KR20120004979A - 2단계 건조 공급 기화 시스템 및 공정 - Google Patents

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Abstract

본 발명에는, 공급원료 소비 및 이산화탄소 배출을 감소시킴에 따라 에너지 효율이 개선되는, 탄소질 재료와 같은 공급원료를 기화하기 위한, 건조 공급 2단계 기화 시스템 및 공정이 기재된다. 공급원료는, 비휘발성 물질 함량이 낮은 건조 차르를 발생시키기 위해, 기장 먼저, 기화기의 상부 섹션에서 고온 합성가스와 함께 건조 및 사전처리된다. 이러한 건조 차르는 2단계 기화기의 제1 단계로 보내지고, 여기서 증기의 존재 하에서 산소와 반응하여 고온 합성가스 스트림을 생성한다.

Description

2단계 건조 공급 기화 시스템 및 공정{TWO STAGE DRY FEED GASIFICATION SYSTEM AND PROCESS}
관련 출원의 교차-참조
본 출원은, 35 USC §119(e)하에서 2009년 4월 1일자로 출원되고, 발명의 명칭이 "2단계 건조 공급 기화 시스템 및 공정(Two Stage Dry Feed Gasification System And Process)"인 미국 가출원 제61/165,784호의 이익을 주장하는 정규출원이며, 상기 문헌은 본원에 전체가 참조로 포함된다.
본 발명은 탄소질 재료와 같은 일반적으로 고체 공급원료(feedstock)를 합성가스와 같은 소정의 기체 생성물로 변환하기 위한 기화 시스템 및 공정에 관한 것이다.
기화 공정은 석탄, 석유 코크스, 및 석유 잔류물과 같은 고체 또는 액체 공급원료를 합성가스(syngas)로 변환하는데 널리 사용된다. 합성가스는, 수소, 메탄올, 암모니아, 합성 천연가스 또는 합성 운송 오일(synthetic transportation oil)과 같은 화학제품을 생성하기 위한 중요한 중간 공급원료이다. 합성가스는 또한 기화복합발전(Integrated Gasification Combined Cycle; IGCC)으로서 공지된 공정을 통해 전기를 발생시키는데 사용될 수도 있다.
기화 공정의 통상적인 절차는 연료의 자동점화 온도보다 높은 온도에서 공급원료를 산소와 직접 접촉시킨다. 이러한 절차의 결점은 공급원료를 가열하고 공급원료에 의해 운반되는 수분을 기화시키는데 연소열의 일부가 소비되어 결국 공정의 에너지 효율을 감소시킨다는 점이다. 낮은 에너지 효율은 높은 공급원료 소비 및 온실가스 배출로 전환된다. 따라서, 상기 결점들을 극복하는 기화 시스템을 개발할 필요가 있다.
본 발명은, 낮은 공급원료 소비 및 CO2 배출에 따라 에너지 효율이 개선되는, 탄소질 재료와 같은 공급원료를 기화하기 위한 건조 공급 2단계 기화 시스템 및 공정에 관한 것이다.
특정 실시예는, 탄소질 재료의 기화 공정을 기재하며, 상기 공정은 (a) 반응기 상부 섹션 및 반응기 하부 섹션을 포함하는 기화 반응기를 제공하는 단계와, (b) 반응기 상부 섹션으로 고체 탄소질 공급원료 스트림을 도입하고, 반응기 상부 섹션 내에서, 반응기 하부 섹션으로부터의 제1 혼합 생성물과 고체 탄소질 공급원료 스트림을 반응시키고, 이로써 제2 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 제1 혼합 생성물은 합성가스를 포함하고, 제2 혼합 생성물은 제2 고체 생성물 및 제2 기체 생성물을 포함하는, 고체 탄소질 공급원료 스트림을 도입하고 반응시키고, 이로써 제2 혼합 생성물을 형성하는 단계와, (c) 제1 분리 장치로 제2 혼합 생성물을 통과시키는 단계로서, 제2 고체 생성물은 제2 기체 생성물로부터 분리되는, 제2 혼합 생성물을 통과시키는 단계와, (d) 분리된 제2 고체 생성물을 반응기 하부 섹션으로 통과시키는 단계와, (e) 열 회수 유닛을 통해 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 기체 생성물 스트림을 통과시키고, 이로써 제2 기체 생성물 스트림의 온도를 낮추고 증기를 형성하는 단계와, (f) 단계 (e)에서 형성된 증기를 반응기 하부 섹션으로 통과시키는 단계와, (g) 단계 (e)의 열 회수 유닛에서 배출된 제2 기체 생성물을 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계로서, 잔류 고체, 미세물 및 미립자의 상기 스트림은 제거되고 반응기 하부 섹션으로 통과되는, 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계와, (h) 반응기 하부 섹션에서, 기체 스트림, 단계 (c)의 제2 고체 생성물 스트림, 및 단계 (e)의 열 회수 유닛에서 생성된 증기를 결합시키고 이들을 반응시키고, 이로써 열을 방출시키고 합성가스를 포함하는 제1 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 기체 스트림은 산소-함유 기체, 증기, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 산소 공급원을 포함하는, 반응기 하부 섹션에서 결합시키고 반응시키고, 이로써 열을 방출시키고 제1 혼합 생성물을 형성하는 단계와, (i) 반응기 하부 섹션으로부터의 단계 (h)의 제1 혼합 생성물을 반응기 상부 섹션으로 통과시키는 단계로서, 단계 (h)에서 방출된 열은 반응기 상부 섹션에서 고체 공급원료 스트림을 제2 혼합 생성물로 변환시킴으로써 회수되는, 반응기 상부 섹션으로 통과시키는 단계를 포함한다.
상세하게 전술된 공정의 특정 실시예에서, 단계 (b)의 고체 공급원료는 단계 (c)의 제2 기체 생성물과 혼합되고, 이로써 온난 고체-기체 혼합물이 형성되고 이어서 공급원료가 건조된다. 특정 실시예에서, 온난 고체-기체 혼합물은 제2 분리 장치를 통해 통과되고, 이로써 고체 공급원료가 제2 기체 생성물로부터 분리된다. 특정 실시예에서, 제2 분리 장치에서 배출된 고체 공급원료는 반응기 상부 섹션으로 통과되고, 제2 분리 장치에서 배출된 제2 기체 생성물 스트림은 미립자 여과 장치로 유도되고, 이로써 잔류 고체, 미세물 및 미립자가 제거된다. 특정 실시예에서, 미립자 여과 장치에서 배출된 잔류 고체, 미세물 및 미립자는 반응기 상부 섹션으로 통과된다.
고체 탄소질 공급원료 및 잔류 미세 고체 및 미립자는 하나 이상의 공급 장치에 의해 반응기 상부 섹션으로 도입될 수 있다. 기체 스트림, 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물, 및 열 회수 유닛으로부터 생성되는 증기는 하나 이상의 분산 장치에 의해 반응기 하부 섹션으로 도입될 수 있다. 탄소질 재료는 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 산소-함유 기체는 공기, 산소-농후 공기, 산소, 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 열 회수 유닛은 방사열 형태의 보일러, 물 튜브 보일러, 가열식 튜브 보일러, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 제1 분리 장치 및 제2 분리 장치 각각은 사이클론을 포함할 수 있다. 제1 분리 장치로 들어가기 전, 기화기의 상부 섹션을 떠나는 제2 혼합 생성물의 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이, 바람직하게는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이일 수 있다. 온난 고체-기체 혼합물은 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 범위의 온도에서, 바람직하게는 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 범위의 온도에서 유지된다.
특정 실시예는 탄소질 재료의 기화용 시스템에 관한 것으로서, 상기 기화용 시스템은 (a) 제2 혼합 생성물을 생성하기 위해, 고체 탄소질 공급원료와, 재순환된 잔류 고체, 미세물 및 미립자의 스트림과, 반응기 하부 섹션으로부터의 제1 혼합 생성물을 반응시키는 반응기 상부 섹션으로서, 제1 혼합 생성물은 합성가스를 포함하고, 제2 혼합 생성물은 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림을 포함하는, 반응기 상부 섹션과, (b) 제2 기체 생성물 스트림으로부터 제2 고체 생성물 스트림을 분리시기 위한 제1 분리 장치로서, 상기 제2 고체 생성물 스트림은 반응기 하부 섹션으로 도입되는, 제1 분리 장치와, (c) 제2 기체 생성물 스트림의 온도를 냉각시키고 증기를 생성하기 위한 열 회수 유닛으로서, 상기 증기는 하부 반응기 섹션으로 통과되는, 열 회수 유닛과, (d) 열 회수 유닛에서 배출되는 제2 기체 생성물 스트림으로부터 잔류 고체, 미세물 및 미립자를 분리시키기 위한 미립자 여과 장치로서, 분리된 잔류 고체, 미세물 및 미립자는 반응기 상부 섹션으로 통과되는, 미립자 여과 장치와, (e) 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물과, 열 회수 유닛에서 생성된 증기와, 기체 스트림을 포함하는 혼합물을 반응시키는 반응기 하부 섹션을 포함하고, 상기 반응은 열 및 제1 혼합 생성물을 생성하고, 상기 기체 스트림은 산소-함유 기체, 증기, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 산소 공급원을 포함하고, 생성된 열은 반응기 상부 섹션에서 고체 공급원료 스트림을 제2 혼합 생성물로 변환시킴으로써 회수된다.
본 발명에 따른 시스템은, 고체 공급원료 스트림과 제2 기체 생성물 스트림을 혼합시키기 위한 고체-기체 혼합기로서, 이에 의해 온난 고체-기체 혼합물이 생성되게 되는, 고체-기체 혼합기와, 온난 고체-기체 혼합물을 제2 고체 공급원료 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림으로 분리시키기 위한 제2 분리 장치를 더 포함하고, 제2 고체 공급원료 스트림은 반응기 하부 섹션으로 통과된다.
시스템의 특정 실시예에서, 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물 스트림, 열 회수 유닛에서 배출되는 증기, 및 성분 (e)의 기체 스트림은 하나 이상의 분산 장치에 의해 반응기 하부 섹션으로 통과된다. 탄소질 공급원료는 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 산소-함유 기체는 공기, 산소-농후 공기, 산소, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 열 회수 유닛은 방사열 형태의 보일러, 물 튜브 보일러, 가열식 튜브 보일러, 또는 이들의 조합일 수 있다. 제1 분리 장치로 들어가기 전, 제2 혼합 생성물의 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이, 바람직하게는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이일 수 있다. 온난 고체-기체 혼합물은 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 사이의 온도에서, 바람직하게는 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 사이의 온도에서 유지된다.
실시예의 더욱 상세한 설명을 위해, 이제 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 있어서 유용한 시스템의 개략도이자 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 있어서 유용한 시스템의 개략도이자 공정 흐름도이다.
다양한 실시예의 이어지는 상세한 설명은 첨부 도면을 참조하며 본 발명이 실시될 수 있는 구체적인 실시예를 설명한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 본 발명의 양태를 설명하기 위한 것이다. 그러나, 다른 실시예들이 활용될 수 있으며 본 발명의 사상의 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 본원에 기재된 특정 실시예로만 제한되지 않으며, 그보다 이러한 청구범위가 한정하는 전 범위의 등가물과 함께 부속 청구범위에 의해서만 규정된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예는, 반응기 하부 섹션(30) 및 반응기 상부 섹션(40)을 가지며 전체적으로 도면 부호 10으로 지시된 기화 반응기를 제공한다. 기화 공정의 제1 단계는 반응기 하부 섹션(30)에서 발생하며, 기화 공정의 제2 단계는 반응기 상부 섹션(40)에서 발생한다. 반응기 하부 섹션(30)은 제1 단계 반응 영역을 형성하며, 이는 다르게, 제1 단계 반응 영역으로서 언급된다. 반응기 상부 섹션(40)은 제2 단계 반응 영역을 형성하며, 이는 다르게, 제2 단계 반응 영역으로서 언급된다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, 고체 공급원료는 예를 들어, 잠금-호퍼 시스템(lock-hopper system)으로 제한되지 않는 공급 시스템(100)으로 들어가기 전에 (기술 분야에 공지된, 본 문헌의 범위를 벗어나는 방법에 의해) 분쇄된다. 공급 시스템(100)으로부터의 미립자 탄소질 재료를 포함하는 분쇄된 고체 스트림은 공급 장치(80 및/또는 80a) 또는 추가 공급 장치(미도시)를 통해 기화 반응기(10)의 상부 섹션(40)에 주입된다. 이후 탄소질 재료는 기화 반응기(10)의 하부 섹션(30)으로부터 상승한 고온의 합성가스와 접촉하게 된다. 탄소질 재료는 건조되고, 그 일부는 탄소 증기 반응(C+H2O→CO+H2)과 같은 열분해 반응에 의해 기화된다. 열분해 반응은 흡열 반응이기 때문에, 탄소질 재료와 합성가스의 혼합물의 온도는 혼합물이 상부 섹션(40)을 통해 상향으로 이동함에 따라 감소한다. 반응하지 않은 고체 미립자(예를 들어, 차르) 및 제2 기체 생성물 스트림(예를 들어, 합성가스)을 포함하는 제2 혼합 생성물이 기화기(10)의 상부 섹션(40)의 상부를 떠날 때, 제2 혼합 생성물 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이의 범위로, 양호하게는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이의 범위로 떨어진다.
또한 도 1에 도시된 실시예에 따르면, 반응하지 않은 고체 미립자 및 제2 기체 생성물 스트림을 포함하는 제2 혼합 생성물은 반응기 상부 섹션(40)에서 배출되어 제1 분리 장치(50)로 보내진다. 제1 분리 장치(50)는, 제2 기체 생성물 스트림의 소량의 잔류 미세 고체(solid fines)만을 남겨두고 제2 혼합 생성물을 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림으로 분할한다. 제2 고체 생성물 스트림은 중력에 의해 하강하고, 출구(70)를 통해 제1 분리 장치(50)에서 배출된다. 이후, 제2 고체 생성물 스트림은 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 기화기(10)의 반응기 하부 섹션(30)으로 다시 재순환된다. 이러한 장치는 고체 및 산화제를 반응기의 제1 단계에 첨가할 동안 재순환된 고체를 기체 산화제와 혼합시킨다. 이러한 분산 장치의 구조는 당업자에 의해 통상적으로 이해된다.
또한 도 1에 도시된 실시예에 따르면, (주로 차르를 포함하는) 제2 고체 생성물 스트림은 기화기(10)의 하부 섹션(30)(또는 제1 단계 반응 영역)의 과열된 증기의 존재 하에서 산소와 반응한다. 제1 단계의 1차 반응은 C+O2→CO2 및 C+½O2→CO이다. 이러한 발열 반응은 제1 단계의 기체의 온도를 2000°F 내지 3500°F(1093.33℃ 내지 1926.67℃) 사이로 증가시킨다. 반응기 하부 섹션(30)에서 생성된 고온 합성가스는 탄소질 공급원료와 접촉하게 되는 반응기 상부 섹션(40)으로 상향 유동한다. 공급원료 입자는 고온 합성가스에 의해 상승된 온도로 건조 및 가열된 후, 건조된 입자는 증기와 반응하여 CO 및 수소를 발생시킨다. 제2 단계의 1차 반응은 탄소-증기 반응인 C+H2O→CO+H2 및 물-기체 반응인 CO+H2O→CO2+H2이다. 탄소-증기 반응은 CO 및 H2를 형성함으로써 이러한 가용가능한 기체의 수득율을 증가시킨다.
도 1에 도시된 실시예를 다시 참조하여, 제1 단계의 온도는 회분(ash)의 녹는점보다 높다. 결과적으로, 비말동반된 회분 입자는 응집하여 기화기의 측부들 아래로 유동하는 점성의 용융 슬래그가 되어, 탭홀(taphole; 20)을 통해 반응기에서 배출되고 급냉 챔버로 유입된다. 슬래그는 물-급냉되고 궁극적으로 고체 슬래그 생성물로서 수집된다. 통상적으로, 반응기 하부 섹션(30)에 부가된 증기는 열 회수 유닛(180)에서 발생된다. 물(170)은 열 회수 유닛(180)에 공급되고, 기화기(10)의 상부 섹션(40)에서 배출되는 고온 합성가스에 의해 가열된다. 이후, 생성된 증기는 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 기화기(10)의 하부 섹션(30)으로 전달된다.
도 1을 더 참조하여, 제1 분리 장치(50)에서 배출된 제2 기체 생성물 스트림은 수소, 일산화탄소, 소량의 메탄, 황화수소, 암모니아, 질소, 이산화탄소 및 소량의 잔류 미세 고체를 포함한다. 열 회수 유닛(180)을 통과한 후에, 냉각된 합성가스는 이어서 미립자 여과 장치(110)로 도입되며, 이로써 잔류 미세 고체 및 미립자는 제거되고 기화기(10)의 하부 섹션(30)으로 다시 재순환된다.
도 2에 도시된 다른 실시예에서, 고체 공급원료는 예를 들어, 잠금-호퍼 시스템으로 제한되지 않는 공급 시스템(100)으로 들어가기 전에 분쇄된다. 공급 시스템으로부터의 미립자 탄소질 재료를 포함하는 분쇄된 고체 스트림은 열 회수 유닛(180)에서 배출되는 온난 합성가스와 접촉하는 고체-기체 혼합기(160)로 보내진다. 혼합기(160)의 기능은 공급원료 수분 함량을 감소시키기 위해 충분한 체류 시간을 제공함으로써, 사실상 건식의 공급원료를 생성하는 것이다. 열 회수 유닛(180)으로부터의 온난 합성가스의 온도는, 혼합기(160) 내의 타르의 형성을 회피하도록 약 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 사이의 범위, 바람직하게는 약 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 사이의 범위로 유지된다. 타르는 합성가스를 오염시키고 기체의 다운스트림을 형성하며 폐수 처리에 더 많은 비용이 들게하기 때문에 타르 형성은 바람직하지 않다.
도 2를 더 참조하여, 고체-기체 혼합물 배출 혼합기(160)는, 기체 스트림의 소량의 잔류 미세 고체만을 남겨두고 온난 고체-기체 혼합물을 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림으로 분할하는 제1 분리 장치(150)를 통과한다. 특정 실시예에서, 제1 분리 장치는 기체 스트림으로부터 입자를 분리시키기 위해 사이클론(cyclone) 또는 다른 상업적으로 이용가능한 방법을 포함할 수 있다. 제1 분리 장치(150)를 떠나는 제2 고체 생성물 스트림은 분산 장치(80 및/또는 80a) 또는 다른 공급 장치(미도시)를 통해 기화기(10)의 반응기 상부 섹션(40)으로 다시 재순환된다. 제1 분리 장치(150)를 떠나는 제2 기체 생성물 스트림은 다음으로 미립자 여과 장치(110)로 도입되고, 이로써 잔류 미세 고체 및 미립자가 제거되고 제2 단계 반응을 위한 공급원료로서, 공급 장치(80 및/또는 80a)(또는 추가 공급 장치)를 통해 기화기(10)의 상부 섹션(40)으로 다시 재순환된다. 기체 생성물 배출 여과 장치(110)는 상당히 자유로운 미립자인 미가공 합성가스를 포함한다. 이러한 미가공 합성가스는 이후 본 발명의 범위 외의 공정을 사용하여 더 깨끗해질 수 있다.
도 2를 더 참조하여, 제1 분리 장치(150)를 떠나는 제2 고체 생성물 및 미립자 여과 장치(110)에서 배출되는 잔류 미세 고체 및 미립자는 이후 기화기(10)의 하부 섹션(30)으로부터 상승하는 고온 합성가스와 접촉하게 된다. 탄소질 재료는 액화되며, 고체의 일부는 H2 및 CO가 생성되는 열분해 반응에 의해 기화된다. 반응하지 않은 고체는 본질적으로 차르 및 회분이다. 기화기(10)의 상부 섹션(40)에서 주로 일어나는 열분해 반응은 고도의 흡열 반응이다. 따라서, 탄소질 재료와 합성가스의 혼합물의 온도는 혼합물이 상부 섹션(40)을 통해 상향으로 이동함에 따라 감소한다. 제2 고체 생성물 스트림(예를 들어, 차르) 및 제2 기체 생성물 스트림(예를 들어, 합성가스)을 포함하는 제2 혼합 생성물이 기화기(10)의 상부 섹션(40)의 상부를 떠날 때, 제2 혼합 생성물의 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이의 범위, 보다 바람직하게는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이의 범위에 있다.
도 2를 더 참조하여, 반응기 상부 섹션(40)에서 배출되는 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림을 포함하는 제2 혼합 생성물은, 제2 기체 생성물 스트림의 소량의 잔류 미세 고체만을 남겨두고 혼합물을 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림으로 분할시키는 제1 분리 장치(50)로 보내진다. 분리 장치(50)에서 배출되는 제2 고체 생성물 스트림은 제1 단계 반응을 위한 공급원료로서, 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 기화기(10)의 반응기 하부 섹션(30)으로 다시 재순환된다.
또한, 도 2에 도시된 실시예에 따르면, (주로 차르를 포함하는) 제2 고체 생성물 스트림은 기화기(10)의 하부 섹션(30)의 제1 단계의 과열된 증기의 존재 하에서 산소와 반응한다. 제1 단계에서 일어나는 1차 반응은 모두가 고도의 발열 반응인 C+O2→CO2 및 C+½O2→CO를 포함한다. 결과적으로, 제1 단계 내의 온도는 2000°F 내지 3500°F(1093.33℃ 내지 1926.67℃) 사이의 범위로 유지된다. 제1 단계 반응 영역(30)에 의해 생성되고 기체 스트림에 의해 상향 운반된 열은, 공급에 의해 운반되는 수분의 기화, 탄소-증기 반응, 및 CO와 H2O 사이의 물-기체 반응을 포함하는, 비가열식(unfired) 반응기 상부 섹션(40)에서 주로 일어나는 제2 단계 열분해 반응에 사용된다.
도 2에 도시된 실시예를 다시 참조하여, 제1 단계의 온도는 회분의 녹는점보다 높다. 결과적으로, 비말동반된 회분 입자는 응집하여 기화기의 측부들 아래로 유동하는 점성의 용융 슬래그가 되어, 탭홀(20)을 통해 반응기에서 배출되고 급냉 챔버로 유입된다. 슬래그는 물-급냉되고 궁극적으로 고체 슬래그 생성물로서 수집된다. 반응기 하부 섹션(30)에 부가된 증기는, 기화기(10)의 제2 단계(상부 섹션)로부터 배출되는 고온 합성가스로부터의 열을 사용하여 열 회수 유닛(180)으로부터 발생될 수 있다.
도 2를 더 참조하여, 제1 분리 장치(50)에서 배출된 제2 기체 생성물 스트림은 수소, 일산화탄소, 소량의 메탄, 황화수소, 암모니아, 질소, 이산화탄소, 및 소량의 잔류 미세 고체를 포함한다. 열 회수 유닛(180)을 통과한 후에, 온난 합성가스는 분쇄된 고체 공급원료와 접촉하게 되는 혼합기(160)로 보내짐으로써 공급원료를 건조시키는 작용을 하는 온난 고체-기체 혼합물을 형성한다. 혼합기(160)의 온난 고체-기체 혼합물의 온도는 타르의 형성을 최소화하도록 약 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 사이의 범위, 바람직하게는 약 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 사이의 범위로 유지된다. 혼합기(160)에서 배출되는 온난 고체-기체 혼합물은 다음으로 미립자 여과 장치(110)로 도입되고, 이로써 전술된 바와 같이, 잔류 미세 고체 및 미립자가 제거되고 기화기(10)의 상부 섹션(40)으로 다시 재순환된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서, 재순환된 차르, 산소-함유 기체의 스트림, 및 증기는, 하부 섹션(30)의 수평으로 연장하는 부분들의 어느 한쪽 단부에 위치된 분산 장치(60 및/또는 60a)를 통해 기화 반응기(10)의 하부 섹션(30)으로 유입된다. 2개보다 많은 분산 장치, 예를 들어 90° 이격되어 배치된 4개의 분산 장치가 사용될 수 있다. 분산 장치 세트는 또한 상이한 레벨로 있을 수 있으며 동일한 평면상에 있을 필요는 없다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예를 다시 참조하여, 비가열식 반응기 상부 섹션(40)은 가열식 반응기 하부 섹션(30)의 상부에 직접적으로 연결됨으로써, 고온 반응 생성물이 반응기 하부 섹션(30)으로부터 반응기 상부 섹션(40)으로 직접적으로 운반되게 한다. 이는, 기체 반응 생성물 및 비말동반된 고체의 열 손실을 최소화하고, 이로써 공정 효율이 증가한다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예를 또 참조하여, 분산 장치(60 및/또는 60a)는 차르와 같은 미립자 고체의 분무된 공급을 제공한다. 분산 장치는 고체용 중심 튜브, 및 공통 혼합 영역으로 내부로 또는 외부로 개방되고 분무 기체를 포함하는, 중심 튜브를 둘러싸는 환형 공간을 갖는 형태일 수 있다. 또한, 비가열식 반응기 상부 섹션(40)의 공급 장치(80 및/또는 80a)는 전술된 분산 장치와 유사할 수도 있다. 분산 장치(60 및/또는 60a) 또는 공급 장치(80 및/또는 80a)는 당업자에게 통상적으로 알려져 있을 수 있다.
기화 반응기(10)를 구성하는데 사용되는 재료는 중요하지 않다. 필수적이지는 않지만, 바람직하게는, 열손실을 줄이고 고온 및 부식 용융 슬래그로부터 용기를 보호하며 더 양호한 온도 제어를 제공하기 위해, 반응기 벽은 스틸이며, 반응기 하부 섹션(30)에서 고 크롬-함유 벽돌과 같은 절연 캐스터블 또는 세라믹 섬유 또는 내화 벽돌로 내부가 덧대지고, 반응기 상부 섹션(40)에서 비슬래그식(non-slagging) 용례 및 용광로에 사용되는 것과 같은 조밀 매체로 덧대지며, 이들은 모두 다양한 공급처에서 상업적으로 입수할 수 있다. 이러한 종류의 시스템의 사용은 공정에 사용되는 탄소질 고체로부터의 높은 열 회수 값을 제공한다. 선택적으로 또한 대안적으로, 벽들은 가열식 반응기 하부 섹션(30) 및 선택적으로 비가열식 상부 섹션(40)에 대한 “냉각 벽” 시스템을 제공함으로써 덧대어지지 않을 수 있다. 본원에 사용된 용어 “냉각 벽”은, 벽이, 종래의 석탄 기화 시스템에 대한 기술분야에서 통상적으로 공지된 것과 같은 냉각 매체를 구비한 냉각 재킷에 의해 냉각되는 것을 의미한다. 이러한 시스템에서, 슬래그는 냉각된 내부 벽에서 동결됨으로써 냉각 재킷의 금속 벽을 열화에 대항해 보호한다.
반응기 하부 섹션(30)의 공정의 제1 단계의 반응의 물리적 상태는, 회분의 녹는점을 초과하는 온도에서 차르의 신속한 기화가 확보되어 용융된 회분으로부터, 대략적으로 250poise보다 크지 않은 점도를 갖는 용융 슬래그를 생성하도록 제어되고 유지된다. 이러한 슬래그는 반응기로부터 탭홀(20)을 통해 배출되고 본 문헌의 범위를 벗어나는 유닛에서 추가로 처리된다.
반응기 상부 섹션(40)의 기화 공정의 제2 단계의 반응의 물리적 상태는 그 소성 범위를 넘는 석탄의 신속한 기화 및 가열이 확보되도록 제어된다. 반응기 하부 섹션(30)의 온도는 1500°F 내지 3500°F(815.56℃ 내지 1926.67℃) 사이의 범위, 바람직하게는 2000°F 내지 3200°F(1093.33℃ 내지 1760℃) 사이의 범위, 가장 바람직하게는 2200°F 내지 3000°F(1204.44℃ 내지 1648.89℃) 사이의 범위로 유지된다. 기화기(10)의 반응기 상부 섹션(40)과 반응기 하부 섹션(30) 모두의 내부 압력은 대기압 또는 그보다 높게 유지된다.
본원에 사용된 용어인, 반응기 하부 섹션(30)에 공급되는 "산소-함유 기체"는 적어도 20%의 산소를 함유한 임의의 기체로서 규정된다. 양호한 산소-함유 기체는 산소, 공기, 및 산소-농후 공기를 포함한다.
임의의 미립자 탄소질 재료는 본원에 기재된 실시예를 위한 공급원료로서 사용될 수 있으나, 바람직하게 미립자 탄소질 재료는 갈탄, 역청탄, 아역청탄, 및 이들의 임의의 조합을 비제한적으로 포함하는 석탄이 바람직하다. 추가적인 탄소질 재료는 석탄으로부터 유도된 코크스, 석탄 차르, 석탄 액화 잔류물, 미립자 탄소, 석유 코크스, 오일 셰일로부터 유도된 탄소질 고체, 타르 샌드, 피치, 바이오매스, 농축된 하수 슬러지, 폐기물 파편, 고무 및 이들의 임의의 조합이다. 앞서 예시된 재료들은 분쇄된 고체의 형태일 수 있다.
석탄 또는 석유 코크스가 공급원료일 때, 이는 반응기 상부 섹션에 첨가되기 전에 분쇄될 수 있다. 일반적으로, 임의의 미세하게-분할된 탄소질 재료가 사용될 수 있으며, 미립자 고체의 입자 크기를 감소시키는 임의의 공지된 방법이 채용될 수 있다. 이러한 방법의 예는 볼, 로드 및 햄머 밀의 사용을 포함한다. 입자 크기가 중요하지는 않더라도, 미세하게 분할된 탄소 입자가 바람직하다. 석탄-공급식 발전소에서 연료로 사용되는 분말 석탄이 통상적이다. 이러한 석탄은 석탄의 90(중량)%가 200메쉬 체를 통과하는 입도 분포를 갖는다. 100메쉬 평균 입도의 더 조대한 크기가 더 반응성인 재료에 사용될 수도 있으며, 안정하고 정착하지 않는 슬러리가 제공되어 마련될 수 있다.
본원에서 사용되는, 용어 “차르”는 다양한 생성물의 생성 후에 기화 시스템 내에 비말동반되어 남아있는 연소되지 않은 탄소 및 회분 입자를 지칭한다.
본원에서 사용되는, 용어 “사실상 건조”는 상당한 수분 함량의 부족을 의미하지만, 완전한 건조 상태와 같은 의미일 필요는 없다.
예시
표 1은 본원에 기술된 2단계 건조 공급 공정 및 시스템의 성능을 나타낸다. 본원에 기재된 공정의 컴퓨터 시뮬레이션은, 523psia(35.59atm)의 기화기 압력 하에서, 일리노이스(Illinois) 6 석탄에 기초하여 수행되었으며, 기화기의 제2 단계를 떠나는 기체 온도는 1890℉(1032℃)이다. 표 1에 목록화된 공정 파라미터에 있어서, 공정에 대해 계산된 냉각 기체 효율은 84.6%이다. 계산된 냉각 기체 효율은 현 슬러리 공급 E-GasTM 기체화 공정[코노코필립스 씨오.(ConocoPhillips Co.)]에 의해 성취된 효율보다 10% 높은 반면, 산소 소비는 E-GasTM 공정에 대비해 15% 감소되도록 계산된다.
Figure pct00001
보호 범위는 전술한 설명 또는 예시로 제한되지 않으며, 이하의 청구범위에 의해서만 제한되고, 보호 범위에는 청구범위의 주제의 모든 등가물이 포함된다. 각각의 모든 청구항은 본 발명의 실시예로서 명세서에 포함된다. 따라서, 청구범위는 추가적인 설명이자 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 부연설명이다.

Claims (21)

  1. 탄소질 재료의 기화 공정이며,
    (a) 반응기 상부 섹션 및 반응기 하부 섹션을 포함하는 기화 반응기를 제공하는 단계와,
    (b) 반응기 상부 섹션으로 고체 탄소질 공급원료 스트림을 도입하고, 반응기 상부 섹션 내에서, 반응기 하부 섹션으로부터의 제1 혼합 생성물과 고체 탄소질 공급원료 스트림을 반응시키고, 이로써 제2 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 상기 제1 혼합 생성물은 합성가스를 포함하고, 제2 혼합 생성물은 제2 고체 생성물 및 제2 기체 생성물을 포함하는, 제2 혼합 생성물을 형성하는 단계와,
    (c) 제1 분리 장치로 제2 혼합 생성물을 통과시키는 단계로서, 제2 고체 생성물은 제2 기체 생성물로부터 분리되는, 제2 혼합 생성물을 통과시키는 단계와,
    (d) 분리된 제2 고체 생성물을 반응기 하부 섹션으로 통과시키는 단계와,
    (e) 열 회수 유닛을 통해 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 기체 생성물 스트림을 통과시키고, 이로써 제2 기체 생성물 스트림의 온도를 낮추고 증기를 형성하는 단계와,
    (f) 단계 (e)에서 형성된 증기를 반응기 하부 섹션으로 통과시키는 단계와,
    (g) 단계 (e)의 열 회수 유닛에서 배출된 제2 기체 생성물을 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계로서, 잔류 고체, 미세물 및 미립자의 상기 스트림은 제거되고 반응기 하부 섹션으로 통과되는, 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계와,
    (h) 반응기 하부 섹션에서, 기체 스트림, 단계 (c)의 제2 고체 생성물 스트림, 및 단계 (e)의 열 회수 유닛에서 생성된 증기를 결합시키고 이들을 반응시키고, 이로써 열을 방출시키고 합성가스를 포함하는 제1 혼합 생성물을 형성하는 단계로서, 기체 스트림은 산소-함유 기체, 증기, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 산소 공급원을 포함하는, 제1 혼합 생성물을 형성하는 단계와,
    (i) 반응기 하부 섹션으로부터의 단계 (h)의 제1 혼합 생성물을 반응기 상부 섹션으로 통과시키는 단계로서, 단계 (h)에서 방출된 열은 반응기 상부 섹션에서 고체 공급원료 스트림을 제2 혼합 생성물로 변환시킴으로써 회수되는, 반응기 상부 섹션으로 통과시키는 단계를 포함하는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  2. 제1항에 있어서,
    (ⅰ) 단계 (c)의 제2 기체 생성물과 단계 (b)의 고체 공급원료를 혼합시키고, 이로써 온난 고체-기체 혼합물을 형성하고 이어서 공급원료를 건조시키는 단계와,
    (ⅱ) 제2 분리 장치를 통해 온난 고체-기체 혼합물을 통과시키는 단계로서, 이로써 고체 공급원료가 제2 기체 생성물로부터 분리되는, 온난 고체-기체 혼합물을 통과시키는 단계와,
    (ⅲ) 제2 분리 장치에서 배출된 고체 공급원료를 반응기 상부 섹션으로 통과시키고, 제2 분리 장치에서 배출된 제2 기체 생성물 스트림을 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계로서, 이로써 잔류 고체, 미세물 및 미립자가 제거되는, 반응기 상부 섹션으로 통과시키고 미립자 여과 장치로 통과시키는 단계와,
    (ⅳ) 미립자 여과 장치에서 배출된 잔류 고체, 미세물 및 미립자를 반응기 상부 섹션으로 통과시키는 단계를 포함하는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고체 공급원료 및 상기 잔류 고체, 미세물 및 미립자는 하나 이상의 공급 장치에 의해 상기 반응기 상부 섹션으로 통과되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 (h)의 기체 스트림, 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물, 및 열 회수 유닛 내에서 생성된 증기는 하나 이상의 분산 장치에 의해 반응기 하부 섹션으로 통과되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    탄소질 재료를 포함하는 상기 공급원료 스트림은 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    산소-함유 기체는 공기, 산소-농후 공기, 산소, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    열 회수 유닛은 방사열 형태의 보일러, 물 튜브 보일러, 가열식 튜브 보일러, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치로 들어가기 전, 제2 혼합 생성물의 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이인
    탄소질 재료의 기화 공정.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치로 들어가기 전, 제2 혼합 생성물의 온도는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이인
    탄소질 재료의 기화 공정.
  9. 제2항에 있어서,
    온난 고체-기체 혼합물은 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 범위의 온도에서 유지되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  10. 제2항에 있어서,
    온난 고체-기체 혼합물은 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 범위의 온도에서 유지되는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  11. 제2항에 있어서,
    제1 분리 장치 및 제2 분리 장치 각각은 사이클론을 포함하는
    탄소질 재료의 기화 공정.
  12. 탄소질 재료의 기화용 시스템이며,
    (a) 제2 혼합 생성물을 생성하기 위해, (ⅰ) 고체 탄소질 공급원료와, (ⅱ) 재순환된 잔류 고체, 미세물 및 미립자와, (ⅲ) 반응기 하부 섹션으로부터의 제1 혼합 생성물을 반응시키는 반응기 상부 섹션으로서, 제1 혼합 생성물은 합성가스를 포함하고, 제2 혼합 생성물은 제2 고체 생성물 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림을 포함하는, 반응기 상부 섹션과,
    (b) 제2 기체 생성물 스트림으로부터 제2 고체 생성물 스트림을 분리시기 위한 제1 분리 장치로서, 분리된 제2 고체 생성물은 이후 반응기 하부 섹션으로 도입되는, 제1 분리 장치와,
    (c) 제2 기체 생성물 스트림의 온도를 냉각시키고 증기를 생성하기 위한 열 회수 유닛으로서, 상기 증기는 하부 반응기 섹션으로 통과되는, 열 회수 유닛과,
    (d) 열 회수 유닛에서 배출되는 제2 기체 생성물 스트림으로부터 잔류 고체, 미세물 및 미립자를 분리시키기 위한 미립자 여과 장치로서, 분리된 잔류 고체, 미세물 및 미립자는 반응기 상부 섹션으로 통과되는, 미립자 여과 장치와,
    (e) (ⅰ) 제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물과, (ⅱ) 열 회수 유닛에서 생성된 증기와, (ⅲ) 기체 스트림을 포함하는 혼합물을 반응시키는 반응기 하부 섹션을 포함하고,
    상기 반응은 열 및 성분 (a)의 제1 혼합 생성물을 생성하고,
    기체 스트림은 산소-함유 기체, 증기, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 산소 공급원을 포함하고,
    반응기 하부 섹션에서 형성된 열은 반응기 상부 섹션에서 고체 공급원료 스트림을 제2 혼합 생성물로 변환시킴으로써 회수되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    (ⅰ) 고체 공급원료 스트림과 성분 (c)의 제2 기체 생성물 스트림을 혼합시키기 위한 고체-기체 혼합기로서, 이에 의해 온난 고체-기체 혼합물이 생성되게 되는, 고체-기체 혼합기와,
    (ⅱ) 온난 고체 공급원료 스트림 및 제2 기체 생성물 스트림을 생성하기 위해 온난 고체-기체 혼합물을 분리시키기 위한 제2 분리 장치를 더 포함하고,
    온난 고체 공급원료 스트림은 반응기 상부 섹션으로 통과되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    제1 분리 장치에서 배출되는 제2 고체 생성물 스트림, 열 회수 유닛에서 배출되는 증기, 및 성분 (e)의 기체 스트림은 하나 이상의 분산 장치에 의해 반응기 하부 섹션으로 통과되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  15. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    탄소질 공급원료는 석탄, 갈탄, 석유 코크스, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  16. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    산소-함유 기체는 공기, 산소-농후 공기, 산소, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택되고,
    열 회수 유닛은 방사열 형태의 보일러, 물 튜브 보일러, 가열식 튜브 보일러, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  17. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치로 들어가기 전, 제2 혼합 생성물의 온도는 1200°F 내지 2500°F(648.89℃ 내지 1371.11℃) 사이인
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  18. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 제1 분리 장치로 들어가기 전, 제2 혼합 생성물의 온도는 1500°F 내지 2000°F(815.56℃ 내지 1093.33℃) 사이인
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    온난 고체-기체 혼합물은 300°F 내지 1000°F(148.89℃ 내지 537.78℃) 사이에서 유지되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    온난 고체-기체 혼합물은 500°F 내지 800°F(260℃ 내지 426.67℃) 사이에서 유지되는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    제1 분리 장치 및 제2 분리 장치 각각은 사이클론을 포함하는
    탄소질 재료의 기화용 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150023873A (ko) * 2012-06-26 2015-03-05 루머스 테크놀로지 인코포레이티드 이중 퀀치에 의한 2단 가스화 방법
KR20220042752A (ko) 2020-09-28 2022-04-05 (주)두리가온 인조 자개 무늬 전사지, 그 제조 방법 및 이를 이용한 전사 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8696774B2 (en) * 2010-01-07 2014-04-15 General Electric Company Gasification system and method using fuel injectors
US9441887B2 (en) * 2011-02-22 2016-09-13 Ensyn Renewables, Inc. Heat removal and recovery in biomass pyrolysis
US9028571B2 (en) * 2011-04-06 2015-05-12 Ineos Bio Sa Syngas cooler system and method of operation
CN103547873B (zh) 2011-05-09 2016-02-03 Hrl宝库（Idgcc）有限公司 集成干燥气化系统和改进集成干燥气化系统的性能的方法
BRPI1105768A2 (pt) * 2011-09-01 2016-05-03 Guradoor Sl dispositivo reator duplo de gaseificacao-pirolise
US20130232856A1 (en) * 2012-03-09 2013-09-12 William Rex Clingan Process for production of fuels and chemicals from biomass feedstocks
US9023243B2 (en) * 2012-08-27 2015-05-05 Proton Power, Inc. Methods, systems, and devices for synthesis gas recapture
US9102882B2 (en) 2012-09-04 2015-08-11 General Electric Company Gasification system and method
US9545604B2 (en) 2013-11-15 2017-01-17 General Electric Company Solids combining system for a solid feedstock
CN104258639B (zh) * 2014-09-30 2016-02-10 成都易态科技有限公司 恢复高温气体过滤器过滤通量的方法
WO2016198725A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Volter Oy A gas generating apparatus and a method for treating the particulate matter formed in a gasifier of a gas generating apparatus
CN105647590A (zh) * 2015-12-04 2016-06-08 孔令增 双段煤气发生炉纯氧连续气化发电联产合成氨、尿素的方法
US20220002152A1 (en) * 2020-07-01 2022-01-06 James E. Klepper System and method for making syngas
CN112940789A (zh) * 2021-01-26 2021-06-11 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种具有高捕渣率的两段气化炉及废锅系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4069024A (en) * 1977-05-09 1978-01-17 Combustion Engineering, Inc. Two-stage gasification system
US4457764A (en) * 1982-02-15 1984-07-03 L & C Steinmuller Gmbh Two-stage gasifier
US4872886A (en) * 1985-11-29 1989-10-10 The Dow Chemical Company Two-stage coal gasification process
US20080148634A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-26 Yu Zunhong Two-stage gasification apparatus coupled with heat recovery and washing and its applications

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3847563A (en) 1973-05-02 1974-11-12 Westinghouse Electric Corp Multi-stage fluidized bed coal gasification apparatus and process
US4021298A (en) 1974-01-29 1977-05-03 Westinghouse Electric Corporation Conversion of coal into hydrocarbons
US3963426A (en) 1974-07-22 1976-06-15 Cameron Engineers, Incorporated Process for gasifying carbonaceous matter
US4022591A (en) 1974-08-28 1977-05-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Coal gasification apparatus
NL179468C (nl) 1974-09-09 1986-09-16 Shell Int Research Werkwijze voor het vergassen van olie door partiele oxydatie onder tangentiele invoer van de oxydant.
NL7504844A (nl) 1975-04-24 1976-10-26 Shell Int Research Werkwijze en inrichting voor het toevoeren van een droog, vrij stromend, koolpoeder aan een hogedruk koolvergassingsreactor.
NL7514128A (nl) 1975-12-04 1977-06-07 Shell Int Research Werkwijze en inrichting voor de partiele verbran- ding van koolpoeder.
NL7610560A (nl) 1976-09-23 1978-03-29 Shell Int Research Werkwijze en reactor voor de partiele ver- branding van koolpoeder.
US4209304A (en) 1978-06-30 1980-06-24 Texaco Inc. Coal gasification-method of feeding dry coal
US4248604A (en) 1979-07-13 1981-02-03 Texaco Inc. Gasification process
US4312638A (en) 1980-04-18 1982-01-26 Westinghouse Electric Corp. Coal gasification process
JPS5776088A (en) 1980-10-31 1982-05-12 Nippon Kokan Kk <Nkk> Coal gasification using powdered coal and its device
JPS6032889A (ja) 1983-08-04 1985-02-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 石炭ガス化装置
FI873735A0 (fi) * 1987-08-28 1987-08-28 Ahlstroem Oy Foerfarande och anordning foer foergasning av fast kolhaltigt material.
US4823741A (en) 1987-12-11 1989-04-25 Shell Oil Company Coal gasification process with inhibition of quench zone plugging
US4874397A (en) 1987-12-29 1989-10-17 Shell Oil Company Coal gasification process
US4963162A (en) 1987-12-29 1990-10-16 Shell Oil Company Coal gasification process
US4851013A (en) 1987-12-29 1989-07-25 Shell Oil Company Gasification process
US4959080A (en) 1989-06-29 1990-09-25 Shell Oil Company Process for gasification of coal utilizing reactor protected interally with slag coalescing materials
USH1325H (en) 1992-10-13 1994-07-05 Shell Oil Company One stage coal gasification process
US5435940A (en) 1993-11-12 1995-07-25 Shell Oil Company Gasification process
USH1538H (en) 1994-04-26 1996-06-04 Shell Oil Company Use of coal feedstock to a coal gasification plant for removing sulfur from a gaseous stream
US5641327A (en) * 1994-12-02 1997-06-24 Leas; Arnold M. Catalytic gasification process and system for producing medium grade BTU gas
US5931978A (en) 1995-12-18 1999-08-03 Shell Oil Company Process for preparing synthesis gas
US6141796A (en) 1996-08-01 2000-11-07 Isentropic Systems Ltd. Use of carbonaceous fuels
US7285144B2 (en) * 1997-11-04 2007-10-23 Ebara Corporation Fluidized-bed gasification and combustion furnace
EP1373440A2 (en) * 2000-12-08 2004-01-02 Foretop Corporation Process and gas generator for generating fuel gas
FI112952B (fi) 2001-12-21 2004-02-13 Foster Wheeler Energia Oy Menetelmä ja laitteisto hiilipitoisen materiaalin kaasuttamiseksi
US20060165582A1 (en) * 2005-01-27 2006-07-27 Brooker Donald D Production of synthesis gas
KR20090019816A (ko) * 2006-05-05 2009-02-25 플라스코에너지 아이피 홀딩스, 에스.엘., 빌바오, 샤프하우젠 브랜치 가스 조절 시스템
EP2147965B1 (en) * 2007-05-14 2016-11-30 Keda Industrial Co., Ltd. A coal circulating fluidized bed coal gas generating furnace system
DE102007046260A1 (de) * 2007-09-26 2009-04-09 Uhde Gmbh Verfahren zur Reinigung des Rohgases aus einer Feststoffvergasung
US8221513B2 (en) * 2008-01-29 2012-07-17 Kellogg Brown & Root Llc Low oxygen carrier fluid with heating value for feed to transport gasification
CN101294708A (zh) * 2008-04-25 2008-10-29 东南大学 城市生活垃圾流化床气化燃烧处理方法
TWI449781B (zh) * 2008-12-17 2014-08-21 Lummus Technology Inc 包含分段漿料添加之氣化系統及方法
EP2379679A1 (en) * 2008-12-23 2011-10-26 Wormser Energy Solutions, Inc. Mild gasification combined-cycle powerplant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4069024A (en) * 1977-05-09 1978-01-17 Combustion Engineering, Inc. Two-stage gasification system
US4457764A (en) * 1982-02-15 1984-07-03 L & C Steinmuller Gmbh Two-stage gasifier
US4872886A (en) * 1985-11-29 1989-10-10 The Dow Chemical Company Two-stage coal gasification process
US20080148634A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-26 Yu Zunhong Two-stage gasification apparatus coupled with heat recovery and washing and its applications

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150023873A (ko) * 2012-06-26 2015-03-05 루머스 테크놀로지 인코포레이티드 이중 퀀치에 의한 2단 가스화 방법
KR20220042752A (ko) 2020-09-28 2022-04-05 (주)두리가온 인조 자개 무늬 전사지, 그 제조 방법 및 이를 이용한 전사 방법

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Publication number Publication date
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WO2010120495A3 (en) 2011-03-24
JP5763618B2 (ja) 2015-08-12
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KR101643792B1 (ko) 2016-07-28
US9175847B2 (en) 2015-11-03
WO2010120495A2 (en) 2010-10-21
AU2010236899A1 (en) 2011-10-06

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