KR20040028622A

KR20040028622A - 탄화수소 자원의 리사이클 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20040028622A
Application number: KR10-2003-7004106A
Authority: KR
Inventors: 다나까히로시; 오따가즈아끼; 다이원빈; 사이끼와따루; 바이강; 모리료헤이
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-04-03
Also published as: US20040232046A1; EP1489046A4; CN1639056A; WO2003016210A1; EP1489046A1

Abstract

본 발명은 촉매를 사용하지 않고 또한 외부로부터 수소를 공급하지 않고 효율적으로 열분해하여 오일분 및 열분해 가스의 수율을 향상시키는 방법과 장치를 제공한다. 본 발명에서, 열분해에 수반되어 발생되는 잔사분을 가스화시켜 가연 가스로 함으로써 원료의 완전 이용이 가능하다. 또한 본 발명은 원료 중에 함유되는 금속 불순물을 고체로서 개별적으로 분리하는 방법을 제공하여 자원으로서의 이용 가능성을 높일 수 있는 신규한 방법과 장치이다. 본 발명의 바람직한 태양에서, 반응 용기 (102) 에는 노즐 (103; 원료 공급 수단, 산화제 공급 수단, 물 공급 수단) 을 설치하고, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이에는 반응 용기 (102) 내에서 원료와 산화제 중의 산소 등이 수 분위기하에서 반응함으로써 생성된 고온 고압의 생성 가스가 도입되는 열교환기 (104) 를 설치하고, 압력 용기 (101) 에는 물 공급 라인 (106) 에 연통하는 물 도입구 (114) 를 형성함과 동시에, 열교환기 (104) 에 연통하는 생성 가스의 배출 라인 (105) 을 끼워 통하게 하기 위한 삽통구 (117) 를 형성하고, 노즐 (103) 에는 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물을 반응 용기 (102) 내로 공급하는 유로를 형성하였다.

Description

탄화수소 자원의 리사이클 방법 및 그 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR RECYCLING HYDROCARBON RESOURCE}

최근 석유제품에서의 소위「검은 기름」이라 불리는 중유류의 수요가 환경에 대한 영향이 크다는 이유에 의해 감소되는 경향이 있고, 그 결과 제유 정제의 부산물로서 얻어지는 감압 증류 잔사 등의 중질유가 축적되는 경향이 있다.

또한, 원유의 성상으로서 중질화가 진행되는 경향이 있고, 향후의 석유 정제에서는 나프타, 가솔린, 등유, 경유 등의 제품 수율에 비해 중질유의 제조비율이 증가되어 중질유의 축적의 과제가 더욱 더 커진다.

또한, 중질유의 처리 프로세스에 대해서는 오래 전부터 유레카 프로세스, HSC 프로세스 등이 있는데, 모두 중질유로부터 경질분을 열분해에 의해 일부 회수하기는 하지만, 여전히 반응 잔유 (殘油) 등이 발생하여 그 이용방법을 상기 이용환경의 변화를 고려하여 탐구할 필요가 있다.

이 중질유를 처리하는 방법으로서 가스화 기술이 대두되고 있지만, 불순물 금속의 영향 및 가스 중 황 화합물의 형태 등이 복잡하기 때문에 처리 설비가 복잡해져 경제성의 과제가 남는다.

또한, 여전히 석유 정제에서는 원유로부터의 제품 오일 수율 향상이 과제이다.

또한, 초임계수를 포함하는 고온 고압수 중 열분해에서는 중질유에서 양질의 오일로 전환시킬 수 있고, 또한 초임계수를 포함하는 고온 고압수 중 가스화에서는 중질유나 고체 잔사 등을 효율적으로 가스화시킬 수 있고, 가스화에 수반하여 발생되는 황의 화합물 형태도 간소화되어 가스를 쉽게 처리할 수 있다.

한편, 석유 정제산업에서도 석유제품인 폐플라스틱을 리사이클하고, 자원절감과 환경 부하 저감에 대한 필요성이 고조되고 있다.

또한, 상기와 같은 각종 필요성은 다른 원료의 석탄 액화 등의 향상에서도 고조되고 있다.

또한, 상기한 이러한 종류의 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치로는 예컨대 일본 공개특허공보 평7-313987호, 일본 공개특허공보 2000-239672호, 일본 공개특허공보 2001-232381호에 개시된 것이 알려져 있다. 이들 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 서로 연통하는 외각체와 내각체의 이중 각체 구조의 것으로 구성되어 있고, 내각체에는 노즐에 의해 원료 및 산화제가 공급되도록 되어 있다. 그리고, 내각체내의 고온 고압수 분위기하에서 상기 원료와 산화제를 반응시킴으로써 원료를 분해하여 CO₂등의 무해 가스로 전환시키거나, 또는 경질의 탄화수소 등을 생성하도록 되어 있다. 또한, 외각체와 내각체 사이에, 반응에 기여하는 유체, 예컨대 물, 산화제, 피처리액 등을 내각체내와 실질적으로 동일한 압력으로 가압하여 송입함으로써 내각체를 외측에서 백업하도록 되어 있다. 이 가압 유체는 외각체와 내각체의 연통구를 통해 내각체 내부의 반응 영역으로 들어가고, 내각체는 압력을 받지 않도록 하여 반응 영역을 구획하는 격벽으로 기능하고 있다.

즉, 내각체내는 원료와 산화제의 반응 등에 의해 고온 고압으로 된다는 점에서, 내각체 자체로 그 고압에 견디게 하기 위해서는 당해 내각체를 상당히 두께가 두꺼운 것으로 구성할 필요가 있다.

그러나, 내각체는 그 내부가 374℃ 이상, 바람직하게는 550℃ 이상의 고온으로 될 뿐 아니라 부식작용이 있는 할로겐 화합물 (예컨대 염산 (HCl)) 등이 발생되기 때문에 내열성, 내식성 등을 갖는 금속 재료로 형성할 필요가 있다. 단, 이러한 금속 재료는 일반적으로 매우 고가이기 때문에 단순히 두께를 두껍게 하여 고압에 견딜 수 있도록 한다면 제조비용의 문제를 발생시키게 된다.

따라서, 외각체와 내각체를 연통하여 내각체의 외측을 상기와 같이 가압 유체로 백업함으로써, 당해 내각체의 내외를 동일한 압력으로 균형잡히게 하고, 그럼으로써 두께가 얇은 것으로 구성하여도 내각체를 충분히 견딜 수 있는 것으로 하여 비용의 저감을 도모하고 있다. 또 외각체는 내각체와 같이 고온의 반응 가스 등이 직접 접촉하는 경우가 없어 통상의 철강 재료를 사용할 수 있고, 따라서 두께가 두꺼운 것으로 구성하여도 비용상승을 억제할 수 있다.

또한, 상기 종례예에서는 내각체의 구조를 연구함으로써 외각체와 내각체 사이를 흐르는 가압 유체를 반응의 방열로 예열할 수 있어 장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 상기와 같은 반응 장치에서는 외각체와 내각체가 서로 연통함으로써 예컨대 긴급 정지시에 내각체에서 발생된 할로겐 화합물 등이 내각체와 외각체 사이로 유출되어 당해 외각체가 부식된다는 것이 일본 공개특허공보 2001-232382호에 개시되어 있다. 이 공보에서는 외각체와 내각체가 서로 연통하지 않도록 차단함으로써, 외각체의 부식을 방지하도록 되어 있다. 또한, 외각체와 내각체 사이로 송입되는 가압 유체는 내각체에 들어가지 않고 장치 밖으로 배출된다.

또한 예컨대 석유 정제 설비에서 원유를 상압 증류나 감압 증류에 의해 분류함으로써 가스, 나프타, 등유, 경유 등이 얻어짐과 동시에 부가가치가 낮아 수요도 감소되고 있는 감압 잔사의 중질원유도 부생된다.

상기 중질 원료를 개질하여 경질유를 회수하는 방법으로는 수소화 분해, 수소화 정제, 열분해 등의 각종 방법이 있다.

상기 수소화 분해나 수소화 정제는 고온, 고압의 촉매 조건하에서 고가인 수소를 다량으로 공급하여 반응시킴으로써 중질 원료의 개질을 실시하는 것이다. 그래서, 고가의 수소를 대량으로 소비한다는 결점이 있는 동시에 그 수소를 제조하는 설비나 리사이클하는 설비 등이 필요해진다. 따라서, 비용적인 면이 큰 과제로 되어 있다.

또한, 상기 열분해로는 유레카 프로세스, HSC 프로세스 등이 있지만, 개질에 의해 얻어지는 경질화된 원료의 수율이 낮다는 문제가 있다. 또한 경질화된 후에도 황분이 여전히 고농도로 남기 때문에, 실제로 사용하기 위해서는 추가로 탈황 정제를 할 필요가 있다. 따라서, 비용면에서도 큰 문제가 된다.

또 중질 원료를 개질하지 않고 그대로 사용하는 경우에는 다음과 같은 문제가 있다. 예컨대 상압 잔사를 감압 증류함으로써, 중유나 아스팔트의 중질 원료가 얻어지지만, 전자의 중유는 황이 고농도로 잔류하고 있기 때문에, 환경면에서 수요가 제한되는 상황에 있으며, 후자의 아스팔트는 더욱 용도가 한정되어 있을 뿐 아니라 수요의 변동이 크다는 점에서 안정적으로 소비할 수 없어 저장량이 증가하는 경향이 있다.

또한 산출되는 원유의 중질화에 수반하여 가까운 장래에는 경유나 등유 등의중간 유분 (留分) 이 감소하고, 상압 잔사나 감압 잔사의 중질 원료가 증가하는 것이 우려된다.

따라서, 상기 종래의 중질 원료의 개질 방법에서의 주로 비용면의 문제점을 해결하여 중질 원료를 최대한 이용하는 기술을 개발하는 것이 급선무이다. 더불어, 작금의 환경보호면에서 경유, 등유 등의 경질화된 원료에 대해서도 탈방향족, 탈헤테로 (탈황, 탈질소, 탈금속 등) 의 요구가 높아질 것이 확실하다. 따라서, 초심도 탈황 등 더욱 고도의 탈황 기술의 개발이 요망되고 있다.

또한, 폐플라스틱 등의 탄화수소계 폐기물은 지금까지 매립에 의해 처리되고 있었으나, 매립지의 고갈이나 환경파괴 등의 문제 때문에, 현재는 일반적으로 소각처리되고 있다. 또한, 상기 탄화수소계 폐기물 중, 수분을 많이 함유한 유기 오니와 같은 폐기물에 대해서는 발열량이 낮아 종래의 소각기술에서는 직접 연소가 어려웠던 점에서, 예컨대 시멘트 킬른 등에 있어서 보조적인 연료에 이용하거나 또는 폐플라스틱 등의 발열량이 높은 폐기물과 혼합하여 연소 처리하는 등의 방책이 채택되고 있다.

한편, 최근의 환경보호 및 자원절감화에 대한 높은 관심에 따라, 이러한 종류의 탄화수소계 폐기물에 대해서도 별도로 이용가능한 물질로의 재자원화가 요청되고 있다.

따라서, 석탄이나 중질유 등의 탄화수소 자원에 대해 실적이 있는 다소 압력을 높인 분류 바닥형 가스화 등의 각종 가스화 기술의 적용에 의한 실용화가 일부 시도되고 있다.

상기 종래의 분류 바닥형 가스화 방법은 석탄, 중질유 등을 탄화수소계 원료에 산소를 공급하여 1000 ∼ 1800℃ 의 고온으로 석탄을 부분 연소시킴으로써 얻어진 고온 분위기하에서 열분해 반응 및 가스화 반응을 발생시켜 수소 (H₂) 및 일산화탄소 (CO) 가스를 주성분으로 하는 가스를 생성하는 것이다.

그러나, 상기 종래의 가스화 방법에서는 가스 전환효율을 향상시키기 위해, 매우 높은 온도를 필요로 하고, 따라서 생성 가스의 현열손실이나 노열손실이 커지기 때문에, 가스화 성능이 열등하다는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 고온 분위기하에서 열분해 반응 및 가스화 반응을 실시하는 가스화 방법에 의해서는 상기 기술한 폐플라스틱 등의 고칼로리의 원료에 대해서는 적용할 수 있지만, 유기 오니 등의 저칼로리의 탄화수소계 폐기물의 리사이클화를 고효율로 실현하기는 어렵다.

이러한 점에서, 상기 탄화수소 자원이나 탄화수소계 폐기물 등의 각종 탄화수소계 원료를 효율적으로 가스화하여 유용 물질을 회수하는 가스화 방법의 확립이 강력하게 요망되고 있다.

발명의 개시

〈발명의 목적〉

상기 상황을 감안하여 본 발명은 다음과 같은 과제를 해결하여 이용확대에 공헌하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 제 1 목적은 촉매를 사용하지 않고 또한 외부로부터 수소를 공급하지 않고 효율적으로 열분해하여 오일분 및 열분해 가스의 수율을 향상시키는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열분해에 수반하여 발생되는 잔사분을 가스화시켜 가연 가스로 함으로써 원료를 완전히 이용할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 원료 중에 포함되는 금속 불순물을 고체로서 개별적으로 분리하는 방법을 제공하고, 자원으로서의 이용가능성을 향상시킬 수 있는 신규한 방법과 장치를 제공하는 것이다.

또한, 예컨대 상기 일본 공개특허공보 2001-232382호의 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에서는 백업용 가압 유체를 그대로 장치에서 배출시키면 가압하기 위해 소비하는 동력 및 그 유체가 내각체로부터 흡수한 열량이 쓸모없게 되어 공업화의 관점에서 보면 큰 마이너스 요인이 된다. 또한, 상기 일본 공개특허공보 평7-313987호, 일본 공개특허공보 2000-239672호, 일본 공개특허공보 2001-232381호와 같은 반응 처리 장치에서는 장치 긴급 정지에 의한 외각체의 부식을 막을 수 없는 것 이외에 장치가 대형으로 된 경우에는 반응기내 발열량이 커져 재료의 안전면 및 에너지의 유효 이용의 관점에서, 이것을 강제적으로 제거하는 방법을 도입하는 것, 및 이것을 유효 에너지로서 회수하는 것이 중요해진다. 그러나, 이러한 기능을 전부 내각체에 갖게 하기 위해서는 내각체의 설계가 어려워지고, 구조가 복잡해짐에 따라 제조비용도 높아진다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 에너지 소비량의 저감을도모할 수 있는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 중질 원료의 경질화를 저비용으로 실시할 수 있음과 동시에, 고효율 탈황도 저비용으로 실시할 수 있는 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법 및 개질 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한 본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래보다 저온의 조건하에서 각종 탄화수소계 원료를 효율적으로 가스화하여 유용 물질을 회수할 수 있게 되는 탄화수소계 원료의 가스화 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

〈발명의 구성〉

본 발명은 열분해ㆍ가스화 반응을 실시하고 또한 연소, 가스화, 열분해의 각 부위를 구비한 반응 용기를 갖고, 상기 반응 용기 안에 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단을 배치한 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치이다.

또한, 상기 구성에서 상기 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단은 상기 반응 용기 하부로부터 저발열량의 원료, 또는 저발열량으로 조정한 원료, 물, 산화제를 공급하는 상부 방향을 향한 제 1 공급 노즐과, 상기 반응 용기 중부 위치로부터 열분해에 의해 오일의 생성과 하부로 유하시키는 잔사를 형성시키기 위한 하부방향을 향한 제 2 공급 노즐과, 상기 반응 용기 상부 위치로부터 열분해를 실시하게 하는 상부방향을 향한 원료 공급의 제 3 공급 노즐의, 적어도 2 개의 공급 노즐을 갖는 열분해ㆍ가스화 반응 장치이다.

또한, 상기 반응 용기 상부 위치로부터 열분해를 실시하게 하는 원료와 하부로부터 상승되어 오는 고온의 생성 가스의 다단 접촉 수단을 구비하고, 이 다단 접촉 수단의 상부로부터 물을 공급함과 동시에 상기 다단 접촉 수단에 임의의 온도 구배를 부하할 수 있도록 한 하부 방향을 향한 물 분무 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 청구항 2 에 기재된 열분해ㆍ가스화 반응 장치이다.

또한, 상기 반응 용기는 다중관 구조로 할 수 있다.

또한, 고압을 유지하기 위한 압력 용기와 열분해ㆍ가스화를 실시하게 하는 반응부 사이에 열분해ㆍ가스화 원료를 각각 독립적으로 예열할 수 있음과 동시에 상기 반응부내의 가스화부에서는 부분 연소를 발생시키는 부분 연소부를 갖고, 또한 부분 연소후의 고온의 가스체 안에 원료를 공급하고, 열분해를 발생시켜 분해 오일과 분해 가스를 발생시키는 열분해부를 구비하여 이루어지는 열분해ㆍ가스화 반응 장치이다.

또한, 열분해ㆍ가스화 반응을 실시하게 하고 또한 연소, 가스화, 열분해의 각 부위를 구비한 반응 용기를 갖고, 상기 반응 용기 안에 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단을 배치한 열분해ㆍ가스화 반응 장치와,

열분해 및 가스화 후의 생성물 중에서 고체분을 제거하는 제 1 분리기와,

분리후의 생성 유체로부터 열을 회수하는 열교환기와,

열회수 후의 생성 유체의 냉각ㆍ감압에 의한 중질유 및 수분을 제거하는 제 2 분리기와,

중질유 및 수분을 제거한 후의 생성 유체로부터 경질유, 경질 가스를 분리회수하는 다단 증류탑을 구비하여 이루어지는 중질유의 열분해 및 가스화 반응 장치이다.

또한, 상기 반응 용기는 상기 부분 연소부와 상기 열분해부로 분할되어 있음과 동시에 상기 부분 연소부와 상기 열분해부는 네킹부를 통해 연통되어 있고, 그럼으로써 상기 부분 연소부에서 생성된 고압 가스 유체는 상기 네킹부의 유로를 통해 정류된 가스 유체가 되어 하부방향으로 흐르도록 한 청구항 5 에 기재된 열분해ㆍ가스화 반응 장치이다.

또한, 산화 연소부에서 하부로부터 공급된 탄화수소 원료를 산화제로 산화시켜 이산화탄소와 여잉의 산화제를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴과 동시에 반응열을 발생시키고,

상기 열분해부에서 상부로부터 공급된 탄화수소 원료를 하방에서 열분해시켜 오일, 분해 가스 및 고체의 잔사를 생성시키고,

상기 가스화 반응부에서 상기 열분해부로부터 유하되는 상기 잔사를 상기 반응열에 의해 가열 유지시키면서 상기 산화 반응부에서 발생된 상기 이산화탄소, 여잉 산화제 및 고온 고압수와 반응시켜 일산화탄소와 수소를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴으로써, 저품위, 고품위를 포함한 전체 원료의 처리를 실시하는 것을 특징으로 한 열분해 가스화 방법이다.

본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 압력 용기의 내측에 반응 용기를 배치한 이중 용기 구조의 것으로 구성하고, 상기 반응 용기에는 유기물을 함유하는 원료를 당해 반응 용기내에 공급하는 원료 공급 수단과, 산화제를당해 반응 용기내에 공급하는 산화제 공급 수단과, 물을 당해 반응 용기내에 공급하는 물 공급 수단을 설치하고, 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에는 당해 반응 용기내에서 상기 원료와 상기 산화제가 수 분위기하에서 반응함으로써 생성된 고온 고압의 생성물이 도입되는 열교환 수단을 설치하고, 상기 압력 용기에는 당해 압력 용기와 상기 반응 용기 사이로 물을 공급하는 물 공급 라인에 연통하는 물 도입구를 형성함과 동시에, 상기 열교환 수단에 연통하는 상기 생성물의 배출 라인을 끼워 통하게 하기 위한 삽통구 (揷通口) 를 형성하고, 상기 물 공급 수단에는 상기 물 도입구를 통해 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에 도입되어 상기 열교환 수단에 의해 승온된 상기 물을 상기 반응 용기내에 공급하는 유로를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또 원료 공급 수단, 산화제 공급 수단 및 물 공급 수단은 일체로 구성해도 되고, 또한 각각 다른 위치에 배치된 별체의 것으로 구성해도 되고, 또 어느 것끼리가 공용 유로를 갖는 것으로 구성해도 된다.

또한, 상기 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 압력 용기의 내측에 반응 용기를 배치한 이중 용기 구조의 것으로 구성하고, 상기 반응 용기에는 유기물을 함유하는 원료를 당해 반응 용기내에 공급하는 원료 공급 수단과, 산화제를 당해 반응 용기내에 공급하는 산화제 공급 수단과, 물을 당해 반응 용기내에 공급하는 물 공급 수단을 설치하고, 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에는 당해 반응 용기내에서 상기 원료와 상기 산화제가 수 분위기하에서 반응함으로써 생성된 고온 고압의 생성물이 도입되는 전열관을 갖는 열교환 수단을 설치하고, 상기 압력용기에는 당해 압력 용기와 상기 반응 용기 사이로 물을 공급하는 물 공급 라인에 연통하는 물 도입구를 형성함과 동시에, 상기 전열관에 연통하는 상기 생성물의 배출 라인을 끼워 통하게 하기 위한 삽통구를 형성하고, 상기 열교환 수단에는 상기 전열관에서의 상기 생성물이 도입되는 측 부분의 주위를 둘러싸는 열교환 용기를 설치하고, 이 열교환 용기에는 당해 열교환 용기내에 물을 공급하는 제 2 물 공급 라인이 연결되어 있음과 동시에, 당해 열교환 용기내에서 상기 전열관에 의해 승온된 물을 상기 물 공급 수단에 도입하는 도입유로가 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 상기 물 공급 수단내로만 상기 물의 흐름을 허용하는 역류 방지 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본 발명의 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에서, 상기 이중 용기 구조는 상기 압력 용기의 외주부를 구성하는 외통부와, 상기 반응 용기의 외주부를 구성하는 내통부를 이중 통 형상으로 배치한 것으로 구성하고, 상기 외통부와 내통부 사이에는 상기 열교환 수단 외측에, 상기 외통부 및 내통부와 다중 통을 구성하도록 배치된 통 형상의 칸막이판을 설치하고, 상기 칸막이판에는 축방향의 일단부에 개구부를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 상기 칸막이판을 복수개 설치하고, 상기 각 칸막이판은 축방향의 일단부에 개구부를 갖는 것과, 축방향의 타단부에 개구부를 갖는 것이 직경방향으로 번갈아 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에서의 상기 물의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 원료, 산화제 및 물이 각각 원료 공급 수단, 산화제 공급 수단 및 물 공급 수단에서 반응 용기내로 공급됨으로써, 원료와 산화제가 반응 용기내의 수 분위기하에서 발열을 수반하는 가스화 반응 등의 화학반응을 일으키게 된다. 이 경우, 반응 용기내의 물은 상기 화학반응에 의해 고온 고압으로 된다.

즉, 물은 반응 용기내에서 300 ∼ 1200℃ 에서 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22.4 ∼ 35㎫) 의 아임계 또는 초임계수 상태가 된다. 이 아임계 또는 초임계수하에서는 원료와 산화제 및 물의 비율을 적절히 변화시킴으로써, 원료가 산화제와 반응하거나, 물과 반응함으로써, 원료를 분해하여 CO₂등의 무해 가스로 전환하거나, 또한 수소, 메탄, 이산화탄소 등을 주성분으로 하는 고온 고압의 생성물을 얻을 수 있다.

이 생성물은 열교환 수단에서 배출 라인을 통해 압력 용기 밖으로 배출되고, 냉각 등의 처리후에 회수되게 된다.

한편, 물은 물 공급 라인에서 물 도입구를 통해 압력 용기와 반응 용기 사이로 도입되고, 열교환 수단에 의해 열을 받아 승온된 것이 물 공급 수단의 유로를 통해 반응 용기내로 분출되게 된다. 열교환 수단은 내부를 통과하는 고온의 생성물에서 물로 열을 이동시킴으로써, 물의 온도를 상승시킴과 동시에 생성물의 온도를 강하시키게 된다. 온도 강하 후의 생성물은 배출 라인을 통해 압력 용기 밖으로 보내어지게 된다.

또한, 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 반응 용기내의 압력과 같은 정도로 유지함으로써 반응 용기 내외의 압력을 거의 동일한 압력으로 균형잡히게 할 수 있다. 또한 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 열교환 수단에 의해 아임계수 또는 초임계수 상태까지 가열되어 압축성을 갖는 균형 유체로서 기능하게 된다.

따라서, 반응 용기의 두께를 얇게 할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

또한, 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 반응 용기내에 공급되게 되어 외부로 그대로 배출되지 않으므로, 에너지 소비량의 저감을 도모할 수 있다.

또한 물의 온도를 열교환 수단을 통과하는 생성물의 열을 이용하여 상승시킬 수 있음과 동시에, 당해 생성물의 온도를 물을 이용하여 떨어뜨릴 수 있으므로, 물의 승온 및 생성물의 강온에 요구되는 에너지를 저감할 수 있다.

또한, 반응 용기의 벽면을 열전달면으로 기능시킬 필요가 없으므로, 예컨대 알루미나 등 산화물, 질화규소 등 질화물, 탄화규소 등 탄화물 등의 내열성을 갖는 단열재를 반응 용기의 내벽면에 설치할 수 있다. 이 경우, 반응 용기 내외의 압력을 거의 균등하게 균형잡히게 할 수 있고, 반응 용기의 압력이 변동된 경우라도 당해 반응 용기의 벽면은 거의 탄성변형되는 경우가 없으므로, 반응 용기에 비해 취약한 재료로 구성되는 상기 단열재를 이용하여도 당해 단열재에 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 단열재의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

본 발명에서는 제 2 물 공급 라인에서 열교환 용기로 공급된 물이 당해 열교환 용기내의 전열관에 의해 가열된 후에 물 공급 수단에서 반응 용기내로 분출되게 된다.

따라서, 반응 용기에 공급되는 물을 효율적으로 승온시킬 수 있다.

또한, 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 열교환 용기에 덮여 있지 않은 전열관에 의해 아임계수 또는 초임계수 상태까지 가열되고, 압축성을 갖는 균형 유체로서 기능하게 된다.

또한, 본 발명에서는 물 공급 수단내로만 물의 흐름을 허용하는 역류 방지 수단을 설치하고 있으므로, 예컨대 긴급 정지시에 반응 용기내에서 발생된 부식성 유체가 물 공급 수단의 유로를 역류하지 않게 된다. 따라서, 예컨대 압력 용기와 반응 용기 사이로 부식성 유체가 유출되어 당해 압력 용기의 내면이 침식되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 외통부와 내통부 사이에서의 열교환 수단 외측에 외통부 및 내통부와 다중 통을 구성하도록 통 형상의 칸막이판을 설치하고 있으므로, 물 도입구로부터 유입된 물을 먼저 외통부와 칸막이판 사이를 통해 축방향의 일단측으로 흐르게 한 후에 열교환 수단으로 승온시킬 수 있다. 따라서, 압력 용기의 내주면을 따른 부분이 일종의 단열층으로 구성된 상태가 되므로, 외통부에 설치하는 단열재를 얇게 할 수 있거나, 또는 당해 단열재가 필요없어진다.

또한, 열교환 수단에서 발하는 방사열을 칸막이판으로 차단할 수 있다는 점에서도 상기 외통부의 온도상승을 억제할 수 있다. 그리고, 칸막이판이 방사열로 데워진 경우에는 그 열이 물에 전달되기 쉬워지므로, 물의 승온효율이 보다 증가하게 된다.

또한, 본 발명에서는 축방향의 일단부에 개구부를 갖는 칸막이판과, 축방향의 타단부에 개구부를 갖는 칸막이판을 직경방향으로 번갈아 배치하고 있으므로, 예컨대 물 도입구로부터 유입된 물을 외통부의 내면을 따라 축방향의 일단측으로 이동시킨 후에, 다음의 칸막이판과 칸막이판 사이에서 축방향의 타단측으로 이동시킬 수 있다. 즉, 물의 이동층을 외통부를 따라 몇 층으로도 구성할 수 있으므로, 이 부분의 단열능력을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 설치하고 있으므로, 이 압력 조정 수단의 설정압력대로 물의 압력을 제어할 수 있다. 또한, 반응 용기내의 압력과, 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 측정하여 당해 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력이 반응 용기내의 압력에 근사하도록 압력 조정 수단을 피드백 제어함으로써, 반응 용기 내외의 압력을 상시 거의 균등해지도록 균형잡히게 할 수 있다.

또한, 상기 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법은 탄화수소계 중질 원료와 개질 매체의 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하의 반응로내에 공급함과 동시에 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로 하여 상기 반응로내에 공급하여 연소시킴으로써, 당해 반응로내에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성함과 동시에, 당해 반응로내를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지하고, 상기 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법은 탄화수소계 중질 원료와 개질 매체의 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하의 반응로내에 공급함과 동시에, 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로서 상기 반응로내에 공급하여 연소시킴으로써, 당해 반응로내에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성함과 동시에, 당해 반응로내를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지하고, 상기 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질한 후, 상기 개질된 원료를 증류 처리에 의해 분류하고, 상기 분류 결과 발생된 잔사를 상기 연소 원료의 일부로서 상기 반응로내에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법은 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질한 후에, 그 개질한 원료와 개질 매체가 혼재하는 기체 성분으로부터 고체 성분을 분리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법은 상기 개질 매체로서 물을 사용하여 이루어지고, 상기 연소 원료의 연소에 의해 상기 반응로내의 압력을 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22 ∼ 35㎫) 로 함과 동시에, 상기 부분 연소 영역의 온도를 600 ∼ 1000℃ 로 하고, 또한 상기 반응로내에서의 상기 부분 연소 영역 이외의 영역의 온도를 380 ∼ 900℃ 로 조정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 탄화수소계 중질 원료의 개질 장치는 탄화수소계 중질 원료와 개질 매체를 혼합하는 믹서와, 상기 믹서로 혼합한 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하에 도입함과 동시에, 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로서 도입하여 연소시킴으로써, 내부를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지함과 동시에, 당해 내부에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성하고, 이 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질하는 반응로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 탄화수소계 중질 원료의 개질장치는 상기 반응로에서 개질된 원료를 증류 처리에 의해 분류하는 증류탑을 구비하여 이루어지고, 상기 증류탑에서의 분류 결과 발생된 잔사를 상기 연소 원료의 일부로서 상기 반응로내에 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서는 중질 원료와 개질 매체의 혼합물을 고온 고압의 반응로내에 공급함으로써, 중질 원료나 개질 매체가 가열되어 팽창하게 된다.

한편, 혼합물의 일부를 연소 원료로서 공급하여 연소시킴으로써, 반응로내를 고온 고압의 상태로 유지할 수 있음과 동시에 동 반응로내의 일부에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성할 수 있다.

그리고, 부분 연소 영역에서는 중질 원료를 부분 연소시킴으로써 반응활성인 수소가 발생된다. 그리고, 이 활성 수소가 중질 원료에 접촉함으로써, 당해 중질 원료에 함유되어 있는 통상의 수소로는 분해할 수 없는 황의 방향환 화합물인 티오펜계 황, 예컨대 디벤조티오펜 (이하「DBT」라고 함), 디메틸디벤조티오펜 (DMDBT) 등을 황화수소 (H₂S) 로 전환할 수 있다. 즉, 고효율 탈황을 수반하는 개질을, 외부로부터 수소를 공급하거나, 촉매 등을 사용하지 않고 저비용으로 실시할 수 있다.

또한, 개질 매체로서 예컨대 물을 사용한 경우에는 중질 원료는 고온 고압하에서의 다음의 식 (1), (2) 의 반응에 의해 경질화되고, 또한 물에 의한 바구니 효과 (cage effect) 에 의해 생성물의 재중합이 억제된다.

C_mH_n→CH₄＋H₂＋C_n'H_m'＋ ……(1)

C_mH_n＋xH₂O →CH₄＋H₂＋C_n'H_m'OH … …(2)

따라서, 중질 원료의 경질화를 외부로부터 수소를 공급하거나 촉매 등을 사용하지 않고, 저비용으로 효율적으로 실시할 수 있다.

본 발명에서는 개질후의 분류에 의해 생긴 잔사를 연소 원료로 사용하고 있으므로, 이러한 잔사도 유효하게 사용할 수 있다. 또한, 이 잔사에 상기 기술한 DBT 가 대량으로 포함되어 있더라도 부분 연소에 의해 분해ㆍ탈황을 도모할 수 있으므로, 황분이 또 다른 잔사에 남아 고체화되는 경우는 없다.

또한, 본 발명에서는 개질된 후의 그 경질화된 원료 및 개질 매체가 고온 고압의 기체상으로 되어 있으므로, 그 기체 성분 중에 포함되는 고체 성분을 필터나 사이클론 등에 의해 쉽게 분리하여 빼낼 수 있다. 그리고, 고체 성분 중에는중질 원료에 함유되어 있던 금속이나 광물 등의 성분이 함유되어 있는 점에서, 그 금속 등의 자원을 유효하게 회수할 수 있다.

본 발명에서는 개질 매체로서 물을 사용하고 있고, 반응로내에서는 물의 임계온도 374℃ 이상의 온도 조건으로 되어 있으므로, 압력이 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22 ∼ 35㎫) 이라도 물은 저밀도의 유체 상태로 되어 있다. 그리고, 부분 연소 영역의 온도가 600 ∼ 1000℃ 로 되어 있는 점에서, 이 부분 연소 영역에서 활성 수소가 발생하게 된다. 따라서, 그 활성 수소에 의해 중질 원료 중의 난분해성 황 화합물을 충분히 분해할 수 있다.

또한, 부분 연소 영역 이외의 영역의 온도가 380 ∼ 900℃ 로 설정되어 있으므로, 이 영역에서 상기 식 (1), (2) 의 반응을 일으켜 중질 원료의 경질화를 도모할 수 있다. 물론, 부분 연소 영역에서도 중질 원료의 경질화를 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 탄화수소계 원료의 가스화 방법은 내부가 22㎫ 이상의 고온 고압수에 의해 채워진 가스화 반응기의 하부로부터 탄화수소계 원료와 당해 탄화수소계 원료를 완전히 산화시키는데 필요한 양 이상의 산화제를 공급함과 동시에, 당해 가스화 반응기의 상부로부터 탄화수소계 원료를 공급함으로써, 상기 가스화 반응기의 하방에서 상부로 향해 순차적으로 산화 반응부, 가스화 반응부, 열분해부 및 시프트 반응 촉진부를 형성시키고, 상기 산화 반응부에서 하부로부터 공급된 상기 탄화수소계 원료를 상기 산화제로 산화시켜 이산화탄소와 여잉 산화제를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴과 동시에 반응열을 발생시키고, 상기 열분해부에서상부로부터 공급된 상기 탄화수소계 원료를 하방에서 발생된 열에 의해 열분해함으로써, 수소를 주성분으로 하는 분해 가스와 탄소를 주성분으로 하는 잔사를 생성시키고, 상기 가스화 반응부에서 상기 열분해부로부터 유하되는 상기 잔사를 상기 반응열을 가한 온도 분위기하에서 상기 산화 반응부에서 생긴 상기 이산화탄소, 여잉 산화제 및 고온 고압수와 반응시켜 일산화탄소와 수소를 함유하는 혼합 가스를 생성시키고, 상기 시프트 반응 촉진부에서 상기 일산화탄소를 고온 고압수에 의해 수성 가스 시프트 반응시킴으로써 수소와 이산화탄소로 변환시켜 상기 가스화 반응기로부터 빼내는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 때, 상기 가스화 반응기의 상부로부터 공급하는 상기 탄화수소계 원료보다 저발열량 또는 저발열량으로 조정한 탄화수소계 원료를 당해 가스화 반응기의 하부로부터 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 산화제의 공급비율이 상부 열분해부로부터 유하되는 잔사 및 하부로부터 공급되는 상기 탄화수소계 원료의 전체량을 완전히 산화시키는데 필요한 산소량에 대해 0.5 ∼ 1.5 의 범위로 할 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 산화 반응부의 온도는 400 ∼ 1000℃ 의 범위이고, 또한 상기 가스화 반응부의 온도는 600 ∼ 1000℃ 의 범위임과 동시에, 상기 열분해부의 온도는 600 ∼ 800℃ 의 범위로 할 수 있다.

본 발명은 상압 증류 잔사, 감압 증류 잔사 등 석유 정제, 또는 석탄 유화 산업에서 생산되는 중질계 물질의 개질 또는 천연 중질유 등의 개질, 및 폐플라스틱 등 석유계 제품 유래의 원료를 전환시킴으로써 리사이클율을 향상시켜 각 생산 현장에서의 경제성을 향상시키기 위한 기술에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 석탄, 석유, 천연 타르 등의 화석 연료, 폐플라스틱, 하수 오니 등의 유기 폐기물, 바이오매스 등의 재생가능 리사이클 자원 등을 고온 고압수 분위기하에서 반응시킴으로써, 동 자원으로부터의 에너지 회수 또는 경질 연료로의 개질을 실시하기 위한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 석유 정제 설비에서의 상압 잔사나 감압 잔사, 천연 중질유, 난분해성 폐기물 등의 탄화수소계 중질 원료를 개질하여 보다 경질의 원료를 얻기 위한 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법 및 개질 장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 탄화수소 자원이나 탄화수소계 폐기물 등의 각종 탄화수소계 원료로부터 유용한 수소 가스를 얻기 위한 탄화수소계 원료의 가스화 방법에 관한 것이다.

도 1 은 초임계기술을 석유 정제에 도입하는 개념을 나타내는 도면이다.

도 2 는 초임계기술을 석유 정제에 도입하는 프로세스 및 시스템을 나타내는개념도이고, 또한 열분해ㆍ가스화 기술의 시스템을 나타내는 도면이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c 는 저칼로리 원료의 이용도 가능하게 하는 가스 및 오일의 제조장치의 개념을 나타내는 도면이고, 도 3a 는 가스 제조를 나타내고, 도 3b 및 도 3c 는 가스 ＋ 오일의 제조를 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5 는 저칼로리 원료의 이용도 가능한 가스 및 오일의 제조장치의 개요와, 내부에 설치되는 다단 접촉 장치의 구성예를 나타내는 것이고, 모두 가스와 오일 병산형이다.

도 6a 및 도 6b 는 비교적 열량이 높은 원료의 가스 및 오일의 제조방법과 장치를 나타내는 설명도이고, 도 6a 는 가스의 제조를 나타내고, 도 6b 는 가스 ＋ 오일의 제조를 나타내고 있다.

도 7 은 도 6b 에 나타낸 가스와 오일의 병산형의 구조를 나타내는 장치의 설명도이다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c 는 도 7 에 나타낸 고온 부분 연소부의 구조의 상세를 나타내는 설명도이다.

도 9 는 본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치의 바람직한 일실시예에서의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 10 은 본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치의 다른 실시예에서의 구성을 나타내는 설명도이다.

도 11 은 본 발명에 의한 탄화수소계 중질 원료의 개질 장치의 바람직한 일실시예에서의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 12 는 본 발명에 의한 탄화수소계 중질 원료의 개질 장치의 다른 실시예에서의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 13 은 실시예 4, 5, 6 및 비교예 4 의 실험을 위한 개질 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 14 는 동 실시예 4, 5, 6 의 실험결과를 나타내는 그래프이다.

도 15 는 본 발명의 일실시예에 의한 가스화 반응기를 나타내는 개략 구성도이다.

도 16 은 본 발명의 일실시형태에 채용하기 위한 가스화 시스템을 나타내는 개략 구성도이다.

도 17 은 도 16 의 가스화 시스템의 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.

도 18 은 도 16 의 가스화 시스템의 다른 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

초임계수를 포함하는 고온 고압수 기술을 석유 정제에 도입하는 개념을 나타내는 도 1 에서, 이 도면에 나타내는 방법에 의해 석유 정제로부터의 잔유, 및 폐플라스틱을 고온 고압수를 사용한 열분해 및 가스화의 2 단계 처리에 의해 양질의 오일 및 석유 가스 (LPG) 를 회수함과 동시에 이 열분해의 과정에서 생성되는 열분해 잔유를 고온 고압수 중에서 가스화하고, 수소, 가연 가스, 이산화탄소로서 회수한다.

즉, 도 1 에서 원유로부터 유용한 경질 유분을 회수하는 감압 증류 후에 얻어지는 중질의 오일을 감압 증류 잔사 또는 잔유라고 부르는데, 이 열분해에 의해 먼저 경질의 오일분 (나프타, 등경유분) 과 경질 가스 (LPG) 등을 얻는다. 이 오일분 및 경질 가스를 회수한 나머지는 보다 중질의 오일 또는 고체상의 잔사가 되지만, 고온 고압수 중의 가스화에 의해 수소, 메탄 (가연 가스), CO₂로 전환된다. 이 열분해 및 가스화에 의해 경질유 및 경질 가스는 석유제품의 수율향상에 기여하고, 또한 가스화에 의해 얻어진 수소는 석유 정제에서의 수소화 정제ㆍ수소화 분해의 수소로서 이용할 수 있다.

또한, 부산물로서 생성되는 CO₂는 석유제품의 한 상품으로 할 수도 있게 되고, 또한 지금까지 중질유 중의 불순물로 취급받았던 가스화 잔사 중에 농축된 금속류 (Ni,V) 는 자원물로 취급할 수 있다.

도 2 는 초임계수를 포함하는 고온 고압수 기술을 석유 정제에 도입하는 프로세스를 얻기 위한 본 발명에 의한 시스템의 개요를 나타내는 도면이다. 이 도면에서 장치는 고압 펌프 (1), 라인 믹서 (2), 반응로 (3), 고체 분리기 (4), 열교환기 (5), 수분리기 (9), 감압 밸브 (6), 및 생성된 오일의 증류장치 (7) 를 구비하고 있다.

상기 반응로 (3) 는 원료의 일부를 산화제와 반응시키는 부분 연소부 (3b) 와, 이 부분 연소부의 열을 받아 원료의 대부분이 열분해를 받는 열분해부 (3a) 로 이루어진다.

도시한 바와 같이, 먼저 원료는 고압 펌프 (1) 를 통해 라인 믹서 (2) 에 공급된다. 동시에 이 라인 믹서에 고압 펌프 (8) 로 물을 공급하는데, 이 물은 프로세스 후반의 공정에서 자신과 열교환하고, 예열되고, 고온 고압수로 되어 있다. 라인 믹서 (2) 를 나온 원료-물 혼합 유체는 일부를 유량 조절 밸브 (2c) 를 통해 반응기 하부 (부분 연소부 (3b)) 에, 또한 대부분을 반응기 상부 (열분해부 (3a)) 에 공급한다. 반응기 하부에 공급하는 원료는 마찬가지로 하부로부터 공급하는 산화제에 의해 부분 연소시키고, 그 열에 의해 반응기내 상부에서 가스화, 열분해를 연속하여 실시한다. 열분해부 (3a) 에서는 하부에서 고온으로 된 유체 중에 공급하고, 혼합되어 전체적으로 열분해에 적합한 온도까지 저하시킨다. 이 온도에 의해 상부로부터 공급된 원료는 열분해를 받아 경질유와 경질 가스가 생성된다.

열분해후의 생성물은 생성 경질물과 금속을 함유한 탄소계 고체인 잔사가 약간 생성되어 있기 때문에, 고체 분리기 (4) 에 의해 고체를 분리하고, 열교환기 (5) 에 의해 냉각시킨 후, 압력과 온도를 조절하고, 미반응의 중질분과 물의 대부분을 수분리기 (9) 를 통해 분리한 후, 증류탑 (7) 에 보내고, 냉각 수단 (72) 이나 분리 탱크 (73) 를 통해 경질유와 가스를 분리한다.

증류탑 (7) 을 거친 분해하고 남은 중유는 황 및 금속을 함유한 칼로리가 높은 원료이지만, 리사이클하여 경질화 오일을 생성하기에는 바람직하지 않기 때문에, 반응로 (3) 의 부분 연소측 (3b) 의 원료로 리사이클하여 연소시켜 열원으로 이용한다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c 는 저칼로리 원료의 이용도 가능하게 하는 가스 및오일의 제조장치의 개념을 나타내는 도면이다. 도면에서, 제조장치의 반응 용기 자체는 이중관 구조로 되어 있지만, 후술하는 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3a 에서, 가스화 반응기 (20) 의 바닥부에는 전처리된 원료를 공급하는 하부 원료 공급 라인 (15) 과 공기, 순산소 또는 과산화수소 등의 산화제를 공급하는 산화제 공급 라인 (16) 이 접속되어 있다. 또한 가스화 반응기 (20) 의 상부에는 전처리된 원료를 상기 가스화 반응기 (20) 내로 공급하는 상부 원료 공급 라인 (17) 이 접속됨과 동시에 천정부에는 내부에 원료를 가스화함으로써 생성된 가스 및 고온 고압수를 배출하기 위한 배출 라인 (18) 이 접속되고, 이 배출 라인 (18) 이 가스화 반응기 (20) 로부터 배출된 가스로부터 물을 분리하는 기액 분리 장치 (도시하지 않음) 로 안내되고 있다.

다음에, 도 3b 에서 이 장치는 산화 반응부, 가스화 반응부를 거친 고온의 가스 유체에 2 종류의 열분해성이 다른 원료를 다른 위치로부터 공급합으로써 경질유와 경질 가스를 얻는 것이다. 이 중, 열분해 영역 (1) 은 가스화 반응부로부터의 고온의 가스와 접촉하기 위해 열분해에 의한 경질 가스 생성의 비율의 증가와 탈황 작용이 크고, 중질계이며 또한 황 농도가 높은 원료 (감압 증류 잔사, 천연 중질유 등) 가 바람직하다. 이 영역에서는 열분해와 더불어 가스화 부분에서 생성된 수소에 의한 수소화 분해의 효과도 기대할 수 있다. 한편, 열분해 영역 (2) 에서는 상기 열분해 영역 (1) 에서 온도가 저하된 유체가 유입되기 때문에 보다 온화한 열분해를 기대할 수 있고, 상기 중질계 원료에 추가하여 보다 분해하기쉬운 원료 (예컨대 상압 증류 잔사, 쉘 오일 등) 를 공급할 수 있다.

또한, 도 3c 는 도 3a 의 경우와 대략 동일하지만, 이 구성의 경우, 산화 반응부, 가스화 반응부를 거친 고온의 가스 유체에, 1 종류의 열분해 원료를 공급함으로써 경질유와 경질 가스를 얻는 구조이다.

도 4 및 도 5 는 저칼로리 원료의 이용도 가능한 가스 및 오일의 제조장치의 개요를 나타내는 것으로, 모두 가스와 오일의 병산형이다.

도 4 에서 공급원료 등의 열교환기 (40), 원료, 산화제, 물 등을 공급하는 공급 노즐 (41,42,44), 반응 용기 (45) 와 이들을 포함함과 동시에 반응 용기 (45) 내의 고압을 유지하기 위한 압력 용기 (46) 를 구비하고 있다. 열교환기에 의해 반응 용기 (45) 로부터의 방산열을 회수하고, 반응 용기내로 리사이클시키기 위해 압력 용기 (46) 는 200 ∼ 400℃ 정도의 온도에서, 고압을 유지할 수만 있으면 되므로, 비교적 간단한 구조로 구성할 수 있다.

도 5 는 도 4 의 구성의 변형예이다. 즉, 도 4 의 구성에 다단 접촉형 장치 (60) 를 설치하여, 추가로 도시한 바와 같이 이 장치의 상부로부터 물을 분무시킬 수 있게 함으로써 다단 접촉형 장치내에 온도분포를 제어한 영역을 형성시키고, 이 장치내에서 열분해를 실시하게 하는 것이다. 하부로부터의 생성 가스 유체와의 접촉이 양호해짐과 동시에 이 다단 접촉형 장치의 상부로부터 공급되는 원료가 이 장치내를 유하함으로써, 서서히 열분해된 것이 상방에 경질유가 하부로부터의 생성 가스에 동반되어 유출되기 때문에 양질의 열분해 경질유를 얻을 수 있게 된다.

상기 다단 접촉형 장치 (60) 는 동 도면의 우측에 나타낸 바와 같이, 지그재그 단차형 구성 (60a) 또는 격자형 구성 (60b) 등의 구조를 채용함으로써 내부의 체류시간을 길게 하는 것과 혼합성을 향상시킬 수 있다.

도 6a 및 도 6b 는 비교적 열량이 높은 원료의 가스 및 오일의 제조방법과 장치를 나타내는 개략도이다.

도 6a 에서 가스화 반응기 (20) 는 산화제 공급 라인 (16), 원료＋물 공급 라인 (19), 생성 가스 배출 라인 (18) 을 갖고, 내부에 상부로부터 부분 연소부 (30), 가스화부 (11), 가스 시프트 반응부 (13) 를 구비하고 있다. 이 구성은 가스만을 제조하는 경우의 구조예이다.

도 6b 에서 가스화 반응기 (20) 는 산화제 공급 라인 (16), 원료＋물 공급 라인 (19), 원료유＋물 공급 라인 (21), 및 생성 가스 배출 라인 (18) 을 갖고, 내부에, 상부부터 부분 연소부 (30), 열분해부 (12) 를 형성하고 있다. 이 구성은 가스 및 오일의 쌍방을 제조하는 경우의 구조예이다. 이 구성에서는 부분 연소부 (30) 에서 원료와 산화제를 부분 연소에서 거의 완전연소에 가까운 상태인 조건의 범위에서, 원료를 가스화시킴과 동시에 고온의 가스 유체로 한다. 이 열의 일부는 이 부분에 공급하는 원료와 물의 예열이 된다.

고온의 가스 유체는 열분해부 (12) 에 도입되고, 여기서 열분해 원료를 공급하여 고온 가스 유체와 열분해 원료를 혼합함으로써, 온도 1000 ∼ 600℃ 의 고온 가스 유체를 급격하게 650 ∼ 400℃ 까지 냉각한다. 한편, 이 과정에서 열분해 원료는 외측의 압력 용기와 내측의 반응 용기 사이에서, 열교환에 의해 예열된 것이 급격히 상기 650∼ 400℃ 까지 승온된다. 이 예열부분에서, 열분해 원료는 분해되기 시작하여 경질유, 경질 가스의 생성과, 이들 생성에 수반되는 중질유가 된다.

또한, 이 열분해부 영역에서 부분 연소부 (30) 에서 발생된 CO 가스는 고온 고압수와 반응하여 시프트 반응을 일으키고, (CO＋H₂O＞CO₂＋H₂) 수소 가스로의 전환이 진행된다. 이 반응의 진행에 의해 생성된 수소 가스가 수소화 분해로서 분해 비율의 향상에 일부 기여한다.

상기한 비교적 열량이 높은 원료의 가스 및 오일의 제조를 개략적으로 나타낸 도 6a 와 도 6b 의 개념을 달성하기 위한 장치 구성예로서 도 7 에 나타낸다. 이 구성은 공급원료 등의 열교환기, 공급 노즐, 반응 용기 (45) 와 이들을 포함하는 압력 용기 (46) 로 이루어지는 간단한 구성으로 장치를 구성할 수 있다.

반응 용기 (45) 는 부분 연소용 용기, 즉 도시한 부분 연소부 (30) 와 열분해용 용기가 되는 열분해부 (12) 로 분할되어 있고, 양자는 네킹부 (47) 를 통해 서로 연결되어 있고, 그럼으로써 부분 연소부에서 생성된 고온의 가스 유체는 상기 네킹부 (47) 가 되는 네킹이 있는 유로를 통해 정류된 가스 유체가 되어 하부방향으로 유입된다. 또한 부분 연소부 용기 (30) 는 외부로부터 가스 또는 물의 유입이 가능한 구조를 갖고, 고온의 부분 연소에 수반되는 용기의 과열을 억제시키는 것이다.

열분해부 (12) 에서는 정류된 고온의 가스 유체와 직접 접촉하지 않는 위치에, 열분해 원료 공급용 노즐 (51) 을 설치한다. 이 노즐 (51) 에 의한 분무에 의해 고온 가스 유체를 급격하게 650 ∼ 400℃ 까지 냉각시킨다. 열분해 원료는 이 열에 의해 분해를 개시하고, 혼합 유체 중에서 경질유와 경질 가스, 및 분해 잔사가 된다. 이 영역에서, 고온 가스 중의 수소, 및 열분해부 (12) 에서 CO 가스의 시프트 반응에 의해 생성되는 수소에 의해 원료의 분해의 촉진을 기대할 수 있다.

열분해 반응 용기 (45) 에서 배출되는 생성물은 부분 연소에 의한 생성 가스 (H₂, CO, CH₄, CO₂), 열분해에 의한 경질유, 경질 가스 (H₂, CH₄, C₂, C₃, C₄) 및 분해 잔유로 이루어진다.

이들 생성물은 후술할 도 12 에 나타낸 것과 동일한 열분해ㆍ가스화 시스템의 후처리에 의해 생성물 (생성 오일, 생성 가스) 과 분해 잔유로 분리되고, 분해 잔유는 부분 연소의 원료로서 리사이클된다. 또 도 7 에서 부호 52 는 열분해 원료 공급 노즐 (51) 과 대칭 위치에 배치한 물ㆍ열분해 원료 공급 노즐이고, 부호 53 은 부분 연소 가스화용 노즐이다.

도 8a, 도 8b 및 도 8c 는 부분 연소부 (30) 의 구조를 나타내는 것이다. 도면에서 부분 연소부 (30) 는 600 ∼ 1000℃ 로 고온으로 되므로, 반응 용기 (45) 부분의 내부를 층상 구조로 하고, 그 층 사이로 가스 또는 물을 외부로부터 공급함으로써 냉각시킨다. 도시한 예에서는 층상 구조로 되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 도 8c 는 외부로부터 공급하는 가스 또는 물의 유량을 복수개로 구분함으로써 (예컨대 도시한 것과 같이 4 개로 구분함으로써) 제어하는 것을 의도하고 있으며, 온도가 높아지는 상측으로부터의 공급이 많아진다. 이러한 구분공급에 의해 부분 연소부 (30) 의 온도를 임의로 제어할 수 있는 것이다. 도면에서, 부호 53 은 각각 역류 방지 밸브이다.

〈구체적 실험예〉

상기 구성에서 구체적 실험결과를 이하에 나타낸다.

(1) 480℃ 열분해 ＋ 가스화

480℃ 에서 초임계수 중에서 중질유를 열분해하고, 경질유 및 경질 가스를 회수하고, 나아가 생성된 잔사를 가스화함으로써 다음과 같은 결과를 얻었다.

(열분해)

온도: 480℃

압력: 25㎫

원료: 1000g (감압 증류 잔사)

생성물:

경질 가스 150g (H₂, CH₄, CO₂, H₂S, C₂, C₃, C₄)

경질유 330g (나프타, 등유, 경유 상당 유분)

중질유 340g

잔사 180g

(가스화)

상기 열분해에 의해 얻어진 생성물 중, 중질유 (340g), 잔사 (180g) 및 경질유 중의 경유 상당 유분 (130g) 을 가스화의 원료로 하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

온도: 약 950℃

압력: 25㎫

원료: 650g

산소: 470g

생성물:

H₂: 75g

CH₄: 134g

CO: 418g

CO₂: 1007g

H₂S: 40g

반응 나머지: 미량

상기 열분해 및 가스화 결과, 중질유를 경질유, 경질 가스로 전환시키는 것이 확인되었다.

(2) 550℃ 열분해 ＋ 가스화

550℃ 에서 초임계수 중에서 중질유를 열분해하고, 경질유 및 경질 가스를 회수하고, 나아가 생성된 잔사를 가스화함으로써 다음과 같은 결과를 얻었다.

(열분해)

온도: 550℃

압력: 25㎫

원료: 1000g (감압 증류 잔사)

생성물:

경질 가스 180g (H₂, CH₄, CO₂, H₂S, C₂, C₃, C₄)

경질유 400g (나프타, 등유, 경유 상당 유분)

중질유 240g

잔사 180g

(가스화)

온도: 약 950℃

압력: 25㎫

원료: 550g

산소: 440g

생성물:

H₂: 63g

CH₄: 102g

CO: 340g

CO₂: 887g

H₂S: 35g

반응 나머지: 미량

다음에, 본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에 관한 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1 실시형태)

먼저, 본 발명에 의한 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치의 제 1 실시예를 도 9 를 참조하여 설명한다.

이 실시예에서 나타내는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치는 도 9 에 나타내는 바와 같이, 압력 용기 (101) 와, 이 압력 용기 (101) 의 내측에 배치된 반응 용기 (102) 에 의해 이중 용기 구조로 구성되어 있다.

압력 용기 (101) 는 원통형상의 외통부 (111) 와, 그 축방향의 일단부를 폐색하도록 배치된 바닥판부 (112) 와, 그 축방향의 타단부를 폐색하도록 배치된 정상판부 (113) 로 구성되고, 적어도 한쪽의 정상판부 (113) 는 외통부 (111) 에 대해 떼어낼 수 있게 되어 있다. 이 압력 용기 (101) 는 두께가 두꺼운 구조용 강 등으로 구성되어 있고, 내부에 발생하는 고압력을 충분히 안전한 허용 응력하에서 유지하도록 되어 있다.

반응 용기 (102) 는 원통형상의 내통부 (121) 와 그 축방향의 일단부를 폐색하도록 배치된 바닥부 (122) 와, 그 축방향의 타단부를 폐색하도록 배치된 정상판부 (123) 에 의해 구성되고, 적어도 한쪽의 정상판부 (123) 는 내통부 (121) 에 대해 떼어낼 수 있게 되어 있다. 이 반응 용기 (102) 는 내부의 분위기 온도가 300∼ 1200℃ 정도의 고온으로 됨과 동시에, 할로겐 화합물 등의 부식성의 반응 가스가 생성되는 점에서, 내열성, 내식성 등을 겸비하는 금속 재료로 구성되어 있다. 또한, 이 반응 용기 (102) 는 내부가 반응에 의해 고압으로 되지만, 후술할 균형 유체로서 겸용된 물에 의해 내외의 압력이 거의 동등하게 유지되는 점에서, 압력 용기 (101) 에 비해 충분히 두께가 얇은 것으로 구성되어 있다.

그리고, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 는 그 외통부 (111) 와 내통부 (121) 가 동축형의 이중 통을 구성하도록 배치되어 있고, 축방향의 일단 및 타단을 아래 및 위로 향한 상태로 설치되어 있다.

또한, 반응 용기 (102) 에는 그 내부로 노즐 (103) 의 선단부가 돌출되도록 설치되어 있다. 이 노즐 (103) 은 압력 용기 (101) 및 반응 용기 (102) 의 각각의 정상판부 (113,123) 의 중앙부를 수직으로 관통하도록 설치되어 있다. 이 노즐 (103) 은 물을 반응 용기 (102) 내로 분출 (공급) 하는 물 공급 노즐 (물 공급 수단) 을 겸비하는 것으로 되어 있다. 즉, 물은 역류 방지 밸브 (134; 역류 방지 수단) 를 통해 노즐 (103) 의 유로에 유입되어 반응 용기 (102) 내로 분출되도록 되어 있다. 또 역류 방지 밸브 (134) 는 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물을 노즐 (103) 에 도입하는 도입관 (135) 에 설치되어 있다.

그리고, 노즐 (103) 은 원액이 액체상이면 원료 및 물을 분무형상으로 하여 산화제와 함께 반응 용기 (102) 내로 분출하도록 되어 있다. 즉, 노즐 (103) 은 원료를 반응 용기 (102) 내에 공급하는 원료 공급 노즐 (원료 공급 수단) 및 산화제를 반응 용기 (102) 내에 공급하는 산화제 공급 노즐 (산화제 공급 수단) 을 겸하는 것으로 되어 있다.

상기 원료로는 화석 연료로서의 석탄, 석유, 천연 타르나 유기 폐기물로서의 폐플라스틱, 하수 오니, 바이오매스 등이다. 또한 산화제로서의 유체, 예컨대 산소나 산소 부하 공기, 또는 H₂O₂등을 노즐 (103) 을 통해 반응 용기 (102) 내에 공급하도록 해도 된다.

그리고, 원료와 산화제는 수 분위기하에서 발열을 수반하는 화학반응을 일으킴으로써, 반응 용기 (102) 중의 물이 고온 고압의 상태가 된다.

즉, 물은 반응 용기 (102) 안이 상기 화학반응에 의해 300 ∼ 1200℃, 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22.4 ∼ 35㎫) 의 아임계 또는 초임계수 상태가 된다. 그리고, 아임계 또는 초임계수하에 상기 원료 및 산화제를 연속적으로 공급하고, 반응을 계속시킴으로써, 그 고온 고압의 상태를 유지함과 동시에, 원료, 산화제, 물 등의 반응에 의해 원료가 분해되어 CO₂등의 무해 가스로 전환되거나, 수소, 메탄, 이산화탄소 등을 주성분으로 하는 고온 고압의 생성 가스 (생성물) 를 얻을 수 있다.

이 생성 가스는 반응 용기 (102) 에서의 내통부 (121) 의 하부에 형성된 생성 가스 유출구 (124) 를 통해 열교환기 (104; 열교환 수단) 에 유입되게 된다.

또한, 바닥부 (122) 에는 잔사 발출용 물이 공급관 (122a) 을 통해 공급되게 되어 있음과 동시에, 잔사 발출용 물이 배출관 (122b) 을 통해 바닥부 (122) 로부터 발출되게 되어 있다. 그리고, 반응 용기 (102) 내에서의 잔사 발출용 물의 수면위치는 이 수면위치를 레벨 센서 (122c) 에 의해 검출하고, 이 검출 데이터에 기초하여 배출관 (122b) 에 설치된 유량 제어 밸브 (122d; 유량 제어 수단) 를 제어하여 유량 제어 밸브 (122d) 로부터 배출되는 잔사 발출용 물의 양을 제어함으로써, 일정한 위치로 유지되게 되어 있다.

상기 생성 가스 유출구 (124) 는 상기 잔사 발출용 물의 수면의 상방위치에 형성되어 있다. 또한, 내통부 (121) 에는 생성 가스 이외의 고형물 등이 생성 가스 유출구 (124) 에 들어가는 것을 방지하기 위한 커버 (125) 가 설치되어 있다. 커버 (125) 는 생성 가스 유출구 (124) 의 상방 및 측방을 덮음으로써 하방으로부터 생성 가스만을 생성 가스 유출구 (124) 로 안내하게 되어 있다.

열교환기 (104) 는 전열관 (141) 을 나선형상으로 감아 원통형상으로 형성한 것이고, 외통부 (111) 와 내통부 (121) 사이에 이들 외통부 (111) 및 내통부 (121) 와 동축형으로 설치되어 있다. 그리고, 열교환기 (104) 는 내통부 (121) 에 가까운 위치에 배치되어 있고, 전열관 (141) 의 일단부가 상기 생성 가스 유출구 (124) 에 접속되고, 당해 전열관 (141) 의 타단부가 생성 가스 배출 라인 (105) 에 접속되어 있다.

또 열교환기 (104) 는 상기 나선형상 이외에, 다관식이나 다중 원통식 등으로 구성해도 된다. 즉, 외통부 (111) 와 내통부 (121) 사이의 공간에 설치될 수 있다면 열교환기 (104) 의 형상은 아무래도 좋다.

또한, 열교환기 (104) 를 배치하는 위치는 외통부 (111) 와 내통부 (121) 사이라면 어디라도 좋다. 즉, 열교환기 (104) 는 상기 기술한 바와 같이 외통부 (111) 및 내통부 (121) 와 동축형으로 배치되어 있지 않아도 된다. 단, 동축형으로 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 압력 용기 (101) 에는 그 외통부 (111) 의 하단부에 물 도입구 (114) 가 형성되어 있음과 동시에, 생성 가스 배출 라인 (105) 을 끼워 통하게 하는 삽통구 (117) 가 형성되어 있다. 물 도입구 (114) 는 압력 균형용 물로서, 또한 반응 용기 (102) 에 공급하기 위한 물 공급 라인 (106) 에 접속되어 있다. 이 물 공급 라인 (106) 에는 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 공급하는 물의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브 (161; 유량 제어 수단) 가 설치되어 있다.

또한, 외통부 (111) 와 내통부 (121) 사이에는 열교환기 (104) 의 외측에, 이들 열교환기 (104), 외통부 (111), 내통부 (121) 와 다중 통을 구성하도록 배치된 원통형상의 칸막이판 (115,116) 이 반경방향으로 소정의 간격을 두고 2 개 설치되어 있다. 외측에 위치하는 칸막이판 (115) 은 하단부 (일단부) 가 압력 용기 (101) 의 바닥판부 (112) 에 용접 등에 의해 밀접하게 고정되고, 상단부 (타단부) 에 개구부 (115a) 가 형성된 구성으로 되어 있다. 이 개구부 (115a) 는 칸막이판 (115) 의 상단과 정상판부 (113) 사이의 틈새에 의해 형성된 것이다.

또한, 내측의 칸막이판 (116) 은 상단부 (타단부) 가 압력 용기 (101) 의 정상판부 (113) 에 용접 등으로 밀접하게 고정되고, 하단부 (일단부) 에 개구부 (116a) 가 형성된 구성으로 되어 있다. 이 개구부 (116a) 는 칸막이판 (116) 의 하단과 바닥판부 (112) 의 틈새에 의해 형성된 것이다. 즉, 칸막이판 (115,116) 은 상단부에 개구부 (115a) 를 갖는 것과, 하단부에 개구부 (116a) 를 갖는 것이 번갈아 배치되어 있다.

또, 칸막이판으로는 상기 칸막이판 (115,116) 과 같이 2 개를 설치하도록 구성하였으나, 전혀 설치하지 않아도 된다. 단, 1 이상의 칸막이판을 설치하는 것이 바람직하다. 그리고, 1 이상의 칸막이판을 설치하는 경우에는 가장 내측 (열교환기 (104) 부근) 에 위치하는 칸막이판의 개구부는 하단부에 위치하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 칸막이판을 1 이상의 홀수개 설치하는 경우에는 물 도입구 (114) 의 위치를 외통부 (111) 의 상단부에 배치하고, 가장 내측의 칸막이판의 개구부를 하단부에 배치하도록 해야 하며, 2 이상의 짝수개 설치하는 경우에는 도 9 에 나타내는 바와 같이, 물 도입구 (114) 를 외통부 (111) 의 하단부에 배치하여 가장 내측의 칸막이판의 개구부가 하단부에 위치하도록 해야 한다.

이 같이 가장 내측의 칸막이판 (116) 의 개구부 (116a) 가 하단부에 배치됨으로써, 물이 열교환기 (104) 의 하측에 공급되고, 당해 열교환기 (104) 의 가열에 의한 상승흐름을 이용하여 물을 효율적으로 상부의 역류 방지 밸브 (134) 에 공급할 수 있게 된다.

상기 역류 방지 밸브 (134) 는 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이에서 노즐 (103) 내로 유입되는 방향으로만 물의 이동을 허용하고, 당해 방향과는 반대 방향으로 물이 흐르는 것을 방지하도록 되어 있다. 또한, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 는 역류 방지 밸브 (134) 및 노즐 (103) 의 라인에서의 상기 기술한 일방의 방향으로만 연통하고 있고 다른 부분에서는 완전히 차단된 상태로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에서는 원료, 산화제 및 물이 각각 노즐 (103) 에서 반응 용기 (102) 내로 공급됨으로써, 수 분위기하에서 원료와 산화제가 발열을 수반하는 화학반응을 일으키게 된다. 이 경우, 반응 용기 (102) 내는 화학반응에 의해 고온 고압으로 된다.

즉, 물은 300 ∼ 1200℃ 에서, 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22.4 ∼ 35㎫) 의 고온 고압의 상태에서 아임계 또는 초임계수 상태가 된다. 이 아임계 또는 초임계수하에서 유기물을 함유하는 원료가 산화제 중의 산소에 의해 산화되어 발열됨으로써, 상기 원료, 물, 산화제 등으로부터 수소, 메탄, 이산화탄소 등을 주성분으로 하는 고온 고압의 가스가 생성되게 된다.

이 생성 가스는 하방으로 이동한 후에 생성 가스 유출구 (124) 를 통해 열교환기 (104) 에 공급되고, 또한 생성 가스 배출 라인 (105) 을 통해 압력 용기 (101) 밖으로 배출되고, 소정의 온도로 냉각된 후에 수소, 메탄, 이산화탄소 등으로 분리회수되게 된다.

한편, 물은 물 공급 라인 (106) 에서 유량 제어 밸브 (161) 를 통해 소정의 압력으로 설정된 것이 물 도입구 (114) 를 통해 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 공급되게 된다. 압력 용기 (101) 내로 유입된 물은 칸막이판(115,116) 등의 사이를 통과한 후, 열교환기 (104) 를 따라 상승하게 된다. 그리고, 물은 열교환기 (104) 내를 통과하는 고온의 생성 가스로부터 열을 받아 승온한 다음 역류 방지 밸브 (134), 노즐 (103) 을 통해 반응 용기 (102) 내로 공급되게 된다.

한편, 생성 가스는 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물에 의해 열을 빼앗겨 온도가 저하된 것이 생성 가스 배출 라인 (105) 을 통해 압력 용기 (101) 외측으로 배출되게 된다.

또한, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물의 압력은 역류 방지 밸브 (134), 도입관 (135) 및 노즐 (103) 등의 압력손실과 반응 용기 (102) 내의 압력의 합이 된다. 단, 역류 방지 밸브 (134), 도입관 (135) 및 노즐 (103) 등의 압력손실은 반응 용기 (102) 내의 압력에 비해 아주 적은 점에서, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물의 압력은 반응 용기 (102) 내의 압력보다 약간 높지만 거의 동등해진다. 따라서, 반응 용기 (102) 내의 압력이 상기 기술한 바와 같이 7 ∼ 35㎫ 의 고압으로 되어도 이 압력에 의해 발생하는 반응 용기 (102) 의 응력을 거의 0 으로 할 수 있다. 즉, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 공급된 물은 열교환기 (104) 에 의해 아임계수 또는 초임계수 상태까지 가열되고, 압축성을 갖는 균형 유체로 기능하게 된다.

따라서, 반응 용기 (102) 의 두께를 얇게 할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

또한 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 공급된 물은 반응 용기(102) 내에 공급되게 되어 외부로 그대로 배출되지 않으므로 에너지 소비량의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 반응 용기 (102) 내의 압력변동에 따라 그 변동후의 압력과 동등한 압력으로 반응 용기 (102) 의 외측의 압력을 변화시킬 수 있으므로, 반응 용기 (102) 에 지나친 응력이 작용하는 것을 확실히 방지할 수 있다. 즉, 반응 용기 (102) 의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 반응 용기 (102) 내로 분출되는 물은 생성 가스의 열을 이용하여 승온시킬 수 있음과 동시에 생성 가스는 물에 의해 냉각시킬 수 있으므로, 물을 승온시키기 위한 에너지나, 생성 가스를 냉각시키기 위해 요하는 에너지의 저감을 도모할 수 있다.

그리고, 열교환기 (104) 를 설치함으로써, 반응 용기 (102) 에서의 내통부 (121) 나 정상판부 (123) 등의 벽면을 열전달면으로 기능시킬 필요가 없어지므로, 예컨대 알루미나 등 산화물, 질화 규소 등 질화물, 탄화 규소 등 탄화물 등의 내열성을 갖는 단열재를 반응 용기의 내벽면을 따라 설치할 수 있다. 따라서, 반응 용기 (102) 의 내구성 향상을 도모할 수 있음과 동시에 보온성 향상에 의한 열효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 반응 용기 (102) 내의 온도가 연소를 수반하는 최상위치에서 하방으로 향함에 따라 떨어지게 되는데, 이 떨어지는 비율을 상기 단열재의 보온효과에 의해 완화시킬 수 있다. 따라서, 가스화 반응의 촉진을 도모할 수 있으므로, 생성 가스의 수율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 반응 용기 (102) 내외의 압력이 거의 균등, 오히려 반응 용기 (102)외부의 압력이 약간 높은 상태가 되도록 제어할 수 있으므로, 반응 용기 (102) 의 변형의 변동을 거의 0 으로 억제할 수 있다. 따라서, 반응 용기 (102) 에 비해 취약한 재료인 상기 단열재에 인장 응력에 의해 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 단열재의 내구성 향상도 도모할 수 있다.

또한, 반응 용기 (102) 의 벽면을 열전달면으로 기능시킬 필요가 없다는 점에서, 그 열전달면을 필요로 하였던 종래의 것에 비해 반응 용기 (102) 의 축방향의 길이를 짧게 할 수 있다. 따라서, 제조비용의 저감을 도모할 수 있음과 동시에 장치 전체의 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 반응 용기 (102) 의 내벽면에 단열재를 설치하지 않는 경우라도 당해 반응 용기 (102) 의 주위가 고온의 생성 가스가 통과하는 열교환기 (104) 에 의해 둘러싸인 상태로 되어 있으므로, 반응 용기 (102) 내의 온도가 하방으로 향함에 따라 떨어지는 비율을 완화시킬 수 있다. 즉, 반응 용기 (102) 내의 온도를 하방의 위치까지 고온으로 유지할 수 있으므로, 가스화 반응의 촉진을 도모할 수 있고, 따라서 생성 가스의 수율 향상을 도모할 수 있다.

그리고 또 단열재는 반응 용기 (102) 의 내벽면에 설치하지 않고, 칸막이판 (115,116) 의 벽면에 설치하도록 구성해도 된다. 이 경우의 단열재는 상기 기술한 반응 용기 (102) 의 내벽면에 설치하는 것보다 내열성이 낮아도 된다. 그리고, 이 단열재는 가장 내측의 칸막이판 (116) 의 내벽면에 설치하는 것이 바람직하다. 이 경우에는 열교환기 (104) 의 주위를 단열재로 둘러쌀 수 있으므로, 반응 용기 (102) 의 보온효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 생성 가스의수율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 노즐 (103) 내로만 물의 흐름을 허용하는 역류 방지 밸브 (134) 를 설치하고 있으므로, 예컨대 긴급 정지한 경우라도 반응 용기 (102) 내의 부식성 유체가 노즐 (103) 을 통해 압력 용기 (101) 내로 역류하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반응 용기 (102) 내의 부식성 유체에 의해 압력 용기 (101) 의 내면이 부식되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

한편, 외통부 (111) 와 내통부 (121) 사이에서의 열교환기 (104) 의 외측에, 칸막이판 (115,116) 을 설치하고 있으므로, 물 도입구 (114) 로부터 유입된 물이 먼저 외통부 (111) 와 칸막이판 (115) 사이를 통과하여 아래에서 위로 이동하고, 나아가 칸막이판 (115,116) 사이를 위에서 아래로 이동하게 된다. 따라서, 압력 용기 (101) 의 내주면을 따른 부분이 일종의 단열층으로 구성된 상태가 되므로, 외통부 (111) 의 외주면에 설치하는 단열재를 얇게 할 수 있거나, 또는 당해 단열재가 필요없어진다. 특히 칸막이판 (115,116) 의 개수를 늘림으로써 단열효과의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 열교환기 (104) 에서 발하는 방사열을 칸막이판 (115,116) 으로 차단할 수 있으므로, 이러한 점에서도 외통부 (111) 의 온도상승을 억제할 수 있다. 그리고, 칸막이판이 방사열로 데워진 경우에는 그 열이 당해 칸막이판을 통해 물에 전달되게 되므로, 물의 온도를 보다 효율적으로 상승시킬 수 있다.

또한, 상기 고온 고압수하에서 반응시킨 원료 중, 고형분 등의 잔사로서 남은 것은 바닥부 (122) 에 축적된 잔사 발출용 물 속에 낙하시켜 이 잔사 발출용 물과 함께 배출관 (122b) 및 유량 제어 밸브 (122d) 를 통해 반응 용기 (102) 및 압력 용기 (101) 밖으로 배출됨으로써 회수된다. 또 여기서 회수된 잔사를 다시 원료로서 반응 용기 (102) 내로 투입해도 되고, 또한 잔사를 분리한 후의 물을 잔사 발출용 물로서 상기 바닥부 (122) 에 공급하도록 구성해도 된다.

또, 노즐 (103) 로서 원료 공급 노즐과, 물 공급 노즐과, 산화제 공급 노즐을 겸비한 구성의 것을 나타내었지만, 이들 원료 공급 노즐, 물 공급 노즐 및 산화제 공급 노즐은 각각 별체의 것으로 구성해도 된다.

(제 2 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 10 을 참조하여 설명한다. 단, 도 9 에 나타내는 제 1 실시형태의 구성요소와 공통하는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략하게 한다.

이 제 2 실시형태에 나타내는 열교환기 (104) 는 제 1 열교환기 (410) 와 제 2 열교환기 (420) 를 구비한 것으로 구성되어 있다.

제 1 열교환기 (410) 는 생성 가스 유출구 (124) 에 접속되고, 내통부 (121) 의 주위에 배치된 전열관 (141) 과 이 전열관 (141) 을 내통부 (121) 와 공동으로 폐색된 상태로 유지하는 열교환 용기 (411) 를 구비한 것으로 구성되어 있다. 열교환 용기 (411) 는 스테인리스 등의 내식성을 갖는 얇은 금속으로 구성한 것이고, 전열관 (141) 의 주위를 내통부 (121) 의 외주벽과 공동으로 둘러쌈으로써 그 내부를 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 공간에 대해 완전히 격절된 상태로 하도록 되어 있다.

단, 열교환 용기 (411) 는 전열관 (141) 주위의 공간을 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 공간과 완전히 격절된 상태로 하는 것이라면 어떠한 태양이어도 된다. 따라서, 예컨대 절연관 (141) 주위를 이중관 형상으로 배치한 것이어도 된다. 즉, 전열관 (141) 주위를 소정의 간격을 두고 둘러싸는 외관에 의해 열교환 용기 (411) 를 구성해도 된다.

제 2 열교환기 (420) 는 제 1 열교환기 (410) 의 상방에 위치하고, 내통부 (121) 의 주위에 배치된 전열관 (142) 을 구비한 것으로 구성되어 있다. 이 전열관 (142) 은 상기 전열관 (141) 과 동일한 것으로 구성되어 있다. 이 전열관 (142) 의 유입구는 연결배관 (143) 에 의해 전열관 (141) 의 유출구에 연결되어 있다. 또한, 전열관 (142) 의 유출구는 생성 가스 배출 라인 (105) 에 접속되어 있다. 또 전열관 (141) 과 전열관 (142) 은 일체의 것으로 구성해도 된다.

또한, 열교환 용기 (411) 의 하부 (전열관 (141) 의 유입구측의 단부) 에는 제 2 물 공급 라인 (107) 이 접속되어 있고, 열교환 용기 (411) 의 상부 (전열관 (141) 의 유출구측의 단부) 에는 도입관 (135; 도입유로) 이 접속되어 있다. 제 2 물 공급 라인 (107) 에는 압력 용기 (101) 의 외측의 위치에 유량 제어 밸브 (171; 유량 제어 수단) 가 설치되어 있다. 또한, 정상판부 (113) 에서의 칸막이판 (116) 의 내측에는 물 배출 라인 (108) 이 접속되고, 당해 물 배출 라인 (108) 에는 압력 제어 밸브 (181; 압력 제어 수단) 가 설치되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치에서는 제 2 물 공급 라인 (107) 으로부터 공급된 물이 생성 가스 유출구 (102) 에 가까운 고온의 전열관 (141) 으로부터 열을 받아 승온하면서 상방으로 이동하고, 도입관 (135), 역류 방지 밸브 (134), 노즐 (103) 을 통해 반응 용기 (102) 내로 공급되게 된다. 따라서, 반응 용기 (102) 에 공급하는 물을 효율적으로 승온시킬 수 있다.

한편, 전열관 (141) 에 의해 열을 빼앗긴 생성 가스는 연결배관 (143) 을 통해 전열관 (142) 으로 유입되고, 여기서 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물과 열교환되어 소정 온도까지 떨어진 후, 생성 가스 배출 라인 (105) 을 통해 압력 용기 (101) 밖으로 배출된다.

또한, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물은 전열관 (142) 에 의해 승온되어 아임계수 또는 초임계수 상태가 되고, 반응 용기 (102) 내의 압력을 백업하는 압력 균형 유체로서 기능한다. 그리고, 이 물의 배수관인 물 배출 라인 (108) 에 압력 제어 밸브 (181) 가 설치되어 있으므로, 반응 용기 (102) 내의 압력과 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 물의 압력을 측정하여 당해 물의 압력이 반응 용기 (102) 내의 압력에 가까워지도록, 압력 제어 밸브 (181) 를 피드백 제어함으로써, 반응 용기 (102) 내외의 압력을 상시 거의 균등해지도록 균형잡히게 할 수 있다.

또한, 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 공급하는 물의 유량은 압력 용기 (101) 내의 온도와 전열관 (142) 의 유출구의 부분에서의 생성 가스의 온도를 측정하여 각각의 온도가 소정 온도에 가까워지도록 유량 제어 밸브 (161; 유량 제어 수단) 를 피드백 제어함으로써, 압력 제어 밸브 (181) 로 압력을 제어하기에 가장 적합한 양으로 컨트롤할 수 있다.

또한, 열교환 용기 (411) 내의 물의 압력은 반응 용기 (102) 내의 압력과, 도입관 (135), 역류 방지 밸브 (134) 및 노즐 (103) 등의 압력손실과의 합이 된다. 단, 도입관 (135), 역류 방지 밸브 (134), 노즐 (103) 등의 압력손실이 반응 용기 (102) 내의 압력에 비해 아주 적다는 점에서, 열교환 용기 (411) 내의 압력은 반응 용기 (102) 내의 압력과 거의 동등해진다. 따라서, 열교환 용기 (411) 내의 압력은 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 압력과도 거의 동등해진다.

이상, 제 1 실시형태에 비해 압력 용기 (101) 내의 온도, 및 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이의 압력을 엄밀하게 관리할 수 있음과 동시에 생성 가스의 배출온도도 그 목표로 하는 온도에 의해 정확히 제어할 수 있다.

그 밖에는 제 1 실시형태와 동일한 작용효과를 나타낸다.

또, 상기 제 2 실시형태의 경우에는 역류 방지 밸브 (134) 를 설치하지 않더라도 반응 용기 (102) 내에서 발생한 부식성 유체 (염산 등) 가 열교환 용기 (411) 내에만 들어가므로, 압력 용기 (101) 가 부식되지 않는다. 따라서, 역류 방지 밸브 (134) 는 삭제할 수 있다.

또한, 만일 부식성 유체가 압력 용기 (101) 와 반응 용기 (102) 사이로 누출된 경우에는 칸막이판 (115,116) 이 설치되어 있으므로, 물 공급 라인 (106) 으로부터 물을 계속 공급함으로써, 압력 용기 (101) 의 부식을 방지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 반응 용기내의 압력과 같은 정도로 유지함으로써, 반응 용기 내외의 압력을 거의 동일한 압력으로 균형잡히게 할 수 있다. 또한, 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 열교환 수단에 의해 아임계수 또는 초임계수 상태까지 가열되어 압축성을 갖는 균형 유체로서 기능하게 된다.

또한, 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 반응 용기내에 공급되게 되어 외부로 그대로 배출되는 경우가 없으므로, 에너지 소비량의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 물의 온도를 열교환 수단을 통과하는 생성물의 열을 이용하여 상승시킬 수 있음과 동시에, 당해 생성물의 온도를 물을 이용하여 떨어뜨릴 수 있으므로, 물의 승온 및 생성물의 강온에 요구되는 에너지를 저감할 수 있다.

또한, 반응 용기의 벽면을 열전달면으로 기능시킬 필요가 없으므로, 예컨대 알루미나 등 산화물, 질화 규소 등 질화물, 탄화 규소 등 탄화물 등의 내열성 등을 갖는 단열재를 반응 용기의 내벽면에 설치할 수 있다. 이 경우, 반응 용기 내외의 압력을 거의 균등하게 균형잡히게 할 수 있어 반응 용기내의 압력이 변동된 경우라도 당해 반응 용기의 벽면은 거의 탄성변형되는 경우가 없으므로, 반응 용기에 비해 취약한 재료로 구성되는 상기 단열재를 이용하더라도 당해 단열재에 균열이 생기는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 단열재의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 제 2 물 공급 라인에서 열교환 용기로 공급된 물이 당해 열교환 용기내의 전열관에 의해 가열된 후에 물 공급 수단에서 반응 용기내로분출되게 되므로, 반응 용기에 공급하는 물을 효율적으로 승온시킬 수 있다.

또한, 압력 용기와 반응 용기 사이로 공급된 물은 열교환 용기에 덮여 있지 않은 전열관에 의해, 아임계수 또는 초임계수 상태까지 가열할 수 있고, 압축성을 갖는 균형 유체로서 기능시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 물 공급 수단내로만 물의 흐름을 허용하는 역류 방지 수단을 설치하고 있으므로, 예컨대 긴급 정지시에 반응 용기내에서 발생된 부식성 유체가 물 공급 수단의 유로를 역류하지 않게 된다. 따라서, 예컨대 압력 용기와 반응 용기 사이에 부식성 유체가 유출되고, 당해 압력 용기의 내면이 침식되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 외통부와 내통부 사이에서의 열교환 수단의 외측에, 외통부 및 내통부와 다중 통을 구성하도록 통 형상의 칸막이판을 설치하고 있으므로, 물 도입구로부터 유입된 물을 먼저 외통부와 칸막이판 사이를 통해 축방향의 일단측으로 흐르게 한 후에, 열교환 수단으로 승온시킬 수 있다. 따라서, 압력 용기의 내주면을 따른 부분이 일종의 단열층으로 구성된 상태가 되므로, 외통부에 설치하는 단열재를 얇게 할 수 있거나, 또는 당해 단열재가 필요없어진다.

또한, 본 발명에 따르면 축방향의 일단부에 개구부를 갖는 칸막이판과 축방향의 타단부에 개구부를 갖는 칸막이판을 직경방향으로 번갈아 배치하고 있으므로, 예컨대 물 도입구로부터 유입된 물을 외통부의 내면을 따라 축방향의 일단측으로 이동시킨 후에, 다음의 칸막이판과 칸막이판 사이에서 축방향의 타단측으로 이동시킬 수 있다. 즉, 물의 이동층을 외통부를 따라 몇 층으로도 구성할 수 있으므로, 이 부분의 단열능력을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 설치하였으므로, 이 압력 조정 수단의 설정압력대로 물의 압력을 제어할 수 있다. 또한, 반응 용기내의 압력과, 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력을 측정하여 당해 압력 용기와 반응 용기 사이의 물의 압력이 반응 용기내의 압력에 근사해지도록 압력 조정 수단을 피드백 제어함으로써, 반응 용기 내외의 압력을 상시 거의 균등해지도록 균형잡히게 할 수 있다.

다음에, 본 발명에 의한 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법과 개질 장치를 실시예에 의해 설명한다.

(제 3 실시형태)

도 11 은 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법을 실시하는 본 발명의 제 3 실시형태로 나타낸 개질 장치이다. 이 개질 방법은 원료 공급 펌프 (201), 라인 믹서 (202; 믹서), 반응로 (203), 고체 분리기 (204), 열교환기 (205), 감압 밸브 (206), 개질한 오일의 증류 분리 장치 (207) 및 물 공급 펌프 (208) 등을 구비하고 있다.

원료 공급 펌프 (201) 는 석유 정제 설비의 경우에서는 원유를 상압 증류나감압 증류에 의해 분류한 후의 상압 잔사나 감압 잔사인 중유나 아스팔트 등의 중질유 (중질 원료) 를 고압으로 라인 믹서 (202) 에 공급하도록 되어 있다. 한편, 물 공급 펌프 (208) 는 액체인 물을 고압으로 열교환기 (205) 를 통해 라인 믹서 (202) 에 공급하도록 되어 있다.

라인 믹서 (202) 는 중질유와 물을 혼합하도록 되어 있다. 그리고, 라인 믹서 (202) 에 의해 혼합된 중질유와 물의 혼합물은 원료 공급 펌프 (201) 및 물 공급 펌프 (208) 의 압력에 의해 제 1 라인 (202a) 을 통해 반응로 (203) 내의 부분 연소 영역 (203b) 을 제외한 열분해 영역 (203a) 으로서, 반응로 (203) 의 상부에 공급됨과 동시에 제 2 라인 (202b) 을 통해 반응로 (203) 내의 부분 연소 영역 (203b) 으로서 반응로 (203) 의 하부에 공급되게 되어 있다. 또한, 제 2 라인 (202b) 에는 상기 혼합물을 부분 연소 영역 (203b) 에 공급하는 양을 조정하기 위한 유량 제어 밸브 (202c) 가 설치되어 있다. 또 부분 연소 영역 (203b) 에는 혼합물이 발열원료로서 공급되게 된다.

반응로 (203) 는 외측을 덮는 세로길이의 압력 용기 (231) 와, 이 압력 용기 (231) 의 내측에 설치된 마찬가지로 세로길이의 반응 용기 (232) 로 이루어지는 이중 용기로 구성되어 있다.

반응 용기 (232) 는 그 내부 전체가 열분해 영역 (203a) 으로 되어 있고, 상기 부분 연소 영역 (203b) 은 반응 용기 (232) 의 하단부에 위치하고 있다. 즉, 반응 용기 (232) 내의 일부, 즉 열분해 영역 (203a) 의 일부가 부분 연소 영역 (203b) 으로 되어 있다.

또한, 부분 연소 영역 (203b) 에는 유량 제어 밸브 (203c) 를 통해 산소 (산화제) 가 공급되도록 되어 있다.

고체 분리기 (204) 는 반응로 (203) 의 상단부로부터 배출 라인 (203d) 을 통해 배출되는 개질후의 오일 (개질후의 원료) 에 함유되어 있던 고체 성분을 필터 (도시하지 않음) 에 의해 분리하여 제거하도록 되어 있다. 즉, 액체상의 오일 및 물은 반응로 (203) 내에서 기체상으로 되므로, 그 기체 중에 함유되는 고체 성분을 필터로 제거할 수 있다. 그리고, 고체 성분 중에는 중질유에 함유되어 있던 금속이나 광물 등의 성분, 예컨대 바나듐 (V), 니켈 (Ni) 등이 함유되어 있으므로, 그 금속 등의 자원을 회수하여 유효하게 이용할 수 있다.

열교환기 (205) 는 물 공급 펌프 (208) 로부터 공급되는 예컨대 상온의 물을 고체 분리기 (204) 로부터 공급되는 개질 후의 오일 및 물을 주성분으로 하는 고온의 기체에 의해 200 ∼ 300℃ 의 온도로 높이도록 되어 있다.

감압 밸브 (206) 는 개질후의 오일 및 물을 주성분으로 하는 고온 고압의 것을 감압하여 증류 분리 장치 (207) 의 증류탑 (271) 에 공급하도록 되어 있다.

증류 분리 장치 (207) 는 증류탑 (271), 냉각 수단 (272) 및 분리 탱크 (273) 를 구비하고 있다. 증류탑 (271) 에서는 비점이 낮은 오일이나 물이 기화되어 상방으로 이동하고, 냉각 수단 (272) 에 의해 냉각되어 분리 탱크 (273) 에 보내지게 된다. 개질된 오일은 분리 탱크 (273) 내에서 CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀, H₂S 등의 가스나, 경질유로서 회수되게 된다. 또한 수분은 분리 탱크 (273) 내에서 경질유와의 분리 작용에 의해 회수되게 된다.

또한 증류탑 (271) 에서는 비점이 높은 잔사가 하방에 고이게 된다. 이 잔사는 도시하지 않은 고압 펌프에 의해 압송되고, 유량 제어 밸브 (202d) 를 통해 반응로 (203) 의 부분 연소 영역 (203b) 에 공급되게 되어 있다.

이어서, 상기 개질 장치를 사용한 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법을 설명한다. 먼저, 질소를 사용하여 반응로 (203) 내를 300℃ 정도로 가열하고, 그 후 메탄올 등의 내부 가열용 연료와 산화제 (산소) 를 사용하여 반응로 (203) 내를 1000℃ 정도로 가열한다. 그런 다음, 제 1 라인 (202a) 및 제 2 라인 (202b) 에서 중질유와 물의 혼합물을 반응 용기 (232) 내로 공급한다. 그러면 연소 원료로서 공급된 혼합물 중의 중질유가 산소와 반응하여 연소를 개시한다. 그럼으로써, 반응 용기 (232) 내를 고온 고압의 열분해 영역 (203a) 의 상태로 유지할 수 있음과 동시에 동 반응 용기 (232) 내의 하부에 보다 고온의 부분 연소 영역 (203b) 이 형성되게 된다.

그리고, 원료 공급 펌프 (201) 에서 공급하는 중질유의 양, 유량 제어 밸브 (202c) 에서 부분 연소 영역 (203b) 으로 공급하는 혼합물의 양, 유량 제어 밸브 (202d) 에서 부분 연소 영역 (203b) 으로 공급되는 잔사의 양, 유량 제어 밸브 (203c) 에서 부분 연소 영역 (203b) 으로 공급하는 산소의 양, 물 공급 펌프 (208) 에서 공급되는 물의 양 등을 조정함으로써 정상 운전으로 한다. 압력은 22 ∼ 35㎫, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도를 600 ∼ 1000℃ 중 소정 온도범위로 조정하고, 부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 의 온도를 380 ∼ 900℃ 중소정 온도범위로 조정함과 동시에 그 상태를 유지한다.

그리고, 반응로 (203) 에서 개질된 원료는 연속적으로 배출 라인 (203d) 으로부터 배출되어 고체 분리기 (204), 열교환기 (205), 감압 밸브 (206), 증류 분리 장치 (207) 로 순차적으로 공급되어 가스나 경질유로서 회수되게 된다. 또한, 증류탑 (271) 에 남은 잔사는 유량 제어 밸브 (202d), 제 2 라인 (202b) 등을 통해 다시 반응로 (203) 내의 부분 연소 영역 (203b) 에 공급되게 된다.

상기와 같이 구성된 개질 장치 및 개질 방법에 따르면 부분 연소 영역 (203b) 에 있어서, 중질유의 부분 연소에 의해 활성 수소를 발생시킬 수 있다. 따라서, 이 활성 수소가 중질유에 접촉함으로써, 당해 중질유에 함유되어 있는 통상의 수소로는 분해시킬 수 없는 티오펜계 황 화합물, 예컨대 DBT 를 황화수소로 전환할 수 있다. 즉 효율적인 탈황을 수반하는 개질을, 외부로부터 수소를 공급하거나, 촉매 등을 사용하거나 하지 않고 저비용으로 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 중질유는 22㎫ 이상 또한 380℃ 이상의 수 분위기하에서, 상기한 식 (1), (2) 의 반응에 의해 경질화되게 된다. 따라서, 중질유의 경질화를, 외부로부터 수소를 공급하거나, 촉매 등을 사용하거나 하지 않고 저비용으로 효율적으로 실시할 수 있다.

반응로 (203) 에서 열분해된 후에는 금속을 함유한 탄소계 고체 성분이 약간 남지만, 이 고체 성분은 고체 분리기 (204) 로 분리하여 계외로 배출시킬 수 있다. 그리고, 증류탑 (271) 에 남은 잔사는 황을 많이 함유한 것이기 때문에, 경질화 오일을 생성하기에는 바람직하지 않지만, 고칼로리이기 때문에 연소 원료로서 반응로 (3) 의 부분 연소 영역 (203b) 에 공급할 수 있다. 이 경우, 잔사 중의 난분해성 황 화합물을 분해할 수 있어 경질화된 오일에 악영향을 미치지 않는다.

또 반응로 (203) 에 공급되는 물은 380℃ 이상으로 가열되어 물의 임계온도 374℃ 이상으로 되어 있으므로, 반응로 (203) 내의 압력이 22 ∼ 35㎫ 로 되더라도 액화되지 않는다. 그리고, 부분 연소 영역의 온도가 600 ∼ 1000℃ 로 되어 있는 점에서, 이 영역에서 활성 수소가 발생한다. 그리고, 표 4 및 도 14 의 실험결과로 알 수 있는 바와 같이, 반응로 (203) 내의 부분 연소 영역 (203b) 의 온도가 640℃ 이상에서는 DBT 의 약 81% 이상을 분해할 수 있고, 780℃ 이상에서는 DBT 의 약 99% 이상을 분해할 수 있다.

또한, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도가 높아지면 상측으로부터 공급되는 중질유의 반응온도도 높아져 경질화가 진행되고, 중질유의 전환의 수율은 경질 가스가 많아지는 경향이 있다. 또한, 상기 기술한 탈황도 촉진되게 된다. 한편, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도가 낮아지면 중질유의 전환의 수율은 경질의 오일이 많아지는 경향이 있다. 이 경우, 경질인 오일 안의 탈황은 저하되지만, 부분 연소 영역 (203b) 을 발생시키지 않는 단순한 고온 고압수중의 열분해의 경우보다 다소 탈황율이 높은 상태가 된다.

또한, 고온 고압수는 중질유를 균일하게 녹이는 효과도 있기 때문에, 종래 기술의 열분해에서는 다량의 코크가 발생하는 데 비해, 본 방법 및 장치에서는 열분해 반응에 수반되는 코크의 발생이 억제되어 경질유의 수율 향상에 기여할 수 있다.

(제 4 실시형태)

다음에, 본 발명의 제 4 실시형태에 대해 도 12 를 참조하여 설명한다. 단, 제 3 실시형태에서 나타낸 구성요소와 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 간략하게 한다. 이 제 4 실시형태가 제 3 실시형태와 다른 점은 제 2 원료 공급 펌프 (211) 및 이차 열분해로 (209) 를 구비하고 있는 점이다.

상기 중질유와는 다른 제 2 중질유 (중질 원료) 가 제 2 원료 공급 펌프 (211) 에서 반응로 (203) 의 출구측의 배출 라인 (203d) 으로 공급되게 되어 있다.

제 2 중질유는 상기 기술한 중질유보다는 경질이며 황 등의 함유량이 적은 것이고, 부분 연소를 수반하지 않는 열분해에 의해 경질화 등의 개질이 가능한 오일이다. 이 제 2 중질유는 반응로 (203) 로부터 배출되는 열분해후의 경질화된 오일 등의 온도를 소정량 낮춤과 동시에 이차 열분해로 (209) 에 공급되게 된다.

이차 열분해로 (209) 는 반응로 (203) 에서 발생한 열이나 여잉의 활성 수소 등을 이용하여 주로 제 2 중질유를 열분해하여 경질화 등의 개질을 실시하도록 되어 있다. 또한, 이차 열분해로 (209) 에서는 내부의 온도를 380 ∼ 550℃ 가 되도록 하는 것이 바람직하고, 제 2 중질유의 체류시간이 5 ∼ 60분 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 개질 장치에 따르면 중질유의 처리량을 저감하지 않고 그 중질유와 다른 제 2 중질유를 개질 처리할 수 있다. 또한, 열분해에 요구되는 열에너지로서 반응로 (203) 의 여잉의 열을 이용하고 있으므로, 개질 처리 비용이 상승되는 것을 억제할 수 있다.

다음에, 본 발명의 구체적인 실시예에 대해 설명한다.

표 1 은 석유 정제공정에서 생성되는 감압 잔사로서의 중질유를 사용하여 경질유 수율, 잔사 발생량 (고체 분리기 (204) 에서 분리된 고체 성분의 양) 을 실험에 의해 구한 결과를 나타내고 있다.

표 1 에서, 실시예 1, 2 는 부분 연소를 실시하지 않고 열분해 영역 (203a) 이 480℃, 650℃, 반응로 (203) 내의 압력이 25㎫ 의 고온 고압수하에서, 중질유를 열분해하는 실험을 실시한 것이다. 또한, 비교예 1 은 물을 공급하지 않고 중질유를 열분해 (기상 열분해) 하는 실험을 실시한 것이다.

표 1 에서, 본 발명에 관한 실시예 1, 2 의 고온 고압수를 사용한 것은 비교예 1 의 기상 열분해의 것에 비해 중질유에서 경질유로의 전환이 양호하게 일어나 수율이 높고 또한 잔사의 발생이 매우 적은 것을 확인할 수 있다.

	실시예 1	실시예 2	비교예 1
온도 (℃)	480	650	480
압력 (㎫)	25	25	0.1
경질유 수율 (%)	78	58
잔사 발생량 (%)	1	2	35

표 2 는 석유 정제공정에서 생성되는 감압 잔사로서의 중질유를 실시예 3 과 비교예 2, 3 에서 경질유의 수율, 황의 잔량, 잔유 발생율을 비교한 실험결과를 나타낸 것이다. 또 여기서 말하는 잔유는 감압 증류 잔사유를 의미한다.

실시예 3 은 부분 연소를 행하지 않고, 열분해 영역 (203a) 이 550℃, 반응로 (203) 내의 압력이 25㎫ 의 고온 고압수하에서, 중질유를 열분해하는 실험을 실시한 것이다.

또한, 비교예 2 는 기존의 열분해 프로세스인 유레카 프로세스를 이용하여 중질유를 열분해하는 타인 문헌의 인용 데이터이고, 비교예 3 은 마찬가지로 기존의 열분해 프로세스인 HSC 프로세스를 이용하여 중질유를 열분해하는 타인 문헌의 인용 데이터이다.

또 표 2 에서 V 는 바나듐을 나타내고, ND 는 검출 하한값 이하를 나타내는 것이다.

표 2 에서, 본 발명에 관한 실시예 3 은 비교예 2 및 3 에 비해 경질유의 수율, 황을 제거하는 능력, 불순물을 제거하는 능력 (예컨대 질소가 감소함), 잔유를 저감하는 능력의 관점에서 우수함을 확인할 수 있다.

	실시예 3	비교예 2	비교예 3
원료	감압증류 잔사황: 5.6%V: 40ppm	감압증류 잔사황: 3.9%V: 202ppm	감압증류 잔사황: 3.9%V: 209ppm
경질유 제품(비점 200℃ 이하)	수율: 58 ∼ 78%황: 0.1%V: ND	수율: 15%황: 1.12%V: ND	수율: 12%황: 2.3%V: ND
잔유 발생량(분해 잔유＋잔사)	11 ∼ 16%	80.5%	81.5%

상기 실시예 1, 2, 3 에서 얻어진 생성물은 상기 표 1, 표 2 의 생성물도 포함하여 나타내면 가스, 생성 오일 (경질유), 생성 중질유, 잔사 등으로 이루어지는데, 이것들은 또한 표 3 에 나타내는 특성을 갖는 생성물로 이루어지는 것이 분석에 의해 확인되었다. 즉, 표 3 을 통해 상기 실시예 1, 2, 3 에서 얻어진 생성물은 가스 및 생성 오일 모두 제품으로서 유효하게 이용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

항목	생성물의 특징
생성 가스	H₂, CO, CO₂, CH₄, C₂-C₄화합물, H₂S
생성 오일	① 방향족 화합물 (톨루엔, 자일렌, 벤젠 등)② 직쇄계 화합물 (헵탄, 옥탄 등)③ 함산소 화합물 (페놀류 등)
생성 중질유	H/C ＝ 0.8 ∼ 1.2V, Ni 금속 함유
잔사	H/C ＝ 0.5 ∼ 0.7V, Ni 금속 함유

표 4 는 중질유에 함유되는 황의 형태 중, 가장 난분해성인 티오펜계 황 화합물에 대해 본 발명의 부분 연소방식을 이용한 경우의 분해성에 대해 실험한 결과를 나타낸다.

표 2 의 실시예 3 에서 0.1% 잔류한 황이 티오펜계 황 화합물이고, 이 황 화합물을 분해할 수 있다면 중질유 중의 황 화합물은 거의 완전히 분해, 탈황할 수 있다고 할 수 있다.

실험은 도 13 에 나타내는 장치를 이용하여 실시예 4, 5, 6 및 비교예 4 의 각 조건으로 나누어 실시하였다. 또 도 13 에 나타내는 실험장치에 대해서는 도 11 에 나타내는 구성요소와 공통되는 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

부분 연소 영역 (203b) 은 연소 원료로서 메탄올과 물의 혼합물을 공급함과동시에 산화제로서 과산화 수소를 공급하였다.

또한, 부분 연소 영역 (203b) 의 상측의 열분해 영역 (203a) 에는 티오펜계 황 화합물 중 하나인 DBT 용액과 메탄올과 물의 혼합물을 공급하였다.

실시예 4 는 부분 연소 영역 (203b) 을 560℃, 부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 을 510℃, 반응 용기 (232) 내의 압력을 25㎫ 로 하는 조건이다.

실시예 5 는 부분 연소 영역 (203b) 을 640℃, 부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 을 590℃, 반응 용기 (232) 내의 압력을 25㎫ 로 하는 조건이다.

실시예 6 은 부분 연소 영역 (203b) 을 780℃, 부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 을 720℃, 반응 용기 (232) 내의 압력을 25㎫ 로 하는 조건이다.

비교예 4 는 부분 연소를 하지 않는 조건에서 또한 열분해 영역 (203a) 을 640℃, 반응 용기 (232) 내의 압력을 25㎫ 로 하는 조건이다.

표 4 및 도 14 를 통해 부분 연소 영역 (203b) 의 온도를 상승시킴으로써, 티오펜계 황 화합물, 즉 DBT 를 분해하는 비율이 상승되어 640℃ 이상에서 81% 이상을 분해할 수 있고, 780℃ 이상에서 99% 이상을 분해할 수 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도로는 600℃ 이상으로 조정하는 것이 바람직하고, 640℃ 또는 780℃ 이상으로 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 반응로 (203) 의 내열성 등을 고려하였을 경우, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도는 1000℃ 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 의 온도는 380℃ 이상으로 조정하는 것이 바람직하고, 450℃ 이상으로 조정하는 것이 더욱 바람직하다. 단, 부분 연소 영역 (203b) 의 온도를 너무 지나치게 높게 해도 전환되는 제품에 변화가 없기 때문에 이 부분 연소 영역 (203b) 의 온도로서 상기 기술한 바와 같이 1000℃ 이하가 바람직하고, 이러한 점에서 열분해 영역 (203a) 도 900℃ 이하로 조정하는 것이 바람직하다.

또, 상기 반응로 (203) 내에서, DBT 를 분해할 수 있었던 것은 부분 연소에 의해 발생된 활성 수소 및 초임계수 분위기에서의 CO(일산화탄소) 등에 의한 것으로 생각된다. 즉, 활성 수소 및 초임계수 분위기에서의 CO 등이 DBT 용액에 접촉함으로써, 단시간에 효율적으로 탈황 반응이 진행된 것으로 추정할 수 있다. 또 초임계수 분위기란 온도 380 ∼ 1000℃ 이고 또한 압력이 7 ∼ 35㎫ (바람직하게는 22.4 ∼ 35㎫) 인 고온 고압의 수 분위기를 말한다.

	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예 4
부분 연소 산소비				-
반응온도 (℃)	560	640	780	640
압력 (㎫)	25	25	25	25
체류시간 (s)	약 5	약 5	약 5	약 5
주요 부분 연소 가스	H₂, CO, CH₄, CO₂	좌동	좌동	-
DBT 분해율 (%)	7	81	99	2

또, 상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는 부분 연소 영역 (203b) 을 반응 용기 (232) 에서의 하부에 형성한 예를 나타냈지만, 부분 연소 영역 (203b) 을 반응 용기 (232) 의 상부나 그 밖의 위치에 형성하도록 구성해도 된다.

또한, 중질 원료로서 중질유를 분해하는 예를 나타냈지만, 난분해성 폐기물 등의 탄화수소계 중질 원료를 분해할 수도 있다.

또한, 개질 매체로서 물을 사용한 예를 나타냈지만, 이 개질 매체로는 예컨대 물을 첨가한 CO₂(이산화탄소) 를 사용해도 된다. 이 경우에도 상기 식 (1), (2) 의 반응에 의해 경질화를 도모할 수 있다.

또한, 부분 연소에 의해 활성 수소나 CO 를 발생시킬 수 있는 점에서 DBT 도 확실히 분해할 수 있다.

그리고, 개질매체로서 물을 첨가한 CO₂를 사용한 경우에는

반응로 (203) 내의 압력을 7.5 ∼ 35㎫,

부분 연소 영역 (203b) 의 온도를 600 ∼ 1000℃,

부분 연소 영역 (203b) 이외의 열분해 영역 (203a) 의 온도를 380 ∼ 900℃ 로 조정하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 중질 원료를 부분 연소시킴으로써 반응 활성인 수소를 발생시킬 수 있으므로, 당해 중질 원료에 포함되어 있는 DBT 를 분해할 수 있다. 따라서, 고효율의 탈황을 수반하는 개질을 외부로부터 수소를 공급하거나, 촉매 등을 사용하거나 하지 않고 저비용으로 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 반응로내에서, 중질 원료의 경질화를, 외부로부터 수소를 공급하거나,촉매 등을 사용하거나 하지 않고, 저비용으로 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 개질후의 분류에 의해 생긴 잔사를 연소 원료로서 사용하고 있으므로, 이러한 잔사도 유효하게 사용할 수 있다. 또한 이 잔사에 상기 기술한 DBT 가 대량으로 함유되어 있더라도 부분 연소시에 발생하는 활성 수소에 의해 고효율의 탈황을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 개질된 후의 그 경질화된 원료 및 개질 매체가 고온 고압의 기체상으로 되어 있으므로, 이 기체 성분 중에 함유되는 고체 성분을 필터나 사이클론 등에 의해 쉽게 분리하여 빼낼 수 있다. 그리고, 고체 성분 중에는 중질 원료에 함유되어 있던 금속이나 광물 등의 성분이 함유되어 있으므로, 그 금속 등의 자원을 유효하게 회수할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 부분 연소 영역의 온도가 600 ∼ 1000℃ 로 되어 있는 점에서, 이 부분 연소 영역에서 활성 수소를 발생시킬 수 있다. 따라서, 중질 원료 중의 DBT 를 충분히 분해할 수 있다.

또한, 부분 연소 영역 이외의 영역의 온도가 380 ∼ 900℃ 로 설정되어 있으므로, 이 영역에서 중질 원료의 경질화를 실시할 수 있다. 물론, 부분 연소 영역에서도 중질 원료의 경질화가 실시됨과 동시에 부분 연소 영역 이외의 영역에서도 활성 수소에 의한 탈황이 행해진다.

다음에, 도면의 도 15 ∼ 도 18 을 참조하여 본 발명의 탄화수소계 원료의 가스화 방법에 대해 설명한다.

먼저, 도 15 및 도 16 은 본 발명의 일실시형태를 실시하기 위한 탄화수소계원료의 가스화 시스템을 나타내는 것으로, 이 가스화 시스템은 도 16 에 나타내는 바와 같이 처리해야 할 폐플라스틱이나 유기 오니 등의 탄화수소계 원료 (이하, 원료라고 약칭함) 에 대해 전처리를 실시하는 전처리 설비 (301a,301b) 와, 내부에 22㎫ 이상의 초임계수 또는 고온 고압수가 채워져 전처리된 원료의 가스화를 실시하는 가스화 반응기 (302) 와, 이 가스화 반응기 (302) 로부터 배출된 가스에서 물을 분리하는 기액 분리 장치 (303) 와, 이 기액 분리 장치 (303) 에 의해 분리된 물을 리사이클 처리하는 수처리 설비 (304) 로 개략 구성된 것이다. 또 상기 수처리 설비 (304) 는 원료의 종류에 따라 가스화 반응기 (302) 로부터 배출되는 가스 중에 불순물을 함유하지 않는 경우에도 반드시 설치해야만 하는 것은 아니다.

여기서, 전처리 설비 (301a,301b) 는 각각 가스화 반응기 (302) 의 상부로부터 공급하는 원료 및 하부로부터 공급하는 원료에 대해 각각에 적합한 전처리를 실시하는 것으로, 당해 원료의 종류에 따라 분쇄 장치, 탈회 장치, 탈염 장치, 슬러리화 장치 등이 선택된다.

그리고, 도 15 에 나타내는 바와 같이 가스화 반응기 (302) 의 바닥부에는 전처리 설비 (301b) 에 의해 전처리된 원료를 공급하는 하부 원료 공급 라인 (305) 과, 공기, 순산소 또는 과산화 수소 등의 산화제를 공급하는 산화제 공급 라인 (306) 이 접속되어 있다.

또한, 가스화 반응기 (302) 의 상부에는 전처리 설비 (301a) 에 의해 전처리된 원료를 당해 가스화 반응기 (302) 내에 공급하는 상부 원료 공급 라인 (307) 이 접속됨과 동시에, 천정부에는 내부에서 원료를 가스화함으로써 생성된 가스 및 고온 고압수를 배출하기 위한 배출 라인 (308) 이 접속되고, 이 배출 라인 (308) 이 상기 기액 분리 장치 (303) 로 안내된다.

다음에, 상기 구성으로 이루어지는 가스화 시스템을 사용한 본 발명에 관한 가스화 방법의 일실시형태에 대해 설명한다.

먼저, 하부 원료 공급 라인 (305) 을 통해, 전처리된 원료를 예컨대 압력이 25㎫ 인 초임계수에 의해 채워진 가스화 반응기 (302) 의 바닥부로부터 공급함과 동시에, 산화제 공급 라인 (306) 으로부터 이 원료를 완전히 산화시키는데 필요한 양 이상의 산화제 (본 실시형태에서는 순산소) 를 공급한다. 또한, 가스화 반응기 (302) 의 상부로부터는 전처리 설비 (301a) 에서 전처리된 원료를 공급한다. 그리고 가스화 반응기 (302) 내의 초임계수는 미리 별도의 공급 라인에서 당해 가스화 반응기 (302) 내로 충전시켜 두어도 되고, 또는 하부 원료 공급 라인 (305) 으로부터의 원료와 함께 공급해도 된다.

그 결과, 가스화 반응기 (302) 의 내부에는 하방에서 상방으로 향해 순차적으로 산화 반응부 (310), 가스화 반응부 (311), 상부 원료 공급 라인 (307) 의 하방위치에 열분해부 (312) 및 그 상방위치에 시프트 반응 촉진부 (313) 가 각각 형성된다.

그리고, 산화 반응부 (310) 에서는 가스화 반응기 (302) 의 하부로부터 공급된 원료의 탄화수소 (H_xC_y) 가 하기 식 (3) 에 나타내는 바와 같이, 초임계수 (H₂O) 중에서 과잉의 산화제에 의해 완전히 산화되고, 이산화탄소 (CO₂) 가스를 함유한 유체가 생성됨과 동시에 상기 산화 반응에 의해 열을 발생시킨다.

H_xC_y＋ mO₂＋ nH₂O →aCO₂＋ bO₂＋ cH₂O ＋ 열(3)

한편, 가스화 반응기 (302) 의 상부로부터 공급된 원료는 열분해부 (312) 에 있어서, 주로 산화 반응부 (310) 에서 발생된 열에 의해 열분해되고, 하기 식 (4) 에 나타내는 바와 같이 메탄 (CH₄), 수소 (H₂) 등을 주성분으로 하는 가스와 탄소 (C) 를 주성분으로 하는 잔사가 생성된다. 그리고, 이 잔사가 하방의 가스화 반응부 (311) 로 유하된다.

H_xC_y＋ 열 →CH₄＋ H₂＋ C(4)

그리고, 가스화 반응부 (311) 에서는

C ＋ 1 / 2O₂→CO ＋ 열(5)

C ＋ CO₂→2CO(6)

C ＋ H₂O →CO ＋ H₂(7)

에 의해 나타내는 바와 같이, 상기 열분해부 (312) 로부터 유하되는 잔사가, 식 (3) 으로 나타낸 산화 반응부 (310) 에서 발생된 반응열에 의한 고압 분위기하에서, 산화 반응부 (310) 에서 발생된 이산화 탄소, 및 미반응의 여잉 산소 그리고 고온 고압수와 반응하여 일산화탄소와 수소를 함유하는 혼합 가스를 생성하는 가스화 반응이 실시된다. 또 이 가스화 반응부 (311) 에서 식 (7) 에 의해 물이 소비되고, 또한 가스화 반응 등에 의해 가스가 생성됨으로써, 물의 분압이 저하되고,초임계수에서 고온 고압수 분위기로 이행된다.

이 때, 특히 본 가스화 방법에서는 식 (6) 으로 나타내는 바와 같이, 열분해부 (312) 에서 생성된 잔사에 대해 산화 반응부 (310) 에서 생성된 이산화탄소가 가스화제로서 기능함으로써 상기 잔사의 가스화 반응이 촉진된다. 또한 이 가스화 반응부 (311) 에서의 식 (6), (7) 로 나타내는 반응은 흡열반응이지만, 산화 반응부 (310) 에서 발생된 반응열에, 상기 식 (5) 에 의한 반응열이 가해지는 결과, 원하는 온도를 유지하면서 상기 가스화 반응이 진행된다.

그리고, 산화 반응부 (310), 가스화 반응부 (311) 및 열분해부 (312) 에서의 최적온도는 공급되는 원료의 종류, 열분해 및 가스화 특성에 의해 결정되어야겠지만, 대략 상기 산화 반응부 (310) 에서 400 ∼ 1000℃ 의 범위이고, 가스화 반응부 (311) 에서 600 ∼ 1000℃ 의 범위임과 동시에, 열분해부 (312) 에서 600 ∼ 800℃ 의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 가스화 반응기 (302) 에 공급하는 산화제의 비율에 대해서도 마찬가지로 원료의 특성에 따라 달라지지만, 산소비에 있어서 상부 및 하부로부터 공급되는 원료의 전체량을 완전히 산화시키는데 필요한 산소량에 대해 0.5 ∼ 1.5 의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 가스화 반응기 (302) 의 바닥부로부터 공급하는 원료는 완전히 산화시킴과 동시에 소정 발열량을 확보할 수 있다면 충분하다. 따라서, 양질의 유기 폐기물 이외에 응집 침전 등으로 인한 유기 오니, 차찌꺼기, 종이 등의 탄화수소 함유량이 낮은 것도 원료로 할 수 있다.

이에 비해 가스화 반응기 (302) 의 상부로부터 공급하는 원료는 열분해되어 탄소를 주성분으로 하는 잔사를 발생시켜 가스화를 발생시키는 것이면 되고, 예컨대 탄화수소의 함유량이 많은 유기 오니, 폐플라스틱, 폐유 등의 원료를 들 수 있다.

따라서, 도 16 에 나타내는 바와 같이 미리 상부로부터 공급하는 원료와 하부로부터 공급하는 원료를 분별하여 이것들에 적합한 전처리 설비 (301a,301b) 를 배치하는 것이 바람직하다.

이어서, 시프트 반응 촉진부 (313) 에서는 가스화 반응부 (311) 및 열분해부 (312) 에서 생성된 CO 및 H₂를 주성분으로 하고, 이것에 소량의 CH₄등을 함유하는 가스가 가스화 반응기 (302) 의 상방으로 유통되는 과정에서, 고온 고압수 (H₂O) 에 의한 수증기 분압이 높은 분위기를 유지하면서 또한 온도가 서서히 저하됨으로써,

CO ＋ H₂O →H₂＋ CO₂(8)

로 나타내는 바와 같이, 수성 가스 시프트 반응에 의해 수소 리치 가스로 전환한다.

이렇게 하여 가스화 반응기 (302) 상부의 시프트 반응 촉진부 (313) 에서 생성된 H₂를 주성분으로 하고, 이것에 CO₂및 소량의 CH₄등을 함유하는 생성 가스 및 고온 고압수는 배출 라인 (308) 으로부터 배출되어 상기 기액 분리 장치 (303) 로 안내된다. 그리고, 이것을 기액 분리 장치 (303) 에서 냉각함으로써, 상기 고온 고압수가 물로서 분리되어 H₂및 CO₂등의 가스만 얻어진다.

여기서, 상기 기액 분리 장치 (303) 에서 얻어진 생성 가스는 본 실시형태와 같이 산화제로서 순산소를 사용한 경우에는 H₂및 CO₂가 주성분으로 되기 때문에, 추가로 CO₂를 분리하는 공정을 부가하면 가연성 가스인 H₂나 CH₄, 그리고 CO₂가스를 자원으로서 케미컬 리사이클할 수 있다.

이상과 같이, 상기 구성으로 이루어지는 탄화수소계 원료의 가스화 방법에 따르면 가스화 반응기 (302) 의 바닥부 및 상부로부터 원료를 공급함과 동시에, 바닥부로부터 산화제를 공급하고, 당해 가스화 반응기 (302) 내에 하방에서 상방으로 향해 순차적으로 산화 반응부 (310), 가스화 반응부 (311), 상부 원료 공급 라인 (307) 의 하방위치에 열분해부 (312) 및 그 상방위치에 시프트 반응 촉진부 (313) 를 형성시키고, 상기 식 (3) ∼ (8) 로 나타내는 바와 같은 반응에 의해 당해 원료의 가스화를 실시하고 있으므로, 종래의 가스화 방법에 비해 보다 저온의 온도 조건에 의해 각종 원료를 효율적으로 가스화할 수 있다.

더불어, 초임계수를 포함하는 고온 고압수를 사용하는 것에 따른 환경 부하 저감성을 달성할 수 있음과 동시에, 가스화 반응기 (302) 로부터 빼낸 생성 가스 및 고온 고압수만 냉각시킴으로써 가스를 세척하면서 쉽게 물을 분리하여 유용한 가스를 얻을 수 있다.

또한, 이 때에 특히 식 (3), (5) 로 나타내는 산화 반응부 (310) 및 가스화 반응부 (311) 에서 발생된 반응열을 열분해부 (312) 에서 상부로부터 공급된 원료의 열분해에 이용할 수 있음과 동시에, 산화 반응부 (310) 에서 생성된 CO₂를 가스화 반응부 (311) 에서 상방으로부터 유하되는 잔사의 가스화제로서 기능시킬 수 있다.

그 결과, 이들 가스화 반응기 (302) 에서의 각종 반응에 의해 생성되는 가스의 특성 및 반응열을 최대한 활용할 수 있음과 동시에, 또한 가스화 반응기 (302) 의 바닥부와 상부의 2 계통으로부터 원료를 공급하고 있으므로, 가스화 반응기 (302) 의 바닥부로부터 탄화수소 함유량이 낮은 원료를 공급하고, 한편 가스화 반응기 (302) 의 상부로부터 탄화수소 함유량이 높은 원료를 공급하는 등의 연구를 함으로써, 유기 오니, 차찌꺼기, 종이 등의 바이오매스, 폐유, 폐플라스틱 등의 자원성 폐기물, 화석 연료 또는 미이용 중질 자원 등의 각종 탄화수소계 원료에 대해 높은 효율로 그 가스화를 실시할 수 있고, 나아가서는 고효율 또한 환경 부하 저감형 폐기물의 리사이클 시스템을 실현할 수 있게 된다.

또, 상기 실시형태에서는 가스화 반응기 (302) 의 바닥부로부터 공급하는 원료와 상부로부터 공급하는 원료를, 독립적으로 라인을 통해 각각 전처리 설비 (301a,301b) 에서 전처리하여 상기 가스화 반응기 (302) 에 공급하는 경우에 대해서만 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 예컨대 도 17 에 나타내는 바와 같이 동일한 원료를 동일한 전처리 설비 (310) 에서 전처리하여 하부 원료 공급 라인 (305) 및 상부 원료 공급 라인 (307) 에서 가스화 반응기 (302) 로 공급해도 된다. 또는, 도 18 에 나타내는 바와 같이 동일한 원료에 대해 전처리 설비 (301a,301b)에서 각각 가스화 반응기 (302) 의 바닥부 또는 상부로부터 공급하기에 적합한 다른 전처리를 실시하여 당해 가스화 반응기 (302) 에 공급할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가스화 반응기의 바닥부 및 상부로부터 원료를 공급함과 동시에, 바닥부로부터 산화제를 공급하고, 당해 가스화 반응기내에 하방에서 상방으로 향해 순차적으로 산화 반응부, 가스화 반응부, 열분해부 및 시프트 반응 촉진부를 형성시키고, 이들 가스화 반응기내의 반응부에서의 각종 반응에 의해 생성되는 가스의 특성 및 반응열을 최대한 활용함과 동시에, 나아가 가스화 반응기의 바닥부와 상부의 2 계통으로부터의 원료의 공급을 연구함으로써, 유기 오니, 차찌꺼기, 종이 등의 바이오매스, 폐유, 폐플라스틱 등의 자원성 폐기물, 화석 연료 또는 미이용 중질 자원 등의 각종 탄화수소계 원료에 대해, 종래의 가스화 방법보다 저온의 온도 조건에 의해 높은 효율로 가스화를 실시하여 유용한 가스로서의 재이용을 도모할 수 있다.

Claims

열분해ㆍ가스화 반응을 실시하고 또한 연소, 가스화, 열분해의 각 부위를 구비한 반응 용기를 갖고, 상기 반응 용기 안에 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단을 배치한 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단은 상기 반응 용기 하부로부터 저발열량의 원료, 또는 저발열량으로 조정한 원료, 물, 산화제를 공급하는 상부 방향을 향한 제 1 공급 노즐과, 상기 반응 용기 중부 위치로부터 열분해에 의해 오일의 생성과 하부로 유하시키는 잔사를 형성시키기 위한 하부방향을 향한 제 2 공급 노즐과, 상기 반응 용기 상부 위치로부터 열분해를 실시하게 하는 상부방향을 향한 원료 공급의 제 3 공급 노즐의, 적어도 2 개의 공급 노즐을 갖는 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 반응 용기 상부 위치로부터 열분해를 실시하게 하는 원료와 하부로부터 상승되어 오는 고온의 생성 가스의 다단 접촉 수단을 구비하고, 이 다단 접촉 수단의 상부로부터 물을 공급함과 동시에 상기 다단 접촉 수단에 임의의 온도 구배를 부하할 수 있도록 한 하부 방향을 향한 물 분무 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 반응 용기는 다중관 구조로 한 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
제 4 항에 있어서, 고압을 유지하기 위한 압력 용기와 열분해ㆍ가스화를 실시하게 하는 반응부 사이에 열분해ㆍ가스화 원료를 각각 독립적으로 예열할 수 있음과 동시에 상기 반응부내의 가스화부에서는 부분 연소를 발생시키는 부분 연소부를 갖고, 또한 부분 연소후의 고온의 가스체 안에 원료를 공급하고, 열분해를 발생시켜 분해 오일과 분해 가스를 발생시키는 열분해부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
열분해ㆍ가스화 반응을 실시하게 하고 또한 연소, 가스화, 열분해의 각 부위를 구비한 반응 용기를 갖고, 상기 반응 용기 안에 복수의 원료, 유체 공급 노즐 수단을 배치한 열분해ㆍ가스화 반응 장치와,

열분해 및 가스화 후의 생성물 중에서 고체분을 제거하는 제 1 분리기와,

분리후의 생성 유체로부터 열을 회수하는 열교환기와,

열회수 후의 생성 유체의 냉각ㆍ감압에 의한 중질유 및 수분을 제거하는 제 2 분리기와,

중질유 및 수분을 제거한 후의 생성 유체로부터 경질유, 경질 가스를 분리회수하는 다단 증류탑을 구비하여 이루어지는 중질유의 열분해 및 가스화 반응 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 반응 용기는 상기 부분 연소부와 상기 열분해부로 분할되어 있음과 동시에 상기 부분 연소부와 상기 열분해부는 네킹부를 통해 연통되어 있고, 그럼으로써 상기 부분 연소부에서 생성된 고압 가스 유체는 상기 네킹부의 유로를 통해 정류된 가스 유체가 되어 하부방향으로 흐르도록 하여 열분해용 노즐이 직접 고온 유체와 접촉하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 열분해ㆍ가스화 반응 장치.
산화 연소부에서 하부로부터 공급된 탄화수소 원료를 산화제로 산화시켜 이산화탄소와 여잉의 산화제를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴과 동시에 반응열을 발생시키고,

상기 열분해부에서 상부로부터 공급된 탄화수소 원료를 하방에서 열분해시켜 오일, 분해 가스 및 고체의 잔사를 생성시키고,

상기 가스화 반응부에서 상기 열분해부로부터 유하되는 상기 잔사를 상기 반응열에 의해 가열 유지시키면서 상기 산화 반응부에서 발생된 상기 이산화탄소, 여잉 산화제 및 고온 고압수와 반응시켜 일산화탄소와 수소를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴으로써, 저품위, 고품위를 포함한 전체 원료의 처리를 실시하는 것을 특징으로 한 열분해 가스화 방법.
압력 용기의 내측에 반응 용기를 배치한 이중 용기 구조의 것으로 구성하고,

상기 반응 용기에는 유기물을 함유하는 원료를 당해 반응 용기내에 공급하는원료 공급 수단과, 산화제를 당해 반응 용기내에 공급하는 산화제 공급 수단과, 물을 당해 반응 용기내에 공급하는 물 공급 수단을 설치하고,

상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에는 당해 반응 용기내에서 상기 원료와 상기 산화제가 수 분위기하에서 반응함으로써 생성된 고온 고압의 생성물이 도입되는 열교환 수단을 설치하고,

상기 압력 용기에는 당해 압력 용기와 상기 반응 용기 사이로 물을 공급하는 물 공급 라인에 연통하는 물 도입구를 형성함과 동시에, 상기 열교환 수단에 연통하는 상기 생성물의 배출 라인을 끼워 통하게 하기 위한 삽통구를 형성하고,

상기 물 공급 수단에는 상기 물 도입구를 통해 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에 도입되어 상기 열교환 수단에 의해 승온된 상기 물을 상기 반응 용기내에 공급하는 유로를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
압력 용기의 내측에 반응 용기를 배치한 이중 용기 구조의 것으로 구성하고,

상기 반응 용기에는 유기물을 함유하는 원료를 당해 반응 용기내에 공급하는 원료 공급 수단과, 산화제를 당해 반응 용기내에 공급하는 산화제 공급 수단과, 물을 당해 반응 용기내에 공급하는 물 공급 수단을 설치하고,

상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에는 당해 반응 용기내에서 상기 원료와 상기 산화제가 수 분위기하에서 반응함으로써 생성된 고온 고압의 생성물이 도입되는 전열관을 갖는 열교환 수단을 설치하고,

상기 압력 용기에는 당해 압력 용기와 상기 반응 용기 사이로 물을 공급하는 물 공급 라인에 연통하는 물 도입구를 형성함과 동시에, 상기 전열관에 연통하는 상기 생성물의 배출 라인을 끼워 통하게 하기 위한 삽통구를 형성하고,

상기 열교환 수단에는 상기 전열관에서의 상기 생성물이 도입되는 측 부분의 주위를 둘러싸는 열교환 용기를 설치하고,

이 열교환 용기에는 당해 열교환 용기내에 물을 공급하는 제 2 물 공급 라인이 연결되어 있음과 동시에, 당해 열교환 용기내에서 상기 전열관에 의해 승온된 물을 상기 물 공급 수단에 도입하는 도입유로가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 물 공급 수단내로만 상기 물의 흐름을 허용하는 역류 방지 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 이중 용기 구조는 상기 압력 용기의 외주부를 구성하는 외통부와, 상기 반응 용기의 외주부를 구성하는 내통부를 이중 통 형상으로 배치한 것으로 구성하고, 상기 외통부와 내통부 사이에는 상기 열교환 수단 외측에, 상기 외통부 및 내통부와 다중 통을 구성하도록 배치된 통 형상의 칸막이판을 설치하고,

상기 칸막이판에는 축방향의 일단부에 개구부를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
제 12 항에 있어서, 상기 칸막이판을 복수개 설치하고,

상기 각 칸막이판은 축방향의 일단부에 개구부를 갖는 것과, 축방향의 타단부에 개구부를 갖는 것이 직경방향으로 번갈아 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 압력 용기와 상기 반응 용기 사이에서의 상기 물의 압력을 조정하는 압력 조정 수단을 설치한 것을 특징으로 하는 고온 고압수 분위기하 반응 처리 장치.
탄화수소계 중질 원료와 개질 매체의 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하의 반응로내에 공급함과 동시에 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로 하여 상기 반응로내에 공급하여 연소시킴으로써, 당해 반응로내에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성함과 동시에, 당해 반응로내를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지하고, 상기 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법.
탄화수소계 중질 원료와 개질 매체의 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하의 반응로내에 공급함과 동시에, 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로서 상기 반응로내에 공급하여 연소시킴으로써, 당해 반응로내에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성함과 동시에, 당해 반응로내를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지하고, 상기 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질한 후, 상기 개질된 원료를 증류 처리에 의해 분류하고, 상기 분류 결과 발생된 잔사를 상기 연소 원료의 일부로서 상기 반응로내에 공급하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법.
제 15 항에 있어서, 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질한 후에, 그 개질한 원료와 개질 매체가 혼재하는 기체 성분으로부터 고체 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 개질 매체로서 물을 사용하여 이루어지고,

상기 연소 원료의 연소에 의해 상기 반응로내의 압력을 22 ∼ 35㎫ 로 함과 동시에, 상기 부분 연소 영역의 온도를 600 ∼ 1000℃ 로 하고, 또한 상기 반응로내에서의 상기 부분 연소 영역 이외의 영역의 온도를 380 ∼ 900℃ 로 조정하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 방법.
탄화수소계 중질 원료와 개질 매체를 혼합하는 믹서와,

상기 믹서로 혼합한 혼합물을 고온 고압의 개질 매체 분위기하에 도입함과 동시에, 상기 혼합물의 일부를 연소 원료로서 도입하여 연소시킴으로써, 내부를 고온 고압의 개질 매체 분위기로 유지함과 동시에, 당해 내부에 보다 고온의 부분 연소 영역을 형성하고, 이 부분 연소 영역에서 발생된 반응활성인 수소로 상기 중질 원료를 수소화 분해에 의해 개질함과 동시에, 당해 중질 원료를 개질 매체 분위기하에서 열분해에 의해 개질하는 반응로를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 장치.
제 19 항에 있어서, 상기 반응로에서 개질된 원료를 증류 처리에 의해 분류하는 증류탑을 구비하여 이루어지고, 상기 증류탑에서의 분류 결과 발생된 잔사를 상기 연소 원료의 일부로서 상기 반응로내에 공급하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 중질 원료의 개질 장치.
내부가 22㎫ 이상의 고온 고압수에 의해 채워진 가스화 반응기의 하부로부터 탄화수소계 원료와 당해 탄화수소계 원료를 완전히 산화시키는데 필요한 양 이상의 산화제를 공급함과 동시에, 당해 가스화 반응기의 상부로부터 탄화수소계 원료를 공급함으로써, 상기 가스화 반응기의 하방에서 상부로 향해 순차적으로 산화 반응부, 가스화 반응부, 열분해부 및 시프트 반응 촉진부를 형성시키고,

상기 산화 반응부에서 하부로부터 공급된 상기 탄화수소계 원료를 상기 산화제로 산화시켜 이산화탄소와 여잉 산화제를 함유하는 혼합 가스를 생성시킴과 동시에 반응열을 발생시키고,

상기 열분해부에서 상부로부터 공급된 상기 탄화수소계 원료를 하방에서 발생된 열에 의해 열분해함으로써, 수소를 주성분으로 하는 분해 가스와 탄소를 주성분으로 하는 잔사를 생성시키고,

상기 가스화 반응부에서 상기 열분해부로부터 유하되는 상기 잔사를 상기 반응열을 가한 온도 분위기하에서 상기 산화 반응부에서 생긴 상기 이산화탄소, 여잉 산화제 및 고온 고압수와 반응시켜 일산화탄소와 수소를 함유하는 혼합 가스를 생성시키고,

상기 시프트 반응 촉진부에서 상기 일산화탄소를 고온 고압수에 의해 수성 가스 시프트 반응시킴으로써 수소와 이산화탄소로 변환시켜 상기 가스화 반응기로부터 빼내는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 원료의 가스화 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 가스화 반응기의 상부로부터 공급하는 상기 탄화수소계 원료보다 저발열량 또는 저발열량으로 조정한 탄화수소계 원료를 당해 가스화 반응기의 하부로부터 공급하는 것을 특징으로 하는 탄화수소계 원료의 가스화 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 산화제의 공급비율은 상부 열분해부로부터 유하되는 잔사 및 하부로부터 공급되는 상기 탄화수소계 원료의 전체량을 완전히 산화시키는데 필요한 산소량에 대해 0.5 ∼ 1.5 의 범위인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 원료의 가스화 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 산화 반응부의 온도는 400 ∼ 1000℃ 의 범위이고, 또한 상기 가스화 반응부의 온도는 600 ∼ 1000℃ 의 범위임과 동시에, 상기 열분해부의 온도는 600 ∼ 800℃ 의 범위인 것을 특징으로 하는 탄화수소계 원료의 가스화 방법.