KR102053475B1

KR102053475B1 - 가스화 반응기용의 가스 드로우

Info

Publication number: KR102053475B1
Application number: KR1020147029652A
Authority: KR
Inventors: 오스만 투르나; 프레드리끄 쥐다스; 미하엘 크레쓰; 무케쉬 쿠마르; 에르하르트 라트
Original assignee: 레르 리키드 쏘시에떼 아노님 뿌르 레？드 에렉스뿔라따시옹 데 프로세데 조르즈 클로드
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2019-12-06
Also published as: DE102012009266A1; CN104285102A; ZA201406144B; AU2013258336A1; EA027417B1; AU2013258336B2; UA116347C2; KR20150008076A; IN2014MN01842A; EA201401066A1; WO2013167340A1; CN104285102B; DE102012009266B4

Abstract

반응기 (100) 에서 산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하는 때, 이 가스는 가스 유입 개구 (2), 가스 유출 개구 (3) 및 이 개구들 사이에 제공된 가스 배출 덕트 (4) 를 갖는 가스 드로우 (1) 를 통해 반응기로부터 배출되어야 한다. 이 가스 배출 덕트 (4) 는 내측 재킷 (12) 및 외측 재킷 (11) 을 포함하고, 냉각 액체를 위한 적어도 하나의 유입부 및 유출부 (105, 17) 를 갖는 냉각 갭 (13) 이 형성된다.

Description

가스화 반응기용의 가스 드로우{GAS DRAW FOR A GASIFICATION REACTOR}

본 발명은, 산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하기 위한 반응기용의 가스 드로우로서, 가스 유입 개구, 가스 유출 개구, 및 상기 가스 유입 개구와 상기 가스 유출 개구 사이에 제공된 가스 배출 덕트를 포함하는, 상기 가스 드로우, 그러한 가스 드로우를 갖는 반응기, 및 그러한 반응기의 작동 방법에 관한 것이다.

가스화는 가스화 매체 (산소/공기, 증기) 로 탄소질 고체 또는 액체 물질 (예컨대, 석탄, 바이오매스 또는 석유 코크스) 을 이른바 합성 가스로 전환하는 것이라고 이해된다. 주 성분으로서, 이 합성 가스는 수소 (H₂), 물 (H₂O), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO₂) 및 메탄 (CH₄) 을 포함한다. CO 및 H₂ 는 다수의 화학 합성을 위한 출발 물질이고, 이에 기초하여 장쇄 생성물이 생성될 수 있다.

합성 가스는 황화수소 (H₂S), 카본 옥사이드 설파이드 (COS), 염산 (HCl), 암모니아 (NH₃), 시안화수소산 (HCN), 부분적으로 플루오르화 수소 (HF) 및 가능하게는 또한 더 높은 탄화수소 및 타르유를 또한 포함한다. 가스의 조성은 공급원료 (feedstock) 의 조성, 사용된 가스화 매체의 종류와 양, 선택된 가스화 프로세스에 의해 특정되는 일어나는 반응의 동역학적 경계 조건 및 반응 조건에 의존한다.

원리적으로, 고체의 가스화를 위한 프로세스의 3 개의 다른 타입이 공지되어 있다: 유동층에서의 가스화, 고체로 형성된 고정층에서의 가스화, 및 마지막으로 분류층 (entrained-bed) 반응기에서의 가스화. 다른 가스화 기술은 연료에 다른 요건을 부과하고, 이는 연료 또는 연료 처리의 개념의 선택에 상응하게 고려되어야 한다.

실제 반응기가 고정층 반응기로 설계되는 때, 그것은 외측 물 재킷을 가지는 실질적으로 원통형의 수직 반응기를 포함하고, 이는 60 barg 까지의 압력 하에서 작동된다. 탄소질 연료, 일반적으로 석탄 또는 바이오매스는 상방으로부터 로크 (lock) 를 통해, 반응기의 내부에 존재하는 고체 디스트리뷰터에 도입된다. 반응기의 아래쪽 영역에 배치된 회전 격자에 고정층이 형성된다. 이 아래쪽 영역으로부터, 산소 및 증기가 고정층 내로 송풍된다.

이러한 고온 가스는 고정층을 통해 저부로부터 상부까지 흐르는데 반해, 고체는 로크 시스템을 통해 상방으로부터 재충전된다. 그러므로, 대향류 고정층 가스화를 또한 참조한다. 재충전된 고체가 약 40℃ 의 온도를 가지므로, 모든 고정층은, 가장 뜨거운 일부가 회전 격자의 부근에 위치되고 온도가 고체 공급부를 향해 위쪽으로 감소하는 온도 프로파일을 갖는다. 이러한 온도 프로파일에 대응하게, 다른 반응은 고정층 내에서 일어난다. 그러므로, 개별 영역들로 뚜렷하게 구별되지 않고 개별 구역들이 서로 통합되어 있는 반응 구역들이 또한 종종 참조된다. 재충전된 고체의 근방의 가스화기의 상측 부분에서, 물리흡착된 가스의 건조 및 탈착이 이루어진다. 건조 구역 아래에, 고체의 상측 부분 탈기가 일어나는 이른바 반응 구역이 위치된다. 수성 가스 (water gas) 및 수성가스 이동 반응뿐만 아니라 부다 (Boudouard) 반응에 따른 고체의 실제 가스화가 탈기에 후속한다. 후속하는 구역에서, 고체의 연소가 이루어진다.

특히 연소 동안에 획득되는 애시 (ash) 는 회전 격자를 통해 낙하하여 그곳으로부터 또한 방출된다. 반응물, 주로 증기, 질소 및 아르곤의 비전환된 가스 분획이 고정층 위에 제공된 가스 드로우를 통해 형성된 합성 가스와 함께 인출된다.

그러한 고정층 석탄 가스화기 DE 11 2005 002 983 T5 에 기재되어 있다. 로크 시스템으로부터, 석탄이 원통형 또는 내측 테이퍼링 에이프런 (apron) 을 통해 반응기에 도입된다. 에이프런은 고체 저장소로서 역할하고, 이는 로크 시스템을 통한 배치식 (batch-wise) 석탄 공급에도 불구하고 고정층의 일정한 높이를 보장한다. 에이프런의 하단부는 전형적으로 고정층 내부에 위치된다. 에이프런과 벽 사이에, 링형상의 가스 수집 구역이 형성되고, 이로부터 원료 가스가 가스 유출부를 통해 인출된다. 이 가스 유출부는, 플랜지를 통해 반응기와 연결되는 파이프에 의해 인접해 있는 반응기의 개구이다. 이 가스 유출부를 통해, 획득된 원료 합성 가스는 다른 프로세싱에 공급된다. 일반적으로, 제 1 의 후속 단계는 물을 사용한 퀀칭에 의한 가스의 냉각이다.

지금까지, 석탄은 고정층 가스화 프로세스에서 합성 가스로 단지 전환되었고, 반응 온도가 매우 낮아서, 획득된 합성 가스는 200 내지 600℃, 습식 갈탄의 경우 종종 200 내지 300℃ 의 온도로 반응기로부터 인출되었다. 화석 원료의 부족이 증가함으로 인해, 고체 가스화기는 미래에는 예컨대 습식 갈탄뿐만 아니라 더 높은 "반응 종료 온도" 에서 가스화되는 덜 반응성인 석탄을 위해서도 설계되어야 할 것이다. 그리고, 재생가능한 원료의 고정층 가스화가 중요해지고 있다. 그렇지만, 이 목적에 요구되는 온도는 700℃ 까지, 부분적으로 심지어 800℃ 까지, 부분적으로 심지어 1000℃ 까지의 가스 유출부 온도를 초래한다. 이러한 온도에서, 가스 유출부는 뚜렷하게 더 큰 재료 응력 (stress) 에 노출된다.

그리고, 높은 함량의 황 또는 할로겐을 갖는 석탄은 증가하는 정도로 가스화되고 있다. 이는 얻어지는 원료 합성 가스에서 H₂S, COS, HCl 및 HF 와 같은 화합물을 초래한다. 지금까지 사용된 전형적인 온도보다 높은 온도와 함께 (예컨대, 습식 갈탄 약 250℃, 오래된 경탄 450-550℃ 에 비해, 경탄 (hard coal) 약 450℃, 무연탄 550-600℃), 이는 가스 유출부에서의 강한 부식을 초래한다. 가스 유출부 파이프를 교체하기 위해, 플랜트는 정지되어야 하고, 따라서 제조 손실이 발생할 것이다. 한편, 가스 유출부가 압력부하를 받는 플랜트 섹션 (60 barg 까지) 이고 대응하는 벽 두께가 제공되어야 하므로, 내고온성 재료의 사용은 투자 비용의 상당한 증가를 초래할 것이다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 사용된 탄소질 고체에 무관하게 긴 수명을 가지며 800℃ 또는 그보다 높은 온도까지의 온도에서 사용될 수 있는 가스 유출부를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 이 과제는 청구항 1 의 특징을 갖는 가스 드로우에 의해 해결된다. 튜브형 가스 배출 덕트는 내측 재킷 및 외측 재킷에 의해 둘러싸이고, 이 재킷들 사이에, 냉각 액체를 위한 적어도 하나의 유입부 및 유출부를 갖는 냉각 갭이 형성된다. 바람직하게는 회전 대칭의 보디의 에지에서, 내측 및 외측 재킷이 액밀식으로 연결된다.

가스 배출 덕트의 일 개구는 반응기와 기밀식으로 연결될 수 있도록 설계된다. 타 개구는 다른 가스 처리 시스템에 연결되도록 설계된다. 바람직하게는, 가스 유출부는 고온 생 합성 가스를 위해 냉각 디바이스 내로 개방된다. 이는 종종 물로 퀀칭된다. 그러한 퀀치 냉각은 예컨대 벤튜리 냉각기에서 행해질 수 있다.

가스 배출 덕트의 직선형 형성은 곡선부에서의 디포짓을 방지한다. 그렇지만, 각진 형성에 의해, 플랜트는 더 콤팩트하게 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 가스 드로우는 냉각재를 위한 적어도 하나의 유입부 및 하나의 유출부를 포함한다. 이로써, 냉각재가 내측 및 외측 재킷 사이의 냉각 갭에서 유입부로부터 유출부까지 유동하는 것이 보장될 수 있다. 냉각재의 최적의 유동을 획득하기 위해, 유입부 및 유출부는 서로 가능한 멀리 이격된다.

바람직하게는, 가스 드로우는 T-피이스 (T-piece) 로서 형성되고, 가스 유출 개구는 반응기에 커플링된 가스 유입 개구에 대해 실질적으로 수직하게 배치된다. 본 발명의 내용에서 실질적으로 수직하다는 것은 개구들의 축선 사이의 85 내지 95°, 바람직하게는 90°의 각도를 가리킨다.

또한, 특히 바람직한 실시형태에 따르면, 내측 재킷의 내부에, 곡선형 내측 튜브를 포함하는 인서트가 배치된다. 인서트는, 인서트의 유입 개구가 가스 유입 개구에 평행하게 종료하도록 그리고 유출 개구가 가스 유출 개구에 평행하게 종료하도록 설계된다. 이제 가스가 가스 드로우에 도입되면, 이는 인서트를 통해 유동하고, 곡선형 내측 튜브에 의해 편향되어, 약 90°만큼 오프셋되게 배치된 가스 유출 개구 밖으로 유출된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 가스 드로우의 내측 재킷과 내측 부분 사이에, 절연재로 충전된 공간이 형성된다. 바람직하게는, 이 절연재는 글라스 울인데, 이것이 나오는 가스에 대해 불활성이기 때문이다. 원리적으로, 다른 불활성 절연재를 또한 고려할 수 있다.

나오는 가스가 거의 대부분 절연재로 둘러싸인 인서트를 통해 유동하기 때문에, 냉각 갭을 규정하는 가스 배출 덕트의 재킷의 표면과 가스 사이에 직접 접촉 표면이 존재하지 않는다. 냉각으로 인해 획득되는 온도 프로파일이 절연재의 두께에 걸쳐 형성되고, 가스 온도와 냉각재 온도 사이에 연장된다. 냉각재로서 물이 사용되는 때, 냉각재 온도는 60 bara 의 작동 압력에서 최대 275℃ 이다. 직접 접촉 표면을 생략함으로써, 가스 스트림에 포함된 타르가 응결 (condense) 되어 오랜 운전에서 가스 드로우를 막히게 하는 것이 거의 배제될 수 있다. 한편, 가스 드로우를 냉각시킴으로써 재료 응력이 뚜렷하게 감소되고, 고온 가스 부식이 회피된다. 냉각재로서 물을 사용하는 때, 275℃ 의 최대 냉각재 온도 (60 bara 에서의 비등점) 로부터 기인하여, 내측 재킷에서 획득되는 온도는 약 300℃ 이고, 따라서 700℃ 또는 심지어 800℃의 가스 온도보다 뚜렷하게 아래에 놓인다. 30 bara 의 작동 압력에서 냉각수가 사용되는 때, 비등점은 약 234℃ 이다.

더욱이, 60 bara 까지의 반응기 압력에 의한 압력 부하가 기구의 내측 및 외측 재킷에 놓이지만, 인서트에는 놓이지 않는다. 결과적으로, 인서트의 벽 두께는 뚜렷하게 더 얇게 설계될 수 있다. 이로써, 상당히 더 많은 투자 비용을 발생시킴이 없이, 인코넬과 같이 고온-가스 부식에 내성을 갖는 재료의 인서트를 제조할 수 있다. 그렇지만, 이것이 생략되면, 또는 고온-가스 부식이 일어나면, 반응기로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측에서 가스 배출 덕트로부터 인서트를 뽑아서 대체하거나 수선한다는 점에서, 인서트는 빠르게 그리고 용이하게 대체될 수 있다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 인서트가 바람직하게 연결되는, 특히 나사결합되거나 용접되는, 가스 유입 개구의 반대편에 있는 가스 배출 덕트의 개구에, 제거가능한 커버가 제공된다.

따라서, 수선의 경우에, 반응기를 사용할 수 없는 시간이 최소화된다. 이는 반응기로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측에 커버가 나사결합되는 때에 특히 그러하다. 가스 드로우의 외측 재킷이 반응 가스에 노출되지 않으므로, 매우 긴 수명을 갖는다. 그러므로, 반응기에 용접될 수 있고, 이로써 60 barg 까지의 기존의 높은 압력 하에서 기밀이어야 하는 복잡하고 값비싼 플랜지 연결이 생략될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 가스 드로우의 내부에 스크레이퍼 (scraper) 가 위치되고, 이는 가스 유입 개구로부터 그의 반대편에 위치되는 가스 배출 덕트의 개구까지 연장되고 디포짓을 제거한다. 스크레이퍼의 이용은, 부반응이 냉각된 내측 재킷과의 접촉에 의해 응축될 타르의 형성을 초래하는, 고체가 가스화되는 때에 특히 필요하다. 스크레이퍼는 필요하다면 생략될 수 있고, 세정 또는 대체될 수 있다. 단지 세정 목적을 위해 인서트 대신에 가스 배출 덕트에 또한 삽입될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 드로우는 온도관련 팽창을 보상하기 위한 컴펜세이터 (compensator) 를 또한 포함한다. 따라서, 열적 응력의 결과로서의 구성요소의 부하는 감소될 수 있다.

본 발명의 주제는 또한, 청구항 9 의 특징을 갖는, 산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하기 위한 반응기이다. 이 반응기에서, 가스 유출부는 전술한 가스 드로우와 기밀식으로 연결된다.

냉각 갭의 유입부 및/또는 유출부가 반응기의 냉각 시스템과 연결되는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이는, 반응기 자체가 내측 반응기 재킷과 외측 반응기 재킷을 갖는 재킷 냉각부를 포함하하고 그 사이에 형성된 반응기 냉각 갭에 냉각재, 바람직하게는 물이 도입되는 때에 특히 편리하다. 가스 드로우가 반응기의 냉각 시스템과 연결되는 때에, 개별 냉각재 회로가 생략될 수 있고, 기구 디자인이 단순화된다.

마지막으로, 본 발명에 따른 아이디어는 청구항 10 에 따라 고정층에서 산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하는 방법까지 또한 확장된다. 냉각 매체는 액체 형태로 가스 드로우에 도입되고, 적어도 부분적으로 증기 형태로 인출된다.

냉각 액체로서 물이 사용되고 증기 형태로 인출된 냉각수 자체가 추출물 (educt) 로서 사용될 수 있는 때, 즉 고정층에서 고체를 가스화하는데 요구되는 증기 스트림이 냉각에서 생성된 증기와 함께 부분적으로 공급되는 때, 증기의 사용이 매우 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 이로써, 프로세스의 증기 요건이 감소될 수 있고, 이는 작동 비용을 낮춘다. 반응기 자체가 수냉 재킷을 또한 포함하고 여기서 증기가 또한 형성되는 때, 요구되는 증기 양의 약 20 vol-% 가 증기의 수집된 재순환에 의해 절감될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징, 이점 및 가능한 적용은 모범적인 실시형태에 대한 이하의 설명 및 도면으로부터 드러날 것이다. 설명되거나 묘사된 모든 특징은, 청구항들 또는 그의 반대인용에의 포함에 상관없이, 그 자체로 또는 임의의 조합으로 본 발명의 주제를 형성한다.

도 1 은 고정층에서의 탄소질 고체의 가스화를 위한 반응기의 구성을 개략적으로 보여준다.
도 2 는, 인서트를 갖지 않는 본 발명에 따른 가스 드로우의 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 인서트의 단면도이다.
도 4 는 인서트를 갖는 본 발명에 따른 가스 드로우의 단면도이다.

도 1 은 반응기 (100) 를 개략적으로 보여준다. 이는 저부 근방에 회전 격자 (101) 를 포함하는, 대향류에서 작동되는 고정층 반응기이다. 작동 중에 이 회전 격자 (101) 에 고체 층 (102) 이 형성된다. 피더 (103) 를 통해, 증기 및/또는 산소-함유 매체, 예컨대 공기, 산소부화 (oxygen-enriched) 공기 또는 순수 산소가 하방으로부터 균일하게 분포된 상기 층에 도입되고 주입된다. 고정층에서의 반응에 의해 형성되는 애시는 회전 격자 (101) 를 통해 낙하하고, 애시 드로우 (104) 를 통해 제거된다. 반응기 (100) 는 수냉식이고, 외측 재킷 (106) 과 내측 재킷 (107) 사이에 냉각 갭 (105) (도 2 참조) 을 포함한다.

반응기 (100) 위에, 로크 (108) 가 제공되고, 이를 통해 석탄 또는 다른 탄소질 고체가 공급된다. 로크 (108) 는 그 아래에 배치된 에이프런 (109) 에 인접하고, 에이프런은 고체 저장소로서 역할하므로, 로크 (108) 를 통한 석탄으로의 충전이 불연속적임에도 반응기 (100) 내의 고정층 (102) 이 균일한 충전 레벨을 갖는다. 고정층 (102) 위에, 에이프런 (109) 주위에 자유 공간이 제공되고, 이 자유공간에 미사용 증기 및 산소 또는 산소-함유 가스뿐만 반응 가스가 수집된다. 이 가스 수집 공간 (110) 에 수집된 가스는 가스 유출부 (111) 를 통해 인출된다.

도 2 는 본 발명에 따른 가스 드로우 (1) 를 통한 단면을 보여준다. 이는 T-피이스로서 형성되고, 가스 유입 개구 (2), 그에 실질적으로 수직하게 배치된 가스 유출 개구 (3) 및 이 개구들 사이에 제공된 가스 배출 덕트 (4) 를 포함한다. 가스 유입 개구 (2) 의 반대편에, 가스 배출 덕트 (4) 의 타단부에 인출 개구 (5) 가 제공된다. 가스 유출 개구 (3) 에 유출 포트 (6) 가 인접해 있다.

가스 드로우 (1) 는 이중 벽을 갖고, 외측 재킷 (11) 및 내측 재킷 (12) 을 포함하고, 이 재킷들 사이에 냉각 갭 (13) 이 형성된다. 바람직하게는, 인출 개구 (5) 의 영역에서, 냉각 갭 (13) 이 내측 재킷 (12) 과 외측 재킷 (11) 사이의 액밀 연결부 (14) 에 의해 폐쇄된다. 더욱이, 냉각 갭 (13) 은 유출 포트 (6) 내로 또한 연장되고, 유사하게 거기에서 연결부 (15) 를 통해 액밀식으로 폐쇄된다. 바람직하게는, 냉각 갭 (13) 은 반응기 (100) 의 냉각 갭 (105) 과 또한 연결된다.

냉각 갭 (13) 내부의 자연 대류를 달성하기 위해, 냉각 갭 (13) 이 냉각재용의 다른 유입부 및 유출부 (17) 를 갖는 것이 유리하다고 밝혀졌고, 상기 냉각재용의 다른 유입부 및 유출부는 반응기 (100) 로부터 멀어지는 쪽을 향하는 가스 배출 덕트 (4) 의 측에 제공되고, 바람직하게는 반응기 (100) 의 냉각 시스템과 연결된다. 원리적으로, 가스 드로우의 일 측에서 또는 공통 연결 개구를 통해 냉각재의 공급 및 배출을 행하는 것도 또한 가능하다. 낮은 밀도로 인해, 증발된 냉각 매체는 자동적으로 상부로 상승하고, 인출될 수 있다.

반응기 (100) 로부터 멀어지는 쪽을 향하는 측에서, 가스 드로우 (1) 는, 인출 개구 (5) 를 기밀식으로 폐쇄할 수 있는 커버 (51) (도 4) 의 부착을 위한 플랜지 (16) 를 또한 포함한다. 그렇지만, 가스 유입 개구 (2) 에서, 가스 드로우 (1) 를 반응기 (100) 에 용접하기 위한 수단 (18) 이 제공된다.

가스 유출 개구 (3) 를 둘러싸는 유출 포트 (6) 는 도시되지 않은 가스 냉각부, 바람직하게는 벤투리 퀀치부 (Venturi quench) 와 연결된다. 이 연결은 플랜지 결합 (flanged) 또는 용접될 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 인서트 (50) 를 통한 단면을 보여준다. 바람직한 실시형태에서, 인서트 (50) 는 커버 (51) 와 연결되고, 커버를 통해, 가스 드로우 내로 밀리는 때에 가스 드로우 (1) 의 플랜지 (16) 에 부착될 수 있다. 인서트 (50) 자체는 2 개의 바람직하게는 튜브형 부분을 갖고, 제 1 부분 (62) 은 곡선형 내측 튜브 (54) 를 통해 약 90°오프셋되어 있는 유출부 (55) 와 연결되어 있는 유입부 (53) 를 포함한다. 제 2 부분 (56) 은 인서트 (50) 의 나머지 부분이고, 곡선형 내측 튜브 (54) 와 커버 (51) 사이에 놓인다.

마지막으로, 도 4 는 인서트 (50) 가 삽입되어 있는 본 발명에 따른 가스 드로우를 보여준다. 인서트 (50) 는 대략 가스 드로우 (1) 와 동일한 길이를 가지므로, 인서트 (50) 의 유입부 (53) 가 가스 유입 개구 (2) 와 실질적으로 동일한 평면에서 종료된다. 그렇지만, 유출부 (55) 는 가스 유출 개구 (3) 와 실질적으로 동일한 평면에서 종료된다. 유입부 (53) 와 가스 유출 개구 (2) 또는 유출부 (55) 와 가스 유출 개구 (3) 의 직경들 각각은 서로에 대해 조정된다. 가능하게는, 가스 누출을 막기 위해, 적절한 시일이 제공된다.

인서트 (50) 의 외부 직경은 가스 배출 덕트 (4) 의 외부 직경보다 약간 더 작아서, 가스 드로우 (1) 의 내측 재킷 (12) 과 인서트 (50) 사이에 공간 (60) 이 형성되고, 이 공간은 절연재료 충전된다. 결과적으로, 유출하는 고온 가스가 냉각재가 가로지르는 표면과 직접 접촉하지 않게 되어서, 가스 스트림에 포함된 타르의 응축이 회피된다.

바람직하게는, 인서트 (50) 는 니켈계 합금으로 제조되며, 그 이유는 그 합금이 대체로 고온 내부식성이기 때문이다. 내측 부분이 압력부하를 받는 구성요소가 아니므로 단지 작은 벽 두께만 가지면 되므로 그러한 값비싼 합금의 사용이 가능하게 된다.

인서트 (50) 와 동일한 치수에서, 도시되지 않은 스크레이퍼가 형성될 수 있고, 이 스크레이퍼는 내측 재킷 (11) 의 내벽에 형성된 디포짓 (deposits) 을 제거하기 위해 인서트 대신에 가스 배출 덕트 (4) 내로 밀린다. 이는 인서트 (50) 를 대신하는 때에 편리하게 행해진다.

작동 중에, 인서트 (50) 는 도 4 에 도시된 방식으로 가스 드로우 (1) 내로 밀린다. 반응기 (100) 로부터, 고온 가스 (800℃ 또는 그보다 높은 온도까지) 가 가스 드로우 (1) 의 가스 유출 개구 (3) 내로 진입한다. 가스 드로우 (1) 의 압력지탱 부분을 구하기 위해, 압력지탱 부분은 가스 드로우의 내측 재킷 (12) 과 외측 재킷 (11) 사이의 냉각 갭 (13) 내로 유입부 (17) 를 통해 냉각수를 도입함으로써 냉각된다. 냉각수는, 반응기의 방향으로 냉각 갭 (13) 을 통해 유동하는 때에, 냉각수의 비등점 (60 bara 작동 압력에서 약 265℃) 까지 가열되고, 증발되어서, 시스템으로부터 열을 인출한다. 그리고 나서, 증기는 반응기 (100) 의 냉각 갭 (105) 에 진입하고, 추출물로서 가스화로 재순환될 수 있다. 고온 가스는 가스 드로우 (1) 의 압력지탱 부분과 직접 접촉하지 않고, 인서트 (50) 를 통해 유동하고, 인서트를 통해 후속하는 가스 워시 (gas wash) 로 전달된다.

본 발명은 700℃ 까지, 바람직하게는 심지어 800℃ 까지, 부분적으로 심지어 1000℃ 까지의 가스 유출 온도로 작동될 수 있게 하여서, 반응성이 더 낮은 연료를 사용할 수 있다. 동시에, 반응기의 수명이 연장될 수 있다. 본 발명에 따르면, 냉각으로 인해, 가스 드로우에서의 고온 부식이 완전히 회피될 수 있고, 또는 단지 인서트에서 일어나므로, 더 이상 가스 유출부와 반응기 사이의 연결을 플랜지 연결로서 설계할 필요가 없다. 용접된 연결부의 사용은 반응기의 신뢰도를 증가시킨다. 그리고, 반응기와 가스 드로우 사이의 열 전달이 향상된다.

1 가스 드로우
2 가스 유입 개구
3 가스 유출 개구
4 가스 배출 덕트
5 인출 개구
6 유출 포트
11 가스 드로우의 외측 재킷
12 가스 드로우의 내측 재킷
13 냉각 갭
14 액밀 연결부
15 액밀 연결부
16 플랜지
17 냉각재용의 유입부 또는 유출부
18 반응기와의 용접부
50 인서트
51 커버
52 인서트의 제 1 부분
53 유입부
54 곡선형 내측 튜브
55 유출부
56 인서트의 제 2 부분
60 공간
100 반응기
101 회전 격자
102 고정층
103 증기 및/또는 산소의 공급부
104 애시 드로우
105 냉각 갭
106 반응기의 외측 재킷
107 반응기의 내측 재킷
108 로크
109 에이프런
110 가스 수집 공간
111 가스 유출부

Claims

산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하기 위한 반응기용의 가스 드로우 (gas draw) 로서,
상기 가스 드로우는, 가스 유입 개구 (2), 가스 유출 개구 (3), 및 상기 가스 유입 개구와 상기 가스 유출 개구 사이에 제공된 가스 배출 덕트 (4) 를 포함하고,
상기 가스 배출 덕트 (4) 는 내측 재킷 (12) 및 외측 재킷 (11) 에 의해 둘러싸여 있고, 상기 내측 재킷과 상기 외측 재킷 사이에, 냉각 액체를 위해 적어도 하나의 유입부 및 유출부 (105, 17) 를 갖는 냉각 갭 (13) 이 형성되어 있고,
상기 내측 재킷 (12) 의 내부에, 곡선형 내측 튜브 (54) 를 포함하는 인서트 (50) 가 제공되고,
상기 곡선형 내측 튜브 (54) 의 유입부 (53) 가 상기 가스 유입 개구 (2) 와 연결되고,
상기 곡선형 내측 튜브 (54) 의 유출부 (55) 가 상기 가스 유출 개구 (3) 와 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 드로우는 T-피이스 (T-piece) 로서 형성되고,
상기 가스 유출 개구 (3) 는 상기 가스 유입 개구 (2) 에 대해 실질적으로 수직하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 인서트 (50) 와 상기 내측 재킷 (12) 사이에, 절연재로 충전된 공간 (60) 이 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 유입 개구 (2) 의 반대편의 상기 가스 배출 덕트 (4) 의 인출 개구 (5) 에, 제거가능한 커버 (51) 가 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
제 5 항에 있어서,
상기 인서트 (50) 는 상기 커버 (51) 에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
제 1 항에 있어서,
상기 가스 유입 개구 (2) 로부터 상기 가스 유입 개구의 반대편에 위치된 상기 가스 배출 덕트 (4) 의 인출 개구 (5) 까지 연장되는 스크레이퍼 (scraper) 를 특징으로 하는 가스 드로우.
제 1 항에 있어서,
온도관련 팽창을 보상하기 위한 적어도 하나의 컴펜세이터 (compensator) 를포함하는 것을 특징으로 하는 가스 드로우.
제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 가스 드로우 (1) 로, 산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하기 위한 반응기로서,
상기 반응기 (100) 의 가스 유출부 (111) 가 상기 가스 드로우 (1) 와 기밀식으로 연결되어 있는 반응기.
산소 및/또는 증기로 탄소질 고체를 가스화하는 방법으로서,
상기 가스화를 고정층에서 행하고,
제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 가스 드로우를 통해 가스를 인출하고,
상기 가스 드로우에 냉각 매체를 액체 형태로 도입하고 적어도 부분적으로 증기 형태로 인출하는, 탄소질 고체를 가스화하는 방법.