KR20010013497A - 가스화를 위한 산소흐름 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 가스화 공정에서 산소의 흐름을 제어하는 장치는 산소원과 산소압축기 사이에 위치된 흡입제어밸브를 구비하는데, 이 흡입제어밸브는 제 1파이프를 거쳐 상기 산소원에서 압축기로 산소를 전달하기 위해 개방되고, 상기 산소원에서 압축기로의 과도한 산소의 전달을 방지하기 위해 감소된 흐름위치로 이동하도록 되어 있는 한편, 상기 장치는 산소압축기를 가스화장치의 입구에 작동가능하게 연결하는 제 2파이프도 구비하며, 산소압축기와 가스화장치의 입구 사이에 위치되고 통상 폐쇄된 배기밸브를 갖춤과 더불어, 산소흐름을 가스화장치로 변경시키고 산소흐름을 변경시키기에 충분한 흡입제어밸브를 구동시킬 필요가 있을 때를 감지하는 가스화장치 또는 가스화장치 배출흐름에 위치되는 수단을 구비하고, 끝으로 상기 장치는 흡입제어밸브와 배기밸브를 제어하는 수단을 구비하여 가스화장치에 전달된 산소의 양을 조절하게 된다.

Description

가스화를 위한 산소흐름 제어방법 {OXYGEN FLOW CONTROL FOR GASIFICATION}
본 출원은 "단일한 가스화장치 트레인의 산소와 수소흐름을 제어하는 장치"라는 명칭으로 1997년 6월 6일자로 출원된 특허출원 제 60/048,834호로부터 우선권을 주장한다.
석유를 기초로 한 공급원료는 불순한 석유코크(coke)와, 고체인 탄소질 폐기물과 찌꺼기유 및 걸쭉한 원유로부터의 부산물과 같은 다른 탄화수소질의 물질을 포함한다. 이들 공급원료는 통상 "합성가스"라 불리우는 수소와 일산화탄소 가스의 혼합물을 발생시키는 가스화 반응에 일반적으로 사용된다. 합성가스는 유용한 다수의 유기화합물을 제조하는 공급원료로 사용되며, 전력발생용 청정가스로 사용될 수 있다.
상기 가스화 반응은 전형적으로 공급원료와 유리산소를 함유한 가스 및 다른 물질을 "부분산화 가스화장치 반응기" 또는 간단히 "반응기"나 "가스화장치"라고도 불리우는 가스화 반응기에 전달하는 것을 포함한다. 고온이 이용되기 때문에, 상기 가스화장치는 반응온도를 견디도록 설계된 내화재료로 안을 대었다.
공급원료와 산소는 가스화장치에서 직접 혼합되고 반응하여 합성가스를 형성한다. 반응이 넓은 온도범위에서 일어나는 한편, 이용되는 반응온도는 공급원료에 있을 수 있는 임의의 금속을 녹이기에 충분하도록 높아야 한다. 만약 온도가 충분히 높지 않으면, 반응기의 출구는 녹지 않은 금속으로 막힐 수 있다. 다른 한편으로, 상기 온도는 반응기 안을 댄 내화재료가 손상되지 않도록 충분히 낮아야 한다.
반응온도를 제어하는 한 방법은 공급원료와 혼합되고 이어서 이 공급원료와 반응하는 산소의 양을 제어하는 것으로, 이러한 방식으로 반응온도를 상승시키고자 하면 산소의 양은 증가하게 되는 한편, 반응온도를 감소시키고자 하면 산소의 양은 줄어들게 된다.
종래에는, 반응에 이용될 산소가 파이프를 매개로 하여 산소원으로부터 압축기로 이동한 후에 제 2파이프를 거쳐 압축기로부터 가스화장치로 이동하는데, 종종 압축기와 가스화장치 사이에 저장기가 있다. 상기 가스화장치에서, 산소는 반응기의 상부끝에 있는 입구를 통해 넣어져 공급원료와 혼합된다. 입구로 들어가는 산소양의 제어는 입구에 있는 밸브를 사용함으로써 이루어지는 바, 밸브가 개방될 때 산소는 반응기로 흘러들어가고, 예컨대 공급원료의 흐름이 느리게 될 때와 같이 반응을 느리게 하고 냉각시킬 필요가 있을 때 밸브를 통한 흐름은 감소되는데, 즉 밸브는 감소된 흐름위치로 이동된다.
불행하게도, 전술된 제어시스템은 산소를 그리 정확하게 제어하지 못하는데, 이는 입구에 있는 밸브가 감소된 흐름위치에 있을 때일지라도 산소가 여전히 압축기에 의해 제 2파이프를 거쳐 보내어지기 때문이다. 생성된 산소는 압축기로부터 감소된 흐름밸브로 이동하고 산소압력은 증가하므로, 양호하게 제어하는 것이 어렵게 된다.
한 해결방법은 압축기의 출구에 큰 저장기를 갖추는 것이지만, 이는 고온과 탄소질의 물질이 근처에 있기 때문에 안전을 크게 위협하였다. 파이프라인에서 산소의 양을 직접 감소시키는, 가스화 공정에서 산소의 흐름을 제어하는 방법과 장치가 발견될 수 있다면 바람직할 것이다.
본 발명은 가스화 공정에서 산소의 흐름을 제어하는 방법과 장치에 관한 것이다.
도 1은 단일한 가스화장치에 사용된 본 발명에 따른 산소흐름 제어장치를 도시한 개략도이고,
도 2는 각각의 가스화장치가 독립적으로 작동하는 경우에 공통의 산소압축기를 공유하는 다수의 가스화장치에 사용된 본 발명에 따른 산소흐름 제어장치를 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 가스화 공정에서 산소의 흐름을 제어하는 장치는 산소원을 산소압축기에 작동가능하게 연결하는 제 1파이프를 구비하고, 흡입제어밸브는 산소원과 산소압축기 사이에 위치되는데, 이 흡입제어밸브는 제 1파이프를 거쳐 상기 산소원에서 압축기로 산소를 전달하기 위해 개방되고, 상기 산소원에서 압축기로의 과도한 산소의 전달을 방지하기 위해 감소된 흐름위치로 이동하도록 되어 있다. 또한, 상기 장치는 산소압축기를 가스화장치의 입구에 작동가능하게 연결하는 제 2파이프도 구비하며, 이 장치는 산소압축기와 가스화장치의 입구 사이에 위치되고 통상 폐쇄된 배기밸브를 갖춘다. 상기 장치는 산소흐름을 가스화장치로 변경시키고 산소흐름을 변경시키기에 충분하게 흡입제어밸브를 구동시킬 필요가 있을 때를 감지하는 가스화장치 또는 가스화장치 배출흐름에 위치되는 수단을 구비한다. 끝으로, 상기 장치는 흡입제어밸브와 배기밸브를 제어하는 수단을 구비하여 가스화장치에 전달된 산소의 양을 조절하게 되는데, 가스화장치로의 산소흐름을 감소 또는 증가시킬 필요가 있을 때를 감지하는 수단은 탄화수소흐름 측정장치나, 열전쌍, 고온계, 가스검출기, 또는 가스화장치 배출흐름 계량기일 수 있다.
본 명세서에서, "산소압축기"라는 용어는 가스화에 사용되는 데에 적합한 약 1기압 또는 101KPa의 압력보다 큰 상승된 압력으로 산소를 생성할 수 있는 임의의 장치를 의미한다.
본 명세서에서, "산소원"이라는 용어는 산소나 대체로 순수한 산소 또는 산소농도가 약 21몰%의 산소보다 큰 산소가 풍부한 공기를 제공하는 임의의 장치나 기구 또는 근원을 의미한다. 가스화 공정동안 반응에 적합한 형태로 산소를 함유하고 있는 임의의 유리산소를 함유한 가스가 사용될 수 있다. 대체로 순수한 산소는 약 90몰%보다 이상, 종종 약 95 내지 약 99.5몰%의 산소를 함유한 가스이다. 통상, 유리산소를 함유한 가스는 산소 이외에 질소나 아르곤 또는 다른 불활성 기체들과 같이, 산소가 준비되어 있는 공기로부터 끌어내어진 다른 가스들을 함유하고 있다. 전형적인 산소원은 공기로부터 산소를 분리하는 공기분리장치를 포함하는데, 이러한 장치는 시중에서 구입할 수 있다.
본 명세서에서, "흡입제어밸브"는 산소원과 산소압축기 사이의 라인에 위치되는 움직일 수 있는 부품을 의미하는 것으로, 상기 흡입제어밸브는 이 밸브가 부분적으로 또는 완전히 "개방"될 때 산소원에서 산소압축기에 작동가능하게 연결된 파이프를 거쳐 산소가 이동될 수 있게 한다. 상기 밸브가 "폐쇄"될 때 산소는 압축기로 들어가는 것이 방지되며, 상기 밸브가 "감소된 흐름위치"에 있게 될 때 이 밸브는 부분적으로 개방되어, 완전히 "개방"된 밸브에 비해 압축기로의 산소흐름을 감소시킨다. 흡입제어밸브는 개방위치에서 다수의 "감소된 흐름위치"를 거쳐 최종적으로 폐쇄위치까지 연속적으로 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
본 명세서에서, "배기밸브"라는 용어는 개방될 때 가스, 이 경우에는 산소나 대체로 순수한 산소 또는 산소가 풍부한 가스가 파이프를 나가서 대기나, 탱크, 산소가 사용될 수 있는 공정, 또는 다른 위치로 배출될 수 있도록 하는 밸브를 나타내는데, 산소가 어디로 배출되는지는 중요하지 않다. "통상 폐쇄된 배기밸브"라는 용어는 배기밸브가 통상의 정상작동 동안 폐쇄되어 있는 것을 의미한다. 밸브가 작동하지 않는 위치가 개방 또는 폐쇄인지는 본 발명에 중요하지 않다. 상기 배기밸브는 종종 개방과 폐쇄 및 다수의 부분적으로 개방된 밸브위치로 조절되는 것이 바람직하다.
본 발명은 탄화수소 공급원료와 산소가 반응하여 합성가스를 형성하는 반응기내로의 산소흐름을 제어하는 데에 유용하다. 임의의 효과적인 수단들이 반응기에 공급원료를 공급하는 데에 사용될 수 있다. 일반적으로, 공급원료와 산소 및 임의의 다른 물질들이 반응기의 하나 이상의 입구 또는 개구부를 통해 첨가된다. 전형적으로, 공급원료와 가스는 반응기의 입구에 위치된 연료분사기로 전해진다. 여기에 참조로 병합되는 이스트만(Eastman) 등의 미국 특허 제 2,928,460호나, 문거 (Muenger) 등의 미국 특허 제 4,328,006호, 또는 문거 등의 미국 특허 제 4,328, 008호에 기술된 환형상의 연료분사기와 같이, 임의의 효과적인 구조의 연료분사기가 반응기내의 공급원료와 가스의 첨가 또는 상호작용을 돕는 데에 사용될 수 있게 된다.
다르게는, 상기 공급원료가 입구를 통해 반응기의 상부끝으로 넣어질 수 있다. 유리산소를 함유한 가스는 전형적으로 산소가스를 직접 공급원료의 흐름으로 방출하는 별도의 입구나 연료분사기를 통해 반응기내에 고속으로 넣어진다. 이러한 구조에 의해 충전재료들은 반응구역내에서 직접 혼합되고, 산소가스의 흐름이 반응기의 벽에 직접 충돌하여 반응기의 벽을 손상시키는 것이 방지된다.
가스화에 효과적인 임의의 구조의 반응기가 사용될 수 있는데, 전형적으로 수직원통형 형상인 강철로 된 압력용기가 사용될 수 있다. 예가 되는 반응기와 관련된 장치는 여기에 참조로 병합되는 스트라쎄(Strasser) 등의 미국 특허 제 2,809 ,104호와, 이스트만 등의 미국 특허 제 2,818,326호, 쉬링거(Schlinger) 등의 미국 특허 제 3,544,291호, 다취(Dach)의 미국 특허 제 4,637,823호, 피터스(Peters) 등의 미국 특허 제 4,653,677호, 헨레이(Henley) 등의 미국 특허 제 4,872,886호, 반 데르 버그(Van der Berg)의 미국 특허 제 4,456,546호, 스틸(Stil) 등의 미국 특허 제 4,671,806호, 엑스타인(Eckstein) 등의 미국 특허 제 4,760,667호, 반 허위즈너 (van Herwijner) 등의 미국 특허 제 4,146,370호, 데이비스(Davis) 등의 미국 특허 제 4,823,741호, 세게스트롬(Segestrom) 등의 미국 특허 제 4,889,540호, 스턴링 (Sternling)의 미국 특허 제 4,959,080호, 및 스턴링의 미국 특허 제 4,979,964호에 기술되어 있다. 반응구역은 바람직하기로 상단에 중심을 맞춰 위치된 입구와 바닥에 축방향으로 정렬된 출구를 갖추면서 하류로 자유로이 흐르도록 내화재료로 안을 댄 체임버(chamber)를 구비한다.
가스화 반응은 필요한 양의 공급원료를 합성가스로 전환하는 데에 충분한 반응조건하에서 수행된다. 반응온도는 전형적으로 약 900℃에서 약 2000℃까지, 바람직하기로 약 1200℃에서 약 1500℃까지의 범위내에 있다. 압력은 전형적으로 약 1기압에서 약 250기압까지, 바람직하기로 약 10기압에서 약 150기압까지의 범위내에 있다. 일반적으로, 반응구역내의 평균 체류시간은 약 0.5에서 약 20초까지, 통상 약 1초에서 약 10초까지의 범위내에 있다.
가스화 공정동안 반응에 적당한 형태의 산소를 함유하게 되는 임의의 유리산소를 함유한 가스가 사용될 수 있다. 전형적으로, 산소는 공기분리장치를 매개로 공기로부터 산소를 분리함으로써 준비된다. 산소는 공기분리장치로부터 파이프를 매개로 하여, 산소의 압력을 증가시키고 이 산소를 제 2파이프를 통해 가스화장치의 상부끝에 있는 입구로 전달하는 압축기로 이동한다.
임의의 선택적인 성분 뿐만 아니라 유리산소를 함유한 가스에 대한 석유를 기초로 한 공급원료의 최적비율은 공급원료의 형태와 산소의 형태는 물론, 내화재료와 반응기와 같은 항목에서의 설비명세와 같은 요인들로 광범위하게 변화할 수 있다. 전형적으로, 공급원료내에서 탄소에 대한 유리산소를 함유한 가스내의 산소의 원자비는 약 0.6 내지 약 1.6, 바람직하기로 약 0.8 내지 약 1.4이다. 유리산소를 함유한 가스가 대체로 순수한 산소일 때 상기 원자비는 약 0.7 내지 약 1.5, 바람직하기로 약 0.9로 될 수 있으며, 산소를 함유한 가스가 공기일 때 상기 원자비는 약 0.8 내지 약 1.6, 바람직하기로 약 1.3일 수 있다.
본 발명에 따른 산소흐름 제어장치는 유리산소를 함유한 가스에 대한 석유를 기초로 한 공급원료의 최적비율이 어느 것이라 할지라도 사용될 수 있다. 이 산소흐름 제어장치는 탄화수소흐름의 감소로 인해 언제 산소흐름을 감소시킬 필요가 있는지를 감지하고, 마찬가지로 상기 산소흐름 제어장치는 탄화수소흐름의 증가로 인해 언제 산소흐름을 증가시킬 필요가 있는지를 감지한다. 이러한 감지기는 쉽게 시중에서 구입할 수 있는데, 이들은 탄화수소흐름 측정장치나, 열전쌍, 속도계, 고온계, 가스검출기, 또는 다른 감지 및 측정장치를 포함한다.
일단 산소흐름을 감소시킬 필요성이 감지되면, 신호가 흡입제어밸브로 보내어져 이 밸브가 감소된 흐름위치나 폐쇄위치로 이동하게 되어서, 압축기로의 산소흐름이 최소화되거나 아주 방지되게 된다. 상기 신호는 임의의 발신수단에 의해 보내어질 수 있는 바, 예컨대 다수의 제조원으로부터 시중에서 구입할 수 있는 것들과 같은 비율제어기가 사용될 수 있다.
증가된 산소흐름이 다시 필요하게 될 때, 신호가 흡입제어밸브로 보내어져 이 밸브가 부분적으로 또는 완전히 개방되어서, 압축기로의 산소흐름을 증가시키고 압축기의 출력을 증가시키게 된다. 이 신호는 흡입제어밸브를 폐쇄시킨 이전의 신호를 보낸 동일한 장치에 의해, 또는 제 2발신수단에 의해 보내어질 수 있다. 이러한 방식으로, 산소흐름은 필요한 양의 3%, 바람직하기로 2%, 더욱 바람직하기로는 1%내로 제어될 수 있다.
감지장치가 변화에 대해 신속하게 대응하도록 하기 위해서, 압축기의 출구에는 산소저장기나 서지(surge) 탱크 또는 드럼이 없는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 압축기와 가스화장치의 입구 사이의 배관길이는 최소로, 바람직하기로는 2000 ft 이하로 유지된다.
일반적으로, 일단 가스화 반응이 시작되면 압축기의 방출밸브와, 반응기의 입구에 위치된 종래의 조정차단밸브를 사용할 필요가 없게 되는 반면, 본 발명의 장치와 함께 이들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 방식으로, 낮은 탄화수소흐름이 일어날 때 산소의 흐름은 초 당 전체 산소의 적어도 10%, 바람직하기로 적어도 15%, 더욱 바람직하기로 적어도 20%로 감소될 수 있다.
예컨대, 가스화장치가 오작동으로 인해 정지될 때와 같이 압축기로의 흐름을 감소시킴으로써 산소흐름이 충분히 급속하게 감소될 수 없을 때, 배기밸브가 개방된다. 산소는 가스화장치 보다 더욱 쉽게 대기 또는 다른 저압사용부로 흘러가고, 이에 의해 가스화장치로의 산소흐름을 감소시키게 된다. 이는 특히 하나 이상의 가스화장치가 단일한 산소압축기로 작동될 때 중대하게 된다. 상기 배기밸브는 신속히 개방될 수 있어, 복합 가스화 시스템내의 가스화장치로 모든 산소가 급속히(5초 미만) 차단될 때 산소압력에 현저한 변화(1% 미만)는 일어나지 않게 될 것이다.
하나 이상의 가스화장치가 단일한 산소압축기로 작동되고 하나의 가스화장치가 오작동할 때, 오작동 중인 가스화장치에 대한 제어밸브가 폐쇄되면서 오작동 중인 가스화장치의 배기밸브는 개방된다. 이러한 작동은 압축기로부터 오작동하지 않는 가스화장치로 상당한 양의 산소흐름이 계속되게 할 수 있다. 더구나, 압축기의 기계적인 한계 때문에, 감소된 흐름은 압축기가 작동되지 않게 하거나 압축기에 심각한 손상을 초래할 수 있다. 압축기의 고장은 오작동하지 않는 가스화장치를 정지시키게 되므로, 가스화장치로의 산소흐름이 중단될 때 대기로 산소를 배출하는 흐름제어장치의 성능은 가스화장치가 공통의 산소압축기를 공유할 때 종종 중대하게 된다.
여기에 기술된 산소흐름 제어장치는 공통의 산소원과 산소압축기를 공유하는 둘 이상인 가스화장치로의 산소흐름을 제어하는 데에 이용될 수 있는 바, 이는 에컨대 도 2에 도시된 장치를 사용함으로써 성취될 수 있다.
본 발명에 따른 산소흐름 제어장치를 사용하면, 가스화장치로의 산소흐름이 1%내로 제어될 수 있다. 가스화장치로의 산소흐름은, 낮은 연료흐름이 일어날 때에 배기밸브와 조정차단밸브를 사용하여 산소압력에 현저한 변화를 일으킴 없이(1% 미만) 낮은 공급원료흐름(20%/초까지)이 일어날 때 급속히 감소될 수 있다. 상기 장치는 낮은 산소흐름이 일어날 때 급속히 연료흐름(10%/초까지)을 감소시키도록 형성될 수도 있다. 이들 작용은 가스화 장치에 일정한 산소/탄화수소의 비율을 유지하게 한다.
도 1은 단일한 가스화장치에 사용된 본 발명에 따른 산소흐름 제어장치를 도시한 개략도로서, 산소를 함유한 가스는 공기분리장치(도시되지 않음)와 같은 근원으로부터 흡입제어밸브(12)를 통과하여 공기압축기(14)로 들어간다. 압축된 가스는 압축기를 나와 파이프를 통해 가스화장치(10)로 나아가게 된다. 이 파이프상에는 배기밸브(16)가 위치되며, 가스화장치의 입구에는 선택적인 조정밸브(18)도 있게 된다. 언제 가스화장치로의 산소흐름을 변화시키고, 언제 흡입제어밸브(12)를 산소흐름을 변화시키기에 충분하게 구동시킬 필요가 있는지를 감지할 수 있는 감지기 (26)가 가스화장치(10)의 내부에 있다. 이 실시예에서는 탄소질의 연료원(22)과 연료흐름제어기(22)가 나타나 있다. 제어수단(24)은 반응기(10)내로의 연료입력과 가스화장치 내부의 감지기(26)의 출력을 비교하여, 공정이 충분히 불안정하게 되면 제어수단(24)이 선택적인 조정밸브(18)를 폐쇄하고 배기밸브(16)를 개방시킬 수 있다. 이는 흡입제어밸브(12)가 폐쇄되기 전에 가스화장치(10)로의 가스흐름을 신속히 감소시킨다.
도 2는 각 가스화장치가 독립적으로 작동하는 경우에 있어서, 공통의 산소압축기(36)를 공유하는 다수의 가스화장치(도시되지 않음)에 사용된 본 발명에 따른 산소흐름 제어장치를 도시한 개략도로서, 산소를 함유한 가스는 연결파이프(30)를 매개로 공기분리장치(도시되지 않음)로부터 나오게 되고, 이 산소를 함유한 가스는 흡입제어밸브(34)를 통과하여 압축기(36)의 입구로 나아가야 한다. 배기밸브(32)가 연결파이프(30)상에 설치되어서, 압축기가 작동할 수 없는 경우나 흡입제어밸브가 완전히 폐쇄되면 저압력의 산소를 함유한 가스를 다른 곳으로 전환시킨다. 상기 산소를 함유한 가스는 압축기(36)에서 압축되고, 출력은 분리되어 둘 이상의 가스화장치로 나아가게 된다. 압축된 가스가 갈라지기 전의 라인상에는 고용량의 배기밸브(38)가 있는 한편, 갈라진 후의 각 라인상에는 흐름측정장치(40,42)가 있다. 그 다음으로, 각 라인상에는 제 2배기밸브(44,46)가 있는 바, 이 밸브는 각 라인상의 조정밸브(48, 50)와 협조하여, 필요할 때 가스화장치(도시되지 않음)로의 산소흐름을 신속히 감소시키도록 작용한다. 다르게는, 배기밸브(32)와 배기밸브들(44,46)의 기능은 반대로 될 수 있다. 모든 압축기의 장치를 위한 산소필요조건의 1차 제어는 흡입제어밸브(34)로 이루어지고, 조정밸브(48,50)는 개별적인 가스화장치로의 가스흐름을 분할한다. 가스화장치로 나아가는 각 라인(56,58)에는 예비차단밸브도 있는데, 이는 조정밸브(48,50)가 완전히 흐름을 정지시키는지를 종종 신뢰할 수 없기 때문이다. 가스가 이들 차단밸브(56,58)를 통과한 후에 상기 가스는 연결수단(56, 58)을 통해 가스화장치(도시되지 않음)로 들어간다. 도 2는 가스화장치들 중 하나로의 연료흐름도 도시하는 바, 탄소질의 연료원(60)은 슬러리와 같은 연료를 흐름측정장치(62)와 그 다음의 가스화장치로 보내게 된다. 개별적인 가스화장치에 대한 이송된 가스의 비율은 가스화장치로의 연료흐름율(62로부터의)과, 가스화장치나 가스화장치 배출흐름에서 반응기내에 산소가 남는지 또는 부족한지를 감지하는 감지기(도시되지 않음)의 출력에 의존한다.
실시예 1
가스화장치는 부분적인 산화모드로 작동된다. 반응기는 도시되지 않은 고온계와 열전쌍을 갖추어서, 반응체임버의 상단과 중간 및 바닥에서 반응기의 온도를 측정한다.
산소는 도 1에 상세히 도시된 산소흐름 제어장치를 매개로 제어된다. 가스화 반응은 약 1200℃(2192℉)에서 약 1500℃(2732℉)까지의 온도와, 약 10기압에서 약 200기압까지의 압력에서 수행된다. 공급원료는 합성가스와 부산물을 만드는 가스화장치에서 가스와 반응한다. 합성가스와 액체부산물은 반응기를 떠나서, 추가적인 공정과 회수를 위해 도시되지 않은 냉각용 체임버나 용기로 들어간다.
도 1에 도시된 산소흐름 제어장치의 사용은 가스화장치로의 산소흐름이 1%내로 제어될 수 있게 한다. 가스화장치로의 산소흐름은, 낮은 슬러리흐름이 일어날 때에 배기밸브와 조정차단밸브를 사용하는 산소압력에 현저한 변화를 일으킴 없이 (1% 미만) 낮은 공급원료흐름(20%/초까지)이 일어날 때 급속히 감소될 수 있다. 상기 장치는 낮은 산소흐름이 일어날 때 급속히 슬러리흐름(10%/초까지)을 감소시키도록 형성될 수도 있다. 이들 작용은 가스화장치에 일정한 산소/탄화수소의 비율을 유지하게 한다. 서지 드럼이나 압력제어밸브가 필요없게 되고, 산소압축기와 가스화장치 사이의 배관길이(2000ft 미만)는 최소로 된다.
실시예 2
2개의 부분산화 가스화장치는 도 2에 도시된 바와 같이 부분적인 산화모드로 작동된다. 반응기는 도시되지 않은 고온계와 열전쌍을 갖추어서, 반응체임버의 상단과 중간 및 바닥에서 반응기의 온도를 측정한다.
유리산소를 함유한 가스는 압축기(36)로부터 공급된다. 2개의 부분산화 반응기를 동시에 작동하는 공정은 도 2에 도시된 장치를 사용하는 바, 2개의 가스화장치는 공통의 공기분리장치와 압축기를 공유한다. 부분적인 산화반응은 약 1200℃ (2192℉)에서 약 1500℃(2732℉)까지의 온도와, 약 10기압에서 약 200기압까지의 압력에서 수행된다. 공급원료는 합성가스와 부산물을 만드는 가스화장치(도시되지 않음)에서 가스와 반응한다. 합성가스와 액체부산물은 가스화장치를 떠나서, 추가적인 공정과 회수를 위해 도시되지 않은 냉각용 체임버나 용기로 들어가게 된다.
도 2에 도시된 산소흐름 제어장치의 사용은 가스화장치로의 산소흐름이 1%내로 제어될 수 있게 한다. 가스화장치로의 산소흐름은, 낮은 슬러리흐름이 일어날 때에 배기밸브(44,46)와 조정차단밸브(48,50)를 사용하여 산소압력에 현저한 변화를 일으킴 없이(1% 미만) 낮은 공급원료흐름(20%/초까지)이 일어날 때 급속히 감소될 수 있다. 상기 장치는 낮은 산소흐름이 일어날 때 급속히 슬러리흐름(62;10%/초까지)을 감소시키도록 형성될 수도 있다. 이들 작용은 가스화장치에 일정한 산소/탄화수소의 비율을 유지하게 한다. 서지 드럼이나 압력제어밸브가 필요없게 되고, 산소압축기와 가스화장치 사이의 배관길이(2000ft 미만)는 최소로 된다. 덧붙여, 상기 배기밸브(38)는 신속히 개방될 수 있어서, 모든 산소가 하나의 가스화장치로 급속히(5초 미만) 차단될 때 산소압력에 현저한 변화(1% 미만)는 일어나지 않게 될 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 파이프라인에서 산소의 양을 직접 감소시킬 수 있고, 산소흐름 제어장치는 가스에 대한 공급원료의 최적비율에 상관없이 사용될 수 있으며, 탄화수소흐름의 증감으로 인해 산소흐름을 증감시킬 필요가 있는지를 감지하는 수단을 구비하고서 이에 따라 밸브들을 제어함으로써, 가스화 장치에 일정한 산소/탄화수소의 비율을 유지하게 하는 효과가 있게 된다.

Claims (7)

  1. 산소원을 산소압축기에 작동가능하게 연결하는 제 1파이프와;
    상기 산소원과 산소압축기 사이에 위치되되, 상기 제 1파이프를 거쳐 산소원에서 압축기로 산소를 전달하기 위해 개방되고, 상기 산소원에서 압축기로의 산소의 전달을 감소시키기 위해 감소된 흐름위치로 이동하도록 되어 있는 흡입제어밸브;
    상기 산소압축기를 가스화장치의 입구에 작동가능하게 연결하는 제 2파이프;
    상기 산소압축기와 가스화장치의 입구 사이에 위치되는 배기밸브;
    산소흐름을 가스화장치로 변경시키고 산소흐름을 변경시키기에 충분하게 흡입제어밸브를 구동시킬 필요가 있을 때를 감지할 수 있는, 가스화장치나 가스화장치의 연료공급부 또는 가스화장치 배출흐름에 위치되는 감지기; 및
    상기 가스화장치에 전달된 산소의 양을 조절하도록 배기밸브를 제어하는 액츄에이터와 흡입제어밸브를 제어하는 액츄에이터;를 구비하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가스화장치의 입구에 제 2파이프로부터 가스화장치로의 산소흐름을 조절하도록 된 조정밸브를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  3. 제 3항에 있어서, 상기 조정밸브를 가로지르는 차압은 280KPa 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 산소압축기를 적어도 2개의 가스화장치의 입구에 작동가능하게 연결하는 적어도 2개의 제 2파이프와, 이 제 2파이프로부터 가스화장치로의 산소흐름을 조절하도록 된 각 제 2파이프상의 조정밸브, 및 상기 산소압축기와 각 제 2파이프상의 조정밸브 사이에 위치되는 배기밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 산소흐름을 가스화장치로 변경시킬 필요가 있을 때를 감지하는, 가스화장치나 가스화장치 배출흐름에 위치된 감지기는 열전쌍과 고온계 및 방출가스 속도감지장치로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  6. 제 3항에 있어서, 산소흐름을 가스화장치로 변경시킬 필요가 있을 때를 감지하는, 가스화장치 또는 가스화장치 배출흐름에 위치된 수단은 고온계인 것을 특징으로 하는 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 장치.
  7. 산소흐름을 가스화장치로 변경시킬 필요가 있을 때를 감지하는 단계와;
    산소원과 산소압축기 사이에 위치된 흡입제어밸브를 더욱 개방되거나 더욱 감소된 흐름위치로 구동시켜서, 상기 산소원과 산소압축기를 작동가능하게 연결하는 파이프를 통해 산소흐름을 증가시키거나 감소시키는 단계; 및
    2%이상의 초과된 산소가 가스화 공정으로 흐르면 배기밸브를 구동시키는 단계;로 이루어진 가스화 공정내의 산소흐름을 제어하는 방법.
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