KR20110025845A - Ｓｎｇ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템 - Google Patents

Ｓｎｇ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20110025845A
KR20110025845A KR1020117001987A KR20117001987A KR20110025845A KR 20110025845 A KR20110025845 A KR 20110025845A KR 1020117001987 A KR1020117001987 A KR 1020117001987A KR 20117001987 A KR20117001987 A KR 20117001987A KR 20110025845 A KR20110025845 A KR 20110025845A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
methane
gas
catalyst
gas stream
cooled
Prior art date
Application number
KR1020117001987A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101364823B1 (ko
Inventor
프랜시스 에스. 라우
얼 티. 로빈슨
드웨인 도슨
Original Assignee
그레이트포인트 에너지, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 그레이트포인트 에너지, 인크. filed Critical 그레이트포인트 에너지, 인크.
Publication of KR20110025845A publication Critical patent/KR20110025845A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101364823B1 publication Critical patent/KR101364823B1/ko

Links

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
    • C10J3/72—Other features
    • C10J3/721—Multistage gasification, e.g. plural parallel or serial gasification stages
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C1/00—Preparation of hydrocarbons from one or more compounds, none of them being a hydrocarbon
    • 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
    • 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
    • C10J3/30—Fuel charging 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
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/004—Sulfur containing contaminants, e.g. hydrogen sulfide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/005—Carbon dioxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/003—Removal of contaminants of acid contaminants, e.g. acid gas removal
    • C10K1/006—Hydrogen cyanide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/002—Removal of contaminants
    • C10K1/007—Removal of contaminants of metal compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/101—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids with water only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/102—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids containing free acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/103—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkali- or earth-alkali- or NH4 salts or inorganic acids derived from sulfur
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/12—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors
    • C10K1/14—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors organic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/10—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids
    • C10K1/12—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors
    • C10K1/14—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors organic
    • C10K1/143—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with aqueous liquids alkaline-reacting including the revival of the used wash liquors organic containing amino groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/16—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/08—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors
    • C10K1/16—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids
    • C10K1/165—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by washing with liquids; Reviving the used wash liquors with non-aqueous liquids at temperatures below zero degrees Celsius
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/20—Purifying combustible gases containing carbon monoxide by treating with solids; Regenerating spent purifying masses
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K1/00—Purifying combustible gases containing carbon monoxide
    • C10K1/32—Purifying combustible gases containing carbon monoxide with selectively adsorptive solids, e.g. active carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10K—PURIFYING OR MODIFYING THE CHEMICAL COMPOSITION OF COMBUSTIBLE GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE
    • C10K3/00—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide
    • C10K3/02—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment
    • C10K3/04—Modifying the chemical composition of combustible gases containing carbon monoxide to produce an improved fuel, e.g. one of different calorific value, which may be free from carbon monoxide by catalytic treatment reducing the carbon monoxide content, e.g. water-gas shift [WGS]
    • 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
    • C10J2200/09—Mechanical details of gasifiers not otherwise provided for, e.g. sealing 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
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • 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
    • C10J2300/0903—Feed preparation
    • C10J2300/0906—Physical processes, e.g. shredding, comminuting, chopping, sorting
    • 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
    • C10J2300/0953—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
    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0983—Additives
    • C10J2300/0986—Catalysts
    • 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
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/164—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with conversion of synthesis gas
    • C10J2300/1656—Conversion of synthesis gas to chemicals
    • C10J2300/1662—Conversion of synthesis gas to chemicals to methane (SNG)
    • 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
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1671—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity
    • 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
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1671—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity
    • C10J2300/1675—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with the production of electricity making use of a steam turbine
    • 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
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/1687—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with steam generation
    • 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
    • C10J2300/16—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant
    • C10J2300/169—Integration of gasification processes with another plant or parts within the plant with water treatments
    • 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
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, 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
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1807—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water
    • C10J2300/1823—Recycle loops, e.g. gas, solids, heating medium, water for synthesis 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
    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1853—Steam reforming, i.e. injection of steam only
    • 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
    • C10J2300/18—Details of the gasification process, e.g. loops, autothermal operation
    • C10J2300/1861—Heat exchange between at least two process streams
    • C10J2300/1884—Heat exchange between at least two process streams with one stream being synthesis gas

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Industrial Gases (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

탄소질 공급물을 다수의 기체 생성물로 전환시키기 위한 시스템이 기재되어 있다. 시스템은, 다른 장치들 중에서, 탄소질 공급물을 알칼리 금속 촉매의 존재 하에 적어도 메탄을 포함한 다수의 기체 생성물로 전환시키기 위한 2개의 별도의 기체화 반응기를 포함한다. 단일 또는 별개의 촉매 부하로부터의 공급물 및/또는 공급물 제조 장치 작업을 각각의 기체화 반응기에 공급할 수 있다. 유사하게, 각각의 기체화 반응기로부터의 고온 기체 흐름을 열 교환기, 산 기체 제거 또는 메탄 제거 장치 작업에서의 조합을 통해 정제할 수도 있다. 생성물 정제는 미량 오염물 제거 장치, 암모니아 제거 및 회수 장치 및 사워 시프트 장치를 포함할 수도 있다.

Description

ＳＮＧ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템{FOUR-TRAIN CATALYTIC GASIFICATION SYSTEMS FOR SNG PRODUCTION}
본 발명은, 증기의 존재 하에서 탄소질 공급물의 촉매적 기체화를 통해 기체 생성물, 특히 메탄을 제조하기 위하여 2개의 촉매적 기체화 반응기 (즉, 2개 트레인)를 가진 시스템 배열에 관한 것이다.
높은 에너지 가격 및 환경 염려와 같은 여러 요인을 고려하여, 연료-가치가 낮은 탄소질 공급물, 예컨대 생물자원으로부터 부가가치 기체 생성물을 제조하는 것이 새롭게 관심을 받고 있다. 메탄 및 기타 부가가치 기체를 제조하기 위해 이러한 물질의 촉매적 기체화는 예를 들어 US3828474, US3998607, US4057512, US4092125, US4094650, US4204843, US4468231, US4500323, US4541841 US4551155, US4558027, US4606105, US4617027, US4609456, US5017282, US5055181, US6187465, US6790430, US6894183, US6955695, US2003/0167961A1, US2006/0265953A1, US2007/000177A1, US2007/083072A1, US2007/0277437A1 및 GB1599932에 개시되어 있다.
일반적으로, 석탄 또는 석유 코크스와 같은 탄소질 물질은, 승온 및 승압에서 알칼리 금속 촉매 공급원 및 증기의 존재 하에 물질의 기체화에 의하여, 메탄과 같은 부가가치 기체를 포함한 다수의 기체로 전환될 수 있다. 기체화장치에 의해 제조되는 원료 기체로부터 미세한 반응되지 않은 탄소질 물질을 제거하고, 기체를 냉각하고, 다수의 방법으로 세정하여 원하지 않는 오염물 및 일산화탄소, 수소, 이산화탄소 및 황화수소를 포함한 기타 부산물을 제거한다.
탄소질 물질의 메탄을 포함한 기체 생성물로의 생산량을 증가시키기 위하여 다수의 병렬 기체화 트레인을 동시에 가동시킬 수 있고, 각각은 전용 공급물 처리 및 기체 정제 및 분리 시스템을 갖는다. 공급물 처리 및 기체 정제 및 분리 시스템에서 각각의 장치는 상이한 용량을 가질 수 있고, 그 결과 전체 시스템 내에서 특정한 장치의 과-부하 또는 저-부하, 효율 손실 및 제조 비용 증가가 발생한다. 따라서, 증가된 효율 및 성분 이용을 갖고 전체 제조 용량의 손실이 최소화된, 개선된 기체화 시스템이 요구되고 있다.
발명의 요약
하나의 측면에서, 본 발명은 촉매화된 탄소질 공급물로부터 다수의 기체 생성물을 생성하기 위한 기체화 시스템을 제공하며, 이 시스템은
(a) 각각의 기체화 반응기 장치가 독립적으로
(A1) 촉매화된 탄소질 공급물 및 증기를 (i) 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소 및 미반응 증기를 포함하는 다수의 기체 생성물, (ii) 미반응 탄소질 미립자 및 (iii) 비말동반된 촉매를 포함하는 고체 목탄 생성물로 전환시키는, 반응 챔버;
(A2) 반응 챔버 내로 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 공급 입구;
(A3) 반응 챔버 내로 증기를 공급하기 위한 증기 입구;
(A4) 다수의 기체 생성물을 포함하는 고온 제1 기체 흐름을 반응 챔버 밖으로 배출하기 위한 고온 기체 출구;
(A5) 반응 챔버로부터 고체 목탄 생성물을 회수하기 위한 목탄 출구; 및
(A6) 고온 제1 기체 흐름에 비말동반될 수도 있는 반응되지 않은 탄소질 미립자의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위한 미립자 제거 장치
를 포함하는, 제1 및 제2 기체화 반응기 장치;
(b) (1) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 양쪽 모두의 공급 입구에 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 단일 촉매 부하 장치, 또는
(2) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 공급 입구에 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 제1 및 제2 촉매 부하 장치
(여기에서, 각각의 촉매 부하 장치는 독립적으로
(B1) 촉매화 탄소질 공급물을 형성하기 위하여 하나 이상의 탄소질 입자를 수용하고 촉매를 입자 위에 부하하기 위한 부하 탱크; 및
(B2) 수분 함량을 감소시키기 위하여 촉매화 탄소질 공급물을 열 처리하기 위한 건조기를 포함함);
(c) (1) 단지 단일 촉매 부하 장치가 존재할 때, 단일 촉매 부하 장치의 부하 탱크에 탄소질 입자를 공급하기 위한 단일 탄소질 물질 가공 장치, 또는
(2) 제1 및 제2 촉매 부하 장치가 존재할 때, (i) 탄소질 입자를 제1 및 제2 촉매 부하 장치 양쪽 모두의 부하 탱크에 공급하기 위한 단일 탄소질 물질 가공 장치, 또는 (ii) 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 부하 탱크에 탄소질 입자를 공급하기 위한 제1 및 제2 탄소질 물질 가공 장치
(여기에서, 각각의 탄소질 물질 가공 장치는 독립적으로
(C1) 탄소질 물질을 수용하고 보관하기 위한 수용기; 및
(C2) 수용기와 소통되는, 탄소질 물질을 탄소질 입자로 분쇄하기 위한 분쇄기를 포함함);
(d) (1) 증기를 발생시키고 단일 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고온 제1 기체 흐름으로부터 열 에너지를 제거하기 위한 단일 열 교환기 장치, 또는
(2) 증기, 제1의 냉각된 제1 기체 흐름 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위하여 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고온 제1 기체 흐름으로부터 열 에너지를 제거하기 위한 제1 및 제2 열 교환기 장치;
(e) (1) 단지 단일 열 교환기 장치가 존재할 때, 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 단일 산 기체 제거 장치, 또는
(2) 제1 및 제2 열 교환기 장치가 존재할 때, (i) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1의 냉각된 제1 기체 흐름 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 단일 산 기체 제거 장치, 또는 (ii) 제1의 산 기체-소모된 기체 흐름 및 제2의 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 (여기에서 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름이 함께 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터의 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함함);
(f) (1) 단지 단일 산 기체-소모된 흐름이 존재할 때, 단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 단일 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리하고 회수하기 위한 단일 메탄 제거 장치 (여기에서 단일 메탄 생성물 흐름이 단일 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터의 적어도 실질적인 분량의 메탄을 포함함), 또는
(2) 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름이 존재할 때, (i) 단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리 및 회수하기 위한 단일 메탄 제거 장치, 또는 (ii) 제1 메탄-소모된 기체 흐름 및 제1 메탄 생성물 흐름, 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름 및 제2의 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리하고 회수하기 위한 제1 및 제2 메탄 제거 장치 (여기에서 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름이 함께 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 포함함);
(g) (1) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 증기 입구에 증기를 공급하기 위한 단일 증기 공급원, 또는
(2) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 증기 입구에 증기를 공급하기 위한 제1 및 제2 증기 공급원
을 포함한다.
특정한 구현양태에서, 기체화 시스템은
(h) 단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 존재한다면 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름 중 하나 이상으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위한, 열 교환기 장치 및 산 기체 제거 장치 사이의 미량 오염물 제거 장치 (여기에서 단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 제1 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름 중 하나 이상은 COS, Hg 및 HCN 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 미량 오염물을 더욱 포함함);
(i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부, 또는 존재한다면 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름 중 하나 이상의 적어도 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 개질기;
(j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부, 또는 존재한다면 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름 중 하나 이상을 압축하기 위한 메탄 압축기 장치;
(k) 단일 산 기체 제거 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 산 제거 장치 중 하나 이상에 의해 제거된 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 이산화탄소 회수 장치;
(l) 단일 산 기체 제거 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 중 하나 이상에 의해 제거된 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 황 회수 장치;
(m) 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 단일 촉매 부하 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 촉매 부하 장치 중 하나 이상으로 재순환시키기 위한 촉매 회수 장치;
(n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부, 또는 제1 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름 중 하나 이상의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치 중 적어도 하나 이상에 재순환시키기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 생성되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원, 또는 존재한다면 제1 증기 공급원 및/또는 제2 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
(q) 단일 증기 공급원, 또는 존재한다면 제1 증기 공급원 및/또는 제2 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서 냉각된 제1 기체 흐름을 수성 매질과 접촉하기 위한, 열 교환기 및 산 기체 제거 장치 사이의 사워 시프트(sour shift) 장치
의 하나 이상을 더욱 포함할 수도 있다.
다수의 기체 생성물이 암모니아를 포함하는 경우에, 시스템은, 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하고 궁극적으로 산 기체 제거 장치에 공급하기 위하여 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 암모니아를 제거하기 위해 열 교환기 장치와 산 기체 제거 장치 사이에 암모니아 제거 장치를 임의로 더욱 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 시스템은 예를 들어 다양한 탄소질 공급물로부터 메탄을 생성하기 위해 유용하다. 바람직한 시스템은 이하 더욱 상세히 기재된 바와 같이 "파이프관-품질 천연 기체"의 생성물 흐름을 생성하는 것이다.
도 1은 단일 공급물 가공 장치를 가진 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
도 2는 단일 공급물 가공 장치, 단일 촉매 부하 장치, 단일 가열 교환기, 단일 산 기체 제거 장치 및 단일 메탄 제거 장치를 가진 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
도 3은 단일 열 교환기, 단일 산 기체 제거 장치 및 단일 메탄 제거 장치를 가진 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
도 4는 단일 공급물 가공 장치, 단일 열 교환기, 단일 산 기체 제거 장치 및 단일 메탄 제거 장치를 가진 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
도 5는 단일 공급물 가공 장치, 단일 산 기체 제거 장치 및 단일 메탄 제거 장치를 가진 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
도 6은 단일 공급물 가공 장치, 단일 촉매 부하 장치, 단일 열 교환기, 단일 산 기체 제거 장치 및 단일 메탄 제거 장치를 갖고 각각 임의의 장치 작동을 위한 단일 장치를 포함하는, 본 발명의 기체화 시스템의 구현양태의 개략도이다.
본 개시내용은, 다른 장치 중에서 알칼리 금속 촉매의 존재 하에서 탄소질 공급물을 다수의 기체 생성물로 전환시키기 위한 2개의 별도의 기체화 반응기를 포함하는, 탄소질 공급물을 적어도 메탄을 포함한 다수의 기체 생성물로 전환시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 시스템은 개선된 작동 효율 및 전체 시스템의 제어를 촉진하기 위하여 하나 이상의 장치 작동을 공유하는 적어도 2개의 기체화 반응기를 가진 개선된 기체화 시스템을 제공한다.
각각의 기체화 반응기에, 단일 또는 별도의 촉매 부하 및/또는 공급물 제조 장치 작동으로부터의 탄소질 공급물을 공급할 수도 있다. 유사하게, 열 교환기, 산 기체 제거 또는 메탄 제거 장치 작동에서의 조합을 통하여 각각의 기체화 반응기로부터의 고온 기체 흐름을 정제할 수도 있다. 생성물 정제는 임의의 미량의 오염물 제거 장치, 암모니아 제거 및 회수 장치, 및 사워 시프트 장치를 포함할 수도 있다. 이하 더욱 상세히 언급되는 바와 같이, 시스템 배열에 의존하여 각각의 장치 유형의 1개 또는 2개가 존재할 수도 있다.
본 발명은 예를 들어 공동 소유된 US2007/0000177A1; US2007/0083072A1, US2007/0277437A1, US2009/0048476A1, US2009/0090056A1 및 US2009/0090055A1에 개시된 촉매적 기체화 기술에 대한 개발을 사용하여 실행될 수 있다.
또한, 본 발명은 공동-소유된 미국 특허출원 일련번호 12/342,554, 12/342,565, 12/342,578, 12/342,596, 12/342,608, 12/342,628, 12/342,663, 12/342,715, 12/342,736, 12/343,143, 12/343,149 및 12/343,159, (이들 각각은 2008년 12월 23일에 출원됨); 12/395,293, 12/395,309, 12/395,320, 12/395,330, 12/395,344, 12/395,348, 12/395,353, 12/395,372, 12/395,381, 12/395,385, 12/395,429, 12/395,433 및 12/395,447 (이들 각각은 2009년 2월 27일에 출원됨); 및 12/415,042 및 12/415,050 (이들 각각은 2009년 3월 31일에 출원됨)에 개시된 주제와 함께 실행될 수 있다.
또한, 본 발명은 다음과 같은 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 No. / (대리인 서류 번호 FN-0035 US NP1; 발명의 명칭: 3-트레인 촉매적 기체화 시스템); 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0036-US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템; 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0037 US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템); 및 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0038 US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템)에 기재된 개발과 조합하여 실행될 수 있다.
여기에 언급된 모든 공보, 특허출원, 특허 및 기타 참고문헌은, 달리 나타내지 않는 한, 모든 목적을 위하여 마치 완전히 개시되어 있는 것처럼 그 전체 내용이 여기에서 참고문헌으로 명백히 포함된다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 개시내용이 속하는 기술분야의 숙련가에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 모순되는 경우에, 정의를 포함하는 본 명세서가 우세할 것이다.
표현으로 나타내는 것 이외에는, 상표명을 윗 첨자로 표시한다.
여기에 기재된 것과 유사하거나 균등한 방법 및 물질이 본 개시내용의 실행 또는 시험에서 사용될 수 있긴 하지만, 적절한 방법 및 물질이 본 명세서에 기재되어 있다.
달리 언급되지 않는 한, 모든 퍼센트, 부, 비율 등은 중량 기준이다.
양, 농도 또는 기타 값 또는 매개변수를 범위, 또는 상한 및 하한 값으로 나타낼 때, 범위가 따로따로 개시되어 있는지의 여부와는 무관하게, 이것은 상한 및 하한 범위 한계로부터 형성된 모든 범위를 특정하게 개시하는 것으로 이해되어야 한다. 수치의 범위를 여기에 인용하는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 범위는 그의 끝점, 및 그 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 해석된다. 본 개시내용의 범위가 그 범위를 한정할 때 인용되는 특정한 값으로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
수치 및 범위의 끝점을 설명함에 있어서 용어 "약"이 사용될 때, 개시내용은 언급된 특정한 값 또는 그의 끝점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
여기에서 사용된 용어 "포함한다", "포함하는", "포함한다", "포함하는", "갖는다", "가진" 또는 다른 그의 변형은 비-배타적 포함을 말하는 것으로 해석된다. 예를 들어, 요소의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 단지 이러한 요소에 반드시 제한되는 것이 아니라 이러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 명백히 기재되지 않거나 고유의 것이 아닌 다른 요소를 포함할 수 있다. 또한, 분명히 반대인 것으로 언급되지 않는 한, "또는"은 '포괄적 또는'을 가리키고 '배타적 또는'을 가리키는 것이 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 다음 중의 어느 하나에 의해 만족된다: A는 진실 (또는 존재)이고 B는 거짓이고 (또는 부재), A가 거짓 (또는 부재)이고 B는 진실 (또는 존재)이며, A 및 B 양쪽 모두가 진실 (또는 존재)이다.
여기에서 다양한 요소 및 성분을 설명하기 위한 단수 표현의 사용은 단순히 편의를 위한 것이고 개시내용의 일반적인 의미를 제공한다. 이러한 설명은 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 다른 것을 의미함이 명백하지 않는 한 단수는 복수를 포함한다.
여기에서 사용되는 용어 "실질적인 분량"은, 달리 정의되지 않는 한, 언급된 물질의 약 90％ 초과, 바람직하게는 언급된 물질의 95％ 초과, 더욱 바람직하게는 언급된 물질의 97％ 초과임을 의미한다. 퍼센트는 분자 (예컨대 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소 및 황화수소)를 언급할 때 몰 기준이고, 다른 경우에는 중량 기준 (예를 들어 비말동반된 탄소질 미립자를 위하여)이다.
용어 "장치"는 장치 작동을 가리킨다. 하나 초과의 "장치"가 존재하는 것으로 설명될 때, 병렬 방식으로 작동된다 (도면에 나타냄). 그러나, 단일 "장치"는 직렬로 연결된 하나 초과의 장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산 기체 제거 장치는 황화수소 제거 장치에 이어서 직렬로 연결된 이산화탄소 제거 장치를 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 미량 오염물 제거 장치는 제1 미량 오염물을 위한 제1 제거 장치에 이어서 직렬로 연결된 제2 미량 오염물을 위한 제2 제거 장치를 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서, 메탄 압축기 장치는 메탄 생성물 흐름을 제1 압력으로 압축하기 위한 제1 메탄 압축기와 그에 이어서 직렬로 연결된 메탄 생성물 흐름을 제2 (더 높은) 압력으로 더욱 압축하기 위한 제2 메탄 압축기를 포함할 수도 있다.
물질, 방법 및 실시예는 단지 일례일 뿐이고, 구체적으로 언급되는 경우 이외에는 이에 한정되는 것으로 해석되지 않는다.
다수-트레인 배열
다양한 구현양태에서, 본 발명은 증기의 존재 하에서 기체 생성물을 생성하기 위하여 촉매화된 탄소질 공급물을 기체화하고, 이어서 메탄을 분리하고 회수하기 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 병렬로 작동하는 2개의 기체화 반응기 (2개의 기체화 트레인)를 기본으로 한다.
본 발명은 다수의 2-트레인 시스템을 포함한다는 것을 주목해야 하고, 따라서 전체 플랜트 배열이 예를 들어 (본 발명에 따른 동일하거나 상이한 배열의) 2개의 독립적이지만 병렬의 2-트레인 시스템을 포함할 수 있고 이것이 총 4개의 기체화 반응기를 만든다. 본 발명에 따르면 2-트레인 시스템은, 예컨대 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0035 US NP1, 발명의 명칭: 3-트레인 촉매적 기체화 시스템); 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0036 US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템); 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0037 US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템); 및 일련번호 / (대리인 서류 번호 FN-0038 US NP1, 발명의 명칭: 4-트레인 촉매적 기체화 시스템)에 개시된 바와 같이, 다른 독립적인 다수-트레인 시스템과 조합될 수 있다.
"시스템 A"로 표시되는 하나의 특정한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 처리 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치; (f) 제1 및 제2 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
시스템 A의 특별한 구현양태에서, 시스템은
(h) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 미량 오염물 제거 장치;
(i) 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 하나 또는 양쪽 모두의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기; 또는 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 및 제2 개질기;
(j) 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 하나 또는 양쪽 모두의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치; 또는 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부를 압축하기 위한 제1 및 제2 메탄 압축기 장치;
(k) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치; 또는 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 제1 및 제2 이산화탄소 회수 장치;
(l) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치; 또는 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 황을 추출하고 회수하기 위한 제1 및 제2 황 회수 장치;
(m) 제1 및 제2 기체화 장치로부터의 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환시키기 위한 단일 촉매 회수 장치; 또는 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환시키기 위한 제1 및 제2 촉매 회수 장치;
(n) 제1 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름의 하나 또는 양쪽의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
(q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해, 제1 및 제2 열 교환기 장치와 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 사워 시프트 장치
의 하나 이상을 더욱 포함한다.
시스템 A의 다른 특별한 구현양태에서, 시스템은
(h) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 미량 오염물 제거 장치;
(i) 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 하나 또는 양쪽 모두의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기; 또는 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 및 제2 개질기;
(j) 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름의 하나 또는 양쪽의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치;
(k) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치;
(l) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치;
(m) 제1 및 제2 기체화 장치로부터 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 단일 촉매 회수 장치;
(n) 제1 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름의 하나 또는 양쪽의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 발생된 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열하기 위한 과열장치;
(q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름 내의 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 사워 시프트 장치
의 하나 이상을 더욱 포함한다.
"시스템 B"로 표시되는 다른 특별한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 단일 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
시스템 B의 특정한 구현양태에서, 시스템은
(h) 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 단일 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 미량 오염물 제거 장치;
(i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기 또는 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 개질기 및 제2 개질기;
(j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치;
(k) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치;
(l) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치;
(m) 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터의 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 장치로부터 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 단일 촉매 부하 장치로 재순환시키기 위한 단일 촉매 회수 장치; 또는 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터의 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 단일 촉매 부하 장치에 재순환시키기 위한 제1 및 제2 촉매 회수 장치;
(n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치; 및
(q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 단일 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해, 단일 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 사워 시프트 장치
의 하나 이상을 더욱 포함한다.
"시스템 C"로 표시된 다른 특정한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 제1 및 제2 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
"시스템 D"로 표시된 본 발명의 다른 특정한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
시스템 C 및 D의 특정한 구현양태에서, 시스템은
(h) 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 단일 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 미량 오염물 제거 장치;
(i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기 또는 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 개질기 및 제2 개질기;
(j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치;
(k) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치;
(l) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치;
(m) 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터의 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 장치로부터 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽으로 재순환시키기 위한 단일 촉매 회수 장치; 또는 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터의 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터 추출하고 회수하고, 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 회수된 촉매의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 제1 및 제2 촉매 회수 장치;
(n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
(q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 단일 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해, 단일 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 사워 시프트 장치
의 하나 이상을 더욱 포함한다.
"시스템 E"로 표시된 본 발명의 다른 특정한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
"시스템 F"로 표시된 본 발명의 다른 특정한 구현양태에서, 시스템은 (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 단일 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함한다.
시스템 E 및 F의 특정한 구현양태에서, 시스템은
(h) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 미량 오염물 제거 장치; 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 미량 오염물 제거 장치;
(i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기, 또는 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 개질기 및 제2 개질기;
(j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치;
(k) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치;
(l) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거된 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치;
(m) 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터의 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 장치로부터 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽으로 재순환시키기 위한 단일 촉매 회수 장치; 또는 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 회수된 촉매의 적어도 일부를 재순환시키기 위한 제1 및 제2 촉매 회수 장치;
(n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
(o) 시스템에 의해 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
(p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
(q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
(r) 제1 및 제2 냉각된 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 합성가스로 전환시키기 위해 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 제거 장치 사이에 있는 단일 사워 시프트 장치, 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 사워 시프트 장치
의 하나 이상을 더욱 포함한다.
상기 시스템의 어느 단일 특정한 구현양태에서, 각각은 적어도 (k), (l) 및 (m)을 포함한다.
상기 시스템 및 그의 구현양태의 어느 하나의 특정한 구현양태에서, 시스템은 (k)를 포함하고 시스템은 회수된 이산화탄소를 압축하기 위한 이산화탄소 압축 장치를 더욱 포함한다.
상기 시스템의 어느 하나의 다른 특정한 구현양태에서, 시스템은 (r) 및 (산 기체-소모된 기체 흐름을 처리하기 위하여) 산 기체 제거 장치와 메탄 제거 장치 사이의 트림(trim) 메탄화장치를 포함한다.
상기 시스템의 어느 하나의 다른 특정한 구현양태에서, 다수의 기체 생성물이 암모니아를 더욱 포함할 때, 시스템은
(1) 단지 단일 열 교환기 장치 및 단일 산 기체 제거 장치가 존재할 때, 단일 산 기체 제거 장치로 공급하기 위한 단일 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해, 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 실질적인 분량의 암모니아를 제거하기 위한 단일 암모니아 제거 장치, 또는
(2) 제1 및 제2 열 교환기 장치 및 단지 단일 산 기체 제거 장치가 존재할 때, (i) 단일 산 기체 제거 장치로 공급하기 위한 단일 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해, 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 실질적인 분량의 암모니아를 제거하기 위한 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 암모니아 제거 장치, 또는 (ii) 단일 산 기체 제거 장치로 공급하기 위한 제1 및 제2 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해, 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 실질적인 분량의 암모니아를 제거하기 위한 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 암모니아 제거 장치, 또는
(3) 제1 및 제2 열 교환기 장치 및 제1 및 제2 산 기체 제거 장치가 존재할 때, 제1 및 제2 산 기체 제거 장치로 공급하기 위한 제1 및 제2 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해, 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 실질적인 분량의 암모니아를 제거하기 위한 제1 및 제2 열 교환기 장치와 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 암모니아 제거 장치
를 더욱 포함할 수도 있다.
각각의 장치를 이하에서 더욱 상세히 설명한다.
공급물 및 처리
탄소질 물질 가공 장치
탄소질 물질을 하나 이상의 기체화 촉매와 결합되기에 적절하고/하거나 촉매적 기체화 반응기 내에 도입하기에 적절한 형태로 전환시키기 위하여 탄소질 물질 가공 장치에 제공할 수도 있다. 탄소질 물질은 예를 들어 하기 정의된 바와 같이 생물자원 및 비-생물자원일 수 있다.
여기에서 사용된 용어 "생물자원"은 최근 (예를 들어, 지난 100년 이내)의 예를 들어 식물계 생물자원 및 동물계 생물자원을 포함한 살아있는 유기체로부터 유래된 탄소질 물질을 가리킨다. 명확히 하기 위하여 생물자원은 화석계 탄소질 물질, 예컨대 석탄을 포함하지 않는다. 예를 들어, 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 12/395,429, 12/395,433 및 12/395,447 참조.
여기에서 사용된 용어 "식물계 생물자원"은 녹색 식물, 곡물, 조류 및 나무, 예컨대 이에 한정되지 않지만 사탕수수 (sweet sorghum), 바가스 (bagasse), 사탕수수 (sugarcane), 대나무, 잡종 포플러, 잡종 버드나무, 자귀나무, 유칼립투스, 알팔파, 클로버, 기름야자나무, 스위치그래스, 옥수수류, 기장, 자트로파 및 물억새 (예, Miscanthus xgiganteus)로부터 유래된 물질을 의미한다. 생물자원은 농업 경작, 처리 및/또는 분해로부터의 폐기물, 예컨대 옥수수속대 및 꼬투리, 옥수수줄기와 잎, 짚, 견과류껍질, 식물성 유, 카놀라 유, 평지씨 유, 바이오디젤, 나무껍질, 목재 조각, 톱밥 및 가축우리 폐기물을 더욱 포함한다.
여기에서 사용된 용어 "동물계 생물자원"은 동물 사육 및/또는 이용으로부터 발생된 폐기물을 의미한다. 예를 들어, 생물자원은 이에 한정되지 않지만 가축 사육 및 처리로부터의 폐기물, 예컨대 동물 비료, 구아노비료, 가금류 깔짚, 동물 지방 및 도시 고형 폐기물 (예, 오물)을 포함한다.
여기에서 사용된 용어 "비-생물자원"은, 여기에서 정의된 용어 "생물자원"에 의해 포함되지 않은 탄소질 물질을 의미한다. 예를 들어, 비-생물자원은 이에 한정되지 않지만 무연탄, 역청질 석탄, 부-역청질 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 아스팔트광, 액체 석유 잔류물 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/342,565, 12/342,578, 12/342,608, 12/342,663, 12/395,348 및 12/395,353 참조.
여기에서 사용된 용어 "석유 코크스" 및 "석유코크스 (petcoke)"는 (i) 석유 처리에서 수득되는 고-비점 탄화수소 분획 (중질 잔류물 - "잔류 석유코크스")의 고체 열 분해 생성물, 및 (ii) 가공 타르 샌드의 고체 열 분해 생성물 (역청질 샌드 또는 오일 샌드 - "타르 샌드 석유코크스")을 포함한다. 이러한 탄소화 생성물은 예를 들어 미가공, 하소, 바늘 및 유동층 석유코크스를 포함한다.
잔류 석유코크스는 원유로부터, 예를 들어 중질 잔류 원유를 개량하기 위한 코크스화 방법에 의해 유래될 수 있고, 이러한 석유코크스는 부 성분으로서 코크스의 중량을 기준으로 하여 전형적으로 약 1.0 중량％ 이하, 더욱 전형적으로 약 0.5 중량％ 이하의 재를 함유한다. 전형적으로, 이러한 소량-재 코크스 내의 재는 니켈 및 바나듐과 같은 금속을 포함한다.
타르 샌드 석유코크스는 오일 샌드로부터, 예를 들어 오일 샌드를 개량하기 위해 사용되는 코크스화 과정에 의해 유래될 수 있다. 타르 샌드 석유코크스는 부 성분으로서 타르 샌드 석유코크스의 전체 중량을 기준으로 하여 약 2 중량％ 내지 약 12 중량％, 더욱 전형적으로 약 4 중량％ 내지 약 12 중량％ 범위로 재를 함유한다. 전형적으로, 이러한 다량-재 코크스 내의 재는 실리카 및/또는 알루미나와 같은 물질을 포함한다.
석유 코크스는 본래 전형적으로 (총 석유 코크스 중량을 기준으로 하여) 약 0.2 내지 약 2 중량％의 범위의 저 수분 함량을 가지며; 이것은 또한 전형적으로 통상적인 촉매 함침 방법이 가능하도록 매우 낮은 물 침지 용량을 갖는다. 얻어진 입자 조성물은 예를 들어 통상적인 건조 작업에 비해 하류 건조 작업의 효율을 증가시키는 낮은 평균 수분 함량을 함유한다.
석유 코크스는 석유 코크스의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 약 70 중량％ 탄소, 적어도 약 80 중량％ 탄소, 또는 적어도 약 90 중량％ 탄소를 포함할 수 있다. 전형적으로, 석유 코크스는 석유 코크스의 중량을 기준으로 하여 약 20 중량％ 미만의 무기 화합물을 포함한다.
여기에서 사용된 용어 "아스팔트광"은 실온에서 방향족 탄소질 고형물이고, 예를 들어 원유 및 원유 타르 샌드의 처리로부터 유래될 수 있다.
여기에서 사용된 용어 "석탄"은 토탄, 갈탄, 부-역청질 석탄, 역청질 석탄, 무연탄 또는 이들의 혼합물을 의미한다. 특정한 구현양태에서, 석탄은 총 석탄 중량을 기준으로 하여 약 85 중량％ 미만, 또는 약 80 중량％ 미만, 또는 약 75 중량％ 미만, 또는 약 70 중량％ 미만, 또는 약 65 중량％ 미만, 또는 약 60 중량％ 미만, 또는 약 55 중량％ 미만, 또는 약 50 중량％ 미만의 탄소 함량을 갖는다. 다른 구현양태에서, 석탄은 총 석탄 중량을 기준으로 하여 약 85 중량％ 이하, 또는 약 80 중량％ 이하, 또는 약 75 중량％ 이하의 탄소 함량을 갖는다. 유용한 석탄의 예는 이에 한정되지 않지만 일리노이 #6, 피츠버그 #8, 뷸라 (ND), 유타 블라인드 캐년, 및 파우더 리버 배이신 (PRB) 석탄을 포함한다. 무연탄, 역청질 석탄, 부-역청질 석탄 및 갈탄 석탄은 각각 건조 기준으로 석탄의 총 중량의 약 10 중량％, 약 5 내지 약 7 중량％, 약 4 내지 약 8 중량％, 및 약 9 내지 약 11 중량％의 재를 함유할 수도 있다. 그러나, 특정한 석탄 공급원의 재 함량은 석탄의 등급 및 공급원에 의존될 것이고 당업자에게 친숙하다. 예를 들어, 문헌 ["Coal Data: A Reference", Energy Information Administration, Office of Coal, Nuclear, Electric and Alternate Fuels, U.S. Department of Energy, DOE/EIA-0064 (93), February 1995] 참조.
석탄으로부터 생성된 재는 전형적으로 당업자에게 친숙한 바와 같이 비산 재 및 바닥 재를 포함한다. 역청질 목탄으로부터의 비산 재는 비산 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 20 내지 약 60 중량％ 실리카 및 약 5 내지 약 35 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 부-역청질 석탄으로부터의 비산 재는 비산 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 내지 약 60 중량％ 실리카 및 약 20 내지 약 30 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 갈탄으로부터의 비산 재는 비산 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 15 내지 약 45 중량％ 실리카 및 약 20 내지 약 25 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Meyers et al., "Fly Ash, A Highway Construction Material." Federal Highway Administration, Report No. FHWA-IP-76-16, Washington, DC, 1976] 참조.
역청질 석탄으로부터의 바닥 재는 바닥 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 내지 약 60 중량％ 실리카 및 약 20 내지 약 30 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 부-역청질 석탄으로부터의 바닥 재는 바닥 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 40 내지 약 50 중량％ 실리카 및 약 15 내지 약 25 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 갈탄으로부터의 바닥 재는 바닥 재의 총 중량을 기준으로 하여 약 30 내지 약 80 중량％ 실리카 및 약 10 내지 약 20 중량％ 알루미나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Moulton, Lyle K. "Bottom Ash and Boiler Slag," Proceedings of the Third International Ash Utilization Symposium. U.S. Bureau of Mines, Information Circular No. 8640, Washington, DC, 1973] 참조.
각각의 탄소질 물질 가공 장치는 독립적으로 각각의 탄소질 물질을 수용하고 보관하기 위한 하나 이상의 수용기; 및 크기 감소 요소, 예컨대 탄소질 물질을 탄소질 입자로 분쇄하기 위한 분쇄기, 크기 감소 요소, 예컨대 수용기와 소통되는 분쇄기를 포함할 수 있다.
하나 초과의 탄소질 물질 가공 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 탄소질 물질의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 2개의 탄소질 물질 가공 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 내지 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
하나 이상의 탄소질 입자를 수득하기 위하여 당 기술분야에 공지된 방법, 예컨대 충격 압착 및 습식 또는 건식 분쇄에 따라서 압착 및/또는 분쇄를 통해 별도로 또는 함께 탄소질 물질, 예컨대 생물자원 및 비-생물자원을 제조할 수 있다. 탄소질 물질 공급원의 압착 및/또는 분쇄를 위해 사용되는 방법에 의존하여, 얻어진 탄소질 입자를 크기별로 분류하여 (다시 말해서 크기에 따라 분리하여) 촉매 부하 장치 작동을 위해 처리된 공급물을 제공한다.
입자를 크기별로 분류하기 위하여 당업자에게 공지된 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 크기 분류는 입자를 하나의 스크린 또는 다수의 스크린을 통해 선별하거나 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 선별 장치는 그리즐리, 막대 스크린 및 와이어 메쉬 스크린을 포함할 수 있다. 스크린은 정지상태일 수 있거나 스크린을 흔들거나 진동시키는 메카니즘을 포함할 수 있다. 대안적으로, 탄소질 입자를 분리하기 위한 분류법이 사용될 수 있다. 분류 장치는 하나의 선별기, 기체 사이클론, 하이드로사이클론, 레이크 분류장치, 회전식 원통형 체 또는 유동층 분류장치를 포함할 수 있다. 탄소질 물질을 분쇄 및/또는 압착하기 전에 크기별로 분류하거나 분리할 수 있다.
탄소질 입자를 약 25 마이크로미터, 또는 약 45 마이크로미터 내지 약 2500 마이크로미터 이하, 또는 약 500 마이크로미터 이하의 평균 입자 크기를 가진 미립자로서 공급할 수 있다. 당업자라면 탄소질 입자를 위해 적절한 입자 크기를 쉽게 결정할 수 있다. 예를 들어, 유동 층 기체화 반응기가 사용될 때, 이러한 탄소질 입자는 유동 층 기체화 반응기에서 사용되는 기체 속도에서 탄소질 물질의 초기 유동화를 가능하게 하는 평균 입자 크기를 가질 수 있다.
추가로, 특정한 탄소질 물질, 예를 들어 옥수수 짚 및 스위치그래스 및 산업 폐기물, 예컨대 톱밥은 압착 또는 분쇄 공정으로 쉽게 처리할 수 없거나, 또는 예를 들어 초 미세 입자 크기에 기인하여 촉매적 기체화 반응기에서 사용하기에 적절하지 않을 수도 있다. 이러한 물질은 압착을 위해 또는 예를 들어 유동층 촉매적 기체화 반응기에서 직접적인 사용을 위해 적절한 크기의 펠릿 또는 연탄으로 형성될 수 있다. 일반적으로, 하나 이상의 탄소질 물질의 압축에 의해 펠릿을 제조할 수 있고, 예를 들어 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 12/395,381을 참조한다. 다른 예에서, 생물자원 및 석탄을 US 4249471, US 4152119 및 US 4225457에 기재된 바와 같이 연탄으로 형성할 수 있다. 이러한 펠릿 또는 연탄은 하기 언급에서 이전의 탄소질 입자와 서로 바꾸어 사용될 수 있다.
탄소질 물질 공급원의 품질에 의존하여 추가의 공급물 처리 단계가 필요할 수도 있다. 생물자원, 예컨대 녹색 식물 및 풀은 고 수분 함량을 함유할 수도 있고, 압착 전에 건조시키는 것이 필요할 수도 있다. 도시 폐기물 및 오물은 고 수분 함량을 함유할 수도 있고, 예를 들어 프레스 또는 롤 밀의 사용에 의해 감소될 수도 있다 (예를 들어, US 4436028). 유사하게, 비-생물자원, 예컨대 고-수분 석탄은 압착 전에 건조시키는 것이 필요할 수도 있다. 이러한 석탄을 고화시키는 것은 기체화 반응기 작동을 단순화하기 위해 부분 산화를 필요로 할 수 있다. 이온-교환 부위가 부족한 비-생물자원 공급물, 예컨대 무연탄 또는 석유 코크스를, 촉매 부하 및/또는 결합을 촉진하기 위하여 추가의 이온-교환 부위를 생성하기 위해 전-처리할 수 있다. 이러한 전-처리는 이온 교환 가능한 부위를 만들고/거나 공급물의 다공성을 증진시키는 당 기술분야에 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다 (예를 들어 앞서 인용된 US4468231 및 GB1599932 참조). 산화 전-처리는 당 기술분야에 공지된 어떠한 산화제를 사용하여 달성될 수 있다.
탄소질 입자에서 탄소질 물질의 비율은 기술적 사항, 처리 경제적 측면, 이용가능성 및 비-생물자원 및 생물자원 공급원의 접근성을 기준으로 하여 선택될 수 있다. 탄소질 물질의 공급원의 이용가능성 및 접근성은 공급물의 가격에 영향을 미칠 수 있고 따라서 촉매적 기체화 공정의 전체 제조 비용에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 생물자원 및 비-생물자원 물질은 처리 조건에 의존하여 습윤 또는 건조 기준으로 약 5:95, 약 10:90, 약 15:85, 약 20:80, 약 25:75, 약 30:70, 약 35:65, 약 40:60, 약 45:55, 약 50:50, 약 55:45, 약 60:40, 약 65:35, 약 70:20, 약 75:25,, 약 80:20, 약 85:15, 약 90:10, 또는 약 95:5 중량비로 배합될 수 있다.
중요하게, 탄소질 입자의 다른 물질 특징을 조절하기 위하여 탄소질 물질 공급원 뿐만 아니라 탄소질 입자, 예를 들어 생물자원 입자 및 비-생물자원 입자의 개개 성분의 비율을 사용할 수 있다. 비-생물자원 물질, 예컨대 석탄, 및 특정한 생물자원 물질, 예컨대 벼 껍질은 전형적으로, 기체화 반응기에서 무기 산화물 (즉, 재)을 형성하는 칼슘, 알루미나 및 실리카를 포함한 무기 물질을 의미있는 양으로 포함한다. 약 500 ℃ 내지 약 600 ℃ 보다 높은 온도에서, 포타슘 및 기타 알칼리 금속을 재에 있는 알루미나 및 실리카와 반응시켜 불용성 알칼리 알루미노실리케이트를 형성할 수 있다. 이러한 형태에서, 알칼리 금속은 실질적으로 수-불용성이고 촉매로서 불활성이다. 기체화 반응기에서 잔류물의 형성을 막기 위하여 재, 미반응 탄소질 물질 및 다양한 알칼리 금속 화합물을 포함하는 목탄의 고체 퍼어지 (수용성 및 수 불용성 양쪽 모두)가 일상적으로 회수될 수 있다.
탄소질 입자를 제조함에 있어서, 다양한 탄소질 물질의 재 함량은, 예를 들어 다양한 탄소질 물질 및/또는 다양한 탄소질 물질 내의 출발 재의 비율에 의존하여, 예를 들어, 약 20 중량％ 이하, 또는 약 15 중량％ 이하, 또는 약 10 중량％ 이하, 또는 약 5 중량％ 이하인 것으로 선택될 수 있다. 다른 구현양태에서, 얻어지는 탄소질 입자는 탄소질 입자의 중량을 기준으로 하여 약 5 중량％ 또는 약 10 중량％ 내지 약 20 중량％ 또는 약 15 중량％의 재 함량을 포함할 수 있다. 다른 구현양태에서, 탄소질 입자의 재 함량은 재의 중량을 기준으로 하여 약 20 중량％ 미만 또는 약 15 중량％ 미만, 또는 약 10 중량％ 미만 또는 약 8 중량％ 미만 또는 약 6 중량％ 미만의 알루미나를 포함할 수 있다. 특정한 구현양태에서, 탄소질 입자는 처리된 공급물의 중량을 기준으로 하여 약 20 중량％ 미만의 재 함량을 포함할 수 있고, 여기에서 탄소질 입자의 재 함량은 재의 중량을 기준으로 하여 약 20 중량％ 미만의 알루미나, 또는 약 15 중량％ 미만의 알루미나를 포함한다.
탄소질 입자에서 이러한 낮은 알루미나 값은, 궁극적으로 기체화 방법에서 알칼리 촉매의 손실을 저하시킬 수 있다. 상기 나타낸 것과 같이, 알루미나를 알칼리 공급원과 반응시켜 예를 들어 예를 들어 알칼리 알루미네이트 또는 알루미노실리케이트를 포함하는 불용성 목탄을 수득할 수 있다. 이러한 불용성 목탄은 촉매 회수를 감소시킬 수 있고 (즉, 촉매 손실 증가), 따라서 전체 기체화 방법에서 형성 촉매의 추가의 비용을 필요로 한다.
추가로, 얻어지는 탄소질 입자는 상당히 높은 ％ 탄소를 가질 수 있고 따라서 btu/lb 값 및 탄소질 입자 단위 중량 당 메탄 생성물을 갖는다. 특정한 구현양태에서, 얻어지는 탄소질 입자는 비-생물자원 및 생물자원의 조합된 중량을 기준으로 하여 약 75 중량％, 또는 약 80 중량％, 또는 약 85 중량％, 또는 약 90 중량％ 내지 약 95 중량％ 이하 범위의 탄소 함량을 가질 수 있다.
하나의 예에서, 비-생물자원 및 생물자원을 습식 분쇄하고 크기별로 분류하고 (예를 들어, 약 25 내지 약 2500 ㎛의 입자 크기 분포까지) 이어서 습윤 케이크 점조도까지 자유 수를 배수시킨다 (즉, 탈수시킨다). 습식 분쇄, 크기분류 및 탈수의 적절한 방법의 예는 당업자에게 공지되어 있다; 예를 들어 앞서 인용된 US2009/0048476A1 참조. 본 발명의 개시내용의 구현양태에 따른 습식 분쇄에 의해 형성된 비-생물자원 및/또는 생물자원 입자의 필터 케이크는 약 40％ 내지 약 60％, 또는 약 40％ 내지 약 55％, 또는 50％ 미만의 범위의 수분 함량을 가질 수 있다. 탈수된 습식 분쇄된 탄소질 물질의 수분 함량은 탄소질 물질의 특별한 유형, 입자 크기 분포 및 사용된 특별한 탈수 장치에 의존된다는 것이 당업자에게 알려져 있다. 하나 이상의 감소된 수분 탄소질 입자를 생성하기 위하여 여기에 기재된 바와 같이 이러한 필터 케이크를 열 처리할 수 있고, 이것을 촉매 부하 장치 작동으로 통과시킨다.
촉매 부하 장치 작동으로 통과된 하나 이상의 탄소질 입자의 각각은 상기 기재된 바와 같은 특유의 조성을 가질 수 있다. 예를 들어, 2개의 탄소질 입자를 촉매 부하 장치 작동으로 통과시킬 수 있고, 여기에서 제1 탄소질 입자는 하나 이상의 생물자원 물질을 포함하고 제2 탄소질 입자는 하나 이상의 비-생물자원 물질을 포함한다. 대안적으로, 하나 이상의 탄소질 물질을 포함하는 단일 탄소질 입자를 촉매 부하 장치 작동으로 통과시킬 수 있다.
촉매 부하 장치
하나 이상의 탄소질 입자를 하나 이상의 촉매 부하 장치에서 더욱 처리하여 전형적으로 적어도 하나의 알칼리 금속 공급원을 포함하는 적어도 하나의 기체화 촉매를 적어도 하나의 탄소질 입자와 결합시켜 적어도 하나의 촉매-처리된 공급물 흐름을 형성한다.
각각의 기체화 반응기를 위해 촉매화된 탄소질 공급물은 단일 촉매 부하 장치에 의해 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 양쪽의 공급 입구에 제공될 수 있거나; 또는 제1 촉매 부하 장치가 제1 기체화 반응기 장치의 공급 입구에 촉매화된 탄소질 공급물을 공급할 수 있고; 제2 촉매 부하 장치가 제2 기체화 반응기 장치의 공급 입구에 촉매화된 탄소질 공급물을 공급할 수 있다. 2개의 촉매 부하 장치가 사용될 때, 이들은 병렬로 작동해야 한다.
단일 촉매 부하 장치가 존재할 때, 단일 탄소질 물질 가공 장치에 의하여 탄소질 입자가 공급될 수 있고; 제1 및 제2 촉매 부하 장치가 존재할 때 양쪽 모두가 단일 탄소질 물질 가공 장치에 의해 사용될 수 있거나; 또는 제1 및 제2 촉매 부하 장치가 존재할 때, 제1 탄소질 물질 가공 장치가 제1 촉매 부하 장치에 탄소질 입자를 공급할 수 있고 제2 탄소질 물질 가공 장치가 제2 촉매 부하 장치에 탄소질 입자를 공급할 수 있다.
하나 초과의 촉매 부하 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 공급물의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 2개의 촉매 부하 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
탄소질 입자가 촉매 부하 장치 작동에 제공될 때, 이것은 기체화 반응기의 각각에 통과되는 단일 촉매화 탄소질 공급물을 형성하기 위해 처리될 수 있거나 또는 하나 이상의 가공 흐름으로 나뉠 수도 있고, 여기에서 가공 흐름의 적어도 하나가 기체화 촉매와 결합되어 적어도 하나의 촉매-처리된 공급물 흐름을 형성한다. 제2 성분이 이것과 결합되도록 나머지 가공 흐름을 처리할 수도 있다. 추가로, 제2 성분을 결합시키기 위하여 촉매-처리된 공급물 흐름을 2회 처리할 수 있다. 제2 성분은 예를 들어 제2 기체화 촉매, 조-촉매 또는 다른 첨가제일 수 있다.
하나의 예에서, 주 기체화 촉매를 단일 탄소질 입자 (예, 칼륨 및/또는 나트륨 공급원)에 제공한 다음 별도로 처리하여 칼슘 공급원을 동일한 단일 탄소질 입자에 제공하여 촉매화된 탄소질 공급물을 수득할 수 있다. 예를 들어, 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 12/395,372 참조. 촉매화된 탄소질 공급물을 수득하기 위하여 기체화 촉매 및 제2 성분을 단일 처리에서 혼합물로서 단일 탄소질 입자에 제공할 수 있다.
하나 이상의 탄소질 입자를 촉매 부하 장치 작동에 제공할 때, 탄소질 입자의 적어도 하나를 기체화 촉매와 결합시켜 적어도 하나의 촉매-처리된 공급물 흐름을 형성한다. 또한, 제2 성분의 결합을 위하여 탄소질 입자를 상기 기재된 바와 같이 하나 이상의 가공 흐름으로 나눌 수 있다. 촉매화 공급물 흐름을 형성하기 위해 적어도 하나의 촉매-처리된 공급물 흐름을 이용하는 한, 얻어진 흐름을 조합으로 배합하여 촉매화 탄소질 공급물을 제공할 수 있다.
하나의 구현양태에서, 적어도 하나의 탄소질 입자를 기체화 촉매 및 임의로 제2 성분과 결합시킨다. 다른 구현양태에서, 각각의 탄소질 입자를 기체화 촉매 및 임의로 제2 성분과 결합시킨다.
하나 이상의 기체화 촉매를 탄소질 입자 및/또는 가공 흐름의 어느 것과 결합시키기 위하여 당업자에게 공지된 어떠한 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법은, 이에 한정되지 않지만, 고체 촉매 공급원과 혼합하고 촉매를 처리된 탄소질 물질 위에 함침시키는 것을 포함한다. 기체화 촉매를 혼입하기 위하여 당업자에게 공지된 몇 가지 함침 방법을 사용할 수 있다. 이러한 방법은, 이에 한정되지 않지만, 순간 적심 (incipient wetness) 함침, 증발 함침, 진공 함침, 침지 함침, 이온 교환 및 이러한 방법의 조합을 포함한다.
하나의 구현양태에서, 알칼리 금속 기체화 촉매를 부하 탱크에서 촉매의 용액 (예, 수용액)으로 슬러리화함으로써 하나 이상의 탄소질 입자 및/또는 가공 흐름에 함침시킬 수 있다. 촉매 및/또는 조-촉매의 용액으로 슬러리화할 때, 얻어진 슬러리를 탈수시켜 촉매-처리된 공급물 흐름을, 전형적으로 습윤 케이크로 제공할 수 있다. 새롭거나 형성된 촉매, 및 재생 촉매 또는 촉매 용액을 포함하여 본 방법에서의 촉매 공급원으로부터 촉매 용액을 제조할 수 있다. 촉매-처리된 공급물 흐름의 습윤 케이크를 제공하기 위하여 슬러리를 탈수시키기 위한 방법은 여과 (중력 또는 진공), 원심분리 및 유체 프레스를 포함한다.
촉매-처리된 공급물 흐름을 제공하기 위해 석탄 입자 및/또는 석탄을 포함한 가공 흐름을 기체화 촉매와 조합하기 위한 한 가지 특별한 방법은 앞서 인용된 US2009/0048476A1에 기재된 것과 같은 이온 교환을 통한 것이다. 이온 교환 메카니즘에 의한 촉매 부하는 인용된 참고문헌에 언급된 바와 같이 석탄을 위해 특별히 개발된 흡착 등온을 기초로 하여 최대화될 수 있다. 이러한 부하는 습윤 케이크로서 촉매-처리된 공급물 흐름을 제공한다. 공극 내부를 포함하여, 이온-교환 입자 습윤 케이크에 보유된 추가의 촉매는, 전체 촉매 표적 값이 조절된 방식으로 수득될 수 있도록 조절될 수 있다. 촉매 부하되고 탈수된 습윤 케이크는 예를 들어 약 50％ 수분을 함유할 수도 있다. 부하된 촉매의 총 량은, 출발 석탄의 특징을 기초로 한 관련 기술의 당업자에 의해 쉽게 결정되는 바와 같이, 용액에서 촉매 성분의 농도 뿐만 아니라 접촉 시간, 온도 및 방법을 제어함으로써 조절될 수 있다.
다른 예에서, 탄소질 입자 및/또는 가공 흐름의 하나를 기체화 촉매와 처리할 수 있고, 제2 가공 흐름을 제2 성분으로 처리할 수 있다 (앞서 인용된 US 2007/0000177A1 참조).
촉매화된 탄소질 공급물을 형성하기 위하여 적어도 하나의 촉매-처리된 공급물 흐름이 사용되는 한, 이전에서 얻어진 탄소질 입자, 가공 흐름 및/또는 촉매-처리된 공급물 흐름을 임의의 조합으로 배합하여 촉매화된 탄소질 공급물을 제공할 수 있다. 궁극적으로, 촉매화된 탄소질 공급물을 기체화 반응기로 보낸다.
일반적으로, 각각의 촉매 부하 장치는 하나 이상의 촉매-처리된 공급물 흐름을 형성하기 위하여 하나 이상의 탄소질 입자 및/또는 가공 흐름을 적어도 하나의 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키기 위한 적어도 하나의 부하 탱크를 포함한다. 대안적으로, 하나 이상의 촉매-처리된 공급물 흐름을 형성하기 위하여 촉매 성분을 고체 입자로서 하나 이상의 탄소질 입자 및/또는 가공 흐름에 배합할 수도 있다.
전형적으로, 기체화 촉매는 입자 조성물에서 약 0.01 또는 약 0.02 또는 약 0.03 또는 약 0.04 내지 약 0.10 또는 약 0.08 또는 약 0.07 또는 약 0.06 범위의 알칼리 금속 원자 대 탄소 원자의 비율을 제공하기에 충분한 양으로 촉매화된 탄소질 공급물에 존재한다.
일부 공급물에서, 질량 기준으로, 촉매화된 탄소질 공급물 내의 탄소질 물질의 조합된 재 함량보다 약 3 내지 약 10배 많은 알칼리 금속 함량을 달성하기 위하여 알칼리 금속 성분을 촉매화된 탄소질 공급물 내에 제공할 수도 있다.
적절한 알칼리 금속은 리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘 및 이들의 혼합물이다. 포타슘 공급원이 특히 유용하다. 적절한 알칼리 금속 화합물은 알칼리 금속 탄산염, 중탄산염, 포름산염, 옥살산염, 아미드, 수산화물, 아세트산염 또는 유사한 화합물을 포함한다. 예를 들어, 촉매는 하나 이상의 탄산나트륨, 탄산칼륨, 탄산루비듐, 탄산리튬, 탄산세슘, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐 또는 수산화세슘, 특히 탄산칼륨 및/또는 수산화칼륨을 포함할 수 있다.
예컨대 앞서 인용된 참고문헌에 개시된 것과 같은 임의의 조-촉매 또는 기타 촉매 첨가제가 사용될 수 있다.
부하된 촉매의 총 량의 약 50％ 초과 또는 약 70％ 초과 또는 약 85％ 초과 또는 약 90％ 초과를 포함하는 촉매화된 탄소질 공급물을 형성하기 위해 조합되는 하나 이상의 촉매-처리된 공급물 흐름을 촉매화된 탄소질 공급물과 결합시킨다. 다양한 촉매-처리된 공급물 흐름과 결합된 총 부하된 촉매의 퍼센트는 당업자에게 공지된 방법에 따라 결정될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 예를 들어 총 촉매 부하량 또는 촉매화된 탄소질 공급물의 다른 품질을 조절하기 위하여 별도의 탄소질 입자, 촉매-처리된 공급물 흐름 및 가공 흐름을 적절히 배합할 수 있다. 조합되어지는 다양한 흐름의 적절한 비율은 촉매화된 탄소질 공급물의 원하는 성질 뿐만 아니라 각각의 탄소질 물질의 품질에 의존될 것이다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 미리결정된 재 함량을 가진 촉매화된 탄소질 공급물을 수득하는 비율로 생물자원 입자 흐름 및 촉매화된 비-생물자원 입자 흐름을 조합할 수 있다.
하나 이상의 건조 입자 및/또는 하나 이상의 습윤 케이크로서, 상기 촉매-처리된 공급물 흐름, 가공 흐름 및 가공된 공급물 흐름의 어느 것을, 이에 한정되지 않지만 혼련, 및 수직 또는 수평 혼합기, 예컨대 단축 또는 이축, 리본형 또는 드럼형 혼합기를 포함한 당업자에게 공지된 방법에 의하여 조합할 수 있다. 얻어지는 촉매화된 탄소질 공급물을 미래의 사용을 위해 저장할 수 있거나, 또는 기체화 반응기로의 도입을 위해 하나 이상의 공급 작업으로 전달할 수 있다. 촉매화된 탄소질 공급물을 당업자에게 공지된 방법에 따라 저장 또는 공급 작업, 예를 들어 스쿠루 컨베이어 또는 공기식 수송장치로 운반할 수 있다.
또한, 각각의 촉매 부하 장치는 촉매화된 탄소질 공급물로부터 과량의 수분을 제거하기 위해 건조기를 포함한다. 예를 들어, 촉매화된 탄소질 공급물을 유체층 슬러리 건조기 (즉, 액체를 기화시키기 위해 과열된 증기로의 처리)로 건조시키거나, 또는 용액을 열 증발시키거나 진공 하에 또는 불활성 기체의 흐름 하에서 제거하여, 약 10 중량％ 이하 또는 약 8 중량％ 이하 또는 약 6 중량％ 이하 또는 약 5 중량％ 이하 또는 약 4 중량％ 이하의 잔류 수분 함량을 가진 촉매화된 탄소질 공급물을 제공한다.
기체화
기체화 반응기
본 시스템에서, 촉매화된 탄소질 공급물을 촉매화된 탄소질 공급물 내의 탄소질 물질을 메탄과 같은 원하는 생성물 기체로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서 2개의 기체화 반응기에 제공한다.
각각의 기체화 반응기는 개별적으로 (A1) 촉매화된 탄소질 공급물 및 증기를 (i) 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소 및 미반응 증기를 포함하는 다수의 기체 생성물, (ii) 미반응 탄소질 미립자 및 (iii) 고체 목탄 생성물로 전환시키는 반응 챔버; (A2) 촉매화된 탄소질 공급물을 반응 챔버에 공급하기 위한 공급 입구; (A3) 반응 챔버 내로 증기를 공급하기 위한 증기 입구; (A4) 반응 챔버 밖으로 다수의 기체 생성물을 포함하는 고온 제1 기체 흐름을 배출하기 위한 고온 기체 출구; (A5) 반응 챔버로부터 고체 목탄 생성물을 회수하기 위한 목탄 출구; 및 (A6) 고온 제1 기체 흐름에 비말동반될 수도 있는 미반응 탄소질 미립자의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위한 미립자 제거 장치를 포함한다.
이러한 방법을 위한 기체화 반응기는 전형적으로 약간 높은 압력 및 온도에서 작동되고, 필요한 온도, 압력 및 공급물의 유동 속도를 유지하면서, 촉매화된 탄소질 공급물을 기체화 반응기의 반응 챔버에 도입하는 것을 필요로 한다.
당업자라면, 촉매화된 탄소질 공급물을 스타 (star) 공급기, 나사 공급기, 회전 피스톤 및 락-호퍼를 포함하는 고압 및/또는 고온 환경을 가진 반응 챔버에 공급하기 위한 공급 입구에 친숙할 것이다. 공급 입구는 교대로 사용되는 2개 이상의 압력-균형 요소, 예컨대 락(lcok) 호퍼를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일부 구현양태에서, 촉매화된 탄소질 공급물을 기체화 반응기의 작동 압력 이상의 압력 조건에서 제조할 수 있다. 따라서, 입자 조성물을 추가의 가압 없이 기체화 반응기로 직접 통과시킬 수 있다.
여러 촉매 기체화 반응기 중의 하나를 사용할 수 있다. 적절한 기체화 반응기는 역방향 흐름 고정 층, 동일 방향 흐름 고정 층, 유동 층 또는 비말동반된 흐름인 반응 챔버 또는 이동층 반응 챔버를 가진 것을 포함한다.
기체화는 전형적으로 적어도 약 450 ℃ 또는 적어도 약 600 ℃ 또는 적어도 약 650 ℃ 내지 약 900 ℃ 또는 약 800 ℃ 또는 약 750 ℃의 중간 온도에서, 그리고 적어도 약 50 psig 또는 적어도 약 200 psig 또는 적어도 약 400 psig 내지 약 1000 psig 또는 약 700 psig 또는 약 600 psig의 압력에서 수행된다.
가압 및 입자 조성물의 반응을 위한 기체화 반응기에서 사용되는 기체는 증기 및 임의로 산소 또는 공기 (또는 재순환 기체)를 포함하고 당업자에게 공지된 방법에 따라 반응기에 공급된다. 촉매적 기체화 반응을 위해 필요한 소량의 열은 당업자에게 공지된 방법에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 촉매화 탄소질 공급물에서 탄소질 물질의 일부를 연소시키기 위하여 정제된 산소 또는 공기의 조절된 분량을 각각의 기체화 반응기에 도입하는 것을 사용할 수 있고, 이에 의해 열 도입을 제공한다.
기재된 조건 하에서 촉매화된 탄소질 공급물의 반응은 각각의 기체화 반응기로부터 고온 제1 기체 및 고체 목탄 생성물을 제공한다. 고체 목탄 생성물은 전형적으로 미반응 탄소질 물질 및 비말동반된 촉매의 양을 포함하고, 목탄 출구를 통하여 샘플채취, 퍼어징 및/또는 촉매 회수를 위해 반응 챔버로부터 제거될 수 있다.
여기에서 사용된 용어 "비말동반된 촉매"는 알칼리 금속 성분을 포함하는 화학 화합물을 의미한다. 예를 들어, "비말동반된 촉매"는 이에 한정되지 않지만 가용성 알칼리 금속 성분 (예컨대 알칼리 탄산염, 알칼리 수산화물 및 알칼리 산화물) 및/또는 불용성 알칼리 화합물 (예컨대 알칼리 알루미노실리케이트)을 포함할 수 있다. 촉매적 기체화 반응기로부터 추출된 목탄과 결합된 촉매 성분의 성질 및 그의 회수 방법이 이하 언급되고 앞서 인용된 US 2007/0277437A1 및 US 특허출원 일련번호 12/342,554, 12/342,715, 12/342,736 및 12/343,143에 상세히 언급되어 있다.
다른 방법이 당업자에게 공지되어 있긴 하지만, 고체 목탄 생성물을 락 호퍼 시스템인 목탄 출구를 통하여 기체화 반응기로부터 주기적으로 회수할 수 있다. 이하 기재된 바와 같이 이러한 목탄을 촉매 회수 장치 작동으로 보낼 수 있다. 고체 목탄 생성물의 제거 방법이 당업자에게 잘 알려져 있다. 예를 들어 EP-A-0102828에 의해 교시된 한가지 방법이 사용될 수 있다.
각각의 반응 챔버를 나오는 고온 제1 기체 유출물을 해방 구역으로 역할을 하는 기체화 반응기의 미립자 제거 장치 부분을 통해 통과시킬 수 있고, 여기에서 너무 무거워서 기체화 반응기를 나오는 기체 (즉, 미립자)에 의해 비말동반되지 않는 입자를 반응 챔버 (예, 유동 층)로 되돌린다. 미립자 제거 장치는 고온 제1 기체로부터 미립자 및 입자를 제거하기 위하여 하나 이상의 내부 사이클론 분리기 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 미립자 제거 장치를 통과하고 고온 기체 출구를 통해 기체화 반응기를 나오는 고온 제1 기체 유출물은 일반적으로 CH4, CO2, H2, CO, H2S, NH3, 미반응 증기, 비말동반된 미립자 및 기타 오염물, 예컨대 COS, HCN 및/또는 원소 수은 증기를 함유한다.
잔류 비말동반된 미립자는 외부 사이클론 분리기 및 그에 이어서 임의로 벤투리 (Venturi) 스크러버와 같은 적절한 장치에 의해 실질적으로 제거될 수 있다. 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/395,385에 기재된 바와 같이 알칼리 금속 촉매를 회수하거나 공급물 제제에 직접적으로 재순환시키기 위하여 회수된 미립자를 가공할 수 있다.
미립자의 "실질적인 분량"의 제거는, 하류 공정이 좋지 않은 영향을 받지 않도록 고온 제1 기체 흐름으로부터 미립자의 양을 제거하고 따라서 미립자의 적어도 실질적인 분량이 제거되어야 함을 의미한다. 하류 공정이 실질적으로 좋지 않은 영향을 받지 않는 정도까지 일부 소량의 초미세 물질이 고온 제1 기체 흐름에 남아 있을 수도 있다. 전형적으로, 약 20 ㎛ 초과 또는 약 10 ㎛ 초과 또는 약 5 ㎛ 초과의 입자 크기의 미립자의 적어도 약 90 중량％ 또는 적어도 약 95 중량％ 또는 적어도 약 98 중량％가 제거된다.
촉매 회수 장치
특정한 구현양태에서, 각각의 기체화 반응기의 반응 챔버로부터 회수된 고체 목탄 생성물에서 비말동반된 촉매 내의 알칼리 금속을 회수할 수 있고 촉매 형성 흐름에 의해 회수되지 않은 촉매를 보충할 수 있다. 공급물 내의 알루미나 및 실리카가 많을수록 더 높은 알칼리 금속 회수율을 얻기 위해서는 더욱 비용이 많이 든다.
하나의 구현양태에서, 비말동반된 촉매의 분량을 추출하기 위하여 각각의 기체화 반응기로부터 고체 목탄 생성물의 하나 또는 양쪽을 재순환 기체 및 물로 급냉할 수 있다. 회수된 촉매를 알칼리 금속 촉매의 재사용을 위해 촉매 부하 작업으로 보낼 수 있다. 촉매화된 공급물의 제조에서 재사용하기 위한 공급물 제조 공정에 소모된 목탄을 보낼 수 있고, 하나 이상의 증기 발생장치에 동력을 공급하기 위해 연소시킬 수 있거나 (예컨대 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/343,149 및 12/395,320에 개시됨) 또는 다양한 응용에서 예를 들어 흡수제로서 사용할 수 있다 (예컨대 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/395,293에 개시됨).
다른 특히 유용한 회수 및 재순환 방법이 US4459138 (참고문헌으로 인용됨)뿐만 아니라 앞서 인용된 US2007/0277437A1 및 US 특허출원 일련번호 12/342,554, 12/342,715, 12/342,736 및 12/343,143에 기재되어 있다. 추가의 공정 세부사항을 위하여 상기 문헌을 참조할 수 있다.
전형적으로, 시스템의 작동에서, 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 회수하고, 즉 본 발명에 따른 시스템은 전형적으로 1 또는 2개의 촉매 회수 장치를 포함한다. 2개의 촉매 회수 장치가 사용될 때, 이들은 병렬로 작동되어야 한다. 회수되고 재순환된 촉매의 양은 전형적으로 회수 비용 대 형성 촉매의 비용의 함수일 것이고, 당업자라면 전체 시스템 경제적 측면을 기초로 하여 원하는 촉매 회수 및 재순환 수준을 결정할 수 있다.
촉매의 재순환은 촉매 부하 장치의 하나 또는 조합일 수 있다. 예를 들어, 재순환 촉매의 전부를 단일 촉매 부하 장치에 공급할 수 있는 반면 다른 것은 단지 형성 촉매 만을 사용한다. 재순환 대 형성 촉매의 수준은 촉매 부하 장치로부터 촉매 부하 장치로의 개별 기준에서 조절될 수 있다.
단일 촉매 회수 장치가 사용될 때, 그 장치는 기체화 반응기로부터의 고체 목탄 생성물의 원하는 분량 (또는 전부)을 처리하고, 회수된 촉매를 하나 또는 양쪽 촉매 부하 장치로 재순환시킨다.
다른 변형에서, 제1 및 제2 촉매 회수 장치가 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 기체화 반응기 장치로부터 고체 목탄 생성물의 원하는 분량을 처리하기 위해 제1 촉매 회수 장치를 사용할 수 있고, 제2 기체화 반응기 장치로부터 고체 목탄 생성물의 원하는 분량을 처리하기 위해 제2 촉매 회수 장치를 사용할 수 있다. 동시에, 단일 촉매 부하 장치가 존재할 때, 제1 및 제2 촉매 회수 장치 양쪽 모두는 재순환 촉매를 단일 촉매 부하 장치에 제공할 수 있다. 하나 초과의 촉매 부하 장치가 존재할 때, 각각의 촉매 회수 장치는 하나 또는 다수의 촉매 부하 장치에 재순환된 촉매를 제공할 수 있다.
하나 초과의 촉매 회수 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 목탄 생성물의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 촉매 회수 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
열 교환기
탄소질 공급물의 기체화는 각각 제1 및 제2 기체화 반응기에서 제1 및 제2 고온 제1 기체 흐름이 존재하도록 한다. 기체화 조건에 의존하여, 각각 독립적으로 고온 제1 기체 흐름이 약 450 ℃ 내지 약 900 ℃ (더욱 전형적으로 약 650 ℃ 내지 약 800 ℃) 범위의 온도, 약 50 psig 내지 약 1000 psig (더욱 전형적으로 약 400 psig 내지 약 600 psig)의 압력 및 약 0.5 ft/sec 내지 약 2.0 ft/sec (더욱 전형적으로 약 1.0 ft/sec 내지 약 1.5 ft/sec)의 속도에서 상응하는 기체화 반응기를 나온다.
단일 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해 열 에너지를 제거하기 위하여 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 양쪽으로부터 제1 및 제2 고온 제1 기체 흐름을 단일 열 교환기 장치에 제공할 수 있거나, 또는 제1 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해 고온 제1 기체 흐름을 제1 열 교환기 장치에 제공할 수 있고 제2 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위해 제2 고온 기체 흐름을 제2 열 교환기 장치에 제공할 수 있다. 전형적으로, 열 교환기 장치의 수는 산 기체 제거 장치의 수보다 많거나 동일할 것이다.
하나 초과의 열 교환기 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 고온 제1 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 열 교환기 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
하나 이상의 열 교환기 장치에 의해 추출된 열 에너지는, 존재할 때, 증기를 발생시키고/거나 재순환 기체를 예열하기 위해 사용될 수 있다.
얻어진 냉각된 제1 기체 흐름은 전형적으로 약 250 ℃ 내지 약 600 ℃ (더욱 전형적으로 약 300 ℃ 내지 약 500 ℃)의 온도, 약 50 psig 내지 약 1000 psig (더욱 전형적으로 약 400 psig 내지 약 600 psig)의 압력 및 약 0.5 ft/sec 내지 약 2.5 ft/sec (더욱 전형적으로 약 1.0 ft/sec 내지 약 1.5 ft/sec)의 속도에서 열 교환기를 나온다.
생성물 기체 분리 및 정제
생성물 기체의 다양한 성분을 분리하기 위하여 열 교환기 장치로부터의 냉각된 제1 기체 흐름을 하나 이상의 장치 작동으로 보낸다. 이산화탄소의 적어도 실질적인 분량 및 황화수소의 적어도 실질적인 분량 (및 임의로 다른 미량 오염물)을 제거하기 위하여 냉각된 제1 기체 흐름을 산 기체 제거 장치에 직접 제공할 수 있거나, 또는 하나 이상의 임의의 미량 제거, 사워 시프트 및/또는 암모니아 제거 장치에서 기체 흐름을 처리할 수 있다.
미량 오염물 제거 장치
상기 나타낸 바와 같이, 미량 오염물 제거 장치는 임의의 것이고 기체 흐름에 존재하는 미량 오염물, 예컨대 하나 이상의 COS, Hg 및 HCN을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 존재한다면 미량 오염물 제거 장치가 열 교환기 장치 다음에 위치할 것이고 이것이 냉각된 제1 기체 흐름을 처리할 것이다.
전형적으로, 다수의 미량 오염물 제거 장치는 열 교환기 장치의 수와 같거나 그 미만일 것이고, 산 기체 제거 장치의 수보다 많거나 그와 동일할 것이다.
예를 들어, 단일 냉각된 제1 기체 흐름을 단일 미량 오염물 제거 장치에 공급할 수 있거나, 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름을 단일 미량 오염물 제거 장치에 공급할 수 있거나, 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름을 제1 및 제2 미량 오염물 제거 장치에 공급할 수 있다.
하나 초과의 미량 오염물 제거 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 제1 냉각된 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 미량 오염물 제거 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
당업자에게 친숙한 바와 같이, 각각의 앞서 냉각된 제1 기체 흐름의 오염 수준은 촉매화 탄소질 공급물을 제조하기 위해 사용되는 탄소질 물질의 성질에 의존될 것이다. 예를 들어, 특정한 석탄, 예컨대 일리노이 #6은 높은 황 함량을 가질 수 있고, 더 높은 COS 오염을 유도하고; 파우더 리버 베이신 석탄과 같은 기타 석탄은 기체화 반응기에서 휘발될 수 있는 실질적인 수준의 수은을 함유할 수 있다.
COS는, 예를 들어 COS 가수분해시키고 (US 3966875, US 4011066, US 4100256, US 4482529 및 US 4524050 참조), 냉각된 제1 기체 흐름을 입자 석회석 (US 4173465 참조), 산성 완충 CuSO4 용액 (US 4298584 참조), 테트라메틸렌 술폰 (술포란; US 3989811 참조)을 함유하는 알칸올아민 흡수제, 예컨대 메틸디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디프로판올아민 또는 디이소프로판올아민을 통해 통과시키거나; 또는 냉장 액체 CO2로 냉각된 제1 기체 흐름을 역방향흐름 세척 (US 4270937 및 US 4609388 참조)함으로써, 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 제거될 수 있다.
HCN은, 예를 들어 황화암모늄 또는 폴리설파이드와의 반응에 의해 CO2, H2S 및 NH3를 발생시키거나 (US 4497784, US 4505881 및 US 4508693 참조), 포름알데히드에 이어서 암모늄 또는 소듐 폴리설파이드로 2단계 세척 (US 4572826 참조)한 다음 물로 흡수시키고 (US 4189307 참조) 및/또는 알루미나 지지된 가수분해 촉매, 예컨대 MoO3, TiO2 및/또는 ZrO2를 통해 통과 (US 4810475, US 5660807 및 US 5968465 참조)시켜 분해시킴으로써, 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 제거될 수 있다.
냉각된 제1 기체 흐름으로부터, 예를 들어 황산으로 활성화된 탄소에 의한 흡착 (US 3876393 참조), 황으로 함침된 탄소에 의한 흡착 (US 4491609 참조), H2S-함유 아민 용매에 의한 흡착 (US 4044098 참조), 은 또는 금 함침된 제올라이트에 의한 흡착 (US 4892567 참조), 과산화수소 및 메탄올과 함께 HgO로의 산화 (US 5670122 참조), SO2의 존재하에서 브롬 또는 요오드 함유 화합물과의 산화 (US 6878358 참조), H, Cl 및 O-함유 혈장과의 산화 (US 6969494 참조) 및/또는 염소-함유 산화 기체에 의한 산화 (예를 들어 ClO, US 7118720 참조)에 의하여, 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 원소 수은을 제거할 수 있다.
COS, HCN 및/또는 Hg의 어느 하나 또는 전부를 제거하기 위하여 수용액을 사용할 때, 미량 오염물 제거 장치에서 발생된 폐수를 폐수 처리 장치로 보낼 수 있다.
존재할 때, 특별한 미량 오염물을 위한 미량 오염물 제거 장치는 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량 (또는 실질적으로 전부)을 전형적으로 바람직한 생성물 흐름의 규정 한도 또는 그 미만의 수준까지 제거해야 한다. 전형적으로, 미량 오염물 제거 장치는 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 COS, HCN 및/또는 수은의 적어도 90％, 또는 적어도 95％ 또는 적어도 98％를 제거해야 한다.
사워 시프트 장치
단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 존재한다면, 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름을, 함께 또는 별도로, 수성 매질 (예컨대 증기)의 존재 하에서 물-기체 시프트 반응시켜 CO의 일부를 CO2로 전환시킬 수 있고 H2의 분율을 증가시킬 수 있다. 전형적으로, 사워 시프트 장치의 수는 처리되어지는 냉각된 제1 기체 흐름의 수보다 적거나 동일하고, 산 기체 제거 장치의 수보다 많거나 동일하다. 물-기체 시프트 처리를 열 교환기로부터 직접 통과되는 냉각된 제1 기체 흐름에서, 또는 하나 이상의 미량 오염물 제거 장치를 통해 통과하는 냉각된 제1 기체 흐름에서 수행할 수 있다.
하나 초과의 사워 시프트 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 고온 제1 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 사워 시프트 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
사워 시프트 방법은 예를 들어 US 7074373에 상세히 기재되어 있다. 방법은 물을 첨가하거나 또는 기체에 함유된 물을 사용하고, 얻어진 물-기체 혼합물을 증기 개질 촉매 위에서 단열적으로 반응시키는 것을 포함한다. 전형적인 증기 개질 촉매는 내열성 지지체 위에서 하나 이상의 군 VIII 금속을 포함한다.
CO-함유 기체 흐름 위에서 사워 기체 시프트 반응을 수행하기 위한 방법 및 반응기가 당업자에게 잘 알려져 있다. 적절한 반응 조건 및 적절한 반응기는 기체 흐름으로부터 소모되어야 하는 CO의 양에 의존하여 다양하게 변할 수 있다. 일부 구현양태에서, 약 100 ℃ 또는 약 150 ℃ 또는 약 200 ℃ 내지 약 250 ℃ 또는 약 300 ℃ 또는 약 350 ℃의 온도 범위에서 단일 단계로 사워 기체 시프트를 수행할 수 있다. 이러한 구현양태에서, 시프트 반응을 당업자에게 공지된 적절한 촉매에 의해 촉매화할 수 있다. 이러한 촉매는 이에 한정되지 않지만 Fe2O3-기재 촉매, 예컨대 Fe2O3-Cr2O3 촉매 및 기타 전이 금속-기재 및 전이 금속 산화물-기재 촉매를 포함한다. 다른 구현양태에서, 사워 기체 시프트를 다중 단계로 수행할 수 있다. 하나의 특별한 구현양태에서, 사워 기체 시프트를 2개 단계로 수행한다. 이러한 2-단계 방법은 고온 순서에 이어서 저온 순서를 사용한다. 고온 시프트 반응을 위한 기체 온도는 약 350 ℃ 내지 약 1050 ℃의 범위이다. 전형적인 고온 촉매는, 이에 한정되지 않지만 적은 양의 산화크롬과 임의로 조합된 산화철을 포함한다. 저온 시프트를 위한 기체 온도는 약 150 ℃ 내지 약 300 ℃, 또는 약 200 ℃ 내지 약 250 ℃의 범위이다. 저온 시프트 촉매는, 이에 한정되지 않지만 산화아연 또는 알루미나 위에 지지될 수 있는 산화구리를 포함한다. 사워 시프트 방법을 위해 적절한 방법은 이전에 인용된 미국 특허출원 일련번호 12/415,050에 기재되어 있다.
열 에너지의 효율적인 사용을 가능하도록 하기 위하여 증기 시프팅이 열 교환기 및 증기 발생기에서 종종 수행된다. 이러한 특징을 사용하는 시프트 반응기는 당업자에게 잘 알려져 있다. 당업자에게 공지된 다른 설계가 또한 효과적이긴 하지만, 적절한 시프트 반응기의 예는 앞서 인용된 US7074373에 예증되어 있다. 사워 기체 시프트 절차 후에, 하나 이상의 냉각된 제1 기체 흐름은 각각 일반적으로 CH4, CO2, H2, H2S, NH3 및 증기를 함유한다.
일부 구현양태에서, 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 CO의 실질적인 분량을 제거하고, CO의 실질적인 분량을 전환시키는 것이 바람직할 것이다. 이 문헌에서 "실질적인" 전환은 원하는 최종 생성물이 발생될 수 있도록 충분히 높은 퍼센트의 성분의 전환을 의미한다. 전형적으로, CO의 실질적인 분량이 전환되어지는 시프트 반응기를 나오는 흐름은, 약 250 ppm 이하의 CO, 더욱 전형적으로 약 100 ppm 이하의 CO의 일산화탄소 함량을 가질 것이다.
다른 구현양태에서, 이후의 트림 메탄화를 위해 H2의 분율을 증가시키기 위하여 CO의 일부 만을 전환시키는 것이 바람직할 것이며, 이것은 전형적으로 약 3 이상, 또는 약 3 초과, 또는 약 3.2 이상의 H2/CO 몰 비를 필요로 한다. 존재할 때 트림 메탄화장치는 전형적으로 산 기체 제거 장치와 메탄 제거 장치 사이에 있을 것이다.
암모니아 회수 장치
당업자에게 친숙한 바와 같이, 생물자원의 기체화 및/또는 기체화 반응기를 위한 산소 공급원으로서 공기의 사용은 냉각된 제1 기체 흐름에서 의미있는 양의 암모니아를 생성할 수 있다. 임의로, 단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 존재할 때 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름은, 함께 또는 별도로 물에 의해 세정되어 흐름으로부터 암모니아를 회수할 수 있다. 열 교환기로부터 직접적으로 통과하는 냉각된 제1 기체 흐름에서, 또는 (i) 하나 이상의 미량 오염물 제거 장치 및 (ii) 하나 이상의 사워 시프트 장치의 하나 또는 양쪽을 통해 통과하는 냉각된 제1 기체 흐름에서 암모니아 회수 처리를 수행할 수도 있다.
하나 초과의 암모니아 회수 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 냉각된 제1 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 암모니아 회수 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
세정 후에, 냉각된 제1 기체 흐름은 적어도 H2S, CO2, CO, H2 및 CH4를 포함할 수 있다. 냉각된 제1 기체 흐름이 사워 시프트 장치를 앞서 통과할 때, 세정 후에, 냉각된 제1 기체 흐름은 적어도 H2S, CO2, H2 및 CH4를 포함할 수 있다.
당업자에게 공지된 방법에 따라 세정제 물로부터 암모니아를 회수할 수 있고, 수용액 (예를 들어, 20 중량％)으로서 전형적으로 회수할 수 있다. 폐기물 세정 수를 폐수 처리 장치로 보낼 수 있다.
존재할 때, 암모니아 제거 장치는 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 암모니아의 적어도 실질적인 분량 (및 실질적으로 전부)를 제거해야 한다. 암모니아 제거 내용에서 "실질적인" 제거는 원하는 최종 생성물이 생성될 수 있도록 성분의 충분히 높은 퍼센트를 제거하는 것을 의미한다. 전형적으로, 암모니아 제거 장치는 냉각된 제1 기체 흐름의 암모니아 함량의 적어도 약 95％, 또는 적어도 약 97％를 제거할 것이다.
산 기체 제거 장치
하나 이상의 산 기체-소모된 기체 흐름을 수득하기 위하여 기체의 용매 처리를 포함한 물리적 흡착 방법을 사용하여 단일 또는, 존재한다면 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 실질적인 분량의 H2S 및 CO2를 함께 또는 별도로 제거하기 위하여 연속적인 산 기체 제거 장치를 사용할 수 있다. 열 교환기로부터 직접적으로 통과하는 냉각된 제1 기체 흐름에서 또는 하나 이상의 (i) 하나 이상의 미량 오염물 제거 장치; (ii) 하나 이상의 사워 시프트 장치; 및 (iii) 하나 이상의 암모니아 회수 장치를 통해 통과하는 냉각된 제1 기체 흐름에서 산 기체 제거 방법을 수행할 수도 있다. 각각의 산 기체-소모된 기체 흐름은 일반적으로 메탄, 수소 및 임의로 일산화탄소를 포함한다.
하나 초과의 산 기체 제거 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 냉각된 제1 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 산 기체 제거 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
산 기체 제거 방법은 전형적으로 냉각된 제1 기체 흐름을 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 디이소프로필아민, 디글리콜아민, 아미노산의 소듐 염 용액, 메탄올, 고온 탄산칼륨 등과 같은 용매와 접촉시켜 CO2 및/또는 H2S 부하 흡수제를 생성하는 것을 포함한다. 하나의 방법은 2개의 트레인을 가진 셀렉솔 (Selexol)® (UOP LLC, Des Plaines, IL USA) 또는 렉티졸 (Rectisol)® (Lurgi AG, Frankfurt am Main, Germany) 용매의 사용을 포함할 수 있고; 각각의 트레인은 H2S 흡수제 및 CO2 흡수제로 구성된다. 얻어진 산 기체-소모된 기체 흐름은 사워 시프트 장치가 방법의 일부가 아닐 때 CH4, H2 및 임의로 CO, 및 전형적으로 소량의 CO2 및 H2O를 함유한다. 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 산 기체를 제거하기 위한 한 가지 방법은 앞서 인용된 미국 특허출원 일련번호 12/395,344에 기재되어 있다.
CO2 및/또는 H2S (및 다른 나머지 미량 오염물)의 적어도 실질적인 분량 (및 실질적으로 전부)을 산 기체 제거 장치를 통해 제거해야 한다. 산 기체 제거의 내용에서 "실질적인" 제거는, 원하는 최종 생성물이 생성될 수 있도록 충분히 높은 퍼센트의 성분을 제거하는 것을 의미한다. 실제 제거 량은 성분에 따라 변할 수도 있다. "파이프관-품질 천연 기체"를 위하여 다량의 CO2가 허용될 수도 있긴 하지만 단지 미량 (기껏해야)의 H2S가 존재할 수 있다.
전형적으로, 산 기체 제거 장치는 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 약 85％ 또는 적어도 약 90％ 또는 적어도 약 92％의 CO2 및 적어도 약 95％ 또는 적어도 약 98％ 또는 적어도 약 99.5％의 H2S를 제거해야 한다.
산 기체-소모된 흐름이 냉각된 제1 기체 흐름으로부터의 적어도 실질적인 분량 (및 실질적으로 전부)의 메탄을 포함하도록 산 기체 제거 단계에서 원하는 생성물 (메탄)의 손실을 최소화해야 한다. 전형적으로, 이러한 손실은 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 약 2 몰％ 이하, 또는 약 1.5 몰％ 이하, 또는 약 1 몰％ 이하의 메탄이어야 한다.
산 기체 회수 장치
용매-기재 방법의 하나를 사용하여 CO2 및/또는 H2S를 제거하면 CO2-부하 흡수제 및 H2S-부하 흡수제가 얻어진다.
CO2 기체를 회수하기 위하여 일반적으로 하나 이상의 이산화탄소 회수 장치에서 하나 이상의 산 기체 제거 장치에 의해 생성된 하나 이상의 CO2-부하 흡수제의 각각을 재생할 수 있고; 회수된 흡수제를 하나 이상의 산 기체 제거 장치로 다시 재순환시킬 수 있다. 예를 들어, CO2-부하 흡수제를 재비등기를 통해 통과시켜 추출된 CO2 및 흡수제를 분리할 수 있다. 회수된 CO2를 당 기술분야에 공지된 방법에 따라 압축하고 격리할 수 있다.
또한, 일반적으로 H2S 기체의 회수를 위하여 하나 이상의 산 기체 제거 장치의 각각에 의해 발생된 하나 이상의 H2S-부하 흡수제의 각각을 하나 이상의 황 회수 장치에서 재생시킬 수 있고; 회수된 흡수제를 하나 이상의 산 기체 제거 장치로 다시 재순환시킬 수 있다. 클라우스 (Claus) 방법을 포함한 당업자에게 공지된 방법에 의하여 회수된 H2S를 황 원소로 전환시킬 수 있고; 재생된 황을 용융된 액체로 회수할 수 있다.
메탄 제거 장치
단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 단일 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 메탄을 분리하고 회수하기 위해 단일 산 기체-소모된 기체 흐름을 단일 메탄 제거 장치에 제공할 수 있거나; 또는 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름이 존재할 때, 단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 메탄을 분리하고 회수하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-솜된 기체 흐름을 단일 메탄 제거 장치에 제공할 수 있거나; 또는 제1 및 제2 산-소모된 기체 흐름이 존재할 때, 제1 메탄-소모된 기체 흐름 및 제1 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위해 제1 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 메탄을 분리하고 회수하기 위하여 제1 산 기체-소모된 기체 흐름을 제1 메탄 제거 장치에 제공할 수 있고, 제2 메탄-소모된 기체 흐름 및 제2 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위해 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 메탄을 분리하고 회수하기 위하여 제2 산 기체-소모된 기체 흐름을 제2 메탄 제거 장치에 제공할 수 있다.
하나 초과의 메탄 제거 장치를 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 산 기체-제거된 기체 흐름의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 열 교환기 장치의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3 또는 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
특히 유용한 메탄 생성물 흐름은 이하 상세히 언급되는 바와 같이 "파이프관-품질 천연 기체"로서 자격을 가진 것이다.
각각의 산 기체-소모된 기체 흐름은, 상기 언급된 바와 같이 함께 또는 별도로, 이에 한정되지 않지만 극저온 증류 및 분자 체 또는 기체 분리 (예, 세라믹) 막의 사용을 포함한 당업자에게 공지된 적절한 기체 분리 방법에 의하여 CH4를 분리하고 회수하기 위해 처리될 수 있다. 다른 방법은 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/395,330, 12/415,042 및 12/415,050에 개시된 바와 같이 메탄 수화물의 생성에 의한 것을 포함한다.
일부 구현양태에서, 메탄-소모된 기체 흐름은 H2 및 CO (즉, 합성가스)를 포함한다. 다른 구현양태에서, 임의의 사워 시프트 장치가 존재할 때, 기체 분리 방법은 US 특허출원 일련번호 12/415,050에 상세히 기재된 바와 같이 메탄 생성물 흐름 및 H2를 포함한 메탄-소모된 기체 흐름을 생성할 수 있다. 메탄-소모된 기체 흐름을 압축하고 기체화 반응기에 재순환할 수 있다. 추가로, 메탄-소모된 기체 흐름의 일부를 플랜트 연료로서 사용될 수 있다 (예를 들어, 연소 터빈에서 사용하기 위해). 각각의 메탄 생성물 흐름은 별도로 또는 함께 압축되고 필요하다면 추가의 공정에 보내거나 기체 파이프관으로 보낼 수 있다.
일부 구현양태에서, 메탄 생성물 흐름은, 이것이 감지할 수 있는 양의 CO를 함유한다면, CO 함량을 감소시키기 위하여 트림 메탄화를 수행함으로써 메탄에 더욱 농축될 수 있다. 예를 들어, US4235044에 개시된 방법 및 장치를 포함하여, 당업자에게 공지된 적절한 방법 및 장치를 사용하여 트림 메탄화를 수행할 수 있다.
본 발명은 특정한 구현양태에서 탄소질 공급물의 촉매적 기체화로부터 "파이프관-품질 천연 기체"를 생성할 수 있는 시스템을 제공한다. "파이프관-품질 천연 기체"는 전형적으로 (1) 순수한 메탄의 가열 수치의 ±5％ 이내 (가열 수치가 표준 대기 조건 하에서 1010 btu/ft3 이다)이고, (2) 실질적으로 물을 갖지 않고 (전형적으로 약 -40 ℃ 이하의 이슬점), (3) 독성 또는 부식성 오염물을 실질적으로 갖지 않는 천연 기체를 가리킨다. 본 발명의 일부 구현양태에서, 상기 방법에 기재된 메탄 생성물 흐름은 이러한 요건을 만족시킨다.
얻어지는 기체 혼합물이 1010 btu/ft3의 ±5％ 이내의 가열 수치를 갖고 독성이거나 부식성이 아닌 이상, 파이프관-품질 천연 기체는 메탄 이외의 기체를 함유할 수 있다. 따라서, 메탄 생성물 흐름은 가열 수치가 메탄의 가열 수치 미만인 기체를 포함할 수 있고 또한 다른 기체의 존재가 기체 흐름의 가열 수치를 950 btu/scf (건조 기준) 미만으로 낮추지 않는 한, 파이프관-품질 천연 기체로서 자격을 갖는다. 메탄 생성물 흐름은 예를 들어 약 4 몰％ 이하의 수소를 포함할 수 있고 파이프관-품질 천연 기체로서 사용된다. 일산화탄소는 수소보다 높은 가열 수치를 갖고; 따라서 파이프관-품질 천연 기체는 기체 흐름의 가열 수치를 낮추지 않으면서 높은 퍼센트의 CO를 함유할 수 있다. 파이프관-품질 천연 기체로서 사용하기 위해 적절한 메탄 생성물 흐름은 바람직하게는 약 1000 ppm 미만의 CO를 갖는다.
메탄 개질기
필요하다면, 메탄 생성물 흐름의 일부를 임의의 메탄 개질기에 보낼 수 있고/있거나 메탄 생성물 흐름의 일부를 플랜트 연료로서 사용할 수 있다 (예를 들어 연소 터빈에서 사용하기 위하여). 전체 반응 열이 가능한 한 중성에 가깝도록 (단지 약간의 발열 또는 흡열), 다시 말해서 반응이 열적으로 중성 조건에서 시행되도록, 반응기에 충분한 재순환 기체를 공급하는 것을 보장하기 위해 기체화 반응기에 공급된 재순환 일산화탄소 및 수소를 보충하기 위하여 메탄 개질기가 방법에 포함될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 나타낸 바와 같이, 메탄 생성물로부터 개질기를 위해 메탄이 공급될 수 있다.
증기 공급원
기체화 반응을 위한 증기는, 양쪽 반응기를 위해 단일 증기 공급원 (발생장치)에 의해, 또는 제1 기체화 반응기에 증기를 제공하기 위한 제1 증기 공급원 및 제2 기체화 반응기에 증기를 제공하기 위한 제2 증기 공급원에 의해 발생될 수 있다.
하나 초과의 증기 공급원을 사용하는 경우에, 각각은 파손 또는 유지 시에 예비 용량을 제공하기 위해 공급되는 증기의 비례하는 총 부피보다 더 많이 취급하는 용량을 가질 수도 있다. 예를 들어, 2개의 증기 공급원의 경우에, 각각은 총 용량의 2/3, 3/4 또는 전부를 제공하도록 설계될 수 있다.
당업자에게 공지된 증기 보일러의 어느 것이라도 기체화 반응기에 증기를 공급할 수 있다. 이러한 보일러는 예를 들어, 이에 한정되지 않지만 공급물 제조 공정으로부터 불합격 탄소질 물질 (예를 들어, 미립자, 상동)을 포함하여 분말화된 석탄, 생물자원 등과 같은 탄소질 물질의 사용을 통해 동력을 공급받을 수 있다. 증기는 연소 터빈에 결합된 추가의 기체화 반응기로부터 공급될 수 있고, 이곳에서반응기로부터의 배기가 물 공급원으로 열 교환되고 증기를 생성한다. 대안적으로, 앞서 인용된 US 특허출원 일련번호 12/343,149, 12/395,309 및 12/395,320에 기재된 바와 같이 기체화 반응기를 위해 증기가 발생될 수 있다.
다른 방법 공정으로부터 재순환되거나 발생된 증기는 증기를 반응기에 공급하기 위해 증기 발생장치로부터 증기와 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 슬러리화된 탄소질 물질이 유동층 슬러리 건조기에 의해 건조될 때, 상기 언급된 바와 같이, 증기화를 통해 발생된 증기가 기체화 반응기에 공급될 수 있다. 증기 발생을 위해 열 교환기 장치가 사용될 때, 기체화 반응기에 증기를 공급할 수 있다.
과열장치
각각의 기체화 반응기에 제공되는 기체를 임의로 과열시킴으로써, 촉매적 기체화 반응을 위해 필요할 수도 있는 소량의 열 입력이 제공될 수도 있다. 하나의 예에서, 각각의 기체화 반응기에 공급되는 증기 및 재순환 기체의 혼합물은 당업자에게 공지된 방법에 의해 과열될 수 있다. 다른 예에서, 흐름 발생장치로부터 각각의 기체화 반응기에 제공되는 증기가 과열될 수 있다. 하나의 특별한 방법에서, CO 및 H2의 압축된 재순환 기체를 증기 발생장치로부터의 증기와 혼합할 수 있고, 얻어진 증기/재순환 기체 혼합물을 기체화 반응기 유출물과 열 교환하고 이어서 재순환 기체 노에서 과열시킴으로써 더욱 과열될 수 있다.
과열장치의 임의의 조합이 사용될 수 있다.
동력 발생장치
플랜트에서 사용되거나 동력 망으로 판매될 수 있는 전기를 생성하기 위하여 증기 공급원에 의해 발생된 증기의 일부를 하나 이상의 동력 발생장치, 예컨대 증기 터빈에 제공할 수 있다. 전기 발생을 위하여 기체화 방법에서 생성된 고온 및 고압 증기를 증기 터빈에 제공할 수도 있다. 예를 들어, 증기 터빈에 제공되는 증기의 발생을 위하여 고온 제1 기체 흐름과 접촉되는 열 교환기에 포획된 열 에너지를 사용할 수 있다.
폐수 처리 장치
플랜트 내의 회수된 물의 재순환 및/또는 당업자에게 공지된 방법에 따른 플랜트 공정으로부터의 물의 폐기가 가능하도록, 하나 이상의 미량 제거 장치, 사워 시프트 장치, 암모니아 제거 장치 및/또는 촉매 회수 장치로부터 얻어진 폐수 중의 잔류 오염물을 폐수 처리 장치에서 제거할 수 있다. 이러한 잔류 오염물은 예를 들어 페놀, CO, CO2, H2S, COS, HCN, 암모니아 및 수은을 포함할 수 있다. 예를 들어, H2S 및 HCN은 폐수를 약 pH 3으로 산성화하고, 산성 폐수를 스트리핑 컬럼에서 불활성 기체로 처리하고 pH를 약 10으로 올리고 폐수를 불활성 기체로 2번 처리하여 암모니아를 제거함으로써 제거될 수 있다 (US 5236557 참조). H2S는 잔류 코크스 입자의 존재하에서 폐수를 산화제로 처리하여 H2S를 부유 또는 여과에 의해 제거될 수 있는 불용성 황산염으로 전환시킴으로써 제거될 수 있다 (US 4478425 참조). 폐수를 1가 및 2가 염기성 무기 화합물을 함유한 탄소질 목탄 (예, 촉매 회수 후의 고체 목탄 생성물 또는 소모된 목탄, 상동)과 접촉시키고 pH를 조절함으로써 페놀을 제거할 수 있다 (US 4113615 참조). 또한, 유기 용매로 추출한 다음 스트리핑 컬럼에서 폐수를 처리함으로써 페놀을 제거할 수 있다 (US 3972693, US 4025423 및 US 4162902 참조)
실시예
실시예 1
본 발명의 시스템의 한 가지 구현양태를 도 1에 나타낸다. 여기에서, 시스템은 단일 공급물 공정 (100), 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치, 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 제1 (401) 및 제2 (402) 열 교환기, 제1 (501) 및 제2 (502) 산 기체 제거 장치, 제1 (601) 및 제2 (602) 메탄 제거 장치 및 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
탄소질 공급물 (10)을 공급물 가공 장치 (100)에 제공하고, 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 가진 탄소질 입자 (20)로 전환시킨다. 탄소질 입자를 각각의 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치에 제공하고, 여기에서 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 각각의 공급물을 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)으로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 증기 (35)와 접촉시키고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함한다. 각각 제1 (51) 및 제2 (52) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위해, 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)을 제1 및 제2 열 교환기에 별도로 제공한다. 제1 (51) 및 제2 (52) 냉각된 제1 기체 흐름을 별도로 제1 (501) 및 제2 (502) 산 기체 제거 장치에 제공하고, 여기에서 황화수소 및 이산화탄소를 각각의 흐름으로부터 제거하여 각각 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 각각의 제1 (61) 및 제2 (62) 산 기체-소모된 기체 흐름을 발생시킨다. 마지막으로, 각각의 제1 (61) 및 제2 (62)의 산 기체-소모된 기체 흐름의 메탄 일부를 제1 (601) 및 제2 (602) 메탄 제거 장치에서 제거하여 궁극적으로 제1 (71) 및 제2 (72) 메탄 생성물 흐름을 각각 생성한다.
실시예 2
본 발명의 시스템의 두 번째 구현양태를 도 2에 도시한다. 여기에서, 시스템은 단일 공급물 공정 (100), 단일 촉매 부하 장치 (200), 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 단일 열 교환기 (400), 단일 산 기체 제거 장치 (500), 단일 메탄 제거 장치 (600) 및 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
탄소질 공급물 (10)을 공급물 가공 장치 (100)에 제공하고, 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 가진 탄소질 입자 (20)로 전환시킨다. 탄소질 입자를 단일 촉매 부하 장치 (200)에 제공하고, 여기에서 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 촉매화 탄소질 공급물 (30)을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 각각의 공급물을 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)으로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 촉매화 탄소질 공급물 (30)을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 증기 (35)와 접촉시키고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함한다. 단일 (50) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위해, 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)을 각각 단일 열 교환기 (400)에 제공한다. 단일 냉각된 제1 기체 흐름 (50)을 단일 산 기체 제거 장치 (500)에 제공하고, 여기에서 황화수소 및 이산화탄소를 각각의 흐름으로부터 제거하여 각각 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)을 발생시킨다. 마지막으로, 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)의 메탄 일부를 단일 메탄 제거 장치 (600)에서 제거하여 단일 메탄 생성물 흐름 (70)을 궁극적으로 발생시킨다.
실시예 3
본 발명의 시스템의 세 번째 구현양태를 도 3에 도시한다. 여기에서, 시스템은 제1 (101) 및 제2 (102) 공급물 공정, 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치, 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 단일 열 교환기 (400), 단일 산 기체 제거 장치 (500), 단일 메탄 제거 장치 (600) 및 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
제1 (11) 및 제2 (12) 탄소질 공급물을 제1 (101) 및 제2 (102) 공급물 가공 장치에 제공하고, 제1 (21) 및 제2 탄소질 입자 (22)로 전환시키며, 각각은 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는다. 제1 (21) 및 제2 (22) 탄소질 입자를 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치의 각각에 별도로 제공하고, 여기에서 각각의 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 각각의 공급물을 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)으로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 증기 (35)와 접촉시키고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함한다. 단일 (50) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위해, 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)을 각각 단일 열 교환기 (400)에 제공한다. 단일 냉각된 제1 기체 흐름 (50)을 단일 산 기체 제거 장치 (500)에 제공하고, 여기에서 황화수소 및 이산화탄소를 각각의 흐름으로부터 제거하여 각각 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)을 발생시킨다. 마지막으로, 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)의 메탄 일부를 단일 메탄 제거 장치 (600)에서 제거하여 단일 메탄 생성물 흐름 (70)을 궁극적으로 발생시킨다.
실시예 4
본 발명의 시스템의 네 번째 구현양태를 도 4에 도시한다. 여기에서, 시스템은 단일 공급물 공정 (100), 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치, 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 단일 열 교환기 (400), 단일 산 기체 제거 장치 (500), 단일 메탄 제거 장치 (600) 및 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
탄소질 공급물 (10)을 공급물 가공 장치 (100)에 제공하고, 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 탄소질 입자 (20)로 전환시킨다. 탄소질 입자를 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치의 각각에 별도로 제공하고, 여기에서 각각의 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 각각의 공급물을 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 증기 (35)와 접촉시키고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함한다. 단일 (50) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위해, 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)을 각각 단일 열 교환기 (400)에 제공한다. 단일 냉각된 제1 기체 흐름 (50)을 단일 산 기체 제거 장치 (500)에 제공하고, 여기에서 황화수소 및 이산화탄소를 각각의 흐름으로부터 제거하여 각각 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)을 발생시킨다. 마지막으로, 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)의 메탄 일부를 단일 메탄 제거 장치 (600)에서 제거하여 단일 메탄 생성물 흐름 (70)을 궁극적으로 발생시킨다.
실시예 5
본 발명의 시스템의 다섯 번째 구현양태를 도 5에 도시한다. 여기에서, 시스템은 단일 공급물 공정 (100), 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치, 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 제1 (401) 및 제2 (402) 열 교환기, 단일 산 기체 제거 장치 (500), 단일 메탄 제거 장치 (600) 및 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
탄소질 공급물 (10)을 공급물 가공 장치 (100)에 제공하고, 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 탄소질 입자 (20)로 전환시킨다. 탄소질 입자를 제1 (201) 및 제2 (202) 촉매 부하 장치의 각각에 제공하고, 여기에서 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 각각의 공급물을 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 제1 (31) 및 제2 (32) 촉매화 탄소질 공급물을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 증기 (35)와 접촉시키고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함한다. 제1 (51) 및 제2 (52) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위해, 고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)을 각각 제1 및 제2 열 교환기에 제공한다. 제1 (51) 및 제2 (52) 냉각된 제1 기체 흐름을 단일 산 기체 제거 장치 (500)에 제공하고, 여기에서 황화수소 및 이산화탄소를 흐름으로부터 제거하여 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)을 발생시킨다. 마지막으로, 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)의 메탄 일부를 단일 메탄 제거 장치 (600)에서 제거하여 단일 메탄 생성물 흐름 (70)을 궁극적으로 발생시킨다.
실시예 6
본 발명의 시스템의 여섯 번째 구현양태를 도 6에 도시한다. 여기에서, 시스템은 단일 공급물 공정 (100), 단일 촉매 부하 장치 (200), 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기, 단일 열 교환기 (400), 단일 산 기체 제거 장치 (500), 단일 메탄 제거 장치 (600), 미량 오염물 제거 장치 (800), 사워 시프트 장치 (900), 암모니아 제거 장치 (1000), 개질기 (1100), CO2 회수 장치 (1200), 황 회수 장치 (1300), 촉매 회수 장치 (1400), 폐수 처리 장치 (1600), 및 과열장치 (701) 및 증기 터빈 (1500)과 소통되는 단일 증기 공급원 (700)을 포함한다.
탄소질 공급물 (10)을 공급물 가공 장치 (100)에 제공하고, 2500 ㎛ 미만의 평균 입자 크기를 갖는 탄소질 입자 (20)로 전환시킨다. 탄소질 입자를 단일 촉매 부하 장치 (200)에 제공하고, 여기에서 입자를 부하 탱크에서 기체화 촉매를 포함한 용액과 접촉시키고, 여과에 의해 과량의 물을 제거하고, 얻어진 습윤 케이크를 건조기로 건조시켜 촉매화 탄소질 공급물 (30)을 제1 및 제2 기체화 반응기에 제공한다. 2개의 기체화 반응기에서, 공급물을 제1 고온 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 흐름 (42)로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서, 촉매화 탄소질 공급물 (30)을 일반적인 증기 공급원 (700)에 의해 제공된 과열된 증기 (36)와 접촉시켜 과열장치 (701)에 증기 (35)를 제공하고, 각각은 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 황화수소, COS, 암모니아, HCN 및 수은을 포함한다. 증기 공급원 (700)에 의해 발생된 증기 (33)의 일부를 증기 터빈 (1500)으로 보내어 전기를 발생시킨다. 각각의 제1 및 제2 기체화 반응기는 비말동반된 촉매를 포함하는 제1 (37) 및 제2 (38) 고체 목탄 생성물을 발생시키고, 이것을 각각의 반응 챔버로부터 주기적으로 제거하고 촉매 회수 작업 (1400)으로 보내며, 여기에서 비말동반된 촉매를 회수하고 (140) 촉매 부하 작업 (200)으로 되돌린다. 촉매 회수 작업 (W1)에서 발생된 폐수를 필요에 따라 중화 및/또는 정제를 위하여 폐수 처리 장치 (1600)로 보낸다.
고온 제1 제1 기체 흐름 (41) 및 제2 고온 제1 기체 (42)를 각각 단일 열 교환기 (400)에 제공하여 단일 (50) 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시킨다. 단일 냉각된 제1 기체 흐름 (50)을 미량 오염물 제거 장치에 제공하고, 여기에서 적어도 메탄, 이산화탄소, 일산화탄소, 수소, 암모니아 및 황화수소를 포함하는 미량-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (55)을 발생시키기 위해 HCN, 수은 및 COS를 제거한다. 미량 오염물 제거 장치 (W2)에 의해 발생된 폐수를 폐수 처리 장치 (1600)로 보낸다.
미량-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (55)을 사워 시프트 장치로 보내고, 흐름 내의 일산화탄소를 CO2로 실질적으로 전환시켜 적어도 메탄, 이산화탄소, 수소, 암모니아 및 황화수소를 포함하는 부식성이 없는 미량-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (56)을 제공한다. 사워 시프트 장치 (W3)에 의해 생성된 폐수를 폐수 처리 장치 (1600)로 보낸다.
부식성이 없는 미량-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (56)을 암모니아 제거 장치 (1000)에 제공하고, 여기에서 흐름으로부터 암모니아를 제거하여 적어도 메탄, 이산화탄소, 수소 및 황화수소를 포함하는 부식성이 없는 미량 및 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (57)을 발생시킨다. 암모니아 제거 장치 (W4)에 의해 발생되는 폐수를 폐수 처리 장치 (1600)로 보낸다.
부식성이 없는 미량 및 암모니아-소모된 냉각된 제1 기체 흐름 (57)을 단일 산 기체 제거 장치 (500)로 보내고, 이곳에서 흐름을 H2S 및 CO2 흡수제와 접촉시킴으로써 연속 흡수에 의해 황화수소 및 이산화탄소를 제거하여 적어도 메탄 및 수소와 H2S- (63) 및 CO2-부하 (64) 흡수제를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)을 발생시킨다. H2S-부하 흡수제 (63)를 황 회수 장치 (1300)로 보내고 이곳에서 H2S-부하 흡수제 (63)로부터 흡수된 H2S를 회수하고 클라우스 방법을 통해 황으로 전환시킨다. 재생된 H2S 흡수제를 산 기체 제거 장치 (500) (도시되지 않음)로 다시 재순환시킬 수 있다. CO2-부하 흡수제 (64)를 일산화탄소 회수 장치 (1200)로 보내고, 이곳에서 흡수된 CO2를 CO2-부하 흡수제 (64)로부터 회수하고; 재생된 CO2 흡수제를 산 기체 제거 장치 (500) (도시되지 않음)으로 다시 재순환시킨다. 회수된 CO2 (120)를 이산화탄소 압축 장치 (1201)에서 격리 (121)을 위해 적절한 압력까지 압축한다.
마지막으로, 단일 산 기체-소모된 기체 흐름 (60)의 메탄 일부를 단일 메탄 제거 장치 (600)에서 제거하여 단일 메탄 생성물 흐름 (70) 및 메탄-소모된 기체 흐름 (65)을 재생시킨다. 메탄 생성물 흐름 (70)을 메탄 압축기 장치 (1600)에서 적절한 압력까지 압축하여 기체 파이프관 (80)에 제공한다. 메탄-소모된 기체 흐름 (65)을 개질기 (1100)로 보내고, 이곳에서 흐름 내의 메탄을 합성가스 (110)로 전환시키고, 이것을 기체 재순환 루프 및 과열장치 (701)를 통해 제1 (301) 및 제2 (302) 기체화 반응기에 제공하여 각각의 기체화 반응기 내에서 필수적으로 열적 중성 조건을 유지한다.

Claims (12)

  1. (a) 각각의 기체화 반응기 장치가 독립적으로
    (A1) 촉매화된 탄소질 공급물 및 증기를 (i) 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 황화수소 및 미반응 증기를 포함하는 다수의 기체 생성물, (ii) 미반응 탄소질 미립자 및 (iii) 비말동반된 촉매를 포함하는 고체 목탄 생성물로 전환시키는, 반응 챔버;
    (A2) 반응 챔버 내로 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 공급 입구;
    (A3) 반응 챔버 내로 증기를 공급하기 위한 증기 입구;
    (A4) 다수의 기체 생성물을 포함하는 고온 제1 기체 흐름을 반응 챔버 밖으로 배출하기 위한 고온 기체 출구;
    (A5) 반응 챔버로부터 고체 목탄 생성물을 회수하기 위한 목탄 출구; 및
    (A6) 고온 제1 기체 흐름에 비말동반될 수도 있는 반응되지 않은 탄소질 미립자의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위한 미립자 제거 장치
    를 포함하는, 제1 및 제2 기체화 반응기 장치;
    (b) (1) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 양쪽 모두의 공급 입구에 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 단일 촉매 부하 장치, 또는
    (2) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 공급 입구에 촉매화 탄소질 공급물을 공급하기 위한 제1 및 제2 촉매 부하 장치
    (여기에서, 각각의 촉매 부하 장치는 독립적으로
    (B1) 촉매화 탄소질 공급물을 형성하기 위하여 하나 이상의 탄소질 입자를 수용하고 촉매를 입자 위에 부하하기 위한 부하 탱크; 및
    (B2) 수분 함량을 감소시키기 위하여 촉매화 탄소질 공급물을 열 처리하기 위한 건조기를 포함함);
    (c) (1) 단지 단일 촉매 부하 장치가 존재할 때, 단일 촉매 부하 장치의 부하 탱크에 탄소질 입자를 공급하기 위한 단일 탄소질 물질 가공 장치, 또는
    (2) 제1 및 제2 촉매 부하 장치가 존재할 때, (i) 탄소질 입자를 제1 및 제2 촉매 부하 장치 양쪽 모두의 부하 탱크에 공급하기 위한 단일 탄소질 물질 가공 장치, 또는 (ii) 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 부하 탱크에 탄소질 입자를 공급하기 위한 제1 및 제2 탄소질 물질 가공 장치
    (여기에서, 각각의 탄소질 물질 가공 장치는 독립적으로
    (C1) 탄소질 물질을 수용하고 보관하기 위한 수용기; 및
    (C2) 수용기와 소통되는, 탄소질 물질을 탄소질 입자로 분쇄하기 위한 분쇄기를 포함함);
    (d) (1) 증기를 발생시키고 단일 냉각된 제1 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고온 제1 기체 흐름으로부터 열 에너지를 제거하기 위한 단일 열 교환기 장치, 또는
    (2) 증기, 제1의 냉각된 제1 기체 흐름 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름을 발생시키기 위하여 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고온 제1 기체 흐름으로부터 열 에너지를 제거하기 위한 제1 및 제2 열 교환기 장치;
    (e) (1) 단지 단일 열 교환기 장치가 존재할 때, 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 단일 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 단일 산 기체 제거 장치, 또는
    (2) 제1 및 제2 열 교환기 장치가 존재할 때, (i) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함하는 단일 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1의 냉각된 제1 기체 흐름 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 단일 산 기체 제거 장치, 또는 (ii) 제1의 산 기체-소모된 기체 흐름 및 제2의 산 기체-소모된 기체 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2의 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 이산화탄소 및 적어도 실질적인 분량의 황화수소를 제거하기 위한 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 (여기에서 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름이 함께 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터의 적어도 실질적인 분량의 메탄, 적어도 실질적인 분량의 수소 및 임의로 적어도 일부의 일산화탄소를 포함함);
    (f) (1) 단지 단일 산 기체-소모된 흐름이 존재할 때, 단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 단일 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리하고 회수하기 위한 단일 메탄 제거 장치 (여기에서 단일 메탄 생성물 흐름이 단일 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터의 적어도 실질적인 분량의 메탄을 포함함), 또는
    (2) 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름이 존재할 때, (i) 단일 메탄-소모된 기체 흐름 및 단일 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리 및 회수하기 위한 단일 메탄 제거 장치, 또는 (ii) 제1 메탄-소모된 기체 흐름 및 제1 메탄 생성물 흐름, 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름 및 제2의 메탄 생성물 흐름을 생성하기 위하여 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 분리하고 회수하기 위한 제1 및 제2 메탄 제거 장치 (여기에서 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름이 함께 제1 및 제2 산 기체-소모된 기체 흐름으로부터 적어도 실질적인 분량의 메탄을 포함함);
    (g) (1) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 증기 입구에 증기를 공급하기 위한 단일 증기 공급원, 또는
    (2) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 증기 입구에 증기를 공급하기 위한 제1 및 제2 증기 공급원
    을 포함하는, 촉매화된 탄소질 공급물로부터 다수의 기체를 생성하기 위한 기체화 시스템.
  2. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 제1 및 제2 산 기체 제거 장치; (f) 제1 및 제2 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 제1 및 제2 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 단일 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 단일 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 제1 및 제2 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, (a) 제1 및 제2 기체화 반응기 장치; (b) 단일 촉매 부하 장치; (c) 단일 탄소질 물질 가공 장치; (d) 제1 및 제2 열 교환기 장치; (e) 단일 산 기체 제거 장치; (f) 단일 메탄 제거 장치; 및 (g) 단일 증기 공급원을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    (h) 단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 존재한다면 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름 중 하나 이상으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위한, 열 교환기 장치 및 산 기체 제거 장치 사이의 미량 오염물 제거 장치 (여기에서 단일 냉각된 제1 기체 흐름, 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름 중 하나 이상은 COS, Hg 및 HCN 중 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 미량 오염물을 더욱 포함함);
    (i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부, 또는 존재한다면 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름 중 하나 이상의 적어도 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 개질기;
    (j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부, 또는 존재한다면 제1 및 제2 메탄 생성물 흐름 중 하나 이상을 압축하기 위한 메탄 압축기 장치;
    (k) 단일 산 기체 제거 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 산 제거 장치 중 하나 이상에 의해 제거된 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 이산화탄소 회수 장치;
    (l) 단일 산 기체 제거 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 산 기체 제거 장치 중 하나 이상에 의해 제거된 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 황 회수 장치;
    (m) 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 단일 촉매 부하 장치, 또는 존재한다면 제1 및 제2 촉매 부하 장치 중 하나 이상으로 재순환시키기 위한 촉매 회수 장치;
    (n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부, 또는 존재한다면 제1 및 제2 메탄-소모된 기체 흐름 중 하나 이상의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치 중 적어도 하나 이상에 재순환시키기 위한 기체 재순환 루프;
    (o) 시스템에 의해 생성되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
    (p) 단일 증기 공급원, 또는 존재한다면 제1 증기 공급원 및/또는 제2 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
    (q) 단일 증기 공급원, 또는 존재한다면 제1 증기 공급원 및/또는 제2 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
    (r) 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해 적절한 조건 하에서 냉각된 제1 기체 흐름을 수성 매질과 접촉하기 위한, 열 교환기 및 산 기체 제거 장치 사이의 사워 시프트 장치(sour shift unit)
    중 하나 이상을 더욱 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    (h) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 미량 오염물 제거 장치; 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름으로부터 하나 이상의 미량 오염물의 적어도 실질적인 분량을 제거하기 위하여 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 미량 오염물 제거 장치;
    (i) 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 단일 개질기; 또는 단일 메탄 생성물 흐름의 일부를 합성가스로 전환시키기 위한 제1 개질기 및 제2 개질기;
    (j) 단일 메탄 생성물 흐름의 적어도 일부를 압축하기 위한 단일 메탄 압축기 장치;
    (k) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 이산화탄소를 분리하고 회수하기 위한 단일 이산화탄소 회수 장치;
    (l) 단일 산 기체 제거 장치에 의해 제거되는 황화수소로부터 황을 추출하고 회수하기 위한 단일 황 회수 장치;
    (m) 제1 및 제2 기체화 장치로부터의 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환시키기 위한 단일 촉매 회수 장치; 또는 제1 및 제2 기체화 반응기 장치로부터의 고체 목탄 생성물의 적어도 일부로부터 비말동반된 촉매의 적어도 일부를 추출하고 회수하고, 회수된 촉매의 적어도 일부를 제1 및 제2 촉매 부하 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환시키기 위한 제1 및 제2 촉매 회수 장치;
    (n) 단일 메탄-소모된 기체 흐름의 적어도 일부를 제1 및 제2 기체화 반응기 장치의 하나 또는 양쪽에 재순환하기 위한 기체 재순환 루프;
    (o) 시스템에 의해 발생되는 폐수를 처리하기 위한 폐수 처리 장치;
    (p) 단일 증기 공급원 중의 또는 그로부터의 증기를 과열시키기 위한 과열장치;
    (q) 단일 증기 공급원에 의해 공급된 증기의 적어도 일부로부터 전기를 발생시키기 위한 증기 터빈; 및
    (r) 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 합성가스로 전환시키기 위해 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 단일 사워 시프트 장치, 또는 제1 및 제2 냉각된 제1 기체 흐름에서 일산화탄소의 적어도 일부를 이산화탄소로 전환시키기 위해 제1 및 제2 열 교환기 장치와 단일 산 기체 제거 장치 사이에 있는 제1 및 제2 사워 시프트 장치
    중 하나 이상을 더욱 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 적어도 (k), (l) 및 (m)을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 산 기체 제거 장치와 메탄 제거 장치 사이에 (r) 및 트림 메탄화장치를 포함함을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 파이프관-품질 천연 기체의 생성물 흐름을 생성함을 특징으로 하는 시스템.
KR1020117001987A 2008-06-27 2009-06-26 Ｓｎｇ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템 KR101364823B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US7643608P 2008-06-27 2008-06-27
US61/076,436 2008-06-27
PCT/US2009/048790 WO2009158576A2 (en) 2008-06-27 2009-06-26 Two-train catalytic gasification systems

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110025845A true KR20110025845A (ko) 2011-03-11
KR101364823B1 KR101364823B1 (ko) 2014-02-21

Family

ID=41334415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117001987A KR101364823B1 (ko) 2008-06-27 2009-06-26 Ｓｎｇ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (2) US20090324458A1 (ko)
JP (1) JP5555696B2 (ko)
KR (1) KR101364823B1 (ko)
CN (1) CN102076829B (ko)
AU (1) AU2009262073B2 (ko)
CA (1) CA2729003C (ko)
WO (1) WO2009158576A2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101318980B1 (ko) * 2012-09-19 2013-10-17 아주대학교산학협력단 합성 천연 가스 생성 장치 및 방법

Families Citing this family (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7024796B2 (en) * 2004-07-19 2006-04-11 Earthrenew, Inc. Process and apparatus for manufacture of fertilizer products from manure and sewage
US8114176B2 (en) 2005-10-12 2012-02-14 Great Point Energy, Inc. Catalytic steam gasification of petroleum coke to methane
US7922782B2 (en) 2006-06-01 2011-04-12 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic steam gasification process with recovery and recycle of alkali metal compounds
KR101138096B1 (ko) 2007-08-02 2012-04-25 그레이트포인트 에너지, 인크. 촉매-담지된 석탄 조성물, 제조 방법 및 용도
US8123827B2 (en) 2007-12-28 2012-02-28 Greatpoint Energy, Inc. Processes for making syngas-derived products
CN101910375B (zh) 2007-12-28 2014-11-05 格雷特波因特能源公司 用于碳质原料的催化气化的蒸汽发生浆液气化器
CA2713642A1 (en) 2007-12-28 2009-07-09 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification process with recovery of alkali metal from char
AU2008345118B2 (en) 2007-12-28 2011-09-22 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification process with recovery of alkali metal from char
US20090217575A1 (en) 2008-02-29 2009-09-03 Greatpoint Energy, Inc. Biomass Char Compositions for Catalytic Gasification
US8114177B2 (en) 2008-02-29 2012-02-14 Greatpoint Energy, Inc. Co-feed of biomass as source of makeup catalysts for catalytic coal gasification
WO2009111332A2 (en) 2008-02-29 2009-09-11 Greatpoint Energy, Inc. Reduced carbon footprint steam generation processes
CN101959996B (zh) 2008-02-29 2013-10-30 格雷特波因特能源公司 用于气化作用的颗粒状组合物及其制备和连续转化
WO2009111345A2 (en) 2008-02-29 2009-09-11 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification particulate compositions
US8297542B2 (en) 2008-02-29 2012-10-30 Greatpoint Energy, Inc. Coal compositions for catalytic gasification
US7926750B2 (en) 2008-02-29 2011-04-19 Greatpoint Energy, Inc. Compactor feeder
US8709113B2 (en) 2008-02-29 2014-04-29 Greatpoint Energy, Inc. Steam generation processes utilizing biomass feedstocks
US8286901B2 (en) 2008-02-29 2012-10-16 Greatpoint Energy, Inc. Coal compositions for catalytic gasification
CA2718295C (en) 2008-04-01 2013-06-18 Greatpoint Energy, Inc. Processes for the separation of methane from a gas stream
CA2718536C (en) 2008-04-01 2014-06-03 Greatpoint Energy, Inc. Sour shift process for the removal of carbon monoxide from a gas stream
US7915749B1 (en) * 2008-08-22 2011-03-29 John Gerard Chupa Method for generating electrical power from municipal wastewater
WO2010033850A2 (en) 2008-09-19 2010-03-25 Greatpoint Energy, Inc. Processes for gasification of a carbonaceous feedstock
CN104073294A (zh) 2008-09-19 2014-10-01 格雷特波因特能源公司 碳质原料的气化方法
CN102159687B (zh) 2008-09-19 2016-06-08 格雷特波因特能源公司 使用炭甲烷化催化剂的气化方法
WO2010048493A2 (en) 2008-10-23 2010-04-29 Greatpoint Energy, Inc. Processes for gasification of a carbonaceous feedstock
KR101290453B1 (ko) 2008-12-30 2013-07-29 그레이트포인트 에너지, 인크. 촉매된 탄소질 미립자의 제조 방법
EP2370549A1 (en) 2008-12-30 2011-10-05 Greatpoint Energy, Inc. Processes for preparing a catalyzed coal particulate
WO2010132551A2 (en) 2009-05-13 2010-11-18 Greatpoint Energy, Inc. Processes for hydromethanation of a carbonaceous feedstock
JP5269251B2 (ja) 2009-05-13 2013-08-21 グレイトポイント・エナジー・インコーポレイテッド 炭素質フィードストックの水素添加メタン化のための方法
US8268899B2 (en) 2009-05-13 2012-09-18 Greatpoint Energy, Inc. Processes for hydromethanation of a carbonaceous feedstock
US20100319254A1 (en) * 2009-06-17 2010-12-23 Thacker Pradeep S Methods and system for separating carbon dioxide from syngas
US8241404B2 (en) * 2009-06-17 2012-08-14 General Electric Company Methods of recycling carbon dioxide to the gasification system
US20110031439A1 (en) 2009-08-06 2011-02-10 Greatpoint Energy, Inc. Processes for hydromethanation of a carbonaceous feedstock
CN102482598B (zh) 2009-09-16 2014-09-17 格雷特波因特能源公司 双模式制氢法
US20110062721A1 (en) 2009-09-16 2011-03-17 Greatpoint Energy, Inc. Integrated hydromethanation combined cycle process
CN102575181B (zh) 2009-09-16 2016-02-10 格雷特波因特能源公司 集成氢化甲烷化联合循环方法
KR101350061B1 (ko) 2009-09-16 2014-01-14 그레이트포인트 에너지, 인크. 탄소질 공급원료의 히드로메탄화 방법
WO2011049858A2 (en) 2009-10-19 2011-04-28 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process
AU2010310849B2 (en) 2009-10-19 2013-05-02 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process
US8733459B2 (en) 2009-12-17 2014-05-27 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process
AU2010339953A1 (en) 2009-12-17 2012-07-05 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process injecting nitrogen
JP5424927B2 (ja) * 2010-02-16 2014-02-26 株式会社日立製作所 ガス精製方法及びガス精製設備
US8669013B2 (en) 2010-02-23 2014-03-11 Greatpoint Energy, Inc. Integrated hydromethanation fuel cell power generation
US8652696B2 (en) 2010-03-08 2014-02-18 Greatpoint Energy, Inc. Integrated hydromethanation fuel cell power generation
KR101440710B1 (ko) 2010-04-26 2014-09-17 그레이트포인트 에너지, 인크. 바나듐 회수를 동반한 탄소질 공급원료의 히드로메탄화
WO2011150217A2 (en) 2010-05-28 2011-12-01 Greatpoint Energy, Inc. Conversion of liquid heavy hydrocarbon feedstocks to gaseous products
KR101424941B1 (ko) 2010-08-18 2014-08-01 그레이트포인트 에너지, 인크. 탄소질 공급원료의 히드로메탄화
KR20130080471A (ko) 2010-09-10 2013-07-12 그레이트포인트 에너지, 인크. 탄소질 공급원료의 히드로메탄화
EP2635660A1 (en) 2010-11-01 2013-09-11 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
AU2011323645A1 (en) 2010-11-01 2013-05-02 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
CN104711026A (zh) 2011-02-23 2015-06-17 格雷特波因特能源公司 伴有镍回收的碳质原料加氢甲烷化
US9493709B2 (en) 2011-03-29 2016-11-15 Fuelina Technologies, Llc Hybrid fuel and method of making the same
CN103492537A (zh) 2011-04-22 2014-01-01 格雷特波因特能源公司 伴随焦炭选矿的碳质原料加氢甲烷化
WO2012166879A1 (en) 2011-06-03 2012-12-06 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
WO2013025812A1 (en) 2011-08-17 2013-02-21 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
WO2013025808A1 (en) 2011-08-17 2013-02-21 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
WO2013049368A1 (en) 2011-09-27 2013-04-04 Thermochem Recovery International, Inc. System and method for syngas clean-up
US9012524B2 (en) 2011-10-06 2015-04-21 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
WO2014043552A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Sundrop Fuels, Inc. Improving renewable carbon content in methanol and other products from gasification of biomass
KR101534461B1 (ko) 2012-10-01 2015-07-06 그레이트포인트 에너지, 인크. 응집된 미립자 저등급 석탄 공급원료 및 그의 용도
WO2014055351A1 (en) 2012-10-01 2014-04-10 Greatpoint Energy, Inc. Agglomerated particulate low-rank coal feedstock and uses thereof
US9328920B2 (en) 2012-10-01 2016-05-03 Greatpoint Energy, Inc. Use of contaminated low-rank coal for combustion
CN104685038B (zh) 2012-10-01 2016-06-22 格雷特波因特能源公司 附聚的颗粒状低煤阶煤原料及其用途
MX2017007234A (es) 2014-12-03 2018-04-10 Univ Drexel Incorporacion directa de gas natural en combustibles liquidos de hidrocarburo.
US10286431B1 (en) * 2016-03-25 2019-05-14 Thermochem Recovery International, Inc. Three-stage energy-integrated product gas generation method
CN109195696B (zh) 2016-04-12 2022-04-26 俄亥俄州立创新基金会 从含碳燃料化学循环生产合成气
US10364398B2 (en) 2016-08-30 2019-07-30 Thermochem Recovery International, Inc. Method of producing product gas from multiple carbonaceous feedstock streams mixed with a reduced-pressure mixing gas
CN111065459B (zh) 2017-07-31 2023-09-22 俄亥俄州立创新基金会 具有不相等反应器组件运行压力的反应器系统
US10464872B1 (en) 2018-07-31 2019-11-05 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification to produce methanol
WO2020033500A1 (en) 2018-08-09 2020-02-13 Ohio State Innovation Foundation Systems, methods and materials for hydrogen sulfide conversion
IT201800009364A1 (it) * 2018-10-11 2020-04-11 Nextchem Srl “metodo ed apparato per produrre bio-metano da rifiuti, preferibilmente rifiuti industriali od urbani, ed i loro prodotti derivati”
US10344231B1 (en) 2018-10-26 2019-07-09 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock with improved carbon utilization
US10435637B1 (en) 2018-12-18 2019-10-08 Greatpoint Energy, Inc. Hydromethanation of a carbonaceous feedstock with improved carbon utilization and power generation
JP7199703B2 (ja) * 2019-01-08 2023-01-06 国立大学法人福島大学 ガス製造方法、及びポルサイトの製造方法
US10618818B1 (en) 2019-03-22 2020-04-14 Sure Champion Investment Limited Catalytic gasification to produce ammonia and urea
CA3129146A1 (en) 2019-04-09 2020-10-15 Liang-Shih Fan Alkene generation using metal sulfide particles
US11572329B1 (en) * 2021-11-22 2023-02-07 King Fahd University Of Petroleum And Minerals System and method for methanol production using energy mix systems

Family Cites Families (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2886405A (en) * 1956-02-24 1959-05-12 Benson Homer Edwin Method for separating co2 and h2s from gas mixtures
US3034848A (en) * 1959-04-14 1962-05-15 Du Pont Compaction of dyes
DE1403859A1 (de) * 1960-09-06 1968-10-31 Neidl Dipl Ing Georg Umlaufpumpe
US3435590A (en) * 1967-09-01 1969-04-01 Chevron Res Co2 and h2s removal
US3779725A (en) * 1971-12-06 1973-12-18 Air Prod & Chem Coal gassification
JPS5323777B2 (ko) * 1972-12-04 1978-07-17
GB1432696A (en) * 1973-04-30 1976-04-22 Ici Ltd Catalytic process
US4021370A (en) * 1973-07-24 1977-05-03 Davy Powergas Limited Fuel gas production
US3958957A (en) * 1974-07-01 1976-05-25 Exxon Research And Engineering Company Methane production
DE2501376A1 (de) * 1975-01-15 1976-07-22 Metallgesellschaft Ag Verfahren zur entfernung von mono- und diphenolen und dergleichen aus abwaessern
DE2503507C2 (de) * 1975-01-29 1981-11-19 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur Reinigung von durch Vergasung fester fossiler Brennstoffe mittels Wasserdampf und Sauerstoff unter Druck erzeugter Gase
GB1508712A (en) * 1975-03-31 1978-04-26 Battelle Memorial Institute Treating solid fuel
US4091073A (en) * 1975-08-29 1978-05-23 Shell Oil Company Process for the removal of H2 S and CO2 from gaseous streams
US4005996A (en) * 1975-09-04 1977-02-01 El Paso Natural Gas Company Methanation process for the production of an alternate fuel for natural gas
US4077778A (en) * 1975-09-29 1978-03-07 Exxon Research & Engineering Co. Process for the catalytic gasification of coal
US4322222A (en) * 1975-11-10 1982-03-30 Occidental Petroleum Corporation Process for the gasification of carbonaceous materials
US4069304A (en) * 1975-12-31 1978-01-17 Trw Hydrogen production by catalytic coal gasification
US4330305A (en) * 1976-03-19 1982-05-18 Basf Aktiengesellschaft Removal of CO2 and/or H2 S from gases
IT1075397B (it) * 1977-04-15 1985-04-22 Snam Progetti Reattore per metanazione
US4152119A (en) * 1977-08-01 1979-05-01 Dynecology Incorporated Briquette comprising caking coal and municipal solid waste
US4200439A (en) * 1977-12-19 1980-04-29 Exxon Research & Engineering Co. Gasification process using ion-exchanged coal
US4204843A (en) * 1977-12-19 1980-05-27 Exxon Research & Engineering Co. Gasification process
US4265868A (en) * 1978-02-08 1981-05-05 Koppers Company, Inc. Production of carbon monoxide by the gasification of carbonaceous materials
US4193771A (en) * 1978-05-08 1980-03-18 Exxon Research & Engineering Co. Alkali metal recovery from carbonaceous material conversion process
US4193772A (en) * 1978-06-05 1980-03-18 Exxon Research & Engineering Co. Process for carbonaceous material conversion and recovery of alkali metal catalyst constituents held by ion exchange sites in conversion residue
US4189307A (en) * 1978-06-26 1980-02-19 Texaco Development Corporation Production of clean HCN-free synthesis gas
US4318712A (en) * 1978-07-17 1982-03-09 Exxon Research & Engineering Co. Catalytic coal gasification process
US4372755A (en) * 1978-07-27 1983-02-08 Enrecon, Inc. Production of a fuel gas with a stabilized metal carbide catalyst
GB2027444B (en) * 1978-07-28 1983-03-02 Exxon Research Engineering Co Gasification of ash-containing solid fuels
US4249471A (en) * 1979-01-29 1981-02-10 Gunnerman Rudolf W Method and apparatus for burning pelletized organic fibrous fuel
US4243639A (en) * 1979-05-10 1981-01-06 Tosco Corporation Method for recovering vanadium from petroleum coke
US4260421A (en) * 1979-05-18 1981-04-07 Exxon Research & Engineering Co. Cement production from coal conversion residues
US4315758A (en) * 1979-10-15 1982-02-16 Institute Of Gas Technology Process for the production of fuel gas from coal
US4331451A (en) * 1980-02-04 1982-05-25 Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. Catalytic gasification
NL8101447A (nl) * 1981-03-24 1982-10-18 Shell Int Research Werkwijze voor de bereiding van koolwaterstoffen uit koolstofhoudend materiaal.
EP0061326B1 (en) * 1981-03-24 1985-06-19 Exxon Research And Engineering Company Apparatus for converting a fuel into combustible gas
DE3113993A1 (de) * 1981-04-07 1982-11-11 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur gleichzeitigen erzeugung von brenngas und prozesswaerme aus kohlenstoffhaltigen materialien
US4428535A (en) * 1981-07-06 1984-01-31 Liquid Carbonic Corporation Apparatus to cool particulate matter for grinding
US4500323A (en) * 1981-08-26 1985-02-19 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Process for the gasification of raw carboniferous materials
US4432773A (en) * 1981-09-14 1984-02-21 Euker Jr Charles A Fluidized bed catalytic coal gasification process
US4439210A (en) * 1981-09-25 1984-03-27 Conoco Inc. Method of catalytic gasification with increased ash fusion temperature
EP0093501B1 (en) * 1982-03-29 1988-07-13 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Process for thermal cracking of carbonaceous substances which increases gasoline fraction and light oil conversions
DE3217366A1 (de) * 1982-05-08 1983-11-10 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur herstellung eines weitgehend inertfreien gases zur synthese
US4436028A (en) * 1982-05-10 1984-03-13 Wilder David M Roll mill for reduction of moisture content in waste material
DE3229396C2 (de) * 1982-08-06 1985-10-31 Bergwerksverband Gmbh, 4300 Essen Verfahren zur Herstellung von mit Elementarschwefel imprägnierten kohlenstoffhaltigen Adsorptionsmitteln
US4436531A (en) * 1982-08-27 1984-03-13 Texaco Development Corporation Synthesis gas from slurries of solid carbonaceous fuels
US4497784A (en) * 1983-11-29 1985-02-05 Shell Oil Company Solution removal of HCN from gaseous streams, with hydrolysis of thiocyanate formed
US4505881A (en) * 1983-11-29 1985-03-19 Shell Oil Company Ammonium polysulfide removal of HCN from gaseous streams, with subsequent production of NH3, H2 S, and CO2
US4508693A (en) * 1983-11-29 1985-04-02 Shell Oil Co. Solution removal of HCN from gaseous streams, with pH adjustment of reacted solution and hydrolysis of thiocyanate formed
US4515764A (en) * 1983-12-20 1985-05-07 Shell Oil Company Removal of H2 S from gaseous streams
US4808194A (en) * 1984-11-26 1989-02-28 Texaco Inc. Stable aqueous suspensions of slag, fly-ash and char
US4572826A (en) * 1984-12-24 1986-02-25 Shell Oil Company Two stage process for HCN removal from gaseous streams
US4668428A (en) * 1985-06-27 1987-05-26 Texaco Inc. Partial oxidation process
US4720289A (en) * 1985-07-05 1988-01-19 Exxon Research And Engineering Company Process for gasifying solid carbonaceous materials
CA1300885C (en) * 1986-08-26 1992-05-19 Donald S. Scott Hydrogasification of biomass to produce high yields of methane
US4803061A (en) * 1986-12-29 1989-02-07 Texaco Inc. Partial oxidation process with magnetic separation of the ground slag
US4810475A (en) * 1987-08-18 1989-03-07 Shell Oil Company Removal of HCN, and HCN and COS, from a substantially chloride-free gaseous stream
US4892567A (en) * 1988-08-15 1990-01-09 Mobil Oil Corporation Simultaneous removal of mercury and water from fluids
US5093094A (en) * 1989-05-05 1992-03-03 Shell Oil Company Solution removal of H2 S from gas streams
JPH075895B2 (ja) * 1989-09-29 1995-01-25 宇部興産株式会社 ガス化炉壁へのアッシュ分の付着防止法
US5094737A (en) * 1990-10-01 1992-03-10 Exxon Research & Engineering Company Integrated coking-gasification process with mitigation of bogging and slagging
US5277884A (en) * 1992-03-02 1994-01-11 Reuel Shinnar Solvents for the selective removal of H2 S from gases containing both H2 S and CO2
NZ253874A (en) * 1992-06-05 1996-04-26 Battelle Memorial Institute Catalytic conversion of liquid organic materials into a product gas of methane, carbon dioxide and hydrogen
US5865898A (en) * 1992-08-06 1999-02-02 The Texas A&M University System Methods of biomass pretreatment
US5733515A (en) * 1993-01-21 1998-03-31 Calgon Carbon Corporation Purification of air in enclosed spaces
US5720785A (en) * 1993-04-30 1998-02-24 Shell Oil Company Method of reducing hydrogen cyanide and ammonia in synthesis gas
US5964985A (en) * 1994-02-02 1999-10-12 Wootten; William A. Method and apparatus for converting coal to liquid hydrocarbons
US6506349B1 (en) * 1994-11-03 2003-01-14 Tofik K. Khanmamedov Process for removal of contaminants from a gas stream
US5855631A (en) * 1994-12-02 1999-01-05 Leas; Arnold M. Catalytic gasification process and system
US6028234A (en) * 1996-12-17 2000-02-22 Mobil Oil Corporation Process for making gas hydrates
US6180843B1 (en) * 1997-10-14 2001-01-30 Mobil Oil Corporation Method for producing gas hydrates utilizing a fluidized bed
US6187465B1 (en) * 1997-11-07 2001-02-13 Terry R. Galloway Process and system for converting carbonaceous feedstocks into energy without greenhouse gas emissions
US6168768B1 (en) * 1998-01-23 2001-01-02 Exxon Research And Engineering Company Production of low sulfer syngas from natural gas with C4+/C5+ hydrocarbon recovery
US6015104A (en) * 1998-03-20 2000-01-18 Rich, Jr.; John W. Process and apparatus for preparing feedstock for a coal gasification plant
AUPQ118899A0 (en) * 1999-06-24 1999-07-22 Woodside Energy Limited Natural gas hydrate and method for producing same
US6379645B1 (en) * 1999-10-14 2002-04-30 Air Products And Chemicals, Inc. Production of hydrogen using methanation and pressure swing adsorption
FR2808223B1 (fr) * 2000-04-27 2002-11-22 Inst Francais Du Petrole Procede de purification d'un effluent contenant du gaz carbonique et des hydrocarbures par combustion
US6506361B1 (en) * 2000-05-18 2003-01-14 Air Products And Chemicals, Inc. Gas-liquid reaction process including ejector and monolith catalyst
JP5019683B2 (ja) * 2001-08-31 2012-09-05 三菱重工業株式会社 ガスハイドレートスラリーの脱水装置及び脱水方法
US6878358B2 (en) * 2002-07-22 2005-04-12 Bayer Aktiengesellschaft Process for removing mercury from flue gases
US7205448B2 (en) * 2003-12-19 2007-04-17 Uop Llc Process for the removal of nitrogen compounds from a fluid stream
US20070000177A1 (en) * 2005-07-01 2007-01-04 Hippo Edwin J Mild catalytic steam gasification process
JP4314488B2 (ja) * 2005-07-05 2009-08-19 株式会社Ｉｈｉ 固体燃料のガス化方法及び該方法を用いたガス化装置
DE102005042640A1 (de) * 2005-09-07 2007-03-29 Future Energy Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Synthesegasen durch Partialoxidation von aus aschehaltigen Brennstoffen erzeugten Slurries mit Teilquenchung und Abhitzegewinnung
US8114176B2 (en) * 2005-10-12 2012-02-14 Great Point Energy, Inc. Catalytic steam gasification of petroleum coke to methane
US7922782B2 (en) * 2006-06-01 2011-04-12 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic steam gasification process with recovery and recycle of alkali metal compounds
CN100577774C (zh) * 2006-08-22 2010-01-06 东南大学 差速床煤催化气化炉及催化气化方法
CN101045524B (zh) * 2007-05-04 2010-05-19 大连理工大学 固体燃料催化气化制富氢气体的方法
KR101138096B1 (ko) * 2007-08-02 2012-04-25 그레이트포인트 에너지, 인크. 촉매-담지된 석탄 조성물, 제조 방법 및 용도
US20090090055A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-09 Greatpoint Energy, Inc. Compositions for Catalytic Gasification of a Petroleum Coke
US20090090056A1 (en) * 2007-10-09 2009-04-09 Greatpoint Energy, Inc. Compositions for Catalytic Gasification of a Petroleum Coke
CA2713642A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification process with recovery of alkali metal from char
AU2008345118B2 (en) * 2007-12-28 2011-09-22 Greatpoint Energy, Inc. Catalytic gasification process with recovery of alkali metal from char
US7926750B2 (en) * 2008-02-29 2011-04-19 Greatpoint Energy, Inc. Compactor feeder
CN104073294A (zh) * 2008-09-19 2014-10-01 格雷特波因特能源公司 碳质原料的气化方法
WO2010033850A2 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 Greatpoint Energy, Inc. Processes for gasification of a carbonaceous feedstock
CN102159687B (zh) * 2008-09-19 2016-06-08 格雷特波因特能源公司 使用炭甲烷化催化剂的气化方法
CN201288266Y (zh) * 2008-09-22 2009-08-12 厦门灿坤实业股份有限公司 电熨斗隔热套
US20110031439A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Greatpoint Energy, Inc. Processes for hydromethanation of a carbonaceous feedstock
KR101350061B1 (ko) * 2009-09-16 2014-01-14 그레이트포인트 에너지, 인크. 탄소질 공급원료의 히드로메탄화 방법
CN102575181B (zh) * 2009-09-16 2016-02-10 格雷特波因特能源公司 集成氢化甲烷化联合循环方法
US20110062721A1 (en) * 2009-09-16 2011-03-17 Greatpoint Energy, Inc. Integrated hydromethanation combined cycle process
CN102482598B (zh) * 2009-09-16 2014-09-17 格雷特波因特能源公司 双模式制氢法
AU2010310849B2 (en) * 2009-10-19 2013-05-02 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process
WO2011049858A2 (en) * 2009-10-19 2011-04-28 Greatpoint Energy, Inc. Integrated enhanced oil recovery process

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101318980B1 (ko) * 2012-09-19 2013-10-17 아주대학교산학협력단 합성 천연 가스 생성 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009158576A3 (en) 2010-03-18
US20090324458A1 (en) 2009-12-31
JP5555696B2 (ja) 2014-07-23
KR101364823B1 (ko) 2014-02-21
AU2009262073B2 (en) 2012-09-06
US20150166910A1 (en) 2015-06-18
JP2011526325A (ja) 2011-10-06
CA2729003C (en) 2014-08-12
CN102076829B (zh) 2013-08-28
AU2009262073A1 (en) 2009-12-30
WO2009158576A2 (en) 2009-12-30
CN102076829A (zh) 2011-05-25
CA2729003A1 (en) 2009-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101364823B1 (ko) Ｓｎｇ 제조를 위한 4-트레인 촉매적 기체화 시스템
KR101290477B1 (ko) 탄소질 공급원료의 기체화 방법
KR101330894B1 (ko) 차르 메탄화 촉매를 사용한 기체화 방법
KR101256288B1 (ko) 탄소질 공급원료의 기체화 방법
KR101275429B1 (ko) 탄소질 공급원료의 기체화 방법
AU2011292046B2 (en) Hydromethanation of carbonaceous feedstock
KR101543136B1 (ko) 탄소질 공급원료의 히드로메탄화
AU2010295764B2 (en) Processes for hydromethanation of a carbonaceous feedstock
US20090324459A1 (en) Three-Train Catalytic Gasification Systems
US20090324461A1 (en) Four-Train Catalytic Gasification Systems
US20090324460A1 (en) Four-Train Catalytic Gasification Systems
US20090324462A1 (en) Four-Train Catalytic Gasification Systems
AU2011299120A1 (en) Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
AU2011323648A1 (en) Hydromethanation of a carbonaceous feedstock
WO2012145497A1 (en) Hydromethanation of a carbonaceous feedstock with char beneficiation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180130

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200130

Year of fee payment: 7