KR20110074551A - 액체 탄화수소 공급물에서의 화학적 루프 연소를 위한 최적화된 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본원은 적어도 하나의 액체 탄화수소 공급물의 개선된 화학적 루프 연소 방법 및 장치에 관한 것으로서 상기 방법은: 미립화 가스에 미세하게 분산된 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 연소 영역 (3) 의 상류측에 있는 금속 산화물 운반 영역 (2) 안으로 공급하도록 미립화 가스로 액체 공급물을 혼합하는 단계; 상기 운반 영역 (2) 에서 금속 산화물의 적어도 일부와 접촉하는 적하물 형태의 액체 공급물을 분무하는 단계로서, 액체 공급물을 분무한 후에 표면 가스 속도가 금속 산화물 입자의 운반 속도보다 높도록 상기 운반 영역 (2) 의 작동 조건이 선택되는 단계; 및 상기 운반 영역 (2) 으로부터의 모든 배출물을 금속 산화물의 환원을 가능하게 하는 연소 영역 (3) 으로 보내는 단계로서, 상기 연소 영역 (3) 은 적어도 하나의 밀집상 유동층을 가지는 단계를 포함한다. 본원은 CO2 포획 및 에너지 생성에 유리하게 적용될 수 있다.

Description

액체 탄화수소 공급물에서의 화학적 루프 연소를 위한 최적화된 방법 및 장치 {OPTIMISED METHOD AND DEVICE FOR CHEMICAL LOOP COMBUSTION ON LIQUID HYDROCARBON FEEDSTOCK}
본 발명은 액체 공급물의 화학적 루프 연소 (chemical looping combustion) 에 관한 것으로, 특히 이러한 방법을 실시하는 새로운 기술에 관한 것이다.
액체 공급물의 화학적 루프 연소는 액체 탄화수소 공급물을 고온에서 금속 산화물과 접촉시키는 것으로 구성된다. 그 후, 이 금속 산화물은 이에 포함된 산소 일부를 생성하고, 이는 탄화수소의 연소에 참여한다. 이러한 연소 후에, 흄 (fumes) 은 주로 산화탄소, 물 및 가능하게는 수소를 포함한다. 실제로, 공기는 탄화수소와 접촉할 필요가 없고, 그런 후 이 흄은 주로 연소 가스 및 가능하게는 입자 (예를 들어 수증기) 의 운반 및 유동화에 사용되는 희석 가스로 구성된다. 그리하여, CO2 포획물을 고려한 후 저장하도록 CO2 함량이 큰 (> 90 부피%) 주로 무질소 흄을 생성할 수 있다. 그 후, 연소에 참여하는 금속 산화물은 재-산화되도록 공기와 접촉하는 다른 반응 인클로저 (enclosure) 로 운반된다. 연소 영역으로부터의 입자에 연료가 없으면, 상기 반응 영역으로부터 나오는 가스에는 주로 CO2 가 없고, 단지 미량, 예를 들어 1 ~ 2 vol% 이하의 농도로 존재하고, 상기 가스는 금속 입자의 산화로 인해 본질적으로 탈산소 공기 (oxygen-depleted air) 로 구성된다.
화학적 루프 연소 방법의 실시에는 연료와 접촉하는 대량의 금속 산화물을 필요로 한다. 이러한 금속 산화물은 일반적으로 광석 입자 또는 산업적인 처리로 인한 입자 (철강 산업 또는 광산업으로부터의 잔류물, 화학 산업 또는 정류산업으로부터의 폐촉매) 에 포함된다. 또한, 산화될 수 있는 금속 (예를 들어, 니켈 산화물) 이 침적 (deposited) 되는 예를 들어 알루미나 또는 실리카-알루미나 지지체 등의 합성 재료를 사용할 수 있다. 사용된 금속 산화물에 따라서, 이론적으로 사용가능한 산소의 양은 상당히 변하고 또한 30% 근방의 높은 값에 도달할 수 있다. 하지만, 재료에 따라서, 실제로 이용가능한 산소의 최대 용량은 일반적으로 존재하는 산소의 20% 를 넘지 않는다. 그리하여, 산소를 생성하기 위한 이러한 재료의 용량은 일반적으로 입자 중량의 몇 퍼센트를 넘지 않고 또한 일방의 산화물에서 타방의 산화물로 상당히 변할 수 있고, 일반적으로 0.1 ~ 10%, 종종 0.3 ~ 1 중량% 범위이다. 따라서, 유동층에 의한 실시는 연소를 실시하는데 특히 유리하다. 사실, 미세하게 분리된 산화물 입자는 연소 및 산화 반응 인클로저내에서 또한 유체의 특성이 입자에 부여된다면 (유동화) 이러한 인클로저 사이에서 보다 용이하게 순환한다.
화학적 루프 연소는, 예를 들어 기체 또는 전기 형태의 에너지를 생성하도록 한다. 공급물 연소 열은 종래의 연소에서와 유사하다. 이는 연소 루프에서의 연소 열 및 산화 열의 합에 대응한다. 연소 열 및 산화 열 간의 분포는, 크게 화학적 루프 연소를 실시하는데 사용되는 금속 산화물에 따른다. 일부 경우에 있어서, 금속의 산화 및 환원 간에는 발열도 (exothermicity) 가 분포된다. 다른 경우에 있어서, 산화는 고 발열반응이고, 환원은 흡열반응이다. 어떠한 경우에 있어서, 산화열 및 환원열의 합은 연료의 연소열에 대응한다. 이러한 열은, 흄 라인 또는 금속 산화물 운반 라인상에서, 벽상의 내측에 배열되거나 연소 인클로저 및/또는 산화 인클로저에 추가된 교환기에 의해 추출된다.
고형 공급물 및 가스성 공급물의 연소는 문헌에 잘 기재되어 있다. 액체 공급물의 연소 원리는 공지되어 있다 (특허출원 FR-08/02,450). 하지만, 가스성 및 고형 공급물에 대하여, 액체 공급물의 화학적 루프 연소는 후술하는 상당한 특별한 특징과 관련있다.
액체 공급물과 금속 산화물간에 접촉할 시, 공급물의 일부는 분무되지만, 코크스 (coke) 는 매우 고온에 노출되는 액체 연료로 인한 열적 균열로 인해 입자상에 침적한다. 공급물이 무거워지면, 이러한 공급물은 더 많은 코크스를 형성하는 경향이 있다. 그리하여, 디젤 연료 또는 진공 증류물에서, 형성된 코크스의 양은 주입된 공급물의 1 ~ 20% 정도이다. 대기 잔류물 또는 진공 잔류물에서, 형성된 코크스의 양은 주입된 공급물의 특성에 따라서 10 ~ 80% 범위이다. 이러한 코크스 형성물은 공급물의 특성 (아스팔텐 함량 또는 콘라드슨 (Conradson) 함량을 측정함으로써 결정될 수 있는 코크스 전구체의 농도) 을 따른다. 또한, 접촉 조건 (온도, 산화물 유량에 대한 탄화수소 유량의 비, 적하물 직경, 입경 등) 을 따른다. 공급물과 금속 산화물간에 접촉한 후에, 탄화수소 및 금속 산화물간에는 2 종류의 연소 반응이 실시되며, 제 1 연소 반응은 가스성 탄화수소 및 산화물 입자간의 접촉으로 인해 더 용이하고, 제 2 연소 반응은 입자상에 침적된 코크스를 합성 가스로 가스화한 후에 금속 산화물과 신속하게 연소하기 때문에 더 느리다.
그리하여, 연소 반응을 가능한 한 신속하게 하도록, 액체 공급물의 주입시 코크스의 형성을 최소화하는 것은 중요하다.
다른 한편으로는, 불가피한 코크스의 형성을 고려하여, 형성된 코크스 모두를 제거하는데 충분히 오랫동안 연소 영역으로 복귀하는 입자를 체류시키는 것이 중요하다. 공급물이 고형인 경우와는 다르게, 실제로 코크스화 되지 않은 입자로부터 여전히 코크스화된 산화물 입자의 분리를 고려하는 것이 불가능하다. 고형 공급물의 연소시, 석탄 입자 및 산화물 입자간의 밀도차, 크기차, 또는 심지어 자성차가 크다. 액체 공급물의 경우에, 연소 영역의 입자는 코크스화된 금속 산화물 입자 및 코크스화 되지 않은 금속 산화물 입자만이 있으며, 이러한 입자들의 특성은 매우 유사하다.
본 발명은 액체 공급물의 화학적 루프 연소의 실시와 관련된 전술한 모든 문제를 해결하도록 한다.
본원은 적어도 하나의 액체 탄화수소 공급물의 개선된 화학적 루프 연소 방법으로서:
- 미립화 (atomization) 가스에 미세하게 분산된 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 연소 영역 (3) 의 상류측에 있는 금속 산화물 운반 영역 (2) 안으로 공급하도록 미립화 가스로 액체 공급물을 미립화하는 단계,
- 상기 운반 영역 (2) 에서 금속 산화물의 적어도 일부와 접촉하는 적하물 형태의 액체 공급물을 분무하는 단계로서, 액체 공급물을 분무한 후에 표면 가스 속도가 금속 산화물 입자의 운반 속도보다 높도록 상기 운반 영역 (2) 의 작동 조건이 선택되는 단계, 및
- 상기 운반 영역 (2) 으로부터의 모든 배출물을 금속 산화물의 환원을 가능하게 하는 연소 영역 (3) 으로 보내는 단계로서, 상기 연소 영역 (3) 은 적어도 하나의 밀집상 유동층을 가지는 단계를 포함한다.
상기 밀집상 연소 영역 (3) 은, 밀집상 유동층(들) 입자의 유체역학이 일련의 적어도 2 개의 완전히 교반된 반응기 또는 일련의 적어도 2 개의 유동층 단계에 대응하도록 치수결정되는 것이 유리하다.
상기 미립화 수단 (6) 은 운반 영역 (2) 의 반응기의 벽에 배열되고 또한 운반 영역 (2) 의 중심 쪽으로 배향된 제트를 형성하도록 선택되는 것이 바람직하다.
상기 제트는 수직면에서 7°~ 20°범위의 개도각 및 수평면에서 30°~ 80°범위의 개도각을 가진 연필 형상이다.
바람직하게는, 상기 주입된 액체 공급물 적하물은 입자의 평균 직경의 0.5 ~ 2 배 범위의 사우터 (Sauter) 평균 직경을 가진다.
상기 금속 산화물 입자는, 산화 영역 (1) 으로부터 라인 (13) 을 통하여, 또는 연소 영역 (3) 으로부터 나오는 입자의 재순환물을 통하여, 또는 산화 영역 (1) 으로부터의 재-산화된 금속 산화물과 연소 영역 (3) 으로부터의 금속 산화물의 혼합물 형태로 운반 영역 (2) 에 공급된다.
상기 산화 영역 (1) 으로부터 직접 나오는 금속 산화물은 연소 영역 (3) 의 밀집상 유동층(들)안으로 공급되어, 산화 영역 (1) 및 연소 영역 (3) 사이에서 순환하는 금속 산화물의 전체양의 50% 이하의 분획물은 운반 영역 (2) 에서 액체 공급물의 분무에 참여한다.
본원에 따른 방법의 일 실시형태에 있어서, 상기 운반 영역 (2) 으로부터의 가스 및 입자는 연소 영역 (3) 의 적어도 하나의 유동층의 베이스에 함께 공급되고, 상기 운반 영역 (2) 의 상부에는 상기 유동층내의 분산 수단이 장착된다.
본원에 따른 방법의 다른 실시형태에 있어서, 상기 가스 및 입자는, 운반 영역 (2) 의 출구에서, 금속 산화물의 대부분이 없는 가스 및 가스의 대부분이 없는 금속 산화물을 연소 영역 (3) 에 별도로 공급하도록, 또는 가스의 대부분이 없는 금속 산화물을 연소 영역 (3) 에 공급하고 가스상 (gas phase) 을 연소 영역 (3) 외부로 배출하도록 분리된다.
바람직하게는, 상기 액체 공급물은, 340℃ 이하의 비등점 온도를 가진 10% 미만의 탄화수소 분획물을 단독으로 또는 혼합하여 구성된다.
바람직하게는, 상기 연소 영역 (3) 의 적어도 하나의 밀집상 유동층에는 금속 산화물 입자의 유동을 단계짓는 수단 (25) 이 장착된다.
일실시형태에 있어서, 상기 연소 영역 (3) 은, 반응기 (3b) 의 유동 밀집상에서 반응기 (3a) 의 밀집상을 연속시킴으로써 연장되도록, 상하로 배열되는 적어도 2 개의 밀집상 유동층 반응기 (3a, 3b) 를 포함하고, 상기 2 개의 반응기의 외부벽은 일치한다.
본원은 적어도 하나의 액체 탄화수소 공급물의 화학적 루프 연소용 장치로서,
- 실질적으로 기다랗고 또한 실질적으로 수직한 금속 산화물 운반 영역 (2) 으로서,
● 액체 공급물과 미립화 가스를 혼합하는 수단과 상기 운반 영역의 주변에 배열된 액체 공급물 미립화 수단 (6) 을 가진 액체 공급물 주입 수단과,
● 금속 산화물의 적어도 일부를 위한 공급 수단을 구비한 운반 영역, 및
- 금속 산화물의 환원을 통하여 미립화된 공급물을 위한 연소 영역 (3) 으로서, 적어도 하나의 밀집상 유동층을 구비하고, 운반 영역 (2) 이 상기 연소 영역 (3) 의 상류측에 배열되는 연소 영역을 포함한다.
바람직하게는, 상기 연소 영역 (3) 은 1 개 이상의 연소 반응기에서, 2 개보다 많은 다수의 밀집상 유동층을 포함한다.
상기 금속 산화물 공급 수단은 산화 영역 (1) 으로부터의 운반 라인 (13) 및/또는 연소 영역 (3) 으로부터 나오는 입자용 재순환 라인을 포함한다.
상기 운반 영역 (2) 은, 그 출구에, 연소 영역 (3) 에서 가스 및 고형 입자 분산을 위한 분산 수단을 포함한다.
상기 운반 영역 (2) 은, 그 출구에, 가스 및 고형 입자 분리 수단을 포함한다.
본원에 따른 방법은 CO2 포획에 사용될 수 있다. 바람직하게는, CO2 포획율 (S) 은 90% 이상이다.
본원에 따른 방법은 에너지 생성에 사용될 수 있다.
도 1 은 무차원 시간 상수 τ= 체적/유량에 따른, m 개의 완전히 교반된 반응기로 구성되는 반응기에서의 체류 시간의 분포를 도시한 도표, 및
도 2, 도 3, 도 4 는 본원의 다양한 실시형태의 실시를 가능하게 하는 공정 방법을 도시한 도면으로서, 도 2 는 실시예 2 를 도시하고, 도 3 은 실시예 3 및 실시예 4 와 관련된 도면.
본원의 목적은 액체의 화학적 루프 연소에 적합한 반응 영역의 배치를 제공하여, 금속 산화물과 접촉하는 액체를 제어하고 또한 최적으로 주입하도록 하고 연소 영역에서의 입자 체류 시간을 제어하도록 한다. 이렇게 함으로써, 연소 반응기에서 입자에 침적된 코크스 연소의 대부분을 얻게 되어, 산화 반응기의 가스성 배출물에서, 화학적 루프 연소 공정에 공급된 액체 공급물의 연소로 인한 CO2 를 최대 10%, 바람직하게는 5% 또는 2%, 또는 심지어 더 적게 가지게 된다. 그리하여, CO2 포획율 (S) (공정의 전체 CO2 배출물에 대한 금속 산화물의 환원을 통한 연소 영역의 흄에서 배출된 CO2 의 비로 규정) 은 바람직하게는 90% 보다 크다.
실제로, 금속 산화물의 환원을 통한 연소 영역의 흄에서, CO2 는 고도로 농축되고 또한 저장 영역으로 운반될 수 있다. 반대로, 산화 영역의 흄은 공기 중 질소에 희석된 단지 적은 CO2 비율을 포함하여, CO2 저장 가능성을 불리하게 한다.
본원에 따른 화학적 루프 연소 방법에 있어서, 액체 공급물의 분무는 산화 반응기로부터 오는 고온 금속 산화물과 접촉할 시 또는 탄화수소와 이미 접촉했을 때 발생한다. 코크스 형성을 최소화하는 액체 공급물의 분무 조건의 제어는, 미세하게 미립화된 액체 공급물, 바람직하게는 금속 산화물의 입경에 근접한 입경을 가진 적하물의 형태로 주입됨으로써 실시된다.
상기 적하물은 금속 산화물 운반 영역으로 주입되어, 제어된 순환 운동에 의해 액체 공급물 적하물과 접촉할 시 입자의 재개 (renewal) 가 실시된다.
입자의 유동 속도가 입자의 운반 속도보다 낮고 또한 고형물의 순환이 유동화 품질 및 반응기의 형상에 본질적으로 따르는, 밀집 유동층안으로의 적하물의 주입은 상기 면에서 만족스럽지 못함이 뒷받침된다. 그리하여, 적하물은 입자가 운반되는 라인에 주입되는 것이 바람직하고, 적하물과의 접촉시 입자의 재개는 이러한 운반 라인의 경계면에서의 압력 균형에만 따르며, 이는 순환 루프의 요소들간의 압력차를 조절함으로써, 고형물 순환 밸브의 개폐를 변경함으로써, 또는 유동화 유량을 조절함으로써, 설비를 치수결정할 때 또는 작동중에 조절될 수 있다. 그리하여, 본원에 따른 방법에 있어서, 운반 영역은 일반적으로 실질적으로 기다랗고 또한 바람직하게는 수직하다. 상기 운반 영역의 경계면에서의 작동 조건 (유량, 압력 등) 은, 액체 공급물을 분무한 후에 표면 가스 속도가 입자 운반 속도보다 더 크도록 선택된다. "액체 공급물의 분무 후의 표면 가스 속도" 라는 것은, 운반 영역에서의 반응기의 부분에 대하여, 촉매를 유동화하고 또한 액체 공급물을 미립화하도록 된 보조 가스 및 액체 공급물로부터의 가스로 구성되는 가스상의 유량을 말한다.
금속 산화물 유량 및 액체 유량 간의 질량비는, 한편으로는 입자와의 접촉에 의해 충분한 에너지를 적하물에 제공하도록, 다른 한편으로는 각 부분의 코크스 침적물 및 열교환을 조절하는 입자의 계면 영역을 최대화하도록, 또한 그 후에 액체 공급물의 분획물의 분무 및 반응을 통하여, 가스상 (촉매를 유동화하고 또한 액체 공급물을 미립화하도록 된 보조 가스 및 액체 공급물로부터의 가스로 구성) 으로부터 운동량을 입자로의 이송을 통하여 입자를 운반하도록, 통상적으로 2 ~ 100, 바람직하게는 5 ~ 30 범위이다. 적하물은, 반응기의 중심에서 배향된 제트를 형성하는 반응기의 주변에 배열된 대량의 미립화 수단을 통하여, 입자가 운반되는 반응기의 주변에 주입되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 각각의 미립화 장치에 의해 형성되는 제트는 연필 형상이고, 이러한 제트의 개방은 촉매 순환에 의해 횡단되어야 하는 적하물 커텐을 형성하도록 최대 반응기 부분을 덮도록 한다.
바람직하게는, 수평면에 돌출되는 연필의 개도각은 30°~ 80°범위이다.
바람직하게는, 수직면에서의 연필의 개도각은 형성된 제트의 두께를 제한하도록 7°~20°범위이다.
적하물 제트는 이러한 적하물을 미립화시키는데 적어도 부분적으로 사용되는 가스 (바람직하게는, 수증기, 또는 수증기-CO2 혼합물, 또는 재순환된 흄) 에 현탁되는 적하물로 구성된다.
적하물과 함께 주입된 가스의 질량비는, 유리하게는 1 ~ 15 wt%, 바람직하게는 3 ~ 8 wt% 범위이다.
적하물 및 이러한 적하물과 함께 주입된 가스는, 일반적으로, 10 ~ 150 m/s, 바람직하게는 30 ~ 100 m/s 범위의 평균 표면 속도에서 운반 영역에 도달하는 제트를 형성한다. 입자 유동을 유입하도록 높은 속도에서 운반 영역안으로 가스-적하물 현탁물을 주입하는 것이 중요하다.
가스의 존재하에서 큰 액체 유량에 작은 크기의 적하물을 형성시켜주는 미립화 수단은 당업자에게 알려져 있다. 예를 들어, 가스의 존재하에서 제한부의 통로를 통하여 액체의 미립화가 실시된 후, 현탁물이 최종 피스에서의 형상화 이전에 확산 디퓨저를 통하여 유동하는 곳에서, 벤츄리식 주입장치를 사용할 수 있다. 또한, 액체가 높은 속도에서 유동하게 되고 또한 제트 성형 최종 피스로 운반되기 전에 가스 스트림에 의해 전단을 받는 대상물을 포함하는 충격식 주입장치를 사용할 수 있다. 상기 문헌에 이미 개시된 보다 복잡한 시스템을 또한 고려할 수 있다. 이러한 주입장치는, 10 ~ 15 bars 이하의 압력 강하에 대한 에너지 분산을 한정하면서, 3 ~ 8 wt% 액체 범위의 가스 유량으로, 높은 유닛 유량 (최대 30 ~ 60 ㎥/h 액체) 에서, 100 미크론 이하의 근방의 크기를 가진 적하물을 형성하도록 한다.
유리하게는, 화학적 루프 연소 반응은, 50 ~ 300 미크론 범위의 평균 직경 (사우터 직경) 을 가진 금속 산화물 입자로 실시되고, 주입된 액체 공급물 적하물은, 입자의 평균 직경의 0.5 ~ 2 배, 바람직하게는 입자의 평균 직경의 0.8 ~ 1.2 배 범위의 사우터 평균 직경을 가진다.
운반 영역을 관류하는 금속 산화물 입자는, 액체 공급물과 접촉하기 전에, 밀집 유동 (분무 및 반응로 인해 가스 없이) 으로 운반된다.
적하물과 접촉하기 전에, 금속 산화물 입자의 현탁물의 공극 분율은 0.5 ~ 0.9 범위, 바람직하게는 0.7 ~ 0.9 체적부 근방인 것이 유리하다. 액체 공급물과 접촉하기 전에 입자 현탁물의 운반 속도는 0.3 ~ 5 m/s, 바람직하게는 0.6 ~ 2 m/s 근방의 범위인 것이 유리하다. 이러한 조건하에서, 입자는 운반 영역을 통하여 충분히 밀집하게 유동하여, 적하물로의 입자에 의해 공급되는 양호한 열 분산 및 운반 영역에서 순환하는 모든 입자 중의 입자와 액체간의 접촉으로 인한 코크스의 균일한 분포를 가능하게 한다.
입자와 접촉하여 주입된 대부분의 탄화수소를 분무한 후에, 운반 영역에서의 표면 가스 속도가 증가하고, 이는 압력 강하 형태의 에너지 분산을 최소화하면서 금속 산화물을 운반시킨다. 사실, 가스상의 체적 팽창은, 입자의 희석 및 입자의 가속을 유발하여, 희석을 훨씬 더 증가시킨다.
분무된 탄화수소의 연소, 비분무된 분획물의 코크스화 및 형성된 코크스의 가스화 반응은 운반 영역에서 개시된다. 이러한 영역은 실질적으로 기다란 반응기의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 액체와 금속 산화물간의 접촉을 최적화하도록, 운반 반응기의 직경은, 가능하다면, 2 ~ 3 미터의 직경으로 제한된다. 반응기의 높이는 설비의 압력 균형에 따르고 또한 5 ~ 50 미터, 바람직하게는 10 ~ 30 미터 범위인 것이 합리적이다. 운반 영역에서 운반되는 입자의 질유량은 50 ~ 1500 kg/s/㎡, 바람직하게는 300 ~ 1000 kg/s/㎡ 이고, 운반 영역의 상부에서의 가스 속도는 운반 영역에서의 압력 강하를 제한하도록 일반적으로 30 m/s 를 초과하지 않는다. 가스 속도는 코크스화된 탄화수소 공급물의 일부를 분무함으로써 유발된다. 공급물 주입 장치 (예를 들어 흄) 로부터의 하류측에 운반 가스를 추가함으로써 제어되는 것이 유리할 수 있다.
하지만, 운반 영역에서의 입자 및 가스의 체류 시간은 일반적으로 너무 짧아서 주입된 탄화수소의 전체 연소를 고려할 수 없고, 게다가 매우 대량의 금속 산화물을 필요로 한다. 실제로, 운반 영역에서의 가스의 운반 속도는, 2 ~ 30 m/s 범위인 것이 합리적이고, 입자는 가스보다 평균 2 ~ 3 배 느리게 순환한다. 이러한 조건하에서, 운반 반응기에서의 가스 및 입자의 체류 시간은 1 분 미만이고, 이는 너무 빨라서 탄화수소, 특히 입자에 침적된 코크스의 전체 연소를 고려할 수 없다.
실시 조건에 따라서, 분무된 탄화수소 및 코크스의 연소를 완료하도록, 금속 산화물-탄화수소 접촉 시간을 증가시킬 필요가 있다. 이는 1 개 이상의 밀집상 유동층에 의해 연소 영역에서 달성되는 것이 유리하고, 표면 가스 속도는 일반적으로 최소 입자 유동 속도와 운반 정체를 제한하는 속도 사이의 범위이다. 실제로, 사용되는 입자의 유형 및 고려되는 입자 크기에 대하여, 표면 가스 속도는 0.05 ~ 2 m/s 범위, 바람직하게는 0.1 ~ 1 m/s 범위인 것이 유리하다. 유동층의 공극 분율은 밀집상에서 0.4 ~ 0.8 범위, 바람직하게는 0.5 ~ 0.7 체적부 범위인 것이 유리하다. 유동층의 밀집상 높이는, 입자에 침적된 코크스의 연소를 진행하기에 시간이 충분하도록, 밀집상에서의 입자의 체류 시간에 따라서 결정되는 것이 유리하다. 그리하여, 운반 영역 및 이러한 운반 영역의 하류측의 연소 영역의 유동층(들) 에서의 입자의 전체 체류 시간은, 화학적 루프 연소에 사용되는 금속 산화물의 반응성에 따라서, 종종, 1 ~ 15 분, 바람직하게는 1 ~ 5 분 범위이다.
액체 공급물과 금속 산화물 입자간을 접촉시키는 운반 영역 (2) 은, 실질적으로 기다란 반응기의 형상을 유리하게 가지고, 바람직하게는 연소 영역 (3) 의 제 1 밀집상 유동층으로 개방된다. 다양한 배치가 가능하다.
그리하여, 운반 영역 (2) 의 상부에 당업자에게 잘 알려진 유동층에서 분산시키는 수단 (반응기 벽상의 측방 통기구, 운반 반응기의 상부를 폐쇄하는 확장되고 구멍이 난 플레이트, 구멍이 난 플레이트의 오리피스의 치수를 최적화함으로써 유동층의 밀집상에서의 가스 및 입자의 분배 등) 을 장착함으로써, 연소 영역 (3) 의 유동층의 베이스에서 가스 및 입자를 함께 도입할 수 있다.
또한, 가스-입자 분리장치로 운반 영역 (2) 을 완성할 수 있고, 또한 금속 산화물 대부분이 없는 가스 및 가스 대부분이 없는 금속 산화물을 밀집상 유동층 연소 영역 (3) 안으로 별도로 도입할 수 있다.
변형예에 있어서, 가스-입자 분리장치로 운반 영역 (2) 을 완성할 수 있고, 또한 가스 대부분이 없는 금속 산화물을 밀집상 유동층 연소 영역안으로 별도로 도입하고 그리고 밀집상 유동층 영역 (3) 을 바이패스함으로써 반응 영역의 가스상을 배출할 수 있다. 하지만, 이러한 조건하에서, 운반 영역을 나가는 가스상은 일반적으로 불완전 연소되고 또한 작동 조건, 특히 운반 영역에서 순환하는 금속 산화물 스트림의 유량에 따라서, 고함량의 CO, H2 또는 미연소 탄화수소를 포함한다.
연소 반응을 완성하기 위해서, 산화 영역 (1) 으로부터 직접 나오는 금속 산화물은 적어도 하나의 밀집상 유동층을 포함하는 연소 영역 (3) 안으로 공급되는 것이 유리하다.
실제로, 액체 공급물과 양호하게 접촉하는데 필요한 금속 산화물의 양은, 대부분의 경우에 (사용된 금속 산화물의 특성 및 그 산소 운반 용량에 따름), 반응을 실시하거나 화학적 루프의 열적 균형을 제공하는데 필요한 화학량론적 양에 대응하지 않는다. 액체 공급물과 양호하게 접촉하고 또한 운반 영역 (2) 에 연소 화학량론을 제공하는데 필요한 금속 산화물 입자의 양은, 일반적으로 산화 영역 (1) 과 연소 또는 환원 영역 (3) 사이에서 순환하는 금속 산화물의 유량의 50% 미만에 대응한다.
그리하여, 바람직하게는, 산화 영역 (1) 및 연소 영역 (3) 사이에서 순환하는 금속 산화물의 전체 양의 50 ~ 95% 에 대응하는 분획물은, 선택된 산소 운반체에 따라서, 산화 영역 (1) 으로부터 나오는 연소 영역 (3) 의 밀집상 유동층안으로 직접 공급되고, 이 비율은 산소 운반 용량이 증가할 때 더 낮은 비율로 되는 경향이 있다.
본원의 다른 본질적인 양태는, 연소 영역 (3) 에서 입자의 체류 시간을 제어하는 것에 관한 것이고, 이는 1 개 이상의 밀집상 유동층에 의해 실시된다. 이러한 밀집상 유동층은, 입자의 축방향 혼합이 매우 강한 접촉자 (contactor) 이다. 제 1 근사화에서, 입자 스트림이 완전히 혼합됨을 가정할 수 있다. 완전히 혼합된 반응기에서, 반응기를 나오는 입자의 코크스 농도는 반응기내의 입자의 평균 농도와 동일하다.
이하, 상기 반응기를 최고로 최적화하고 또한 필요한 반응 체적을 최소화하기 위해서, 피스톤 유동 (piston flow) 에 근접한 유동을 갖는 것이 바람직하여, 반응 체적을 최소화하면서, 균일한 입자 체류 시간 및 연소 반응에 필요한 시간 근방에서 좁은 체류 시간 분포를 가지게 된다.
종래의 유동층을 유지함으로써, 반드시 코크스화된 입자를 연소 반응기 출구에서 공기 반응기로 운반하고, 이는 CO2 포획에 해로울 수 있다. 실제로, 운반되는 코크스화된 입자는 공기와 접촉할 시 연소되고, 이는 산화 반응기의 배출물에 상당한 CO2 배출물을 유도하고 또한 화학적 루프 설비의 CO2 포획 효율에 해롭다.
여러번 완전히 교반된 반응기를 일련으로 배열함으로써 피스톤 유동에 근접하게 되는 것은 잘 알려져 있다. 도 1 에서는, 무차원 시간 상수 τ= 체적/유량의 함수에 따라 일련의 m 개의 완전히 교반된 반응기로 구성되는 반응기에서의 누적 분포 함수 형태로 일련의 완전히 교반된 반응기의 개수 (m) 의 영향을 도시한다.
합리적인 반응기 크기를 유지하면서, 화학적 루프 연소 공정에서 최적의 전체 CO2 포획율 (S) (현저하게는 90% 이상 또는 심지어 95%) 을 유지하도록, 일련의 적어도 2 개의 완전히 교반된 반응기 또는 일련의 적어도 2 개의 밀집상 유동층에 대응하는 유체역학적 특성을 가진 밀집상 유동층 연소 영역 (3) 을 사용하는 것이 유리함을 발견하였다. 예를 들어, 유동층 입자에서, 일련의 3 개의 완전히 교반된 반응기에서 얻어질 수 있는 유체역학과 유사한 유체역학을 실시할 수 있다. 이러한 조건하에서, 1% 미만의 입자는, 유동층 밀집상 체적에 의해 규정되고 또한 반응기에서 순환하는 입자의 전체 유량으로 나눈 평균 체류 시간의 15% 동안 반응기에 정체하고, 5% 입자는 상기 평균 체류 시간의 0.27 배 미만에서 정체하며, 20% 입자는 상기 평균 체류 시간의 0.57 배 미만에서 정체하고, 평균 체류 시간은 피스톤 유동 조건하에서 반응기의 전체 연소에 필요한 시간으로 규정된다. 성능 면에서, 상기 조건하에서, 반응기와 동일한 입자 비율을 가진 반응기에서 코크스의 82% 의 연소를 실시할 수 있고, 여기에서 입자의 유동은 그 후에 90% 코크스 연소가 얻어지는 완벽한 피스톤 유동인 것을 예측할 수 있다. 동일한 입자 재고를 갖지만 일련의 2 개의 완전히 교반된 반응기에 대응하는 유동층의 유체역학을 가진 동일한 반응기에서, 코크스 연소는 대략 78% 이다. 동일한 입자 재고를 갖지만 일련의 하나의 완전히 교반된 반응기에 대응하는 유동층의 유체역학을 가진 동일한 반응기에서, 입자에 침적된 코크스의 단지 69% 만이 연소될 수 있다. 그리하여, 산화 영역 (1) 으로 운반되는 코크스의 양은 상기 반응기에서의 입자 유체역학의 특성에 따라서 감소된다.
입자에 침적된 코크스가 탄화수소 공급물의 45% 를 나타낸다고 가정하고 또한 코크스보다 더 빨리 분무된 분획물이 연소되는 것을 고려하여, 산화 영역에서 배출되는 CO2 는 운반 영역 (2) 다음의 밀집상 연소 영역 (3) 에서 완전히 교반된 반응기를 사용할 때 전체 설비에 의해 배출되는 CO2 의 14% 를 나타내고, 이 값은 밀집상 연소 영역 (3) 에서 일련의 N = 2 개 이상의 완전히 교반된 반응기에 대응하는 입자 유체역학을 사용할 때 10% 미만으로 떨어지는 것을 추론할 수 있다. 이 값은 밀집상 연소 영역 (3) 에서 일련의 N = 3 개 이상의 완전히 교반된 반응기에 대응하는 입자 유체역학을 사용할 때 대략 8% 로 떨어진다. 밀집상에서의 입자 유체역학이 밀집상 유동층 영역에서의 피스톤 유동에 더 근접해지면, 설비의 CO2 포획 효율은 더 높아지게 된다.
도 2
금속 산화물 반응 영역: 운반 영역 (2) 과 연소 영역 (3) 에서 연소를 실시한다. 라인 (4) 을 통하여 도입되는 액체 공급물은 라인 (5) 을 통하여 도입되는 미립화 가스와 혼합되고, 이 혼합물은, 미립화 가스에 분산된 미세한 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 실질적으로 기다란 형상의 반응기인 운반 영역 (2) 에 공급된다. 여러 개의 주입 지점이 가능하다. 미립화 수단 (6) 은 운반 영역 (2) 의 반응기 벽에, 실질적으로 그 하부에 분포된다. 운반 영역 (2) 은, 가스상 및 고체상이 분산되는 밀집상 유동층 연소 영역 (3) 안으로 개방된다. 이러한 가스성 배출물 모두는 밀집상 유동층 연소 영역 (3) 안으로 유동하고 또한 라인 (11) 을 통하여 이를 나간다. 그 후, 가스상은 적용된 화학양론 및 반응 조건, 수증기, 및 황 및 질소 산화물 등에 따라서 CO2 또는 (CO, H2) 로 본질적으로 형성된다. 유동화 가스는 밀집상 연소 영역 (3) 의 베이스에서 라인 (8) 을 통하여 도입되고 또한 전체 부분에 걸쳐서 균질한 유동화를 가능하게 한다. 이러한 유동화 가스는 수증기, 라인 (11) 으로부터의 가스성 배출물 분획물, 또는 상기 수증기와 라인 (11) 으로부터의 배출물 분획물의 혼합물인 것이 유리하다. 하류측에서의 입자 혼입을 제한하도록, 사이클론 또는 당업자에게 공지된 다른 제진 수단 (dedusting means) 이 밀집상 연소 영역 (3) 내에 또는 라인 (11) 상의 그 출구에 배열된다.
금속 산화물은, 연소 영역 (3) 의 유동층 또는 연소 영역 (3) 의 가스성 배출물의 제진을 제공하는 사이클론의 복귀 레그로부터 고형물을 인출하는 1 개 이상의 운반 라인 (14) 을 통하여 산화 영역 (1) 으로 배출된다.
산화 영역 (1) 에서, 액체 공급물의 연소에 의해 환원되는 금속 산화물은, 라인 (9) 을 통하여 밀집상 또는 순환상 조건에서 작동하는 유동화 반응기안으로 도입되는 공기와 접촉하여 재-산화된다. 탈산소 공기를 본질적으로 포함하는 가스성 배출물은, 당업자에게 공지된 수단을 사용하여 제진된 후에, 산화 영역 (1) 의 상부에서 라인 (10) 을 통하여 나온다. 산화 영역 (1) 은 순환 유동층 (입자 운반 속도 초과의 표면 가스 속도) 또는 밀집상 유동층 (입자 운반 속도 미만 및 최소 유동화 속도 초과의 표면 가스 속도) 으로 구성될 수 있다. 순환 유동층의 경우에, 산화 영역 (1) 에서 순환하는 산화물의 일부는, 사이클론 등의 분리 수단에 의한 이전의 분리 후에 공기 공급 수단 주변의 산화 영역 (1) 의 바닥으로 순환될 수 있다.
그 후, 한번 재-산화된 금속 산화물은, 공급물의 미립화를 가능하게 하는 수단 (6) 의 상류측 운반 영역 (2) 안으로 개방되는 1 개 이상의 운반 라인 (13) 을 통하여 부분적으로 운반 영역 (2) 에 연소를 위해 보내어진다. 유동화 가스 (7) (예를 들어 기체) 는 운반 라인 (13) 의 상류측 영역 (2) 에 공급되어, 액체 공급물과의 접촉부의 상류측에 유동화를 제공한다. 금속 산화물의 나머지는 운반 영역 (2) 을 바이패스하는 운반 라인 (12) 을 통하여 밀집상 연소 영역 (3) 으로 바로 보내어진다.
운반 영역 (2) 의 연소 반응에 참여하는 금속 산화물은, 예를 들어, 산화 영역 (1) 으로부터 라인 (13) 을 통하여 온다. 또한, 금속 산화물 운반 영역 (2) 에, 밀집상 연소 영역 (3) 으로부터의 입자 순환물, 또는 산화 영역 (1) 으로부터의 재-산화된 금속 산화물과 연소 영역 (3) 으로부터의 금속 산화물의 혼합물을 제공하는 것을 고려할 수 있다.
도 3
도 3 에서는, 연소 영역 (3) 이 일련의 3 개의 밀집상 유동층 반응기 (3a, 3b, 3c) 를 포함하는 본원의 다른 실시형태를 도시한다.
화학적 루프 연소는 반응기 (2) 와 반응기 (3a, 3b, 3c) 에서의 금속 산화물의 환원에 의해 실시된다.
라인 (4) 을 통하여 도입되는 액체 공급물은, 라인 (5) 을 통하여 도입되는 미립화 가스와 혼합되고, 이 혼합물은, 미립화 가스에 분산된 미세한 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 실질적으로 기다란 반응기인 운반 영역 (2) 안으로 공급된다. 여러 개의 주입 지점이 가능하다. 미립화 수단 (6) 은 운반 영역 (2) 의 반응기 벽에, 실질적으로 그 하부에 분포된다. 운반 영역 (2) 은, 가스상 및 고상이 분산되는 밀집상 유동층 연소 영역의 반응기 (3a) 안으로 개방된다. 이러한 가스성 배출물 모두는 밀집상 유동층 연소 영역의 반응기 (3a) 안으로 유동하고 또한 라인 (17) 을 통하여 이를 나간다. 그 후, 가스상은 적용된 화학양론 및 반응 조건, 수증기, 및 황 및 질소 산화물 등에 따라서 CO2 또는 (CO, H2) 로 본질적으로 형성된다. 유동화 가스는 밀집상 연소 영역의 베이스에서 라인 (18) 을 통하여 반응기 (3a) 안으로 도입되고 또한 전체 부분에 걸쳐서 균질한 유동화를 가능하게 한다. 이러한 유동화 가스는 수증기, 라인 (17) 으로부터의 가스성 배출물 분획물, 또는 상기 수증기와 라인 (17) 으로부터의 배출물 분획물의 혼합물인 것이 유리하다. 하류측에서의 입자 혼입을 제한하도록, 사이클론 또는 당업자에게 공지된 다른 제진 수단이 밀집상 연소 영역 (3a) 내에 또는 라인 (17) 상의 그 출구에 배열된다.
금속 산화물은 2 개의 반응기 (3b, 3c) 로 배출되고, 라인 (15, 16) 을 통하여 유동하는 가스에 의해 별개로 유동화되며, 여기에서 입자는 (입자의 운반 속도 미만의 속도에서) 밀집상으로 유동화된다. 상기 반응기에서, 입자에 침적된 코크스의 연소가 완료된다. 가스상 연소 배출물은, 라인 (18, 19) 을 통하여 밀집상 유동화 반응기 (3b, 3c) 를 각각 나오고, 적용된 화학양론 및 반응 조건, 수증기, 및 황 및 질소 산화물 등에 따라서 CO2 또는 (CO, H2) 로 본질적으로 형성된다. 반응기 (3b, 3c) 의 베이스에서 라인 (15, 16) 을 통하여 유입된 유동화 가스는 전체 부분에 걸쳐서 균질한 유동화를 가능하게 한다. 이러한 유동화 가스는 수증기, 라인 (17, 18 또는 19) 으로부터의 가스성 배출물 분획물, 또는 상기 수증기와 라인 (17, 18 또는 19) 으로부터의 배출물 분획물의 혼합물인 것이 유리할 수 있다. 하류측에서의 입자 혼입을 제한하도록, 사이클론 또는 당업자에게 공지된 다른 제진 수단이 반응기 (3b, 3c) 내에 또는 라인 (18, 19) 상의 그 출구에 배열된다.
침적된 코크스의 본질적인 부분이 반응기 (2, 3a, 3b, 3c) 를 연속적으로 통과함으로써 연소되는 금속 산화물은, 그 후, 반응기 (3c) 의 유동층 또는 반응기 (3c) 의 가스성 배출물의 제진을 제공하는 사이클론의 복귀 레그로부터 고형물을 인출하는 1 개 이상의 운반 라인을 통하여 산화 영역 (1) 으로 배출된다.
산화 영역 (1) 에서, 액체 공급물의 연소에 의해 환원되는 금속 산화물은, 밀집상 또는 순환상 조건에서 작동하는 유동화 반응기안으로 도입되는 공기와 접촉하여 재-산화된다. 탈산소 공기를 본질적으로 포함하는 가스성 배출물은, 당업자에게 공지된 수단을 사용하여 제진된 후에, 산화 영역 (1) 의 상부에서 나온다. 산화 영역 (1) 은 순환 유동층 (입자 운반 속도 초과의 표면 가스 속도) 또는 밀집상 유동층 (입자 운반 속도 미만 및 최소 유동화 속도 초과의 표면 가스 속도) 으로 구성될 수 있다. 순환 유동층의 경우에, 산화 영역 (1) 에서 순환하는 산화물의 일부는, 반응기의 출구에서, 사이클론 등의 분리 수단에 의한 이전의 분리 후에 공기 공급 수단 주변의 산화 영역 (1) 의 바닥으로 순환될 수 있다.
그 후, 한번 재-산화된 금속 산화물은, 공급물의 미립화를 가능하게 하는 수단 (6) 의 상류측 운반 영역 (2) 안으로 개방되는 1 개 이상의 운반 라인 (13) 을 통하여 부분적으로 운반 영역 (2) 에 연소를 위해 보내어진다. 유동화 가스 (예를 들어 기체) 는 운반 라인 (13) 의 상류측 라인 (7) 을 통하여 공급되어, 액체 공급물과의 접촉부의 상류측에 유동화를 제공한다. 금속 산화물의 나머지는 운반 라인 (14, 23, 24) 을 통하여 밀집상 연소 영역 (3) 으로 바로 보내어지고 운반 영역 (2) 을 바이패스한다. 이러한 라인 (13, 14, 23, 4) 중에서 산화물 유량의 분포는, 영역 (3a, 그 후에 3b, 3c) 에서 순환하는 금속 산화물의 유량을 최소화하도록, 각 영역에서의 연소 분포에 따라 실시되는 것이 유리하다. 또한, 라인 (13) 을 통하여, 라인 (13, 14) 을 통하여, 또는 라인 (13, 14, 23) 을 통하여 금속 산화물 전부를 주입할 수 있다.
운반 영역 (2) 의 연소 반응에 참여하는 금속 산화물은, 이 실시예에서, 산화 영역으로부터 라인 (13) 을 통하여 온다. 또한, 금속 산화물 운반 영역 (2) 에, 밀집상 연소 영역 (3a, 3b 또는 3c) 으로부터의 입자 순환물, 또는 산화 영역 (1) 으로부터의 재-산화된 금속 산화물과 영역 (3a, 3b 또는 3c) 으로부터의 금속 산화물의 혼합물을 제공하는 것을 고려할 수 있다.
도 4
도 4 에서는, 연소 영역 (3) 이 일련의 2 개의 밀집상 유동층 반응기 (3a, 3b) 를 포함하는 본원의 제 3 실시형태를 도시하고, 상기 반응기 (3b) 에는 금속 산화물 입자의 유동을 단계짓는 (staged) 내장물 (25) 이 장착된다.
화학적 루프 연소는 반응기 (2) 와 반응기 (3a, 3b) 에서의 금속 산화물의 환원에 의해 실시된다.
라인 (4) 을 통하여 도입되는 액체 공급물은, 라인 (5) 을 통하여 도입되는 미립화 가스와 혼합되고, 이 혼합물은, 미립화 가스에 분산된 미세한 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 실질적으로 기다란 반응기인 운반 영역 (2) 안으로 공급된다. 여러 개의 주입 지점이 가능하다. 미립화 수단 (6) 은 운반 영역 (2) 의 반응기 벽에, 실질적으로 그 하부에 분포된다. 운반 영역 (2) 은, 가스상 및 고상이 분산되는 밀집상 유동층 연소 영역의 반응기 (3a) 안으로 개방된다. 이러한 가스성 배출물 모두는 밀집상 유동층 연소 영역의 반응기 (3a) 안으로 유동하고 또한 라인 (17) 을 통하여 이를 나간다. 그 후, 가스상은 적용된 화학양론 및 반응 조건, 수증기, 및 황 및 질소 산화물 등에 따라서 CO2 또는 (CO, H2) 로 본질적으로 형성된다. 유동화 가스는 밀집상 연소 영역의 베이스에서 라인 (8) 을 통하여 반응기 (3a) 안으로 도입되고 또한 전체 부분에 걸쳐서 균질한 유동화를 가능하게 한다. 이러한 유동화 가스는 수증기, 라인 (17) 으로부터의 가스성 배출물 분획물, 또는 상기 수증기와 라인 (17) 으로부터의 배출물 분획물의 혼합물인 것이 유리하다. 하류측에서의 입자 혼입을 제한하도록, 사이클론 또는 당업자에게 공지된 다른 제진 수단이 밀집상 연소 영역 (3a) 내에 또는 라인 (17) 상의 그 출구에 배열된다.
금속 산화물은 반응기 (3b) 로 배출되고, 여기에서 입자는 입자의 운반 속도 미만의 속도에서, 라인 (15) 을 통하여 유동하는 가스에 의해 밀집상으로 유동화된다. 상기 반응기에서, 입자에 침적된 코크스의 연소가 완료된다. 가스상 연소 배출물은, 라인 (18) 을 통하여 밀집상 유동화 반응기 (3b) 를 각각 나오고, 적용된 화학양론 및 반응 조건, 수증기, 및 황 및 질소 산화물 등에 따라서 CO2 또는 (CO, H2) 로 본질적으로 형성된다. 반응기 (3b) 의 베이스에서 유입된 유동화 가스 (15) 는 전체 부분에 걸쳐서 균질한 유동화를 가능하게 한다. 이러한 유동화 가스는 수증기, 라인 (17 또는 18) 으로부터의 가스성 배출물 분획물, 또는 상기 수증기와 라인 (17 또는 18) 으로부터의 배출물 분획물의 혼합물인 것이 유리할 수 있다. 하류측에서의 입자 혼입을 제한하도록, 사이클론 또는 당업자에게 공지된 다른 제진 수단이 반응기 (3b) 내에 또는 라인 (18) 상의 그 출구에 배열된다.
상기 반응기 (3b) 에 포함되는 밀집상 유동층에는 금속 산화물 입자의 유동을 단계짓는 수단 (25) 을 형성하는 내장물이 장착된다. 이러한 수단은, 예를 들어, 천공판, 적층 패킹, 또는 실질적으로 수평면에 연속적으로 배열된 세트로 된 바아, 배플 또는 세브론 (chevrons) 이다. 금속 산화물은 인클로저 (3b) 내의 가장 높은 열의 내장물 위에서 반응기 (3b) 안으로 유입되고 또한 이 반응기 (3b) 내의 가장 낮은 열의 내장물 아래에서 인출된다. 금속 산화물 유동은 수단 (25) 에 의해 변형되고, 상승하는 가스와 하강하는 가스 사이에는 역류 유동이 형성될 수 있으며, 반응기 (3b) 의 금속 산화물 유동은 여러 개의 연속적으로 완전히 교반된 반응기에서 관찰될 수 있는 유동에 근접하다.
침적된 코크스의 본질적인 부분이 반응기 (2, 3a, 3b) 를 연속적으로 통과함으로써 연소되는 금속 산화물은, 그 후, 반응기 (3b) 의 유동층 또는 반응기 (3b) 의 가스성 배출물의 제진을 제공하는 사이클론의 복귀 레그로부터 고형물을 인출하는 1 개 이상의 운반 라인 (22) 을 통하여 산화 영역 (1) 으로 배출된다.
산화 영역 (1) 에서, 액체 공급물의 연소에 의해 환원되는 금속 산화물은, 밀집상 또는 순환상 조건에서 작동하는 유동화 반응기안으로 도입되는 공기와 접촉하여 재-산화된다. 탈산소 공기를 본질적으로 포함하는 가스성 배출물은, 당업자에게 공지된 수단을 사용하여 제진된 후에, 산화 영역 (1) 의 상부에서 나온다. 산화 영역 (1) 은 순환 유동층 (입자 운반 속도 초과의 표면 가스 속도) 또는 밀집상 유동층 (입자 운반 속도 미만 및 최소 유동화 속도 초과의 표면 가스 속도) 으로 구성될 수 있다. 순환 유동층의 경우에, 산화 영역 (1) 에서 순환하는 산화물의 일부는, 반응기의 출구에서, 사이클론 등의 분리 수단에 의한 이전의 분리 후에 공기 공급 수단 주변의 산화 영역 (1) 의 바닥으로 순환될 수 있다.
그 후, 한번 재-산화된 금속 산화물은, 공급물의 미립화를 가능하게 하는 수단 (6) 의 상류측 운반 영역 (2) 안으로 개방되는 1 개 이상의 운반 라인 (13) 을 통하여 부분적으로 운반 영역 (2) 에 보내어진다. 유동화 가스 (예를 들어 기체) 는 운반 라인 (13) 의 상류측 라인 (7) 을 통하여 공급되어, 액체 공급물과의 접촉부의 상류측에 유동화를 제공한다. 금속 산화물의 나머지는 운반 라인 (24) 을 통하여 밀집상 연소 영역의 반응기 (3b) 로 바로 보내어지고 운반 영역 (2) 을 바이패스한다. 이러한 라인 (13, 24) 중에서 산화물 유량의 분포는, 영역 (3a) 에서 순환하는 금속 산화물의 유량을 최소화하도록, 각 영역에서의 연소 분포에 따라 실시되는 것이 유리하다. 또한, 라인 (13) 을 통하여, 라인 (13, 14) 을 통하여, 또는 라인 (13, 14, 23) 을 통하여 금속 산화물 전부를 주입할 수 있다.
변형예에 있어서, 반응기 (3a) 바로 아래에 반응기 (3b) 를 배열할 수 있어서, 그러면 상기 2 개의 반응기의 외부벽이 일치하게 된다. 이러한 조건에서, 반응기 (3b) 의 유동화 밀집상을 연속시킴으로써 반응기 (3a) 의 밀집상이 연장된다. 그 후, 반응기 (3b) 의 가스성 배출물은, 반응기 (3b) 에 포함되는 밀집상으로부터 나오는 가스성 배출물의 제진을 필요로 하지 않고, 반응기 (3a) 의 밀집상을 통하여 유동한다.
또한, 금속 산화물 운반 영역 (2) 에, 밀집상 연소 영역의 반응기 (3a 또는 3b) 로부터의 입자 순환물, 또는 산화 영역 (1) 으로부터의 재-산화된 금속 산화물과 밀집상 연소 반응기 (3a 또는 3b) 로부터의 금속 산화물의 혼합물을 통하여 공급하는 것을 고려할 수 있다.
본원으로부터 상정가능하고 또한 제공되는 모든 실시에 대하여, 산화 영역과 환원 영역간의 밀봉을 제공해주고, 또한 다양한 인클로저 사이에서 금속 산화물의 순환을 제어하는 이하의 수단이 사용될 수 있다:
- 금속 산화물 산화 영역과 금속 산화물 환원 영역간의 밀봉을 제공하도록, 이러한 영역사이에서의 가스 혼입을 제한하는 수단이 사용될 수 있다. 이러한 수단은, 당업자에게 공지된 사이펀 또는 고형물 밸브 (예를 들어, L-형상의 밸브), 또는 슬라이드 밸브 등으로 또한 잘 알려진 기계식 밸브로 구성된다.
- 다양한 영역 사이에서의 순환 제어는, 다양한 사이펀 및 고형물 밸브에 적용된 유동화 유량을 변경함으로써, 또는 기계식 밸브의 개도를 변경함으로써, 또는 다양한 영역 사이에서의 압력차를 사용하여, 이러한 영역으로부터 하류측에 가스성 배출물 배출 라인상에 배열된 밸브에 의해 조절될 수 있다.
실시예
화학적 루프 연소 조건에서 작동하고 또한 이하의 분석이 되는 석유 진공 잔류물로 구성되는 액체 공급물을 처리하는 연소 유닛의 성능이 산출되었다.
Figure pct00001
사용된 금속 산화물은, 화학적 루프 연소시에, 사용된 입자의 질량에 대하여 1 중량% 산소를 운반할 수 있는 티타늄 및 철 광석이다.
상기 유닛에 의해 처리된 잔류물의 양은 30 kg/s 이다. 잔류물을 연소시키는데 필요한 입자 순환물은 34,000 t/h 이다.
제 1 경우에 있어서, CO2 포획율 (S) (설비에 의해 방출되는 전체 CO2 의 양에 대하여 금속 산화물의 환원으로 잔류물 연소 영역에서 회수되는 CO2 의 양에 대응) 은 다양한 유닛 형상에 대하여 산출된다.
실시예 1 에서, 금속 산화물의 환원을 통하여 잔류물를 연소하는 것으로 고려되는 반응 영역은, 금속 산화물의 운반 속도 미만의 표면 가스 속도에서 작동하는 간단한 유동층이고, 여기서 잔류물은 인클로저 벽상의 미립화 수단에 의해 주입된다.
실시예 2 에서, 금속 산화물의 환원을 통하여 잔류물를 연소하는 것으로 고려되는 반응 영역은, 도 2 에 도시된 일련의 반응기로 구성된다. 라인 (13) 을 통하여 운반 영역안으로 공급된 금속 산화물의 양은 산화 영역으로부터 나오고 또한 대략 2000 t/h 의 유량에 대응한다. 순환하는 금속 산화물의 나머지는 라인 (12) 을 통하여 밀집상 연소 영역안으로 바로 유입된다.
실시예 3 에서, 금속 산화물의 환원을 통하여 잔류물를 연소하는 것으로 고려되는 반응 영역은, 도 3 에 도시된 일련의 반응기로 구성되고, 연속적인 2 개의 금속 산화물 환원 영역 (3a, 3b) 으로 간주된다. 이러한 경우에, 라인 (13) 을 통하여 운반 영역안으로 공급된 금속 산화물의 양은 산화 영역으로부터 나오고 또한 대략 2000 t/h 의 유량에 대응한다. 순환하는 금속 산화물의 나머지는 또한 라인 (14) 을 통하여 영역 (3a) 의 밀집상 연소 영역안으로 유입된다.
실시예 4 에서, 금속 산화물의 환원을 통하여 잔류물를 연소하는 것으로 고려되는 반응 영역은, 도 3 에 도시된 일련의 반응기로 구성되지만, 일련의 연속적인 5 개의 금속 산화물 환원 영역 (3a, 3b, 3c, 3d, 3e) 으로 간주된다. 이러한 경우에, 라인 (13) 을 통하여 운반 영역안으로 공급된 금속 산화물의 양은 산화 영역으로부터 나오고 또한 대략 2000 t/h 의 유량에 대응한다. 순환하는 금속 산화물의 나머지는 또한 라인 (14) 을 통하여 영역 (3a) 의 밀집상 연소 영역안으로 유입된다.
모든 경우에, 공급물을 유입하는데 사용되는 미립화 수단은, 그 원리 및 그 실시 조건이 동일하다. 게다가, 환원 영역 및 산화 영역 각각을 나오는 금속 산화물의 온도는 일방의 실시예에서 타방의 실시예까지 동일한 것으로 여겨지며, 각각 900℃ 및 950℃ 에 대응한다. 영역 (1, 3) 의 출구에서의 압력은 1.2 bar abs 근방이다.
CO2 포획율 (S) 은 먼저 금속 산화물의 환원을 통하여 전체 잔류물의 연소 영역에서의 일정한 금속 산화물 재고 (M) 를 고려하여 산출되고, 대략 1130 t 에 대응한다. 이러한 산출의 결과는 표 2 에 있다:
Figure pct00002
그 후, 90% CO2 포획율 (S) 에 도달하도록 금속 산화물의 환원을 통하여 전체 잔류물의 연소 영역에 필요한 금속 산화물 재고 (M) 가 산출된다. 이러한 산출의 결과는 표 3 에 있다:
Figure pct00003
실시예 1 및 실시예 2 의 비교에서는, 운반 영역 (2) 안으로 잔류물을 주입한 본원에 따른 방법의 실시로, 금속 산화물 환원 영역의 흄에서의 CO2 포획율 (S) 을 실질적으로 향상시키거나, 또는 CO2 포획율 (S) 을 90% 로 일정하게 유지하면서 연소에 필요한 입자 재고 (및 그로 인해 본 방법을 실시하는데 필요한 투자 및 반응기의 크기) 를 실질적으로 저감시키는 것으로 나타났다. 이는, 미세하게 미립화된 잔류물을 가진 금속 산화물 입자와 접촉할 시 형성되는 코크스의 양을 실질적으로 저감시킴으로써 나타난다.
실시예 2, 실시예 3 및 실시예 4 의 비교에서는, 밀집상 유동층 연소 영역 (3) 에서의 반응기의 개수를 증가시킴으로써, 일련의 여러 개의 유동화 반응기 중에 동일한 재고가 분포될 때 포획율 (S) 을 개선시키거나, 또는 CO2 포획율 (S) 을 90% 로 일정하게 유지하면서 필요한 재고 및 그로 인해 연소 방법을 실시하는데 필요한 재고 및 반응기의 크기를 상당히 저감시키는 것으로 나타났다. 이는, 밀집상 환원시 입자 유동의 양호한 제어로 인해 나타난다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 액체 탄화수소 공급물의 개선된 화학적 루프 연소 방법으로서,
    - 미립화 가스에 미세하게 분산된 액체 적하물을 형성시켜 주는 미립화 수단 (6) 을 통하여, 연소 영역 (3) 의 상류측에 있는 금속 산화물 운반 영역 (2) 안으로 공급하도록 미립화 가스로 액체 공급물을 미립화하는 단계,
    - 상기 운반 영역 (2) 에서 금속 산화물의 적어도 일부와 접촉하는 적하물 형태의 액체 공급물을 분무하는 단계로서, 액체 공급물을 분무한 후의 표면 가스 속도가 금속 산화물 입자의 운반 속도보다 높도록 상기 운반 영역 (2) 의 작동 조건이 선택되는 단계, 및
    - 상기 운반 영역 (2) 으로부터의 모든 배출물을 금속 산화물의 환원을 가능하게 하는 연소 영역 (3) 으로 보내는 단계로서, 상기 연소 영역 (3) 은 적어도 하나의 밀집상 유동층을 가지는 단계를 포함하는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀집상 연소 영역 (3) 은, 밀집상 유동층(들) 입자의 유체역학이 일련의 적어도 2 개의 완전히 교반된 반응기 또는 일련의 적어도 2 개의 유동층 스테이지에 대응하도록 치수결정되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미립화 수단 (6) 은 운반 영역 (2) 의 반응기의 벽에 배열되고 또한 운반 영역 (2) 의 중심 쪽으로 배향된 제트를 형성하도록 선택되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제트는 수직면에서 7°~ 20°범위의 개도각 및 수평면에서 30°~ 80°범위의 개도각을 가진 연필 형상인 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주입된 액체 공급물 적하물은 입자의 평균 직경의 0.5 ~ 2 배 범위의 사우터 (Sauter) 평균 직경을 가지는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자는, 산화 영역 (1) 으로부터 라인 (13) 을 통하여, 또는 연소 영역 (3) 으로부터 나오는 입자의 재순환물을 통하여, 또는 산화 영역 (1) 으로부터의 재-산화된 금속 산화물과 연소 영역 (3) 으로부터의 금속 산화물의 혼합물 형태로 운반 영역 (2) 에 도달하는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 영역 (1) 으로부터 직접 나오는 금속 산화물은 연소 영역 (3) 의 밀집상 유동층(들)안으로 공급되어, 산화 영역 (1) 및 연소 영역 (3) 사이에서 순환하는 금속 산화물의 전체양의 50% 이하의 분획물은 운반 영역 (2) 에서 액체 공급물의 분무에 참여하는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 영역 (2) 으로부터의 가스 및 입자는 연소 영역 (3) 의 적어도 하나의 유동층의 베이스에 함께 공급되고, 상기 운반 영역 (2) 의 상부에는 상기 유동층내의 분산 수단이 장착되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 및 입자는, 운반 영역 (2) 의 출구에서,
    - 금속 산화물의 대부분이 없는 가스 및 가스의 대부분이 없는 금속 산화물을 연소 영역 (3) 에 별도로 공급하도록, 또는
    - 가스의 대부분이 없는 금속 산화물을 연소 영역 (3) 에 공급하고 가스상 (gas phase) 을 연소 영역 (3) 외부로 배출하도록 분리되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 공급물은, 340℃ 이하의 비등점 온도를 가진 10% 미만의 탄화수소 분획물을 단독으로 또는 혼합하여 구성되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 영역 (3) 의 적어도 하나의 밀집상 유동층에는 금속 산화물 입자의 유동을 단계짓는 수단 (25) 이 장착되는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소 영역 (3) 은, 반응기 (3b) 의 유동 밀집상에서 반응기 (3a) 의 밀집상을 연속시킴으로써 연장되도록, 상하로 배열되는 적어도 2 개의 밀집상 유동층 반응기 (3a, 3b) 를 포함하고, 상기 2 개의 반응기의 외부벽은 일치하는 개선된 화학적 루프 연소 방법.
  13. 적어도 하나의 액체 탄화수소 공급물의 화학적 루프 연소용 장치로서,
    - 실질적으로 기다랗고 또한 실질적으로 수직한 금속 산화물 운반 영역 (2) 으로서,
    ● 액체 공급물과 미립화 가스를 혼합하는 수단과 상기 운반 영역의 주변에 배열된 액체 공급물 미립화 수단 (6) 을 가진 액체 공급물 주입 수단과,
    ● 금속 산화물의 적어도 일부를 위한 공급 수단을 구비한 운반 영역, 및
    - 금속 산화물의 환원을 통하여 미립화된 공급물을 위한 연소 영역 (3) 으로서, 적어도 하나의 밀집상 유동층을 구비하고, 운반 영역 (2) 이 상기 연소 영역 (3) 의 상류측에 배열되는 연소 영역을 포함하는 화학적 루프 연소용 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 영역 (3) 은, 1 개 이상의 연소 반응기에서, 2 개 보다 많은 다수의 밀집상 유동층을 포함하는 화학적 루프 연소용 장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 공급 수단은 산화 영역 (1) 으로부터의 운반 라인 (13) 및/또는 연소 영역 (3) 으로부터 나오는 입자용 재순환 라인을 포함하는 화학적 루프 연소용 장치.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 영역 (2) 은, 그 출구에, 연소 영역 (3) 에서 가스 및 고형 입자 분산을 위한 분산 수단을 포함하는 화학적 루프 연소용 장치.
  17. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 운반 영역 (2) 은, 그 출구에, 가스 및 고형 입자 분리 수단을 포함하는 화학적 루프 연소용 장치.
  18. CO2 포획을 위한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    CO2 포획율 (S) 은 90% 이상인 방법.
  20. 에너지 생성을 위한 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170129213A (ko) * 2015-03-17 2017-11-24 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 다양한 연료 반응 존 및 산화된 입자의 중력 공급을 이용한 화학적 루핑 연소 공정
KR102102678B1 (ko) * 2018-11-26 2020-04-23 한국생산기술연구원 금속입자 하강형 순환유동층 보일러 및 이의 운전방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5302245B2 (ja) * 2010-03-02 2013-10-02 東京瓦斯株式会社 ケミカルループ燃焼システムおよびそれを構成する酸化反応系装置と還元反応系装置
FR2960940B1 (fr) * 2010-06-02 2015-08-07 Inst Francais Du Petrole Procede de combustion en boucle chimique avec une zone de reaction integrant une zone de separation gaz-solide et installation utilisant un tel procede
CN102183014B (zh) * 2011-03-10 2012-05-02 东南大学 一种煤加压高密度循环流化床化学链燃烧分离co2方法
EP2515037A1 (en) 2011-04-21 2012-10-24 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Fixed bed chemical looping combustion
EP2530278A1 (en) * 2011-06-01 2012-12-05 Alstom Technology Ltd Flue gas recirculation system and method
FR2980258B1 (fr) 2011-09-20 2017-12-29 Ifp Energies Now Procede de combustion en boucle chimique avec elimination des cendres et fines dans la zone de reduction et installation utilisant un tel procede
FR2983489B1 (fr) * 2011-12-02 2013-11-15 IFP Energies Nouvelles Procede de combustion en boucle chimique avec elimination en phase diluee des cendres et finess dans la zone d'oxydation et installation utilisant un tel procede
WO2014085243A1 (en) 2012-11-30 2014-06-05 Saudi Arabian Oil Company Staged chemical looping process with integrated oxygen generation
FR3004126B1 (fr) * 2013-04-05 2016-01-01 IFP Energies Nouvelles Procede et dispositif de combustion par boucle chimique de charges hydrocarbonees liquides
US9566546B2 (en) 2014-01-21 2017-02-14 Saudi Arabian Oil Company Sour gas combustion using in-situ oxygen production and chemical looping combustion
US20150343416A1 (en) 2014-06-03 2015-12-03 Saudi Arabian Oil Company Activation of Waste Metal Oxide as an Oxygen Carrier for Chemical Looping Combustion Applications
FR3022611B1 (fr) * 2014-06-19 2016-07-08 Ifp Energies Now Procede et installation de combustion par oxydo-reduction en boucle chimique avec un controle des echanges de chaleur
US9790437B2 (en) 2014-10-09 2017-10-17 Saudi Arabian Oil Company Integrated heavy liquid fuel coking with chemical looping concept
KR102102189B1 (ko) * 2018-11-26 2020-04-22 한국생산기술연구원 개별 제어가 가능한 복수의 라이저를 구비한 유동사 하강형 순환유동층 보일러 및 이의 운전방법
CN110500578B (zh) * 2019-08-21 2020-11-06 青岛科技大学 一种耦合固体燃料反应与分离的化学链转化装置及方法
FR3118134B1 (fr) 2020-12-18 2022-12-16 Ifp Energies Now Procédé et réacteur de combustion en boucle chimique comportant une fluidisation étagée

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR802450A (fr) 1936-02-27 1936-09-04 Système perfectionné de fenêtre à guillotine
US2665971A (en) * 1949-05-12 1954-01-12 Standard Oil Dev Co Production of pure carbon dioxide
ZA71371B (en) * 1970-01-21 1972-06-28 Dunn Inc W Recovery of thio2 from ores thereof
US4064038A (en) * 1973-05-21 1977-12-20 Universal Oil Products Company Fluid catalytic cracking process for conversion of residual oils
NL7314390A (nl) * 1973-10-19 1975-04-22 Shell Int Research Werkwijze voor de bereiding van een gas.
DE2619084C3 (de) * 1976-05-03 1980-08-07 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur Abscheidung von durch Verbrennung von Metallcarbonylen entstandenen feinteiligen Metalloxiden aus einem Gasstrom
US4179282A (en) * 1978-05-11 1979-12-18 CVG-Siderurgica Del Orinoco, C.A. Method for the reduction of metal oxides
GB1604999A (en) * 1978-05-31 1981-12-16 Deborah Fluidised Combustion Boilers
US4427537A (en) * 1982-03-17 1984-01-24 Dean Robert R Method and means for preparing and dispersing atomed hydrocarbon with fluid catalyst particles in a reactor zone
US4744883A (en) * 1982-07-29 1988-05-17 Ashland Oil, Inc. Production of synthesis gas and related products via the cracking of heavy oil feeds
JPS6172601A (ja) * 1984-09-14 1986-04-14 Nippon Mining Co Ltd 重質炭化水素の分解軽質化と水素の製造方法
DK158531C (da) * 1985-06-13 1990-10-29 Aalborg Vaerft As Fremgangsmaade til kontinuerlig drift af en cirkulerende fluidiseret bed-reaktor samt reaktor til anvendelse ved udoevelse af fremgangsmaaden
FI84855C (fi) * 1986-04-30 1992-01-27 Ahlstroem Oy Virvelbaeddsreaktor.
US4849091A (en) * 1986-09-17 1989-07-18 Uop Partial CO combustion with staged regeneration of catalyst
US4828680A (en) * 1988-01-20 1989-05-09 Mobil Oil Corporation Catalytic cracking of hydrocarbons
FR2683743B1 (fr) * 1991-11-14 1994-02-11 Institut Francais Petrole Procede et dispositif d'echange thermique de particules solides pour double regeneration en craquage catalytique.
JP3315719B2 (ja) * 1992-06-03 2002-08-19 東京電力株式会社 化学ループ燃焼方式発電プラントシステム
FR2695045B1 (fr) * 1992-08-28 1994-11-04 Inst Francais Du Petrole Procédé et dispositif d'échange thermique de particules solides pour régénération en craquage catalytique.
US5533471A (en) * 1994-08-17 1996-07-09 A. Ahlstrom Corporation fluidized bed reactor and method of operation thereof
US6142457A (en) * 1998-01-30 2000-11-07 Mobil Oil Corporation Atomizing feed nozzle
JP2000337168A (ja) 1999-05-27 2000-12-05 Toshiba Corp 化学ループ燃焼方式発電プラントシステム
US6667022B2 (en) * 2001-08-14 2003-12-23 General Electric Co. Process for separating synthesis gas into fuel cell quality hydrogen and sequestration ready carbon dioxide
FR2839269B1 (fr) * 2002-05-06 2004-07-09 Inst Francais Du Petrole Dispositif perfectionne d'injection d'hydrocarbures dans une enceinte fluidisee
US7008527B2 (en) * 2002-10-23 2006-03-07 Institut Francais Du Petrole Process for catalytic cracking two integrated cracking zones of different degrees of severity followed by a cooling zone
US7767191B2 (en) * 2003-12-11 2010-08-03 The Ohio State University Combustion looping using composite oxygen carriers
FR2895413B1 (fr) * 2005-12-27 2011-07-29 Alstom Technology Ltd Installation de conversion d'hydrocarbures petroliers a installation de combustion integree comprenant une capture du dioxyde de carbone
US7824574B2 (en) * 2006-09-21 2010-11-02 Eltron Research & Development Cyclic catalytic upgrading of chemical species using metal oxide materials
US7780749B2 (en) * 2006-12-11 2010-08-24 General Electric Company Unmixed fuel processors and methods for using the same
US20080134666A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-12 Parag Prakash Kulkarni Systems and Methods Using an Unmixed Fuel Processor
US20090020405A1 (en) * 2007-07-20 2009-01-22 Foster Wheeler Energy Corporation Method of and a plant for combusting carbonaceous fuel by using a solid oxygen carrier
AT505526B1 (de) * 2007-08-14 2010-09-15 Univ Wien Tech Wirbelschichtreaktorsystem
FR2930771B1 (fr) * 2008-04-30 2011-07-22 Inst Francais Du Petrole Procede de combustion en boucle chimique de fractions hydrocarbonees liquides lourdes.
EP2310478A2 (en) * 2008-07-31 2011-04-20 Alstom Technology Ltd System for hot solids combustion and gasification
RU2415338C2 (ru) * 2008-11-06 2011-03-27 Юрий Нафтулович Дубинский Способ и устройство для сжигания водоугольного топлива
BRPI1007232A2 (pt) * 2009-01-21 2016-02-16 Rentech Inc "sistemas para produção de gás de síntese de alta qualidade, e para reforma contínua a seco, e, métodos para produzir gás de síntase, para dessulfurização profunda de gás de síntese, e para reforma contínua a seco"
US8500868B2 (en) * 2009-05-01 2013-08-06 Massachusetts Institute Of Technology Systems and methods for the separation of carbon dioxide and water
FR2948177B1 (fr) * 2009-07-16 2011-08-05 Inst Francais Du Petrole Procede de combustion en boucle chimique avec controle independant de la circulation des solides
US8356992B2 (en) * 2009-11-30 2013-01-22 Chevron U.S.A. Inc. Method and system for capturing carbon dioxide in an oxyfiring process where oxygen is supplied by regenerable metal oxide sorbents
FR2953851B1 (fr) * 2009-12-14 2012-12-21 Total Raffinage Marketing Procede de craquage catalytique avec maximisation des bases gazoles
FR2960941B1 (fr) * 2010-06-02 2014-11-14 Inst Francais Du Petrole Dispositif de separation de particules pour une boucle de combustion chimique
FR2983489B1 (fr) * 2011-12-02 2013-11-15 IFP Energies Nouvelles Procede de combustion en boucle chimique avec elimination en phase diluee des cendres et finess dans la zone d'oxydation et installation utilisant un tel procede
DE102012112182A1 (de) * 2012-12-12 2014-06-12 Thyssenkrupp Uhde Gmbh Verfahren zum Aufheizen eines Hochtemperatur-Winkler-Vergasers
US10670262B2 (en) * 2014-02-26 2020-06-02 University Of Connecticut Reactor for chemical-looping combustion

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170129213A (ko) * 2015-03-17 2017-11-24 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 다양한 연료 반응 존 및 산화된 입자의 중력 공급을 이용한 화학적 루핑 연소 공정
KR102102678B1 (ko) * 2018-11-26 2020-04-23 한국생산기술연구원 금속입자 하강형 순환유동층 보일러 및 이의 운전방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP5583674B2 (ja) 2014-09-03
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CA2737105C (fr) 2016-11-15

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