그(32)는 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)의 세정 서브시스템(34)에 의해 가스화 장치/냉각 장치(18)로부터 제거될 수 있다. 이 슬래그(32)는 예를 들면 도로 기반으로서 또는 기타 건축 재료로서 처분될 수 있다. 추가적으로, 세정 서브시스템(34)은 미처리 합성가스로부터 습식 회분과 같은 임의의 입자상 물질을 제거함으로써 미처리 합성가스를 세정할 수 있다.
다음에 미처리 합성가스류(36)는 물-가스 변성(WGS) 반응기(38)로 이송될 수 있다. 이 WGS 반응기(38)는 CO가 물(예를 들면, 증기)과 반응하여 CO2 및 H2를 형성하는 WGS 반응을 실행할 수 있다. 따라서 이 WGS 반응기(38)는 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)으로 재순환되는 응축물(40)을 생산할 수 있다. 예를 들면, 이 응축물(40)은 합성가스의 냉각 목적 및 세정을 위해 세정장치(34)로 이송될 수 있다. WGS 공정에서 사용되지 않은 증기, 예를 들면 잔류 저압 증기(42)는 운전 연료로서 사용하기 위해 HRSG(82)를 통해 터빈으로 이송될 수 있다. 이 WGS 공정은 미처리 합성가스(36) 내의 H2:CO의 비율을 메탄 생성 공정에서 사용하기 위해 약 1:1 내지 약 3:1로 조절할 수 있다. 추가적으로, WGS 반응기(38)는 미처리 변성 합성가스의 H2:CO의 비율의 적절한 제어를 돕기 위해 사용될 수 있는 우회로(44)를 포함할 수 있다. WGS 반응기(38)는 사우어(sour) WGS 반응기일 수 있다. 즉 황이 WGS 반응 중에 WGS 반응기(38) 내로 유입하는 미처리 합성가스류(36) 내에 존재할 수 있다. 더욱, WGS 반응기(38)는 변성된 합성가스를 냉각시킴으로써 설비의 후속 영역에서 실행되는 가스 분리 공정을 촉진할 수 있다.
WGS 반응기(38) 내의 WGS 반응 후에 본 시스템(10)은 미처리 변성 합성가스류(46)를 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)으로 이송할 수 있다. 이 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 미처리 변성 합성가스(46)(예를 들면, WGS 반응기(38)의 황을 포함하는 합성가스 생성물)를 세정하여 불필요한 요소들을 제거할 수 있다. 예를 들면, HCl, HF, COS, HCN, 및 H2S와 같은 산성 가스가 미처리 변성 합성가스(46)로부터 제거되어 처리 합성가스류(50)(예를 들면, 황을 포함하지 않는 합성가스)를 생성할 수 있다. 추가적으로, 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 미처리 변성 합성가스(46)의 불필요한 요소(예를 들면, HCl, HF, COS, HCN, 및 H2S)를 황 회수 및 배기 가스 처리 유닛(52)으로 이송할 수 있다. 이 황 회수 및 배기 가스 처리 유닛(52)은 예를 들면 산성 가스 제거 공정에 의해 황(54)을 분리할 수 있다. 이러한 방식으로, 황(54)은 폐기를 위해 또는 판매를 위해 분리될 수 있다. 다음에 모든 잔여 배기 가스(56)는 가스화 장치/냉각 장치(18)로 재순환될 수 있다.
개시된 실시예는 또 탄소 포획 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들면, 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 처리된 합성가스로부터 CO2를 제거할 수 있는 CO2 제거 서브시스템을 더 포함할 수 있다. 제거된 CO2는 CO2류(58)를 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)으로부터 CO2를 저장 및 후속 사용을 위해 탈습 및 압축할 수 있는 CO2 탈습 및 압축 유닛(60)으로 이송될 수 있다. 예를 들면, 이 고압 CO2(62)는 향상된 오일 회수(EOR) 위치 또는 염수 층과 같은 하나 이상의 탄소 분리 위치로 이어지는 관로를 통해 이송될 수 있다. 대안적으로, CO2 탈습 및 압축 유닛(60)은 탈습 및 압축된 CO2를 예를 들면 화학 공장 내에서 사용하기 위해 화학 공장으로 이송할 수 있다. 하나의 실시예에서, 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 합성가스 내에 존재하는 CO2의 약 50 내지 95%(예를 들면, 약 50 초과, 55, 65, 75, 또는 80%)를 제거할 수 있다.
이 때, 처리된 합성가스(50)는 하류측의 적용에 의존하여 1:1 내지 4:1의 H2/CO 몰비, 0-10% 사이의 CO2를 가질 수 있고, 황화합물이 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 더욱, 처리된 합성가스(50)는 가스화 장치/냉각 장치(18)로부터 배출하는 합성가스에 비해 더 저온이다. 예를 들면, WGS 반응기 시스템(38)및/또는 산성 가스 및 CO2 제거 시스템(48)은 열 교환, 가스 팽창 등을 포함하는 다양한 공정에서 합성가스를 냉각할 수 있다. 따라서 처리된 합성가스(50)는 주위 온도(설비의 위치에 의존하여 변화될 수 있음)와 약 150 ℉ 사이의 온도일 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법을 이용하는 일부의 실시예에서, 처리된 합성가스(50)의 일 부분은 예를 들면 메탄 생성 섹션(64)의 유입구를 통해 메탄 생성 섹션(64)에 제공될 수 있고, 다른 부분은 우회로(66)를 통해 메탄 생성 섹션(64)을 우회한다. 이하에서 설명된 바와 같이, 개시된 실시예는 독특하게 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위한 열원으로서 메탄 생성 섹션(64) 내에서 생성된 열을 사용한다. 메탄 생성 섹션(64) 및 우회로(66)에 제공되는 처리된 합성가스(50)의 비율은 설비 특유의 요건, 소비자의 요구 및 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위한 증기를 과열하기 위한 열 요구에 적합하도록 조정될 수 있다. 즉 우회로(66)로 이송되는 부분은 대체 천연 가스의 필요량 및/또는 시스템(10)의 요구되는 실제 발전량에 의존하여 합성가스(50)의 약 10% 내지 약 80%(예를 들면, 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 또는 80%)일 수 있다. 이러한 방식으로, 시스템(10)은 SNG 생산 공장 및 IGCC 발전소의 결합으로서 작동할 수 있다.
개시된 실시예에서, 메탄 생성 섹션(64)은 독특하게 외부의 열원을 사용하기보다 우회로(66)를 통해 유동하는 합성가스를 가열하기 위한 열원으로서 사용된다. 예를 들면, 우회로(66)는 열 교환기(68)까지 연결될 수 있고, 이 열 교환기는 메탄 생성 섹션(64)(도면에서 점선의 박스로서 표시됨)의 일부이거나 일부가 아닐 수 있다. 열 교환기(68)는 합성가스류(70)를 생성하기 위해 약 300 내지 600 ℉(예를 들면, 약 300 ℉를 초과하는 온도, 350, 400, 450, 460, 470, 480, 500, 550, 또는 600 ℉) 범위의 온도까지 우회로(66)를 통해 유동하는 합성가스의 일부를 가열하기 위해 메탄 생성 섹션(64) 내에서 생성된 열을 이용할 수 있다. 다음에 가열된 합성가스류(70)는 연소 터빈(72)(예를 들면, 가스 터빈 엔진)으로 이송될 수 있다.
연소 터빈(72)에서, 가열된 합성가스(70)는 공급 서브시스템(14) 내에 공급된 원 탄소질 연료(12)에 비해 훨씬 고효율로 연소될 수 있다. 공기(24)도 연소를 위한 충분한 공연비로 가열된 합성가스(70)와 혼합하도록 연소 터빈(72) 내에 공급될 수 있고, 질소(26)는 연소 반응을 냉각하고 및/또는 배출량을 감소시키도록 ASU(22)로부터 연소 터빈(72)에 제공될 수 있다. 이러한 연소 터빈(72)은 설비에 전력을 배전하기 위한 발전기(74) 및/또는 정미 출력 송출(78)과 같은 다수의 부하를 구동할 수 있다. 다음에 연소 터빈(72)으로부터의 배출가스(80)는 열 회수 및 증기 생성 시스템(HRSG; 82)에 공급될 수 있고, 이 시스템(82)은 배출가스(80) 뿐 아니라 메탄 생성 섹션(64)으로부터 공급되는 응축물류(84) 및 WGS 반응기 시스템(38)으로부터 배출되는 저압 증기(42)와 같은 기타 공정 증기 송출로부터 열을 회수할 수 있다. 실제로 다른 실시예에서, 포화 고압 증기류(30)는 메탄 생성 섹션(64)에 추가하여 또는 그 대신에 HRSG 시스템(82)에 적어도 부분적으로 이송될 수 있다. 이 회수된 열은 증기 터빈(88)을 구동하기 위한 증기(86)를 생성하기 위해 사용될 수 있고, 증기 터빈(88)은 설비(92)에 대한 배전을 위해 또는 정미 출력 송출로서 발전기(90)를 구동할 수 있다. 응축물(96)은 증기(86)를 생성하기 위해 사용되는 임의의 물을 보충하기 위해 HRSG 시스템(82)으로 복귀될 수 있다. HRSG(82)도 압력을 대기로 완화시킬 수 있는 배기장치(98)를 가질 수 있다. 추가적으로, 개시된 실시예에서 메탄 생성 섹션(64)은 증기 터빈(88)을 구동하기 위한 과열 고압 증기류(100)를 이송할 수 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 메탄 생성 섹션(64)은 독특하게 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위한 과열장치로서 사용된다.
전술한 바와 같이, 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 합성가스(50)의 일부분을 메탄 생성 섹션(64)으로 이송할 수 있다. 이 메탄 생성 섹션(64)은 하나 또는 일련의 발열 반응에서 합성가스 내의 CO 및 H2를 CH4 및 H2O로, 즉 메탄(예를 들면, SNG) 및 물로 전환할 수 있다. 일부의 실시예에 따라, 메탄 생성 섹션(64)은 메탄 생성 섹션(64) 내의 각 메타네이터 내에서 발생하는 고온의 SNG 및 발열 메탄 생성 반응에 의해 생산된 물을 냉각하기 위한 냉각제(예를 들면, 물)를 사용하는 하나 이상의 열 교환기를 포함할 수 있다. 냉각제(예를 들면, 물)가 메탄 생성 섹션(64)을 냉각함에 따라, 냉각제는 발열 메탄 생성 반응에 의해 가열된다. 다른 실시예에서, 발열 메탄 생성 반응에 의해 생산된 열은 물 공급원 및/또는 가스화 장치/냉각 장치(18)로부터의 증기, 보일러 공급수 공급원 등과 같은 기타 물 공급원을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 이하에서 다양한 실시와 설계가 설명된다.
다시, 개시된 실시예는 증기의 생성을 위해 외부의 열원보다 메탄 생성 섹션(64)을 열원으로서 채용한다. 도시된 실시예에서, 메탄 생성 섹션(64)은 고압 과열 증기(100)를 생성할 수 있고, 이 고압 과열 증기는 발전(92, 94)을 위해 증기 터빈(88)으로 이송될 수 있다. 이 과열 고압 증기(100)는 본 기술의 다양한 실시를 이용하여 생성될 수 있고, 또 약 700 내지 약 1500 ℉(예를 들면, 700 ℉를 초과하는 온도, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 또는 1500 ℉)의 범위의 온도를 가질 수 있다. 일부의 실시예에서, 이 온도의 증가는 증기의 포화 온도를 초과하는 온도에 의해 측정될 수 있다. 예를 들면, 고압 과열 증기(100)는 증기의 포화 온도를 약 500 내지 1000 ℉만큼 초과하는 온도(예를 들면, 포화 온도를 약 500, 600, 700, 800, 900, 또는 1000 ℉만큼 초과하는 온도)를 가질 수 있다. 마찬가지로, 온도의 증가는 포화 온도를 초과하는 백분율에 의해 측정될 수 있다. 그러므로 고압 과열 증기(100)의 온도는 포화 온도를 약 10 내지 약 500% 초과하는 온도, 또는 약 20 내지 약 300% 초과하는 온도, 또는 약 30 내지 약 250% 초과하는 온도, 또는 약 40 내지 약 200% 초과하는 온도, 또는 약 50 내지 약 150% 초과하는 온도(예를 들면, 포화 온도를 약 10, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 또는 500% 초과하는 온도)일 수 있다.
추가적으로, 메탄 생성 섹션(64)은 합성가스가 SNG 및 물(102)로 전환되기 전에 처리된(예를 들면, 합성가스로부터 황을 제거한) 합성가스를 이용하는 스위트(sweet) 메탄 생성 반응기를 포함할 수 있다. 메탄 생성 섹션(64)은 SNG 탈습 및 압축 유닛(104)의 유출구를 통해 생성된 SNG 및 물의 흐름(102)을 이송할 수 있다. 이 SNG 탈습 및 압축 유닛(104)은 SNG로부터 물을 분리할 수 있고, 그 결과 SNG는 관로 등급의 SNG(106)를 생산하도록 압축 및 이송될 수 있다. 이 관로 등급 SNG(106)는 SNG 관로를 통해 저장 시설이나 추가의 SNG 처리 시설로 이송되거나 공급원으로서 관로 SNG를 이용하는 본 기술분야에 공지된 임의의 다른 적용분야에서 사용될 수 있다.
도 2는 개시된 실시예에 따라 과열 고압 증기(100) 및 가열된 합성가스(130)를 생성하기 위해 메탄 생성 섹션을 이용하는 일체화된 대체 천연 가스 생산-IGCC 시스템(110)의 다른 실시예의 블록도이다. 이러한 시스템(110)은 일반적으로 도 1에 도시된 시스템(10)과 유사한 특징을 포함한다. 그러므로 유사한 특징들은 도 1 및 도 2와 동일한 참조번호를 사용하여 설명된다. 그러나 상이한 조건 하에서 기능을 수행하는 특징들은 이하에서 상이한 참조번호를 이용하여 언급된다. 도시된 시스템(110)은 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)을 포함하고, 이 시스템(14)은 도 1에 대해 설명된 것과 상이한 조건 하에서 작동하는 가스화 장치/냉각 장치(112)를 포함한다. 더 구체적으로 설명하면, 일부의 실시예에서 가스화 장치/냉각 장치(112)는 도 1의 가스화 장치/냉각 장치(18)에 비해 고압 및/또는 고온에서 작동하는 합성가스 냉각 장치 가스화 장치이다. 예를 들면, 가스화 장치/냉각 장치(112)는 약 600 PSIG 내지 약 1000 PSIG(예를 들면, 약 650 PSIG를 초과하는 압력, 700, 750, 800, 850, 900, 또는 950 PSIG)에서 작동할 수 있다.
따라서 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)으로부터 배출되는 미처리 합성가스류(114)도 더 고압을 가질 수 있다. 고압의 미처리 합성가스(114)의 일 부분은 도 1과 같이 고압을 처리하도록 설계된 우회로(116)를 통해 이송될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이 우회로(116)는 WGS 반응기(38)로부터 배출되는 고압의 변성 합성가스류(118) 내의 가스의 비율(예를 들면, H2 및 CO 사이의 비율)을 제어하는 기능을 발휘할 수 있다. 다시, WGS 반응기(38)는 응축물(40)을 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)에 제공할 수 있을 뿐 아니라 저압 증기(42)를 HRSG(82)를 통해 터빈에 제공할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 고압의 변성 합성가스(118)는 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)으로 이송된다. 개시된 실시예의 하나의 관점에 따라, 산성 가스 및 CO2 제거 공정은 시스템(10) 내의 저압에 비해 시스템(110) 내의 고압에서 더 효율적일 수 있다. 예를 들면, 하나의 실시예에서 가스화 반응으로부터의 부산물 가스는 산성 가스의 제거를 위해 사용되는 수성 용매 내에서 더 높은 용해도(예를 들면, 물에 분산된 알카놀아민)를 가질 수 있고, 이것에 의해 분리 효율이 증가될 수 있다. 따라서 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 더 적은 양의 용매가 동일한 양의 합성가스를 처리하기 위해 적합할 수 있으므로 시스템(10)에 비해 시스템(110)의 실시예에서 더 적은 용매의 유량을 사용할 수 있다. 일부의 실시예에서, 시스템(110)의 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)은 시스템(10)에서 사용되는 것에 비해 약 10 내지 약 50% 적은 용매(예를 들면, 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50% 적은 용매)를 사용할 수 있다.
일단 합성가스(18)의 처리가 실시되면, 전술한 바와 같이 가스화 반응으로부터의 부산물(황, 산성 가스 등)은 황 회수 및 배기 가스 처리 유닛(52)으로 이송될 수 있다. 더욱, 고압 CO2류(120)는 CO2 탈습 및 압축 시스템(60)으로 이송될 수 있고, 이 CO2류는 CO2류(120)의 사전의 고압에 기인되어 압축을 위해 더 적은 에너지를 사용할 수 있다. 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)에서의 처리 시에 고압의 처리된 합성가스류(122)의 일 부분은 메탄 생성 섹션(64)으로 이송되고, 분리된 부분은 우회로(124)를 통해 이송된다. 이 우회로(124)는 고압의 처리된 합성가스(122)를 팽창기(126)를 통해 유동시킨다. 팽창기(126)는 그 명칭이 시사하는 바와 같이 고압의 합성가스(122)를 팽창시켜 그 압력을 소정의 양만큼 감소시킨다. 일부의 실시예에서, 이 압력은 하류측의 요건에 의존하여 가스화 장치/냉각 장치(112)의 원 작동 압력(약 600 PSIG 내지 1000 PSIG의 범위)으로부터 약 400 PSIG 내지 약 550 PSIG의 범위(예를 들면, 약 500 PSIG)로 감소될 수 있다. 다른 실시예에서, 이 압력 강하는 백분율로 측정될 수 있다. 예를 들면, 이 압력 강하는 약 10% 내지 50%의 범위의 강하일 수 있다. 즉, 압력 강하는 약 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50%를 초과할 수 있다. 하나의 특정의 실시예에서, 압력 강하는 약 900 PSIG 내지 약 500 PSIG(예를 들면, 약 45%)의 범위일 수 있다. 추가적으로, 일부의 실시예에서 팽창기(126)는 팽창 터빈일 수 있고, 이 터빈은 다른 공정을 구동하기 위해 사용되는 동력을 생성할 수 있다. 예를 들면, 이 팽창 터빈은 CO2 탈습 및 압축 시스템(60) 내의 압축기와 같은 압축기를 구동할 수 있다.
개시된 실시예는 독특하게 우회로(124)를 통해 유동하는 합성가스를 가열하기 위해 메탄 생성 섹션(64)으로부터의 열을 채용한다. 예를 들면, 팽창기(126)로부터 배출된 감압 및 변성 합성가스류(128)는 다음에 열 교환기(68)로 이송된다. 이 열 교환기(68)는 메탄 생성 섹션(64)의 내부 또는 하류에(예를 들면 제 1 메탄 생성 단계, 제 2 메탄 생성 단계 등에 또는 그 이후에) 설치될 수 있다. 따라서 열 교환기(68)는 메탄 생성 섹션(64) 내의 열 교환기(68)의 설치에 비례하는 양 만큼 감압 및 변성 합성가스(128)의 온도를 상승시킬 수 있다. 예를 들면, 열 교환기(68)가 메탄 생성 섹션(64)의 개시 단계를 향해 설치된 경우, 감압 및 변성 합성가스(128)는 다량으로 가열될 수 있다. 열 교환기(68)가 메탄 생성 섹션(64)의 말기 단계(또는 메탄 생성 섹션(64)의 외측)를 향해 설치된 경우, 감압 및 변성 합성가스(128)는 더 적은 양만큼 가열될 수 있다. 다시, 이하에서 메탄 생성 섹션(64)이 더 상세히 설명된다. 일단 가열되면 가열 및 감압된 합성가스류(130)는 연소 터빈(72)으로 이송되고, 이 연소 터빈(72)은 일부의 실시예에서 더욱 저압(예를 들면, 감압된 합성가스(130)의 압력)에서 작동하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 연소 터빈(72)은 설비용 전력(76) 및/또는 송출용 정미 출력(78)을 생산하기 위해 약 400, 450, 500, 550, 또는 600 PSIG의 압력에서 작동하도록 설계될 수 있다.
메탄 생성 섹션(64)을 우회하지 않는 합성가스(122)의 부분에 대해 하나 또는 일련의 메탄 생성 반응이 수행되어 고압의 SNG(132)를 생산한다. 이 고압의 SNG(132)는 가스화장치/냉각 장치(112)의 작동 압력과 실질적으로 동일한 압력을 가질 수 있다(예를 들면, 약 600 내지 1000 PSIG의 범위). 예를 들면, 고압의 SNG는 약 650, 700, 750, 800, 850, 900, 또는 950 PSIG를 초과하는 압력을 가질 수 있다. 따라서 고압의 SNG(132)는 SNG 탈습 및 압축 시스템(104) 내에서 다량의 압축을 경험하지 않고 약 1000 내지 1100 PSIG의 압력을 가질 수 있는 관로 SNG(106)를 생산할 수 있다.
전술한 바와 같이, 개시된 실시예는 독특하게 SNG 및/또는 IGCC 설비에 메탄 생성 섹션(64)을 일체화하고, 그 결과 메탄 생성 섹션(64) 내에서 실행되는 발열 메탄 생성 공정에 의해 생산된 열은 다른 설비의 공정을 구동하기 위해 이용될 수 있다. 따라서 도 3은 공급 서브시스템(16) 및/또는 가스화 장치(138)를 이용하는 공정 내의 WGS 반응기(38)와 메탄 생성 섹션(64)이 일체화된 시스템(140)의 하나의 실시예의 블록도이다. 이 시스템(140)은 시스템(10, 110)의 개조된 형태이고, 그 결과 유사한 특징들을 포함할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 도시된 바와 같이, 이 시스템(140)은 이 시스템(140)을 통해 유동하는 탄소질 연료(12)의 통로(142)를 포함한다. 예를 들면, 연료는 급냉 가스화 장치(138)에서의 급냉 가스화, 세정장치 서브시스템(34)에서의 세정, 변성 반응기 및 가스 냉각 섹션(GC 38)에서의 변성 및 냉각, 산성 가스 제거(AGR) 섹션(48)에서의 산성 가스 제거, 및 메탄 생성 섹션(64)에서의 메탄 생성에 의해 결과적으로 SNG 및 물(102)의 생산 단계를 경유한다. 이와 같은 진행은 탄소질 연료(12)의 연료 통로(142)(예를 들면, 제 1 연료 통로)가 고려된다. 이 시스템(140)은 또 저수준의 열(144)(예를 들면, 열의 통로 또는 유체 유량)의 통로를 포함한다. 저수준의 열(144)은 설비의 하나 이상의 섹션 또는 유사한 열 매체(예를 들면, 가열된 냉각제)에서 증기를 생산하도록 가열될 수 있다. 저수준의 열(144)이 메탄 생성 섹션(64)을 통과함에 따라, 이 저수준의 열은 메탄 생성 섹션(64) 내에 수용된 하나 이상의 열 교환기를 통과한 후에 저수준의 열(144)과 상이한 온도 및 압력을 가질 수 있는 전환된 저수준의 열(146)로서 배출된다. 예를 들면, 메탄 생성 섹션(64)은 냉각제(예를 들면, 물 또는 증기)의 온도를 저수준의 열(144)로부터 전환된 저수준의 열(146)까지 약 10 내지 100%만큼 상승시킬 수 있다. 추가의 예에 의해 메탄 생성 섹션(64)은 물을 증기 및/또는 과열 증기로 저수준의 열(144)로부터 전환된 저수준의 열(146)까지 전환시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 전환된 저수준의 열(146)은 공급 서브시스템(16) 및/또는 WGS 반응기(38)로 이송될 수 있다. 전환된 저수준의 열(146)이 공급 서브시스템(16)으로 이송되는 실시예에서, 이 전환된 저수준의 열(146)은 슬러리 공급된 가스화 공정을 위한 슬러리 또는 건식 공급 가스화 공정을 위한 질소 등과 같은 공급 서브시스템(16)의 다양한 기질(substrates)을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 더욱, 전환된 저수준의 열(146)은 WGS 반응기(38) 내에서 사용되는 증기 공급원으로서 작용할 수 있고, 이 WGS 반응기(38)는 전술한 바와 같이 증기를 이용하여 CO와 반응하여 CO2 및 물을 형성한다. 잔류 응축물류 및/또는 저수준의 증기(148)는 WGS 반응기(38)로부터 배출되어 설비의 다른 섹션으로 재순환되거나 그 이송될 수 있다.
저수준의 열(144)과 유사한 방식으로, 저온의 고압 보일러 공급수(HPBFW) 공급원(150)이 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위해 메탄 생성 섹션(64)에 설치될 수 있다. 과열 고압 증기(100)는 하나 또는 일련의 증기 터빈(예를 들면, 증기 터빈(88))에서 뿐 아니라 열 교환 실시에서 직접 사용될 수 있다. 메탄 생성 섹션(64)의 작동을 더 상세히 도시하기 위해, 도 4는 본 명세서에서 설명되는 방법에 따른 열 통합의 실시예를 도시하는 블록도이다. 특히, 도 4는 메탄 생성 섹션(64)의 메타네이터에 인접하는 일련의 열 교환기를 통해 물의 통로를 지향시킴으로써 저온의 고압 보일러 공급수(HPBFW) 공급원(150)으로부터 고압 과열 증기(100)를 생성하기 위해 메탄 생성 섹션(64)이 사용되는 실시예를 도시한다.
따라서, 도 4는 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치된 제 1 메타네이터(160), 제 2 메타네이터(162), 및 제 3 메타네이터(164)를 포함하는 일련의 메타네이터를 도시한다. 메탄 생성 섹션(64) 내에 임의의 수의 메타네이터가 존재할 수 있다는 것과 본 명세서에서는 하나의 특정의 실시로서 3개의 메타네이터가 설명되는 것에 주목해야 한다. 더욱 일반적인 의미에서 메타네이터는 일반적으로 발열도가 감소하는 순서로 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치될 수 있다. 즉, 제 1 메타네이터(160)는 메탄 생성 섹션(64) 내의 다른 메타네이터(162, 164)에 관련하여 합성가스의 SNG로의 발열 전환으로부터 다량의 열을 생성할 수 있다. 하나의 실시예에서, 이것은 제 1 메타네이터(160)가 다량의 합성가스를 다량의 SNG로 전화하고, 잔류하는(미전환된) 합성가스는 제 2 및 제 3 메타네이터(162, 164)에서 전환되기 때문이다. 그러므로 제 1 메타네이터(160)는 대부분의 열을 생산할 수 있고, 제 2 메타네이터(162)는 두 번째로 많은 열을 생산할 수 있고, 등등이다.
본 기술을 이용하는 경우 각 메타네이터에 의해 생성된 열이 다양한 공정들을 구동하도록 사용될 수 있도록 다수의 열 교환기가 메탄 생성 섹션의 내부 및/또는 그 인접부에 수용될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 열 교환기는 각 메타네이터의 발열 메탄 생성 영역의 인접부 및/또는 내부에 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 제 1 열 교환기(166)는 탄소질 연료 통로(142)를 따라 제 1 메타네이터(160)의 근접부 및 직하류측, 예를 들면 제 1 메타네이터(160)의 발열 메탄 생성 영역의 근접부 및/또는 내부에 배치된다. 제 2 열 교환기(168)는 제 1 열 교환기(166) 및 제 2 메타네이터(162)의 사이에서 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제 3 열 교환기(170)는 제 2 메타네이터(162) 및 이 제 2 메타네이터(162)의 발열 메탄 생성 영역의 근접부 및/또는 내부의 제 3 메타네이터(164)의 사이에서 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치된다. 제 1 메타네이터(160)에 근접한 열 교환기(166, 168)와 유사한 방식으로 제 4 및 제 5 열 교환기(172, 174)가 제 3 메타네이터(164)의 근접부 및 직하류측에 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치될 수 있다. 그러므로 메타네이터(160, 162, 164) 및 열 교환기(166, 168, 170, 172, 174)는 모두 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치될 수 있고, 이것에 의해 열 교환기들은 각 메타네이터에 의해 생성된 열을 이용하여 냉각제(예를 들면, 증기, 합성가스, SNG), 연료(예를 들면, 합성가스, 증기, SNG), 또는 기타 유동체의 온도를 상승시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 메타네이터(160, 162, 164)에 의해 생성된 열은 일반적으로 탄소질 연료 통로(142)를 따라 진행함에 따라 감소하므로 열 교환기(166 내지 174)가 유체를 가열하는 능력도 감소하게 된다. 즉, 제 1 메타네이터(160)에 근접하는 제 1 열 교환기(166)는 제 3 메타네이터(164)에 근접하는 열 교환기(174)보다 더 고온까지(또는 더 높은 백분율만큼) 유체를 가열할 수 있고, 등등이다.
도시된 구성에서, 탄소질 연료 통로(142)를 따라 배치되는 것 이외에도 열 교환기(166 내지 174)는 또한 유체 통로(176)(예를 들면, 물/증기의 통로 또는 냉각제 통로)를 따라 배치될 수 도 있다. 실제로, 일부의 실시예에서 유체 통로(176)는 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위해 일련의 열 교환기(166 내지 174)를 통해 저온의 고압 보일러 공급수(150)를 운반하도록 구성된 고압(예를 들면, 약 800 내지 2200 PSIG의 범위)의 물-증기 통로일 수 있다. 즉, 유체 통로(176)는 또한 냉각제 통로 및/또는 연료 통로일 수도 있다.
도 4에 도시된 실시예에 따르면 유체 통로(176)는 탄소질 연료 통로(142)에 대해 일반적으로 반대 방향으로 연장할 수 있다. 다시 말하면, 연료가 메타네이터(160, 162, 164)를 연속적으로 통과하여 연료 통로(142)를 따라 하류측으로 유동함에 따라, 이 유체는 열 교환기(172, 170, 166)를 통해 유체 통로(176)를 따라 상류측으로 유동한다. 따라서 유체 통로(176)는 상류측 방향으로 연속적으로 더 고온인 제 3, 제 2 및 제 1 메타네이터(164, 162, 160)에 인접하는 제 4, 제 3, 및 제 1 열 교환기(172, 170, 166)의 각 위치에서 탄소질 연료 통로(142)와 연속적으로 교차할 수 있다. 이러한 방식으로, 유체 통로(176) 내에 수용된 유체(이것은 도관 내에 유입된 유체로 정의될 수 있다)는 제 4 열 교환기(172)는 제 1 온도로 가열되고, 제 3 열 교환기(170)는 제 2 온도로 가열되고, 제 1 열 교환기(166)는 제 3 온도로 가열되고, 여기서 제 1, 제 2 및 제 3 온도는 연속적으로 서로에 대해 더 고온이 된다.
일부의 실시예에서, 제 4 열 교환기(172)는 저온의 고압 보일러 공급수(150)를 약 200 내지 600 ℉의 범위의 온도(예를 들면, 약 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 또는 600 ℉)로 가열할 수 있다. 다음에 이 고온 및 고압의 보일러 공급수(178)는 제 2 및 제 3 메타네이터(162, 164) 사이의 제 3 열 교환기(170)로 이송되어 고압 증기(180)를 생성할 수 있다. 제 3 열 교환기(170)는 고온 및 고압의 보일러 공급수(178)를 약 600 내지 900 ℉의 범위의 온도(예를 들면, 600, 650, 700, 750, 또는 800 ℉)로 가열하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 다음에 이 고압 증기(180)는 제 1 메타네이터(160)에 근접하는 제 1 열 교환기(166)로 이송된다. 제 1 열 교환기(166)는 고압 증기(180)를 약 1200 내지 1500 ℉의 범위의 온도(예를 들면, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 또는 1500℉)로 가열하도록 구성된다. 열 교환기(166 내지 174)에 관한 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 및 제 5라는 용어는 단지 설명을 돕기 위해 사용된 것이고, 반드시 유체가 열 교환기를 통과할 수 있는 순서를 표시하는 것은 아니다. 실제로, 열 교환기가 도 4에 도시된 실시예에 따른 유체 유동의 순서로 설명된 실시예에서 제 4 열 교환기(172)는 고압 유체를 가열하는 제 1 열 교환기가 되고, 제 3 열 교환기(170)는 제 2 열 교환기가 되고, 제 1 열 교환기(166)는 제 3 열 교환기가 될 수 있다. 더욱, 도 4에 도시된 실시예의 5 개의 열 교환기는 단지 설명을 돕기 위해 포함된 것이고, 후술되는 바와 같이 5 개 보다 적거나 많은 열 교환기(예를 들면, 1, 2, 3, 4 개 또는 그 이상)를 사용하는 구성도 고려될 수 있다.
본 기술을 사용하면, 메탄 생성 섹션(64) 내에서 실행되는 공정을 촉진하기 위해 하나 이상의 열 교환기가 사용될 수 있다. 예를 들면, 설비의 조업이 개시된 후(즉 에너지의 최초 입력 후), 합성가스를 SNG로 전환하는 메탄 생성 공정은 동력 생산 공정일 수 있다. 그러므로 과열 고압 증기(100)를 생성하는 것 이외에 메탄 생성 섹션(64)은 메탄 생성 공정에서 사용되는 연료(즉, 합성가스)를 가열하도록 그리고 메탄 생성 섹션(64)의 최종 생성물(즉, SNG)을 가열하도록 구성되는 특징을 가질 수도 있다. 도시된 실시예에서, 제 2 및 제 5 열 교환기(168, 174)는 이 일을 수행하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 산성 가스 및 CO2 제거 유닛(48)로부터의 저온의 합성가스(50)는 제 1 열 교환기(166)에 의해 사용되지 않은 열을 이용하여 제 2 열 교환기(168)에 의해 가열될 수 있다. 따라서 제 2 열 교환기(168)는 이 합성가스(50)를 약 500 내지 600 ℉의 범위의 온도(예를 들면, 약 500, 510, 520, 530, 540, 550, 560, 570, 580, 590, 또는 600 ℉)로 가열할 수 있다. 이 때, 가열된 합성가스류(182)는 제 1 메타네이터(160)로 이송될 수 있고, 이것에 의해 메탄 생성 반응의 개시를 촉진할 수 있고 및/또는 메탄 생성 반응의 효율을 증가시킬 수 있다. 유사한 방법으로, 전술한 바와 같이 저압 증기이거나 유사한 유체일 수 있는 저수준의 열(144)은 제 5 열 교환기(174)에 의해 가열 또는 냉각되어 전환된 저수준의 열(146)을 생산할 수 있고 및/또는 메탄 생성 섹션(64)에 의해 생산된 SNG 및 물(102)을 가열 또는 냉각시킬 수 있다. 이와 같은 실시예에서, SNG 및 물(102)을 이용하는 임의의 공정(예를 들면, 연소, 압축 및/또는 탈습)이 촉진될 수 있다.
도 5는 합성가스 냉각 장치/ 가스화 장치(188) 및 메탄 생성 섹션(64)의 독특한 열 통합을 갖는 시스템(190)의 하나의 실시예의 블록도이다. 예를 들면, 도시된 시스템(190)은 독특하게 과열 고압 증기(100)를 생성하기 위해 가스화 장치(188) 및 메탄 생성 섹션(64)을 일체화하고 있고, 또한 메탄 생성 섹션(64)을 다른 유동체(예를 들면, 저수준의 열(144))를 위한 열원으로서 사용하고 있다. 시스템(190)은 탄소질 연료 통로(142)를 포함하고, 이 탄소질 연료 통로(142)는 연료(12)를 공급 서브시스템(16)을 통해 합성가스 냉각 장치/가스화 장치(SGC 가스화 장치)(188)로 이송한다. SGC 가스화 장치(188)는 궁극적인 SNG(102)의 생산을 위한 합성가스를 생성한다. 특정 실시예에 따르면, SGC 가스화 장치(188)는 도 1에 관련하여 설명된 포화 고압 증기류(30)를 생산할 수 있다. 포화 고압 증기(30)는 예를 들면 합성가스가 먼저 가스화 장치 내에서 생산되었을 때 냉각 공정으로부터 생성될 수 있다. 더 구체적으로 설명하면, 물 공급원은 SGC 가스화 장치(188) 내에서 생산된 합성가스를 냉각하기 위해 사용되고, 이것은 포화 고압 증기(30)로 전환된다. 시스템(190)에서 이 포화 고압 증기(30)는 과열 고압 증기(100)를 생산하기 위해 유체 통로(192)를 따라 메탄 생성 섹션(64)으로 이송된다. SGC 가스화 장치(188) 내에서 냉각용으로 사용되는 물 공급원은 고온 및 고압의 보일러 공급수(HPBFW)(178)일 수 있고, 이것은 유체 통로(192)를 따라 메탄 생성 섹션(64)으로부터 SGC 가스화 장치(188)까지 이송된다. 물론, 고온의 보일러 공급수(178)는 초기에 메탄 생성 섹션(64)으로 이송되는 공급원으로서 저온의 고압 보일러 공급수(HPBFW)(150)의 형태일 수 있다.
더욱, 도시된 실시예에서 저수준의 열(144)은 일련의 열 교환기를 통해 유동하여 저압 증기류(194)를 생성할 수 있고, 이 저압 증기류는 시스템(190) 내의 다수의 영역에 제공될 수 있다. 예를 들면, 증기(194)는 변성 반응기(shift reactor 38)로 이송될 수 있고, 여기서 증기(194)는 가열제 또는 냉각제로서 변성 반응에 사용될 수 있고, 그 결과 새로운 저수준의 열의 흐름(196)을 생성할 수 있다. 이 증기(194)는 또한 SGC 가스화 장치(188)를 위한 가열된 및/또는 슬러리화된 공급물을 생성하기 위해 공급 시스템(16)에 제공될 수도 있다. 그러므로 유체 통로(192)를 통해 GC 가스화 장치(188)와 메탄 생성 섹션(64)을 일체화시킴으로써 도시된 실시예는 과열 고압 증기(100)를 생산함과 동시에 가스화 및 메탄 생성의 효율을 향상시킨다. 예를 들면, SGC 가스화 장치(188)에 공급되는 공급물을 가열 및/또는 슬러리화하기 위해 증기를 이용함으로써 SGC 가스화 장치(188)는 공급물이 증기(194)에 의해 개질되지 않은 경우에 사용되는 에너지에 비해 적은 에너지를 사용하여 합성가스를 생성할 수 있다.
도 5의 메탄 생성 섹션(64)의 실시예는 도 6의 블록도에 더 상세히 도시되어 있다. 도 6의 메탄 생성 섹션은 특히 제 1, 제2 및 제 3 메타네이터를 포함할 뿐 아니라 연료 통로(142)를 따라 열 교환기(166 내지 174)를 포함한다. 열 통합의 도시된 실시예에서, 도 4에 도시된 실시예와 유사한 방식으로 제 4 열 교환기(172)는 저온의 고압 보일러 공급수 공급원(150)을 수용 및 가열하여 고온 및 고압의 보일러 공급수(HPBFW)(178)를 생산한다. 그러나 도 4에 도시된 실시예와 달리 고온 및 고압의 보일러 공급수(178)는 유체 통로(192)(도 5)를 따라 추가의 가열을 위해 SGC 가스화 장치(188)로 이송된다. 따라서 전술한 목적 이외에도 이 SGC 가스화 장치(188)는 고온 및 고압의 보일러 공급수(178)를 가열하여 포화 고압 증기(30)를 생산하는 열 교환기로서 작용할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 유체 통로(192)는 메탄 생성 섹션(64) 및 SGC 가스화 장치(188)의 사이에서 순환한다. 그러므로 SGC 가스화 장치(188)로부터의 포화 고압 증기(30)는 제 1 열 교환기(166)로 이송되고, 이 제 1 열 교환기(166)는 최종적으로 증기 터빈이나 기타 설비로 이송되기 위한 과열 고압 증기(100)를 생성한다.
도 6에는 또 저수준의 열(144)로서 생성되는 것의 다른 통로가 도시되어 있다. 이전의 도 4에서와 같이 저수준의 열(144)은 제 5 열 교환기(174)로 이송되고, 이 제 5 열 교환기는 (원하는 생성물 또는 설비의 제원에 의존하여) SNG 및 물(102)을 가열하거나 냉각하여 전환된 저수준의 열(146)을 생산한다. 그러나 도시된 실시예에서 전환된 저수준의 열(146)은 설비의 다른 영역으로 이송되기보다 제 3 열 교환기(170)로 이송되고, 이곳에서 전환된 저수준의 열은 가열되어 저수준의 증기(194)를 생성한다. 다음에 이 저수준의 증기(194)는 증기가 냉각제, 반응제, 가열제, 저압 증기 터빈, 팽창제, 건조제, 공급물 가열제 등으로 사용되는 공정을 포함하는 다수의 공정을 촉진하는 설비의 다른 섹션으로 이송될 수 있다.
도 5에 도시된 실시예의 변경예는 도 7에 블록도로서 도시되어 있고, 여기서 시스템(210)은 상이한 유체 통로(212)를 이용하여 합성가스 냉각 장치 가스화 장치(188)에서 과열 고압 증기를 생성한다. 합성가스 냉각 장치 가스화 장치(188)에서 과열고압 증기(100)를 생산하기 위해 SGC 가스화 장치(188)는 과열 고압 증기(100)의 온도 및 압력을 수용하도록 설계 변경될 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(210)은 유체 통로(212)를 이용하여 저온의 고압 보일러 공급수(HPBFW)(150)로서 생성된 것을 메탄 생성 섹션(64)을 통해 운반함으로써 포화 고압 증기류(214)를 생성하고, 이 포화 고압 증기류는 도 5의 포화 고압 증기와 온도 및 압력이 유사하거나 유사하지 않을 수 있다. 포화 고압 증기(214)는 예를 들면 SGC 가스화 장치(188)로 이송되어 SGC 가스화 장치(188) 내에서 생성되는 합성가스를 냉각하고 또 과열 고압 증기(100)를 생산한다. 추가적으로, 저수준의 증기(194)는 WGS 반응기(38)로 이송될 수 있고, 이 WGS 반응기는 WGS 반응에서 증기(194)를 이용하여 및/또는 냉각제로서 증기(194)를 이용하여 저수준의 열원(196)을 생산할 수 있다. 이 증기(194)는 또 전술한 바와 같이 공급 시스템(16)에 의해 사용되어 SGC 가스화 장치(188)로 이송되는 공급물을 가열 및/또는 슬러리화할 수 있다.
도 7의 메탄 생성 섹션 내의 열 통합 구성은 도 8의 블록도에 더 상세히 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 메탄 생성 섹션(64)은 메타네이터(160, 162, 164) 및 열 교환기(166 내지 174)를 갖는 탄소질 연료 통로(142)를 포함한다. 도시된 실시예에 따르면, 저온의 고압 보일러 공급수(HPBFW)(150)는 제 4 열 교환기(172)에서 가열되어 고온 및 고압의 보일러 공급수(HPBFW)(178)를 생성한다. 이 고온 및 고압의 보일러 공급수(178)는 유체 통로(212)를 따라 이동하여 제 1 열 교환기(166)에 도달하고, 여기서 가열되어 고압 증기(214)를 생성하고, 이 고압 증기는 전술한 바와 같이 SGC 가스화 장치(188)에서 더욱 가열되어 과열 고압 증기(100)를 생산한다.
전술한 바와 같이, 저수준의 증기(194)는 저수준의 열(144)(예를 들면, 물)을 (SNG를 동시에 가열 또는 냉각하는) 제 5 열 교환기(174)를 통해 이송하여 전환된 저수준의 열(146)(예를 들면, 가열된 물)을 생산하는 것에 의해 생성된다. 다음에 이 전환된 저수준의 열(146)은 제 3 열 교환기(170)에서 가열되어 저수준의 증기(194)를 생산한다. 다시, 도 7에 도시된 실시예에 따르면 저수준의 증기(194)는 WGS 반응에서 사용하기 위해 WGS 반응기(38)로 이송된다. 그러나 저수준의 열(144) 및/또는 전환된 저수준의 열(146)이 과열된 저압을 생산하도록 과열될 수 있는 실시예도 고려될 수 있다. 다른 가능한 실시예는 산성 가스 반응기 내의 리보일러(reboiler)와 같은 리보일러 내에서 저수준의 증기(194)를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
도 9는 본 방법을 이용하는 열 통합을 갖는 시스템(230)의 블록도이다. 도시된 실시예에서, 시스템(230)은 시스템(10, 11)과 유사한 특징을 포함하고, 또 송출할 수 있는 동력 및/또는 SNG를 생산하기 위해 열 교환기를 사용하지 않고 합성가스를 가열하도록 구성된 특징을 포함한다. 이 시스템(230)은 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)을 포함하는 도 1 및 도 2에 개시된 것과 유사한 특징을 포함한다. 따라서 연료(12)는 미처리된 합성가스로 전환되고, 이 미처리된 합성가스는 일 단계 물-가스 변성(WGS) 반응기 및 열/응축물 회수 시스템(232)으로 이송된다. WGS 반응기(34)와 유사한 방식으로 이 시스템(232)은 합성가스 내의 CO의 일부분을 CO2로 전환할 수 있다. 이 시스템(232)은 또 가스 냉각 시스템(236)으로부터 응축물(234)을 회수할 수 있고, 이 가스 냉각 시스템은 증기 및/또는 유사한 냉각제를 사용하여 변성 합성가스를 냉각시킬 수 있다. 시스템(10, 110)과 마찬가지로 WGS 반응기 및 열/응축물 회수 시스템(232)은 또 응축물(40)을 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)으로 이송할 수 있다. 이 가스 냉각 시스템(236)은 응축물(234)을 생산하는 보일러 공급수와 같은 냉각제를 사용하여 시스템(232)에 의해 생산된 변성 합성가스를 냉각하도록 구성될 수 있다. 이 가스 냉각 시스템(236)은 산성 가스 및 CO2 제거 시스템(44)으로 이송되는 냉각된 가스(즉, 냉각된 합성가스)를 생산하고, 산성 가스 및 CO2 제거 시스템은 냉각된 합성가스로부터 산성 가스류(238)를 분리한다. 산성 가스(238)는 산성 가스 부화 섹션(240)으로 공급되고, 이 산성 가스 부화 섹션은 CO2로부터 산성 가스를 분리하여 부화된 산성 가스류(242) 및 CO2 슬립 스트림(slip stream; 244)을 생산한다. 다음에 부화된 산성 가스(242)는 황 회수 및 배기 가스 처리 유닛(48)으로 이송되어 황(54) 및 배기 가스(246)로 분리되고, 배기 가스는 CO2 슬립 스트림(244)과 결합하여 재순환 가스류(248)를 생산한다. 이 재순환 가스류(248)는 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14) 내의 가스화 장치(18)의 작동 범위의 압력과 실질적으로 동일한 압력으로 재순환 압축 유닛(250)에서 압축될 수 있다. 다음에 이 가압된 재순환 가스류(252)는 추가 이용을 위해 공급 원료, 가스화, 및 세정 시스템(14)으로 공급될 수 있다.
처리된 합성가스(50)가 산성 가스 및 CO2 제거 시스템(44)으로부터 배출됨에 따라, 일부는 우회로(254)로 내에 유입할 수 있고, 이 우회로는 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256)을 우회한다. 특정 실시예에 따르면, 우회로(254) 내에 유입하는 합성가스(50)의 양은 약 0 내지 약 100%의 범위에서 변화할 수 있다. 즉, 실질적으로 0 내지 실질적으로 전체의 합성가스(50)가 우회로(254) 내에 유입할 수 있다. 예를 들면, 우회로(254)는 약 10 내지 90%, 20 내지 80%, 30 내지 70%, 또는 40 내지 60%의 합성가스를 유동시킬 수 있고, 잔여 합성가스는 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256)을 통해 유동한다. 일부의 실시예에서, 우회로(254)는 약 25, 25, 45, 55, 65, 75, 85, 또는 95%의 합성가스(50)를 유동시킬 수 있고, 잔여 부분은 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256) 내에서 메탄으로 전환된다. 도 1 내지 도 8의 메탄 생성 섹션(64)과 관련하여 설명된 바와 같이, 합성가스를 SNG로 전환하는 공정은 고도의 발열 반응일 수 있고, 열 생성은 열 교환기에서의 유체의 온도를 200 내지 2000 ℉의 범위만큼 증대시키기에 충분하다. 그러나 시스템(230)과 관련하여 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256)에 의해 생산된 가열된 SNG는 예를 들면 2 개의 도관의 접합부에서 우회로(254) 내의 합성가스(50)와 직접 결합하여 혼합류(258)를 생산할 수 있다. 이 혼합류(258)는 메탄 생성 섹션(256)을 우회하는 합성가스의 양에 의존하여 SNG와 합성가스의 결합물을 포함할 수 있다.
도시된 실시예의 실시에서, 합성가스(50)의 약 10 내지 20%는 우회로(254) 내로 이송될 수 있고, 이 우회로는 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256)으로부터 배출되는 고온의 SNG와 접촉시 가열될 수 있다. 예를 들면, 합성가스는 약 400 내지 약 1500 ℉의 범위의 온도(예를 들면, 약 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 또는 1500 ℉)까지 가열될 수 있다. 그러므로 고온의 SNG와 합성가스를 직접 혼합하는 것에 의해 도시된 실시예는 가열된 연료 혼합물(혼합물류(258))을 생산하고, 다음에 이 가열된 연료 혼합물은 설비 동력(76) 및 송출용 동력(78)을 생성하기 위해 연소 터빈으로 이송된다. 이와 같은 구성을 이용하면, 연소 터빈(72)은 가열되지 않은 연료를 이용한 연소에 비해 더 효율적으로 작동할 수 있다. 추가적으로, 연소 터빈(72)은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 일치하는 방식으로 열 회수 증기 발생기(82)와 유체 연결될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 발열 메탄 생성 반응을 실행한 결과, 단일 단계의 메탄 생성 섹션(256)은 증기(260) 및 응축물(262)을 생성할 수도 있다. 증기(260)는 도 1 및 도 2의 실시예와 일치하는 방식으로 이용될 수 있다. 예를 들면, 증기(260)는 증기 터빈 내에 또는 열 교환 실시 중에 이용될 수 있다. 마찬가지로, 응축물(262)은 HRSG 시스템(82)으로 이송되거나 및/또는 설비의 다른 영역으로 재순환될 수 있다.
이상의 기재는 최상의 실시형태를 포함하여 본 발명을 개시하기 위한 예시들을 이용하였고, 이상의 기재에 의해 본 기술분야의 숙련자는 임의의 장치 또는 시스템의 제작 및 사용 및 임의의 관련된 방법의 실행을 포함하는 본 발명을 실시할 수 있다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구항에 의해 정의되어 있고, 또 본 기술분야의 숙련자가 떠올릴 수 있는 기타 예시를 포함할 수 있다. 이와 같은 다른 예시는 이들 예시가 청구항의 문언과 다르지 않은 구조적 요소를 갖거나 청구항의 문언과 실질적으로 다르지 않은 등가의 구조적 요소를 포함하는 경우 청구항의 범위에 속하는 것으로 한다.

Claims (20)

  1. 메탄 생성 섹션을 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은,
    제 1 연료를 수용하도록 구성된 연료 유입구와,
    메탄을 출력하도록 구성된 연료 유출구와,
    상기 연료 유입구로부터 상기 연료 유출구로 상기 제 1 연료의 제 1 유량을 이송하도록 구성된 제 1 연료 통로로서, 발열 메탄 생성 영역 내의 제 1 연료로부터 메탄을 생성하도록 구성된 제 1 메타네이터를 포함하는, 상기 제 1 연료 통로와,
    메탄으로의 전환 없이 제 2 연료의 제 2 유량을 이송하도록 구성된 제 2 연료 통로로서, 상기 발열 메탄 생성 영역으로부터 열을 수용하도록 구성된, 상기 제 2 연료 통로를 포함하는
    시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 및 상기 제 2 연료는 합성가스를 포함하고, 상기 제 1 연료 통로 및 상기 제 2 연료 통로는 상기 발열 메탄 생성 영역의 상류측에서 상호 결합되고, 상기 제 2 연료 통로는 상기 발열 메탄 생성 영역을 우회하는
    시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연료의 제 1 유량은 상기 합성가스의 제 1 부분을 포함하고, 상기 제 2 연료의 제 2 유량은 상기 합성가스의 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 합성가스의 적어도 75% 이상인
    시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 발열 메탄 생성 영역으로부터 하류측에 열 교환기를 포함하고, 상기 열 교환기는 상기 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 제 2 연료에 열을 전달하도록 구성된
    시스템.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연료의 제 1 유량은 상기 합성가스의 제 1 부분을 포함하고, 상기 제 2 연료의 제 2 유량은 상기 합성가스의 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 1 부분은 상기 합성가스의 적어도 25% 이하인
    시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 연료 통로는 가스 팽창 터빈을 포함하는
    시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션으로부터 상류측의 상기 제 1 연료 통로 또는 상기 제 2 연료 통로에 결합된 가스화 장치를 포함하고, 상기 가스화 장치는 급냉 냉각 장치 또는 합성가스 냉각 장치를 포함하는
    시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션에 결합된 유체 통로를 포함하고, 상기 메탄 생성 섹션은 가열된 유체를 생산하기 위해 상기 유체 통로를 따라 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 가열된 유체는 열 회수 증기 생성(HRSG) 시스템으로 이송되고, 상기 가열된 유체는 가열된 물, 증기 또는 과열 증기를 포함하는
    시스템.
  9. 시스템에 있어서,
    합성가스 냉각 장치와,
    메탄 생성 섹션과,
    상기 합성가스 냉각 장치 및 상기 메탄 생성 섹션을 통해 연장하는 연료 통로로서, 상기 연료 통로가 합성가스를 상기 합성가스 냉각 장치로부터 상기 메탄 생성 섹션으로 유동시키도록 구성되고, 상기 메탄 생성 섹션이 제 1 발열 메탄 생성 영역 내에서 상기 합성가스로부터 메탄을 생성하도록 구성되는, 상기 연료 통로와,
    상기 합성가스 냉각 장치 및 상기 메탄 생성 섹션을 통해 연장하는 유체 통로로서, 상기 합성가스 냉각 장치는 상기 유체 통로를 따라 상기 합성가스로부터 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 메탄 생성 섹션은 상기 유체 통로를 따라 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 유체는 상기 유체 통로의 적어도 일부분을 따라 증기를 포함하는, 상기 유체 통로를 포함하는
    시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 합성가스 냉각 장치는 포화 증기를 생성하기 위해 상기 합성가스로부터 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 메탄 생성 섹션은 과열 증기를 생성하도록 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 포화 증기에 열을 전달하도록 구성되는
    시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은 포화 증기를 생성하기 위해 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 합성가스 냉각 장치는 과열 증기를 생성하기 위해 상기 합성가스로부터 상기 포화 증기에 열을 전달하도록 구성되는
    시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역을 갖는 제 1 메타네이터와, 제 2 발열 메탄 생성 영역을 갖는 제 2 메타네이터와, 상기 제 1 메타네이터와 상기 제 2 메타네이터의 사이의 제 1 열 교환기를 포함하고, 상기 제 1 열 교환기는 상기 포화 증기를 생성하기 위해 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되는
    시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은 상기 제 1 메타네이터와 상기 제 2 메타네이터의 사이에 제 2 열 교환기를 포함하고, 상기 제 2 열 교환기는 상기 제 1 메타네이터로 이송되기 전에 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 합성가스에 열을 전달하도록 구성되는
    시스템.
  14. 메탄 생성 섹션을 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은,
    연료 통로와,
    상기 연료 통로 내에 배치되고, 제 1 발열 메탄 생성 영역을 포함하는 제 1 메타네이터와,
    상기 제 1 메타네이터로부터 하류측의 상기 연료 통로 내에 배치되고, 제 2 발열 메탄 생성 영역을 포함하는 제 2 메타네이터와,
    상기 제 1 메타네이터와 제 2 메타네이터의 사이에서 상기 연료 통로를 따라 배치된 제 1 열 교환기와,
    상기 제 2 메타네이터로부터 하류측의 상기 연료 통로를 따라 배치된 제 2 열 교환기와,
    상기 제 1 열 교환기 및 제 2 열 교환기를 통해 연장하는 유체 통로로서, 상기 제 2 열 교환기가 상기 제 1 열 교환기로 이송되기 전에 상기 유체 통로를 따라 포화 증기를 생성하도록 상기 제 2 발열 메탄 생성 영역으로부터 유체에 열을 전달하도록 구성되고, 상기 제 1 열 교환기가 상기 유체 통로를 따라 과열 증기를 생성하도록 상기 제 1 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 포화 증기에 열을 전달하도록 구성되는, 상기 유체 통로를 포함하는
    시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 메탄 생성 섹션은,
    상기 제 2 메타네이터로부터 하류측의 상기 연료 통로 내에 배치되고, 제 3 발열 메탄 생성 영역을 포함하는 제 3 메타네이터와,
    상기 제 3 메타네이터로부터 하류측의 상기 연료 통로를 따라 배치되는 제 3 열 교환기를 포함하고, 상기 유체 통로는 상기 제 1 열 교환기, 제 2 열 교환기 및 제 3 열 교환기를 통해 연장하고, 상기 제 3 열 교환기는 상기 제 2 열 교환기로 이송되기 전에 상기 유체 통로를 따라 가열된 공급수를 생성하기 위해 상기 제 3 발열 메탄 생성 영역으로부터 상기 유체에 열을 전달하도록 구성되는
    시스템.
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