KR20090019891A - 수직으로 연속적인 공정 영역을 포함하는 가스화기 - Google Patents
수직으로 연속적인 공정 영역을 포함하는 가스화기 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20090019891A KR20090019891A KR1020097000101A KR20097000101A KR20090019891A KR 20090019891 A KR20090019891 A KR 20090019891A KR 1020097000101 A KR1020097000101 A KR 1020097000101A KR 20097000101 A KR20097000101 A KR 20097000101A KR 20090019891 A KR20090019891 A KR 20090019891A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- gasifier
- gas
- feed
- residue
- chamber
- Prior art date
Links
- 238000012545 processing Methods 0.000 title claims abstract description 159
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 397
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 384
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 124
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 85
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 75
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 74
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 49
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 45
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 202
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims description 59
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 22
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 18
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 9
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 5
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 44
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 33
- 230000009471 action Effects 0.000 description 22
- 238000013461 design Methods 0.000 description 22
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 22
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 14
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 12
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 10
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 10
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 9
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 7
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 6
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 239000011269 tar Substances 0.000 description 6
- 239000003039 volatile agent Substances 0.000 description 6
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 5
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 5
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 5
- 238000011143 downstream manufacturing Methods 0.000 description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 5
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 5
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000005189 flocculation Methods 0.000 description 3
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 3
- 239000002920 hazardous waste Substances 0.000 description 3
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N Furan Chemical compound C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108091027981 Response element Proteins 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 239000002154 agricultural waste Substances 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 aluminum nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 230000005465 channeling Effects 0.000 description 2
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 2
- 239000013626 chemical specie Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000016615 flocculation Effects 0.000 description 2
- 238000005111 flow chemistry technique Methods 0.000 description 2
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 239000002006 petroleum coke Substances 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxin Chemical compound O1C=COC=C1 KVGZZAHHUNAVKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002730 additional effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000010882 bottom ash Substances 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 1
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide;molecular oxygen Chemical compound O=O.O=C=O UBAZGMLMVVQSCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001447 compensatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 238000011549 displacement method Methods 0.000 description 1
- 238000010981 drying operation Methods 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003090 exacerbative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000009123 feedback regulation Effects 0.000 description 1
- 230000010006 flight Effects 0.000 description 1
- 238000005243 fluidization Methods 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 150000002240 furans Chemical class 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000002241 glass-ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 1
- 239000002906 medical waste Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010852 non-hazardous waste Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 238000013386 optimize process Methods 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010902 straw Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 229930195735 unsaturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000001993 wax Substances 0.000 description 1
- LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B zirconium(4+);tetraphosphate Chemical class [Zr+4].[Zr+4].[Zr+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
- C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/58—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels combined with pre-distillation of the fuel
- C10J3/60—Processes
- C10J3/64—Processes with decomposition of the distillation products
- C10J3/66—Processes with decomposition of the distillation products by introducing them into the gasification zone
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/02—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of cellulose-containing material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
- C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
- C10B53/07—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form of solid raw materials consisting of synthetic polymeric materials, e.g. tyres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
- C10J3/20—Apparatus; Plants
- C10J3/34—Grates; Mechanical ash-removing devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
- C10J3/48—Apparatus; Plants
- C10J3/482—Gasifiers with stationary fluidised bed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/46—Gasification of granular or pulverulent flues in suspension
- C10J3/48—Apparatus; Plants
- C10J3/52—Ash-removing devices
- C10J3/523—Ash-removing devices for gasifiers with stationary fluidised bed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
- C10J3/72—Other features
- C10J3/723—Controlling or regulating the gasification process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L3/00—Gaseous fuels; Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by subclass C10G, C10K; Liquefied petroleum gas
- C10L3/06—Natural gas; Synthetic natural gas obtained by processes not covered by C10G, C10K3/02 or C10K3/04
- C10L3/08—Production of synthetic natural gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2200/00—Details of gasification apparatus
- C10J2200/15—Details of feeding means
- C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/092—Wood, cellulose
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0916—Biomass
- C10J2300/0923—Sludge, e.g. from water treatment plant
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/093—Coal
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
- C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0956—Air or oxygen enriched air
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
- C10J2300/0953—Gasifying agents
- C10J2300/0973—Water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
- C10J2300/00—Details of gasification processes
- C10J2300/12—Heating the gasifier
- C10J2300/123—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves
- C10J2300/1238—Heating the gasifier by electromagnetic waves, e.g. microwaves by plasma
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/129—Energy recovery, e.g. by cogeneration, H2recovery or pressure recovery turbines
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Treatment Of Sludge (AREA)
Abstract
본 발명은 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기로서, 상기 가스화기가: 하나 이상의 공정 챔버로서, 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역이 상기 하나 이상의 공정 챔버 내에 분배되어 있고, 각각의 챔버 내에서 건조, 휘발 및 탄소 전환으로 구성되는 군으로부터 선택되는 각 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되고, 상기 공정 영역이 상기 각 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 하나 이상의 공정 챔버; 하나 이상의 첨가제 입력 요소로서, 이에 첨가제를 투입하기 위한 상기 공정 영역이 결합되어 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 조장하는 하나 이상의 첨가제 입력 요소; 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 증진시키도록 상기 공정 영역을 통해 공급물의 수직 운동을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈; 제 1 상기 공정 영역의 근처에 위치하는 하나 이상의 공급물 투입구; 하나 이상의 가스 출구; 및 하나 이상의 잔여물 출구를 포함하는 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기를 제공한다.
Description
기술 분야
본 발명은 가스화의 분야, 특히 가스로 탄소함유 공급물의 전환을 위한 수직으로 배향된 가스화기에 관한 것이다.
배경기술
가스화는 도시 고체 폐기물(municipal solid waste (MSW)), 바이오매스 또는 석탄과 같은 탄소함유 공급물을 연소가능한 생성 가스로 전환할 수 있는 공정이다. 생성 가스는 전기를 생성하는데 사용되거나 기초 원료 물질로서 사용되어 화학물질 및 액체 연료를 생성할 수 있다.
일반적으로, 가스화 반응은 제어되고/거나 제한된 양의 산소/공기 및 선택적으로 스팀과 함께 탄소함유 공급물을 가열된 가스화기로 공급하는 것으로 구성된다. 과량의 산소로 작동되어 CO2, H2O, SOx, 및 NOx를 생성하는, 소각 또는 연소와 대조적으로, 가스화 반응은 CO, H2, H2S, 및 NH3을 포함하는 천연 가스 조성물을 생성한다. 클린-업 공정 및 적당한 공정 후에, 관심있는 제 1 가스화 생성물은 H2 및 CO이다.
가스화 반응으로부터의 생성 가스에 대한 가능한 용도는 내부 공정 및/또는 다른 외부 목적을 위한 스팀의 생산을 위한 보일러 내 연소 또는 스팀 터빈을 통한 전기의 생성을 위한 보일러 내 연소; 전기 생산을 위한 가스 엔진 또는 가스 터빈 내에서의 직접 연소; 연료 전지; 메탄올 및 다른 액체 연료의 생산; 플라스틱 및 비료와 같은 화학물질의 생산을 위한 추가 공급물의 생산; 분리된 산업 연료 가스와 같은 수소 및 일산화탄소의 추출; 및 다른 산업 용도를 포함한다.
통합된 사이클 시스템으로 일반적으로 알려져 있는, 가스화 반응에 의해 생성되는 열을 포획하고 전기를 생성하기 위해 이러한 열을 활용하기 위한 다수의 시스템이 제안되어왔다. 가스화 시스템을 통한 공정에 의해 생성되는 회수가능한 감지될 수 있는 열의 실질적 양과 커플링되는 생성 가스 내 에너지는 충분한 전기를 일반적으로 생성할 수 있어 이 공정을 구동할 수 있으며, 이로써 국소 전기 소비의 비용을 경감할 수 있다.
유용한 공급물은 임의의 도시 폐기물, 산업 활동에 의해 생성되는 폐기물 및 바이오의학 관련 폐기물, 쓰레기 슬러지, 석탄, 중유, 석유 코크, 중잔유, 정제 폐기물, 탄화수소 오염된 고체물, 바이오매스 및 농업 폐기물, 타이어 및 다른 유해 폐기물을 포함할 수 있다. 공급물의 기원에 의존하여, 휘발성물질은 H2O, H2, N2, O2, CO2, CO, CH4, H2S, NH3, C2H6, 불포화된 탄화수소 예를 들어 아세틸렌, 올레핀, 방향족, 타르, 탄화수소 액체(오일) 및 숯(탄소 블랙 및 재)을 포함할 수 있다.
가스화 반응을 달성하는 수단은 많은 방법에서 다양하지만, 4 개의 주요 공정 요소에 의존된다: 가스화기 내 대기(산소 또는 공기 또는 스팀 함량의 수준); 가스화기의 배열 및 크기; 내부 및 외부 가열 수단; 및 공정을 위한 작동 온도. 생성 가스의 질에 영향을 주는 요소들은: 공급물의 조성, 제조 및 입자 크기; 가스화기 가열 속도; 체류 시간; 물질 공급 방법(건조 또는 슬러리 공급 시스템), 공급물-반응물 흐름 배열, 건조 재 또는 슬래그 제거 시스템의 디자인; 직접적 또는 간접적 열 생성 및 변위 방법을 사용하는지 여부; 및 합성 가스 클린업 시스템을 포함한다. 가스화는 대기압 또는 약 100 기압 미만의 압력에서 진공 하에서 약 650℃ 내지 1200℃의 범위의 온도에서 일반적으로 수행된다.
공급물이 가열되기 때문에, 물은 전개되는 제 1 성분이다. 건조 공급물의 온도가 증가되면서, 휘발이 일어난다. 휘발 중, 공급물은 열적으로 분해되어 타르 및 가벼운 휘발성 탄화수소 가스를 방출하며, 숯을 형성하고, 잔여 고체물질은 유기 및 무기 물질로 구성된다. 높은 온도(예를 들어 1200℃ 초과)에서, 무기 미네랄 물질은 융합 또는 유리화되어 슬래그로 불리는 용융된 유리와 같은 물질을 형성한다. 이 슬래그는 대개 유해하지 않은 것으로 확인되었고 유해하지 않은 물질로서 매립지에 폐기되거나, 광석, 로드-베드(road-bed) 또는 다른 건축 물질로서 판매될 수 있다.
가스화 반응에서 생성되는 가스가 넓은 범위의 휘발성 물질, 예를 들어 "낮은 질" 탄소함유 공급물로 낮은 온도 가스화기에서 생성되는 경향이 있는 이러한 종류의 가스를 포함한다면, 오프-가스로서 일반적으로 지칭된다. 공급물의 특성 및 가스화기 내 조건이 CO 및 H2가 지배적인 화학 종인 가스를 만든다면, 이 가스는 합성 가스로 지칭된다. 선택적으로, 천연 오프-가스 또는 천연 합성 가스는 가스 조절 시스템(GCS)을 통해 냉각 및 클린 공정 전에 가스 재구성 시스템(GRS)에서 더욱 정제되는 가스 조성물로 전환된다.
GRS는 플라스마 가열을 사용하여 다른 입력물질 또는 반응물질의 첨가 또는 첨가없이 긴 사슬 휘발물질 및 타르를 더 작은 분자로 전환, 재구성 또는 개질함에 의해 천연 오프-가스/천연 합성 가스를 재구성할 수 있다. 가스화 분자가 플라스마 가열과 접촉하는 경우에, 이들은 이들의 성분 원자로 분해된다. 많은 이 원자는 다른 입력 분자와 반응하여 새로운 분자를 형성할 것이며, 한편 다른 것들은 유사 원자(예를 들어, 하나의 수소 원자는 또 다른 수소 원자와 통합한다)와 재조합될 수 있다. 플라스마 가열과 접촉하는 분자의 온도가 감소하면서, 모든 원자는 완전히 재통합된다. 입력 가스가 화학양론적으로 제어될 수 있기 때문에, 출력 가스는, 예를 들어, 상당한 수준의 일산화탄소 및 적은 수준의 이산화탄소를 생성하도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 플라스마 가열은 가스화 반응 그 자체 내에서 사용될 수 있다.
플라스마는 부분적으로 또는 전체적으로 이온화되고, 가스 원자, 가스 이온 및 전자로 구성되는 높은 온도 발광성 가스이다. 플라스마는 이 방식으로 임의의 가스를 가지고 생성될 수 있다. 이는 플라스마에서의 화학 반응에 걸친 훌륭한 제어를 제공한다. 왜냐하면, 가스는 중성(예를 들어, 아르곤, 헬륨, 네온), 환원성(예를 들어, 수소, 메탄, 암모니아, 일산화탄소), 도는 산화성(예를 들어, 산소, 이산화탄소)일 수 있기 때문이다. 벌크 상에서, 플라스마는 전기적으로 중성이다.
GRS로부터의 재구성된 가스는 작은 양의 원치않는 화합물을 포함할 수 있고, 추가 처리를 요구하여 이를 사용가능한 생성물로 전환한다. 바람직하지 않은 물질 예를 들어 금속, 황 화합물 및 재는 가스로부터 제거될 필요가 있을 수 있다. 이는 일반적으로 가스 조절 시스템(GCS)에서 수행된다. 예를 들어 건조 여과 시스템 및 습윤 스크러버는 종종 GCS에서 사용되어 입자 물질 및 산성 가스를 가스로부터 제거한다.
이 요소들은 여러 상이한 시스템의 고안에서 고려되어 오고 있으며, 이들은 예를 들어, 미국 특허 제6,686,556호, 제6,630,113호, 제6,380,507호; 제6,215,678호, 제5,666,891호, 제5,798,497호, 제5,756,957호, 및 미국 특허 출원 제2004/0251241호, 제2002/0144981호에 기재되어 있다. 또한 미국 특허 제4,141,694호; 제4,181,504호; 제4,208,191호; 제4,410,336호; 제4,472,172호; 제4,606,799호; 제5,331,906호; 제5,486,269호, 및 제6,200,430호를 포함하는, 여러 용도를 위한 합성 가스의 생산을 위한 석탄의 가스화를 위한 상이한 기술에 관한 다수의 특허가 있다.
다수의 전환기는 당업계에 알려져 있지만, 실제 효율적인 시스템은 큰 상업적 사용을 달성하지 못하고 있다. 대부분은 공급물의 조성 및 습기 함량에서의 큰 변화에 수반되는 열 전달 문제에 의해 휘발 단계에서 문제가 발생되어 오고 있다. 상대적으로 안정 상태 작동을 달성하기 위해, 휘발 온도는 무기 물질의 슬래그화가 가스화기 내에서 발생되는 온도에 도달되는 휘발 온도가 사용되어야 한다. 그러나, 실제로, 가스화기 내 온도는 종종 공급물의 함량 및 습기 내에서의 변화 때문에 슬래그화 온도 위로 올라간다. 이는 폐기물에 노출되는 가스화기의 모든 표면 상에, 용융 폐기물의 무기 성분을 포함하는 끈기 있는 접착성 슬래그 코팅을 형성한다.
알려진 수직으로 배향된 가스화기는 고정된-베드 공정 챔버 및 이동 베드 공정 챔버를 활용하며, 후자는 유리화 없이 잔여물을 다루는 이의 능력 때문에 더 우수하고, 중력 유도 수직 공정 챔버, 기계적으로-보조되는 흐름 공정 챔버, 비말 동반 흐름 공정 챔버, 유체화된 베드 공정 챔버 및 이의 임의의 조합을 활용한다. 모든 알려진 디자인은 반응 물질의 흐름 방향에 반대되는 흐름의 입력 공기의 흐름의 방향을 가진다.
이전 시스템 및 수직으로 배향된 가스화기에서의 공정은 연속적으로 변화하는 기초에서 처리되어야 하는 문제를 적절히 알려주지 못한다. 따라서, 공정의 전반적 효율 및/또는 전반적 공정을 포함하는 단계에서의 전반적 효율을 최대로 하는 방식으로, 탄소함유 공급물을 효율적으로 가스화할 수 있는 시스템을 제공하는 것은 당업계에서 큰 발전일 것이다.
이 배경기술의 정보는 본 발명과의 가능한 관련성이 있는 것으로 출원인에 의해 여겨지는 알려진 정보를 제공하는 목적이다. 임의의 상기 정보가 본 발명에 대항한 종래기술을 구성하는 것으로 꼭 인정하려는 의도도 아니며, 또한 그렇게 해석되어서도 안된다.
발명의 요약
본 발명의 목적은 탄소함유 공급물의 가스로의 전환을 위한 수직으로 배향된 가스화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 한 측면에 따라, 본 발명은 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기로서, 상기 가스화기가: 하나 이상의 공정 챔버로서, 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역이 상기 하나 이상의 공정 챔버 내에 분배되어 있고, 각각의 챔버 내에서 건조, 휘발 및 탄소 전환으로 구성되는 군으로부터 선택되는 각 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되고, 상기 공정 영역이 상기 각 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 하나 이상의 공정 챔버; 하나 이상의 첨가제 입력 요소로서, 이에 첨가제를 투입하기 위한 상기 공정 영역이 결합되어 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 조장하는 하나 이상의 첨가제 입력 요소; 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 증진시키도록 상기 공정 영역을 통해 공급물의 수직 운동을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈; 제 1 상기 공정 영역의 근처에 위치하는 하나 이상의 공급물 투입구; 하나 이상의 가스 출구; 및 하나 이상의 잔여물 출구를 포함하는 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라, 본 발명은 가스 및 잔여물로 탄소함유 공급물의 전환을 위한 수직으로 배향된 가스화기로서, 상기 가스화기가 하나 이상의 공정 챔버로서, 각각의 챔버가 첨가제의 입력을 위한 하나 이상의 첨가제 입력 요소를 거기에 포함하고, 여기서 상기 하나 이상의 공정 챔버의 조합 및 상기 하나 이상의 첨가제 입력 요소의 배치가 가스화기 내에 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역의 생성을 조장하고, 이 각 영역 내에서 각 공정은 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되며, 상기 공정 영역이 각 상기 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는, 하나 이상의 공정 챔버; 제 1 상기 공정 영역에 인접한 하나 이상의 공급물 투입구; 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 높이도록 상기 공정 영역을 통해 공급물의 수직 운동을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈; 하나 이상의 가스 출구; 및 하나 이상의 잔여물 출구를 포함하는, 가스화기를 제공한다.
상기 가스화기 내에 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역을 만드는 단계로서, 각 영역 내에 건조, 휘발 및 탄소 전환로 구성되는 군으로부터 선택되는 각각의 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되며, 상기 공정 영역이 상기 각 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 단계; 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 조장하도록 첨가제를 상기 가스화기로 투입하는 단계; 상기 공정 영역을 통해 공급물의 아래 방향 운동을 제어하여 이로써 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 최적화하는 단계; 및 가스화기로부터 가스 및 잔여물을 출력하는 단계를 포함하는 가스 및 잔여물로 탄소함유 공급물을 전환하는 방법을 제공한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 하나의 구체예에 따른 수직으로 배향된 가스화기의 개략도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 또 다른 구체예에 따른 수직으로 배향된 가스화기의 개략도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 구체예에 따라, 하나 이상의 첨가제 및 오프-가스 추출 포인트의 이의 자신의 세트를 각각 가진, 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 반응 물질의 수직으로 연속적인 운동을 가진 다중 공정 챔버를 포함하는 수직으로 배향된 가스화기의 개략도를 보여준다.
도 4는 본 발명의 하나의 구체예에 따라, 첨가제 입력 요소의 대칭 배치를 가진 단일 공정 챔버를 포함하는 가스화기에서 공정 영역의 대표도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 구체예에 따라, 첨가제 입력 요소의 비대칭 배치를 가진 단일 공정 챔버를 포함하는 가스화기에서 공정 영역의 대표도이다.
도 6은 본 발명의 구체예에 따라 건조, 휘발 및 탄소 전환을 위한 개별적 공정 영역의 형성을 가능하게 하는 첨가제 입력 요소의 대칭 배치를 각각 가진, 세 개의 공정 챔버를 포함하는 이상정 가스화기에서 공정 영역의 대표도이다.
도 7은 본 발명의 구체예에 따라, 공정 영역의 형성을 가능하게 하는 첨가제 입력 요소의 대칭 배치를 각각 가진 세 개의 공정 챔버를 포함하는 가스화기에서 공정 영역의 대표도로서, 거기에서 상이한 비율의 건조, 휘발 및 탄소 전환 공정이 발생된다.
도 8은 본 발명의 하나의 구체예에 따라 탄소 전환 영역을 지배적으로 함유하는 제 2 공정 챔버 및 건조 및 휘발 영역을 함유하는 제 1 공정 챔버를 가진, 두 개의 공정 챔버를 가진 가스화기에서의 공정 영역의 대표도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예에 따라 휘발 및 탄소 전환 영역을 포함하는 제 2 공정 챔버 및 지배적으로 건조 영역을 포함하는 제 1 공정 챔버를 가진, 두 개의 공정 챔버가 있는 가스화기에 공정 영역의 대표도이다.
도 10은 본 발명의 하나의 구체예에 따라 수직 물질 변위 제어 모듈을 가진 가스화기에 의해 후속되는, 가로 물질 변위 제어 모듈을 가진 가스화기의 가스화 시스템의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 하나의 구체예에 따라 가로 물질 변위 제어 모듈을 가진 가스화기가 후속되는, 수직 물질 변위 제어 모듈을 가진 가스화기의 가스화 시스템의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 하나의 구체에에 따라, 회전 팔-기재된 물질 변위 제어 모듈을 가진 공정 챔버의 단면 개략도이다.
도 13A는 본 발명의 구체예에 따라, 추출기 스크루-기재된 물질 변위 제어 모듈을 사용하는 공정 챔버의 절단된 사시도이다.
도 13B는 본 발명의 구체예에 따라, 잔여물 출구가 공정 챔버로부터 멀리 떨어져 있어 직접 트롭을 피하도록 하는 약간 변한 단면도이다.
도 14A는 본 발명의 하나의 구체예에 따라, 푸셔 램-기초된 물질 변위 제어 모듈을 사용하는 공정 챔버의 절단된 사시도이다.
도 14B 및 14C는 본 발명의 하나의 구체예에 따라, 푸셔 램-기초된 물질 변위 제어 모듈을 사용하는 두 개의 상이한 공정 챔버의 단면도이다.
도 15A 및 15B는 본 발명의 상이한 구체예에 따라, 물질 변위 제어 모듈에서 사용될 수 있는 회전 그래이트의 구체예를 보여준다.
도 16A 및 16B는 두 개의 공정 챔버 가스화기에서 하나의 공정 챔버로부터 또 다른 공정 챔버로 반응 물질의 이동을 위한 여러 구체예를 보여준다. 사용되는 물질 변위 제어 모듈은 (a) 중력; (b) 측면 상부 밸브를 가진 중력; (c) 호퍼를 가진 중력; (d) 스크루를 가진 중력; (e) 수직 스크루; (f) 수평 압출기 스크루; (g) 호퍼를 가진 수직 스크루; (h) 스크루 및 호퍼를 가진 중력; 및 (i) 수직 압출기 스크루 및 호퍼를 포함한다.
도 17은 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 비말 동반된 흐름 공정 챔버의 개략도이다.
도 18은 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 유체화된 베드 공정 챔버의 개략도이다.
도 19는 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 이동 베드 공정 챔버의 개략도이다.
도 20A 내지 20D는 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 각 경우에 공정 영역을 묘사하는 공정 챔버 주위의 첨가제 입력 요소의 배치를 위한 상이한 구체예를 보여준다.
도 21A 및 21B는 본 발명의 하나의 구체예를 따라 공정 챔버의 상이한 모양을 보여준다.
도 22는 가스화기에 공급물 입력 수단의 상이한 구체예를 보여준다: (a) 제 1 공급 스크루로 공급되는 제 2 공급부; (b) 혼합된 호퍼로 공급되고 가스화기로 스크루를 경유하여 운반되는 제 1 및 제 2 공급부; 및 (c) 둘 이상의 공급 스트림를 위한 공급부.
도 23A, 23B 및 23C는 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 가스 재구성 시스템(GRS) 없이 또는 이를 통해 가스 조절 시스템(GCS)로 단일 챔버 또는 다중 챔버 수직으로 배향된 가스화기의 연결을 보여준다.
도 24A 및 24B는 본 발명의 구체예에 따라 잔여물 조절 시스템에 추가로 연결된, 도 23의 것과 유사한 시스템을 보여준다.
도 25A 및 25B는 잔여물 조절 시스템으로부터 GRS 또는 GCS에 생성 가스의 추가 전달을 하는, 도 23 및 24의 것과 유사한 시스템을 보여준다.
도 26A는 본 발명의 구체예를 따라, 잔여물 조절 시스템에서 생성된 생성 가스를 위한 GCS의 사용을 보여준다.
도 26B는 본 발명의 하나의 구체예를 따라, 제 1 GCS에 공급되기 전에 잔여물 조절 시스템에서 생성되는 생성 가스를 위한 미니-GCS의 사용을 보여준다.
도 27은 독립 GRS 및 GCS를 가진 두 개의 평행한 스트림을 포함하는 가스화 설비를 세우기 위한 모듈 접근을 보여준다.
도 28은 플라스마-기재 잔여물 조절 시스템을 가진 단일 공정 챔버가 있는 가스화기의 캐스캐이드의 단면 개략도이다.
도 29는 플라스마-기재 잔여물 조절 시스템을 가진 두 개의 공정 챔버가 있는 가스화기의 캐스캐이드의 단면 개략도이다.
도 30은 상류에 생성된 출구 합성 가스를 위한 가스화기, GRS, GCS, GHS 및 하류 어플리캐이션을 사용하는 가스화 설비를 위한 분배된 제어 시스템의 하나의 구체예를 보여준다.
도 31 내지 34는 가스화 설비의 상이한 기능 블록 공정이 어떻게 구성될 수 있는지의 여러 조합을 묘사하며, 여기서 "1"은 기능 블록 1(가스화기)를, "2"는 기능 블록 2(잔여물 조절 시스템)을 그리고 "3"은 기능 블록 3(가스 재구성 시스템)을 묘사한다.
본 발명의 상세한 설명
정의
본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약"은 지칭된 값으로부터의 +/-10%의 편차를 지칭한다. 이러한 편차는 특이적으로 지칭되는지 여부와 상관없이, 본원에서 제공되는 임의의 주어진 값에서 항상 포함되어 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 상호 교차가능하게 사용되는 용어 "탄소함유 공급물" 및 "공급물"은 가스화 공정에서 사용될 수 있는 탄소함유 물질을 지칭하는 것으로 정의된다. 적당한 공급물의 예는 제한없이 유해 및 유해하지 않은 폐기물, 예를 들어 도시 폐기물; 산업 활동에 의해 생성된 폐기물; 바이오매스 폐기물; 재활용에 부적합한 탄소함유 물질, 예를 들어 재생될 수 없는 플라스틱; 쓰레기 슬러지; 석탄; 중유; 석유 코크; 중잔유; 정제 폐기물; 탄화수소 오염된 고체물; 바이오매스; 농업 폐기물; 도시 폐기물; 유해 폐기물 및 산업 폐기물을 포함한다. 가스화를 위해 사용될 수 있는 바이오매스의 예는 제한없이, 폐목재; 깨끗한 목재; 과일, 야채 및 곡물 공정으로부터의 잔여물; 페이퍼 밀 잔여물; 스트로우; 글래스 및 비료를 포함한다.
"반응 물질"이란 용어는 어떠한 공급물을 지칭하는 것으로 정의되고, 이는 부분적으로 또는 완전히 프로세스된 공급물을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
여기서 이용된 것처럼, "입력"이란 용어는 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로 들어가거나 또는 소통하려는 것이 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로 현재 들어가거나 또는 소통하고 있거나 또는 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로 이미 들어갔거나 또는 소통하였음을 의미한다. 입력은 물질 조성, 정보, 데이터, 신호 또는 이의 조합을 포함하나 이제 제한되는 것은 아니다. 물질 조성의 관점에서, 입력은 유입물(들), 반응물(들), 반응제(들), 연료(들), 물체(들) 또는 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 정보의 관점에서, 입력은 시스템의 작동 파라미터 및 상세한 내용을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 데이터의 관점에서, 입력은 시스템으로부터 생성되거나 수집된 결과(들), 측정(들), 관찰(들), 설명(들), 통계(들) 또는 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 신호의 관점에서, 입력은 공압식, 전기적, 오디오, 라이트(비쥬얼 또는 넌-비쥬얼(non-visual)), 기계적 또는 이의 조합을 포함하나 이제 제한되는 것은 아니다. 입력은 들어가거나 또는 소통하려고 하는 시스템 또는 그 구성요소의 관점에서 정의될 수 있는 입력은 현재 들어가거나 또는 소통되고 있고 또는 이미 들어갔거나 또는 소통되었으며, 이에 의해 주어진 시스템 또는 시스템의 구성요소를 위한 입력은 다른 시스템 또는 시스템의 구성요소의 관점에서 출력될 수도 있다. 또한, 입력은 시스템으로 들어가거나 또는 소통하는 작용 또는 프로세스를 지칭할 수 있다.
여기서 이용된 것처럼, "출력"이란 용어는 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로부터 나오려고 하거나 또는 소통하려고 하는 것이 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로부터 현재 나오거나 또는 소통함을 또는 어떠한 시스템 또는 그 구성요소로부터 이미 나왔거나 또는 소통하였음을 의미한다. 출력은 물질 조성, 정보, 데이터, 및 신호 또는 그 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 물질 조성의 관점에서, 출력은 유출물(들), 반응 생성물(들), 프로세스 폐기물(들), 연료(들), 물체(들) 또는 이의 조합을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 정보의 관점에서, 출력은 시스템의 작동 파라미터 및 상세한 설명을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 데이터의 관점에서, 출력은 시스템으로부터 생성되거나 또는 수집된 결과(들), 측정(들), 관찰(들), 설명(들), 통계(들), 또는 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 신호의 관점에서, 출력은 공압식, 전기적, 오디오, 라이트(비쥬얼 또는 넌-비쥬얼), 기계적 또는 이의 조합을 포함하나 이제 제한되는 것은 아니다. 출력은 나오거나 또는 소통하려고 하는 시스템 또는 그 구성요소의 관점에서 정의될 수 있는 출력은 현재 나오거나 또는 소통되고 있고 또는 이미 나왔거나 또는 소통되었으며, 이에 의해 주어진 시스템 또는 시스템의 구성요소를 위한 출력은 다른 시스템 또는 시스템의 구성요소의 관점에서 입력일 수도 있다. 또한, 출력은 시스템을 나오거나 또는 소통하는 작용 또는 프로세스를 지칭할 수 있다.
"잔여물"이란 용어는 탄소 함유 공급물의 가스화 또는 소각을 위한 프로세스 동안 만들어지는 잔여물 물질을 일반적으로 지칭한다. 이들은 프로세스의 고체 및 반고체 부산물을 포함한다. 이러한 잔여물은 반응되지 않거나 또는 불완전하게 변환된 탄소의 비율 및 실리콘, 알루미늄, 철 및 칼슘 산화물과 같은 탄소 함유 물질에 존재하는 무기, 불연성 물질로 일반적으로 이루어진다. 이와 같이, 잔여물은 숯, 재 및/또는 가스화 챔버로부터 통과된 불완전하게 전환된 공급물을 포함할 수 있다. 또한, 이 잔여물은 하류 가스 컨디셔닝 프로세스로부터 회수된 물질, 예를 들어 가스 필터링 단계에서 수집된 고체, 백하우스 필터에서 수집된 고체와 같은 것들을 포함할 수 있다. 또한, 이 잔여물은 탄소 함유 공급물 소각 프로세스의 생성물을 포함할 수 있고, 이는 연소기의 오염 경감 스위트(suite)에서 수집된 소각기 바닥부 재 및 플라이애쉬(flyash)의 형태일 수 있다.
"감지 요소"란 용어는 프로세스, 프로세스 장치, 프로세스 입력 또는 프로세스 출력의 특징을 감지하도록 구성된 시스템의 어떠한 요소를 설명하는 것으로 정의되고, 이 경우 이러한 특징은 시스템의 하나 이상의 국부적, 지역적 및/또는 전체적인 프로세스를 모니터하고, 조절하고/거나 제어하는데 이용 가능한 특징값에 의해 나타내어질 수 있다. 가스화 시스템의 문맥 내에서 고려되는 감지 요소는, 시스템 내에서 이용되는 어떠한 프로세스 장치의 작동 특징 그리고 시스템 내의 주어진 위치에서 물질 위치 및/또는 증착 뿐만 아니라 유체 및/또는 물질 온도, 압력, 유동, 조성, 및/또는 다른 특징과 같은 프로세스를 감지하기 위한 센서, 탐지기, 모니터, 분석기 또는 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자는, 가스화 시스템의 문맥 내에서 각각의 관련있는 것을 통해, 감지 요소의 상기 예가 본 명세서의 문맥 내에서 특별히 관계될 수 없다는 것을 이해할 것이고 감지 요소와 같은 여기서 확인된 요소는 이러한 예의 관점에서 부적절하게 해석되고/거나 제한되지 않아야 한다.
"반응 요소"란 용어는 하나 이상의 예정된, 계산된, 고정된 및/또는 조정 가능한 제어 파라미터에 따라 함께 기능적으로 연관된 프로세스 장치를 작동시키기 위해 감지된 특징에 대해 반응하도록 구성된 시스템의 어떠한 요소를 설명하는 것으로 정의되고, 이 경우 하나 이상의 제어 파라미터는 원하는 프로세스 결과를 제공하도록 정의된다. 가스화 시스템의 문맥 내에서 고려되는 반응 요소는, 기계적, 전기적, 자기적, 공압식, 유압식 똔느 이의 조합일 수 있는 작용을 하나 이상의 제어 파라미터에 기초한 장치로 전달하도록 구성 가능한 정적, 미리 설정되고/거나 동적으로 변화 가능한 드라이버, 전력 소스 및 다른 요소를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 가스화 시스템의 문맥 내에서 고려되는 프로세스 장치 그리고 여기에 기능적으로 결합될 수 있는 하나 이상의 반응 요소는 물질 및/또는 공급물 입력 수단, 플라즈마 열 소스와 같은 열 소스, 첨가 입력 수단, 다양한 가스 블로우어 및/또는 다른 이러한 가스 순환 장치, 다양한 가스 유동 및/또는 압력 조절기, 및 가스화 시스템 내에서 국부적, 지역적 및/또는 전체적 프로세스에 영향을 미치도록 작동 가능한 다른 프로세스 장치를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자는 가스화 시스템의 문맥 내에 관련된 각각을 통해, 반응 요소의 상기 예가 본 명세서의 문맥 내에 특별히 관련될 수 없다는 것을 이해할 것이고 반응 요소로서 여기서 확인된 요소들은 이러한 예의 관점에서 부적절하게 해석되고 및/또는 제한되어서는 아니된다는 것을 이해할 것이다.
여기서 이용된 "실시간"이란 용어는 시스템 또는 프로세스의 현재 상태를 실질적으로 반영하는 어떠한 작용, 또는 그 특징, 이와 관련된 작용을 정의하는데 이용된다. 실시간 작용은 프로세스, 반복, 측정, 계산, 반응, 작용, 데이터 획득, 획득한 데이터에 반응한 장치의 작동, 및 다른 작용 또는 그 안에서 수행된 주어진 프로세스 또는 시스템 내에서 수행된 작용을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 비교적 느린 변화 프로세스 또는 특징에 관련된 실시간 작용은 시간 프레임 또는 주기(예를 들어, 초, 분, 시간, 등) 내에서 수행될 수 있고, 이 시간 프레임 또는 주기는 비교적 빠르게 변하는 프로세스 또는 특징(예를 들어 1ms, 10ms, 100ms, 1s)에 관련된 다른 동등하게 실시간인 작용보다 훨씬 길다.
여기서 이용되는 "연속적"이란 용어는 주어진 속도 또는 주파수 혹은 규칙적인 기초에서 수행되는 어떠한 작용을 정의하는데 이용된다. 연속적인 작용은 프로세스, 반복, 측정, 계산, 반응, 작용, 감지 요소를 통한 데이터의 획득, 획득된 데이터에 반응한 장치의 작동, 및 시스템 또는 그 내부에서 수행되는 주어진 프로세스와 함께 수행되는 다른 작용을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 비교적 느리게 변하는 프로세스 또는 특징에 관한 연속적인 작용은 비교적 빠르게 변하는 프로세스 또는 특징(예를 들어 1KHz, 100Hz, 10Hz, 1Hz)에 관련된 다른 동등하게 연속적인 작용보다 훨씬 느린 속도 또는 주파수(예를 들어 초당 한번, 분당 한번, 시간당 한번 등)에서 수행될 수 있다.
다르게 정의되지 않는다면, 여기서 이용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 이 발명이 속하는 기술의 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명은 둘 이상의 수직으로 연속적인 프로세싱 영역을 포함하는 가스화 장치를 제공하고, 그 내부에서 건조, 휘발 또는 탄소 변환과 같은 일정한 프로세스가 부분적으로 또는 전체적으로 유리하다. 프로세싱 영역은 내부에서 상이한 프로세스를 가능하게 하는 상이한 온도 범위에 의해 확인된다. 가스화 장치는 하나 이상의 프로세싱 챔버를 포함하고, 수직으로 연속적인 프로세싱 영역은 하나 이상의 처리 챔버를 통해 분배된다. 추가적인 입력 요소는 내부에서 부분적으로 또는 전체적으로 바람직한 프로세스를 향상시키기 위한 프로세싱 영역과 관련된다. 따라서, 프로세싱 영역은 프로세싱 챔버의 각각에서 하나 이상의 첨가적인 입력 요소의 위치시킴 및/또는 하나 이상의 프로세싱 챔버의 조합에 의해 향상된다고 생각될 수 있다. 가스화 장치는 제 1 프로세싱 영역 근처에 위치한 하나 이상의 공급물 입력, 하나 이상의 가스 출력, 하나 이상의 잔여물 출력, 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈 그리고 선택적으로 전체적인 제어 시스템을 포함한다.
이하의 논의에서, 전체 가스화 프로세스가 순서대로 3개의 프로세스로 이루어지는 것으로 간주될 것이다: 건조, 휘발 및 탄소 변환. 이러한 프로세스들은 오직 예시적인 것을 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이고 이러한 예에 제한되는 것으로 여겨져서는 안되며, 가스화 프로세스는 둘 이상의 프로세스로 이루어지는 것으로 정의될 수 있고, 이러한 프로세스는 적절하게 하나 이상의 하위 프로세스로 이루어지는 것으로 정의될 수 있다.
(a) 물질의 건조
가스화 장치로 전달되는 공급물은 25℃ 내지 200℃의 온도 범위 하에서 건조 프로세스를 겪는다. 이 온도 범위에서 건조는 또한 소량의 휘발을 동반할 수 있다.
(b) 물질의 휘발
이 프로세스는 주로 350℃ 내지 800℃에서 일어나고, 또한 탄소 변환의 실질적인 양뿐만 아니라 건조 작동의 작은 나머지가 동반될 수 있다. 이 영역에 공급된 에어의 조성은 공급된 공급물에 따라 일반적으로 변한다(예를 들어 산소가 풍부한 또는 산소가 고갈된 에어).
(c) 탄소 변환
900℃ 내지 1000℃의 온도에서, 메인 프로세스 반응의 일어남은 휘발의 나머지와 탄소 변환이다. 이때까지 대부분의 습기가 물질로부터 제거되었다. 공급된 에어의 유동 속도는 공급된 반응 물질에 따라 변할 수 있다. 또한, 스팀은 선택적으로 이 영역에 첨가된다.
당업자는 주어진 온도 범위에서 온도 범위에 따라 3개의 프로세스 모두가 동시에 그리고 연속적으로 일어나는 것을 쉽게 이해할 것이고, 프로세스 중 하나는 부분적으로 또는 전체적으로 유리하다.
본 발명의 한 실시예에서, 가스화 장치는 3개의 수직으로 연속적인 프로세싱 영역을 포함하고, 제 1 프로세싱 영역은 건조를 부분적으로 또는 전체적으로 유리하게 하고, 제 2 프로세싱 영역은 휘발에 부분적으로 또는 전체적으로 유리하며, 제 3 프로세싱 영역은 탄소 변환에 부분적으로 또는 전체적으로 유리하다. 당업자는 가스화 장치는 다수의 프로세싱 영역들로 일반적으로 이루어질 수 있고, 각각의 프로세싱 영역에서 상이한 분율로 건조, 휘발 또는 탄소 변환이 일어나는 것을 이해할 것이다. 따라서, 프로세싱 영역의 숫자는 일반성의 손실 없이 원하는 만큼 많거나 또는 원하는 만큼 적을 수 있다.
본 발명은 탄소 함유 공급물의 연료 가스로의 변환을 위한 수직으로 배향된 가스화 장치를 제공한다. 일반적으로, 가스화 장치는 하나 이상의 프로세싱 챔버를 포함하고, 이들 각각은 그 내부에 첨가제의 입력을 위한 하나 이상의 첨가 입력 요소를 포함하며, 이 경우 하나 이상의 프로세싱 챔버의 조합 및 하나 이상의 첨가 입력 요소 또는 그 그룹의 위치는 가스화 장치 내에서 둘 이상의 수직으로 연속적인 프로세싱 영역을 가능하게 하고, 이들 각각의 내부에서 개별적인 프로세스가 부분적으로 또는 전체적으로 유리하다. 또한, 가스화 장치는 제 1 프로세싱 영역으로 공급물의 입력을 위한 하나 이상의 공급물 입력, 각각의 개별적인 프로세스를 향상시키기 위한 프로세싱 영역을 통한 공급물의 하류로의 변위를 제어하기 위한 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈, 가스화 장치로부터 가스의 출력을 위한 하나 이상의 가스 출력, 및 가스화 장치로부터 잔여물의 출력을 위한 하나 이상의 잔여물 출력을 포함한다.
예를 들면, 도 1의 실시예를 참고하면, 단일 프로세싱 챔버(20)를 가진 가스화 장치(10)는 둘 이상의 별개의 첨가 입력 요소(30) 또는 그 그룹을 포함할 수 있고, 이들은 단일 프로세싱 챔버(20) 내에서 각각 수직으로 연속적인 프로세싱 영역(40) 내에서 각각 프로세스를 향상시키거나 또는 유리하게 하도록 위치한다. 공급물 입력(50)은 제 1 프로세싱 영역(40), 가스화 장치(10)로부터 가스의 출력을 위한 가스 출력(60), 및 가스화 장치(10)로부터 잔여물의 출력을 위한 잔여물 출력(70)에 공급물을 제공한다. 도 1에서 공급물, 첨가제, 잔여물 및 가스를 위한 입력 및 출력 요소의 방향 및 위치는 단지 예시적이고 그 방향 및 위치에서의 변화는 여기서 개시된 본 발명의 사상 및 범위 내에서 고려된다.
수직으로 연속적인 프로세싱 영역을 통해 물질의 수직 변위의 속도 또는 수직 변위를 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세스 장치 및/또는 메커니즘(미도시)을 기능적으로 제어하는 물질 변위 제어 모듈이 제공되고 이에 의해 이러한 프로세싱 영역들의 각각 내에서 물질의 효과적인 프로세싱을 향상시키고 이 경우 특별한 프로세스가 부분적으로 또는 전체적으로 유리하다. 예를 들면, 이하에서 더욱 자세하게 설명될 것처럼, 다양한 장치 및/또는 메커니즘이 물질 변위 제어 모듈에 의해 제어될 수 있고 이에 의해 물질의 아래로의 변위를 수행하며, 이는 각각의 프로세싱 영역 사이의 물질 변위의 직접 제어에 의해 또는 최하단 프로세싱 영역으로부터 물질의 제어된 추출에 의해 일어나고, 이에 의해 최상단 프로세싱 영역으로부터 중력 하에서 또는 이의 조합을 이용하여 최하단 프로세싱 영역을 향한 물질의 아래로의 변위를 간접적으로 제어한다.
도 1의 첨가제 입력 및 오프-가스(off-gas) 출력 점선에 의해 도시된 것처럼, 첨가제는 예를 들어 첨가 입력 요소의 적절한 위치를 통해 각각의 프로세싱 영역으로 입력될 수 있고 또는 가스화 장치(10)의 주어진 설계 및 실시예에 적절한 이러한 프로세싱 영역들의 선택 숫자로 제공될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 첨가적 입력 요소는 주어진 감지된 프로세스 특징(예를 들어 프로세스 온도, 압력, 처리량 등; 제품 가스 품질, 양, 조성, 압력, 유동, 가열값 등; 공급물 입력 속도, 품질, 조성 등; 및 이와 유사한 것)에 대한 첨가제의 미리 선택된 양 또는 입력 속도(예를 들어 설정된 절대 또는 상대 입력)를 제공하도록 구성된 공통적인 반응 요소에 의해 활성적으로 제어될 수 있거나 또는 동일한 국부적, 지역적 및/또는 전체적 제어 시스템을 통해 가능하게 기능적으로 링크된 별도의 반응 요소에 의해 다시 제어될 수 있다.
유사하게, 가스 출력은 독립적으로 각각의 프로세싱 영역에 제공될 수 있거나 또는 동시에 하나 이상의 프로세싱 영역으로부터 프로세싱 챔버(20)로부터의 오프-가스의 출력을 가능하게 하는 하나 이상의 협력적인 가스 배출에 의해 제공될 수 있다.
도 2의 실시예에서, 가스화 장치(110)는 수직 및 기능적으로 연결된 둘 이상의 프로세싱 챔버들(120)을 포함할 수 있고, 이들 각각은 하나 이상의 첨가 입력 요소(130) 또는 그 그룹을 포함하며 각각의 프로세싱 챔버(120)의 개별적인 프로세싱 영역(140) 내에 개별적으로 프로세스를 향상시키거나 또는 유리하게 하도록 위치하며, 이에 의해 프로세싱 챔버(120)가 조합될 때 둘 이상의 프로세싱 영역(140)의 수직 계열을 제공한다. 공급물 입력(150)은 공급물을 제 1 처리 영역(140)으로 제공하고, 가스 출력(160)은 가스화 장치(110)로부터 가스의 출력을 위해 제공되며 잔여물 출력(170)은 가스화 장치(110)로부터 잔여물의 출력을 위해 제공된다. 도 2에서 공급물, 첨가제, 잔여물 및 가스를 위한 입력 및 출력 요소의 방향 및 위치는 단순히 예시적이고 그 방향 및 위치의 변화는 여기서 개시된 본 발명의 범위 및 사상 내에서 고려된다.
수직으로 연속적인 프로세싱 영역(즉, 챔버들 사이 및/또는 동일 챔버의 프로세싱 영역을 통해)을 통한 물질의 수직 변위를 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세스 장치 및/또는 메커니즘(미도시)을 기능적으로 제어하는 물질 변위 제어 모듈이 또한 제공되고, 이에 의해 특별한 프로세스가 부분적으로 또는 전체적으로 유리한 프로세싱 영역들의 각각 내에서 물질의 효과적인 프로세싱을 향상시킨다. 예를 들면, 이하에서 상세하게 설명될 것처럼, 다양한 장치 및/또는 메커니즘이 물질 변위 제어 모듈에 의해 제어될 수 있고 이에 의해 물질의 아래 방향으로의 변위를 실행하며, 이는 각각의 프로세싱 영역 사이의 물질 변위의 직접 제어에 의해 또는 최하단 프로세싱 영역으로부터 물질의 제어된 추출에 의해서 실행되고, 이에 의해 중력 하에서 또는 이의 어떠한 조합을 이용하여 최하단 프로세싱 영역을 향한 최상단 프로세싱 영역으로부터 물질의 아래 방향으로의 변위를 간접적으로 제어한다.
도 2의 첨가 입력 고선 및 점선에 의해 도시된 것처럼, 첨가제는 배타적이지는 않지만 각각의 프로세싱 챔버에 일반적으로 입력될 것으로 이해될 것이고, 또한 그 내부에 둘 이상의 프로세싱 영역의 형성을 향상시키도록 주어진 프로세싱 챔버 내의 다수의 위치에서 선택적으로 입력될 수 있다. 또한, 첨가 입력 요소는 주어진 감지된 프로세스 특징(예를 들어 프로세스 온도, 압력, 처리량 등; 제품 가스 품질, 양, 조성, 압력, 유동, 가열값 등; 공급물 입력 속도, 품질, 조성 등; 및 이와 유사한 것)에 대한 첨가제의 미리 선택된 양 또는 입력 속도(예를 들어 설정된 절대 또는 상대 입력)를 제공하도록 구성된 공통적인 반응 요소에 의해 활성적으로 제어될 수 있거나 또는 동일한 국부적, 지역적 및/또는 전체적 제어 시스템을 통해 가능하게 기능적으로 링크된 별도의 반응 요소에 의해 다시 제어될 수 있다.
유사하게, 오프-가스 출력은 독립적으로 각각의 프로세싱 챔버에 제공될 수 있거나 또는 하나 이상의 작동적 오프-가스 출력에 의해 제공될 수 있고, 이 출력은 가스의 출력이 한번에 하나 이상의 프로세싱 챔버(120)를 형성하게 한다.
본 발명의 다수의 예시적 실시예들에 대해 더욱 자세하게 설명될 것처럼, 프로세싱 챔버 및 첨가적 입력 요소의 다양한 조합이 적용될 수 있고 이에 의해 여기서 고려된 것과 같은 둘 이상의 수직으로 연속적인 프로세싱 영역을 제공하며, 이 경우 적절한 물질 변위 제어 모듈이 주어진 실시예에 대해 적용될 수 있고 이에 의해 이러한 프로세싱 영역들을 통한 물질의 제어된 변위를 가능하게 하며 이에 의해 그 프로세싱을 향상시킨다. 이러한 제어는 가스화 장치의 하나 이상의 프로세싱 챔버들의 각각에 대해 유일하게 전달될 수 있고, 선택적으로 동일한 프로세싱 챔버의 연속적인 프로세싱 영역을 통해 물질이 간접적인 변위를 전달하며, 그 안에서 하나 이상의 프로세싱 영역이 형성되고/거나 제 1 프로세싱 챔버로부터 하나 이상의 프로세싱 챔버를 포함하는 가스화 장치의 이후의 수직으로 연속적인 프로세싱 챔버로 물질의 변위를 전달한다. 대안적으로, 제어는 가능하게 동일한 프로세싱 챔버 내에서, 하나의 프로세싱 영역으로부터 다른 프로세싱 영역으로 물질의 변위를 직접적으로 제어하도록 구성된 다양한 협력적 제어 장치 및/또는 메커니즘으로 전달될 수 있다.
도 4를 참고하고 한 실시예(310)에서, 하나의 프로세싱 챔버(320) 주위의 첨가 입력 요소의 3세트 또는 그 그룹(330)의 대칭적 위치는 결과적인 3개의 프로세싱 영역(340) 사이의 계면의 거의 수평적인 평평한 성질을 향상시킨다.
도 4를 참고하고 한 실시예(410)에서, 3개의 첨가 입력 요소 또는 그 그룹(430)이 프로세싱 챔버(420) 주위로 비대칭적으로 위치하고, 이는 결과적인 3개의 프로세싱 영역(440) 사이의 비수평적 평평한 계면을 초래한다.
대칭적인 프로세싱 영역은 최적 가스화를 향상시킬 수 있고 일반적으로 혼합/휘저음(agitation) 수단(예를 들어 도 19에서 도시된 것과 같음)을 이용하여 일반적으로 향상될 수 있다. 이러한 휘저음 수단은 예를 들어 모터화된 드라이브를 이용하여 제어된 회전 샤프트를 포함할 수 있다. 이러한 교반기(agitator) 샤프트는 한 실시예에서 통합된 전체적인 제어 시스템의 감지 요소로서 작동될 수도 있고, 이러한 샤프트 상의 토크 측정은 특히 교반기가 다중 레벨 플라이트(flights)를 갖는다면 파일 높이의 표시기로서 작용할 수 있다. 플라이트 상의 덩어리의 형성에 의한 잘못된 리포트를 감소시키기 위해, 두 개의 교반기 샤프트가 이용될 수 있고 이들은 회전함에 따라 서로를 세정하며, 따라서 덩어리가 떨어지게 한다. 다른 교반기가 본 명세서의 일반적인 사상 및 범위로부터 벗어나지 아니한 채 여기서 고려될 수 있고, 이는 당업자에게 명백한 사항일 것이다.
본 발명의 한 실시예에서, 가스화 장치는 둘 이상의 프로세싱 챔버를 포함하고, 이들의 각각은 하나 이상의 첨가 입력 요소를 포함한다. 둘 이상의 프로세싱 챔버의 각각은 상이한 프로세싱 영역을 제공하고 상이한 프로세싱 챔버는 수직으로 연속된 방식으로 배열된다.
도 6을 참고하고 한 실시예에서, 가스화 장치(510)는 3개의 프로세싱 챔버(520)를 포함하고, 각각은 고유의 첨가 입력 요소 또는 그 그룹(530)을 구비하며 각각의 프로세싱 챔버(520)에서 하나의 프로세싱 영역(540)의 형성을 향상시키도록 위치하며, 이 경우 3개의 가스화 프로세스(건조, 휘발, 및 탄소 변환)의 각각이 개별적으로 유리하게 된다. 당업자는 쉽게 도 6의 시나리오가 이상적이고 실행된다는 것을 이해할 것이고, 각각의 프로세싱 영역은 예를 들어 도 7에서 도시된 것처럼 가스화 프로세스의 각각의 상이한 비율이 일어나게 할 것이다.
또한, 상이한 프로세싱 챔버는 최대 효율을 위해 개별적으로 최적화될 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 도 8을 참고하면, 가스화 장치(710)는 두 개의 프로세싱 챔버(720)를 포함하고, 이 중 제 1 프로세싱 챔버는 제 2 프로세싱 챔버가 탄소 변환을 위해 주로 이용되는 동안 건조 및 휘발을 위해 주로 이용된다. 이 실시예에서, 가스화 장치(710)의 각각의 프로세싱 챔버(720)은 분리되거나 또는 합체될 수 있는 배출구(760)를 통한 오프-가스 스트림이 빠져나간다. 이 오프-가스 스트림은 저장 탱크로 보내질 수 있거나 또는 가스 재생성 시스템(gas reformulating system; GRS)에서의 추가적인 프로세스를 위해 보내질 수 있다. 도 9를 참고하고 대안적인 실시예에서, 제 1 프로세싱 챔버가 건조를 위해 주로 이용되고 제 2 프로세싱 챔버가 휘발 및 탄소 변환을 위해 주로 이용된다.
또한, 다중 프로세싱 챔버는 높은 함유량을 플라스틱을 공급물이 갖는다면 이용된다. 이 상황에서, 제 2 프로세싱 챔버가 이용될 수 있고 이에 의해 파라핀 및 왁스와 같은 추가적인 귀중한 화합물을 회수한다. 이는 제 2 프로세싱 챔버보다 낮은 온도에서 제 1 프로세싱 챔버를 작동시킴에 의해 수행될 수 있다.
당업자는 가스화 장치를 탄소 함유 공급물에서 취하고 잔여물을 산출하는 수직으로 배향된 것으로 설명하면서, 다른 가스화 장치로부터 부분적으로 프로세스된 탄소 함유 반응 물질을 취할 수 있고/거나 그 잔여물을 다른 가스화 장치로 산출할 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 한 실시예에서 그리고 도 10을 참고하면, 수평으로(측면으로) 배향된 가스화 장치가 수직으로 배향된 가스화 장치 뒤에 온다. 도 11을 참고하고 본 발명의 대안적인 실시예에 따르면, 수직으로 배향된 가스화 장치는 수평으로(측면으로) 배향된 가스화 장치 뒤에 온다. 당업자는 도 10 및 11에서 도시된 가스화 장치로의 입력 및 출력의 방향 및 위치가 단지 예시적이라는 것을 쉽게 이해할 것이고 이러한 시스템의 실제 구현에서 입력의 위치 및 방향을 제한하려는 의도가 아님을 쉽게 이해할 것이다.
물질 변위 제어 모듈
물질을 아래 방향으로 이동시키기 위해 가스화 장치에서 반응 물질의 점진적 소비에 의존하는 표준 하강 베드 가스화 장치(standard descending bed gasifiers)와 대조적으로, 본 발명의 수직으로 배향된 가스화 장치는 물질 변위 제어 모듈을 통해 가스화 장치를 통해 반응 물질의 이동을 활성적으로 제어하고, 따라서 프로세스 조건의 주어진 설정에 대해 최적화되지 않는다면 전체 가스화 프로세스가 향상되게 한다.
이하에서 더욱 자세하게 설명될 것처럼, 추가적으로 물질 변위 제어 모듈은 예를 들어 생성물 가스의 이용 또는 하류 프로세스에서 가스화 장치 내에서 또는 그 외부에서 하나 이상의 프로세스 특징의 감지에 응하여 가스화 장치의 다양한 요소를 활성적으로 제어하도록 이용된 국부적, 지역적 및/또는 전체적 제어 시스템 내에서 통합되거나 이들과 연관될 수 있다. 물질 변위 제어 모듈이 국부적, 지역적 및/또는 전체적 프로세스 제어 시스템에서 활성적으로 작동되는 이러한 실시예에서, 물질 프로세싱의 추가적인 정련(refinement)이 얻어질 수 있고 이에 의해 예를 들어 생성물 가스 또는 이의 추가적인 프로세스된 파생물이 선택된 하류 이용에서 이용될 때 하류 요구사항을 만족시킨다. 대안적으로 또는 이와 함께, 가스화 프로세스의 조합된 제어가 실행될 수 있고 이에 의해 물질의 가스화를 최대화하는데, 예를 들어 존재하는 환경적 규율사항을 만족시키고 및/또는 프로세스의 에너지적 영향을 최소화한다.
일반적으로, 물질 변위 제어 모듈은 미리 설정된 작동 파라미터 하에서 작동하도록 구성될 수 있는데, 예를 들어 각각의 프로세싱 영역에서 물질의 거의 일정한 잔류 시간을 가능하게 하고, 또한 다시, 주어진 결과를 얻도록 물질의 프로세싱을 최적화하도록 이루어진 동적으로 업데이트된 또는 생성된 작동 파라미터 하에서 작동하도록 구성될 수 있다. 어느 시나리오에서든, 물질 변위 제어 모듈 및 거기에 기능적으로 연결된 제어 시스템은 프로세스 온도(들), 압력(들), 반응 조성, 생성물 가스 조성과 같은 하나 이상의 프로세스 가스 특징을 감지하기 위한 하나 이상의 감지 요소를 포함할 수 있고, 이러한 특징에 응하여 가스화 장치 내의 프로세싱 영역을 통해 물질의 제어된 변위를 가능하게 하기 위한 물질 변위 제어 모듈에 의해 기능적으로 제어된 메커니즘 및/또는 장치와 같은 하나 이상의 프로세스 장치를 적응시킬 수 있다.
일반적으로, 물질 변위 제어 모듈의 주요 기능은, 효율적인 전체 가스화를 촉진시키기 위해 활성적으로 제어된 방식으로 가스화 장치의 상이한 프로세싱 영역을 통해 반응 물질의 아래 방향으로의 이동을 촉진시키는 것이다. 또한, 가스화 장치의 잔여물 출구에서 막힘을 일으킬 수 있는 잔여물 덩어리를 부수기 위한 수단을 선택적으로 이용할 수도 있다. 물질 변위 제어 모듈은 일 영역으로부터 다른 영역으로 물질의 변위를 가능하게 하기 위해 이 기술 분야에서 공지된 다양한 메커니즘 또는 장치 중 하나를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예들은 회전 아암, 회전 휠, 회전 패들, 이동 선반, 푸셔 램(pusher rams), 스크류, 콘베이어, 및 이의 조합을 포함하나 이에 제한되는 것을 아니다.
가스화 장치를 통한 물질의 변위를 제어하는 것에 부가하여, 물질 변위 제어 모듈은 또한 잔여물에서 탄소 함유량을 최소화하도록 특별히 최적화될 수도 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 이는 잔여물 제거 속도를 넘는 총 제어 및 반응 물질의 이동을 위한 플러그 유동 패턴을 이용하여 얻어진다.
물질 변위 제어 모듈에 의해 작동되는 특별한 유형의 장치 또는 메커니즘의 선택에 관련된 인자들은, (a) 제어 가능성 및 속도: 가스화 장치를 통한 반응 물질의 유동이 얼마나 잘 정확하게 제어될 수 있는지; (b) 반응기 유동에서의 변화: 물질 변위 제어 모듈 아래에서 첨가제가 첨가된다면 유동에서의 방해가 있는지 그리고 방해가 관리 가능한지; 및/또는 (c) 파워 요구 및 내구성: 얼마나 많은 에너지 및 유지보수가 장치 또는 메커니즘의 적절한 작동을 위해 요구되는지, 예를 들어 회전 그레이트(grates)는 적절하게 설계될 때 스크류 및 푸셔 램보다 많은 유지보수를 필요로 함과 같은 내용을 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다.
도 12는 작은 잔여물 배출구(70)를 통해 프로세싱 챔버(20)로부터 밖으로 반응 물질을 이동시키는 각각의 프로세싱 챔버(20)의 바닥부의 회전 패들(81)을 물질 변위 제어 모듈이 포함하는 경우에 있어서 본 발명의 한 실시예를 도시한다. 직접 드롭에 의해 잔여물 배출구(70)를 통한 부분적으로/프로세스되지 않은 반응 물질의 폐기물을 피하기 위해, 햇 커버링(hat covering; 82)이 잔여물 배출구(70) 위에 위치한다. 제한 스위치가 바 회전의 속도 및 그에 따른 잔여물의 제거 속도를 제어하는데 선택적으로 이용될 수 있다. 당업자는 다중 프로세싱 챔버가 기능적으로 연결된 실시예에서 회전 패들이 최하단 프로세싱 챔버의 바닥부에서 이용될 수 있고 최상단 프로세싱 챔버로부터 최하단 프로세싱 챔버로 반응 물질이 통과함을 쉽게 이해할 것이다.
도 13A는 물질 변위 제어 모듈이 프로세싱 챔버(20)로부터 밖으로 잔여물을 이동시키는 각각의 프로세싱 챔버(20)의 바닥부에서 추출 스크류(83)의 세트를 포함하는 경우에 있어서의 본 발명의 한 실시예를 도시한다. 추출기 스크류 플라이트의 에지 상의 세레이션(serration)은 잔여물 덩어리의 파괴를 돕는데, 만일 그렇지 아니하면 이 덩어리는 가스화 장치(10)의 잔여물 배출구(70)에서 막힘을 초래한다. 도 13B에서 도시된 실시예에 대해, 잔여물 배출구(70)가 프로세싱 챔버(20)로부터 멀리 이동한다면 햇 커버링(82)을 필요로 하지 아니한다. 제한 스위치는 스크류의 속도 및 잔여물의 제거 속도를 제어하는데 선택적으로 이용될 수 있다. 당업자는 다중 프로세싱 챔버가 기능적으로 연결된 실시예에서 추출기 스크류의 세트가 최하단 프로세싱 챔버의 바닥부에서 이용될 수 있고 중력의 작용에 의해 반응 물질이 최상단 프로세싱 챔버로부터 최하단 프로세싱 챔버로 통과한다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
도 14는 본 발명의 한 실시예를 도시하고, 이 경우 물질 변위 제어 모듈은 작은 잔여물 배출구(70)를 통해 프로세싱 챔버(20)로부터 잔여물을 밖으로 이동시키는 각각의 프로세싱 챔버를 위한 단일의 얇은 푸셔 램(85)을 포함한다. 잔여물 배출구(70)의 위치에 따라, 햇 커버링(82)은 도 14에서 도시된 것처럼 필요할 수 있거나 또는 필요하지 않을 수 있다. 제한 스위치는 푸셔 램 스트로크의 길이를 제어하는데 선택적으로 이용될 수 있고 따라서 각각의 스트로크로 이동된 잔여물의 양을 제어하는데 선택적으로 이용될 수 있다. 얇은 푸셔 램(85)의 이용은 측방향 전달 가스화 장치와 유사하지 아니하고, 이 경우 이용된 램은 일반적으로 일 프로세싱 영역으로부터 다른 프로세싱 영역으로 반응 물질의 많은 양을 운반하는 캐리어 램이다. 이용된 푸셔 램(85)은 얇기 때문에, 오직 작은 양의 잔여물만이 프로세싱 챔버(20)로부터 밖으로 이동된다. 당업자는 다중 프로세싱 챔버들이 기능적으로 결합된 실시예에서 푸셔 램이 최하단 프로세싱 챔버의 바닥부에서 이용될 수 있고 반응 물질이 중력의 작용에 의해 최상단 프로세싱 챔버로부터 최하단 프로세싱 챔버로 통과한다.
하나 이상의 프로세싱 영역이 각각의 프로세싱 챔버 내에서 하나 이상의 첨가 입력 요소에 의해 향상되는 본 발명의 한 실시예에서, 물질 변위 제어 모듈은 각각의 프로세시 챔버 내에서 하나 이상의 푸셔 램의 배열을 포함할 수 있고, 이들 각각은 최종 푸셔 램이 프로세싱 챔버로부터 밖으로 잔여물을 푸쉬할 때까지 일 프로세싱 영역으로부터 다음 프로세싱 영역으로 반응 물질의 이동을 활성적으로 제어하는데 이용된다. 따라서, 반응 물질은 단일 프로세싱 챔버의 전체 높이를 통해 활성적으로 제어된다. 당업자는 이러한 물질 변위 제어 모듈이 동일한 프로세싱 챔버 내에서도 상이한 프로세싱 영역에서 상이한 "체류 시간"의 설정을 가능하게 할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
물질 변위 제어 모듈이 이동 요소 및 안내 요소를 포함하는 실시예에서, 적절한 이동 요소는 선반/플랫폼, 푸셔 램, 플로우(plow), 스크류 요소 또는 벨트를 포함하나 이에 제한되는 것은 아니다. 안내 요소는 프로세싱 챔버의 바닥 벽에 위치한 하나 이상의 안내 채널, 안내 트랙 또는 레일, 안내 트로프(trough) 또는 안내 체인을 포함할 수 있다. 대안적으로, 안내 요소는 안내 요소를 이동 가능하게 체결시키는 크기의 하나 이상의 휠 또는 롤러를 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 안내 체결 부재는 안내 트랙의 길이를 따라 슬라이드되도록 이루어진 슈(shoe)를 포함하는 슬라이딩 부재이다. 선택적으로, 슈는 적어도 하나의 교환 가능한 마멸 패드를 추가로 포함한다.
물질 변위 제어 모듈은 모터 및 드라이브 시스템 또는 이 기술에서 이미 공지된 다른 수단을 이용하여 전력을 받을 수 있다. 한 실시예에서 모터 수단은 전기적 가변성 스피드 모터이고, 이 모터는 선택적으로 정방향 또는 역방향으로 모터 출력 샤프트를 구동한다. 선택적으로, 슬립 클러치가 모터 및 모터 출력 샤프트 사이에 제공될 수 있다. 또한, 모터는 기어 박스를 추가로 포함할 수 있다.
대안적으로, 물질 변위 제어 모듈의 작동은 유압식 또는 공압식 시스템, 체인 및 스프로켓(sprocket) 드라이브, 또는 랙 및 피니온(pinion) 드라이브에 의해 실행될 수 있다. 모터 회전 운동을 선형 운동으로 변경시키는 이러한 방법은 이하의 장점을 갖는데, 그 장점은 이들이 물질 변위 제어 모듈(예를 들어 푸셔 램)의 각각의 측부에 동기화된 방식으로 적용될 수 있고 이에 의해 메커니즘이 정렬된 상태로 유지되게 하며 따라서 막힘 가능성을 최소화한다는 것이다. 한 실시예에서 두 개의 체인의 이용은 정밀한 안내부에 대한 필요 없이 각진 정렬을 유지하는 수단을 제공한다.
두 개의 프로세싱 챔버를 이용한 실시예에서, 도 16은 한 프로세싱 챔버로부터 다른 프로세싱 챔버로 반응 물질의 변위를 위한 물질 변위 제어 모듈에 의해 이용될 수 있는 다양한 상이한 장치 및/또는 메커니즘을 도시한다. 당업자는 이러한 도면에서의 선택 사항들이 단순히 예시적이고 이러한 장치/메커니즘을 위한 다른 적절한 설계가 여기서 개시된 발명의 범위 및 사상 내에서 고려될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
프로세싱 챔버
수직으로 배향된 가스화 장치는 하나 이상의 프로세싱 챔버들을 포함한다. 프로세싱 챔버는 고정-베드 프로세싱 챔버, 중력-유도 수직 프로세싱 챔버, 기계적 도움을 받는 유동 프로세싱 챔버, 인트레인된(entrained) 유동 프로세싱 챔버, 및 유체화된 베드 프로세싱 챔버로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
당업자에게 공지된 고정-베드 프로세싱 챔버에서, 공급물은 상부로부터 시스템으로 들어가고 표면 상에 놓이며, 이를 통해 가열된 공기 또는 스팀(또는 다른 첨가제)과 같은 입력 가스가 소통될 수 있다. 입력 가스는 바닥부로부터 역류 방식으로 공급물 베드를 통과하고, 오프-가스, 합성 가스, 냉각된 에어 및 스팀, 또는 휘발 물질을 포함한 모든 출력 가스는 프로세싱 챔버의 상부에서 벤트 또는 다른 배출구를 통해 프로세싱 챔버를 빠져나간다. 재 또는 숯과 같은 잔여물은 소통 가능한 표면을 통과하고 바닥부로부터 프로세싱 챔버를 빠져나간다.
도 17을 참조하여, 분류층 공정 챔버(22)에서 투입 가스는 공급물에 대한 역류 흐름으로 이동한다. 여기서, 공급물은 첨가제의 이동에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 현탁됨으로써 투입구와 공급물 사이의 보다 분산된 접촉을 촉진시킨다. 상기 반응은 반응 물질이 첨가제의 이동 방향과 반대인 중력에 의해 가동되는 아래쪽으로 이동함에 따라 발생하고, 이의 흐름은 강하하는 공급물을 부분적으로 현탁시키기에 충분한 힘을 지닌다. 오프-가스, 합성 가스, 냉각 공기, 스팀 및 기타 휘발성 물질을 포함하는 배출 가스는 공정 챔버의 상부에서 배출되고, 생성된 잔여물은 하부에서 배출된다.
도 18을 참조하여, 유체화 베드 공정 챔버(24)에서 공급물은 분류층 공정 챔버와 유사하게 위로 이동하는 첨가제 내에 현탁된다. 그러나, 베드에서의 공급물의 행동에 차이가 존재한다. 유체화 베드에서, 첨가제는 임의의 중력을 크게 극복하는 속도로 공정 챔버에 진입하고, 공급물 베드는 훨씬 더 강한 방식으로 이동함으로써, 보다 균일한 반응 영역을 야기시키고, 공급물이 사실상 고체일지라도 강한 유체와 유사한 방식으로 행동하게 만든다. 첨가제는 바닥으로부터 공정 챔버로 진입하고, 공급물, 및 오프-가스, 합성 가스, 냉각된 공기 및 스팀 또는 휘발성 물질을 포함하는 배출 가스에 대해 역류로 통과하고, 공정 챔버의 상부에 존재하게 된다.
이동-베드 공정 챔버(26)을 이용하는 본 발명의 한 구체예에서, 상기 공정 챔버(26)는 공정 챔버의 상부에 인접한 공급물 투입구, 미리 가열된 공기의 주입을 위한 둘 이상의 추가 투입구 구성요소를 포함하며, 이들 각각은 다양한 공정 영역, 생성 가스 배출구, 잔여물 배출구, 및 공정 챔버의 기부에 능동적으로 제어되는 물질 이동 제어 모듈의 결정을 조장한다. 한 구체예에서, 도 19를 참조하면, 공정 챔버로의 스팀의 첨가를 위해 별개의 추가 투입구 구성요소가 또한 준비된다. 또한, 공정 챔버 내의 첨가제와 반응 물질 사이의 향상된 상호작용을 촉진하기 위해 혼합 메커니즘(27)이 사용될 수 있다.
이동-베드 공정 챔버를 이용하는 본 발명의 한 구체예에서, 가스화기는 둘 이상의 이동-베드 공정 챔버를 포함하고, 이들 각각은 공정 챔버의 바닥에서의 미리 가열된 공지의 주입을 위해 추가 투입구 구성요소 또는 이의 그룹을 지닌다. 바닥으로부터의 미리 가열된 공기의 주입은 공정 챔버의 바닥 근처에서 형성된 숯의 산화를 가능케 한다. 공급물에 대한 미리 가열된 공기의 역류 흐름은 또한 에너지 이용을 향상시킨다. 이동 공급물 베드를 통해 통과하는 미리 가열된 공기가 이의 온도를 상실함에 따라, 가스화의 후반 과정에 필요한 높은 온도와 양립되는 온도 구배가 공정 챔버 내에 형성된다.
이동-베드 공정 챔버를 이용하는 본 발명의 한 구체예에서, 각각의 공정 챔버에 대한 하나 이상의 추가 투입구 구성요소가 공정 챔버 주위 전체에 분포된다. 이러한 다수의 투입구 구성요소의 분포는 가스화 공정의 보다 미세한 제어를 가능케 한다. 도 20A 내지 20D는 추가 투입구 구성요소의 배치 및 유형이 차이가 있는 본 발명의 다른 구체예를 도시한다. 각각의 경우에 대한 공정 영역의 일반적 형태가 또한 제시된다.
사용된 공정 챔버는 내부 부피가 디자인된 체류 시간 동안 적절한 양의 반응 물질을 수용하기에 충분하고, 적당한 가스 겉보기 속도가 충분히 달성되는 한, 임의의 형태를 취할 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 공정 챔버는 내화물 라이닝된 실린더이고, 이의 길이는 이의 직경의 약 1 내지 3배이다. 한 구체예에서, 이의 길이는 이의 직경의 약 1 내지 2배이다. 한 구체예에서, 이의 길이는 이의 직경의 약 1.5배이다.
본 발명의 한 구체예에서, 공정 챔버는 원통형 외벽, 및 내화물 라이닝된 아래쪽으로 경사진 내벽을 지닌다. 도 21A 및 21B는 공정 챔버의 몇몇 보다 가능한 형태를 도시한다. 기타 적절한 형태는 당업자에게 명백할 것이다.
내화물 라이닝은 고온의 부식성 가스의 영향으로부터 공정 챔버를 보호하고, 공정으로부터의 열의 불필요한 손실을 최소화시킨다. 내화 물질은 통상적인 내화 물질로, 이는 당업자에게 널리 공지되어 있고, 고온, 예를 들어 약 1800℃ 이하의 가압되지 않은 반응에 사용하기에 적합하다. 이러한 내화 물질의 예는 고온 소성된 세라믹, 즉 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 규산염, 붕소 질화물, 지르코늄 포스페이트, 유리 세라믹, 및 주로 실리카, 알루미나, 크로미아 및 티타니아를 함유하는 고 알루미나 벽돌을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 부식성 가스의 영향으로부터 공정 챔버를 추가로 보호하기 위해, 상기 챔버는 막으로 라이닝될 수 있다. 이러한 막은 당 분야에 공지되어 있고, 당업자는 가스화기 필요조건에 기초하여 적절한 막을 용이하게 확인할 수 있을 것이다.
공정 챔버의 상부의 루프(roof)가 또한 가스의 최적 흐름 및 체류 시간에 대해 디자인되어야 한다. 루프 부분은 편평하거나, 반구형이거나, 공정 챔버를 통한 가스의 흐름을 촉진하는 임의의 실용적인 형태일 수 있고, 이에 따라 무효 ("저온") 지점의 회피된다.
공정 챔버의 물리적 디자인 특성은 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있는 다수의 요소에 의해 결정된다. 예를 들어, 공정 챔버의 내부 형태 및 크기는 처리되는 투입 공급물의 화학 조성의 분석을 통한 작업 특성에 의해 지정된다. 기타 디자인 요소는 사용되는 가열 수단의 형태 및 사용되는 가열 수단의 위치 및 배향을 포함한다. 이러한 가열 수단은 일반적으로 가장 효과적으로 공정 영역에 고온을 집중시키면 동시에 열 손실을 최소화시키기 위한 요망되는 깊이로 공정 챔버 내에 위치된다. 때때로, 미리 가열된 공기 외에 스팀과 같은 기타 첨가제가 가스화기에 첨가되어 생성 합성 가스의 품질을 개선시킨다. 상기 추가 첨가제에 대한 주입 포트의 위치, 배향 및 수는 또한 첨가제가 주입되어 요망되는 전환 결과를 달성하기 위해 효율적인 반응을 촉진하도록 하는 공정 챔버의 디자인이 고려된다.
당업자는 수직으로 배향된 가스화기에서 사용되는 하나 이상의 공정 챔버가 각각 상기 챔버 내에서의 공정 작업에 적합한 다양한 내화 물질, 다양한 형태, 다양한 크기 및 다양한 물질 이동 제어 모듈을 이용할 수 있음을 용이하게 이해할 것이다.
다양한 컴퓨터-기재 시뮬레이션 및 모델링 도구가 효율적인 열 전달, 열 흐름, 첨가제의 혼합 등과 같은 요소를 고려함으로써 공정 챔버의 물리적 디자인을 촉진할 수 있다. 컴퓨터-기재 도구는 예비적인 시스템 디자인 전의 실험의 필요성을 사실상 배제시키고, 임의의 투입 폐기물 스트림을 이용한 공정 특성 및 효율의 신속한 확인을 제공한다. 이들은 또한 시스템 커미셔닝(commissioning) 전에 임의의 특정한 시스템에 대한 작업 특성을 최적화시키기 위한 상호작용 반복을 가능케 하고, 투입에 따른 생성 가스 특성에 기초한 비균일 물질에 대한 공정의 실시간 최적화를 촉진한다.
한 상기 시뮬레이터는 미국 특허 제6,817,388호 (본원에 참조로서 포함됨)에 상세하게 기재된 바와 같은 화학 공정 시뮬레이터(Chemical Process Simulator)이다. 이는 특정 온도 및 특정 투입 파라이터 설정에서 생성 가스 성분의 예측을 가능케 하는 깁스 자유 에너지의 최소화 원리를 이용한다. 일반적으로, 시뮬레이터는 하기와 같이 3개의 주요 계산 블록으로 구성된다:
a. 이상 반응 모델(Ideal Reaction Model): 이는 단열의 등압 평형상태에서 생성 화학물질 종의 깁스 자유 에너지를 최소화시킴으로써 이상적인 정류 상태의 평형상태 조성물을 계산한다. 일반화된 깁스 최소화 방법은 본원에서 평형상태 반응을 기록할 필요 없이 임의의 거대한 시스템의 평형상태 조성물을 찾도록 사용된다.
b. 탄소 침전 모델(Carbon Deposition Model): 이는 투입 조성물 대 평형상태 곡선을 비교함으로써, 형성된 검댕(고체 탄소 C(들))의 양, 또는 검댕 형성을 제거하는데 필요한 스팀의 양을 계산한다. 이러한 모델은 또한 형성되는 고체 탄소의 양을 감소시키기 위해 첨가되어야 하는 물의 양을 귀납적으로 해답을 내기 위해 사용될 수 있다.
c. 비-이상적 반응 모델(Non-Ideal Reaction Model): 이는 시스템 내의 탄소의 양에 실험적으로 유도된 비를 곱함으로써 계산되는, 과량의 이상치에서 형성된 메탄, 아세틸렌 및 에틸렌의 양을 결정한다. 이는 장쇄 탄화수소 또는 중합체의 비총체적 분해 결과를 추정한다.
화학 공정 시뮬레이터를 이용하는 것 외에, 공정 챔버의 흐름 모델링이 또한 공정 투입물의 적절한 혼합을 보장하고, 동역학 효과의 영향을 분석하고, 시뮬레이터 내의 반응 온도 프로파일을 조정하기 위해 디자인 과정에서 사용될 수 있다. 흐름 모델링 결과는 또한 내화 표면에서의 모든 작업 특성이 용이하게 확인될 수 있으므로 내화 디자인을 돕는다.
임의로, 상기 언급된 바와 같이, 가스화기의 하나 이상의 공정 챔버의 하나 이상은 반응 물질을 미리 가열된 공기에 효율적으로 노출되는 것을 보장함으로써 효율적인 가스화를 가능케 하는 혼합 수단을 포함할 수 있다. 혼합 수단은 미리 가열된 공기와 같은 추가 투입물이 베드를 통과하는 통로를 연소시켜 보다 많은 미리 가열된 공기가 반응 물질이 완전히 회피되는 "채널(channel)"로 이동하는 상태인 가스 채널링(channelling)을 방지한다. 파과(breakthrough)로도 언급되는 가스상으로의 미리 가열된 공기의 통과는 가스상 가연물, 반응 물질의 응집 및 채널 연소와 함께 신속한 연소를 야기시킬 수 있다. 우수한 혼합은 또한 가스 조성을 안정화시키고, 하류 가스 폭발 위험을 감소시킨다.
가스화는 열 및 산소 또는 스팀과 같은 산화체를 필요로 한다. 가열은 공급물의 부분적 산화로 인해 방출된 열에 의해 직접적으로 또는 당 분야에 공지된 열원의 사용에 의해 간접적으로 발생할 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 열원은 추가 투입구 구성요소를 통해 공정 챔버로 첨가되는 미리 가열된 공기이다. 상기 공기는 당업자에게 공지된 공기 가열기 또는 공기 교환기로부터 수득되고, 독립적 공기 공급 및 분배 시스템, 예를 들어 공기 박스를 이용하여 각각의 공정 영역을 통해 공급된다. 대안적으로, 간접적 열원은 순환하는 고온의 모래 또는 전기 가열 구성요소일 수 있다.
가스화기의 최초 가동을 촉진하기 위해, 공정 챔버는 가스화기를 예비 가열하기 위한 다양한 통상적인 연소기, 예를 들어 천연 가스 또는 프로판 연소기를 수용하는 크기로 맞추어진 접근 포트를 포함할 수 있다.
또한, 공정 챔버는 유지 및 보수를 위해 진입이 가능케 하는 하나 이상의 서비스 포트를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 포트는 당 분야에 공지되어 있고, 다양한 크기의 밀봉가능한 포트 구멍을 포함할 수 있다. 한 구체예에서, 공정 챔버로의 접근은 작업 동안 밀봉가능한 내화물로 라이닝된 덮개로 밀폐될 수 있는 한쪽 말단의 맨홀에 의해 제공된다. 본 발명의 한 구체예에서, 맨홀은 유지를 위해 공정 챔버의 양 말단에 위치된다.
추가 투입 성분
상기 언급된 바와 같이, 공급물의 생성 가스로의 효율적인 전환을 촉진하기 위해 수직으로 배향된 가스화기의 하나 이상의 공정 챔버의 각각에 첨가제가 첨가될 수 있다. 첨가제의 유형 및 양은 규제 당국의 방출 한도로 부착을 유지시키고 작업 비용을 유지시키면서 공정 반응을 최적화시키도록 선택된다. 다양한 유형의 추가 투입 성분은 공기, 산소가 풍부한 공기, 산소, 스팀 및 오존을 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 추가 투입 성분은 공정 챔버 내의 온도를 결정하고, 이에 따라 공정 영역의 범위를 결정하는 중요한 역할을 하고, 여기서 다양한 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진된다.
공기 또는 산소 투입은 탄소 전환을 최대화(즉, 자유 탄소를 최소화)시키고, 투입 열의 소비를 최소화시키면서 최적 공정 온도를 유지시키기 위해 사용될 수 있다. 둘 모두의 첨가제의 양은 처리되는 공급물에 대한 생성물에 의해 확인됨에 따라 확립되고 정밀하게 제어될 수 있다. 공기 주입량은 전체 공정이 소각과 관련된 임의의 요망되지 않는 특성(예를 들어, 원치 않는 생성 가스 중의 다이옥신, 푸란, NOx, SOx, 재 중의 금속 및 저급 탄소 전환)에 도달하지 않도록 보장하면서 열 소비를 최소화시키고, 국소 영역의 배출 표준 필요 조건을 만족시키도록 확립된다.
스팀 투입은 공급물의 분해된 성분의 생성 가스 및/또는 비-유해 화합물로의 전환을 최대화시키기에 충분한 자유 산소 및 수소를 촉진시킨다. 스팀을 이용한 반응을 통한 반응 물질의 가스로의 전환은 흡열 반응이므로, 공기를 통해 반응의 흡열 특성을 균형을 이루는 것이 도움이 될 수 있다. 또한, 스팀은 C, H, O 반응의 적절한 균형을 위한 추가적인 수소를 제공한다.
본 발명의 몇몇 구체예에서, 제 2의 공급물 스팀이 또한 공정 첨가물로서 도입된다. 이러한 공급물 스팀은 감지 소자에 의해 감지되는 가스화기의 하류 파라미터, 예를 들어 생성 가스의 품질, 압력 등에 좌우되는 총체적인 제어 시스템에 의해 동적으로 조종될 수 있다. 통상적인 제 2의 공급물은 플라스틱과 같은 고탄소 공급물이다.
따라서, 공정 챔버 각각은 스팀 주입 및/또는 공기 주입을 위한 입구를 포함하는 다수의 추가적인 투입 성분을 포함할 수 있다. 스팀 입구는 공정 챔버로부터의 배출 직전에 고온 영역 및 생성 가스 덩어리로 스팀이 향하도록 전략적으로 위치될 수 있다.
추가적인 투입 성분은 공정 영역으로의 완전한 적용 범위를 보장하도록 전략적으로 위치될 수 있다. 한 구체예에서, 이들은 공정 챔버의 바닥에 인접하도록 위치된다. 대안적으로, 이들은 공정 챔버의 바닥에 위치되거나, 공정 챔버의 벽 주위에 모두 분포된다. 미리 가열된 공기가 가스화기 가열 수단으로 사용되는 구체예에서, 추가적인 공기/산소 주입 투입 성분이 임의로 포함될 수 있다.
추가 투입 성분의 실제 위치는 (a) 열 전달을 최대화시키고; (b) 탄소와의 접촉을 최대화시키고; (c) 압력 손실을 최소화시키고; (d) 플러그게이지(pluggage)를 회피하고; (e) 가스 채널링(channelling) 잠재성을 최소화시키는 요소 중 임의의 수의 요소에 기초하여 결정될 수 있다.
첨가제가 공정 챔버의 상부로부터 첨가되는 본 발명의 구체예에서, 상부로 첨가되는 가스는 베드(bed)의 상부의 습윤 탄소함유 공급물을 건조시키는 것을 돕거나, 제트(jet)의 사용(기계적 교반 수단이 아닌, 더미의 상부 주위 물질을 스프레이함)에 의해 물질의 분산을 도울 수 있다. 공기 또는 고온 스팀이 상부에 첨가되는 경우, 생성 가스의 온도가 증가하여 가스상 내의 타르가 파괴될 수 있다. 대안적으로, 저온 스팀 또는 질소 (또는 기타 액체 유체)의 첨가는 가스 온도를 낮추고, 하류 장비를 보호한다. 그러나, 챔버의 상부에 추가 투입 성분을 지니는 것의 주요 결점은 생성 가스의 희석 위험이다.
공정 챔버의 바닥으로부터 첨가제가 첨가되는 본 발명의 구체예에서, 공정 챔버 내의 첨가제의 체류 시간이 최대화되고, 이는 보다 느린 반응을 이용하는 저온 시스템에 이로울 수 있다. 불량한 디자인은 작업을 방해하는 생성된 슬래그, 응집 등의 높은 위험을 발생시키는 반면, 적절한 디자인은 상기 문제점의 가능성을 감소시킬 수 있다. 바닥에의 첨가제의 주입은 전체 공정 챔버가 영향을 받고, 공정 챔버로 배출되기 전에 재로부터 탄소가 제거되는 것을 촉진한다.
공정 챔버의 측면으로부터 첨가제가 첨가되는 본 발명의 구체예에서, 첨가제의 균등한 분포 및 이에 따른 보다 안정적인 반응이 촉진된다. 이러한 디자인은 또한 공정 영역을 균등하게 하고, 몇몇 첨가제(예를 들어, 산소 또는 오존)의 농도를 감소시켜, 국소화된 연소 또는 응집을 회피하도록 한다. 그러나, 주요 결점은 베드를 유체화시키거나 벽 근처의 고온 지점을 생성시키는 경향이 있는 높은 유속이 사용되지 않는 경우 측면을 따라 주입된 첨가제가 공정 챔버의 중앙부에 도달하지 않는다는 점이다. 측면의 반응 물질과 함께 중앙부로부터의 반응 물질을 혼합하는 것을 촉진하기 위해 교반기가 사용될 수 있다.
공급물 투입 수단
수직으로 배향된 가스화기는 투입 공급물의 임의의 물리적 특성에 응하는 하나 이상의 투입 공급 포트를 포함하는 물질 공급기 시스템을 포함하고, 상기 투입 공급물 각각은 가스화기로 직접 공급된다. 본 발명의 한 구체예에서, 물질 공급 서브시스템은 공급물을 가스화기로 운반하는데 사용되는 공급 호퍼 및 스크루 콘베이어로 구성된다. 본 발명의 몇몇 구체예에서, 수직으로 배향된 가스화기로 공급된 물질은 상류 가스화기로부터의 부분적으로 가공된 반응 물질일 수 있다. 공급 호퍼는 가스화기로 공급되는 것이 준비된 물질을 위한 완충제로 작용한다. 호퍼는 임의로 호퍼로의 흐름을 조절하는 고수준 및 저수준 인디케이터를 지닐 수 있고, 임의로 공정 수요에 공급 속도를 부합시키는 공정 제어기에 의해 제어된다.
임의로, 도 22A를 참조하면, 물질 공급 서브시스템은 제 2의 공급(보통, 고급 탄소 공급물, 예를 들어 조각난 플라스틱)을 수용하는 추가 입구를 포함함으로써, 하류 적용에 대해 요망되는 가스 품질을 충족시키는 고급 또는 저급 탄소 투입 수요량을 처리하기 위한 신속한 반응을 가능케 할 수 있다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 다양한 구체예가 구상될 수 있고, 이에 의해 다양한 공급 스트림이 가스화기로의 투입 전에 통상적인 호퍼에서 함께 혼합되거나 그렇지 않을 수 있다. 임의로, 가스화기는 가스화기로의 고 탄소 공급물을 공급하기 위한 별개의 공급 서브시스템을 지닌다. 또한, 보다 일반적인 경우 둘 이상의 공급 스트림이 존재하는 것도 고려될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 물질 공급 시스템은 직사각형의 공급호퍼 및 수압 조력 램으로 구성된다. 공정 챔버와 공급호퍼 사이에 열 장벽으로 작용하는 공급 슈트(chute)의 중앙부에 게이트가 설치될 수 있다. 공급기 상의 제한 스위치는 램의 길이를 제어하여, 각각의 스트로크를 이용하는 공정 챔버로 공급되는 물질의 양이 제어될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 제 1 물질 공급 시스템은 또한 병원 생의학 유형의 폐기물이 공정에 제공되는 형태인 박스의 공급을 수용하도록 변형될 수 있다. 직사각형의 이중문 포트는 수압 램이 박스를 공정 챔버로 투입할 수 있는 제 1 공급 호퍼로 박스가 공급되도록 할 것이다.
본 발명의 한 구체예에서, 오거(auger)가 공정 챔버 내로 수압식으로 삽입되어, 과립상 폐기 물질 공급을 제공할 수 있다. 또한, 램, 회전 밸브 및 상부 중력 공급이 요망되는 공급물의 도입을 촉진시키기 위한 본 발명의 상황에서 사용될 수 있는 기타 공급체의 예이다. 또한, 액체 및 가스가 이들 전용의 포트를 통해 동시에 공정 챔버에 공급될 수 있다.
임의로, 공급물은 공급물 투입 수단으로 공급되기 전에 예비-공정 시스템을 통해 통과할 것이다. 예비-공정 서브시스템은 금방 입수된 공급물을 공정에 보다 적절한 크기로 감소시키는 슈레더(shredder)를 포함할 수 있다. 공급물의 성분은 슈레더를 움직이지 않을 만큼 큰 물질을 포함할 수 있으므로, 슈레더는 잼(jam)이 감지되는 경우 정지하고, 잼을 해소하기 위해 자동적으로 역작동한 후, 재시작하도록 장치된다. 잼이 여전이 검출되는 경우, 슈레더는 중단되고, 제어자에게 경고 신호를 보낼 것이다. 적절한 슈레더 및 슈레더 디자인이 당 분야에 공지되어 있다.
예비-공정 서브시스템은 또한 가스화기를 통해 과량의 요망되지 않는 금속의 공급을 회피하기 위해 컨베이어 상에 위치된 자성 픽업(pick-up)을 포함할 수 있다. 적절한 자성 픽업은 당 분야에 공지되어 있고, 조각난 폐기물에 존재할 수 있는 임의의 철 금속을 유인하는 픽 컨베이어 벨트 상의 강력한 자석으로 구성된다. 임의로, 비-자성 벨트가 자석과 공급물 사이에서 픽 컨베이어의 방향을 가로질러 이동하여, 자석에 유인된 임의의 금속이 공급물 스트림으로부터 측면으로 이동할 수 있다. 금속이 자석으로부터 이동하는 경우, 이는 처리되거나 판매되는 더미로 낙하될 수 있다.
가스 출구
본 발명의 한 구체예에서, 각각의 공정 챔버(20)에서 발생된 오프-가스는 공정 챔버(20)의 상부에 존재하는 가스 출구(60)를 이용하여 방출된다. 상이한 공정 챔버(20)로부터의 오프-가스 스트림은 도 23C에 도시된 바와 같이 별개로 유지되거나, 추가 이용 또는 가스 재구성 시스템(GRS)(92)에서의 추가공정을 위해 저장 탱크로 공급되기 전에 합쳐질 수 있다. 대안적으로, 가스 출구는 공정 챔버의 바닥에 위치되고, 생성 가스는 송풍 유지된 하류 또는 당 분야에 공지된 바와 같은 기타 흡인 통풍 수단을 이용하여 방출된다. 당업자는 공정 챔버 내의 다른 위치의 가스 출구의 배치가 본원에 명백히 언급되지 않더라도 본 발명의 범위에 해당하는 것으로 모두 간주됨을 용이하게 이해할 것이다.
본 발명의 한 구체예에서, 가스화기는 탄소 함유 공급물의 소정의 화학 조성의 재구성된 가스로의 가스화로부터 유래된 투입 가스의 재구성을 위해 가스 재구성 시스템(GRS)(92)에 직접적으로 연결되거나 배관을 통해 이에 연결된다. 특히, 가스 재구성 시스템은 가스 분자를 분해하여 에너지 생성과 같은 하류 적용에 유용한 보다 작은 분자로 재결합시키는 하나 이상의 플라스마 토치로부터의 토치 열을 이용한다. 플라스마 토치에 의해 제공된 고온, 통상적으로 900℃-1200℃에서, 타르 등을 제거하기 위해 "타르 크래킹(cracking)"이 보통 발생한다. 상기 시스템은 또한 가스 혼합 수단, 공정 추가 수단, 및 하나 이상의 소자를 지니는 제어 시스템, 하나 이상의 공정 수행장치 및 재구성 반응을 모니터하고/하거나 조절하기 위한 계산 수단을 포함할 수 있다. 도 23을 참조하면, GRS에서 생성된 합성 가스는 가스 제어 시스템(GCS)(90) 및/또는 가스 균질화 시스템(GHS) 및/또는 저장 탱크로 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 타르 크래킹을 초래하지 않지만 특정 하류 적용을 위해 개질된 상이한 조성으로의 가스의 전환을 초래하는 저온 가스 재구성 시스템이 사용될 수 있다.
GCS(90)는 합성 가스로부터의 미립자 물질 및 다른 불순물을 제거하기 위해 적합하며, GHS는, 균질화 챔버내에 적절한 혼합 수단 및 체류 시간을 제공함으로써 합성 가스의 조성 및 압력의 임의 시간적 변동을 유연하게 하기에 적합하다. 저장 탱크는 조절되고 균질화된 합성 가스가 앞으로의 사용을 위해 저장되는 경우에 임의적으로 사용된다. 그렇지 않은 경우, 조절되고 균질화된 합성 가스는 하류 적용, 예를 들어 엔진, 보일러 등을 위해 사용될 수 있다. 과량의 합성 가스는 또한 플레어 스택을 사용하여 안전하게 처리될 수 있다.
잔여물 출구
잔여물 출구(70)는 가스화기(10)의 최종 공정 영역(40)으로부터의 잔여물을 제거하기 위해 사용된다. 잔여물이 공정 챔버에서 배출되는 배열은 후속 공정의 디자인 및 기능에 따르고 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
상기에서 기술된 바와 같이, 잔여물은 물질 치환 조절 모듈에 의해 가스화기로부터 제거된다. 본 발명의 다른 구체예에서, 잔여물은 예를 들어 재 수집 가스화기로 또는 당업자에게 알려진 바와 같은 냉각용 물탱크에서 제거될 수 있으며, 이로부터 밸브의 조절 하에서 도관을 통해 배출 지점으로 전달된다. 본 발명의 한 구체예에서, 수직 배향된 가스화기로부터의 잔여물은 추가 가스화를 위해 다른 가스화기로 보내어진다. 이는 수직 배향된 가스화기가 충분한 휘발성화 및 탄소 전환을 달성할 수 없는 경우에 유용하다.
본 발명의 한 구체예에서 및 도 24와 관련하여, 잔여물은 가스화기(10)에 직접 연결되거나 콘베이어에 의해 연결된 잔여물 조절 시스템(94)으로 이동된다. 잔여물 조절 시스템(94)에서, 플라즈마 아크 가열은 잔여물의 온도를 문제없이 연속적이고 자동적(즉, 무인의) 슬래그 제거를 보증하기 위해 완전한 용융 및 균질화를 위해 요구되는 수준으로 상승시킴으로써 잔여물(숯, 재)를 슬래그로 전환하기 위해 사용된다. 다른 가열 메카니즘은 또한 잔여물 조절 시스템의 다른 구체예에서 사용될 수 있다. 용융된 슬래그는 물 탱크에서 켄칭되어 건설 산업에서 사용되거나 매립지에 유해하지 않은 방식으로 처리될 수 있는 유리질의 고체 슬래그를 형성한다. 도 25와 관련하여, 잔여물 조절 시스템(94)에서 발생된 임의의 생성물 가스는 GRS(92) 등을 통과시킨 후에 GCS(90)로 보내어진다.
추가적으로, 도 26과 관련하여, GCS(90)에 수집된 잔여 입자는 용융된 슬래그로의 전환 및 캔칭을 위해 잔여물 조절 시스템(94)으로 다시 보내어질 수 있다. GRS(92)를 통과시키지 않고 잔여물 조절 시스템(94)에서 GCS(90)로의 생성물 가스 이동의 경우를 위하여, 가스는 도 26에 도시된 바와 같이, 직접적으로 또는 제 2 GCS(96)를 통해 GCS(90)에 도달시킬 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서 및 도 27과 관련하여, 전체 시스템은 가스화기의 다수의 공정 챔버(20)로부터의 생성물 가스 출구가 단일 GRS 및 GCS를 통과하기 위해 결합되지 않지만 GRS(92) 및 GCS(90)의 두개의 평행한 스트림으로 분할되는 모듈 방법을 이용하여 구성된다. 당업자는 도 27이 주로 예시적인 것으로서 다중 평행 공정 스트림의 상이한 구성요소의 상호연결을 이용한 전체 시스템의 다른 디자인이 본원에 기술된 본 발명의 범위 및 특성내에 존재하는 것으로 여겨질 수 있는 것으로 이해될 것이다.
도 28 및 29는 플라즈마-토치(95)를 기초로 한 잔여물 조절 시스템(94)이 하나 또는 두개의 수직으로 연속적인 공정 챔버(20)를 포함한 가스화기로 수직적으로 연속된 방식으로 접하게 되는 가스화기의 구체적인 실행을 도시한 것이다.
상기에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 가스화기(10)는 다양한 다른 시스템, 예를 들어 잔여물 조절 시스템(94), 가스 재구성 시스템(92), 가스 조절 시스템(90), 가스 균질화 시스템과 결합되어, 완전한 가스화 설비를 형성할 수 있다. 이러한 설비는 탄소함유 공급물을 수용하고 이를 다양한 하류 적용을 위해 사용될 수 있는 정제되고, 조절되고, 균질화된 합성 가스로 전환시킬 것이다. 전체 가스화 설비는 상술된 바와 같이 광범위한 조절 시스템(98)을 사용하여 조절되어, 전체 공정이 특정 하류 적용에 의해 및 관련된 규제 기준에 의한 요구 세트를 충족시킬 수 있다. 전체 가스화 설비에 대한 조절 시스템의 한 구체예는 도 30에 도시되어 있다.
조절 시스템
조절 시스템(98)은 수직으로 배향된 가스화기에서 및/또는 이에 의해 실행되거나, 임의의 하류 공정 또는 이에 의해 생산된 가스의 적용에 영향을 미치는 하나 이상의 공정을 조절하기 위해 제공되고/거나, 이러한 공정들에 영향을 미치기 위해 본원에서 고려되는 하나 이상의 공정 디바이스의 조절을 제공한다. 일반적으로, 조절 시스템은 수직으로 배향된 가스화기와 관련되고/거나 이러한 가스화기를 포함하는 가스화 시스템내에서 수행되는 하나 이상의 전체, 상류 및/또는 하류 공정과 관련된 다양한 공정을 효과적으로 조절할 수 있으며, 이에 의해 규정된 결과에 대해 이들의 공정에 영향을 미치게 적합한 다양한 이의 제어 파라미터를 조절할 수 있다. 그러므로, 다양한 감지 소자 및 반응 소자는 제어된 시스템(들) 전반에 걸쳐, 또는 하나 이상의 이의 소자들과 관련하여 분포될 수 있으며, 다양한 공정, 반응물 및/또는 생성물 특징을 획득하고, 요망되는 결과를 달성하는데 도움이 되는 이러한 특징의 적합한 범위과 이들의 특징을 비교하고, 하나 이상의 제어가능한 공정 디바이스에 의해 하나 이상의 진행 공정들의 변경을 수행함으로써 반응시키기 위해 사용될 수 있다.
조절 시스템은 일반적으로 예를 들어, 시스템(들), 이에서 수행되는 공정(들), 이를 위해 제공되는 유입물(들), 및/또는 이에 의해 발생된 유출물(들)과 관련된 하나 이상의 특징을 감지하기 위한 하나 이상의 감지 소자를 포함한다. 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼은 감지된 특성(들)의 대표적인 특정 수치를 평가하기 위한 이들의 감지 소자에 통신적으로 연결되고, 선택된 작동적 및/또는 하류 결과에 대해 적합한 것으로서 이들의 특징을 특정하기 위해 규정된 특징 수치의 사전결정된 범위와 상기 특징 수치(들)를 비교하고, 이러한 사전결정된 범위내에서 특징 수치를 유지시키는데 도움이 되는 하나 이상의 공정 조절 파라미터를 컴퓨터화하기 위해 배열된다. 따라서, 다수의 반응 소자는 시스템, 공정, 유입물 및/또는 유출물에 영향을 미치는데 작동가능한 하나 이상의 공정 디바이스에 효과적으로 연결될 수 있으며, 컴퓨터화된 공정 조절 파라미터(들)를 평가하고, 이에 따른 공정 디바이스(들)를 작동시키기 위해 통신적으로 연결될 수 있다.
한 구체예에서, 조절 시스템은, 탄소함유 공급물의 가스로의 전환과 관련하여 수행되는 하나 이상의 공정의 효율성을 향상시키기 위하여, 탄소함유 공급물의 가스로의 전환과 관련된 다양한 시스템, 공정, 유입물 및/또는 유출물의 피드백, 피드포워드 및/또는 예측적 조절을 제공한다. 예를 들어, 다양한 공정 특징은 평가되고 이러한 공정들에 영향을 미치게 하기 위하여 조절가능하게 조정될 수 있으며, 이는 공급물의 가열 수치 및/또는 조성, 생성물 가스의 특징(예를 들어, 가열 수치, 온도, 압력, 흐름, 조성, 탄소 함유 등), 이러한 특징을 위해 허용되는 변화의 정도, 및 유입물의 비용 대 유출물의 가치를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 열공급원 전력, 첨가제 공급속도(들)(예를 들어, 산소, 산화제, 스트림 등), 공급물 공급속도(들)(예를 들어, 하나 이상의 별도 및/또는 혼합된 공급), 가스 및/또는 시스템 압력/흐름 제어기(예를 들어, 송풍기, 안전 밸브 및/또는 조절 밸브, 플레어 등), 가스화기내에서의(예를 들어 수직적으로 연속적인 공정 영역들 간의) 물질 치환 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는 다양한 조절 파라미터에 대한 연속적 및/또는 실시간 조절은 하나 이상의 공정-관련 특징이 평가되고 디자인 및/또는 하류 사양에 따라 최적화되는 방식으로 실행될 수 있다.
대안적으로 또는 이에 추가적으로, 조절 시스템은 적절한 작동을 보증하고, 임의적으로 이에 의해 실행되는 공정(들)이 규제 기준으로 적용할 때 규제 기준내에 존재함을 확보하기 위하여 제공된 시스템의 다양한 구성요소의 작동을 모니터하도록 배열될 수 있다.
한 구체예에 따라, 조절 시스템은 추가로 제공된 시스템의 전체의 활동적인 영향을 모니터링하고 조절하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제공된 시스템은, 이의 활동적인 영향이 예를 들어 이에 의해 수행되는 하나 이상의 공정을 최적화하거나, 다시 이러한 공정들에 의해 발생된 에너지(예를 들어, 폐열)의 회수를 증가시킴으로써 감소되거나 다시 최소화되도록 작동될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 추가로, 조절 시스템은 특징들이 하류 사용에 대해 적합하고 실질적으로 효과적이고/거나 최적의 사용을 위해 최적화되도록 조절된 공정(들)에 의해 발생된 생성물 가스의 조성 및/또는 다른 특징(예를 들어, 온도, 압력, 흐름 등)을 제어하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 생성물 가스가 전기 발생을 위해 제공된 타입의 가스 엔진을 구동시키기 위해 사용되는 구체예에서, 생성물 가스의 특징은 이러한 특징들이 이러한 엔진에 대한 최적의 투입 특징에 가장 잘 매칭되도록 제어될 수 있다.
한 구체예에서, 조절 시스템은 다양한 구성요소에서의 반응물 및/또는 생성물 체류 시간, 또는 전체 공정의 다양한 공정들과 관련한 제한 또는 성능 가이드라인이 충족되고/거나 이를 위해 최적화되도록 제공된 공정을 제어하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 상류 공정 속도는 실질적으로 하나 이상의 후속 하류 공정과 매칭시키기 위해 조절될 수 있다. 즉, 가스화기내에서의 물질의 체류 시간, 및/또는 이의 공정 영역은 물질 치환 조절 모듈에 의해 셋팅되고/거나 동적으로 제어될 수 있으며, 이는 독립적으로, 협력적으로, 및/또는 전체 또는 광범위한 조절 시스템의 하위모듈로서 작동하여, 하류 공정 및/또는 적용의 특정 선호도 및/또는 요구사항을 충족할 수 있다.
조절 시스템은 국소적 및/또는 하류 필요에 대해 적합한 조건, 예를 들어 온도, 공급물 투입 속도, 물질의 치환 등을 유지시키기 위해 개조될 수 있고/거나 국소적 필요, 예를 들어 폐기물의 빠른 가공을 충족시키고/거나 하류 필요, 예를 들어 적합한 가스 조성을 충족시키기 위해 조절될 수 있다.
또한, 조절 시스템은 다양한 구체예에서, 연속적 및/또는 실시간 방식으로 제공된 공정의 다양한 양태의 순차적 및/또는 동시적 조절을 위해 개조될 수 있다.
일반적으로, 조절 시스템은 항상 사용할 수 있는 적용을 위해 적합한 임의 타입의 조절 시스템 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 조절 시스템은 실질적으로 집중된 조절 시스템, 분산된 조절 시스템, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다. 집중된 조절 시스템은 대개 개별적으로 조절된 공정과 관련한 다양한 특징을 감지하고 조절된 공정에 직접 또는 간접적으로 영향을 미치도록 개조된 하나 이상의 조절가능한 공정 디바이스에 의해 이에 반응하도록 배열된 다양한 국소적 및/또는 원격 감지 디바이스 및 반응 소자와 소통하도록 배열된 중앙 제어기를 포함할 것이다. 집중된 구조를 이용하여, 대부분의 컴퓨터 조작은 중앙 프로세서 또는 프로세서들에 의해 중심적으로 수행되어, 공정의 제어를 수행하기 위한 대부분의 필수적인 하드웨어 및/또는 소프트웨어가 동일한 위치에 위치되도록 한다.
분산된 조절 시스템은 대개 국소적 및/또는 지대적 특징을 모니터링하기 위한 개개의 감지 및 반응 소자와 각각 소통하고, 국소적 공정 또는 하위-공정에 영향을 미치도록 배열된 국소적 및/또는 지대적 공정 디바이스에 의해 이에 대해 반응할 수 있는 둘 이상의 분산된 제어기를 포함할 것이다. 소통은 또한 다양한 네트워크 배열에 의해 분산된 제어기들 간에 이루질 수 있으며, 여기서 제 1 제어기에 의해 감지된 특징은 그곳에서 반응하기 위한 제 2 제어기에 전달되며, 여기서 이러한 말단 반응은 제 1 위치에서 감지된 특징에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 하류 생성물 가스의 특징은 하류 모니터링 디바이스에 의해 감지될 수 있으며, 상류 제어기에 의해 조절되는 변환기와 결합된 조절 파라미터를 조정함으로써 조정될 수 있다. 분산된 구조에서, 제어 하드웨어 및/또는 소프트웨어는 또는 제어기들 간에 분포되며, 여기서 동일하지만 모듈방식으로 배열된 제어 계획은 각 제어기에서 수행될 수 있거나, 다양한 조합식 모듈 제어 계획은 개개의 제어기에서 실행될 수 있다.
대안적으로는, 조절 시스템은 별도의 아직 통신적으로 연결된 국부적, 지대적 및/또는 광범위한 조절 하위시스템으로 다시 나누어질 수 있다. 이러한 구조는 제공된 공정, 또는 일련의 상호관련된 공정들이 다른 국소적 조절 하위시스템으로 최소의 상호작용으로 국소적으로 수행되고 조절될 수 있도록 할 수 있다. 광범위한 마스터 조절 시스템은 전체적 결과를 위한 국소적 공정들로의 필수적인 조정을 지시하기 위해 이후 개개의 국소적 조절 하위시스템과 소통할 수 있다.
본 발명의 조절 시스템은 임의의 상기 구조들, 또는 당해 분야에 통상적으로 공지된 임의의 다른 구조를 사용할 수 있으며, 이는 본 발명의 일반적인 범위 및 특징내에 존재하는 것으로 간주된다. 예를 들어, 본 발명의 문맥내에서 조절되고 실행되는 공정들은 전용 국소적 환경에서 조절될 수 있으며, 적용될 수 있는 경우, 관련된 상류 또는 하류 고정을 위해 사용되는 임의의 중앙 및/또는 원격 조절 시스템으로 임의적 외부 전달된다. 대안적으로는, 조절 시스템은 지대적 및/또는 광범위한 공정을 협동적으로 조절하기 위해 디자인된 지대적 및/또는 광범위한 조절 시스템의 하위구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈방식 조절 시스템은 조절 모듈이 시스템의 여러 하위-구성요소를 상호작용되게 조절하면서 지대적 및/또는 광범위한 조절을 필요로 하는 경우 모듈간 소통을 위해 제공하도록 디자인될 수 있다.
조절 시스템은 대개 하나 이상의 중앙, 네트워크된, 및/또는 분산된 프로세서, 다양한 감지 소자로부터 실제 감지된 특징을 수용하기 위한 하나 이상의 투입구, 및 다양한 반응 소자로 새롭거나 업데이트된 조절 파라미터를 전달하기 위한 하나 이상의 출구를 포함한다. 조절 시스템의 하나 이상의 컴퓨팅 플랫폼은 또한 다양한 사전결정되고/거나 재조정된 조절 파라미터, 세트 또는 바람직한 시스템 및 공정 특징 작동 범위, 시스템 모니터링 및 제어 소프트웨어, 작동 데이타 등을 저장하기 위한 하나 이상의 국소 및/또는 원격 컴퓨터 해독가능한 미디어(예를 들어, ROM, RAM, 제거가능한 미디어, 국소 및/또는 네트워크 액세스 미디어, 등)를 포함할 수 있다. 임의적으로, 컴퓨팅 플랫폼은 또한 시뮬레이션 데이타 및/또는 시스템 파라미터 최적화 및 모델링 수단을 처리하기 위해, 직접적으로 또는 다양한 데이타 저장 디바이스에 의한 액세스를 가질 수 있다. 또한, 컴퓨팅 플랫폼에는 조절 시스템의 관리 액세스(시스템 업그레이드, 유지, 개조, 새로운 시스템 모듈 및/또는 장치로의 개조, 등)를 제공하기 위한 하나 이상의 임의적 그래픽 사용자 인터페이스 및 입력 주변장치, 뿐만 아니라 외부 소스(예를 들어, 모뎀, 네트워크 연결, 프린터 등)와 데이타 및 정보를 전달하기 위한 다양한 임의적 출력 주변장치가 장착될 수 있다.
공정 시스템, 및 하위공정 시스템중 임의의 하나는 하드웨어를 독점적으로 포함하거나 하드웨어와 소프트웨어의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 임의의 하위공정 시스템은 하나 이상의 비례(P), 통합(I) 또는 시차(D) 제어기, 예를 들어 P-제어기, I-제어기, PI-제어기, PD 제어기, PID 제어기 등의 임의의 조합을 포함할 수 있다. P, I 및 D 제어기의 조합의 이상적인 선택이 가스화 시스템의 반응 공정의 일부의 동역학 및 지연 시간 및 조합물을 제어하기 위한 작업 조건의 범위, 및 조합 제어기의 동역학 및 지연 시간에 좌우되는 것은 당업자에게 자명할 것이다. 이러한 조합이 감지 소자에 의해 특징의 값을 연속적으로 모니터하고, 관찰값과 특정값 사이의 차이를 감소시키기 위해 반응 소자를 통해 상기 모니터링 값과 적절한 조정이 이루어지는 각각의 제어 소자에 영향을 미치는 특정 값과 비교할 수 있는 아날로그 배선 형태로 수행될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 조합이 혼합 디지털 하드웨어 소프트웨어 환경에서 수행될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 추가적인 임의의 샘플링, 데이터 획득 및 디지털 처리의 관련 효과는 당업자에게 널리 공지되어 있다. P, I, D 조합 제어는 피드포워드 및 피드백 제어 계획으로 수행될 수 있다.
조정 또는 피드백 제어에서, 적절한 감지 소자를 통해 모니터되는 제어 파라미터 또는 제어 변수의 값은 특정 값 또는 범위와 비교된다. 제어 신호는 두개의 값 사이의 편차를 기초로 하여 결정되며, 이러한 편차를 감소시키기 위해 제어 소자가 제공된다. 통상적인 피드백 또는 반응 제어 시스템은 적합화 및/또는 예측 구성요소를 포함하도록 추가로 적합될 수 있고, 제공된 조건에 대한 반응은 보상 작용에서 잠재적인 초과량을 제한하면서 감지된 특성에 대한 반응적 반응을 제공하는 모델링되고/되거나 이전에 모니터된 반응에 따라 조절될 수 있는 것으로 인식될 것이다. 예를 들어, 제공된 시스템 형태에 대해 제공된 획득 및/또는 과거 데이터가 이전의 반응이 모니터되고 요망되는 결과를 제공하도록 조정된 최적 값으로부터의 제공된 범위에 해당하는 것으로 감지된 시스템 및/또는 공정 특성에 대한 반응을 협동적으로 조정하는데 사용될 수 있다. 이러한 적합화 및/또는 예측 제어 계획은 당 분야에 널리 공지되어 있고, 본 발명의 일반적인 범위 및 특성을 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.
상기에서 규정되고 기술된 바와 같이 본 문맥내에서 고려되는 감지 소자는 온도 감지 소자, 위치 센서, 근접 센서, 파일 높이 센서 및 가스를 모니터링하기 위한 수단을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
한 구체예에서, 가스화기는 하나 이상의 교체가능한 열전기쌍의 온도 센서 어래이를 포함한다. 열전기쌍은 가스화기의 각 공정 영역내의 다양한 위치에서의 온도를 모니터하기 위해 전략적으로 배치될 수 있다.
적당한 열전기쌍은 당해 분야에 공지되어 있으며, 베어(bare) 와이어 열전기쌍, 표면 프로브, 접지된 열전기쌍을 포함한 열전기쌍 프로브, 접지되지 않은 열전기쌍 및 노출된 열전기쌍 또는 이의 조합을 포함한다.
본 발명의 한 구체예에서, 개개의 열전기쌍은 이후 용기 쉘에 밀봉되는 밀봉된 말단 튜브(서머웰(thermowell))에 의해 챔버로 삽입되며, 이는 열전기쌍의 접합부(온도 감지 지점)가 정확하고 빠른 온도 변화에 대한 반응을 확보하기 위해 밀봉된 튜브의 말단에 대해 가압되도록 밀봉 튜브 보다 길게 되는 가요성 와이어 열전기쌍을 사용할 수 있게 한다. 임의적으로, 열전기쌍의 튜브에 의한 차단으로부터 물질을 방지하기 위하여, 밀봉된 튜브 캡의 말단에는 변류기가 장착될 수 있다. 한 구체예에서, 변류기는 사각형의 평평한 판이며, 굽혀진 코너는 내화재와 접촉하고, 서모웰에 대해 슬립-스트림 입자들로의 반응물질 흐름과 직렬이다.
또한, 본 발명은 생성물 가스의 배출구를 모니터링하기 위한 디바이스를 포함할 수 있다. 이들은 가스 조성 모니터 및 가스 흐름 계측기를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 30에 도시된 바와 같이, 생성물 가스를 분석할 수 있는 가스 분석기는 가스화 공정의 여러 양태를 조절하기 위해, 하류 사용을 위한 균질화 전의 본 구체예에서, 가스화기로부터의 하류에 제공된다. 예를 들어, 따라서, 생성물 가스의 탄소 함량이 불충하다고 결정될 때, 높은 탄소 공급 속도(예를 들어, 공급물 투입물 중 플라스틱)의 증가가 이용가능한 경우 증가된다. 다른 예에서, 생성물 가스의 열수치(예를 들어, 높은 열수치, 낮은 열수치)가 너무 낮은 것으로 결정될 때, 공급 속도 및 첨가제 투입비는 조정될 수 이거나, 다시 MSW 공급비에 대한 높은 탄소 공급비가 조정된다.
유사하게는, 가스 흐름 또는 압력 모니터는 선택된 하류 적용에 가스 흐름/압력의 변경 및/또는 절대적인 변동에 의해 악영향을 미치는 구체예에서 사용될 수 있다. 생성물 가스 압력의 감지된 변경에 응하여, 예를 들어 첨가제 투입 공급비는 조정될 수 있으며, 이에 의해 가스화기의 가스 배출을 조정한다. 이러한 조정에 응하여, 다른 공정 특징, 예를 들어 공급물 투입속도, HCF 투입 속도, 공정 온도 등은 또한 공정의 균형을 다시 잡고 요망되는 배출 특징을 실질적으로 유지시키기 위해 조정될 수 있다.
더욱이, 물질 파일 전반에 걸친 공정 온도, 파일 위의 가스상 온도를 측정함으로써, 그리고 얻어진 오프-가스 흐름속도를 측정하고 오프-가스 조성을 분석함으로써, 주입된 공기의 양은 효율을 최대화하고 요망되지 않는 공정 특징 및 재의 슬래그화, 연소, 불량한 오프-가스 가열 수치, 과도한 미립자 물질 및 다이옥신/푸란 형성을 포함한 결과를 최소화하기 위해 최적화될 수 있으며, 이에 의해 지역적 배출 기준을 충족하거나 보다 양호하게 한다. 이러한 측정은 가스화기의 초기 개시 또는 초기 시험 동안에, 가스화기의 작동동안 주기적으로 또는 연속적으로 수행될 수 있고 임의적으로 실시간으로 수행될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 가스화기는 임의적으로 가스화기내에 압력 센서 또는 모니터를 포함할 수 있다.
가스화기는 추가로 파일 높이를 평가하기 위해 레벨 스위치 또는 모니터를 포함할 수 있다. 적절한 레벨 스위치, 센서 및 모니터는 당해 분야에 공지되어 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 레벨 기구는 포인트-소스 레벨 스위치를 포함한다. 본 발명의 한 구체예에서, 레벨 스위치는 공정 챔버의 한쪽면에 방사체를, 및 다른 한쪽면에 수용체를 구비한 마이크로파 디바이스이며, 이는 공정 챔버의 내측의 한 지점에서 고체 물질의 존재 또는 부재를 검출한다.
당업자는 요망되는 반응물질 파일 프로필이 얻어질 수 있도록 레벨 스위치, 센서 및 모니터의 적절한 배치를 용이하게 결정할 수 있다. 한 구체예에서, 가스화기는 추가로 근접 또는 위치 센서를 포함한다.
상기에서 규정되고 기술된 바와 같이, 본 문맥내에서 고려되는 반응 소자는 이와 관련된 제공된 조절 파라미터의 조정에 의해 제공된 공정에 영향을 미치도록 배열된 공정-관련 디바이스에 작동되게 결합된 다양한 제어 소자를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 하나 이상의 반응 소자에 의해 본 문맥내에서 작동가능한 공정 디바이스는 챔버 가열을 제어하는 소자, 첨가제, 공급물 및 다른 공정 구성성분의 투입을 제어하는 소자, 및 물질 치환 제어 모듈의 소자를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
물질 치환 제어 모듈은 이러한 구체예에서, 가스화기의 제공된 챔버 내측에서 파일 높이를 조정하기 위해 사용될 수 있다. 낮은 수준의 공급물 파일은 사전가열된 공기의 주입으로부터 반응물질의 유동화를 초래할 수 있지만 높은 수준의 공급물 파일은 제한된 공기흐름으로 인해 반응물질 파일을 통한 불량한 온도 분포를 초래할 수 있다. 그러므로, 일련의 레벨 스위치를 사용하는 레벨 조절 시스템은 가스화기 내부의 안정한 파일 높이를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 안정한 수준의 유지는 또한 가스화기에서의 일정한 체류 시간을 유지한다.
물질 치환 제어 모듈은 파일 높이가 요망되는 수준으로 조절될 수 있도록 하기 위해 필요한 경우 사용될 수 있다. 물질 치환 제어 모듈이 추진기 램을 포함하는 구체예에서 이를 사용하기 위하여, 추진기 램은 특정 운동 순서, 속도, 거리, 및 순서 횟수를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 조절 파라미터가 존재할 수 있는 일련의 프로그램화된 단계들에 배치된다.
일부 구체예에서, 추진기 램은 세트 포인트 거리로 이동하거나, 조절하는 수준까지 스위치는 동시에 또는 사전결정된 순서로 진행된다. 레벨 스위치 제어 작동은 비거나(empty) 또는 가득차게(full) 진행시키는 단일 스위치를 기초로 할 수 있거나, 비거나 가득차거나 이의 임의의 조합으로 진행시키는 다중 스위치를 요구할 수 있다. 이후에, 추진기 램은 사이클의 말단으로 다시 이동하고, 공정은 반복된다. 가스화기의 공정 및 체류 시간 요구사항에 의해 요망되는 경우, 사이클 간에 임의적 지연이 존재한다.
물질 치환 제어 모듈이 각 공정 챔버에서 추진기 램의 정렬을 포함하는 본 발명의 한 구체예에서, 공정 챔버에서의 반응물질 파일의 높이는 투입 공급-속도 및 추진기 램 운동의 함수이다. 임의적으로, 하나의 공정 챔버는 3개의 공정 영역을 가지며, 물질 치환 제어 모듈은 공정 영역으로부터의 반응물질/잔여물의 이동을 위한 3개의 공정 영역 각각에 제공된 하나의 추진기 램을 구비한 3개의 추진기 램을 갖는다. 공정 챔버의 제 3 공정 영역으로부터의 잔여물의 이동을 조절하는 제 3 추진기 램은 공정 챔버로부터 잔여물을 배출시키기 위해 고정 스트로크 길이 및 횟수를 이동시킴으로써 처리량을 세팅한다. 제 2 추진기 램은 이어지고 필요한 경우 제 3 공정 영역으로 반응물질을 제공하고 제 3 공정 영역의 단계의 개시(start-of-stage) 수준 스위치 상태를 "풀(full)"로 변경시키기 위하여 이동한다. 제 1 추진기 램이 이어지고 필요한 경우에 제 2 공정 영역으로 반응물질을 제공하고 제 2 공정 영역의 단계의 개시(start-of-stage) 수준 스위치 상태를 "풀(full)"로 변경시키기 위하여 이동한다. 모두 새개의 추진기 램은 이후 동시에 끊어지고, 계획된 지연은 전체 순서가 반복되기 전에 실행된다. 추가 배열은 과량의 램-유도된 교란을 방지하기 위해 레벨 스위치에 의해 요구되는 것 보다 낮게 연속 스트로크 길이의 변화를 제한하기 위해 사용될 수 있다. 추진기 램은 항상 공정 챔버의 바닥에서 과도한 온도 조건을 방지하기 위하여 종종 확실하게 이동시킬 필요가 있을 것이다.
당업자는 3개의 공정 영역이 공정 영역 당 하나의 추진기 램으로 공정 챔버를 가로질러 분포될 때 상기에서 언급된 동일한 추진기 램 순서가 또한 적용가능한 것으로 용이하게 이해될 것이다. 적절한 추진기 램 순서는 가스화기의 상이한 구체예에 대해 용이하게 개발될 수 있고, 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 여겨진다.
공정 영역 및/또는 챔버들 간의 조절된 추진기 램 순서와 함께, 상이한 물질 이동 유닛(예를 들어, 메카니즘, 디바이스 등)은 또한 제공된 순서에서 및/또는 파일 높이 판독에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 영향을 미치는 물질 이동 제어 모듈의 조절 파라미터에 따라 사용될 수 있다. 예를 들어, 별도의 챔버들 간의 물질의 회전 암 배열 조절 이동은 개개의 공정 영역내에서 파일 높이를 조정하기 위하여 단계적으로 사용될 수 있으며, 상기 예와 같이, 당업자에게 자명할 것이다. 조절 시스템은 각 영역, 파일 높이 제한 및 바람직한 조건내에서 물질의 최적의 체류 시간을 고려하여, 최적의 공정 특징, 뿐만 아니라 제공된 공정 결과에 대한 본원에 기술된 다른 특징을 평가하기 위해 추가로 배열될 수 있다.
임의적으로, 조절 시스템은 가스화기내에 온도의 조절을 위해 추가로 제공할 수 있다. 예를 들어, 전환 효율의 최적화를 촉진하기 위하여, 공급물은 가능한한 높은 온도에서 가능한한 오랜 시간 동안 유지될 것이다. 그러나, 매우 높은 온도에서, 물질은 용융되기 시작하고, 응집물은 여러 방식으로 가스화 성능에 영향을 미치는 "클링커(clinker)"를 형성한다: (1) 이는 이용가능한 표면적을 감소시키고 이에 따라 전환 효율을 감소시킨다; (2) 응집 덩어리 주변을 전향시키기 위해 반응물질 파일에 공기흐름을 야기시켜, 온도 문제를 악화시키고, 추가로 응집 공정을 가속시킨다; (3) 물질 치환 제어 모듈의 정상 작동을 방해한다; 그리고 (4) 잔여물 제거 메카니즘을 막히게 할 수 있으며 이에 따라 시스템을 잠재적으로 정지시킨다.
가장 가능한 전환 효율을 얻기 위하여, 가스화기에서의 온도 및 파일을 통한 온도 분포는 안정화되고 조절될 수 있다. 반응물질 파일 전체에 걸친 안정한 온도 분포는 또한 제 2 부류의 응집을 방지하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서 플라스틱은 용융되고 나머지 반응물질에 대한 결합제로서 작용한다.
한 구체예에서, 파일 내에서의 온도 조절은 제공된 영역에서 공정 공기의 흐름을 변경시킴으로써(즉, 보다 더욱 또는 덜한 연소)에 의해 달성된다. 에를 들어, 가스화기에서 각 공정 영역에 제공되는 공정 공기 흐름은 이러한 영역에서 온도를 안정화시키기 위해 조절 시스템에 의해 조정될 수 있다. 치환 유닛을 이용한 온도 조절은 또한 핫 스폿(hot spot)을 분해시키고 브릿징을 방지하기 위하여 사용될 수 있다.
한 구체예에서, 각 공정 영역에서의 공기 흐름은 실질적으로 일정한 온도 범위 및 공정 영역 간의 비율을 유지시키기 위해 사전세팅한다. 대안적으로는, 공기 투입비는 가스화기의 각 공정 영역 및/또는 GRS 내에서 발생하는 온도 및 공정을 조정하기 위하여 동적으로 변경될 수 있다.
공급물의 가스화의 화학 및 에너지를 관리하기 위하여 반응 조건을 조절하기 위한 수단은 주요한 통합된 프로세서 및 시스템의 상태를 모니터링하기 위한 일련의 센서 및 다양한 작동 파라미터, 예를 들어 공급물 및/또는 첨가제의 첨가 속도, 작동 조건, 예를 들어 공정 챔버에서의 압력을 조절하기 위한 조절 시스템을 포함한다. 주요한 통합된 프로세서는 가스화 반응의 실제 상태와 관련한 센서로부터 얻어진 데이타를 수용하고, 이러한 데이타를 처리하여 전환 반응의 화학 및 에너지를 관리하기 위해 적절한 세트의 출력 지시를 발생시키며, 이에 의해 최적의 반응 세팅 포인트가 유지된다.
정보 입력에 반응하여, 가스화기내에서의 조건은 수작업으로 또는 자동적으로 조정될 수 있다. 가스화기는 일련의 온/오프 스위치 및 기기에 의해 조절될 수 있다. 컴퓨터처리 수단은 임의적으로 다양한 출력 수단을 포함할 수 있다. 하기에 개략된 상이한 타입의 조절 계획이 사요될 수 있다:
a) 퍼지 논리 조절 및 다른 타입의 논리:
피드포워드 및 피드백 제어 계획에 퍼지 논리(Fuzzy logic) 제어 뿐만 아니라 기타 유형의 제어가 동등하게 사용될 수 있다. 이러한 유형의 제어는 실질적으로 플라스마 재구성 반응 동역학이 특정 결과에 영향을 미치는 투입 변수 또는 투입 파라미터를 변화시키는 방법을 예측하도록 모델링되고 시뮬레이션되는 방법에서의 종래의 P, I, D 조합 제어로부터 벗어날 수 있다. 퍼지 논리 제어는 보통 반응 동역학(일반적으로, 시스템 동역학) 또는 상기 시스템의 작업 조건의 막연한 또는 경험적인 기재만을 필요로 한다. 퍼지 논리 및 기타 유형의 제어의 양상 및 수행시 고려사항은 당업자에게 널리 공지되어 있다.
b) 피드-포워드 조절:
피드포워드 제어 공정은 모니터링 없이 제어 변수 및 제어 파라미터에 영향을 미치기 위한 파라미터를 투입한다. 가스화 시스템은 예를 들어 하나 이상의 플라스마 열원중 하나에 공급되는 전력량과 같은 다수의 제어 파라미터, 예를 들어 가스 재형성 챔버(GRS)에서 하나 이상의 플라즈마 토치 중 하나에 공급된 전력의 양에 대한 피드포워드 제어를 이용할 수 있다. 플라스마 토치의 아크의 전력 투입은 광범위한 다양한 방법, 예를 들어 아크를 유지시키는 토치로 공급되는 전기량을 펄스 조절하거나, 전극 사이의 거리를 변화시키거나, 토치 전류를 제한시키거나, 플라스마의 조성, 배향 또는 위치를 변화시킴으로써 제어될 수 있다.
가스 또는 액체 변형 또는 분쇄된 형태의 변환기로 제공될 수 있거나, 스프레이되거나 노즐을 통해 달리 주입될 수 있는 첨가제의 공급 속도는 피드포워드 방식의 특정 제어 소자를 이용하여 제어될 수 있다. 그러나, 첨가제의 온도 또는 압력의 효과적인 제어는 모니터링 및 폐쇄 루프 피드백 제어를 필요로 할 수 있다.
c) 피드-백 조절:
피드백 조절에서 제어 파라미터 또는 제어 변수의 값은 특정 값은 요망되는 값과 비교된다. 제어 신호는 두개의 값 사이의 편차를 기초로 하여 결정되며, 이러한 편차를 감소시키기 위해 제어 소자가 제공된다. 예를 들어, 배출 가스가 소정의 H2:C0 비를 초과하는 경우, 피드백 제어 수단은 첨가 산소의 양을 증가시켜, H2:CO 비를 특정된 값으로 복귀시키는 것과 같이, 투입 변수중 하나에 대한 적절한 조정을 결정할 수 있다. 적절한 반응 소자를 통해 제어 파라미터 또는 제어 변수를 변화시키는데 영향을 주는 지연 시간은 종종 루프 시간으로 언급된다. 예를 들어, 플라스마 아크(들)의 전력, 공기 또는 스팀 유속을 조정하기 위한 루프 시간은 예를 들어 약 30 내지 약 60초일 수 있다.
피드백 조절은 직접 모니터링을 사용하거나 모델 예측이 만족스러운 모든 제어 변수 및 제어 파라미터에 대해 사용될 수 있다. 피드백 조절 계획에서 사용에 적합한 가스화기의 다수의 제어 변수 및 제어 파라미터가 존재한다. 피드백 계획은 직접적으로 감지되고 조절되며, 실제 목적을 위하여 다른 제어 변수 또는 제어 파라미터에 따르지 않을 수 있는 이러한 제어 변수 또는 제어 파라미터에 대해 조절 시스템의 양태에서 효과적으로 실행될 수 있다.
시스템의 모듈방식
모듈화된 플랜트는 각 기능 블록이 미리 세워진 구성성분인 설비이다. 이는 구성요소가 공장 셋팅 중에 세워지고 이후 설비 사이트로 보내어지도록 한다. 이러한 구성성분(또는 모듈)은 모든 장치를 포함하며, 기능적으로 조절하고 공장을 철수하기 전에 시험된다. 모듈은 종종 강철 프레임으로 세워지며, 대개 여러 가능한 섹션, 예를 들어 가스화기 블록, 가스 조절 시스템 블록, 전력 블록 등을 도입한다. 현장에서, 이러한 모듈은 플렌트의 위탁을 용이하게 하기 위해 다른 모듈 및 조절 시스템에 연결될 필요가 있다. 이러한 디자인은 감소된 현장 건설 비용으로 인해 보다 짧은 건설 시간 및 경제적 장점을 허용한다.
상이한 타입의 모듈 플랜트 셋-업이 존재한다. 보다 큰 모듈 플랜트는 대부분의 파이프가 보다 작은 풋프린트를 허용하기 위해 함께 다발화되는 "골격" 파이프 디자인을 도입한다. 모듈은 또한 작동 시점에 직렬 또는 평형하게 배치될 수 있다. 여기서 유사한 작업된 장치는 하중을 나눌 수 있거나 생산 스트림으로의 가공을 연속적으로 제공할 수 있다.
이러한 기술에서의 모듈 디자인의 하나의 가능한 적용은 다중 폐기물의 가스화에서 더욱 선택적일 수 있다는 것이다. 이러한 기술은 다중 가스화기가 단일 고용량 설비에서 사용될 수 있게 한다. 이는 각 가스화기 보조공정 폐기물을 함께 또는 별도로 갖게 선택할 수 있다; 이러한 배열은 폐기물에 따라 최적화될 수 있다.
증가된 하중으로 인해 팽창이 요구되는 경우, 모듈 디자인은 제 2 플랜트를 세우는 것 보다는 이의 용량을 증가시키기 위해, 플랜트에 모듈을 대체하거나 부가하는 기술을 허용한다. 모듈 및 모듈 플랜트는 이들이 빠르게 새로운 위치에 통합될 수 있는 다른 사이트에 재위치될 수 있다.
기능 블록 조합
통상적인 기능들이 하나를 초과한 스트림으로부터 가스 또는 물질을 수용하는 기능 블록으로 수행될 수 있도록 상이한 가스화 트레인의 작용을 결합시킬 수 있다. 하기 다이어그램은 탄소함유 공급물 가스화에 적용되는 이러한 개념을 나타낸 것이다.
이러한 구체예에서, 트레인 간에 조합된 작용의 이러한 셋-업이 임의의 다수의 트레인에 대해 또는 트레인 당 임의의 공급물에 대해 일어날 수 있으나 두개의 트레인을 나타낸다(심지어 하나의 트래인은 조합된 공급물을 갖는다). 스트림이 조합되자 마자, 이는 평행한 조작 장치 하류를 선택할 수 있다; 평행한 스트림은 동일한 가스를 조작하는 경우에서도 동일한 크기일 필요는 없다.
하기 설명에 대하여, GCS는 상기 언급된 가스 조절 시스템을 칭하는 것이며, 숫자는 하기 시스템을 나타낸다:
1. 가스화기
2. 잔여물 조절 시스템
3. 가스 재구성 시스템
조합되지 않음, 도 31
이러한 구체예에서, 하루 시스템, 예를 들어 균질화 탱크 또는 엔진에 대해 혼합된 가스 스트림을 가질 수 있는 두개의 별도의 시스템이 존재한다.
조합된 GCS
이러한 구체예에서, 각 트레인으로부터의 기능 블록(2 및 3)으로부터의 가스는 가스 흐름에 대해 적절한 크기를 갖는 단일 GCS로 함께 공급된다.
조합된 기능 2, 도 32
이러한 구체예에서, 트레인은 기능 블록(1)에서만 상이하며, 모든 다른 작용은 장치의 동일한 조합된 트레인에 의해 조작된다.
조합된 기능 3, 도 33
이러한 구체예에서, 기능 블록(1)로부터의 가스는 조합된 기능 블록(3)으로 진행하며; 이는 적절한 크기를 갖는다.
조합된 기능 2 및 3, 도 34
이러한 구체예에서, 기능 블록(1)로부터의 가스는 조합된 (2)로 진행하며, 기능 블록(1)로부터의 물질은 조합된 기능 블록(3)으로 진행하며; 이는 적절한 크기를 갖는다. 조합된 기능 블록 2 및 3으로부터의 가스는 이후 조합된 GCS로 이동한다.
당업자는 상기 섹션에서 본 출원인이 기능 블록 1, 2 및 3 및 GCS를 포함하는 가스화 시스템을 언급하지만, 이는 보다 작은 다른 기능 블록으로 추가로 세분화될 수 있는 것으로 용이하게 이해될 것이다. 예를 들어, 기능 블록 1, 2 및 3은 단일 가스화기가 이러한 기능 블록의 조합에 의해 형성될 수 있도록 건조 영역, 휘발성화 영역 및 탄소 전환 영역을 각각 나타낼 수 있다. 당업자는 기능 블록의 각 지시에 대해, 트레인이 트레인의 조합이 달성되는 바에 따라 보다 큰 계획의 패밀리에서 조합될 수 있는 것으로 용이하게 인식될 것이다.
본 명세서에 언급된 공개된 특허 출원을 포함하는 모든 특허, 간행물, 및 데이터베이스 목록의 기재는, 각각의 상기 개별적 특허, 간행물 및 데이터베이스 목록이 참조로서 통합되는 것으로 특별하고 개별적으로 지정된 것과 동일한 범위로, 전체 내용이 참조로서 특별히 포함된다.
본 발명은 특정한 특정 구체예를 참조로 하여 기술되었으나, 이는 수많은 방식으로 변형될 수 있다는 것은 자명할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 것으로 여겨지며, 당업자에게 자명한 이러한 모든 변형은 하기 청구범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
Claims (27)
- 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기로서, 상기 가스화기가,하나 이상의 공정 챔버로서, 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역이 상기 하나 이상의 공정 챔버 내에 분배되어 있고, 각각의 챔버 내에서 건조, 휘발 및 탄소 전환으로 구성되는 군으로부터 선택되는 각 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되고, 상기 공정 영역이 상기 각 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 하나 이상의 공정 챔버;하나 이상의 첨가제 입력 요소로서, 이에 첨가제를 투입하기 위한 상기 공정 영역이 결합되어 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 조장하는 하나 이상의 첨가제 입력 요소;상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 증진시키도록 상기 공정 영역을 통해 공급물의 수직 운동을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈;제 1 상기 공정 영역의 근처에 위치하는 하나 이상의 공급물 투입구;하나 이상의 가스 출구; 및하나 이상의 잔여물 출구를 포함하는 탄소함유 공급물을 가스 및 잔여물로 전환하기 위한 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공정 영역이 상기 하나 이상의 공정 챔버의 조합 및 상기 공정 챔버의 각각에 있는 상기 하나 이상의 첨가제 입력 요소의 배치에 의해 조장됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스화기가 제어 시스템을 포함하는 가스화 시스템용이고, 상기 가스화기가 가스화 시스템의 하나 이상의 공정 특성 변화를 나타내는 하나 이상의 감지된 특성에 반응하여 결정되는 제어 시스템에 의해 제공되는 제어 파라미터에 따라 작동되도록 구성됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 3 항에 있어서, 상기 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈이 제어 시스템에 작동가능하게 커플링되어 있고, 부분적으로 또는 전체적으로 제어되는 것에 의하여 상기 하나 이상의 감지된 특성에서 변화에 영향을 줌을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 특성이 생성 가스의 탄소 함량, 생성 가스의 발열량, 생성 가스의 수소 함량 및 생성 가스의 일산화탄소 함량 중 하나 이상을 포함하며, 여기서 상기 하나 이상의 물질 변위 제어 모듈이 상기 하나 이상의 특성에서의 감지된 변화에 반응하여 상기 공정 영역을 통해 공급물의 상기 수직 운동을 조절하여 동일한 곳에서의 변화에 영향을 주도록 구성되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스화기가 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 챔버를 포함하며, 하나 이상의 상기 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역이 각 상기 둘 이상의 공정 챔버 내에 한정됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스화기가 하나의 공정 챔버를 포함하고, 상기 하나의 챔버가 둘 이상의 첨가제 입력 요소(input element)를 포함하며, 각 챔버는 상기 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역 중 각 하나를 조장하도록 위치되고 작동됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스 출구가 가스화기로부터의 가스 출구의 일부 또는 전부를 재구성하기 위한 가스 재구성 시스템과 유체가 소통하도록 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스 출구가 가스화기로부터의 가스 출구의 일부 또는 전부를 재구성하기 위한 가스 재구성 시스템에 배관을 통해 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스 출구가 가스화기로부터의 가스 출구의 일부 또는 전부를 저장하기 위한 가스 저장 탱크와 유체가 소통하도록 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잔여물 출구가 잔여물의 추가 공정을 위한 잔여물 공정 시스템과 작동가능하게 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 잔여물이 부분적으로 가공된 탄소함유 공급물을 포함하고, 여기서 상기 잔여물 출구가 상기 부분적으로 가공된 탄소함유 공급물의 전환을 위한 제 2 가스화기와 작동가능하게 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 가스화기가 제 1 항에서 청구된 수직으로 배향된 가스화기임을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 가스화기가 가로로 배향된 가스화기임을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 공급물이 상류 가스화기로부터 제공되는 부분적으로 가공된 공급물이고, 여기서 상기 공급물 투입구가 상기 부분적으로 가공된 탄소함유 공급물의 추가 공정을 위한 상기 상류 가스화기의 잔여물 출구와 작동가능하게 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 물질 변위 제어 모듈이 상기 공정 영역의 최종 영역으로부터 잔여물의 방출을 용이하게 하도록 능동적으로 제어되며, 이로써, 상기 최종 영역으로 상기 공정 영역의 다른 영역을 통해 반응 물질의 아래 방향 운동을 간접적으로 제어함을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 물질 변위 제어 모듈이 회전 팔, 회전 휠, 회전 패들, 회전 그래이트, 이동 선반, 푸셔(pusher) 램, 추출기 스크루 및 컨베이어 중 하나 또는 그 초과를 포함함을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스화기가 상기 공정 영역을 가열하기 위한 별도, 독립적으로 제어되는 수단을 사용하여 가열됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 18 항에 있어서, 가열을 위한 상기 수단이 사전 가열된 공기의 주입을 위한 하나 이상의 상기 첨가제 입력 요소를 포함함을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 기계적 수단이 상기 공정 챔버로 삽입되고 탄소함유 공급물과 상기 첨가제 입력물을 혼합하도록 구성됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 공급물 투입구가 제어가능한 공급물 입력 시스템과 작동가능하게 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 21 항에 있어서, 상기 제어가능한 공급물 입력 시스템이 공급물 사전 공정 시스템과 작동가능하게 연결되어 있음을 특징으로 하는 가스화기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 공정 챔버가 고정된 베드 공정 챔버, 중력-유발되는 수직 공정 챔버, 기계적으로 보조되는 흐름 공정 챔버, 유체화된 베드 공정 챔버 및 비말 동반된 흐름 공정 챔버를 포함하는 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 가스화기.
- 가스 및 잔여물로 탄소함유 공급물의 전환을 위한 수직으로 배향된 가스화기로서, 상기 가스화기가,하나 이상의 공정 챔버로서, 각각의 챔버가 첨가제의 입력을 위한 하나 이상의 첨가제 입력 요소를 거기에 포함하고, 여기서 상기 하나 이상의 공정 챔버의 조합 및 상기 하나 이상의 첨가제 입력 요소의 배치가 가스화기 내에 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역의 생성을 조장하고, 이 각 영역 내에서 각 공정은 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되며, 상기 공정 영역이 각 상기 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 하나 이상의 공정 챔버;제 1 상기 공정 영역에 인접한 하나 이상의 공급물 투입구;상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 증진시키도록 상기 공정 영역을 통해 공급물의 수직 운동을 제어하도록 구성되어 있는 하나 이상의 물질 변 위 제어 모듈;하나 이상의 가스 출구; 및하나 이상의 잔여물 출구를 포함하는 가스화기.
- 가스화기를 제공하는 단계;상기 가스화기 내에 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역을 만드는 단계로서, 각 영역 내에 건조, 휘발 및 탄소 전환으로 구성되는 군으로부터 선택되는 각각의 공정이 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되며, 상기 공정 영역이 상기 각 공정을 가능하게 하는 각각의 온도 범위에 의해 식별되는 단계;각 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 조장하도록 첨가제를 상기 가스화기로 투입하는 단계;상기 공정 영역을 통해 공급물의 아래 방향 운동을 제어하여 이로써 상기 부분적으로 또는 전체적으로 촉진되는 공정을 최적화하는 단계; 및가스화기로부터 가스 및 잔여물을 출력하는 단계를 포함하는 가스 및 잔여물로 탄소함유 공급물을 전환하는 방법.
- 제 25 항에 있어서, 상기 가스화기가 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 챔버를 포함하고, 하나 이상의 상기 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역이 각각의 상기 둘 이상의 공정 챔버 내에서 만들어짐을 특징으로 하는 방법.
- 제 25 항에 있어서, 상기 가스화기가 하나의 공정 챔버를 포함하며, 상기 첨가제를 투입하는 단계가 둘 이상의 첨가제 입력 요소를 통해 첨가제를 투입하는 것을 포함하고, 이 들 중 각 하나는 상기 둘 이상의 수직으로 연속적인 공정 영역 중 각 하나를 조장하도록 위치되고 작동됨을 특징으로 하는 방법.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CAPCT/CA2006/0000881 | 2006-06-05 | ||
| PCT/CA2006/000881 WO2006128285A1 (en) | 2005-06-03 | 2006-06-05 | A system for the conversion of carbonaceous feedstocks to a gas of a specified composition |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090019891A true KR20090019891A (ko) | 2009-02-25 |
Family
ID=38860207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020097000101A KR20090019891A (ko) | 2006-06-05 | 2007-06-05 | 수직으로 연속적인 공정 영역을 포함하는 가스화기 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US20070289216A1 (ko) |
| EP (1) | EP2029702A4 (ko) |
| JP (1) | JP2009545636A (ko) |
| KR (1) | KR20090019891A (ko) |
| AP (1) | AP2008004698A0 (ko) |
| AU (1) | AU2007256686A1 (ko) |
| GB (1) | GB2452218A (ko) |
| WO (1) | WO2007143673A1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100952609B1 (ko) * | 2009-09-16 | 2010-04-15 | 한국기계연구원 | 상하향 통풍식 복합 가스화 장치 |
| KR102601811B1 (ko) * | 2022-11-16 | 2023-11-14 | 주식회사 비츠로넥스텍 | 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템 및 방법 |
| KR102657428B1 (ko) * | 2023-07-18 | 2024-04-15 | 주식회사 블루플래닛 | 다단 분리형 폐플라스틱 열분해 시스템 |
| KR102657430B1 (ko) * | 2023-07-18 | 2024-04-15 | 주식회사 블루플래닛 | 다단 분리형 폐플라스틱 열분해 반응로의 반응로 단위체 |
Families Citing this family (54)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7024800B2 (en) | 2004-07-19 | 2006-04-11 | Earthrenew, Inc. | Process and system for drying and heat treating materials |
| US7685737B2 (en) | 2004-07-19 | 2010-03-30 | Earthrenew, Inc. | Process and system for drying and heat treating materials |
| US7024796B2 (en) * | 2004-07-19 | 2006-04-11 | Earthrenew, Inc. | Process and apparatus for manufacture of fertilizer products from manure and sewage |
| US7610692B2 (en) | 2006-01-18 | 2009-11-03 | Earthrenew, Inc. | Systems for prevention of HAP emissions and for efficient drying/dehydration processes |
| NZ573217A (en) | 2006-05-05 | 2011-11-25 | Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch | A facility for conversion of carbonaceous feedstock into a reformulated syngas containing CO and H2 |
| WO2007131241A2 (en) | 2006-05-05 | 2007-11-15 | Plasco Energy Group Inc. | A horizontally-oriented gasifier with lateral transfer system |
| MX2008014186A (es) | 2006-05-05 | 2009-02-25 | Plascoenergy Ip Holdings Slb | Sistema de control para la conversion de materias primas carbonaceas a gas. |
| KR20090009950A (ko) * | 2006-05-05 | 2009-01-23 | 플라스코에너지 아이피 홀딩스, 에스.엘., 빌바오, 샤프하우젠 브랜치 | 가스 균질화 시스템 |
| US20070266914A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-22 | Graham Robert G | Method for gasifying solid organic materials and apparatus therefor |
| CN102057222B (zh) | 2007-02-27 | 2013-08-21 | 普拉斯科能源Ip控股公司毕尔巴鄂-沙夫豪森分公司 | 具有加工过的原料/焦炭转化和气体重组的气化系统 |
| EA018207B1 (ru) * | 2007-02-27 | 2013-06-28 | Плэскоэнерджи Айпи Холдингс, С.Л., Бильбао, Шаффхаузен Брэнч | Многозональный углеродный конвертор с плазменной плавкой |
| US7856737B2 (en) * | 2007-08-28 | 2010-12-28 | Mathews Company | Apparatus and method for reducing a moisture content of an agricultural product |
| WO2009099341A2 (en) * | 2008-01-30 | 2009-08-13 | Eco Technology Limited | Method and apparatus for the production of carbon fro carboniferous feedstock |
| KR20110000555A (ko) * | 2008-02-27 | 2011-01-03 | 플라스코에너지 아이피 홀딩스, 에스.엘., 빌바오, 샤프하우젠 브랜치 | 플라즈마 용융을 이용한 다중구역 탄소 변환 시스템 |
| EP2123766A1 (en) | 2008-05-19 | 2009-11-25 | Ineos Europe Limited | Process for the production of ethanol |
| EP2303993A4 (en) * | 2008-06-25 | 2013-01-23 | Nexterra Systems Corp | GENERATION OF PURE SYNGAS FROM BIOMASS |
| NL1035829C2 (nl) * | 2008-08-15 | 2009-08-06 | Jacobus Anna Joseph Hubertus Mohr | Inrichting voor het produceren van houtgas als alternatieve brandstofvoorziening voor verbrandingsmotoren (houtgasgenerator). |
| EP2169035B1 (de) * | 2008-09-22 | 2013-07-24 | BEGA.tec GmbH | Verfahren zur Einstellung des Brennwertes in methanhaltigen Brenngasen |
| US8574329B2 (en) * | 2008-12-11 | 2013-11-05 | General Electric Company | Method of operating a gasifier |
| EP2199375A3 (en) * | 2008-12-11 | 2011-01-19 | General Electric Company | Multizone co-gasifier, method of operation thereof, and retrofit method |
| US20100146856A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-17 | General Electric Company | Multizone co-gasification |
| TW201026395A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-16 | Conocophillips Co | Tar-free gasification system and process |
| PL2396089T3 (pl) | 2009-02-11 | 2018-01-31 | Natural Energy Systems Inc | Sposób konwersji materiału organicznego do bogatego w metan paliwa gazowego |
| US20100229522A1 (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-16 | Jim Kingzett | Plasma-Assisted E-Waste Conversion Techniques |
| US20110067376A1 (en) * | 2009-03-16 | 2011-03-24 | Geovada, Llc | Plasma-based waste-to-energy techniques |
| CN102575179B (zh) * | 2009-10-28 | 2013-12-18 | 株式会社Ihi | 气化设备的燃烧炉温度控制方法及装置 |
| US9416328B2 (en) | 2010-01-06 | 2016-08-16 | General Electric Company | System and method for treatment of fine particulates separated from syngas produced by gasifier |
| US20110162278A1 (en) * | 2010-01-06 | 2011-07-07 | General Electric Company | System for removing fine particulates from syngas produced by gasifier |
| BR112012022069A2 (pt) * | 2010-03-01 | 2017-10-31 | Plascoenergy Ip Holdings S L Bilbao Schaffhausen Branch | sistema de transferência lateral |
| US8667914B2 (en) * | 2010-05-07 | 2014-03-11 | Advanced Plasma Power Limited | Waste treatment |
| US20110315542A1 (en) * | 2010-06-29 | 2011-12-29 | King Abdul Aziz City For Science And Technology | System for processing organic material using solar energy |
| US20120024403A1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | Hamilton Sundstrand Corporation | Inorganic coke resistant coatings to prevent aircraft fuel system fouling |
| US20120061618A1 (en) | 2010-09-11 | 2012-03-15 | James Santoianni | Plasma gasification reactors with modified carbon beds and reduced coke requirements |
| US9321640B2 (en) | 2010-10-29 | 2016-04-26 | Plasco Energy Group Inc. | Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation |
| US8485010B1 (en) | 2010-12-06 | 2013-07-16 | Zeeco, Inc. | Method and apparatus for installing a retractable thermocouple |
| US20120148728A1 (en) * | 2010-12-09 | 2012-06-14 | Siliken Sa | Methods and apparatus for the production of high purity silicon |
| AU2011347466B2 (en) * | 2010-12-21 | 2015-07-16 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process for producing synthesis gas |
| US8956427B2 (en) * | 2010-12-21 | 2015-02-17 | Msw Power Corporation | Gasification chamber with mass flow wedge members |
| US20120210645A1 (en) * | 2011-02-17 | 2012-08-23 | Oaks Plasma Llc | Multi-ring Plasma Pyrolysis Chamber |
| US8882493B2 (en) * | 2011-03-17 | 2014-11-11 | Nexterra Systems Corp. | Control of syngas temperature using a booster burner |
| US8538561B2 (en) | 2011-03-22 | 2013-09-17 | General Electric Company | Method and system to estimate variables in an integrated gasification combined cycle (IGCC) plant |
| US8417361B2 (en) | 2011-03-22 | 2013-04-09 | General Electric Company | Model predictive control system and method for integrated gasification combined cycle power generation |
| GB201107855D0 (en) | 2011-05-11 | 2011-06-22 | Anglia Ruskin University | Gasifier |
| DE102011117141A1 (de) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ligento green power GmbH | Verfahren zur automatischen Entfernung eines Kohlenstoffüberschusses in einem Vergasungsreaktor |
| DE102011117140A1 (de) * | 2011-10-28 | 2013-05-02 | Ligento green power GmbH | Verfahren zum Betreiben eines Vergasungsreaktors |
| FR2985043B1 (fr) * | 2011-12-21 | 2014-02-21 | Commissariat Energie Atomique | Procede et dispositif de torrefaction rapide de biomasse |
| PL224212B1 (pl) * | 2012-10-12 | 2016-11-30 | Sarre Piotr | Sposób zgazowania surowców węglonośnych, karbonizatów i węgli oraz układ urządzeń do prowadzenia tego procesu |
| US9593847B1 (en) | 2014-03-05 | 2017-03-14 | Zeeco, Inc. | Fuel-flexible burner apparatus and method for fired heaters |
| US9593848B2 (en) | 2014-06-09 | 2017-03-14 | Zeeco, Inc. | Non-symmetrical low NOx burner apparatus and method |
| CN104910969B (zh) * | 2015-05-19 | 2017-08-04 | 中国矿业大学(北京) | 一种褐煤气化系统及方法 |
| WO2022056212A1 (en) | 2020-09-14 | 2022-03-17 | Ecolab Usa Inc. | Cold flow additives for plastic-derived synthetic feedstock |
| US11821624B2 (en) | 2020-10-05 | 2023-11-21 | Bright Sand, Inc. | Multi-fuel isolated impulse initiator |
| US20220126249A1 (en) * | 2020-10-05 | 2022-04-28 | Bright Sand, Inc. | Multi-autoclave lateral conversion module |
| EP4416248A1 (en) | 2021-10-14 | 2024-08-21 | Ecolab Usa Inc. | Antifouling agents for plastic-derived synthetic feedstocks |
Family Cites Families (37)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3692505A (en) * | 1971-04-05 | 1972-09-19 | Consolidation Coal Co | Fixed bed coal gasification |
| US3801469A (en) * | 1971-08-31 | 1974-04-02 | Scient Res Instr Corp | Method for effecting chemical reactions between cascading solids and counterflowing gases or fluids |
| BE793881A (fr) * | 1972-01-11 | 1973-07-11 | Westinghouse Electric Corp | Appareil pour la desulfurisation et la gazeification complete du charbon |
| US4181504A (en) * | 1975-12-30 | 1980-01-01 | Technology Application Services Corp. | Method for the gasification of carbonaceous matter by plasma arc pyrolysis |
| US4208191A (en) * | 1978-05-30 | 1980-06-17 | The Lummus Company | Production of pipeline gas from coal |
| US4272255A (en) * | 1979-07-19 | 1981-06-09 | Mountain Fuel Resources, Inc. | Apparatus for gasification of carbonaceous solids |
| US4472172A (en) * | 1979-12-03 | 1984-09-18 | Charles Sheer | Arc gasification of coal |
| NL8200417A (nl) * | 1982-02-04 | 1983-09-01 | Tab B V | Inrichting voor het vergassen van vaste brandstof en de hierbij te gebruiken meestroom-vergasser. |
| US4410336A (en) * | 1982-02-24 | 1983-10-18 | Combustion Engineering, Inc. | Production of pipeline gas from coal |
| AT384007B (de) * | 1984-04-02 | 1987-09-25 | Voest Alpine Ag | Verfahren zur herstellung von synthesegasen sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens |
| CA1265760A (en) * | 1985-07-29 | 1990-02-13 | Reginald D. Richardson | Process utilizing pyrolyzation and gasification for the synergistic co-processing of a combined feedstock of coal and heavy oil to produce a synthetic crude oil |
| SE501334C2 (sv) * | 1991-11-04 | 1995-01-16 | Kvaerner Pulping Tech | Sätt att termiskt sönderdela ett kolhaltigt råmaterial vid understökiometrisk syretillförsel samt anordning för genomförande av sättet |
| JP2977368B2 (ja) * | 1992-05-01 | 1999-11-15 | 三菱重工業株式会社 | 石炭燃焼器およびそのスラグ排出装置 |
| JP2853548B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1999-02-03 | 日本鋼管株式会社 | 縦型石炭熱分解装置 |
| FR2718223B1 (fr) * | 1994-03-29 | 1996-06-21 | Babcock Entreprise | Dispositif d'enfournement de combustibles solides de grande taille dans un foyer, par exemple des pneus usagés entiers. |
| US5798497A (en) * | 1995-02-02 | 1998-08-25 | Battelle Memorial Institute | Tunable, self-powered integrated arc plasma-melter vitrification system for waste treatment and resource recovery |
| US6018471A (en) * | 1995-02-02 | 2000-01-25 | Integrated Environmental Technologies | Methods and apparatus for treating waste |
| US5666891A (en) * | 1995-02-02 | 1997-09-16 | Battelle Memorial Institute | ARC plasma-melter electro conversion system for waste treatment and resource recovery |
| US6112677A (en) * | 1996-03-07 | 2000-09-05 | Sevar Entsorgungsanlagen Gmbh | Down-draft fixed bed gasifier system and use thereof |
| US5785923A (en) * | 1996-03-08 | 1998-07-28 | Battelle Memorial Institute | Apparatus for continuous feed material melting |
| US6200430B1 (en) * | 1998-01-16 | 2001-03-13 | Edgar J. Robert | Electric arc gasifier method and equipment |
| WO2000013785A1 (en) * | 1998-09-02 | 2000-03-16 | Jacobus Swanepoel | Treatment of solid carbonaceous material |
| DE19916931C2 (de) * | 1999-03-31 | 2001-07-05 | Deponie Wirtschaft Umweltschut | Luftzuführrohr für einen Vergaser zur Erzeugung von Brenngas |
| US6182584B1 (en) * | 1999-11-23 | 2001-02-06 | Environmental Solutions & Technology, Inc. | Integrated control and destructive distillation of carbonaceous waste |
| US6380507B1 (en) * | 2000-04-25 | 2002-04-30 | Wayne F. Childs | Apparatus for feeding waste matter into a plasma arc furnace to produce reusable materials |
| US6686556B2 (en) * | 2001-04-04 | 2004-02-03 | C. Kenneth Mitchell | Solid-waste energy plant using catalytic ionic-impact decomposition and combustion product regeneration |
| US6987792B2 (en) * | 2001-08-22 | 2006-01-17 | Solena Group, Inc. | Plasma pyrolysis, gasification and vitrification of organic material |
| JP2003227349A (ja) * | 2002-02-07 | 2003-08-15 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | バイオマスガス化発電装置 |
| WO2003095072A1 (en) * | 2002-05-08 | 2003-11-20 | Lau, Edmund, Kin, On | Hazardous waste treatment method and apparatus |
| CA2418836A1 (en) * | 2003-02-12 | 2004-08-12 | Resorption Canada Ltd. | Multiple plasma generator hazardous waste processing system |
| US7279655B2 (en) * | 2003-06-11 | 2007-10-09 | Plasmet Corporation | Inductively coupled plasma/partial oxidation reformation of carbonaceous compounds to produce fuel for energy production |
| GB0325668D0 (en) * | 2003-11-04 | 2003-12-10 | Dogru Murat | Intensified and minaturized gasifier with multiple air injection and catalytic bed |
| JP2005139338A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 移動床式ガス化炉の燃焼帯の温度計測方法および廃棄物ガス化装置 |
| EP1696177A1 (de) * | 2005-02-28 | 2006-08-30 | Drechsler, Daniel | Integriertes Mehrbrennstoff- Vergasungsverfahren |
| US20080222956A1 (en) * | 2005-06-03 | 2008-09-18 | Plasco Energy Group Inc. | System for the Conversion of Coal to a Gas of Specified Composition |
| US20080202028A1 (en) * | 2005-06-03 | 2008-08-28 | Plasco Energy Group Inc. | System For the Conversion of Carbonaceous Fbedstocks to a Gas of a Specified Composition |
| US20100154304A1 (en) * | 2007-07-17 | 2010-06-24 | Plasco Energy Group Inc. | Gasifier comprising one or more fluid conduits |
-
2007
- 2007-01-05 JP JP2009514504A patent/JP2009545636A/ja active Pending
- 2007-01-05 AP AP2008004698A patent/AP2008004698A0/xx unknown
- 2007-06-05 GB GB0823454A patent/GB2452218A/en not_active Withdrawn
- 2007-06-05 WO PCT/US2007/070456 patent/WO2007143673A1/en active Application Filing
- 2007-06-05 AU AU2007256686A patent/AU2007256686A1/en not_active Abandoned
- 2007-06-05 KR KR1020097000101A patent/KR20090019891A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-06-05 EP EP07784333A patent/EP2029702A4/en not_active Withdrawn
- 2007-06-05 US US11/758,633 patent/US20070289216A1/en not_active Abandoned
-
2010
- 2010-12-14 US US12/968,164 patent/US20110078952A1/en not_active Abandoned
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100952609B1 (ko) * | 2009-09-16 | 2010-04-15 | 한국기계연구원 | 상하향 통풍식 복합 가스화 장치 |
| KR102601811B1 (ko) * | 2022-11-16 | 2023-11-14 | 주식회사 비츠로넥스텍 | 건조 및 전처리를 포함하는 플라즈마 탄화 시스템 및 방법 |
| KR102657428B1 (ko) * | 2023-07-18 | 2024-04-15 | 주식회사 블루플래닛 | 다단 분리형 폐플라스틱 열분해 시스템 |
| KR102657430B1 (ko) * | 2023-07-18 | 2024-04-15 | 주식회사 블루플래닛 | 다단 분리형 폐플라스틱 열분해 반응로의 반응로 단위체 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2029702A1 (en) | 2009-03-04 |
| US20110078952A1 (en) | 2011-04-07 |
| AP2008004698A0 (en) | 2008-12-31 |
| GB2452218A (en) | 2009-02-25 |
| WO2007143673A8 (en) | 2010-01-21 |
| JP2009545636A (ja) | 2009-12-24 |
| AU2007256686A1 (en) | 2007-12-13 |
| WO2007143673A1 (en) | 2007-12-13 |
| EP2029702A4 (en) | 2010-08-25 |
| WO2007143673A9 (en) | 2008-10-30 |
| GB0823454D0 (en) | 2009-01-28 |
| US20070289216A1 (en) | 2007-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20090019891A (ko) | 수직으로 연속적인 공정 영역을 포함하는 가스화기 | |
| US8435315B2 (en) | Horizontally-oriented gasifier with lateral transfer system | |
| US20100154304A1 (en) | Gasifier comprising one or more fluid conduits | |
| US8690975B2 (en) | Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation | |
| US9321640B2 (en) | Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation | |
| BRPI0713120A2 (pt) | gaseificador para conversão de carga de alimentação carbonácea em gás e resìduo e método para converter uma carga de alimentação carbonácea em gás e resìduo | |
| US20070284453A1 (en) | Heat Recycling System for Use with a Gasifier | |
| US20070258869A1 (en) | Residue Conditioning System | |
| KR20090040406A (ko) | 플라즈마 토치 가열을 사용하는 가스 재구성 시스템 | |
| US20080104887A1 (en) | Residue conditioning system | |
| AU2008221197B9 (en) | Gasification system with processed feedstock/char conversion and gas reformulation | |
| EP2019981A2 (en) | A control system for the conversion of a carbonaceous feedstock into gas | |
| CA2651352C (en) | A horizontally-oriented gasifier with lateral transfer system | |
| CA2654367A1 (en) | A gasifier comprising vertically successive processing regions | |
| CA2652287A1 (en) | A heat recycling system for use with a gasifier | |
| CA2703808A1 (en) | A residue conditioning system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |