KR19980702835A - 분산된 용융 액적을 사용하는 공급물 처리법 - Google Patents

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마크 에이. 윌킨슨
크리스토퍼 제이. 나겔
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앤두류티.카나키스
몰튼메탈테크놀로지,인크.
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Abstract

본 발명의 방법 및 장치는 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분으로부터 1개 이상의 상의 생성물을 생성한다. 이 방법은 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 것을 포함한다. 이어서, 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시킨다. 이어서 공급물 가스 스트림을 프로세스 가스 대역으로 보내고, 여기서 유기 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 유기 성분의 적어도 일부분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시킨다. 본 발명의 장치는 공급물 유입구를 갖는, 가스 형성 구역을 포함하는 반응기 및 가스 형성 구역 내에 고상 공급물 성분을 보유하는 수단을 포함한다. 장치는 또한, 프로세스 가스 공간, 가스 유출구 및 그 안에 위치하는 프로세스 용융조를 갖는, 반응기 내에 위치하는 프로세스 구역을 포함한다. 또한, 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분을 용융 액적에 노출시키기 위하여 프로세스 가스 공간을 통해 용융조의 용융 액적을 분산시키는 수단이 제공된다.

Description

분산된 용융 액적을 사용하는 공급물 처리법
관련 출원
본 출원은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용하고 있는, 1993년 4월 12일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,693호의 일부 계속 출원이다.
매년 막대한 양의 각종 유독성 폐기물이 생산된다. 이들 폐기물은 종종 유기 물질, 예를 들면 타이어, 살충제, 페인트, 사용제 수지 및 용제를 포함한다. 현재, 이들 유기 폐기물 중 다수는 매립으로 또는 소각에 의해 처리된다. 그러나, 이러한 폐기물의 매립 및 소각에 의한 처리는 이용할 수 있는 처리 공간의 감소, 정부 규제의 강화, 및 환경에 미치는 유독성 및 무독성 폐기물의 영향에 대한 대중적 인식의 증대 때문에 점점 더 어려운 문제가 되고 있다. 이들 폐기물의 환경으로의 방출은 또한 공기 및 상수도를 오염시킬 수 있다. 게다가, 가치있는 성분을 분리해 내거나 또는 가치있는 생성물을 생성시키지 않고서 이들 폐기물을 처리하는 것은 가치있는 화학적 구성성분의 경제적 손실을 만든다.
최근, 유독성 폐기물 및 공업용 공급물과 같은 물질을 용융조 내에서 탄소, 산화탄소 가스 및 저급 탄화수소로 전환시킴으로써, 이들 물질로부터 가치있는 물질을 재생시키기 위한 많은 방법들이 개발되어 왔다. 그러나, 이들 방법들은 전형적으로는 짧은 체류 시간을 피하기 위하여 많은 용융 부피를 필요로 한다. 또한, 전형적으로 공급 물질을 전환시키기 위해 필요한 많은 용융 부피는 그 안에 저장된 에너지의 양 때문에 덜 안전하다. 또한, 종종 큰 부피의 용융 금속 욕과 함께 사용되는 잠겨있는 바람구멍은 급속한 마모를 경험할 수 있다. 게다가, 휘발성 공급 물질의 벌크 충전물의 적어도 일부분이 종종 휘발되어, 전환되지 않고서 용융조를 불며 지나가게 된다.
그러므로, 유기물 함유 공급물을 온화한 및(또는) 보다 유용한 물질로 전환시키는 신규의 방법 및 장치에 대한 요구가 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 유기 성분이 공급 가스 스트림 중에 있는, 유기물 함유 공급물의 유기 성분으로부터 1개 이상의 상으로 생성시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 방법은 프로세스 용융조 및 이 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 것을 포함한다. 이어서 상기 용융조의 액적은 프로세스 가스 공간을 통해 분산된다. 이어서 공급 가스 스트림은 프로세스 가스 대역 내로 보내지고, 여기서 유기 성분은 상기 용융 액적에 노출되고 이에 의해 유기 성분의 적어도 일부분이 1개 이상의 상 중의 생성물로 전환된다.
본 발명의 장치는 공급물 유입구를 갖는 가스 형성 구역, 및 가스 형성 구역 내에서 고상 공급물 성분을 보유하기 위한 수단을 포함한다. 장치는 또한 반응기 내에 위치하고, 프로세스 가스 공간, 가스 유출구 및 그 안에 위치하는 프로세스 용융조를 갖는 프로세스 구역을 포함한다. 또한, 공급 가스 스트림 중의 유기 성분을 용융 액적에 노출시키기 위하여 프로세스 가스 공간을 통해 용융조의 용융 액적을 분산시키는 수단이 제공된다.
본 발명은 예를 들면 유독성 공급물을 보다 효율적으로 전환시켜 유용한 탄화수소 및(또는) 산화탄소 가스를 형성시키는 이점을 갖는다. 본 발명의 추가의 이점은 보다 적은 용융 부피를 사용하여 공급물을 처리하는 개선된 방법을 제공하고, 용융조에 비해 용융 스프레이의 보다 큰 표면적 대 부피 비 때문에 보다 안전하고 보다 적은 열원의 사용을 가능하게 하고, 용융조 중에 잠기게 되지 않는 바람구멍을 사용할 수 있어 바람구멍 마모를 감소시키고, 및 벌크 충전되는 휘발성 유독성 공급물을 장치로부터 방출시키기 전에 무독성 물질로 확실하게 전환시킬 수 있다는 것이다.
도 1은 공급물을 용융 액적을 함유하는 대역을 통해 보냄으로써 본 발명의 방법에 따라 생성물을 형성시키는데 적합한 장치의 부분적 측면 단면도이다.
도 2는 선 II-II를 따라 절단한 도 1의 장치의 부분적 단면도이다.
도 3은 공급물을 용융 액적을 함유하는 대역을 통해 보냄으로써 생성물을 형성시키는데 적합한 본 발명의 장치의 부분적 측면 단면도이다.
도 4는 공급물을 용융 액적을 함유하는 대역을 통해 보냄으로써 생성물을 형성시키는데 적합한 본 발명의 장치의 별법의 실시태양의 부분적 측면 단면도이다.
도 5는 공급물을 용융 액적을 함유하는 대역을 통해 보냄으로써 생성물을 형성시키는데 적합한 본 발명의 장치의 다른 실시태양의 부분적 측면 단면도이다.
도 6은 공급물을 용융 액적을 함유하는 대역을 통해 보냄으로써 생성물을 형성시키는데 적합한 본 발명의 장치의 또 다른 실시태양의 부분적 측면 단면도이다.
본 발명의 방법 및 장치의 특징 및 다른 세부사항들을 이제 수반되는 도면 및 특허 청구의 범위에 지적된 사항을 참고로 하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 본 발명의 이들 구체적인 실시태양은 본 발명을 제한하는 것이 아닌 본 발명을 예시하기 위해 나타낸 것임을 알아야 한다. 본 발명의 주요한 특징은 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고서 각종 실시태양에 사용될 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하기에 적합한 장치의 한 실시태양을 도 1에 도시한다. 상기 장치는 프로세스 구역(14)를 함유하는 반응기(12)를 포함한다. 반응 구역(14)를 둘러싸고 있는 반응기(12)의 벽은 프로세스 구역(14) 내의 조건 하에서 내화성이다. 반응기(12)의 벽의 내화성은 임의적으로는 수 냉각과 같은 당업계에 공지되어 있는 수단에 의해 벽을 냉각시킴으로써 개선될 수 있다.
프로세스 용융조(16)는 프로세스 구역(14)의 아래 부분에 위치한다. 프로세스 가스 공간(18)은 프로세스 구역(14) 내에 프로세스 용융조(16) 위에 위치한다. 프로세스 용융조(16)는 프로세스 구역(14)를 적합한 금속으로 부분적으로 충전시킴으로써 형성된다. 이어서 금속을 플라즈마 토오치(20)을 활성화시키거나 또는 다른 적합한 수단, 예를 들면 유도 코일, 옥시연료 버너, 전기 아아크 및 발열 화학 반응, 예를 들면 알루미늄, 탄소, 일산화탄소, 수소 또는 연료 오일의 산화에 의해 적합한 온도로 가열시킨다.
용융조는 예를 들면 적어도 1종의 금속, 금속 산화물, 금속 염, 매트(예를 들면 FeS) 세라믹 물질, 금속 합금 또는 금속 용액, 금속들의 용액 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 본 명세서에서 정의되는 금속 용액은 용해된 비금속 원자 물질, 예를 들면 탄소 또는 황을 함유하는 금속이다. 또한, 금속들의 용액 중에는, 2개 이상의 금속이 단일 상 중에 용해되어 있고, 예로서는 철과 크롬, 망간, 구리 니켈 또는 코발트의 용액을 들 수 있다.
용융조는 또한 용융조의 작동 조건에서, 원자 탄소의 일산화탄소로의 산화에 대한 유리 에너지보다 큰 산화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함할 수 있다. 또한, 용융조는 용융조의 작동 조건에서, 염산을 생성시키는 수소의 염소화에 대한 유리 에너지보다 큰 염소화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함할 수 있다.
임의적으로, 용융조는 탄소, 황, 할로겐 및(또는) 산소에 대한 용해도를 갖는 금속을 함유할 수 있다. 바람직하게는, 탄소, 황, 할로겐 또는 산소에 대한 용융조의 용해도는 약 0.5 중량%보다 크다. 탄소, 황, 할로겐 및 산소를 용해시키는데 바람직한 용융 금속은 각각 철, 구리, 칼슘 및 철이다.
또한, 용융조는 1개 이상의 상의 용융 물질, 예를 들면 용융 금속 상 및 세라믹 상 또는 2개의 불혼화성 금속 상을 포함할 수 있고, 이 때, 제1 상은 이산화탄소의 형성을 후원하는 반면, 제2 상은 일산화탄소로부터 이산화탄소의 형성을 후원한다. 네이겔(C.J. Nagel) 등의 미합중국 특허 제5,177,304호는 산화탄소 가스를 형성하기 위하여, 용융조 중에서 유기 공급물을 처리하는 방법 및 장치를 기재한다. 미합중국 특허 제5,177,304호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
세라믹 물질은 플럭스원(24)로부터 유입관(26)을 통해 프로세스 구역 상으로 및(또는) 구역 내로 적합한 성분, 예를 들면 금속, 금속 산화물, 할로겐, 황, 인, 중금속, 플럭스, 슬러지 등을 보냄으로써 형성될 수 있다. 이어서, 상기 성분들은 성분들의 산화제에 대한 노출에 의해 산화물을 형성하거나 또는 다른 덜 안정한 성분, 예를 들면 알칼리 금속 또는 알칼리 토 금속 양이온과의 반응에 의해 다른 안정한 화합물을 형성한다. 세라믹 물질 중에서 대표적으로 발견되는 금속 산화물의 예로서는, 산화티탄(TiO), 산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO), 산화칼슘(CaO) 등을 들 수 있다. 세라믹 물질의 적합한 성분의 다른 예에는 할로겐, 황, 인, 중금속 등이 포함된다. 세라믹 물질은 1종 이상의 금속 산화물을 포함할 수 있음을 알아야 한다. 상기 안정한 반응 생성물의 예에는 불화칼슘(CaF2) 및 인산마그네슘(Mg3(PO4)2)이 있다.
반응기(12)는 또한 프로세스 가스 공간(18)을 통해 용융 액적(28)을 분산시키는 수단을 포함하는데, 이 때 금속 액적의 분산은 프로세스 가스 공간(18)을 통한 가스의 유로에 대해 실질적으로 수직이다. 용융 액적 분산 수단을 공급물 가스 스트림 중의 실질적으로 모든 유기 성분이 프로세스 구역(14)를 빠져나가기 전에 용융 액적(28)에 노출되도록, 일정량의 용융 액적(28)을 프로세스 가스 공간(18)을 통해 분산시킨다.
적합한 용융 액적 분산 수단은 용융물원, 예를 들면 프로세스 용융조(16) 및 용융 액적을 형성시키고 용융 액적을 프로세스 가스 공간(18)을 통해 보내는 수단, 예를 들면 가스 젯을 포함한다. 한 실시태양에서는, 플라즈마 토오치가 가스 젯으로 사용하기 적합하다. 용융조(16)의 상부 표면 상으로 향하는 플라즈마 토오치(20)는 용융물을 분무시켜 용융 액적(28)을 형성시키고, 이것은 이어서 플라즈마 토오치(20)의 작용에 의해 프로세스 구역(14) 내에서 프로세스 가스 공간(18)의 적어도 한 횡단면을 통해 분산된다.
액적 형성/배향 수단의 다른 예에는 대체 고속 가스 젯(30)이 있고, 이것은 프로세스 용융조(16)과 충돌시에 프로세스 용융조(16)의 표면상으로 방출되어 용융 액적(28)을 형성하고, 이 때 용융 액적(28)은 프로세스 가스 공간(18)의 한 횡단면을 통해 분산된다. 1개 이상의 고속 젯, 구체적으로는 플라즈마 토오치(20) 및(또는) 대체 고속 가스 젯(30)이 반응기(12)의 측면 및(또는) 상부에 위치할 수 있음을 알아야 한다. 바람직한 실시태양에서는, 적어도 2개의 대향하는 가스 젯이 용융조(16)의 표면상으로 향하게 된다.
별법의 액적 형성/배향 수단에는 프로세스 가스 공간(18)의 한 횡단면을 통해 용융 액적(28)을 흘려보내고 분산시키는데 적합한 가스 스트림 바람구멍(32) 및 가스 스트림 유입구(34)가 있고, 이를 통해 가스 스트림은 용융조(16)내로 보내진다. 가스 스트림은 프로세스 용융조(16) 내로 보내진 다음 프로세스 용융조(16)을 통해 실질적으로 윗방향으로 흐르고, 이에 의해 가스 스트림 중의 용융물을 흘려보내 프로세스 가스 공간(18) 중에 용융 액적(28)을 분산시킨다. 별법으로는, 휘발가능한 유체의 스트림을 프로세스 용융조(16)을 보내고, 여기서 휘발가능한 유체 스트림을 기화시켜 가스 스트림을 형성시킬 수 있다.
적합한 가스 스트림은 비반응성 가스, 반응성 가스, 및(또는) 제2 기화가능한 공급물을 포함할 수 있다. 적합한 비반응성 가스의 예에는 질소 또는 아르곤이 포함되는 반면, 적합한 반응성 가스의 예를 들면 수소, 산소 및 일산화탄소이다. 가스 스트림에 적합한 기화가능한 공급물의 예로서는 공급물의 적어도 일부분이, 또는 공급물의 분해 생성물이 기화가능한 유기 공급물을 들 수 있다.
가스 스트림 바람구멍(32)은 가스 스트림 유입구(34)를 통해 가스 스트림원(38)과 프로세스 용융조(16) 사이에 유체 소통을 제공하는 가스 스트림 유입관(36)을 포함한다. 다른 적합한 가스 도입 수단, 예를 들면 란셋, 유입구 및(또는) 가스 또는 기화가능한 성분을 용융 금속내로 보낼 수 있는 다른 임의의 기구를 가스 스트림 바람구멍(32) 대신에 또는 이와 함께 사용할 수 있다.
1개 이상의 가스 스트림 유입구(34)는 가스 스트림 유입구(34)를 통해 가스 스트림 주입시에, 프로세스 용융조(16)으로부터 흘려보내지는 용융 액적(28)은 이어서 프로세스 가스 공간(18)의 한 횡단면을 통해 분산되도록 하는 배위로 프로세스 용융조(16) 내의 프로세스 구역(14)의 바닥 및(또는) 측면에 위치한다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 가스 스트림 유입구(34)는 일반적으로 프로세스 구역(14)의 바닥 및 측면을 따라 규칙적인 간격의 거리로, 프로세스 구역(14)를 통한 기화된 유기 공급물 성분의 흐름에 실질적으로 수직인 평면 내에 위치한다.
다시 도 1을 살펴보면, 용융 액적(28)은 임의적으로는 용융 분수(39)의 형태로 프로세스 가스 공간(18) 내에 위치할 수 있다. 용융 분수(39)는 각종 크기의 용융 액적(28)의 스트림을 함유한다. 적합한 용융 분수(39)는 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,693호에 기재되어 있다. 역시 임의적으로, 용융 액적(28)은 나타나 있지는 않지만 날개를 프로세스 용융조(16)의 바닥 근처로부터 원형 운동으로 프로세스 가스 공간(18)을 통해 위로 및 프로세스 용융조(16) 내로 다시 아래로 회전시킴으로써 프로세스 가스 공간(18)의 한 횡단면을 통해 형성되고 분산될 수 있다. 상기 날개가 회전함에 따라, 날개는 용융 액적(28)이 날개로부터 다시 프로세스 용융조(16)으로 떨어질 때까지, 프로세스 용융조(16)으로부터 및 프로세스 구역(14)의 한 면 위로 용융 금속을 운반한다. 이러한 날개는 프로세스 구역(14) 내에 함유되는 독립적 구조물에 부착되거나 또는 별법으로는 상기 날개는 프로세스 구역(14)의 벽으로부터 나올 수 있다. 상기 날개는 내화성 물질, 예를 들면 내화 벽돌로부터 제조될 수 있다.
반응기(12)는 또한 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분을 프로세스 대역으로 보내는 수단을 포함한다. 프로세스 대역은 유기 성분이 용융 액적(28)에 노출되는 대역으로서, 구체적으로는 프로세스 가스 공간(18) 및 용융조(16)을 포함한다.
적합한 공급물 가스 스트림 도입 수단, 구체적으로는 가스상 공급물 유입관(40)은 프로세스 구역(14)의 일부분으로부터 프로세스 용융조(16)의 표면 상으로 연장되고, 프로세스 구역(14) 이내에서 공급물 가스 스트림원(42)으로부터 공급물 가스 스트림 유입구(44)를 통해 프로세스 가스 공간(18)으로 유체 소통을 제공한다.
적합한 배향 수단은 예를 들면 바람구멍, 란셋, 유입구 및 가스를 프로세스 구역(14) 내의 프로세스 가스 공간(18)으로 보낼 수 있는 다른 성분을 포함한다는 것을 알 수 있다. 또한, 공급물 가스 스트림을 도입시키는 1개 이상의 수단은 상기 공급물 가스 스트림을 반응기(12)의 상부, 바닥 및(또는) 측면 벽들을 통해 프로세스 가스 공간(18) 내로 보낼 수 있다.
반응기(12)는 공반응물을 프로세스 구역(14) 내로 도입시키는 수단을 추가로 포함한다. 적합한 공반응물 도입 수단은 프로세스 구역(14)의 아래 부분에 위치하는 공반응물 바람구멍(46)을 포함한다. 공반응물의 예로서는 산화제 및 환원제를 들 수 있다. 적합한 산화제의 예로는 산소, 공기, 및 산소를 방출시킬 수 있는 조성물, 물질 또는 혼합물, 예를 들면 환원성 금속 산화물(예를 들면, 산화니켈, 산화철) 또는 이산화탄소를 들 수 있다. 수소 및 수소 방출 조성물, 물질 또는 혼합물이 적합한 환원제의 예이다.
공반응물 바람구멍(46)은 공반응물을 공반응물 유입구(48)을 통해 프로세스 구역(14) 내로 도입시킬 수 있는 치수 및 형태를 갖는다. 공반응물 바람구멍(46)은 공반응물 유입구(48)을 통해 공반응물원(52)와 프로세스 구역(14) 사이에 유체 소통을 제공하는 공반응물 유입관(50)을 포함한다. 공반응물 유입구(48)은 전형적으로는 프로세스 구역(14) 내, 프로세스 용융조(16)의 표면 위에, 공반응물 유입관(50)의 단부에 위치한다. 별법으로는, 공반응물 유입구(48)은 또한 프로세스 용융조(16)의 표면 아래 및(또는) 프로세스 구역(14)의 윗 부분에 위치할 수도 있다. 적합한 공반응물 도입 수단은 반응기(12)의 바닥, 측면 또는 상부에 위치할 수 있는 1개 이상의 바람구멍, 유입구 또는 관을 포함한다는 것을 알 수 있다.
공반응물 바람구멍(46)은 수냉각되는 동심 바람구멍일 수 있다. 전형적으로는, 공반응물 바람구멍(46)이 물 주입에 의해 냉각될 때, 공반응물 유입구(48)은 프로세스 용융조(16) 중에 침지되지 않는다.
별법으로는, 공반응물 바람구멍(46)은 공급물 또는 보호 가스를 프로세스 구역 내로 보낼 수 있는 치수 및 형태를 갖는 2중 동심 바람구멍일 수 있다. 전환되어야 하는 공급물 또는 제2 공급물을 구성할 수 있는, 공반응물 바람구멍(46)을 통해 도입된 공급물은 또한 공반응물 바람구멍(46)에 대한 보호 가스로서 기능할 수 있다. 또한, 공반응물 바람구멍(46)은 3개 이상의 물질, 예를 들면 산화제, 보호 가스 및 다른 물질(예를 들면 공급물, 연료 또는 탄소원)을 별도로 반응기(12) 내로 주입시킬 수 있는 다중 동심 바람구멍일 수 있다. 공반응물 바람구멍(46)은 또한 가스 스트림을 프로세스 용융조(16)을 통해 보냄으로써 프로세스 가스 공간(18) 중에 용융 액적(28)을 분산시키는 한 수단으로서, 또는 임의적으로는 유일한 수단으로서 기능할 수 있다.
반응기(12)는 또한 추가의 물질, 예를 들면 제2 유기 공급물, 탄소원 및(또는) 용융 금속을 가열시키기 위한 연료 물질을 프로세스 용융조(16) 내로 보내기 위한 대체 수단을 제공하는 대체 바람구멍(54) 및 대체 유입구(56)을 포함할 수도 있다. 대체 바람구멍(54)는 대체 유입구(56)을 통해 프로세스 용융조(16)과 추가의 물질원(60) 사이에 유체 소통을 제공하는 대체 유입관(58)을 포함한다. 대체 배향 수단은 반응기(12)의 바닥, 측면 또는 상부에 위치할 수 있는 1개 이상의 바람구멍, 란셋 또는 관을 포함한다는 것을 알아야 한다.
프로세스 구역(14)의 윗 부분으로부터 연장되는 가스 유출구(62)는 프로세스 가스 공간(18)로부터의 생성물 가스를 반응기(12)로부터 안내하는데 적합하다.
바닥 탭(64)는 프로세스 구역(14)로부터 프로세스 용융조(16)의 표면 아래로 연장된다. 바닥 탭(64)는 용융 물질의 한 상을 반응기(12)로부터 제거하는데 적합하다. 추가의 배출은 용융 물질의 추가의 상을 반응기(12)로부터 연속적으로 또는 불연속적으로 제거하는 수단으로서 제공될 수 있다. 물질은 다른 수단, 예를 들면 당업계에 공지되어 있는 수단에 의해 프로세스 구역(14)로부터 제거될 수 있다.
본 발명의 방법에서, 공급물 가스 스트림 내의 유기 성분은 프로세스 구역(14) 내에서 1개 이상의 상 중의 생성물로 전환된다. 적합한 유기 성분은 기화된 유기 분자, 이산화탄소 가스 및 가스 스트림 중에 현탁된 탄소계 입자의 분산액을 포함할 수 있다. 공급물 가스 스트림은 또한 다른 성분, 예를 들면 수소, 물, 및 황, 인, 휘발성 중금속, 질소 및 이들의 혼합물을 함유하는 무기 화학물질을 포함할 수도 있다.
생성물은 1개 이상의 상으로 있을 수 있다. 구체적으로는, 가스 상 또는 응축된 상으로 있을 수 있다. 가스상 생성물의 예로서는 작은 탄화수소, 산화탄소 가스, 공급물의 탄소 블록 가스상 산화 또는 환원 생성물 또는 이들의 혼합물, 또한 다른 성분, 예를 들면 수소, 물 및 무기 가스를 들 수 있다. 작은 탄화수소는 최대 약 6개의 탄소 원자를 함유하는 포화 및 불포화 탄화수소, 예를 들면 메탄, 에탄, 에텐, 부탄, 부텐, 시클로헥산 및 벤젠이다. 산화탄소 가스에는 일산화탄소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물이 포함된다.
본 명세서에서 정의된 응축된 상 물질은 전형적으로는 프로세스 용융조(16) 내에 함유되는 액체 상태, 또는 용해된 입자 중의 물질이다. 응축된 상 생성물의 예로서는 침탄 철, 염화칼슘, FeS 매트, 산화철 및 헥사데칸을 들 수 있다.
이 방법에서는, 프로세스 용융조(16)을 플라즈마 토오치(20) 또는 다른 적합한 가열 수단으로 가열시키고, 용융 액적(28)을 프로세스 용융조(16) 상의 가스 공간(18)을 통해 분산시킴으로써 프로세스 구역(14) 내에 프로세스 대역이 형성된다. 금속 액적(28)이 가스 공간(18)을 통해 거의 균일하게 분산되는 것이 바람직하다.
한 실시태양에서, 플라즈마 토오치(20)과 같은 고속 젯의 방출물을 프로세스 용융조(16)의 표면으로 또는 표면 내로 배향시키는 것은 용융 금속이 분무되도록 하여 용융 액적(28)을 형성시킨 다음, 적어도 프로세스 가스 공간(18)을 통해 용융 액적(28)을 분산시킨다.
별법의 실시태양에서, 용융 액적(28)은 가스 스트림을 1개 이상의 가스 스트림 유입구(34)를 통해 프로세스 용융조(16)으로 보내고, 이 때 가스 스트림은 실질적으로 프로세스 가스 공간(18)으로 향하게 함으로써 형성되어 프로세스 구역(14) 내의 프로세스 가스 공간(18)을 통해 분산된다. 이어서 용융 금속은 가스 스트림 중에 흘려보내져 프로세스 가스 공간(18) 내로 보내지고, 이에 의해 프로세스 가스 공간(18)의 적어도 한 횡단면을 통해 분산되는 용융 액적(28)을 형성한다.
프로세스 대역은 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분의 실질적인 부분이 생성물로 전환되는 경우 적합하다. 전형적으로는, 유기 성분은 유기 성분이 약 1 내지 2분 동안 프로세스 대역 내에 있는 경우 약 1200 ℃ 이상의 온도에서 전환된다. 프로세스 대역 중에서 유기 성분을 전환시키는 프로세스 시간은 프로세스 대역 내의 온도 또는 압력을 조절함으로써 추가로 조절될 수 있다. 본 발명의 방법에서 반응기는 승압, 대기압 또는 감압에서 조작될 수 있다.
프로세스 내의 보다 낮은 온도, 예를 들면 약 900 ℃ 이하는 전형적으로는 기화된 유기 공급물 성분의 최소한의 분해를 야기시키는데 사용된다. 프로세스 대역 내의 보다 높은 온도, 예를 들면 약 900 ℃는 전형적으로는 기화된 유기 공급물 성분을 추가로 분해시키는데 사용된다.
또한, 프로세스 용융조(16) 및(또는) 용융 액적(28)으로부터 전달된 열을 사용하여 유기 성분을 처리할 때, 프로세스 구역(14)의 온도는 프로세스 용융조(16)의 조성물을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 약 1200 ℃ 미만의 온도를 갖는 보다 저온의 용융조는 용융 금속의 주요 구성성분으로서 주석, 아연, 알루미늄, 탄산나트륨 또는 구리를 사용하여 형성될 수 있다. 추가로, 전형적으로는 약 1200 ℃보다 크거나 또는 동일한 온도를 갖는 보다 고온의 용융조는 용융 금속의 주요 구성성분으로서 망간, 니켈, 코발트, 철, 크롬 또는 산화알루미늄을 사용하여 형성될 수 있다.
프로세스 구역(14) 내로 보내졌을 때, 공급물 가스 스트림 중의 실질적으로 모든 유기 성분은 용융 액적(28)에 노출되어 전형적으로는 탄화수소 가스 및(또는) 탄소를 형성한다.
추가의 실시태양에서는, 공반응물을 프로세스 구역(14) 내로 보낸 다음, 여기서 공반응물이 유기 성분 또는 탄화수소 가스와 반응하여 생성물 가스, 예를 들면 산화탄소 가스를 형성한다. 예를 들면, 산화제가 공반응물로서 사용된 경우, 산화제는 공반응물원(52)로부터 공반응물로서 공반응물 유입구(48)을 통해 프로세스 용융조(16) 내로 보내진다. 주입시에, 산화제는 프로세스 구역(14) 내에 함유되어 있는 산화가능한 성분과 반응하여 기화된 산화물, 예를 들면 일산화탄소, 이산화탄소, 이산화황 및 물을 형성한다. 이어서 프로세스 용융조(16) 내에 형성된 임의의 산화탄소 가스는 프로세스 가스 공간(18)내로 이동한다.
기화된 유기 공급물 성분 및 공반응물은 반응기 내로 연속적으로, 순차적으로 또는 간헐적으로 도입될 수 있음을 알 수 있다.
다른 실시태양에서, 산화제 또는 환원제는 용융조 내에서 공급물의 용해된 원자 구성성분의 환원 또는 산화를 설명하는, 1993년 4월 2일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/041,772호에 기재된 방법 및 시스템에 따라 도입된다. 용해된 원자 구성성분의 산화 및 환원 방법에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/041,772호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
이어서 생성물 가스는 가스 유출구(62)를 통해 반응기(12)의 윗 부분으로부터 보내진다. 응축된 상의 생성물은 반응기로부터 바닥 탭(64)를 통해 제거될 수 있다.
도 3은 본 발명의 장치 및 방법의 또 다른 실시태양을 예시한다. 도 3의 장치는 도 1의 동일 엘레멘트 중 다수를 갖는데, 동일한 엘레멘트는 동일한 부호로 표시한다. 상기 장치는 가스 형성 구역(64)로부터 프로세스 구역(14) 내로의 가스상 흐름, 및 임의적으로는 액상 흐름을 가능하게 하면서, 가스 형성 구역(64) 중에 고상 공급물을 보유하기에 적합한 수단(65)에 의해 상호연결되는, 가스 형성 구역(64) 및 프로세스 구역(14)를 함유하는 반응기(12)를 포함한다.
가스 형성 구역(64) 및 프로세스 구역(14)는 단일의 혼합된 장치(도 3에 나타냄)의 상이한 모듈이거나 또는 떨어져 있는 별개의 성분(도 4에 나타냄)일 수 있다. 가스 형성 구역(64)를 둘러싸고 있는 벽은 프로세스 구역(14)도 역시 둘러싸고 있는 1개의 단일 벽의 일부분이거나 또는 프로세스 구역(14)의 벽과 동일하거나 또는 상이한 물질로 제조된 별도의 벽 구역일 수 있다. 가스 형성 구역(64)를 둘러싸고 있는 벽은 가스 형성 구역(64) 내의 조건 하에서 실질적으로 내화성이다. 마찬가지로, 프로세스 구역(14)를 둘러싸고 있는 벽도 역시 프로세스 구역(14) 내의 조건 하에서 내화성이다. 벽의 내화성은 임의적으로는, 수 냉각과 같은 당업계에 공지되어 있는 수단을 사용하여 벽을 냉각시킴으로써 개선될 수 있다.
적합한 가스 형성 구역(64)의 예를 도 3 및 4에 나타낸다. 가스 형성 구역(64)로서 사용하기 적합한 다른 장치는 공급 물질을 처리하여 산화탄소 가스 또는 탄화수소를 형성시키는 장치, 예를 들면, 불혼화성 금속의 용융 금속조 중에서 탄소계 물질로부터 이산화탄소를 형성시키는 장치 및 방법을 기재하고 있는 1993년 1월 5일에 특허된 미합중국 특허 제5,177,304호, 및 용해된 원자 구성성분의 후속되는 산화를 위하여 공급물을 용해된 원자 구성성분으로 전환시키는 장치 및 방법을 기재하고 있는 1991년 7월 29일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제07/737,199호; 용융 금속조 중에서 방사능 공급물을 처리하여 비방사능 이산화탄소 가스를 생성시키는 장치 및 방법을 기재하고 있는 1993년 4월 12일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,016호; 충전된 베드 반응기 중에서 공급물의 적어도 일부분을 그의 원자 구성성분으로 해리시켜 생성물 가스를 형성시키는 장치 및 방법을 기재하고 있는, 1993년 3월 31일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/041,405호의 포대 계속 출원으로서 1994년 6월 27일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/267,295호; 및 유기 공급물을 용융 액적(28)과 접촉시킴으로써 탄화수소 가스를 생성시키는 장치 및 방법을 기재하고 있는 1993년 4월 12일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,693호에 기재되어 있는 장치들을 포함한다. 공급 물질을 처리하여 산화탄소 가스 또는 탄화수소를 형성시키는 장치에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제07/737,199호 및 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/267,295호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
도 3으로 돌아가서, 가스 형성 구역(64)는 가스 형성 가스 공간(66), 유기물 함유 공급물을 가스 형성 구역(64)로 도입시키는 수단 및 가스 형성 구역(64) 중에 있을 때 상기 공급물의 유기 성분을 함유하는 공급물 가스 스트림을 형성시키는 수단을 함유한다.
제1 적합한 공급물 도입 수단, 구체적으로는 노즐(68)은 가스 형성 가스 공간(66)의 아래 부분에 위치한다. 노즐(68)은 유체 공급물 공급 라인(70) 및 유체 공급물 유입구(72)를 통해 가스 형성 구역(64) 및 나타나 있지는 않지만 유체 공급물원 사이에 유체 소통을 제공한다. 유체 공급물 유입구(74)는 노즐(68)의 단부에서 가스 형성 가스 공간(66) 내에 위치한다.
제2 적합한 공급물 도입 수단, 구체적으로는 반응기(12)로부터 연장되는 벌크 공급물 유입구(76)은 벌크 공급물을 가스 형성 구역(64)로 보내기 위한 수단을 제공한다.
가스 형성 구역(64)의 각종 영역으로 공급물을 도입시키기 위한 적합한 수단은 바람구멍, 란셋, 유입구 및 벌크 및(또는) 벌크가 아닌 공급물을 가스 형성 구역(64)으로 도입시킬 수 있는 다른 성분을 포함한다는 것을 알 수 있다. 또한, 공급물을 도입시키는 적합한 수단은 공급물을 반응기의 상부, 바닥 및(또는) 측면 벽을 통해 가스 형성 구역(64)로 보낼 수 있다. 게다가, 공급물을 가스 형성 구역 내로 도입시키는 1개 이상의 수단이 반응기의 상부, 바닥 및(또는) 측면에 위치할 수 있다. 고상 공급물을 용융 금속조내로 상부 충전시키는 방법 및 장치는 고상 공급물을 충전시키는 것에 관한 내용이 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되고 있는, 1993년 4월 2일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/042,609호에 기재되어 있다. 또한, 유기 공급물을 용융 금속조 내로 주입시키기 위한 란셋 및 그의 사용 방법은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용되고 있는, 1993년 12월 3일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/162,347호에 기재되어 있다.
가스 형성 구역(64) 중에 공급물 가스 스트림을 형성시키는데 적합한 가스 형성 수단은 가열 수단 및(또는) 가스 스트림 중에 유기 성분의 입자를 포함하기 위한 수단을 포함한다. 가열 수단은 가스 형성 대역 내에서 공급물의 직접적인 가열 및(또는) 간접적인 가열을 사용할 수 있다. 직접적인 가열을 위한 수단의 예를 들면, 유도 코일, 옥시연료 버너, 전기 아아크, 플라즈마 토오치 및 발열 화학 반응, 예를 들면 가스 형성 구역(64) 및 공급물을 직접적으로 가열시켜 유기 공급물 성분을 기화시키는 알루미늄, 탄소, 일산화탄소, 수소 또는 연료 오일의 산화를 들 수 있다. 간접적인 가열을 위한 수단의 예를 들면, 직접적인 가열 수단을 사용하여 가열된 다음 공급물에 노출시 공급물오 열을 전달시키는 용융조 및(또는) 용융 액적이 있다.
가스 스트림 중에 입자를 포함시키기 위한 수단은 산화제를 이용한 공급물의 연소를 포함하는데, 이 때 산화제는 공반응물 바람구멍(46)을 통해 가스 형성 구역(64) 내로 주입되어, 예를 들면 연기를 형성시킨다. 별법의 수단은 공급물을 가열 수단으로 가열시키고, 동시에 또는 이에 이어, 예를 들면 열분해에 의해 형성된 탄소계 입자의 분산액을 질소 가스 스트림 내에 흘려보냄으로써 비반응성 가스와 같은 가스 스트림을 가스 스트림 바람구멍(32)를 통하여 가스 형성 구역(64) 내로 보내는 것에 의한 공급물의 열분해를 포함한다. 또한, 가스 스트림 중에 입자를 포함하기 위한 수단은 또한 이미 탄소 함유 입자의 형태로 있는 공급물을 통해 가스 스트림을 보내는 것을 포함한다.
본 명세서에서 정의되는 가스 형성 대역은 공급물이 공급물 가스 스트림으로 전환되는 가스 형성 구역(61) 이내의 영역이다. 가스 형성 대역은 가스 형성 가스 공간(66)을 포함하고, 및 사용된 기화 수단의 타입 및 전환되는 공급물의 위치 및 타입에 따라 가능하게는 가스 형성 용융조(78) 및 임의적으로는 가스 형성 용융조(78) 상에 위치하는 세라믹층(22)도 포함할 수 있다.
가스 형성 수단으로서 사용될 때 적합한 가열 수단은 유기 공급물 성분이 기화되거나 또는 분해되어 소정의 유기 조성 생성물을 생성시키는 온도에 대응하는 낮은 온도 한계를 갖고, 및 가스 형성 용기를 둘러싸고 있는 반응기 벽이 내화성을 유지하는 온도에 대응하는 높은 온도 한계를 갖는 온도 범위에 걸쳐 공급물을 가열시킬 수 있다. 전형적으로는, 가열 수단은 기화된 공급물 성분 및 그의 공급물 전구체를 약 100 ℃ 내지 약 2800 ℃의 온도로 가열시킬 수 있다. 약 900 ℃ 이하와 같은 보다 저온은 전형적으로는 공급물의 유기 성분을 휘발시키거나 또는 유기 공급물 성분의 최소한의 분해를 야기시키거나 또는 공급물내에 함유되어 있는 금속의 가스 형성을 막는데 사용된다. 바람직하게는, 탄화수소 가스를 형성시키기 위하여, 기화된 유기 공급물 성분의 효과적인 온도는 약 900 ℃ 내지 약 1100 ℃이다. 보다 고온, 예를 들면 약 1300 ℃ 이상은 전형적으로는 공급물을 추가로 분해시키는데 사용된다.
비록 프로세스 구역(14)(예를 들면, 용융 액적(28) 및 프로세스 용융조(16)) 내에 용융 금속을 가질 필요가 있지만, 가스 형성 구역(64) 내에 기화 공급물로부터 유래된 것 이외의 용융 금속의 존재는 임의적인 것이다.
상기 기화 수단이 가스 형성 용융조(78)을 포함하는 선택적인 실시태양에 있어서, 가스 형성 용융조(78)은 가스 형성 구역(64)의 아래 부분에 위치한다. 가스 형성 용융조(78)은 가스 형성 구역(64)를 적합한 금속으로 부분적으로 충전시킨 다음 금속을 플라즈마 토오치(20)을 활성화시키거나 또는 나타내지 않은 다른 수단으로 적합한 온도로 가열시킴으로써 형성될 수 있다. 반응기(12)의 윗부분에 위치하는 플라즈마 토오치(20)은 소정의 기화된 유기 공급물 성분을 형성시키는데 적합한 온도에서 가스 형성 용융조(78)을 용융된 상태로 유지시키는데 적합하다. 플라즈마 토오치(20)은 또한 용융 금속을 분무시켜, 가스 형성 가스 공간(66) 내에서 플라즈마 토오치(20)의 작용에 의해 분산되는 용융 액적(28)을 형성시키는데도 적합하다.
프로세스 구역(14) 내에 존재하고, 가스 형성 구역(64) 내에 제공되는 경우 용융 금속의 적어도 일부분은 전형적으로는 용융조의 형태로 있다. 2개의 구역내에 모두 존재할 때, 용융조는 보유 수단을 통해 가스 형성 구역(64)와 프로세스 구역(14) 사이에서 흐르는 1개의 단일화된 용융조 또는 실질적으로 동일한 조성을 갖는 2개의 별개의 용융조 또는 상이한 조성을 갖는 2개의 별개의 용융조를 포함할 수 있다.
임의적으로는, 가스 형성 구역(64) 및(또는) 프로세스 구역(14)는 용융 액적 분산 수단의 작용의 결과로서 용융조 내에서 혼합되는 세라믹 상을 포함할 수 있다. 프로세스 용융조(16)이 세라믹 상 및 적어도 1개의 용융 금속상을 포함하는 실시태양에서, 반응기(12)는 임의적으로는 프로세스 구역(14)와 가스 유출구(62) 사이에 위치하는 정착 구역(79)을 포함한다. 정착 구역(79) 내에서, 프로세스 용융조(16)의 금속상 및 세라믹상은 분리되어 프로세스 용융조(16)의 상부에 위치하는 세라믹층(22)를 형성하게 된다. 세라믹층(22)는 세라믹 상부(81)을 통한 배출에 의해 프로세스 용융조(16)으로부터 별도로 반응기(12)로부터 제거될 수 있다. 상이한 용융 상, 예를 들면 용융 금속 및 세라믹상을 별도로 제거하는 수단과 함께 프로세스 구역 및 정착 구역을 갖는 반응기의 다른 예는 1994년 4월 12일에 특허된 미합중국 특허 제5,301,620호에 기재되어 있다. 미합중국 특허 제5,301,620호는 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
반응기 내에 위치하고, 가스 형성 구역(64) 및 프로세스 구역을 상호연결시키는 것은 가스 형성 구역(64) 내에 고상 공급물을 실질적으로 보유하기 위한 수단이다. 상기 보유 수단은 또한 동시에 기화된 유기 공급물 성분, 및 임의적으로는 액체, 예를 들면 용융 금속을 가스 형성 구역(64)로부터 유동 구역(80)을 통해 프로세스 구역(14) 내로 보내기도 한다. 가스 및 액체의 유동을 가능하게 하는 보유 수단(65)는 플러그 유동 대역으로서 기능한다.
보유 수단(65)는 유동 구역(80) 및 보유기(82)를 포함하고, 이 때 보유기(82)는 기화되지 않은 고상물의 가스 형성 구역(64)로부터 프로세스 구역(14)로의 유동을 차단한다. 보유기(82)는 유동 구역으로의 입구에 및(또는) 유동 구역(80) 내에 위치할 수 있다. 또한, 보유기는 유동 구역(80)을 통한 가스의 유로에 대해 실질적으로 수직인 유동 구역(80)의 횡단면을 전체적으로 또는 부분적으로 차단하거나 또는 전혀 차단하지 않을 수 있다. 보유기(82)가 유동 구역(80)의 횡단면을 전혀 차단하지 않는 경우, 상기 유동 구역의 바닥은 임의의 액체의 상부 표면 위로 상승되어 도 4에 나타낸 바와 같이 가스 형성 구역(64) 내에 고상 공급물을 보유할 수 있어야 한다.
보유 수단(65)는 보유기 중의 개구부를 통해 통과할 수 있고, 입자가 프로세스 구역(14) 내에서 1개 이상의 상의 생성물로 완전히 전환되는 작은 입자 응축된 상 성분을 제외하고는, 고상 공급물의 프로세스 구역내로의 수송을 실질적으로 배제시키는 경우 적합하다.
본 명세서에서 정의되는 응축된 상 성분은 뒤이어 보유기(82)를 통한 용융조 유동에 의해 프로세스 용융조(16) 내로 수송되는, 가스 형성 용융조(78) 내에 함유되어 있는 미립자, 용해된 고체 및 액체를 포함한다. 응축된 상 성분 미립자는 공급물 가스 스트림을 형성시키는 공급물의 전환으로부터 야기되는 입자 및 작은 공급물 입자를 포함할 수 있다.
적합한 보유기(82)의 예로는, 다공성 플러그, 내화 벽돌의 벽, 필터 또는 가스 형성 격실의 반응기 벽을 들 수 있으며, 이 때, 보유기는 가스 형성 구역(64)와 프로세스 구역(14) 사이에 위치하고, 보유기는 대략 가스 형성 구역(64), 또는 유동 구역의 바닥으로부터 함유되어 있는 또는 가능하게는 가스 형성 구역(64) 내에서 형성될 수 있는 액체 공급물 생성물 또는 가스 형성 용융조의 상부 위로 연장된다. 따라서, 가스 형성 용융조(78) 내에 함유되어 있는 용융 금속의 양은 보유기(82)의 상부 이하이다. 이들 실시예에서, 단지 공급물 가스 스트림만이 가스 형성 구역(64)로부터 유동 구역(80)을 통해 프로세스 구역(14) 내로 보내질 때 보유기 상으로 유동할 수 있고, 이에 의해 가스 형성 용융조(78)로부터 프로세스 용융조(16)을 실링한다.
상기 유동 구역 횡단면을 전적으로 차단하고, 가스상 및 용융조 유동을 가능하게 하지만, 실질적인 고상 공급물 유동은 허락하지 않는 다른 적합한 보유기의 다른 예는 적어도 1개의 필터, 다공성 플러그, 슬롯이 있는 벽, 오리피스 또는 가스 형성 구역(64)로부터 유동 구역(80)을 통해 프로세스 구역(14) 내로 보내질 때 가스상 흐름이 이를 통해 또는 이 위로 반드시 통과해야 하는 목을 포함한다. 적합한 다공성 플러그의 예로는 플러그를 통한 유동이 가능하도록 플러그를 통해 드릴링한 1/4 인치 홀을 갖는 산화알루미늄 플러그를 들 수 있다.
임의적으로는, 유동 구역(80)은 2개의 보유기를 함유할 수 있고(나타나 있지 않음), 이들 각각은 상기 유동 구역의 횡단면을 전적으로 차단하고, 2개의 보유기 사이에 위치하는 공급물 가스 스트림을 정제시키기 위한 수단을 갖는다. 정제 수단은 물리적 정제 수단, 예를 들면 작은 미립자를 제거하기 위한 수단 및 화학적 정제 수단, 예를 들면 기화된 유기 공급물 성분으로부터 일부 화학적 불순물의 적어도 일부분을 제거하기 위한 수단을 포함한다. 예를 들면, 기화된 탄화수소 또는 산화탄소 가스로부터 할로겐을 제거하기 위하여, 산화칼슘 펠렛 베드를 2개의 보유기 사이에 위치시키고, 반드시 이를 통해 기화된 유기 공급물 성분이 유동하여 상기 기화된 공급물 성분으로부터 할로겐을 제거한다.
반응기(12)는 또한 가스 형성 가스 공간(66)으로부터 다공성 플러그를 통해 프로세스 가스 공간(18) 내로 공급물 가스 스트림을 보내기 위한 수단도 포함하는데, 이 때, 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분은 1개 이상의 용융 액적(28)에 노출되어 1개 이상의 상의 적어도 1종의 생성물을 형성한다. 임의의 생성물 가스는 이어서 프로세스 가스 공간(18)로부터 방출된다.
상기 공급물 가스 스트림 배향 수단은 프로세스 구역(14) 내에서 프로세스 가스 공간(18)로부터 가스를 보내기 위한 가스 유출구(62)를 포함하고, 이 때 가스 유출구(62)는 프로세스 가스 공간(18)을 둘러싸고 있는 반응기(12)의 벽 내에 위치한다. 공급물 가스 스트림 배향 수단은 또한 가스 형성 가스 공간(66) 내의 가스, 프로세스 가스 공간(18) 내의 가스 및 가스 유출구(62)의 방출면 상의 가스 사이에 상이한 압력을 생성시키기 위한 수단도 포함한다. 상이한 압력을 생성시키는 수단은 예를 들면, 가스 형성 구역(64) 내에 사용된 기화 수단, 산화제 및(또는) 흘려보내는 가스 스트림과 같은, 가스 형성 구역(64) 내로 가스를 보내는 수단, 가스 유출구(62)를 통해 배출된 가스를 응축시키기 위한 수단, 가스 형성 구역(64)로부터 프로세스 구역으로의 가스의 흐름을 제한하는 보유 수단, 및 프로세스 가스 공간(18) 상에 흡입을 거는 블로우어를 포함할 수 있다.
다른 실시태양에서, 반응기(12)는 공반응물을 가스 형성 구역(64) 및(또는) 프로세스 구역(14) 내로 도입시키는 수단을 포함한다. 적합한 공반응물 도입 수단은 반응기(12)의 바닥, 측면 또는 상부에 위치할 수 있는 1개 이상의 바람구멍, 유입구 또는 관을 포함한다. 적합한 공반응물 도입 수단은 가스 형성 구역(64) 및(또는) 프로세스 구역(14)의 아래 부분에 위치하는 공반응물 바람구멍(32)를 포함한다.
산소가 가스 형성 구역 내에서 및 프로세스 구역 내에서 용융조 내로 배향되는 것이 바람직하다.
공급물이 또한 공반응물 바람구멍(46)을 통해 도입되는 경우, 벌크하지 않은 공급물을 가스 형성 구역 내로 도입시키는 별도의 수단의 포함은 선택적이다. 또한, 공반응물 바람구멍(46)은 또한 가스 공간에서 용융 액적(28)을 분산시키는 한 수단으로서, 또는 임의적으로는 유일한 수단으로서 기능할 수도 있다.
다른 실시태양에서, 반응기(12)는 추가로 생성물 가스 및(또는) 용융 금속을 추가로 처리하기 위한 1개 이상의 추가의 성분(84)를 포함한다. 생성물 가스를 처리하기 위한 추가의 성분(84)는 예를 들면 추가의 용융 액적(28)에의 노출에 의해 생성물 가스를 추가로 전환시키는 수단, 생성물 가스 내의 반응을 급냉시키는 수단, 생성물 가스를 정제하기 위한 수단, 및 재생로를 포함한다. 용융 금속을 처리하기 위한 추가의 성분(84)는 예를 들면 용융 금속으로부터 슬래그를 분리시키는 수단 및 반대 흐름, 플러그 흐름 로 등과 같은, 고품질의 응축된 상 생성물을 생성시키는 수단을 포함한다.
생성물 가스를 정제시키기 위한 수단은 생성물 가스로부터 불순물의 화학적 및(또는) 물리적 분리를 위한 수단을 포함한다. 물리적 분리 수단은 생성물 가스로부터 휘발된 중금속 및 미립자를 제거하기 위한 수단을 포함한다. 정제 수단은 업스트림, 다운스트림 또는 가스 유출구(62) 내에 위치할 수 있음이 공지되어 있다. 물리적 및(또는) 화학적 정제 수단은 또한 가스 형성 및 프로세스 구역 사이에 위치하는 보유 수단 중에 포함될 수 있다.
미립자를 분리시키기 위한 수단은 필터, 충전된 베드, 수평 배플, 수직 배플, 원심분리기, 사이클론 분리기 및 당업계에 공지되어 있는, 가스 스트림으로부터 미립 불순물을 분리시키는 임의의 다른 수단을 포함한다.
다른 물리적 분리 수단은 도 5에 나타낸 바와 같이, 휘발된 중금속 또는 염소와 같은, 생성물 가스로부터 불순물을 세척해내는 수단, 예를 들면 아연 스플래쉬 응축기 또는 제2 프로세스 구역을 포함한다. 철 증기와 같은 휘발된 중금속을 제1 프로세스 용융조로부터 응축시키는데 사용될 때, 철의 응축 온도 이하의 온도의 보다 저온 금속, 예를 들면 주석 또는 아연 용융조를 제2 프로세스 구역내에 사용한다. 다른 실시태양에서, 제2 프로세스 구역을 사용하여 제1 프로세스 구역으로부터 제2 프로세스 구역으로 보내진 가스 생성물로부터 염소를 세척하는 경우, 제2 프로세스 용융조는 전형적으로는 약 1400 ℃ 내지 1700 ℃의 온도에서 칼슘을 포함한다.
화학적 분리 수단은 할로겐 및 할로겐화수소와 같은 화학적 불순물을 제거하기 위한 수단을 포함한다. 적합한 화학적 분리의 예로는 배플, 산화칼슘 충전된 베드, 스크러버 및 생성물 가스로부터 할로겐을 세척하는데 적합한 주석 또는 아연을 함유하는 용융조를 갖는 제2 프로세스 구역을 들 수 있다.
별법의 실시태양에서는, 1993년 4월 1일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/041,491호에 기재되어 있는 바와 같이, 오프-가스(off-gas) 중의 바람직한 단쇄 탄화수소의 분해 및 화학 반응을 조절하기 위하여 생성물 가스를 신속하게 냉각시키기 위한 수단이 제공된다.
다른 실시태양에서는, 탄화수소, 할로겐 또는 이산화황과 같은 생성물 가스의 성분을 소정의 최종 생성물로 전환시키기 위하여 처리 장치가 제공된다. 적합한 처리 장치는 예를 들면 당업계에 공지되어 있는 수단에 의해 탄화수소를 에틸렌으로, 할로겐을 할로겐화수소로, 또는 이산화황을 황산으로 전환시키는 재생로를 포함한다.
도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 방법에서는, 공급물을 전환시켜 가스 형성 구역(64) 내에 공급물의 유기 성분을 함유하는 공급물 가스 스트림 및 임의적으로는 응축된 상 성분을 형성시킨다. 상기 공급물 가스 스트림, 및 임의적으로 응축된 상 성분은 이어서 전환되어 프로세스 구역(14) 내에서 1개 이상의 상의 생성물 가스를 형성시킨다.
전형적으로는, 공급물은 공급물 가스 스트림 내로 형성될 수 있고, 이어서 전환되어 1개 이상의 상의 생성물을 생성시킬 수 있고, 실질적으로 공급물의 고상 성분으로부터 분리되는 성분을 함유한다. 고상 공급물 성분은 공급물 가스 스트림을 형성하지 않고, 보유 수단(65)에 의해 프로세스 대역으로부터 실질적으로 실링되는 공급물 성분을 포함한다.
공급물은 임의적으로는 가스 형성 구역(64)의 조건 하에서 가스 스트림의 공급물내로의 도입과 함께 가열 또는 산화시에, 공급물 성분이 휘발하거나 또는 휘발가능한 중간생성물로 분해된 다음 휘발하거나 및(또는) 공반응물과 반응하여 가스상 공반응물 반응 생성물을 형성하거나 및(또는) 가스 스트림 내에서 분산된 입자로서 현탁되는 경우 기화가능하다.
본 발명의 공급물 가스 스트림은 예를 들면, 기화된 유기 분자, 산화탄소 가스, 탄소계 입자 및 다른 성분, 예를 들면 수소, 물, 이산화황, 인, 휘발성 중금속 및 할로겐 원자를 포함할 수 있다.
본 발명의 응축된 상 성분은 작은 공급물 입자, 공급물 분해 및 반응 생성물, 예를 들면 탄소, 황, 염화칼슘 및 황화철을 포함할 수 있다.
공급물 성분은 가스 형성 구역(64)의 조건 하에서 가열 또는 산화시에, 공급물 성분이 고상물로 남아있고, 적합한 가스 스트립 중에 현탁되지 않을 경우 기화가능하지 않다.
공급물은 기화가능한 및(또는) 기화가능하지 않은 무기 성분, 예를 들면 금속, 금속염, 할로겐, 황, 인, 질소 등을 함유할 수 있다. 기화된 무기 성분, 예를 들면 금속, 황 또는 할로겐은 이어서 화학적으로 및(또는) 물리적으로 생성물 가스로부터 분리될 수 있다.
바람직하게는, 공급물은 적어도 1개의 무기 화학물질을 포함한다. 공급물은 전형적으로는 1개의 유기 성분 또는 다수개의 성분으로 이루어진다. 다성분 공급물은 각종 유기 성분들의 혼합물 또는 용액, 및 가능하게는 무기 성분을 포함할 수 있다. 다성분 공급물은 추가로 오르가노화합물과 같이 유기 및 무기 성분들이 화학적으로 결합되어 있는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 다성분 공급물은 금속 입자가 함침된 플라스틱과 같이 각종의 공급물 성분들이 물리적으로 결합되어 있는 아말감을 포함할 수 있다.
매우 다양한 공급물 물질이 본 발명의 방법에 적합하다. 적합한 공급물의 예로는 임의의 유기 화학물질, 예를 들면 플라스틱 및 중합체, 할로겐화 유기 화학물질, 예를 들면 클로로벤젠, 폴리비닐 클로라이드, 폴리클로르화 비페닐 및 테플론, 금속 함유 유기 공급물, 오염된 유기 공급물, 예를 들면 사용제 유기 용제, 폐 유기 용제, 폐 유기산, 코우크 공급물, 석유 잔류물, 내관 및 타이어, 및 방사능 오염된 유기 공급물, 예를 들면 의료 공급물, 폐 이온 교환 수지 및 Co60오염된 직물을 들 수 있다.
본 발명의 장치에 의해 전환가능한 공급물은 전형적으로는 장치로 보내지기 전에 고체 또는 유체이다.
도 3에 나타낸 방법에서는, 가스 형성 가스 공간(66)을 플라즈마 토오치(20)으로 가열시키는 것과 같은 적합한 수단으로 가열시키거나 또는 가스 형성 용융조(78)을 형성시킴으로써, 가스 형성 구역(64) 내에 가스 형성 대역이 형성된다. 이어서 공급물은 가스 형성 구역(64) 내의 가스 형성 대역으로 주입된다. 공급물은 전형적으로는, 벌크 고체, 미립 고체 또는 유체로서 가스 형성 대역으로 도입된다. 공급물은 대역의 적어도 일부분 내로, 구체적으로는 가스 형성 가스 공간(66), 가스 형성 용융조(78) 및(또는) 임의적으로는 세라믹층(22) 내로 보내질 수 있다. 주입시에, 공급물은 적합한 가스 형성 수단에 노출되어 기화되고 및(또는) 분해된 다음 기화되고, 및(또는) 가스 스트림 중에서 미립자로서 현탁되어 공급물 가스 스트림 및 임의적으로는 응축된 상 성분을 형성한다.
한 실시태양에서, 공급물은 산화제와 접촉하고, 공반응물 바람구멍(32)를 통해 가스 형성 구역(64) 내로 보내지고, 연소되어 공급물 가스 스트림을 형성한다.
공급물이 가스 형성 가스 공간(66) 내에 분산된 용융 액적(28)과 공급물을 접촉시킴으로써 기화되는 실시태양에서는, 액적(28)의 분산액이 가스 형성 구역(64)의 전체 횡단면을 지나갈 필요는 없다. 예를 들면, 가스 형성 구역(64)는 공급물을 기화시키기 위하여, 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,693호에 기재되어 있는 바와 같이, 1개의 용융 분수를 사용할 수 있다.
별법으로는, 공급물은 가스 형성 용융조(78) 내로 보내질 수 있고, 여기서 공급물은 가열되어 기화된 유기 공급물 성분을 형성시키고, 상기 기화된 성분은 이어서 가스 형성 용융조(78)로부터 공급물 가스 스트림으로서 가스 형성 가스 공간(66)으로 이동한다. 유기 공급물을 기화시킨 공급물 가스 스트림은 이어서 소정의 생성물로의 전환을 위해 프로세스 구역(14) 내로 보내진다.
본 발명의 방법의 한 실시태양에서, 유체 공급물은 공급물을 가스 형성 구역(64) 내로 주입시킴으로써 가스 형성 용융조(78) 내로 보내진다. 유체 공급물은 나타나 있지는 않지만, 유체 공급원으로부터 유체 공급물 공급 라인(70)을 통해, 유체 공급물 유입구를 통해 가스 형성 용융조(78)내로 방출되는 노즐(68) 내로 보내진다. 유체 공급물의 주입시에, 공급물은 기화되고, 및(또는) 분해되고 부분적으로 기화되고, 및(또는) 산화 또는 환원되어 기화된 유기 공급물 성분을 형성한다.
공급물이 벌크상인 별법의 실시태양에서는, 공급물은 벌크 공급물 유입구(76)을 통해 가스 형성 구역(64)의 윗부분으로 보내진다.
공급물 가스 스트림은 이어서 상이한 압력 때문에 가스 형성 구역(64)로부터 보유 수단(65)를 통해 프로세스 구역(16) 내의 프로세스 가스 공간(18)으로 유동한다. 동시에, 기화되지 않은 고상 공급물은 보유 수단(65)에 의해 가스 형성 구역(64) 중에서 가스 형성 용융조(78) 내에 실질적으로 보유된다.
프로세스 구역(16) 내에서, 플라즈마 토오치(20)의 방출물은 가스 형성 용융조(78) 내로 보내져서 용융 금속을 가열 및 분무시키고, 용융 액적(28)을 프로세스 가스 공간(18)의 횡단면을 통해 분산시킨다.
가스 형성 구역(64)로부터의 공급물 가스 스트림은 이어서 용융 액적(28)에 노출되고, 이 때 유기 공급물 성분은 임의적으로는 공반응물과의 반응에 의해 전환되어 1개 이상의 상의 생성물을 형성시킨다. 이어서 임의의 생성물 가스는 반응기(12)의 윗부분으로부터 가스 유출구(62)를 통해 보내진다. 응축된 상 생성물은 바닥 탭(64) 및(또는) 세라믹 상부(81)을 통해 제거된다.
용융조 및(또는) 용융 액적을 사용하여 공급물(또는 공급물 가스 스트림내의 공급물 성분)을 가열할 때, 해당 구역의 온도는 용융조의 조성을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 예를 들면, 일반적으로 약 1200 ℃ 미만의 온도를 갖는 보다 저온의 용융조는 용융 금속의 주요 구성성분으로서 주석, 아연, 알루미늄, 탄산나트륨 또는 구리를 사용하여 형성될 수 있다. 추가로, 전형적으로는 약 1200 ℃보다 크거나 또는 동일한 온도를 갖는 보다 고온의 용융조는 용융 금속의 주요 구성성분으로서 망간, 니켈, 코발트, 철, 크롬 또는 산화알루미늄을 사용하여 형성될 수 있다.
다른 실시태양에서, 산화제는 공반응물원(52)로부터 공반응물로서 공반응물 유입구(48)을 통해 반응기(12) 내로 보내진다. 산화제는 가스 형성 구역(64) 및 프로세스 구역(16) 중의 어느 하나 또는 둘 모두로 보내질 수 있다. 주입시에, 산화제는 프로세스 용융조(16) 및(또는) 가스 형성 용융조(78) 내에 함유되어 있는 산화가능한 공급물 성분과 반응하여 산화물, 예를 들면 일산화탄소, 이산화탄소, 및(또는) 이산화황을 형성한다. 이어서 임의의 기화된 산화물은 가스 형성 가스 공간(66) 및(또는) 프로세스 가스 공간(18)내로 이동한다. 게다가, 산화제를 반응기(12) 내로 주입시에 가스 형성 가스 공간(66) 또는 프로세스 가스 공간(18) 내에 함유되어 있는 산화가능한 분해 생성물은 또한 산화제와 반응하여 산화물, 예를 들면 산화탄소 가스 및 물을 형성한다.
공급물이 공반응물 바람구멍(46)을 통해 도입되는 경우, 벌크가 아닌 공급물을 가스 형성 구역(64) 내로 도입시키기 위한 별도의 수단의 포함은 선택사항이다. 또한, 공반응물 바람구멍(46)은 또한 가스 공간 중에 용융 액적(28)을 분산시키는 한 수단으로서, 또는 임의적으로는 유일한 수단으로서 기능할 수도 있다.
또 다른 실시태양에서, 공급물 및 산화제는 용융조에서 용해된 원자 구성성분의 산화물의 형성을 기재하고 있는, 1991년 7월 29일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제07/737,199호에 기재되어 있는 방법 및 시스템에 따라 도입된다.
별법의 실시태양에서는, 공급물 및 산화제 또는 환원제는 용융조에서 용해된 원자 구성성분의 산화 또는 환원을 기재하고 있는, 1993년 4월 2일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/041,772호에 기재되어 있는 방법 및 시스템에 따라 도입된다.
본 발명의 방법을 사용하여 공급물을 전화시켜 산화탄소 가스 및 수소 가스를 혼합된 또는 별개의 스트림으로 형성할 수 있다. 이 방법은 미합중국 특허 제4,574,714호 및 동 제4,607,574호에 기재된 바하/네이겔(Bach/Nagel) 방법과 같이, 공급물을 해리시켜 각종의 생성물을 형성시킴으로써, 공급물을 분해시키기 위한 용융조를 사용한다.
한 실시태양에서, 벌크 또는 벌크가 아닌 공급물은 가스 형성 구역(64) 내에 위치하는 가스 형성 용융조(78) 및(또는) 가스 형성 가스 공간(66) 내로 보내진다. 이어서 공급물은 가스 형성 용융조(78)의 표면에 플라즈마 토오치(20)의 배출물을 충돌시킴으로써 형성된, 가스 형성 가스 공간(66) 내에 분산되어 있는 용융 액적(28) 또는 가스 형성 용융조(78)과 같은, 가스 형성 수단에 노출된다. 상기 노출시에, 공급물의 유기 성분의 적어도 일부분은 휘발하거나 및(또는) 분해되어 보다 작은 휘발된 탄화수소 가스 또는 다른 공급물 분해 생성물을 형성한다.
공급물의 분해의 상대적인 양은 처리된 공급물의 타입, 및 가스 형성 구역(64) 내의 기화된 유기 공급물 성분의 온도의 함수이다. 온도의 증가는 전형적으로는 공급물의 분해량을 증가시키는 반면, 동시에 비교적 보다 큰 탄화수소의 형성을 감소시키게 된다.
가스 형성의 시작 후에, 가스 형성 가스 공간(66)은 기화된 유기 공급물 성분의 성분으로서 기화된 탄화수소 및(또는) 수소 가스를 함유하게 된다. 기화된 유기 공급물 성분은 이어서 보유 수단(65)를 통해 프로세스 구역(14) 내에 위치하는 프로세스 가스 공간(18)으로 보내지고, 여기서 기화된 유기 공급물 성분은 이어서 상기 가스 공간의 횡단면을 통해 보내지고, 그 안에 위치하는 용융 액적(28)에 노출된다.
프로세스 구역(14) 내에서 용융 액적(28)에 노출시, 기화된 유기 공급물 성분 중의 탄화수소는 프로세스 가스 공간(18) 내에서 추가로 분해된다.
별법의 실시태양에서, 방사능 공급물은 1993년 4월 12일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,016호에 기재되어 있는 방사성 공급물의 처리 방법을 사용하여, 가스 형성 구역(64) 내의 가스 형성 용융조(78) 내에서 분해된다. 방사능 공급물을 처리하는 방법에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,016호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다.
본 발명의 방법은 공급물을 단쇄 불포화 탄화수소, 예를 들면 알켄으로 전환시킬 수도 있다. 포화 탄화수소를 포함하는 기화된 유기 공급물 성분은 가스 형성 구역(64) 내에서 적합한 유기 성분을 함유하는 공급물을 기화시켜 형성된다. 대표적인 유기물 함유 공급물의 예로는 더러운 조 오일, 정제로부터 얻은 바닥물질, 함유혈암, 유독성 공급물, 공급물 플라스틱 등을 들 수 있다. 공급물 내에 함유되어 있는 적합한 유기 성분은 알킬 및 아릴 화합물(또는 치환체), 예를 들면 메탄, n-헥산, 폴리에틸렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 혼합 플라스틱을 포함한다. 이어서 기화된 유기 공급물 성분은 이어서 가스 형성 가스 공간(66)으로부터 보유기(82)를 통해 프로세스 가스 공간(18)으로 보내지고, 여기서 기화된 유기 공급물 성분은 이어서 그 안에 위치하는 용융 액적(28)에 노출된다. 보유기(82)는 기화된 유기 공급물 성분의 프로세스 구역(14) 내로의 유동을 가능하게 하지만, 임의의 상당한 양의 고상 공급물이 프로세스 구역(14) 내로 들어가지 못하게 한다. 이어서 포화된 탄화수소는 프로세스 구역(14) 내에서 용융 액적(28)에 노출시 불포화 탄화수소로 전환된다.
한 실시태양은 1993년 12월 23일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/173,362호에 기재되어 있는 바와 같이, 포화 탄화수소를 불포화 탄화수소로 전환시키는 방법을 사용한다. 용융 전이 금속에의 노출에 의한 포화 탄화수소의 불포화 탄화수소로의 전환에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/173,362호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다. 구체적으로는, 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분이 프로세스 구역(14)에서 전이 금속, 특히 기저 상태와 제1 여기 전자 상태 사이의 에너지 갭이 약 1.5 eV 미만인 것, 예를 들면 로듐을 포함하는 용융 액적(28)에 노출된다.
다른 실시태양은 동종 분해를 통해 포화 탄화수소를 단쇄 불포화 탄화수소로 전환시키는 방법을 기재하고 있는 1993년 12월 23일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/172,579호에 기재되어 있는 바와 같이, 불포화 탄화수소를 형성시키는 방법을 사용한다. 탄소 용해성을 갖는 용융 전이 금속에의 노출에 의한 포화 탄화수소의 보다 단쇄의 불포화 탄화수소로의 전환에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/172,579호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다. 구체적으로는, 기화된 유기 공급물 성분이 프로세스 구역에서 전이 금속, 예를 들면 철, 크롬, 바나듐, 구리, 알루미늄 등을 포함하는 용융 액적(28)에 노출된다.
또 다른 실시태양은 상동화를 통해 포화 탄화수소를 보다 큰 불포화 탄화수소로 전환시키는 방법을 기재하고 있는, 1993년 12월 23일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/173,346호에 기재되어 있는 바와 같이, 불포화 탄화수소를 형성시키는 방법을 사용한다. 용융 전이 금속에의 노출에 의한 포화 탄화수소의 보다 큰 불포화 탄화수소로의 전환에 관한 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/173,346호의 내용은 본 명세서에서 참고문헌으로 인용된다. 구체적으로는, 기화된 유기 공급물 성분이 프로세스 구역(14)에서 별도의 바람구멍(54)를 통한 탄소원의 프로세스 용융조(16)내로의 첨가 때문에 역시 높은 탄소 함량을 갖는 용융 액적(28)에 노출된다. 적합한 용융 금속은 전이 금속, 특히 기저 상태와 제1 여기 전자 상태 사이의 에너지 갭이 약 1.5 eV 미만인 것, 예를 들면 로듐 또는 구리를 포함한다.
기화된 유기 공급물 성분은 유기 공급물을 용융 액적의 분수에 노출시켜 기화된 탄화수소를 제조하는 것에 관한, 1993년 4월 13일에 출원된 미합중국 특허 출원 일련번호 제08/046,693호에 기재되어 있는 방법과 같은 임의의 적합한 방법에 의해 생성될 수 있다.
임의적으로는, 프로세스 구역(14)로부터 이어서 가스 유출구(62)를 통해 보내진 생성물 가스는 이어서 생성물 가스 및(또는) 용융조를 추가로 처리하기 위한 1개 이상의 추가의 성분으로 도입될 수 있다. 이 추가의 생성물 가스 처리는 예를 들면, 제2 프로세스 구역 중에서 제1 프로세스 구역으로부터의 생성물 가스를 용융 액적(28)에 노출시킴으로써 산화탄소 가스 또는 특정 탄화수소의 양을 풍부하게 하는 것을 포함할 수 있다. 다른 추가의 생성물 가스 처리는 생성물을 적합한 급냉 수단을 통해 보냄으로써 생성물 가스 내의 반응을 급냉시키고, 가스를 정제 수단을 통해 보냄으로써 생성물 가스를 정제시키고, 용융조로부터 슬래그를 분리시키고, 반대 흐름, 플러그 흐름 로 내로 생성물 가스를 보냄으로써 고품질의 응축된 상 생성물을 생성시키고, 생성물 가스를 적절한 재생로를 통해 보냄으로써 에틸렌 또는 황산과 같은 새로운 화학물질을 형성시키는 것을 포함한다.
도 4는 발명의 다른 실시태양을 도시한다. 도 4의 장치는 도 1 및 3의 동일 엘레멘트 중 다수를 갖는데, 동일한 엘레멘트는 동일한 부호로 표시한다. 상기 장치는 가스 형성 구역(64) 및 프로세스 구역을 함유하는 반응기(12)를 포함한다. 가스 형성 구역(64)는 윗 부분(88) 및 아래 부분(89)를 포함한다.
윗 부분(88)으로부터 연장되는 보유 수단(65)은 가스 형성 구역(64) 내에 기화되지 않은 고상 공급물을 보유하면서 가스 형성 구역(64)로부터 공급물 가스를 안내하는데 적합하다. 보유 수단(65)은 정제 수단(90) 및 유동 구역(80)을 포함하고, 이를 통해 기화된 유기 공급물 성분은 프로세스 구역(14) 내로 들어가기 전에 통과한다. 정제 수단(90)은 공급물 가스 스트림으로부터 불순물, 예를 들면 응축가능한 성분, 미립자 또는 할로겐을 물리적으로 및(또는) 화학적으로 분리시키기 위하여 제공된다.
적합한 공급물 도입 수단, 예를 들면 소모될 수 있는 란셋(92)은 가스 형성 구역(64)의 윗 부분(88)에 위치한다. 란셋(92)는 유체 공급물 유입구(74)를 통해 가스 형성 구역(64)의 윗부분과 유체 공급물원(94) 사이에 유체 소통을 제공한다. 유체 공급물 유입구(74)는 란셋(92)의 단부에서 가스 형성 구역(64)의 윗부분(88)에 위치한다.
제2 공급물 도입 수단, 예를 들면 벌크 공급물 유입구(76)은 가스 형성 구역(64)의 윗부분(88)으로부터 연장된다. 벌크 공급물 유입구(76)은 벌크성 공급물을 가스 형성 구역(64) 내로 보내는 수단을 제공한다.
제3 공급 도입 수단은 가스 형성 구역(64)의 아래 부분에 위치하는 바람구멍(96)을 포함한다. 바람구멍(96)은 보호 가스로서도 작용할 수 있는 공급물 및 공반응물을 반응기(12) 내로 도입시킬 수 있는 치수 및 형태를 갖는다. 바람구멍(96)은 공반응물 유입관(50)을 포함하고, 이것은 공반응물 유입구(48)을 통해 가스 형성 구역(64)의 아래 부분과 공반응물원(52) 사이에 유체 소통을 제공한다. 공반응물 유입구(48)은 공반응물 유입관(50)의 단부에서 가스 형성 구역(64)의 아래 부분(89)에 위치한다.
바람구멍(96)의 공급물 유입관(98)은 가스 형성 구역(64)의 아래 부분과 공급물원(94) 사이에 유체 소통을 제공한다. 제3 공급물 유입구(100)은 공급물 유입관(98)의 단부에서 가스 형성 구역(64)의 아래 부분(89)에 위치한다.
유도 코일(102)는 가스 형성 구역(64) 중의 가스 형성 용융조를 가열시키기 위해 가스 형성 구역(64)의 아래 부분(89)에 위치한다.
트러니온(104)는 가스 형성 구역(64)의 조작을 위하여 가스 형성 구역(64)에 위치할 수 있다. 시일(106)은 가스 형성 구역(64)와 보유 수단(65) 사이에 위치하고, 시일(106)을 파괴시키지 않고서 가스 형성 구역(64)가 트러니온(104) 주위를 부분적으로 회전할 수 있도록 하는데 적합하다.
가스 형성 용융조(78)은 가스 형성 구역(64) 내에 위치한다. 가스 형성 용융조(78)은 가스 형성 구역(64)를 적합한 금속, 금속 화합물, 금속 합금 또는 금속 용액, 또는 이들의 혼합물로 부분적으로 충전시킴으로써 형성된다. 이어서 가스 형성 용융조(78)은 유도 코일(102)를 활성화시키거나 또는 나타내지는 않았지만 다른 수단에 의해 적합한 온도로 가열된다.
가스 형성 가스 공간(66)은 가스 형성 용융조(78) 상에 위치하고, 전형적으로는 가스 형성 구역(64)의 윗부분(88)로부터 보유 수단(65)를 통해 연장된다.
가스 스트림 도입 수단은 가스 형성 영역(64)의 아래 부분에 위치하는 가스 스트림 바람구멍(32)을 포함한다. 가스 스트림 바람구멍(32)는 가스 스트림을 반응기(12)내로 도입시킬 수 있는 치수 및 형태를 갖는다. 가스 스트림 바람구멍(32)는 가스 스트림 유입관(108)을 포함하고, 이것은 가스 스트림 유입구(34)를 통해 가스 형성 구역(64)의 아래 부분(89)과 스트림원(110) 사이에 유체 소통을 제공한다. 가스 스트림 유입구(34)는 가스 스트림 유입관(108)의 단부에서 가스 형성 구역(64)의 아래 부분에 위치한다.
용융 분수(39)는 각종 크기의 용융 액적(28)의 스트림을 포함하고, 가스 스트림에 의해 가스 용융조(78)로부터 보내지는 가스 형성 가스 공간(66) 내에 위치한다.
임의적으로는, 세라믹층(22)는 가스 형성 용융조(78) 상의 가스 형성 구역(64) 내에 위치한다. 한 실시태양에서, 세라믹층(22)는 플럭스원(24)로부터 유입관(26)을 통해 가스 형성 용융조(78) 상으로 및 내로, 또는 가스 형성 용융조(78)의 표면 아래로부터 적합한 성분, 예를 들면 금속, 금속 산화물, 할로겐, 황, 인, 중금속, 플럭스, 슬러지 등을 보냄으로써 형성될 수 있다. 성분은 가스 형성 구역(64) 내로 보내진 나타나 있지는 않은 산화제에 대한 성분의 노출에 의해 산화물을 형성하거나 또는 다른 덜 안정한 성분, 예를 들면 알칼리 금속 또는 알칼리 토 금속 양이온과의 반응에 의해 시스템 조건에서 다른 안정한 화합물을 형성한다.
프로세스 용융조(16)은 프로세스 구역(14)의 아래 부분에 위치한다. 프로세스 용융조(16)은 프로세스 구역(14)를 적합한 금속으로 부분적으로 충전시킴으로써 형성된다. 이어서 금속을 플라즈마 토오치(20)을 활성화시키거나 또는 나타내지는 않지만, 다른 적합한 수단에 의해 적합한 온도로 가열시킨다. 프로세스 구역(14)의 윗부분에 위치하는 플라즈마 토오치(20)은 기화된 유기 공급물 성분을 생성물 가스로 전환시키는데 적합한 온도에서 프로세스 용융조(16)을 용융된 상태로 유지시키는데 적합하다. 플라즈마 토오치(20)은 또한 용융 금속을 분무시켜, 프로세스 구역(14)내의 프로세스 가스 공간(18) 내에서 플라즈마 토오치(20)의 작용에 의해 분산되는 용융 액적(28)을 형성시키는데도 적합하다.
적합한 공반응물 도입 수단은 프로세스 구역(14) 내에 위치하는 공반응물 바람구멍(46)을 포함한다.
제2 공급물, 프로세스 용융조(78)을 가열시키기 위한 연료 물질, 탄소원 및(또는) 프로세스 가스 공간(18) 내에 용융 액적(28)을 분산시키는 대체 수단을 제공하는데 적합한 가스 스트림을 도입시키기 위한 별법의 도입 수단은 프로세스 구역(14) 내에 위치하는 대체 바람구멍(54) 및 대체 유입구(56)을 포함한다.
도 4에 나타낸 방법에서는, 한 실시태양에서 공급물은 공급물을 가스 형성 구역(64)의 윗부분(88)으로 주입시킴으로써 가스 형성 대역의 적어도 일부분, 구체적으로는 가스 형성 가스 공간(66), 세라믹층(22) 및(또는) 가스 형성 용융조(78) 내로 보내진다. 공급물은 란셋(92)를 통해 유체 공급물원(94)로부터 가스 형성 구역(64)의 윗부분을 통해 가스 형성 대역으로 보내진다. 별법으로는, 공급물은 바람구멍(96)을 통해 유체 공급원(94)로부터 가스 형성 용융조(78) 내로 보내진다. 다른 실시태양에서는, 벌크 공급물이 벌크 공급물 유입구(76)을 통해 가스 형성 용융조(78) 내로 보내진다.
공급물의 주입시에, 공급물은 기화되고 및(또는) 분해되고 부분적으로 기화되고, 및(또는) 공반응물과 반응하여 공급물 가스 스트림을 형성한다.
이어서, 무기 불순물을 세라믹층(22) 및(또는) 가스 형성 용융조(78) 중에 보유된 공급물 가스 스트림으로부터 분리하거나 또는 이어서 정제 수단(90)에 의해 제거한다. 무기 불순물은 가스 형성 용융조(78) 중에 보유될 수 있는 금속, 경금속, 또는 세라믹제를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 정의되는 세라믹제는 가스 형성 구역(64)의 조작 조건 하에서 그의 원소 형태가 아닌 응축가능한 물질이다. 이의 예로서는, SiO2, Al2O3, Cas, CaF2, Mg3(PO4)2등을 들 수 있다. 무기 불순물은 또한 금속 염, 예를 들면 산화물, 재 형성 물질, 예를 들면 실리케이트 또는 알루미네이트, 황 및 세라믹층(22) 중에 보유될 수 있는 할로겐도 함유할 수 있다.
공급물의 가스 형성 구역(64) 내로의 도입과 함께, 비반응성 가스, 예를 들면 질소 또는 아르곤의 적합한 가스 스트림을 가스 스트림원(38)로부터 가스 스트림 유입관(36)을 통해 가스 형성 구역(64)의 아래 부분(89)으로 보낸다. 이어서 가스 스트림은 가스 형성 용융조(78), 및 세라믹층(22)를 통해 가스 형성 가스 공간(66) 내로 유동한다. 가스 스트림은 가스 형성 용융조(78)로부터 용융 방울 및 액적(28)을 흘려보내어, 가스 형성 가스 공간(66) 내로 들어갈 때 용융 분수(39)를 형성한다.
가스 형성 구역(64) 내로 주입된 공급물은 이에 의해 가스 형성 용융조(78) 중의 용융 금속 및 용융 분수(39)로부터의 용융 액적(28)에 노출된다.
바람직한 실시태양에서, 가스 스트림은 기화가능한 성분을 함유하거나 또는 분해되어 기화가능한 성분을 형성하는 제2 공급물을 포함한다. 제2 유기 공급물의 가스 형성 용융조(78) 내로의 도입시에, 제2 공급물은 기화된다. 이어서 기화된 제2 공급물은 가스 형성 용융조(78)을 통해 이동하여 가스 형성 가스 공간(66) 중의 용융 분수(39)를 형성한다. 제2 유기 공급물이 기화될 수 없는 불순물을 함유하는 경우, 기화될 수 없는 불순물은 가스 형성 용융조(78) 중에 보유되거나 또는 세라믹층(22) 내로 이동한다.
다른 실시태양에서는, 산화제가 공반응물로서 공반응물원(52)로부터 공반응물 유입구(48)을 통해 가스 형성 용융조(78) 내로 보내진다. 주입시에, 산화제는 공급물 및(또는) 공급물 분해 생성물과 반응하여 공급물 가스 스트림 내에 기화된 산화물, 예를 들면 일산화탄소, 및(또는) 이산화탄소 및 물을 형성한다.
가스 형성 가스 공간(66) 내에 함유된 공급물 가스 스트림 내의 기화된 유기 성분은 이어서 상이한 압력 때문에, 가스 형성 구역(64)의 윗부분(88)로부터 정제 수단(90) 및 유동 구역(80)을 포함하는 보유 수단(65)를 통해 프로세스 구역(14) 내의 프로세스 가스 공간(18) 내로 보내진다. 이어서 기화된 유기 공급물 성분으로부터 기화되지 않은 고상 공급물, 화학적 불순물 및 물리적 불순물, 예를 들면 응축가능한 물질, 예를 들면 수은 및 황, 미립자 및 할로겐을 분리한다.
프로세스 구역(14) 내에서는, 플라즈마 토오치(20)의 배출물을 프로세스 용융조(16) 내로 보내어 용융 금속을 가열 및 분무시키고, 용융 액적을 프로세스 가스 공간(18)의 횡단면을 통하여 분산시킨다.
이어서 가스 형성 구역(64)로부터의 공급물 가스 스트림을 용융 액적(28)을 통해 유동시키고, 이 때 용융 액적(28)에의 노출은 유기 성분을 전환시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시킨다.
다른 실시태양에서는, 산화제가 공반응물로서 공반응물원(52)로부터 공반응물 유입구(48)을 통해 프로세스 용융조(16) 내로 보내진다. 주입시에, 산화제는 프로세스 가스 공간(18) 내의 공급물 가스 스트림의 유기 성분과 반응하여 산화물, 예를 들면 일산화탄소, 이산화탄소, 및 물을 형성한다.
이어서 생성물 가스는 가스 유출구(62)를 통해 반응기(12)의 윗부분으로부터 보내진다.
또 다른 실시태양에서는, 도 6에 나타낸 바와 같이 추가의 가스 형성 구역이 제1 프로세스 구역으로부터의 1개 이상의 상의 생성물을 수용하여 생성물을 화학적 반응 또는 정제 수단에 의해 추가로 전환시킨다. 도 5 및 6의 장치는 도 3 및 4의 장치의 동일한 엘레멘트들 중 다수를 갖는다. 도 6의 장치 및 방법에서는, 공급물 가스 스트림 중의 유기 성분이 프로세스 구역 내에서 전환되어 수소 가스 및 탄소를 형성시키고, 이것은 프로세스 용융조를 형성하는 철 내에 용해되거나 또는 흘려보내진다. 이어서 프로세스 용융조를 탭핑시키고, 제2 가스 형성 구역 내의 용융조로 보낸다. 동시에, 또는 이어서, 산화제를 제2 가스 형성 구역의 용융조내로 보내어 탄소를 산화시키고, 일산화탄소 가스를 형성시킨다.
등가물
당업계의 통상의 숙련자는 통상적인 실험을 사용하여 본 명세서에서 구체적으로 설명한 본 발명의 바람직한 실시태양에 대한 많은 등가물을 인식하거나 확인할 수 있다. 이러한 등가물은 본 발명의 영역내에 포함되어야 한다.

Claims (68)

  1. a) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    b) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계,
    c) 공급물 가스 스트림을 프로세스 대역의 프로세스 가스 공간 내로 보내고, 여기서 유기 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 유기 성분의 적어도 일부분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 유기 성분이 공급물 가스 스트림 중에 있는 유기물 함유 공급물의 유기 성분을 전환시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유기물 함유 공급물의 응축된 상 성분을 프로세스 용융조로 보내고, 여기서 적어도 일부분의 응축된 상 성분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 공급물을 가스 형성 수단에 노출시킴으로써 공급물을 전환시켜 공급물 가스 스트림을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공급물 가스 스트림이 공급물을 가열시킴으로써 형성되는 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 공급물 가스 스트림이 가스 스트림 내에 공급물의 유기 성분의 입자를 포함시킴으로써 형성되는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 유기 공급물 성분의 입자가 탄소계 입자인 방법.
  7. 제3항에 있어서, 뒤이어 프로세스 가스 공간으로 보내져서 생성물을 형성하는 공급물 가스 스트림을 형성하기 위하여, 가스 형성 대역을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 공급물을 가스 형성 대역으로 보내고, 여기서 상기 공급물의 적어도 일부분을 처리하여 공급물 가스 스트림을 형성시킨 다음 프로세스 가스 공간으로 보내는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제3항에 있어서, 공급물 가스 스트림을 보유 수단을 통해 프로세스 대역으로 보내는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 가스 스트림을 프로세스 용융조를 통해 프로세스 가스 공간으로 보냄으로써 상기 용융 액적을 분산시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 적어도 1개의 가스 스트림을 프로세스 가스 공간을 통해 프로세스 용융조의 표면 상으로 보냄으로써 상기 용융 액적을 분산시키는 방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 적어도 2개의 대향 가스 스트림을 프로세스 가스 공간을 통해 프로세스 용융조의 표면 상으로 보내는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 용융 액적이 상기 프로세스 가스 공간 내에서 실질적으로 균일하게 분산되는 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 일산화탄소를 형성하는 탄소의 산화에 대한 유리 에너지보다 큰 산화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함하는 용융조를 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 염산을 형성하는 수소의 염소화에 대한 유리 에너지보다 큰 염소화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함하는 용융조를 포함하는 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 탄소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 황 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 염소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 산소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 유기물 함유 공급물이 1개 이상의 무기 화학물질을 추가로 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 공반응물을 프로세스 대역으로 보내어 유기 공급물 성분을 공반응물과 반응시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 공반응물을 프로세스 용융조 내로 보내는 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 공반응물을 프로세스 가스 공간 내로 보내는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 공반응물이 산화제를 포함하여 유기 공급물 성분의 적어도 일부분이 산화되어 산화물을 형성하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 산화제가 산소, 공기, 환원성 금속 산화물, 이산화탄소, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
  26. 제21항에 있어서, 상기 공반응물이 환원제를 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 유기 공급물 성분이 황을 포함하고, 황의 적어도 일부분이 환원되어 황화수소 가스를 형성시키는 방법.
  28. 제8항에 있어서, 공반응물을 가스 형성 구역으로 보내어 공급물의 적어도 일부분을 공반응물과 반응시켜 공급물 가스 스트림을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 공반응물이 산화제를 포함하여, 유기물 함유 공급물의 적어도 일부분이 산화되는 방법.
  30. 제1항에 있어서, 상기 생성물이 가스상의 기화된 생성물을 포함하고, 가스상 생성물을 상기 생성물을 정제시키는 수단을 통해 보내는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  31. 제1항에 있어서, 상기 생성물이 기화된 탄화수소를 포함하고, 기화된 탄화수소를 냉각 장치로 보내어 상기 기화된 탄화수소의 분해를 퀀칭시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  32. 제1항에 있어서, 상기 공급물 가스 스트림의 처리 생성물이 제1 생성물 가스이고,
    a) 제2 프로세스 용융조 및 제2 프로세스 용융조 상에 위치하는 제2 프로세스 가스 공간을 포함하는 제2 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    b) 상기 제2 용융조의 용융 액적을 제2 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계,
    c) 제1 생성물 가스를 제2 프로세스 대역의 제2 프로세스 가스 공간을 통해 보내어, 제1 생성물 가스를 상기 용융 액적에 노출시켜 제1 생성물 가스의 적어도 일부분을 제2 생성물 가스로 전환시키는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  33. 제33항에 있어서, 상기 제2 용융조의 용융 금속 액적이 제1 생성물 가스로부터 불순물의 적어도 일부분을 제거하여, 제1 생성물 가스를 제2 생성물 가스로 전환시키는 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 불순물이 가스상 불순물을 포함하는 방법.
  35. 제33항에 있어서, 상기 불순물이 현탁된 불순물을 포함하는 방법.
  36. a) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    b) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간의 단면을 통해 분산시키는 단계,
    c) 유기물 함유 공급물을 가스 형성 수단에 노출시켜 유기물 함유 공급물을 처리하여 공급물 가스 스트림을 형성시키는 단계, 및
    d) 공급물 가스 스트림을 프로세스 대역의 프로세스 가스 공간 내로 보내고, 여기서 유기 공급물 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 공급물 성분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키기 위하여 유기 성분이 공급물 가스 스트림 중에 있는 유기물 함유 공급물의 유기 성분을 전환시키는 방법.
  37. a) 제1 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    b) 유기물 함유 공급물을 제1 가스 형성 대역으로 보내어 상기 공급물의 유기 성분의 적어도 일부분을 공급물 가스 스트림으로 전환시키는 단계,
    c) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    d) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계,
    e) 공급물 가스 스트림을 제1 가스 형성 대역으로부터 프로세스 대역 내로 보내고, 여기서 유기 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 제1 응축된 상 생성물을 형성시키는 단계,
    f) 제2 용융조를 포함하는 제2 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    g) 제1 응축된 상 생성물을 프로세스 용융조로부터 제2 용융조로 보내는 단계, 및
    h) 공반응물을 제2 가스 형성 대역 내로 보내고, 여기서 공반응물을 전환시켜 공반응물 가스를 형성시키고, 공반응물 가스를 제1 응축된 상 생성물과 반응시켜 공반응물 가스 중의 적어도 일부분 및 응축된 상 중간 생성물의 적어도 일부분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키기 위하여 유기 성분이 공급물 가스 스트림 중에 있는 유기물 함유 공급물의 유기 성분을 전환시키는 방법.
  38. a) 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    b) 유기물 함유 공급물을 가스 형성 대역으로 보내어 상기 공급물의 유기 성분의 적어도 일부분을 기화시켜 가스상 유기 공급물 성분을 형성시키는 단계,
    c) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하고 반응기 중에 위치하는 프로세스 구역 내에 위치하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    d) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계, 및
    e) 가스상 유기 공급물 성분을 가스 형성 가스 공간으로부터 보유 수단을 통해 프로세스 가스 공간으로 보내고, 여기서 가스상 유기 공급물 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 프로세스 구역 중의 가스상 유기 공급물을 적어도 1종의 탄화수소 가스로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 유기물 함유 공급물의 탄화수소 가스로의 전환 방법.
  39. a) 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    b) 유기물 함유 공급물을 가스 형성 대역으로 보내어 상기 공급물의 유기 성분의 적어도 일부분을 기화시켜 기화된 유기 공급물 성분을 형성시키는 단계,
    c) 프로세스 용융조의 상부 표면 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하고 반응기 중에 위치하는 프로세스 구역 내에 있는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    d) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계,
    e) 산화제를 프로세스 대역 내로 도입시키는 단계, 및
    f) 기화된 유기 공급물 성분을 가스 형성 가스 공간으로부터 보유 수단을 통해 프로세스 가스 공간으로 보내고, 여기서 기화된 유기 공급물 성분을 상기 용융 액적 및 상기 산화제에 노출시켜 기화된 유기 공급물 성분을 산화시켜 산화탄소 가스를 형성시키는 단계
    를 포함하는, 유기물 함유 공급물의 산화탄소 가스로의 전환 방법.
  40. a) 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    b) 유기물 함유 공급물을 가스 형성 대역으로 보내어 상기 공급물의 유기 성분의 적어도 일부분을 기화시켜 기화된 유기 공급물 성분을 형성시키는 단계,
    c) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    d) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계, 및
    e) 기화된 유기 공급물 성분을 가스 형성 가스 공간으로부터 보유 수단을 통해 프로세스 가스 공간으로 보내고, 여기서 기화된 유기 공급물 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 기화된 유기 공급물 성분을 카본 블랙으로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 유기물 함유 공급물의 카본 블랙으로의 전환 방법.
  41. 제40항에 있어서, 공급물의 응축된 상 성분을 프로세스 대역의 프로세스 용융조 내로 보내고, 여기서 응축된 상 성분의 적어도 일부분을 전환시켜 카본 블랙을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  42. 제40항에 있어서, 상기 카본 블랙이 가스상 중에 현탁되어 있는 방법.
  43. a) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    b) 상기 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계,
    c) 공급물 가스 스트림을 보유 수단을 통해 프로세스 대역 내로 보내어, 기화되지 않은 공급물을 프로세스 대역 밖에 보유하고, 공급물 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 공급물 성분을 전환시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는 단계
    를 포함하는, 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키기 위하여 공급물 가스 스트림 중의 공급물 성분을 전환시키는 방법.
  44. 제43항에 있어서, 공급물의 응축된 상 성분을 프로세스 용융조 내로 보내고, 여기서 응축된 상 성분의 적어도 일부분을 전환시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  45. 제44항에 있어서, 상기 용융 액적이 상기 프로세스 가스 공간 내에서 실질적으로 균일하게 분산되는 방법.
  46. 제44항에 있어서, 공급물을 가스 형성 수단에 노출시켜 공급물을 공급물 가스 스트림으로 전환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  47. 제44항에 있어서, 뒤이어 프로세스 가스 공간으로 보내져 생성물을 형성하는 공급물 가스 스트림을 형성시키기 위하여 가스 형성 대역을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  48. 제44항에 있어서, 공반응물을 프로세스 대역으로 보내어 공급물 성분을 공반응물과 반응시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  49. a) 가스 형성 대역을 형성시키는 단계,
    b) 벌크 공급물을 가스 형성 대역으로 보내어 벌크 공급물의 적어도 일부분을 기화시켜 제1 가스상 성분을 형성시키고 상기 공급물의 적어도 일부분을 용융조 중에서 전환시켜 응축된 상 성분을 형성시키는 단계,
    c) 프로세스 용융조 및 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간을 포함하는 프로세스 대역을 형성시키는 단계,
    d) 상기 프로세스 용융조의 용융 액적을 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 단계, 및
    e) 응축된 상 성분 및 제1 가스상 성분을 가스 형성 대역으로부터 가스 형성 대역 내에 임의의 벌크 공급물 성분을 보유하는 보유 수단을 통해 프로세스 가스 대역으로 보내고, 여기서 응축된 상 성분의 적어도 일부분을 기화시켜 제2 가스상 성분을 형성시킨 다음 프로세스 가스 공간으로 이동시키고, 이어서 제1 가스상 성분 및 제2 가스상 성분을 상기 용융 액적에 노출시켜 제1 가스상 성분 및 제2 가스상 성분을 1개 이상의 상의 생성물로 전환시키는 단계
    를 포함하는, 벌크 공급물의 1개 이상의 상의 생성물로의 전환 방법.
  50. a) 반응기 중에 위치하고, 공급물 유입구를 갖는 가스 형성 구역,
    b) 가스 형성 구역과 프로세스 구역을 연결시키고, 기화된 공급물 성분을 가스 형성 구역으로부터 프로세스 구역으로 안내하는, 가스 형성 구역 내에 고상 공급물 성분을 보유하는 수단,
    c) 프로세스 용융조, 프로세스 용융조 상에 위치하는 프로세스 가스 공간, 및 가스 유출구를 갖고, 보유 수단으로부터 수용한 기화된 공급물 성분을 전환시키기 위한, 반응기 중에 위치하는 프로세스 구역, 및
    d) 상기 기화된 공급물 성분이 상기 용융 액적에 노출되어 기화된 공급물 성분이 전환되어 1개 이상의 상의 생성물을 형성시키는, 용융 액적을 상기 프로세스 가스 공간을 통해 분산시키는 수단
    을 포함하는, 공급물을 전환시켜 1개 이상의 상의 생성물을 형성하는 장치.
  51. 제50항에 있어서, 상기 가스 형성 구역 중의 상기 공급물을 기화시켜 기화된 공급물 성분을 형성시킴으로써, 가스 형성 구역과 프로세스 구역 사이에 상이한 압력을 생성시키고, 이에 의해 기화된 공급물 성분을 가스 형성 구역으로부터 보유 수단을 통해 프로세스 구역으로 유동시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  52. 제51항에 있어서, 공급물을 공급물 유입구를 통해 가스 형성 구역으로 보내는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  53. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 용융조가 전이 금속 성분을 포함하는 장치.
  54. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 일산화탄소를 형성하는 탄소의 산화보다 큰 산화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함하는 용융조를 포함하는 장치.
  55. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 염산을 형성하기 위해 수소를 염소화시키는데 필요한 에너지보다 큰 염소화 유리 에너지를 갖는 금속을 포함하는 용융조를 포함하는 장치.
  56. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 탄소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 장치.
  57. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 황 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  58. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 염소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  59. 제50항에 있어서, 상기 프로세스 구역이 약 0.5 중량% 보다 큰 금속 평형 산소 용해도를 갖는 용융조를 포함하는 방법.
  60. 제50항에 있어서, 상기 가스 형성 대역이 가스 형성 용융조를 추가로 포함하는 장치.
  61. 제50항에 있어서, 상기 보유 수단이 다공성이고, 프로세스 용융조로부터 가스 형성 용융조를 분별시키고, 이에 의해 가스 형성 용융조 내의 고상 공급물이 실질적으로는 가스 형성 구역 내에 함유되어 가스 형성 대역으로부터 프로세스 대역으로의 기화된 공급물 성분의 흐름을 허용하는 장치.
  62. 제61항에 있어서, 상기 가스 형성 용융조 및 프로세스 용융조가 단일 용융조의 부분이고, 이 때 가스 형성 구역과 프로세스 구역 사이에 응축된 상 흐름이 일어날 수 있는 장치.
  63. 제60항에 있어서, 상기 가스 형성 용융조가 프로세스 용융조로부터 실링된 장치.
  64. 제63항에 있어서, 상기 보유 수단이 프로세스 용융조로부터 가스 형성 용융조를 실링하는 비다공성 보유기를 포함하는 장치.
  65. 제51항에 있어서, 가스 형성 구역에 위치하는, 공급물 가스를 정제시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  66. 제65항에 있어서, 상기 정제 수단이 기화된 유기 공급물 성분으로부터 불순물을 제거하기 위하여, 가스 형성 용융조의 상부에 위치하는 세라믹층을 포함하는 장치.
  67. 제50항에 있어서, 프로세스 구역에 위치하는, 생성물 가스를 정제하는 수단을 추가로 포함하는 장치.
  68. 제50항에 있어서, 프로세스 구역에 위치하는, 생성물 가스의 해리를 퀀칭시키는 수단을 추가로 포함하는 장치.
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