KR20130016270A - 가스화 가스로 탄소-함유 피드스톡을 처리하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 기술 및 설비에 관한 것으로, 특히 고체의 가정용 및 산업용 폐기물뿐만 아니라 그 외의 다른 탄소-함유 피드스톡을 연소가능한 가스화 가스로 처리하는 장치 및 열 분해 및 다운드래프트 가스화 처리를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

가스화 가스로 탄소-함유 피드스톡을 처리하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING OF CARBON-CONTAINING FEED STOCK INTO GASIFICATION GAS}

본 발명은 화학적 기술 및 설비에 관한 것으로, 특히 고체 가정용 및 산업용 폐기물, 화석 연료뿐만 아니라 그 외의 다른 탄소-함유 피드스톡을 열 분해 및 다운드래프트 가스화 공정을 사용하여 가스화 가스로 처리하기 위한 공정 및 장치에 관한 것이다.

본 출원은 그 전체가 본 명세서에서 참고로 인용된 2010년 3월 15일자에 출원된 미국 가특허 출원 제61/314,002호를 우선권 주장한다.

다운드래프트 가스화 공정은 탄소-함유 피드스톡의 처리를 위한 최신의 기술로 전형적으로 사용되는 공정인 업드래프트 가스화 공정에 비해 다수의 이점을 갖는다. 다운드래프트 가스화 공정의 일 이점은 저온 열 분해 구역에서 형성되는 공정 타르, 산 및 스팀이 연소 및 재형성 구역을 통과하는 데 있으며, 이 구역에서 고온의 노출 하에서 상기 공정 타르, 산 및 스팀이 가스화 가스로 거의 완벽히 변환된다. 이에 따라, 예를 들어, 상기 가스의 냉각 및 정화를 위한 비용이 최소화되면서 가스-디젤 엔진, 가스 동력식 엔진 또는 가스 터빈 내에서 전기 에너지를 생성하기 위하여 상기 가스를 사용할 수 있다.

동시에, 종래의 다운드래프트 가스화 공정은 공정의 보다 폭 넓은 사용을 저해하는 일부 단점을 갖는다. 기술적 및 과학적 문헌에서 기술되는 종래의 다운드래프트 가스화 공정의 단점들 중 일부는 하기와 같다:

(1) 완전한 셧-다운(complete shut-down) 이후에 불안정한 가스화 공정에서 야기되는, 건조 및 저온 열 분해 동안에 벙커 내에서의 피드스톡의 고정(chocking-up)으로 인해, 높은 함유량의 휘발성 성분으로 피드스톡을 가소화 및 코킹(coking)하기 위해 다운드래프트 공정의 사용의 불가능성,

(2) 낮은 재(ash) 용융 온도를 갖는 높은 재 함유량을 갖는 피드스톡, 응집 압축 몸체를 나타내는 피드스톡 또는 미세하거나 높은 비율의 피드스톡을 처리불가능함,

(3) 피드스톡의 주기적인 로딩 또는 추가 로딩, 이의 수동 분쇄 및 가압을 위한 공정의 중단의 필요성("포킹(poking)"으로 언급됨),

(4) 잔여 재 및/또는 슬래그 잔류물의 주기적인 제거의 필요성,

(5) 이러한 가스의 사용을 더욱 어렵게 하는, 피드스톡의 로딩 동안의 중단으로 인해 생성된 가스의 조성물 및 v의 이종성,

(6) 격렬한 슬래그 형성 공정의 개시를 허용하지 않는, 매개변수에 따라 공기 흐름 공급에 의해 야기된 가스화기의 상대적으로 작은 생산성,

(7) 독성 무기 재 잔여물의 생성,

(8) 가스화기 효율을 향상시키기 위해 생성된 가스의 열을 효과적으로 사용할 수 없음 및

(9) 상당한 열 손실.

하기는 본 발명의 예시적인 실시예의 개략적인 설명이다. 이는 본 발명을 구체적으로 나타내기 위해 본 명세서에 첨부된, 청구항의 범위를 임의의 방식으로 제한하지 않으며, 당업자가 뒤이은 상세한 설명을 보다 신속히 습득할 수 있도록 돕기 위한 계기로서 제공된다.

본 발명의 장치의 일 실시예는 외부 용기 및 내부 용기를 포함하고, 내부 용기는 외부 용기의 내측에 위치되어 내부 용기와 외부 용기 사이에 공극이 형성된다. 장치는 또한 신장된 로딩 기구 트렁크를 따라 피드스톡을 이동시키기 위한 피드스톡 공급기(feedstock feeder) 및 신장된 로딩 기구가 구비된 로딩 기구를 또한 포함한다. 장치는 가스화기 트렁크, 연소 챔버, 가스 배출구 및 슬래그 배출 기구를 추가로 포함한다.

전술된 장치의 작동은 피드스톡을 가스화기 트렁크에 연속적으로 공급하는 것을 포함하고, 여기서 피드스톡은 로딩 기구에 의해 생성된 압력 하에서 공급되고, 이에 따라 피드스톡은 가스화기 트렁크와 로딩 기구 트렁크를 따라 이동하며, 냉각, 기계적 분쇄 및 슬래그 제거 이후에 모든 처리 구역을 통하여 형성된 가스 및 잔여 탄소의 이동이 방해되지 않을 수 있다.

본 발명의 신규한 방법의 일 실시예는 로딩 기구 트렁크를 제공하는 단계, 건조 구역을 제공하는 단계, 가소화 구역을 제공하는 단계, 열 분해 구역을 제공하는 단계, 연소 구역을 제공하는 단계, 재형성 구역을 제공하는 단계, 슬래그 배출 구역을 제공하는 단계, 피드스톡을 공급하는 단계, 상기 로딩 기구 트렁크뿐만 아니라 신장된 로딩 기구 트렁크와 피드스톡 공급기를 포함하는 로딩 기구를 이용하여 각각의 상기 건조 구역, 열 분해 구역, 연소 구역, 재형성 구역 및 슬래그 배출 구역을 통해 상기 피드스톡을 밀어 넣는 단계를 포함한다.

상기 방법은 상기 피드스톡을 상기 로딩 기구 트렁크를 통해 밀어 넣어 대기로부터 상기 건조 구역, 상기 가소화 구역, 상기 열 분해 구역, 상기 연소 구역, 상기 재형성 구역 및 상기 슬래그 배출 구역을 실질적으로 기밀식으로 분리하는 플러그를 형성하는 단계, 상기 건조 구역 내에서 상기 피드스톡으로부터 스팀을 형성 및 분리하는 단계, 상기 열 분해 구역 내에서 열 분해 가스를 형성하는 단계, 상기 열 분해 구역 내에서 상기 피드스톡으로부터 상기 열 분해 가스 모두를 실질적으로 분리하여 탄소 탄 잔류물(carbon char residue)을 분리하는 단계, 및 가스화 가스를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 장치의 계략적인 도면.
도 2는 본 발명의 방법의 일 실시예를 실시하는 장치 내에서 기능적 구역의 분포를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 방법의 일 실시예의 흐름도.

본 발명은 가스화 가스(gasification gas)로 탄소-함유 피드스톡을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 하기 기술 내용은 당업자가 본 발명을 구성 및 이용할 수 있도록 제공되고, 이 기술 내용 및 이의 요건의 내용으로 제공된다. 본 발명이 가정용 및 산업용 폐기물을 처리하기 위한 방법 및 장치에 관해 기술될지라도, 선호되는 실시 형태에 대한 다양한 변형예가 당업자에게 자명하며, 본 명세서에 기재된 원리는 그 외의 다른 탄소-함유 피드스톡, 장치의 실시 형태 및 방법의 변형예에 적용될 수 있다.

본 발명에 따라 기존에 공지된 방법에 의해 다운드래프트 공정(downdraft process)에서 신뢰성 있고 효율적으로 처리할 수 없는 다양한 형태학적 구조, 부분 조성물 및 증가된 수분 함유량을 갖는 피드스톡을 처리할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 장치의 일 실시 형태는 외부 용기(1), 내부 용기(2), 연소 챔버(fire chamber, 3), 로딩 기구 트렁크(loading mechanism trunk, 4) 및 슬래그 배출 기구(slag discharge mechanism, 5)를 포함한다.

외부 용기(1)는 바람직하게는 실린더의 형태인 시트 내열 스틸로 제조되지만 또 다른 내열 재료로 제조될 수 있고, 비-원통형 형태를 가질 수 있다. 냉각 플랜지(10)는 바람직하게는 환형 공기 냉각 채널(11)과 함께 외부 용기(1)의 하부 단부에 부착된다. 플랜지(12)는 외부 용기(1)의 상부 단부에 부착된다. 바람직하게는, 직사각형 또는 원형 단면을 특징으로 하는 가스 출구(13)는 외부 용기(1)에 대해 접선방향으로 배치된다. 가스 출구(13)는 본 발명의 장치로부터 생성된 가스화 가스를 배출하기 위함이다.

열 자켓(thermal jacket, 14)은 바람직하게는 외부 용기(1)의 외부 표면상에 배치된다. 공기 채널(15)은 열 자켓(14) 내에 형성된다. 단열 자켓(14)은 바람직하게는 외부 케이싱(16) 및 랜딩 패드(landing pad, 17)가 설치된다. 대안의 실시 형태에서, 외부 케이싱(16)은 하부 플랜지(10)에 부착되고 강성의 동심 브리지에 의해 서로 연결된 상이한 직경의 2개의 원통형 쉘로서 제조될 수 있다. 커버(18)는 상부 플랜지(12)에 부착된다. 플랜지(19)는 커버(18)의 상부 부분에 배치되고, 공기 분배 박스(20)는 플랜지(19)의 상부 표면에 부착된다. 플랜지(19)는 플랜지(12)와 결합된다. 플랜지(19)는 또한 내부 용기(2)의 상부 부분에 연결된다.

슬래그 배출 기구(5)의 몸체(9)는 하부 플랜지(10)에 부착된다. 공기 냉각 채널(24)을 포함한 플랜지(23)는 슬래그 배출 기구(5) 위에 배치된다. 공기 채널(48)은 플랜지(10)를 통과하고 공기 냉각 채널(11, 24)들을 연결한다.

이 실시 형태에서, 내부 용기(2)는 원통형 형태를 특징으로 하고, 시트 내열 스틸로 제조된다. 내부 용기(2)는 외부 용기(1) 내에 배치된다. 내부 용기 랜드 외부 용기(2)는 플랜지(19)를 통해 연결된다. 가스 채널(26)은 내부 채널(2)과 외부 채널(1) 사이에 배치된다.

커버(21)는 공기 분배 쉘(20)로 플랜지(22)를 통하여 내부 용기(2)의 상부 부분에 연결된다. 연소 챔버(3)는 내부 용기(2)의 하부 부분에 배치된다.

가스화기 트렁크(gasifier trunk, 8)은 내부 용기(2)의 내측에 배치된다. 내부 용기(2) 내에 배치된 공기 공급 채널(25)은 연소 챔버(3)과 공기 분배 쉘(20)을 연결한다. 파이프는 공기 공급 채널(25)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 터뷸레이터(turbulator, 27)는 내부 용기(2)의 외부 표면상에 형성된다.

선호되는 실시 형태에서, 연소 챔버(3)는 내화 스틸로 성형된다. 대안적으로, 연소 챔버(3)는 용접된 구조물을 가질 수 있거나, 또는 또 다른 적합한 형태일 수 있다. 연소 챔버(3)는 내부 벽(28) 및 외부 벽(29)을 특징으로 한다. 게다가, 선호되는 실시 형태에서, 연소 챔버(3)는 공기 공급 챔버(25)에 의해 공기 분배 쉘(20)과 연결된 트위어 만곡부(tuyere bend, 30) 하에서 내부 부피를 형성하는 동심 인서트에 의해 서로 고정된 원통형 쉘로 구성된다.

연소 챔버(3)의 내부 벽(28)은 이의 바닥에서 더 큰 직경을 갖는 원뿔대의 형상을 갖는다. 내열 코팅이 연소 챔버(3)의 외부 표면에 도포될 수 있다. 외부 트위어(31)는 내부 벽(28)의 주변 주위에서 노즐로서 구성될 수 있다.

내부 트위어(32)는 내부 용기(2)의 벽에 대해 각을 이루어 연소 챔버(3)의 중앙 부분에 배치된다. 내부 트위어(32)는 공기 공급 채널(25)에 의해 공기 분배 쉘(20)에 연결된다.

로딩 기구(7)는 수용 벙커(receiving bunker, 33), 피드스톡 공급 채널(feedstock supply channel, 34) 및 로딩 기구 트렁크(loading mechanism trunk, 35)를 포함한다. 로딩 기구는 피스톤(36) 또는 또 다른 설계의 적합한 기계식 구동장치가 장착될 수 있다. 선호되는 실시 형태에서, 가스화기 트렁크(8)는 가스화기 트렁크(8)의 축이 로딩 기구 트렁크(35)의 축과 실질적으로 일치되고 로딩 기구 트렁크(35)의 하부 개방 변부(4)가 가스화기 트렁크(8)의 상부 변부의 높이 또는 다소 아래에 배치되도록 내부 용기(2)의 내측에 배치된다. 로딩 기구 트렁크(35)의 직경은 가스화기 트렁크(8)의 직경보다 작다.

대안의 실시 형태에서, 커버(21) 위에 배치된 로딩 기구 트렁크(35)의 일부는 쿨러(cooler)가 장착될 수 있다. 가스화기 트렁크(8)는 바닥을 향해 넓어지는 원뿔대와 같이 형성된다. 탈가스 슬릿(degassing slit)은 바람직하게는 가스화기 트렁크(8)의 벽 내에 형성된다. 탈가스 슬릿은 바람직하게는 가스화기 트렁크(8)의 벽의 전체 길이를 통해 절단되지만 바람직하게는 가스화기 트렁크(8)의 중간-부분에 더 근접하게 절단되지 않은 부분이 형성될 수 있다. 선호되는 실시 형태에서, 탈가스 슬릿은 가스화기 트렁크(8)의 하부 단부를 향하여 더 넓어진다. 가스화기 트렁크(8)의 하부 부분의 직경은 내부 용기(2)의 치수보다 작다.

선호되는 실시 형태에서, 가스화기 트렁크(8)는 가스화기 트렁크(8)의 외부 표면에 부착된 다양한 직경의 스틸 링을 이용하여 이의 길이를 따라 보강된다. 이러한 스틸 링은 강성 구조물로서 제공된다. 가스화기 트렁크의 형태가 상이한 경우, 강성 구조물은 가스화기 트렁크의 형태와 일치될 것이다. 예를 들어, 가스화기 트렁크가 8각형인 경우, 강성 구조물도 또한 8각형일 것이다. 추가로, 선호되는 실시 형태에서, 가스화기 트렁크(8)는 탈가스 슬릿에 의해 분리된 벽 세그먼트 상에 배치된 강성 립이 장착된다.

댐핑 챔버(37)는 가스화기 트렁크(8)와 내부 용기(2) 사이에 형성된다.

슬래그 배출 기구(5)는 원통형 몸체(9)를 포함한다. 플랜지(23)는 원통형 몸체(9)의 상부 부분에 부착된다. 플랜지(23)는 공기 채널(48)이 장착된다. 공기 분배 박스(39)는 슬래그 배출 기구(5)의 바닥(40)의 내측 표면에 부착된다. 공기 분배 박스(39)는 바람직하게는 상부 부분에 구멍을 갖는 원통형 형태로 형성된다. 공기 공급 채널(38)의 브랜치 파이프(branch pipe)는 슬래그 배출 기구(5)의 측면 벽을 통해 삽입되고, 공기 분배 박스(39)에 접선방향으로 부착된다.

슬래그 배출 기구(5)는 또한 테이블(41)이 장착된다. 회전식 슬래그 스크레이퍼(rotating slag scraper, 42)는 테이블(41)이 장착된다. 회전식 슬래그 스크레이퍼(42)는 테이블(41) 상에 배치된다. 회전식 슬래그 스크레이퍼(42)는 내부에 공기- 또는 수-냉각 시스템을 갖는 중공 구조로 구성된다. 슬래그 스크레이퍼(42)는 냉각제 입구 브랜치 파이프(45) 및 냉각제 출구 브랜치 파이프(46)가 장착된다. 슬래그 스크레이퍼(42)는 또한 베어링 유닛(4) 및 기계식 구동장치(43)가 장착된다. 테이블(41)은 슬래그 배출 기구(5)의 몸체(9)에 부착된다.

플랜지(23)는 테이블(41)과 이어진다. 공기 채널(48)은 플랜지(23, 10)들 사이에 배치되고, 공기 채널(48)은 슬래그 배출 기구(5)의 트레이(24)와 공기 냉각 채널(11)을 연결한다. 하나 이상의 슬래그 수집 벙커(47)는 테이블(41)의 하부 표면에 부착된다. 슬래그 수집 벙커(47)는 슬래그 배출 고정 채널(6)에 연결된다.

선호되는 실시 형태의 작동

피드스톡은 로딩 기구(33)의 수용 벙커 내로 로딩된다. 그 뒤, 피드스톡의 배치는 피드스톡 공급 채널(34) 내로 유입된다. 피드스톡은 구동장치가 장착된 피스톤에 의해 이동될 수 있다. 따라서 피드스톡 배치는 바람직하게 경사진 피드스톡 공급 채널(34) 내로 유입되고, 그 뒤 로딩 기구 트렁크(35) 내로 유입된다. 피드스톡의 배치가 로딩 기구 트렁크(35) 내로 이동될 때, 피스톤(36)은 이의 상부 위치에 배치된다. 피드스톡의 배치가 로딩 기구 트렁크(35) 내로 유입된 후, 이의 구동장치에 의해 구동되는 피스톤(36)은 이의 하부 위치로 하부을 향해 보내지고, 이에 따라 피드스톡이 로딩 기구 트렁크(35) 아래로 이동한다. 기밀식 플러스는 로딩 기구 트렁크(35)의 내측 벽과 압축된 피드스톡 사이의 마찰력과 함께 피스톤(36)에 의해 가해진 압력 하에서 피드스톡으로부터 형성된다.

로딩 기구 트렁크(35) 및 피드스톡 공급 채널(34)의 피스톤과 구동장치의 작동은 동조된다. 이에 따라 가스화기 트렁크(8) 내로 기밀식의 이동식 플러그의 형태로 압축된 피드스톡의 배치 공급(batched supply)이 허용된다. 다음의 로딩 사이클 동안, 로딩 기구 트렁크(35) 내에 형성되는 새로운 플러그는 이전의 것을 가스화기 트렁크(8) 내로 하향 가압한다. 가스화기 트렁크(8)의 직경이 로딩 기구 트렁크(35)의 직경보다 크기 때문에, 압축된 기밀식 플러그의 형태인 피드스톡은 가스화기 트렁크(8)의 상부 부분의 전체 표면에 걸쳐 분포된 더 작은 부분 내로 하향 제동되다.

로딩 기구 트렁크(35)는 작동 중에, 특히 플러그 기밀의 손실을 야기할 수 있는 건조(drying up) 또는 번아웃(burnout)으로부터 가스화기의 셧오프(shutoff) 동안에 기밀식 플러그를 보호하는 외부 쿨러가 장착될 수 있다. 가스화기 트렁크(8)는 이의 바닥을 향하여 넓어지는 원뿔대로 구성된다. 또한, 바닥을 향하여 넓어지는 탈가스 슬릿에 따라 가스화기 트렁크(8)의 내부 벽과 피드스톡(가스화기 트렁크(8)의 하부를 향해 이동함에 따라) 사이의 마찰이 감소될 수 있으며, 이에 따라 연소 챔버(5) 내로 가스화기 트렁크(8)를 통한 피드스톡의 이동이 용이해진다.

전체 길이를 따라 가스화기 트렁크(8) 내의 압축된 피드스톡은 내부 용기(2)의 벽으로부터 외부 열에 노출되고, 연소 챔버(3)의 구역에서 생성된 고온 가스에 의해 외부으로부터 가열되며, 내부 용기(2)와 외부 용기(1) 사이의 간격을 통해 가스 출구(13)로 보내진다. 가스화기 트렁크(8)를 따라서 온도는 이의 하부 부분에서 대략 700 °C 및 이의 상부 부분에서 대략 300 내지 400 °C에 도달된다.

내부 용기(2)의 외부 표면에 나선 패턴으로 부착된 복수의 금속 블레이드로 구성되는 터뷸레이터(27)는 고온 가스화 가스의 상향 흐름으로부터 내부 용기(2)의 벽으로 열 전달을 증대시킨다.

피스톤(36)의 연속 작동으로 인해, 가스화기 트렁크(8) 내의 피드스톡은 연소 챔버(3)를 향하여 하향 이동한다. 가스화기 트렁크(8) 아래로 이동함에 따라, 피드스톡은 열에 대한 노출에 의해 야기된 변형을 겪는다. 피드스톡의 이러한 저-온 처리는 대략 3 단계, 건조 단계, 가소화 단계 및 저-온 열분해 단계로 나뉠 수 있다. 따라서, 가스화기 트렁크(8)는 저-온 처리 구역 - 구역 1 - 을 나타낸다. 도 2는 본 발명에 따르는 장치 내의 다양한 구역을 예시적으로 나타낸다.

구역 1은 대략 3개의 영역으로 나뉠 수 있다:

- 영역 1.1 - 피드스톡 건조 구역;

- 영역 1.2 - 가소화 구역; 및

- 영역 1.3 - 저온 열 분해 구역.

경타르 및 탄소를 함유하는 공정 스팀 및 열 분해 가스는 구역 1에서 피드스톡의 저-온 처리에 의해 형성된다. 이러한 스팀 및 가스는 가스화기 트렁크(8)의 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버(37) 내로 들어간다. 댐핑 챔버(37)는 내부 용기(2)와 가스화기 트렁크(8) 사이에 배치된다. 공정 스팀 및 열 분해 가스는 그 뒤 내부 용기(2)와 가스화기 트렁크(8)의 하부 부분의 직경의 차이에 의해 형성된 간격을 통하여 연소 챔버(3)의 구역 내로 들어간다. 로딩 기구 트렁크(35) 내의 피드스톡으로부터 형성된 기밀식 플러그에 따라 구역 1 내에 형성된 스팀-가스 혼합물의 대기 내로 배출이 허용되지 않는다. 동일한 플러그에 따라 공기가 외부으로부터 유입되는 것이 방지된다. 저-온 열 분해 구역(영역 1.3) 내에 형성되고 가스화기 트렁크(8)의 탈가스 슬릿을 통과하는, 열 분해 가스와 함께 경 타르 및 탄소는 댐핑 챔버(37)의 하부 부분을 차단할 수 있다. 그러나, 건조 구역(영역 1.1)으로부터 유입되는 스팀 및 대략 1300 °F의 고온에 따라 댐핑 챔버(37)의 하부 영역에서 타르가 제거되고, 이에 따라 댐핑 챔버(37)로부터 연소 챔버(3) 내로 가스-스팀 혼합물의 차단되지 않은 이동이 허용될 수 있다.

가소화 구역(영역 1.2) 내에는 탈가스 슬릿이 없다. 피스톤(36)의 압력 하에서 고체로부터 점성이 있는 상태로 응집 상태가 변화하는 피드스톡은 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버(37) 내로 이 영역에서 밀어 넣어지지 않고 이에 따라 스팀-가스 혼합물의 자유로운 이동을 위한 방해물을 생성하는 것을 보장할 필요가 있다.

공기 공급 채널(25)은 가스화기 트렁크(8)의 탈가스 슬릿의 마주보는 측면 상에서 댐핑 챔버(37) 내에 배치된다. 슬래그 배출 기구(5)의 벽으로부터 가열된 공기는 공기 분배 쉘(20)로부터 공기 공급 채널(25)을 통하여 내부 트위어(32)로 공급되고, 또한 하부-트위어 만곡부(30)를 통해 외부 트위어(31)로 공급된다.

스팀 및/또는 이산화탄소가 댐핑 챔버(37)의 상부 부분에 배치된 스팀 입구(49)를 통한 추가 산화제로서 가스화기 내로 유입될 수 있다.

내부 트위어(32)는 가스화기 트렁크(8)의 하부 변부의 높이에 배치된다. 내부 트위어(32)는 내부 용기(2)의 벽에 대해 대략 45°로 설치된다. 내부 트위어는 플레이트 홀더와 부착되고, 또한 연소 챔버(3)의 구역 내로 피드스톡이 갑작스럽게 떨어지는 것을 방지하기 위해 가스화기 트렁크(8) 내의 피드스톡용 지지부를 제공한다. 플레이트 홀더에 따라 또한 피드스톡이 세그먼트로 분리되는데 도움이 된다. 차례로, 이는 연소 챔버(3)의 구역에서 잔여 탄소의 가스화의 공정을 돕고, 이는 댐핑 챔버(37)로부터 유입되는 가스와 함께 외부 트위어(31)로부터 유입되는 공기가 압축된 피드스톡 내로 자유롭게 침투할 수 있기 때문이다.

저-온 처리 구역(구역 1)을 통과한 후, 세그먼트로 분할되고 부분적으로 분쇄된 스팀-가스 혼합물 및 잔여 탄소는 피스톤(36)의 작용 하에서 연소 챔버(3) 내로 유입되고, 여기서 고-온 처리 구역(구역 2)이 배치된다. 구역 2는 대략 1300 °F 내지 대략 2400 °F의 온도를 특징으로 하고, 여기서 스팀-가스 혼합물 및 잔여 탄소가 도 2에 도시된 바와 같이 고온에 노출된다.

- 영역 2.1 - 고-온 열 분해 및 후속 가스화 구역;

- 영역 2.2 - 연소 구역;

- 영역 2.3 - 재형성 구역(reforming zone).

연소 챔버(3)는 내부 용기(2)의 하부 부분에 배치되고, 연소 챔버(3)의 내부 벽(29)과 연소 챔버(3)의 외부 벽(28)을 포함하는 중공 하부-트위어 만곡부(30)로 구성된다. 공기 공급 채널(25)은 내부 벽(29)의 상부 부분에 부착된다. 외부 트위어(31)는 이의 전체 주연부를 따라 내부 벽(29)의 중간 부분에 배치된다.

내부 트위어(32)는 연소 챔버(3) 내측에 배치된다. 외부 트위어(31) 및 내부 트위어(32)는 트위어 만곡부를 형성한다. 잔여 탄소 및 스팀-가스 혼합물은 트위어 만곡부를 따라 피스톤(36)의 작용 하에서 댐핑 챔버(37)로부터 이동한다. 슬래그 배출 기구(5)의 벽으로부터 가열된 공기는 공기 공급 채널(25)을 통해 하부-트위어 만곡부(30) 내로 유입되고, 여기서 이는 추가로 가열되는 반면 하부-트위어 만곡부(30)의 금속 구조물은 냉각된다.

가열된 공기는 초당 약 30 미터 내지 50 미터의 속도로 외부 트위어(31)를 통해 연소 챔버(3)의 연소 구역(영역 2.2)으로 유입된다. 가열된 공기는 또한 대략 동일한 속도로 내부 트위어(32)를 통해 연소 구역 내로 공급된다. 초기에, 연소 구역 내에서 공기 산소의 영향 하에서, 잔여 탄소의 부분적인 연소뿐만 아니라 저-온 처리(구역 1) 내에 형성된 고-에너지 가스 및 타르의 실질적으로 완전한 연소가 수행된다. 연소 구역(영역 2.2)에서 산화 반응의 상당한 발열 효과로 인해, 온도는 대략 2700 - 3100 °F로 급격히 올라가고, 이에 따라 높은 수분 함유량을 갖는 피드스톡을 사용할 수 있을 뿐만 아니라 추가로 하이드로 가스화 생성물에 의해 생성된 가스화 가스의 양을 증가시킬 수 있다.

차례로, 피드스톡의 수분 함유량이 증가됨에 따라 이 구역에서의 온도가 1600 - 2400 °F로 떨어질 수 있다. 트위어로부터 유입되는 높은 속도의 공기는 연소 챔버(3) 내에서 전체 연소 속도와 비교할 때 트위어의 전방에서 직접적으로 잔여 탄소의 연소를 촉진시킨다(최대 200 %). 이에 따라 트위어 만곡부의 구역 내에 존재하는 잔여 탄소 벌크가 엉성해지고(loosen up), 이에 따라 동일한 구역 내에 가스화의 결과로서 형성된 가스 내에서 격렬한 탄소 비등 효과(carbon boiling effect)가 야기되며, 이 구역에서 1차 재형성 반응과 연소 반응의 효과가 촉진되어 생성된 가스화 가스의 조성물이 상당히 향상된다.

연소 구역(영역 2.2)에서 가스화되지 않은 잔여 탄소는 재형성 구역(영역 2.3) 내로 하강하고, 여기서 이는 완전한 가스화로 야기되는 2차 재형성 반응에 가담한다. 이 재형성 구역(영역 2.3)에서, 연소 구역(영역 2.2)에서 공기 산소와 반응하지 않는 저-온 처리의 가스 및 타르는 고온 잔여 탄소 및 슬래그로부터 고온의 영향하에서 단순한 연소가능한 가스의 수준으로 감소되고 최종적으로 변환된다. 재형성 구역(영역 2.3) 내에서 수행되는 재형성 반응은 상당히 현저한 흡열 특성을 갖는다. 이에 따라 이 구역에서 온도가 감소될 뿐만 아니라 처리된 가스화 가스의 온도가 대략 1300 - 1450 °F로 떨어진다.

재형성 구역(영역 2.3)과 연소 구역(영역 2.2)에서 잔여 탄소의 유기 성분은 흡착제로서 작용하고 중금속의 유해 혼합물, 황 및 염소 화합물로부터 생성된 가스화 가스의 정화에 능동적으로 가담하고, 이들을 물 형태, 즉 주요하게 복합 규산염 슬래그 내에서 불활성적으로 용해불가능하게 변환시킨다.

이들 구역 내에서 가스 정화 정도뿐만 아니라 슬래그 형성 온도는 잔여 탄소 내의 무기 성분의 구성요소에 직접 의존된다. 따라서, 가스 정화 정도뿐만 아니라 슬래그 형성 온도는 금속 산화물, 염 및 이의 수산화물과 같은 피드스톡 내의 무기 첨가제, 이산화규소 및 그 외의 다른 것을 사용하여 조절될 수 있다.

연소 구역(영역 2.2) 내에 형성된 슬래그는 이들 구역 내의 온도, 형태적 구조 및 피드스톡의 수분 함유량뿐만 아니라 무기 피드스톡 첨가제 및 가스화기 내로 처리 스팀의 가능한 추가 공급에 따라 액체, 점성 또는 고체 상태로 재형성 구역(영역 2.3)을 통하여 슬래그 구역(구역 3) 내로 이송된다. 슬래그는 냉각되고, 슬래그 구역(구역 3) 내에서 기계적으로 분쇄되며, 그 후 슬래그 배출 고정 채널(6)을 통해 제거된다.

플랜지(23)는 외부 용기(1)의 하부 플랜지(10)를 통해 가스화기의 용기와 슬래그 배출 기구(5)를 연결한다. 공기 채널(48)은 플랜지(23, 10)들 사이에 배치되고, 이에 따라 슬래그 배출 기구(5)의 트레이(24)와 공기 냉각 채널(11)이 연결된다. 공기 채널의 시스템에 따라 가스화기에 공급된 냉각 공기의 도움으로 플랜지(23, 10), 몸체 및 슬래그 배출 기구(5)의 그 외의 다른 요소뿐만 아니라 외부 용기(1)의 하부 부분에 영향을 미치는 온도가 감소되고, 이들 모두는 고-온 구역 내에 배치된다.

슬래그 배출 기구(5)의 트레이(24) 내에서 가열된 공기는 커버(21) 상에 배치된 공기 분배 박스(20)로 수직 공기 채널(15)을 통하여 공급되며, 공기 분배 박스로부터 공기는 연소 챔버(3)의 내부 및 외부 트위어로 안내된다. 슬래그 배출 기구(5)의 몸체(9)는 플랜지(23)에 대한 변이 지점에서 테이블(41)에 부착된다. 몸체(9)는 바닥(40)을 갖는다. 공기 분배 박스(39)는 바닥(40)의 내측 부분에 배치된다. 공기 분배 박스(39)는 바람직하게는 이의 커버에 동심 보어를 갖는 실린더의 형상으로 형성된다.

공기 공급 채널(38)은 슬래그 배출 기구(5)의 몸체(9)의 측면 벽을 통해 삽입된다. 차가운 주변 공기는 공기 공급 채널(38)을 통해 가스화기 내로 공급된다. 공기 공급 채널(38)은 바람직하게는 공기 분배 박스(39) 내에서 공기 분배를 향상시키기 위해 소정의 각도로 공기 분배 박스(39)에 연결된다. 회전식 슬래그 스크레이퍼(42)는 테이블(41) 상에 배치된다. 슬래그 스크레이퍼는 공기 분배 박스(39)에 의해 공기 흐름으로부터 냉각된다. 슬래그 스크레이퍼(42)는 이의 자체 공기 또는 물 냉각 시스템, 냉각제 입구(45), 냉각제 출구(46), 베어링 블록(44) 및 기계식 구동장치(43)가 설치될 수 있다.

기계식 구동장치(43)의 작동 하에서 회전 운동 동안에, 슬래그 스크레이퍼(42)는 이의 톱니형 날을 이용하여 고체 슬래그의 일부분을 긁어내고, 반면 이의 전방 날카로운 날을 이용하여 테이블(41)의 표면으로부터 슬래그를 긁어내며, 이 슬래그는 용융된 형태로 유입되지만 그 뒤에 트레이(24) 내로 연속적으로 공급되는 공기에 의한 냉각의 결과로서 테이블(41)의 표면상에서 응고된다. 슬래그는 분쇄되고, 슬래그 스크레이퍼(42)의 회전 원심력의 작용하에서 테이블(41)의 주연부로 보내지며, 여기서 하나 이상의 슬래그 축적 벙커(47)가 배치된다. 슬래그 축적 벙커는 슬래그 배출 고정 채널(6)과 연결된다. 따라서, 슬래그 축적 벙커(47)는 분쇄된 슬래그로 충전된다. 그 후에, 고정 장치의 상부 슬라이드 게이트가 개방되고(도 1에 도시되지 않음), 슬래그는 고정 장치 내로 배출되며, 이에 따라 슬래그 축적 벙커(47)가 비워진다. 그 뒤, 상부 슬라이드 게이트가 폐쇄되고, 하부 슬라이드 게이트는 개방되며(도면에 도시되지 않음), 이에 따라 고정 장치로부터 슬래그가 비워진다. 그 뒤, 슬래그는 슬래그 축적 벙커(도면에 도시되지 않음) 내로 이송장치(transporter)에 의해 추가로 안내된다. 이 공정에 따라 가스화기 내로 주변 공기의 임의의 유입 없이 실제로 슬래그가 배출될 수 있다.

고-온 처리 구역을 통과한 후, 가스화 가스는 내부 용기(2)와 외부 용기(1) 사이의 영역에 있는 가스 구역(구역 4) 내로 유입된다. 연소 챔버(3)의 하부 부분으로부터 가스 출구(13)까지의 외부 용기(1)와 내부 용기(2) 사이의 공극을 통해 바닥으로부터 상향 상승되는 동안, 가스 흐름은 내부 용기(2)를 통해 저-온도 처리 구역(구역 1) 내에서 대류 열 전달로 인해 대략 300-400 °C의 온도로 하향 냉각된다. 열 교환을 용이하게 하기 위해, 터뷸레이터(27)가 가스 구역(구역 4) 내에 설치된다.

바닥으로부터 상향 상승되는 가스 흐름은 터뷸레이터(27) 내로 유입되고, 여기서 가스 흐름은 내부 용기(2) 주위에서 나선 경로로 이동하면서 이의 운동 방향이 변화한다. 따라서, 가스 흐름의 선형 속도와 난기류(turbulence)가 증가된다. 증가된 열 교환 표면과 함께(터뷸레이터(27)의 블레이드의 표면으로 인해) 이들 두 인자는 내부 용기(2)와 가스 사이의 열 전달 속도를 상당히 향상시키며, 이에 따라 가스화 가스로부터 저-온 처리 구역(구역 1) 내의 피드스톡으로 최대량의 열이 전달된다.

터뷸레이터(27)로부터 유입되는 가스의 흐름에 대한 추가 저항을 방지하기 위하여, 가스화 가스 출구(13)는 바람직하게는 가스 출구(13)를 통한 가스 흐름의 높은 속도에 따라 가스화 가스 내에 존재할 수 있는 슬래그 분진 및 탄소의 하부 벽 내에서의 침착을 최소화하는 외부 용기(1)에 대해 하향으로 기울어지게 접선방향으로 부착된다.

가스 출구(13)는 외부 열 절연체를 가지며, 사이클론 분리기 용기(cyclone separator vessel)의 벽을 통한 가스화 가스의 열 손실을 최소화시킬 수 있는 열 절연 케이싱을 갖는 고온 사이클론 분리기와 플랜지 조인트를 통해 연결된다. 고온 사이클론 분리기는 수용 저장소 내에 수집될 수 있고 고정 장치를 통해 제거될 수 있는 미세-분산된 탄소 및 슬래그 분진으로부터 가스화기로부터 배출된 가스화 가스를 정화시키는데 사용된다.

가스화 가스는 추가로 냉각 및 최종 정화를 위한 시스템으로 안내될 수 있으며, 여기서 처리 스팀 또는 고온수의 생성에 따라 냉각이 수행될 수 있는 반면 유해 혼합물로부터의 최종 정화는 이의 추가 산업상 사용을 위해 필요할 수 있다.

본 발명의 범위를 제한하지 않고 본 발명의 보다 우수한 이해를 위해, 온도 구역의 설명이 하기에서 제공된다.

온도 구역

피드스톡의 가열, 건조, 저-온 및 고온 열 분해 처리는 본 발명의 장치 내에서 동시에 수행된다. 추가로, 피드스톡의 잔여 탄소 및 분해 생성물과 산화 가스의 상호작용이 장치 내에서 수행된다.

가스화기 장치용 피드스톡으로서, 고체 생활 폐기물(SHW)은 유기 및 광물 성분의 상당히 상이하고 다성분의 조성물이다. 표 1은 하기 논의를 기초한 데이터를 포함한다.

피드스톡의 유기 및 광물 성분은 피드스톡 처리를 위해 필수적이다. 이는 잔여 슬래그의 형성 및 생성된 가스화 가스의 조성에 대한 주요한 영향을 미친다. 광물 성분의 조성 및 유형 모두는 피드스톡의 처리에 영향을 미친다. 주요한 두 유형의 무기 성분은 기계적 혼합물 및 피드스톡 내용물과의 화학적 접합된 성분으로서 구별된다.

제1 및 주요 유형은 피드스톡의 총 중량의 대략 6% 내지 25% 범위의 무기 성분의 양을 포함한다. 이 유형의 성분은 하기 주요 성분, 예컨대, CaC0₃, MgC0₃, FeC0₃, CaS0₄, Na₂S0₄, FeS0₄, FeS₂, Si0₂, 주요 산화물 Al₂0₃, Si0₂, CaO, Na₂0, K₂0의 다양한 함유량을 포함하는 규산염 및 그 외의 다른 금속의 산화물의 소량의 함유량을 포함하고, 이의 광물 부분을 형성하는, 비철 및 철 금속, 세라믹, 구조 폐기물, 스위핑(sweeping), 유리 및 그 외의 다른 것과 같은 기계적 혼합물로서 피드스톡 내에서 발견된다.

이들 성분들은 하기 순서로서, 피드스톡 내의 이의 함유량의 감소에 따라 상징적적으로 배열된다.

제2 유형의 무기 성분은 피드스톡과 화학적으로 결합된 성분을 포함하고, 더 적은 양의 화합물로 구성된다. 이 유형의 광물 성분은 전형적으로 피드스톡의 총 중량의 0.47% 내지 2.81%로 구성된다. 일부 이러한 성분은 예를 들어 직물 폐기물 및 중합체 재료 내에 함유된 염료, 나무, 카드보드 및 종이 내에 함유된 금속 및 이의 산화물 및 염이다.

구역 1 - 저-온 처리 구역, 20-700 °C의 온도를 가짐, 이 구역은 가스화기 내로 유입되는 피드스톡의 건조, 파괴 및 저-온 열분해를 위해 제공된다. 이 구역은 3가지의 영역으로 온도 범위에 의해 대략적으로 나뉠 수 있다:

영역 1.1 - 건조 구역. 온도 범위는 20-150 °C임.

영역 1.2 - 가소화 구역. 온도 범위는 15O-350 °C임.

영역 1.3 - 저온 열 분해 구역. 온도 범위는 350-700 °C임.

영역 1.1 - 건조 구역, 20-150 °C의 온도 범위를 가짐, 로딩 채널의 상부 부분에 위치됨, 하기 공정이 수행됨:

- 로딩 기구 트렁크의 냉각된 부분에서, 필수적으로 피드스톡의 브리케팅(briquetting) 공정인 기밀식 플러그의 형성 및 로딩된 피드스톡의 압축;

- 가스화기 트렁크의 상부 부분에서 가스화 가스의 열에 의해 가온된 구역에서, 자유 수분(free moisture)의 증발 및 피드스톡의 초기 가온(initial warming);

- 집약적 스팀 형성; 피드스톡의 건조, 이 내에서 스팁의 부분적인 과열(overheating)이 수행됨; 피드스톡의 가용성 요소의 집합적 상태의 변화 공정 개시, 피드스톡 벌크 내에서 국부적 구역의 연화(softening).

건조 공정 상태에서, 자유 수분, 연료와 혼합된 수분(즉, 물과의 직접 접촉에 의해 수득된 수분), 및 증기 흡수에 의해 야기된 피드스톡의 구조물 내에 함유된 수분(흡습성 수분).

가열 공정 동안에, 건조 속도는 일정하게 신속히 증가되고, 그 뒤 일정한 건조 속도의 기간이 시작되며, 흡습성 상태의 구현 이후 하향 건조 속도의 상태가 시작된다. 증발 구역은 압축된 피드스톡의 벌크 내로 깊어진다(deepen). 수분과의 내부 베드의 농축(enrichment) 및 표면 베드의 집약적 가열은 수열 전도성(hydrothermal conductivity)의 노출 하에서 벌크 내로 이동 및 표면으로부터 수분 증발로 인해 발생된다.

건조 공정 동안에, 열 전도 계수는 일정하게 감소한다. 임계점으로부터 시작하는 열-전달 계수는 또한 피드스톡의 건조 외부 베드의 열 저항의 증가 및 증발의 심화에 의해 야기되는, 수분 함유량이 감소됨에 따라 급격히 감소된다.

이들 공정은 피드스톡의 내부 베드의 가온(warming up)의 저하를 야기하여 피드스톡의 내부 베드의 완벽한 건조를 위한 시간 증가가 야기된다. 따라서, 가스화기 트렁크 내에서 전체 피드스톡의 건조 영역의 하한은 도 2에 도시된 바와 같이 바닥에서 이의 정점을 갖는 원뿔대와 다소 유사한 형태를 갖는다.

피드스톡 건조의 결과로서 형성되는 스팀은 가스화기 트렁크의 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버에 유입되고, 여기서 가스화기의 내부 용기의 벽과 접촉할 후에 부분적으로 과열된다.

전체 건조 공정 동안에, 피드스톡은 수축되고, 즉, 이는 부피가 감소되며, 추가로 가온되어 더 큰 구조적 변화가 야기된다.

영역 1.2 - 가소화 구역, 300-675°F의 온도 변화가 야기되며, 가스화기 트렁크의 중간의 가온된 부분에 위치되고, 이 내에서 하기 공정이 수행된다:

- 피드스톡의 완전한 건조;

- 유기 중합체의 분해 및 파괴 공정의 개시;

- 유기 및 무기 근원의 가용성 재료의 집합적 상태의 변화, 소성(plastic) 및 액체 상태로의 변환;

- 소성 이동성 매스 내로 전체 피드스톡의 변환; 및

- 타르 및 포화 및 불포화 탄화수소의 초기 형성.

따라서, 대략 120 °C의 온도에서 폴리에틸렌이 용융되기 시작한다. 온도가 증가함에 따라, 피드스톡의 가용성 부분을 나타내는 그 외의 다른 중합체가 용융되기 시작한다. 온도가 대략 200-250 °C에 도달될 때, 모든 중합체는 액체 물질로 변환되어 피드스톡 벌크 내의 모든 공극을 충전한다. 동시에, 전체 피드스톡은 로딩 기구의 피스톤에 의해 가해진 압력 하에서 가스화기 트렁크의 내부 공간 아래로 서서히 이동하는 소성 기밀식 물질로 변환한다.

대략 390 °F의 온도에서, 광물 콜로이드(mineral colloid)는 증기 상태로 변환된다. 생성된 수증기는 건조 구역 내로 피드스톡의 점성 매스를 통해 파괴되고, 그 뒤 건조 구역 내에 형성된 수증기와 함께 댐핑 챔버 내로 유입된다.

건조 구역에서 수행되는 구조적 변화 공정에서, 전체 피드스톡은 상당히 수축되고 이의 열 전도성은 증가되어 이의 내부 부분을 포함한 피드스톡의 전체 매스의 더 빠른 가온이 용이해진다. 그러나, 피드스톡의 내부 부분은 여전히 외부 부분보다 더 느리게 가온된다. 따라서, 가소화 구역의 하부 경계 및 이의 상부 경계는 도 2에 도시된 바와 같이 바닥에 정점을 갖는 불규칙적은 형상의 원뿔 형상을 갖는다.

대략 480 °F의 온도에서, 예컨대, 산화탄소 및 이산화탄소와 같은 이러한 가스뿐만 아니라 타르는 피드스톡 베드로부터 배출되기 시작한다. 메탄, 중 탄화수소 가스 및 수소는 가열이 진행됨에 따라 배출되기 시작한다. 이러한 가스는 저온 열 분해의 구역 내로 피드스톡의 점성 벌크를 통해 파괴된다. 그 뒤, 이러한 가스는 가스화기 트렁크의 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버 내로 흐른다.

가소화 구역이 가스화기의 작동 중에 배치되는 가스화기 트렁크의 영역에 탈가스 슬릿이 없다. 이는 피드스톡이 댐핑 챔버 내로 압착되는 것을 방지하기 위해 수행된다. 그러나, 가소화 구역의 상부 부분에 형성된 스팀은 건조 구역의 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버 내로 유입되고, 가소화 구역의 하부 부분으로부터의 타르 및 가스는 저온 열 분해 구역 내에서 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버 내로 유입된다.

영역 1.3 - 저온 열 분해 구역, 대략 350 °C 내지 대략 700 °C의 온도를 가짐, 가스화기 트렁크의 하측 가온 부분에 위치됨. 하기 공정이 영역 1.3에서 수행됨:

- 소성 상태로 변환됨에 따라 내화 재료의 집합적 상태의 변화;

- 유기 화합물의 격자 및 중합체 내의 공유 결합의 파괴에 따른 유기 화합물의 분해 및 파괴;

- 격렬한 가스 배출;

- 경 타르 물질의 배출, 외부 층으로부터 시작하여, 소성 재료의 응고 및 이의 탄화;

- 잔여 탄소로 피드스톡의 전체 벌크의 변환; 및

- 특정 유기 염의 분해.

피드스톡의 초기 분해 온도는 다소 가열 조건에 의존될지라도 피드스톡의 개개의 특성에 의해 주요하게 결정된다. 피드스톡 내에 함유된 결합된 산소의 함유량이 더 커질수록 이의 초기 분해 온도가 낮아진다.

피드스톡의 초기 가열 단계에서, 산소-함유 성분이 이로부터 우선적으로 배출되고, 적어도 산화된 타르 물질이 후에 배출된다. 가열 동안에 피드스톡 내의 다량의 산소의 이용가능성에 따라 수행되는 산화 반응으로 인한 발열 효과가 야기된다. 이는 파괴를 가속화하는 피드스톡의 추가 가열을 야기한다. 상기 공정은 일부 무기 염의 분해에 의해 추가로 지지되고, 이는 해당 산화물, 일부 경우에 로딩된 피드스톡의 가온에 따라 산소 및 그 외의 다른 염의 형성을 야기한다:

산화 반응은 주요하게, 예컨대 스팀, 이산화탄소, 산화탄소, 아세트산, 메틸 알코올, 포름알데히드, 타르, 메탄, 에탄, 프로필렌, 및 수소와 또한 일부 그 외의 다른 분해 생성물과 같은 피드스톡의 형태 구조(morphological structure)로부터 의존되는 다양한 분해 생성물의 배출을 야기하는 구역에서 피드스톡의 온도 증가를 돕는다.

피드스톡 내에서 중합체 재료의 이용가능성에 따라 에틸렌 및 폴리프로필렌 산출량이 대응하게 증가된다. 동시에, 중합체는 잔여 탄소의 생성 없이 실제로 완전히 분해된다.

피드스톡 파괴 및 가스 형성을 위한 전술된 공정에 따라 피드스톡의 양이 상당히 감소되고 치밀한 다공성 탄소 형태로 이의 구조가 변환된다. 가열 공정이 지속됨에 따라, 냉각 시에 응축될 수 있는 타르 물질 및 그 외의 다른 생성물의 배출이 실질적으로 완료된다. 가스 형성이 지속될지라도, 이는 더 작은 양으로 지속된다. 저온 열 분해의 결과로 형성된 피드스톡 분해의 생성물은 가스화기 트렁크의 탈가스 슬릿을 통해 댐핑 챔버에 유입된다. 댐핑 챔버 내에서, 이러한 생성물은 건조 구역으로부터 스팀과 혼합되고, 가스화기의 내부 용기의 벽으로부터 열 방사의 작용 하에서 또는 이와 직접 접촉에 따라 추가로 가온된다. 댐핑 챔버의 벽에 침착되는 타르 및 잔여 탄소의 입자가 상부 건조 구역으로부터 도달되는 스팀 및 높은 외부 온도에 의해 제거된다.

고체 탄소 잔여물 상에 배치된 구역의 하측 경계의 원뿔형 형태 및 트렁크의 중심에 대한 액체 부분의 배출은 댐핑 챔버 내로 트렁크의 탈가스 슬릿을 통하여 액체 부분을 배출시키거나 또는 밀어내는 피드스톡의 가소 매스의 가능성을 감소시킨다.

구억 2 - 고-온 처리 구역, 대략 700 °C 내지 대략 1300 °C의 온도를 가지며, 이는 가스화 가스 내로 공기 산소 및 그 외의 다른 산화제의 노출 하에서 피드스톡의 고-온 열 분해 및 이의 추가 가스화를 특징으로 한다.

이 구역은 대략 3가지의 영역으로 온도 범위에 의해 나뉜다:

- 영역 2.1 - 고-온 열 분해 구역. 대략적인 온도 범위는 700°C 내지 900°C이다.

- 영역 2.2 - 연소 구역. 대략적인 온도 범위는 900°C 내지 1300°C이다.

- 영역 2.3 - 재형성 구역. 대략적은 온도 범위는 800°C 내지 1100°C이다.

영역 2.1 - 고-온 열 분해 구역, 대략 700 °C 내지 대략 900 °C의 온도를 가짐. 하기 공정이 이 구역에서 수행된다:

- 최종 가스 방출 공정;

- 고체 다공성 탄소 벌크로 잔여 피드스톡의 변환;

- 무기 염의 분해 및 용융 및 피드스톡의 광물 성분과 탄소의 상호작용.

연료 유기 매스의 파괴는 소량의 메탄, 수소의 생성뿐만 아니라 그 외의 다른 탄화수소 가스의 트레이스(trace)에 따라 발생된다.

900°C 내지 1100 °C의 온도는 휘발성 물질이 고체 잔여 탄소로부터 완전히 방출되는 가장 높은 온도이다.

특정 탄산염이 이 구역에서 용융되고, Na₂CO₃ - 851 °C, K₂CO₃ -891 °C, Li₂CO₃ - 618 °C가 피드스톡의 광물 성분 및 탄소와 화학적으로 상호작용한다:

주요하게, CO 및 CO₂ 농도는 생성된 가스 내에서 증가한다. 추가로, 특정 염화물은 용융된다. 예를 들어, CaCl₂ - 787 °C, NaCl - 801 °C. 용융된 염화물 및 탄산염은 용융 온도의 감소를 야기하는 더 많은 내화 염을 포함하는 공정 혼합물을 형성할 수 있다. 이 현상은 감소된 용융 온도에 따라 액체 슬래그의 후속 형성에 상당한 영향을 미친다.

영역 2.2 - 연소 구역, 대략 900 ° 내지 대략 1300 °C의 온도를 가짐. 이 구역에서 하기 공정이 수행된다:

- 피드스톡의 저-온 처리에 따라 열 분해 가스의 연소 및 열 파괴;

- 피드스톡의 잔여 탄소의 일부의 연소;

- 가스-다이나믹 공정(gas-dynamic process)으로 인한 잔여 탄소 벌크의 분쇄, "비등" 베드 상태로 잔여 탄소의 변환;

- 잔여 탄소의 분리;

- 잔여 탄소의 산화로 인한 연소 가스의 재형성;

- 잔여 탄소 성분의 산화 공정 및 재형성 반응; 및

- 잔여 슬래그 형성 공정의 개시.

연소 영역은 1차 가스화 구역이며, 이 구역에서 가스성 열 분해 생성물의 분해 및 산화가 발생될 뿐만 아니라 공기 산소 및 산화 가스와 함께 가스화기 트렁크의 하부 부분 내에 배치된 분할 플레이트의 작용 하에서 부분적으로 분쇄되고 세그먼트로 나뉜 잔여 탄소의 격렬한 상호작용이 발생된다. 가스화기에 공급되거나 또는 피드스톡의 저-온 처리 동안에 생성되는 이산화탄소 및 스팀과의 상호작용이 더 적은 정도로 초기에 단지 가스성 생성물만이 공기 산소에 의해 산화된다.

특정 온도 하에서 가스 연소 공정의 제한 요인은 확산율이고, 잔여 탄소의 경우 불균질한 상태의 표면적, 산호 흡수율, 및 반응 생성물 탈착 속도이다.

연소 구역은 영역 2.2와 같은 가스화 구역 내에서 상징적으로 식별되고, 이의 하부 부분은 재형성 구역 - 영역 2.3을 포함한다. 이 구역에서 가스 형성 공정이 복잡하고 단지 액체 슬래그 형성의 공정과 서로 밀접한 관계가 있기 때문에, 이들 모두를 고려할 필요가 있다.

가스화는 연소 구역에서 발생되는 복합적인 공정을 반영하는 단순한 화학적 반응 (1) 내지 (11)에 따라 기술될 수 있다.

연소 공정은 연소 구역이 배치되는 트위어 플레이트를 형성하는 외부 및 내부 트위어를 통해 공급되는 공기 산소에 대해 노출된 상태에서 연소 챔버의 상부 부분 내에서 수행된다.

가스화 공정의 촉진을 위해, 공기는 가스화기의 요소의 냉각의 결과로서 가온된다. 추가로, 스팀 및/또는 이산화탄소가 높은 속도로 연소 구역 내로 주입될 수 있다. 트위어를 통해 높은 속도(최대 50미터/초)로 트위어를 통해 주입된 공기는 피드스톡의 잔여 탄소의 연소 공정을 촉진시킨다. 소정의 스팀 및 이산화탄소의 양에 따라 고-온 열 분해 영역과 피드스톡의 저-온 처리의 구역에 형성된 고-칼로리 가스 및 타르의 연소(6), (7), (8)와 함께 높은 발열 반응 효과(1) 내지 (3)로 인해 공기 트위어의 영역에 배치된 연소 챔버의 일부분 내에서 제트 연소의 초기 단계에서 온도는 대략 1500 °C로 상승될 수 있다.

가스화 공정에서 주요한 역할을 하는 이산화탄소 및 스팀의 형성에 따라 공기 산소는 열 분해 가스 및 잔여 탄소의 산화 반응 시에 실질적으로 완벽히 소모된다. 산화 가스도 또한 형성된다. 잔여 탄소와 상호작용하는 이들 가스는 주요하게 반응 (9) 내지 (11)에 의해 단순히 연소가능한 가스로 환원된다.

연소 구역에서 온도의 증가에 따라 하이드로가스화 반응(9), (10)이 촉진되고, 이는 산화 공정의 결과로서 생성되는 잔여 탄소 및 스팀의 추가 가온을 인함이다. 연소 구역에서 온도 증가는 하이드로가스화 반응 속도(9), (10)의 촉진을 야기하여 외부로부터 스팀을 추가로 공급하거나 또는 초기 예비 건조의 필요 없이 증가된 수분 함유량을 갖는 피드스톡을 사용할 수 있다.

유사하게, 초기 고온에 대한 노출에 따라, 잔여 탄소의 이산화탄소 가스화 반응은 추가 산화제로서 외부로부터 공급되는 이산화탄소를 사용할 수 있는 제트(11) 내에서 발생된다.

반응 (9), (10), (11)은 연소 구역에서 제트 연소 공정의 제2 단계에서 주요하게 수행된다. 1차 흡열 재형성 반응이 있다. 이들 반응으로 인해, 연소 구역의 하부 부분에서 총 온도는 900 °C 내지 1100 °C로 감소된다. 그 뒤, 2차 재형성 반응(9), (10), (11)의 작용은 가스화기의 재형성 구역에서 개시되며, 이에 따라 연소 가스화 가스로 변환되는 잔여 이산화탄소 및 스팀에 대한 노출 하에서 반응하지 않은 잔여 탄소의 가스화가 야기된다.

시간당 최대 50,000 킬로그램/m²으로 다수의 트위어를 통해 주입되는 높은 속도의 고온 공기는 트위어의 전방에 직접 위치된 연소 챔버의 영역에서 피드스톡의 가스화를 촉진시킨다. 연소 구역 내로 유입된 가열된 공기의 양이 증가됨에 따라,

- 크기가 큰 소결된 다공성 부분과 같이 가스화기 트렁크로부터 연소 구역 내로 유입되는 잔여 탄소를 부분으로 절단, 파쇄 및 성기게 할 수 있으며(loosen);

- 이 구역에서 국부적 스테그네이션 영역(local stagnation area)의 형성을 방지할 수 있고 가스화의 결과인, 가스 내의 잔여 탄소의 강력한 비등 효과로 인해 연소 구역 내에서 가스-다이나믹 특성이 향상될 수 있고;

- 잔여 탄소의 분쇄된 벌크의 더 크고 무거운 부분이 가스화 구역 내로 하강하고 더 작은 부분이 연소 구역 내에서 가스화되는, 잔여 탄소의 부분을 분리시킬 수 있으며;

- 트위어가 배치되는 영역에서뿐만 아니라 가스화 공정을 최대로 촉진시킬 수 있으며 이 구역에서 타르, 산 및 복합적인 탄화수소 변환의 정도를 증가시킬 수 있는 전체 연소 구역에서 온도를 상승시킬 수 있고;

- 예를 들어, 연소 챔버의 전체 단면에 걸쳐서 시간 당 500 내지 1500 킬로그램/m₂의 처리량을 증가시키는 것과 같이, 피드스톡의 가스화의 총 양을 2배 또는 3배로 증가시킬 수 있고;

- 높은 수준의 하이드로가스화 반응(9), (10) 및 이산화탄소 가스화(11)를 야기하는, CO 및 H₂와 같은 단순한 연소 가스로의 포화로 인해 향상된 조성을 갖는 가스를 생성할 수 있고,

- 밸러스트(ballast)가 공기 가스화의 생성물로서 C0₂, H₂0, 0₂, 및 N₂의 형태인 생성된 가스의 총 부피 내에서 밸러스트 함유량을 감소시켜 전기 생성 및 그 외의 다른 목적을 위해 생성된 가스화 가스를 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.

잔여 탄소의 광물 부분은 또한 기본적으로 가스화 구역 내에서 화학적 및 구조적으로 변화한다.

고온으로 인해, 저온 열 분해 구역에서 개시되는 잔여 탄소의 광물 부분의 염의 분해 공정은 연소 구역에서 상당히 촉진된다. 공급된 산소의 작용으로 인해, 일부 금속의 완전한 또는 부분적인 산화가 트위어의 전방에 배치되는 연소 챔버의 일부 내에서 가능하다.

질소 N 및 황 S은 동일한 구역 내에서 산화물 S0₂ 및 NO_x로 산화된다. 이의 양은 연소 챔버 내의 자유 공기 산소의 양과 로딩된 피드스톡 내에서의 상기 요소의 개시 함유량(starting content)에 의존된다.

연소 구역 내에서, NH₃, H₂S, 및 HC1 및 생성된 가스로부터 제거되는 유해한 가스 성분인 그 외의 다른 가스의 생성 반응이 수행된다.

그 후에, 연소의 제2 단계에서 1차 재형성 반응의 공정 중에 산소가 산화 동안에 완벽히 소모될 때, 산화물의 일부가 연소 고온 탄소의 작용 하에서 금속 및 비-금속으로 환원된다:

현저하게, S0₂ 및 NO_x는 대응하는 황화물 및 질화물의 형성에 따라 산화물 및 금속과 추가로 결합되는 단순한 요소(S 및 N₂)로 환원된다.

또한, 이산화황(S0₂)의 반응은 금속 산화물과의 상호작용에 의해 대응하는 황화물을 형성하는 황화수소(H₂S)의 형성에 따라 수행된다.

유사하게 할로겐이 다양한 금속의 염화물 및 플루오르화물의 형성에 따라 결합된다.

NH₃는 또한 질화물의 형성 또는 질소로 산화되는 순수한 금속 및 특정 산화물과 반응할 수 있다:

가스화 구역 내에서 일부 비반응 스팀의 존재 하에서, 다운드래프트 공정(downdraft process), 즉 염 가수분해가 또한 가능하지만 이는 이 구역 내에 다량의 자유 수분의 존재 및 하이드로가스화 공정의 활성화로 인해 최소화된다.

전체 공정은 영역 2.3에서 재형성 구역에서 지속된다.

영역 2.3 - 대략 800 °C 내지 대략 1100 °C의 온도를 갖는 재형성 구역. 이 구역은 다음을 특징으로 한다:

- 2차 재형성 반응 공정;

- 유해 성분으로부터 생성된 가스의 정화;

- 액체 슬래그 형성 공정의 완료;

-생성된 가스화 가스 조성물의 최종 형성 공정.

연소 및 재형성 구역에서 수행되는 공정의 결과로서, 탄소 혼합물 및 소량의 분해되지 않은 염뿐만 아니라 피드스톡의 광물 부분의 환원된 순수한 금속을 함유하는 다양한 금속의 산화물이 형성된다. 피드스톡의 개시 조성물에 따라, 일부 양의 금속 합금이 철, 구리 및 규소를 기반으로 형성될 수 있다.

고온에 노출 시에, 산화물과 같은 금속의 일부뿐만 아니라 순수한 금속 및 이의 염이 가스성 상태로 변환될 수 있다. 그러나, 대부분의 휘발성 금속 및 이의 화합물이 고체 또는 액체 상태로 존재한다. 이는 예를 들어, 특정 황화물, 규산염 및 염화물과 같이 그 외의 다른 더 적은 휘발성 화합물의 형성에 의해 또는 이들이 고-온 구역에서 존재하는 불충분한 시간에 의해 설명될 수 있다.

상기 반응의 결과로서 형성된 황화물, 규산염뿐만 아니라 다양한 염화물이 액체 잔여 슬래그의 형성에 능동적으로 기여한다.

임의의 규산염 슬래그의 형성을 위한 기본적인 재료가 이산화규소(Si0₂)이다. 피드스톡의 광물 성분 내에 이산화규소가 부족하다면, 피드스톡을 제조하는 동안 이를 첨가할 필요가 있다.

형성된 슬래그의 베드를 통과하면서, 연소 및 재형성 구역 내에서 형성된 가스는 유해 가스 성분, 이 성분이 제거된 광물 분진, 고체 금속 입자 및 가스성 금속의 일부로부터 부분적으로 정화된다. 따라서, 예컨대, 광물 분진, 다양한 중금속 및 그 외의 다른 유해한 성분과 같은 소량의 기계적 혼합물을 포함하는 가스가 연소 챔버 내로 유입된다.

추가로, 재형성 반응의 흡열 효과로 인해, 연소 챔버의 배출구에서 가스화 가스는 대략 700 °C 내지 800 °C의 온도를 갖는다.

가스화기 공정의 완료 시에 생성된 가스, 생성된 가스 내에서 운반되는 분진, 및 슬래그 내의 중금속의 가능한 분포 비율이 표 1에 도시된다:

그러나, 표 1에 제공된 비율은 금속 활성화 수준, 잔여 탄소의 이의 농도뿐만 아니라 예를 들어, 석회석, 고회석 및/또는 기초 철광석의 형태인 피드스톡 내의 광물 첨가제의 존재에 의존되다.

전형적으로, 고체 가정용 폐기물은 상당량의 광물 성분을 함유한다. 이의 농도는 피드스톡이 연소 구역 내로 들어감에 따라 증가한다. 이는 저-온 처리 구역에서 이로부터 수분, 가스성 생성물 및 타르의 제거로 인해 피드스톡의 점진적으로 감소되는 부피에 의해 설명된다. 따라서, 광물 첨가제의 양은 감소될 수 있거나 또는 전혀 필요치 않을 수 있다.

피드스톡이 액체 슬래그용 플럭스 첨가제를 함유하는 것이 중요하다. 생성된 슬래그는 가스화기의 연속적인 작동이 가능하도록 충분히 이동가능하고 가용성이어야 한다. 형성된 슬래그는 슬래그가 후속 기계식 분쇄 및 제거에 따라 냉각되는 슬래그 구역 내로 잔여 탄소 벌크 내에 형성되는 채널 아래로 흐를 수 있어야 한다. 상당히 농후하고 및/또는 점성을 갖는 슬래그는 덜 침투성의 연소 및 가스화 구역을 만들 수 있고, 그 결과 가스화 공정을 완벽히 중단시키거나 또는 감속될 수 있다. 이는 또한 실질적으로 가스화기로부터의 이의 제거를 복잡하게 한다.

슬래그 이동 및 제거를 돕기 위해, 예컨대, 플럭스와 같은 특정의 첨가제가 사용될 수 있다. 피드스톡으로서 고체 가정용 폐기물을 사용하는 경우, 이들 첨가제는 광물일 수 있거나 또는 전혀 필요치 않을 수 있다. 이는 피드스톡의 광물 성분이 잔여 슬래그 형성 공정 시에 기계적 혼합물(제1 그룹)로서 및 화학적으로 결합된 유기 성분(제2 그룹)을 갖기 때문이다.

열 분해 구역 이후에 피드스톡의 유기 부분 내에 균일하게 분포된, 제1 그룹의 소량의 기계적 혼입물은 고온에 대한 노출로부터 탄소에 의해 다소 보호되며, 이에 따라, 이는 슬래그 형성의 주요 공급원이다.

열 분해 구역 이후에 제1 그룹의 다량의 기계적 무기 혼입물은 또한 고온에 대한 노출로부터 탄소에 의해 다소 보호된다. 그러나, 이의 큰 크기 및 중량으로 인함에도 불구하고, 혼입물은 연소 구역을 신속히 통과하고, 재형성 구역의 하부 부분에 유입된다. 혼입물은 더 큰 가용성의 미세 기계적 혼입물을 갖도록 교착되거나(cement), 또는 느리게 용융되어 재(ash) 및 슬래그 입자를 포획한다.

열 분해 공정 시에, 휘발성 성분의 제거 이후에 제2 그룹의 무기 화합물은 잔여 탄소의 구조물 내에 잔류하고, 고온으로 인한 이들의 용융은 단지 탄소 제거 이후에 수행되며, 이는 탄소가 무기 성분을 보호하여 무기 성분의 가열 및 추가 용용융을 방지하기 때문이다. 이들 광물 혼입물은 기초 슬래그 형성 공정의 요인(reason)이 아니며, 항시 고체 형태로 유지된다.

연소 및 재형성 구역 내에서 온도의 증가뿐만 아니라 재형성 반응의 결과로서 형성된 다량의 광물 저-용융 성분의 이용가능성에 따라 저 용융 온도 및 내화 성분을 갖는 공정 합금의 형성이 가능하다. 생성된 슬래그는 탄소, 내화 합금 및 액체 상태로 변화하는 무기 특성의 입자, 및 화학적으로 용융 또는 반응하지 않는 큰 입자의 고체 혼입물을 갖는 자유롭게 이동하는 재 형태의 매스(free-running ashy mass)이다.

재형성 구역 내에서 고체 슬래그의 축적 시에, 피드스톡 내의 과도한 수분 함유량, 피드스톡 내의 다량의 내화 광물 성문 또는 플럭스의 불충분한 첨가, 고체 슬래그를 갖는 이 구역에서의 완전한 또는 부분적인 클로깅(clogging)과 연계될 수 있는 형성이 가능하다.

발생 시에, 잔여 탄소는 슬래그 벌크 상에 압력을 가하여, 여기서 잔여 탄소는 로딩 기구의 작용 하에서 연소 챔버 내로 가스화기 트렁크로부터 공급된다. 이에 따라 슬래그 구역의 공간 내로 연소 챔버 구역으로부터 슬래그가 배출되며, 여기서 슬래그는 냉각되고 분쇄되며, 가스화기로부터 제거된다.

구역 3 - 온도는 이 구역에서 대략 300 °C 내지 대략 800 °C이고, 하기 공정이 수행된다:

- 슬래그 냉각;

- 기계적 슬래그 분쇄;

- 슬래그 제거.

슬래그는 연소 및 재형성 구역 내에서 피드스톡 처리의 결과로서 형성된다. 슬래그의 주 성분은 금속 및 비-금속 산화물: Si0₂, Al₂0₃, Fe₂0₃, FeO, CaO, MgO, Na₂0, K₂0뿐만 아니라 황화물, 염화물, 플루오르화물, 금속 합금의 혼입물 및 비반응 탄소이다. 따라서, 슬래그는 일부 양의 기계적 혼입물을 포함하는 다양한 구조물의 규산염의 복합적인 비정질 및 결정 형태이다.

슬래그는 개개의 고체 매스의 형태 또는 더욱 드물게 슬래그 벌크의 형태로 액체와 같이 슬래그 배출 구역에 유입된다. 슬래그는 가스화기 내로 유입되는 차가운 주변 공기의 간접적인 작용 하에서 서서히 냉각된다. 슬래그가 금속 플레이트 테이블과 만날 때, 슬래그는 공기 흐름에 의해 바닥으로부터 냉각된다. 슬래그의 액체 부분은 신속히 응고되고, 그 뒤에 이는 회전식 슬래그 스크레이퍼(rotating slag scraper)에 의해 절단된다.

기계식 구동장치에 의해 회전되는 슬래그 스크레이퍼의 상부 노치형 변부는 고체 슬래그의 일부를 절단한다. 슬래그는 분쇄되고 파괴되며, 테이블의 주변 영역으로부터 제거되고, 여기에 하나 또는 몇몇의 고정 채널(lock channel)이 배치된다. 그 뒤, 슬래그는 가스화기로부터 배출을 위한 슬래그 채널을 통하여 이송장치에 대해 제거된다. 고정 채널에 따라 슬래그가 배출될 수 있으며, 동시에 주변 공기가 가스화기 내로 유입되는 것이 효과적으로 방지된다.

구역 4 - 대략 300 °C 내지 대략 800 °C의 온도를 갖는 가스 구역. 이 구역에서 가스는 700-800 °C로부터 300-400 °C로 냉각된다.

재형성 구역 이후에, 생성된 가스화 가스는 가스화기의 내부 용기와 외부 용기 사이의 공간에 배치된 가스 구역 내로 유입된다. 가스화기의 내부 용기와 외부 용기 사이의 공간을 통하여 바닥으로부터 상부를 향하여 이동하는 가스 흐름은 저-온 처리의 구역 내에서 열 방출로 인해 대략 300-400 °C로 냉각된다. 이 단계 동안에, 가스 "템퍼링(tempering)"이 수행되며, 본 발명에서 이는 가스 조성물의 완성(finalization)을 의미한다.

열 교환을 가속화하기 위해, 터뷸레이터가 가스 구역 내에 설치된다. 터뷸레이터는 나선 채널 포지셔닝(spiral channel positioning)을 갖는 다-통로 터널 장치(multi-passage tunnel device)이다. 바닥으로부터 상부를 향하여 이동하는 가스 흐름은 터널 장치 내로 유입되고, 여기서 가스 흐름은 이의 방향이 변경되는 동시에 가스화기의 내부 용기 주위에서 나선 궤도로 이동한다. 가스 흐름은 선형 비율(linear rate)로 증가하고 가스화 가스로부터 저-온 처리 구역 내의 피드스톡으로 최대 열 전달을 허용하기 위해 열 전달을 향상시키도록 요동친다(turbulent). 타르가 0.3-0.5 g/nm³의 양으로 가스 내에 포함될지라도, 터뷸레이터의 블레이드 또는 벽 상에 타르가 침착되지 않으며, 이는 타르의 응축 온도가 300 °C 미만이기 때문이다.

그 뒤, 가스 흐름은 가스 배출구를 통해 고온 사이클론 분리기 내로 이동하며, 여기서 가스 흐름은 미세 탄소 및 슬래그 분진이 정화되며, 이 미세 탄소 및 슬래그 분진은 전형적으로 대략 3-10 g/nm³의 양으로 가스 내에 함유된다. 그 뒤, 이에 따라 제거된 미세 탄소 및 슬래그 분진은 수용 벙커 고정장치를 통해 장치로부터 제거되고 가스화기로부터의 배출을 위해 이송장치로 이동된다.

가스화 가스는 그 뒤에 냉각 및 최종 정화 시스템으로 안내되고, 여기서 유해 혼입물의 잔여 잔류물로부터의 냉각 및 정화가 수행되어 전형적으로 가스화 가스가 전력 생산 또는 그 외의 다른 목적에 대해 적합해진다.

정의되지 않을지라도, 본 명세서에서 사용된 기술적 및 과학적 용어는 당업자가 용이하게 이해할 수 있어야 하는 의미를 갖는다.

당업자에게 자명할 수 있는 가능한 변형 및 전술된 기술 내용을 제한하지 않고, 본 명세서에 기재된 방법 및 장치와 연계될 수 있는 일부 이점이 하기에 제공된다.

가스 형성 반응의 촉진에 의해 야기되고 외부 및 내부 트위어의 시스템을 통해 유입된 고-속 고온 공기에 따라 산출량이 연소 챔버의 전체 영역에 걸쳐서 시간당 대략 1,000-1,500 kg/m²으로 증가될 수 있다. 실제 산출량은 그 외의 인자들 중에 피드스톡의 형태 구조 및 수분 함유량에 의존된다.

생성된 가스화 가스는 상대적으로 낮은 온도(대략 300 - 400 °C의 범위)를 가지며, 실질적으로 산을 함유하지 않고, 타르의 양은 0.3 - 0.5 g/nm³의 범위이고, 미세 분산된 탄소 및 슬래그 분진의 양은 3 - 10 g/nm³의 범위이다.

생성된 가스 내의 중금속 산화물의 함유량은 상대적으로 낮으며, 이는 그 외의 다른 유해 성분과 함께 중금속이 수 규산염 형태로 불활성 및 비용해성으로 변환되고, 그 뒤 슬래그가 가스화기로부터 제거된다.

예컨대, N0₂, NH₃, S0₂, H₂S, 및 HCl과 같은 유해 가스 성분의 함유량이 최소화된다. 동시에, 다이옥신 및 푸란을 포함하는, 복합적인 포화 및 불포화 가스성 탄화수소가 실제로 생성된 가스 내에 존재하지 않는다.

냉각 및 정화 이후, 생성된 가스화 가스는 주요하게 CO, H₂, CH₄, C0₂ 및 N₂로 구성되며, 여기서 CO₂ 부분은 실제로 0으로 감소되고, N₂ 함유량은 표준 가스-디젤(gas-diesel), 가스 동력(gas powered) 및 가스-터빈 전자-생성 장치 내에서 이러한 가스의 산업상 사용 수준으로 최소화되며, 이의 효율 계수는 업드래프트 가스화 공정을 기초로 한 현대의 열 분해 및 가스화 기술에서 사용되는 스팀 장치의 효율 계수보다 2배 크다.

본 발명의 일반 법칙을 제한하지 않고, 본 발명에 따르는 장치의 이용을 통하여 하기 이점이 유도될 수 있다:

- 고체 가정용 및 산업용 폐기물 및 그 외의 다른 유형의 탄소-함유 피드스톡의 사용;

- 피드스톡 제조를 위한 감소된 요건 및 비용;

- 피드스톡을 예비 건조할 필요가 없음;

- 동일한 장치 내에서 수행되는 전체 피드스톡 처리(열 분해 및 가스화);

- 피드스톡 교체 및 슬래그의 배출이 자동으로 수행됨;

- 다양한 응용을 위한 다양한 품질의 가스를 생성할 수 있도록, 고온 공기 또는 공기-스팀 혼합물과 함께 장치 내로 산소-스팀 혼합물을 공급할 수 있음; 및

- 생성된 가스 내에서 낮은 수준의 오염 물질이 발견되기 때문에 냉각 및 정화/클리닝(cleaning) 시스템이 단순화된 기술을 사용하여 설비의 비용 및 작업 비용이 감소됨.

하기 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위해 제공되고 본 발명의 제한하는 것으로 구성되어서는 않된다.

실시예 1 : 압력 하에서 베드 가스화용 장치의 기술적 구성.

가스화기 내로 유입되기 전에, 피드스톡(예를 들어, 고체 가정용 폐기물)이 제조되고 여기서 과도한 양의 무기 성분, 특히 상당한 부분이 피드스톡으로부터 추출되고, 그 뒤 피드스톡이 분쇄 및 파괴된다. 특정 첨가제가 예컨대, 석회석, 고회석, 기초 철광석 및 또는 예를 들어, Na₂S, NaCl, NaOH, FeO, Fe₂0₃ 및 그 외의 다른 것과 같은 가스화 가스의 최종 화학적 정화의 생성물과 같이 피드스톡의 형태 구조에 따라 배처(batcher)에 의해 첨가될 수 있다. 그 뒤, 피드스톡은 로딩 기구의 벙커 내로 이송장치상에서 이동하고, 처리 장치 내로 이송된다.

장치로부터 배출 시에 대략 300-400 °C의 범위의 온도로 피드스톡의 처리의 결과로서 생성된 가스화 가스는 단열 케이싱이 장착된 고온 사이클론 분리기로 단열된 배출구를 통과한다. 이 분리기 내에서, 가스화 가스는 예컨대, 슬래그와 같은 기계적 혼합물 및 일부 양의 탄소 분진이 예비적으로 정화된다.

200 °C의 온도로 피드스톡의 처리의 결과로서 가스화기 내에 형성된 슬러그는 고정 채널을 통해 이송 배출 장치에 공급되고, 저장 벙커 내로 안내되며, 이 벙커 내에서 추가로 냉각된다. 고온 분리기로부터의 슬러그 분진은 저장 벙커 및 고정 배출 채널을 통하여 이송 배출 장치에 대해 제거되고, 여기서 슬러그 분진은 가스화기로부터의 슬래그와 혼합되고, 추가로 저장 벙커 내로 추가로 이송된다.

분리기 내에서 기계적 혼합물로부터 예비 정화 이후에, 가스화 가스는 제1 열 교환기로 안내되고, 냉각수에 의해 냉각되며, 여기서 가스는 대략 40 °C로 냉각된다. 동시에, 수 처리 시스템을 통과하는 냉각수는 대략 60-80 °C의 온도로 가열되고, 제2 열 교환기로 안내된다.

제1 열 교환기는 응축물 수용기가 설치되며, 여기서 물 응축된 스팀, 가스화기 내에서 반응되지 않은 잔여 타르, 미세 분산 슬래그 및 탄소 분진이 그 외의 다른 가스 성분과 함께 축적된다. 모든 응축된 액체, 응축된 물과 함께 점성 및 고체 성분은 응축물 수용기로부터 배처를 통하여 가스화기 내로 공급된 피드스톡 내로 안내되거나 또는 필터를 통과하며, 여기서 과도한 물이 이로부터 제거되고 물 정화 시스템으로 안내된다. 부분적으로 탈수된 잔여물은 피드스톡 내로 안내된다.

제1 열 교환기 이후에, 부분적으로 정화되고 40 °C의 온도로 냉각된 가스화 가스는 미세 필터에 공급되고, 미세 필터 내에서 가스가 추가로 정화된다. 목제 칩 및/또는 톱밥이 가스의 더욱 완벽한 정화를 위한 여과 요소로서 사용될 수 있다. 필터 내에서 사용 이후에, 이러한 여과 요소가 피드스톡에 첨가될 수 있다. 정화된 가스화 가스는 화학적 정화 필터에 안내되며, 이 화학적 정화 필터 내에서 가스화 가스는 예컨대, HCl, H₂S, S0₂ 및 그 외의 다른 것과 같은 유해 가스성 성분이 정화된다.

필터의 여과 요소는 이들을 통과하는 가스를 정화시키는 철 산화물(Fe₂0₃, FeO)로 구성되는 다공성 고체 구조물을 가질 수 있다. 황-함유 및 염소-함유 성분이 여과 요소의 표면에 결합된다. 여과 요소의 세척 및 재생은 이를 통해 NaOH 용액을 주기적으로 통과시킴으로써 수행된다. 알칼리 용액은 황화나트륨(Na₂S), 염화나트륨(NaCl)뿐만 아니라 예컨대, Na[Fe(OH)₄], Na₄Fe0₃, 등과 같은 다양한 조성물의 복합 화합물과 같은 일부 용해된 철 산화물을 함유한다.

NaOH 수용액 중 이들 성분의 필요한 농도를 구현할 때, 용액은 새로운 용액으로 교체된다. 예컨대, Fe₂0₃ 및 그 외의 다른 화합물과 같이 용해된 여과 요소의 입자와 함께 사용된 용액은 배처를 통해 피드스톡 내로 안내되고, 첨가제로서 사용된다. 화학적 정화 필터 이후에, 가스화 가스는 이의 조성물이 균등분배되는(average) 가스홀더(gasholder) 내로 안내된다. 그 뒤, 가스화 가스는 전력 생성을 위한 가스-디젤, 가스 동력 또는 가스-터빈 집합물(gas-turbine aggregate) 내에서 사용된다.

가스화 가스의 연소의 결과로서 생성된 대략 900-950 °C의 온도를 갖는 고온 플루 가스(flu gas)가 제2 열 교환기 내로 공급되며, 여기서 고온 플루 가스는 대략 200-250 °C로 냉각된다. 동시에, 냉각을 위해 사용된 물은 제1 열 교환기 내에서 대략 60-80 °C로 가열된다. 제2 열 교환기의 요구 및 구조에 따라, 열 교환기를 위한 배출구에서 고온 수 및 다양한 매개변수의 공정 스팀을 수득할 수 있다. 스팀 부분은 추가 산화제로서 개별 채널을 통해 가스화기에 안내될 수 있다.

상기 실시예의 변형, 개조 및 변경이 도 3으로부터 유도될 수 있으며, 여기서 압력 하-베드 가스화 공정(under-pressure-bed gasification process)의 기술적 구성이 예시된다.

실시예 2: 고체 가정용 폐기물의 주요 이용 기술의 비교 특성

종래의 기술에 대해 압력 하-베드 가스화 공정의 효율의 입증을 위해, 단순화된 근사적 모델을 사용하여 계산이 수행된다. 따라서, 결과치는 실제 공정의 정확한 반영이 아닌 것으로 고려될 수 있다. 계산의 주요 목적은 데이터를 얻기 위함이며, 이 데이터를 기초로 고체 가정용 폐기물 이용의 기술적 구성의 효율의 비교 분석이 수행될 수 있다.

하기의 알고리즘은 압력 하에서 베드 가수회의 기술의 모델링을 위한 일련의 단계이다. 그 외의 다른 모든 기술의 예측을 위해, 공정 기술 구성들 간의 차이를 고려하여 동일한 원리가 사용될 수 있다. 모든 기술에 대한 초기 조건은 동일하다(피드스톡의 조성물, 이의 건조 및 분류(모든 기술의 경우, 10%의 수분 함유량 및 10%의 무기 성분을 갖는 피드스톡이 로딩됨).

1. 가스화기 내로 공급된 피드스톡.

1.1 계산은 하기 표에 제시된 바와 같이 고체 가정용 폐기물의 평균 형태 구조를 기초로 한다:

1.2 각각의 형태 그룹의 요소 조성물에 대한 기준 데이터는 하기와 같이 가정된다:

1.3. 각각의 형태 그룹의 형태 구조 및 요소 조성물에 관한 데이터를 기초로, 전체 고체 가정용 폐기물의 요소 조성물이 계산된다. 후속 계산에서, 간략함을 위해 피드스톡 내의 염소 함유량이 고려될 필요가 없다.

1.4. 피드스톡 조성물의 계산은 분류 및 건조 이후에 수행된다. 모든 비교 계산의 경우, 분류 이후에 잔여 무기물이 10% 포함되고, 건조 이후 수분 함유량이 10%인 것으로 가정된다:

2. 고체 가정용 폐기물의 계산된 요소를 기초로, 로딩된 피드스톡의 화학식(formula)에 대한 계수가 결정된다:

3. 분류되고 건조된 피드스톡의 1,000 g당, 즉 10%의 수분 함유량과 10%의 무기물 성분을 갖는 고체 가정용 폐기물의 1,000 g당 모든 추가 계산이 수행된다.

4. 분량적 연료 특성은 연료 내에서 수득된 전체-화학식-요소 중량, 분자량, 물질 량 및 연소 열을 기초로 계산된다:

5. 피드스톡의 칼로리 값의 계산.

5.1. 수분 함유량 및 무기 성분이 없는 연소 챔버 조성물의 계산:

5.2. 맨댈레프 공식(Mendeleyev formula)(339C%+1256H%-109,8(O%-S%)=Q) 및 요소 조성물을 기초로, 연료 칼로리값이 계산된다. 분류되지 않은 연료 및 분류된 연료에 대한 연료 유기 성분의 계산이 kJ/kg 및 또한 분류된 연료의 경우 kJ/몰로 수행된다(후자는 반응 열 효과의 추가 계산을 위해 필요함):

5.3. 열 효과의 추가 계산을 위해, 기초 가스(CO, CH₄, H₂) 및 탄소(C)의 연소 열의 기준 데이터가 사용된다:

6. 열 분해 동안에 형성된 탄소의 이산화탄소 가스화, 하이드로가스화 및 후속 산소 가스화(산화)와 로딩된 피드스톡의 열부해 공정이 반응기 내에서 순차적으로 수행되는 것이 계산 시에 가정된다.

열 분해 공정은 모델 반응으로서 고려된다.

CHONS = C + CO + CH₄ + H₂0 + H₂S + N₂ + H₂

이 공식에 대한 계수는 사용된 피드스톡의 조성물에 따라 변화할 수 있다. 열 분해 공정의 계산을 위해, 하기 조건 가정이 또한 사용된다:

- 열 분해 단계에서 C0₂는 형성되지 않거나 또는 그 외의 다른 반응에서 완전히 소모된다;

- NO, N0₂ 및 그 외의 산화 질소가 형성되지 않거나 또는 그 외의 다른 반응에서 소모된다;

-황은 황화수소만을 형성하지만 실제 조건 하에서 대략 50%의 황이 황화물과 같이 잔여 슬래그 내에 남겨지고, 황의 일부는 산화황과 같이 반응기로부터 이동될 수 있다.

7.2. 형성된 CO 및 H₂O의 비율은 피드스톡 조성물을 기초로 정확히 결정되지 않을 수 있다. 이들 데이터는 단지 실제 방법으로만 수득될 수 있다. 따라서, 이러한 값은 초기에 피드스톡으로부터 CO 및 H₂0로 변환하는 산소의 퍼센트 비율로서 계산 조건에서 설정된다.

7.3. 유사하게 CH₄ 및 H₂의 비율을 정확히 설정할 수 없다. 이러한 매개변수를 결정하기 위해, 수소의 퍼센트 비율이 설정되고, 여기서 수소는 초기 피드스톡으로부터 예컨대, CH₄, H₂O, H₂S 및 H₂와 같은 생성물로 변환된다.

7.4. 수소, 탄소 및 산소의 분포시의 설정 조건과 피드스톡 내의 요소 중량을 기초로, 열 분해 반응 공식 내의 계수가 계산된다:

7.5. 계산된 반응 계수를 기초로, 열 분해 공정 동안 수득된 양과 탄소 중량 및 가스의 계산이 수행된다:

8. 산소를 이용한 산화.

8.1. 특정 량의 공기가 반응기 내로 공급된다. 이 계산은 가스화기의 열 균형을 유지하기 위해 필요한 피드스톡 부분의 연소 공정에서 열 에너지를 제거하기 위하여 가스화기에 공급되는 필요한 공지의 양을 결정한다.

8.2. 계산을 단순화하기 위하여, 단지 탄소만이 산호와 반응하는 것으로 가정된다. 실제 공정에서, 초기에 열 분해 공정 동안에 형성되는 연소가능한 가스가 연소되고, 탄소 일부는 이와 함께 연소된다. 또한, 연소 공정이 완료되고 불완전 연소의 생성물이 형성되지 않는 것으로 가정된다.

C + 0₂ = C0₂

8.3. 과도한 첨가된 공기가 이 계산에서 사용되거나 또는 사용되지 않을 수 있다.

하기 표에서 반영된 경우에 과도한 공기가 없다.

8.4. 공기 질소가 대응하도록 첨가되는 소모된 산소의 양과 중량의 임의의 값이 초기에 계산에 도입된다:

8.5. 소모된 탄소의 중량 및 피드스톡 부분의 연소 시에 형성된 가스화 생성물(이 경우에 탄소)의 양과 중량이 결정된다.

8.6. 탄소 연소 반응의 열 효과를 기초로, 모든 필요한 공기 산소의 상호작용 시에 방출되는 열 에너지의 총 양이 결정된다:

9. CO₂ 변환 - 이산화탄소 가스화

9.1 형성된 CO₂의 일부는 다양한 고체 또는 가스성 성분과 상호작용한다. 계산의 편리함을 위해, CO₂ 변환은 하기 반응에 따라 고려된다:

C0₂ + C = 2CO

단지 실험적 데이터 - CO₂ 변환 계수를 기초로 결정될 수 있는 조건 매개변수가 도입된다.

9.2. 계산 시에 변환 계수를 사용하여 형성된 CO의 양과 반응하는 탄소 및 CO₂의 양을 계산한다.

10. 하이드로가스화.

10.1. CO₂의 변환 및 연소 이후에 탄소가 잔류하는 상태에서 스팀의 상호작용이 가정적으로 수행된다.

C + H₂0 = CO + 2H₂

10.2. 하기 유형의 물이 고려된다: 제1 유형은 피드스톡 내에 함유된 수분이고, 제2 유형은 첨가된 스팀 또는 물이며, 제3 유형은 열 분해 공정에서 형성된 물이다. 특정 경우에, 피드스톡 내의 초기 수분 함유량은 충분하거나 또는 필요한 것을 초과할 수 있다.

이 경우에, 첨가될 필요가 있는 물의 양의 계산이 수행된다.

11. 가스화기의 배출부에서 생성된 가스.

11.1 가스화기의 배출부에서 생성된 가스의 조성물, 중량, 양, 칼로리 함량 및 이의 메탄 등가물이 계산된다. 계산은 생성된 열 분해 가스의 조성물에 기초로 한다. 이들 데이터를 요약하면, 반응기의 배출부에서 가스화 가스가 계산된다.

12. 에너지 손실.

이 경우에, 하기 에너지 손실이 고려된다: 1) 흡열 반응 효과, 2) 슬래그 제거와 연관된 열 손실, 3) 가스화기 설계 손실, 4) 가스화기에 의해 생성된 고온 가스와 연관된 손실, 5) 비반응성 물로부터 스팀 생성과 연관된 손실.

12.1 개별 물질의 연소 열에 대한 열 반응 효과 기준 데이터가 사용되고, 열 반응 효과의 계산이 부분적으로 수행된다:

-피드스톡 열 분해의 반응 열 에너지; 2) C+H₂0 = CO+H₂; 3) C+C0₂ = 2CO;

12.2. 반응 물질의 알려진 양과 계산된 열 반응 효과를 기초로, 이들 반응 동안에 흡수 또는 방출되는 열 에너지의 양이 계산된다. 그 후에, 모든 반응의 경우 열 에너지의 요약된(총) 양이 계산된다. 이 경우에, 다량의 열 에너지의 흡수가 관찰된다.

12.3. 슬래그 제거와 연관된 열 손실.

계산된 열 용량, 슬래그의 평균 형태 구조 및 이의 알려진 양과 온도를 기초로, 가스화기로부터 슬래그 제거와 연관된 열 손실의 계산이 수행된다.

12.4. 가스화기의 설계와 연관된 손실.

가스화기의 용기 구조를 통한 열 손실은 다수의 요인에 의존되며, 상세하고 정확한 계산을 위해 상당히 복잡하다. 이 경우에, 이들 손실은 반응기 내로 유입되는 총 에너지 양에 대해 5%를 포함하는 것으로 가정된다.

12.5. 가스화 가스와 함께 반응기로부터 제거된 열 에너지.

각각의 가스 조성물의 경우, 열 용량은 알려진 기준 계수를 기초로 계산된다. 가스화기로부터의 배출부에서 계산된 가스 양 및 이의 온도를 사용하여 25 °C로 냉각 시에 제거된 열 에너지의 양을 결정한다.

12.6. 가스화기 내로 초과 수분가 유입되는 경우, 또한 이러한 수분으로부터 스팀 형성을 위한 에너지 소모를 고려할 필요가 있다. 이 실시예에서는 초과 물이 없다.

12.7. 가스화기의 모든 열 소모가 요약된다.

13. 에너지 손실 보상.

탄소 연소 중에 방출된 열 에너지로 인해 보상이 수행된다(8.6 참조). 따라서, 방출된 에너지의 양이 에너지 손실 양에 대응하도록 공기의 양을 반응기 내로 공급할 필요가 있다. 초기에, 임의의 양의 공기 공급이 가정된다(8.4 참조). 총 에너지 손실의 계산 이후에, 연소 이후 방출된 에너지의 등식(equality) 및 공급된 공기의 양의 변경에 따라 시행 착오법에 의해 총 에너지 손실을 결정할 수 있다. 따라서, 추가된 공기의 필요 양이 계산될 수 있다.

14. 가스화 가스의 회복된 열 에너지의 양의 계산이 회복 이후에 40°C로 냉각된 가스를 고려하여 수행되고, 열 전달로 인한 손실은 10%이다.

15. 전기 에너지의 생성.

가스화 가스로부터 전기 생성을 위한 2개의 옵션이 비교 계산에서 고려된다:

1) 38.7%의 효율 인자에 따라 가스-동력식 장치의 사용;

2) 20%의 효율 인자에 따라 스팀 터빈의 사용.

생성된 가스의 매개변수에 따라 가스-동력식 장치를 사용하여 전기 에너지를 생성하는 가능성이 고려될 수 있다.

16. 가스 동력식 장치 이후에 플루 가스의 열 에너지의 회복.

가스화 가스의 총 에너지로부터 이 계산이 가정된다.

- 38.7%가 전기 에너지로 변환된다;

- 배출 고온수 또는 공정 스팀으로서 41.3%가 회복된 열 에너지로 변환된다;

- 20%가 대기로 플루 가스의 배출과 연계된 손실 및 반응기 설계-연관 손실이다(이 계산에서, 열 교환기로부터 배출되는 가스의 온도는 250°C임).

17. 중량 균형(weight balance)의 계산.

유입 중량(input weight)은 (a) 로딩된 피드스톡, (b) 공급된 공기, 및 (c) 추가 공급된 물 또는 스팀의 중량의 합이다. 배출 중량(output weight)은 생성된 가스화 가스의 중량 및 슬러그 중량으로 구성된다.

18. 에너지 균형

유입 에너지는 가스화기 내로 로딩된 피드스톡의 연소 열이다. 배출 에너지는 반응기의 모든 열 손실 및 모든 생성된 가스화 가스의 연소 열의 합이다(즉, 가스화 가스의 열, 장치 손실, 열 에너지가 슬래드, 등과 함께 제거됨).

하기 표는 이전의 공지되고 사용된 기술과 비교하여 본 발명의 기술의 특정 이점을 나타낸다.

단지 예시의 목적으로 주어진 실시예에 따라 상기 개시에 본 발명의 원리가 개시될지라도, 첨부된 청구항 및 이의 균등물의 범위 내에서 모든 변형, 적용 및/또는 개조가 본 발명에서 사용될 수 있어야 한다.

본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 전술된 실시예의 다양한 적용 및 개조가 구성될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 첨부된 청구항의 범위 내에서 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 기재된 바와 달리 실시될 수 있다는 것으로 이해된다.

Claims (27)

1. 다운드래프트 가스화 장치로서,
   -신장된 외부 용기,
   -신장된 내부 용기 - 상기 내부 용기는 상기 외부 용기의 내측에 배치되어 외부 용기와 내부 용기 사이에 공극을 형성함 - ,
   -로딩 기구 - 신장된 로딩 기구 트렁크를 따라 피드스톡을 이동시키기 위한 피드스톡 공급기 및 신장된 로딩 기구 트렁크를 포함함 - ,
   -외부 표면과 내부 표면을 갖는 가스화기 트렁크,
   -연소 챔버,
   -가스 배출구, 및
   -슬래그 배출 기구를 포함하는 다운드래프트 가스화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가스화기 트렁크는 축을 포함하고, 상부 단부, 하부 단부 및 상기 가스화기 트렁크를 따라 배치된 복수의 슬릿을 추가로 포함하고, 각각의 상기 복수의 슬릿은 상부 슬릿 단부 및 하부 슬릿 단부를 포함하는 다운드래프트 가스화 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 가스화기 트렁크는 상기 축에 대해 수직한 하부 단부의 단면 및 상기 축에 대해 수직한 상부 단부의 단면을 추가로 포함하고, 상기 하부 단부의 상기 단면은 상기 상부 단부의 단면보다 큰 다운드래프트 가스화 장치.
4. 제4항에 있어서, 복수의 슬릿 내의 각각의 슬릿은 상기 가스화기 트렁크의 길이를 따라 실질적으로 배치되는 다운드래프트 가스화 장치.
5. 제4항에 있어서, 하나 이상의 복수의 슬릿은 상부 슬릿 단부에서의 폭보다 넓은 하부 슬릿 단부에서의 폭을 갖는 다운드래프트 가스화 장치.
6. 제5항에 있어서, 댐핑 챔버는 신장된 내부 용기와 가스화기 트렁크 사이에 형성되는 다운드래프트 가스화 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 댐핑 챔버는 상기 피드스톡으로부터 연소 챔버까지 가스를 흐르게 하는 다운드래프트 가스화 장치.
8. 제7항에 있어서,
   -복수의 상기 슬릿들 사이에서 상기 가스화기 트렁크의 외부 표면에 배치된 하나 이상의 강성 립(rib) - 상기 하나 이상의 강성 립은 실질적으로 상기 가스화기 트렁크를 따라 배치됨 - ,
   -상기 연소 챔버 바로 위에서 상기 가스화기 트렁크의 내부 벽 상에 배치된 하나 이상의 피드스톡 브레이커(feedstock breaker), 및
   -상기 가스화기 트렁크 내에서 이동됨에 따라 상기 피드스톡으로부터 압력을 저항하도록 상기 가스화기 트렁크의 상기 외측 표면상에 배치된 하나 이상의 강성 구조물을 추가로 포함하는 다운드래프트 가스화 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 슬래그 배출 기구는 슬래그 스크레이퍼, 공기 냉각 시스템 및 수 냉각 시스템을 추가로 포함하는 다운드래프트 가스화 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 신장된 내부 용기와 신장된 외부 용기 사이에 배치된 가스 터뷸레이터를 추가로 포함하는 다운드래프트 가스화 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 피드스톡 공급기는 피스톤인 다운드래프트 가스화 장치.
12. 다운드래프트 가스화 방법으로서,
    -로딩 기구 트렁크를 제공하는 단계,
    -건조 구역을 제공하는 단계,
    -가소화 구역을 제공하는 단계,
    -열 분해 구역을 제공하는 단계,
    -연소 구역을 제공하는 단계,
    -재형성 구역을 제공하는 단계,
    -슬래그 배출 구역을 제공하는 단계,
    -피드스톡을 공급하는 단계,
    -상기 로딩 기구 트렁크뿐만 아니라 신장된 로딩 기구 트렁크와 피드스톡 공급기를 포함하는 로딩 기구를 이용하여 각각의 상기 건조 구역, 열 분해 구역, 연소 구역, 재형성 구역 및 슬래그 배출 구역을 통해 상기 피드스톡을 밀어 넣는 단계,
    -상기 피드스톡을 상기 로딩 기구 트렁크를 통해 밀어 넣어 대기로부터 상기 건조 구역, 상기 가소화 구역, 상기 열 분해 구역, 상기 연소 구역, 상기 재형성 구역 및 상기 슬래그 배출 구역을 실질적으로 기밀식으로 분리하는 플러그를 형성하는 단계,
    -상기 건조 구역 내에서 상기 피드스톡으로부터 스팀을 형성 및 분리하는 단계,
    -상기 열 분해 구역 내에서 열 분해 가스를 형성하는 단계,
    -상기 열 분해 구역 내에서 상기 피드스톡으로부터 상기 열 분해 가스 모두를 실질적으로 분리하여 탄소 탄 잔류물(carbon char residue)을 분리하는 단계, 및
    -가스화 가스를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    -상기 분리된 열 분해 가스와 상기 스팀으로 혼합물을 형성하는 단계,
    -상기 혼합물을 상기 연소 구역으로 이동시키는 단계,
    -상기 연소 구역 내에서 상기 혼합물을 연소하는 단계,
    -상기 연소 구역 내에서 상기 탄소 탄 잔류물의 일부를 연소하는 단계, 및
    -재형성 구역 내에서 반응을 재형성하기 위해 상기 탄소 탄 잔류물의 나머지 일부를 이용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 공기를 상기 연소 구역으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
15. 제13항에 있어서, 산소 및 스팀의 혼합물을 상기 연소 구역으로 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 공기를 적어도 100F로 가열하는 방법.
17. 제14항에 있어서, 상기 공기를 60 미터/초를 초과하지 않는 속도로 공급하는 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 연소 구역과 상기 재형성 구역을 통해 이동시키면서,실질적으로 상기 열 분해 가스 내에 함유된 모든 탄화수소를 수소 및 일산화탄소로 변환시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
19. 제12항에 있어서, 상기 피드스톡은 광물 성분을 포함하여 상기 가스화 가스가 상기 재형성 구역과 연소 구역을 통과함에 따라 정화되는 방법.
20. 제12항에 있어서, 상기 피드스톡에 하나 이상의 흡착제(sorbent)를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 흡착제는 금속, 산화물, 염, 또는 옥사이드 하이드레이트(oxide hydrate)인 방법.
22. 제12항에 있어서, 상기 피드스톡에 하나 이상의 플럭스를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
23. 제20항에 있어서, 하나 이상의 플럭스는 금속, 산화물, 염, 옥사이드 하이드레이트, 황화물, 또는 염화물인 방법.
24. 제12항에 있어서, 피드스톡에 이산화규소를 첨가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
25. 제12항에 있어서, 연소 구역 내에 스팀을 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
26. 제12항에 있어서, 연소 구역 내에 이산화탄소를 공급하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
27. 제12항에 있어서, 하나 이상의 재형성 구역, 연소 구역, 열 분해 구역, 가소화 구역 및 건조 구역 주위에서 가스화 가스를 이동시켜 가스화 가스의 온도를 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.

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