KR20130085009A - 플래시 용기의 탈기 시스템 - Google Patents
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Abstract
본원에 개시된 실시예들은 기화기에 의해 생성된 슬래그 배출수의 스트림을 탈기하기 위한 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 시스템은 제 1 유체를 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 1 입구 및 슬래그 배출조로부터의 스트림을 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 2 입구를 갖는 플래시 용기를 포함하고, 상기 플래시 용기는 상기 제 1 유체를 플래시하여 제 1 플래시 가스를 생성하도록 구성되고, 상기 슬래그 배출조로부터의 스트림은 기화 미세 슬래그, 용존 산소(O2), 및 물의 혼합물을 포함한다. 상기 플래시 용기 내의 기액 접촉기는 상기 슬래그 배출조로부터의 스트림을 상기 제 1 플래시 가스와 접촉시켜서 상기 제 1 플래기 가스가 상기 슬래그 배출조로부터의 스트림을 탈기할 수 있게 하도록 구성된다. 상기 용기의 제 1 출구는 상기 슬래그 배출조의 스트림으로부터의 산소 및 상기 제 1 플래시 가스를 포함하는 오버헤드 방출물을 유출하도록 구성된다.
Description
본원에 개시된 요지는 합성가스 생성 시스템(syngas production systems), 특히 기화기에 의해 생성된 슬래그 배출수(slag sump water) 스트림의 탈기용 시스템에 관한 것이다.
기화기는 탄소계 물질을, 합성가스(synthesis gas or syngas)로서 지칭되는, 일산화탄소와 수소의 혼합물로 변환한다. 예컨대, 석탄 기화(가스화) 복합 사이클(IGCC: integrated gasification combined cycle) 발전 설비는, 일련의 반응을 통해, 고온의 공급원료(feedstock)를 산소 및/또는 스팀과 반응시켜 합성가스를 생성하는 하나 이상의 기화기를 포함한다. 상기 일련의 반응을 통칭하여 기화 프로세스라고 한다. 기화시에, 최종 합성가스는 고온 애시(ash)와 같은 바람직하지 않은 성분을 슬래그 형태로 포함할 수 있다. 따라서, 상기 합성가스를 포화 온도까지 냉각하는 한편, 상기 바람직하지 않은 성분의 적어도 일부를 제거하기 위해, 상기 합성가스는 급냉 유닛(quench unit)을 통해 안내될 수 있다. 상기 바람직하지 않은 성분은 상기 애시로부터 생성되는 슬래그 스트림과 같은 부산물을 형성할 수 있다.
본 발명은 기화기에 의해 생성된 슬래그 배출수 스트림의 탈기용 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
당초 청구된 발명의 범위에 상응하는 특정 실시예들을 하기에 요약한다. 이들 실시예는 청구된 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니며, 오히려 이들 실시예는 단지 발명의 가능한 형태들의 간단한 개요를 제공하려는 것이다. 실제로, 본 발명은 후술하는 실시예들과 유사하거나 또는 그와는 상이할 수 있는 다양한 형태를 아우를 수 있다.
제 1 실시예에 있어서, 시스템은 플래시 용기를 포함하고, 상기 플래시 용기는: 제 1 유체를 상기 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 1 입구로서, 상기 플래시 용기는 상기 제 1 유체를 플래시(flash; 증발)하여 제 1 플래시 가스를 생성하도록 구성되는, 제 1 입구와; 슬래그 배출수(slag sump water)의 스트림을 상기 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 2 입구로서, 상기 슬래그 배출수의 스트림은 물, 산소(O2), 및 기화 슬래그 및 분체(char)의 적어도 하나의 혼합물을 포함하는, 제 2 입구와; 상기 플래시 용기 내부에 배치된 기액 접촉기(gas-liquid contactor)로서, 상기 기액 접촉기는 상기 슬래그 배출수의 스트림과 상기 제 1 플래시 가스를 접촉시켜서 상기 제 1 플래시 가스가 상기 슬래그 배출수의 스트림을 탈기할 수 있게 하도록 구성되는, 기액 접촉기와; 상기 슬래그 배출수의 스트림으로부터의 산소 및 제 2 플래시 가스를 포함하는 오버헤드 방출물(overhead discharge)을 유출하도록 구성된 제 1 출구를 갖는다.
제 2 실시예에 있어서, 시스템은 탄소계 공급물(carbonaceous feed)을 기화하여 합성가스를 생성하도록 구성된 기화기, 및 상기 생성된 합성가스를 적어도 물을 이용하여 급냉해서, 급냉된 합성가스의 스트림, 용존 산소를 갖는 슬래그 스트림, 및 폐수 스트림을 발생시키도록 구성된 급냉부(quench portion)를 포함한다. 상기 시스템은 상기 급냉부보다 하류에 배치된 플래시 용기를 또한 포함하고, 상기 플래시 용기는 제 1 입구에서 액체 공급물을 수용하는 한편, 제 2 입구에서 상기 폐수 스트림을 수용하도록 구성되며, 상기 액체 공급물은 상기 슬래그 스트림과 물의 접촉에 의해 발생된 슬래그 배출수의 스트림을 포함하고, 상기 플래시 용기는 상기 액체 공급물을 제 1 플래시 가스와 접촉시켜서 상기 슬래그 배출수를 탈기하여 실질적으로 탈기된 액체 공급물의 스트림을 생성하도록 구성된 기액 접촉기를 포함한다.
제 3 실시예에 있어서, 시스템은 탄소계 공급물을 기화하여 합성가스를 생성하도록 구성된 기화기, 및 상기 합성가스를 적어도 물을 이용하여 급냉해서, 급냉된 합성가스의 스트림, 슬래그 스트림, 및 제 1 폐수 스트림을 발생시키도록 구성된 급냉부를 포함한다. 상기 시스템은 상기 급냉부보다 하류에 배치된 제 1 플래시 용기를 또한 포함하고, 상기 제 1 플래시 용기는 상기 제 1 폐수 스트림을 수용하여 제 1 압력에서 플래시해서 제 1 플래시 가스 및 제 2 폐수 스트림을 생성하도록 구성되며, 상기 제 2 폐수 스트림은 상기 제 1 폐수 스트림보다 낮은 압력을 갖는다. 상기 시스템은 상기 제 1 플래시 용기보다 하류에 배치된 제 2 플래시 용기를 더 포함하고, 상기 제 2 플래시 용기는 제 1 입구에서 상기 제 2 폐수 스트림을 수용하도록 구성되는 한편, 상기 제 2 플래시 용기는 제 2 입구에서 용존 산소를 갖는 액체 공급물을 수용하도록 구성되며, 상기 제 2 플래시 용기는 상기 제 2 폐수 스트림을 제 2 압력에서 플래시하여 제 2 플래시 가스를 생성해서 상기 액체 공급물을 탈기하여 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 생성하도록 구성된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 양태, 및 장점은, 도면 전반에서 유사한 부분을 유사한 부호로 나타내고 있는 첨부 도면을 참조로, 하기의 상세한 설명을 숙지할 때 비로소 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 합성가스를 생성하도록 구성되는 한편, 시스템에 의해 생성된 폐수(black water) 및 슬래그 배출수의 스트림을 처리하도록 구성된 기화 시스템의 일 실시예의 개요도로서, 상기 시스템은 상기 폐수의 압력을 저감하도록 구성된 고압 플래시 탱크(high pressure flash tank) 및 상기 폐수의 압력을 더 저감하는 한편, 상기 폐수를 이용하여 상기 슬래그 배출수의 스트림을 탈기하도록 구성된 저압 플래시 탱크(low-pressure flash tank)를 포함하고 있는 것을 나타내는 도면,
도 2는 합성가스를 생성하도록 구성되는 한편, 시스템에 의해 생성된 폐수 및 슬래그 배출수의 스트림을 처리하도록 구성된 기화 시스템의 일 실시예의 개요도로서, 상기 시스템은 상기 폐수를 시스템의 기화기로부터 직접 수용하는 한편, 상기 폐수의 플래시 가스를 이용하여 슬래그 배출조(slag sump)를 탈기하도록 구성된 저압 플래시 탱크를 포함하고 있는 것을 나타내는 도면,
도 3은 도 1 또는 도 2의 저압 플래시 탱크의 일반적인 실시예의 개요도.
도 4는 복수의 고정식 밸브 트레이를 기액 접촉기로서 이용하는 도 3의 저압 플래시 탱크의 일 실시예의 개요도,
도 5는 복수의 라시히 링(Raschig rings)으로 형성된 고정식 베드를 상기 기액 접촉기로서 이용하는 도 3의 저압 플래시 탱크의 일 실시예의 개요도.
도 2는 합성가스를 생성하도록 구성되는 한편, 시스템에 의해 생성된 폐수 및 슬래그 배출수의 스트림을 처리하도록 구성된 기화 시스템의 일 실시예의 개요도로서, 상기 시스템은 상기 폐수를 시스템의 기화기로부터 직접 수용하는 한편, 상기 폐수의 플래시 가스를 이용하여 슬래그 배출조(slag sump)를 탈기하도록 구성된 저압 플래시 탱크를 포함하고 있는 것을 나타내는 도면,
도 3은 도 1 또는 도 2의 저압 플래시 탱크의 일반적인 실시예의 개요도.
도 4는 복수의 고정식 밸브 트레이를 기액 접촉기로서 이용하는 도 3의 저압 플래시 탱크의 일 실시예의 개요도,
도 5는 복수의 라시히 링(Raschig rings)으로 형성된 고정식 베드를 상기 기액 접촉기로서 이용하는 도 3의 저압 플래시 탱크의 일 실시예의 개요도.
본 발명의 하나 이상의 특정 실시예를 후술한다. 이들 실시예의 간명한 설명을 제공하려는 노력으로서, 실제 구현되는 모든 특징을 명세서에 기술하지는 않는다. 임의의 공학 또는 설계 프로젝트에서와 같은, 이러한 임의의 실제 구현의 개발에 있어서, 하나의 구현으로부터 다른 구현으로 변경할 수 있는 시스템-관련 및 비지니스-관련 제약을 준수하는 바와 같은, 개발자의 특정 목표를 달성하도록 다수의 구현-특정 결정이 이루어져야만 한다는 점을 이해해야 한다. 또한, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이 공개물의 수익자인 당업자에게는 설계, 제작, 및 제조의 정례적인 업무일 수도 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 다양한 실시예의 요소들의 도입시에, 부정관사("a", "an"), 정관사("the") 및 상기("said")는 상기 요소들이 하나 이상 존재함을 의미하는 것이다. "포함하는(comprising)", "구비하는(including)", 및 "갖는(having)"이라는 용어는 열거된 요소들 이외의 추가적인 요소들이 존재할 수 있음을 포괄적으로 의미하는 것이다.
위에서 주지한 바와 같이, 합성가스를 생성하는 기화기는 슬래그와 같은 부산물을 생성할 수도 있다. 상기 기화기로부터의 슬래그는 급냉부에서 물과 혼합되며, 상기 급냉부로부터 슬래그 스트림으로서 유동한다. 상기 슬래그 스트림은 슬래그 배출조에서 감압 및 수집된다. 상기 슬래그 스트림은 상기 슬래그 배출조로부터 제거되는 한편, 탈수되어,상기 회수된 물 및 상기 슬래그 배출조 내의 물을 추가 사용에 이용할 수 있게 만든다. 불행히도, 상기 슬래그 스트림으로부터 회수된 물 및 상기 슬래그 배출조 내의 물은, 기화기의 하류에 배치된 다양한 구성부를 부식시킬 수 있는, 슬래그 배출조(40)에 인접하는 공기와 같은, 공기로부터 흡수된 용존 산소(dissolved oxygen)도 포함한다. 하류의 부품으로서는, 배관, 도관, 용기, 열교환기 및/또는 펌프가 포함될 수 있다. 특정 구조에 있어서, 진공 플래시 용기(vacuum flash vessel)를 이용하여 산소를 제거할 수 있다. 상기 진공 플래시 용기는 진공 펌프 및 관련 장비를 사용하여, 상기 용기 내부의 압력을 대기압 아래로, 또는 기화기를 갖는 플랜트 시스템의 최저 작동압 아래로 저감되게 할 수 있다. 따라서, 슬래그 스트림 내의 용존 산소의 제거에 관한 통상적인 해법은 종종 비효율적이며, 많은 비용이 들거나, 및/또는 추가적인 개선의 대상이 된다.
본 실시예들은, 하나 이상의 기액 접촉기를 갖는 저압 플래시 용기(low-pressure flash vessel)를 제공함으로써, 이들 및 다른 단점들을 극복한다. 상기 플래시 용기는 용존 산소를 갖는 슬래그 배출수의 스트림과 같은 포기 액체 공급물(aerated liquid feed)이 상기 기액 접촉기에 걸쳐서 통과하여 유동하도록 구성된다. 또한, 압력 감소의 결과로서 기화기 블로우다운 스트림(gasifier blowdown stream)으로부터 발달한 스팀과 같은 플래시 가스가 상기 기액 접촉기를 통해 유동한다. 상기 플래시 가스 및 상기 포기 액체 공급물은 상기 기액 접촉기에서 서로 접촉하며, 상기 플래시 가스는 상기 액체 공급물 내의 용존 산소의 적어도 일부를 제거한다. 다시 말해서, 상기 기화기 블로우다운 스트림은 단일의 용기를 이용하여 슬래그 배출수의 스트림을 탈기하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 슬래그를 생성하는 임의의 기화 시스템과 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 IGCC 시스템, 합성가스 생성 시스템, 및 메탄 생성 시스템에서 이용될 수 있다. 도 1은 기화 시스템(10)의 일 실시예를 나타낸다. 상기 기화 시스템(10) 내에서는, 합성가스를 생성하기 위한 에너지원으로서 탄소계 연료원(12)이 이용될 수 있다. 상기 연료원(12(56)는 석탄, 석유 코크스, 바이오매스, 목재, 농업 폐기물, 타르, 및 아스팔트, 또는 그 밖의 탄소 함유 재료를 포함할 수 있다.
상기 연료원(12)은 공급원료 준비 시스템(14)을 통해 상기 기화 시스템(10)에 도입될 수 있다. 상기 공급원료 준비 시스템(14)은 상기 연료원(12)을 크기 조정 또는 형상 조정하거나, 선택 및/또는 건조할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 상기 공급원료 준비 시스템(14)은 그라인딩 밀(grinding mill)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 공급원료 준비 시스템(14) 내에서는, 물 또는 다른 적절한 액체 등의 첨가제(16)가 상기 연료원(12)에 첨가되어 기화기 공급물로서의 연료 슬러리(18)를 생성할 수 있다. 그러나, 액체 첨가제를 사용하지 않는 다른 실시예에서는, 상기 기화기 공급물(18)은, 예를 들어 캐리어 가스를 이용하여 상기 기화기 내로 반송될 수 있는 건조된 또는 부분적으로 건조된 공급원료일 수 있다.
상기 연료 슬러리(18)는, 상기 연료 슬러리(18)를 산소(O2)(22)와 혼합해서 통칭하여 기화 프로세스로 지칭되는 일련의 반응을 통해 합성가스를 생성하는 기화기(20)로 안내된다. 특히, 상기 기화 프로세스 동안, 상기 연료 슬러리(18)는 상승된 압력(예를 들어, 대략 20bar 내지 85bar의 절대 압력) 및 온도(예를 들어, 대략 700℃ 내지 1600℃)에서 제한된 양의 산소와 반응하여 상기 연료 슬러리(18)를 부분적으로 산화하는 한편, 합성가스를 생성할 수 있다. 상기 산소(22)와, 상기 연료 슬러리(18) 내의 탄소 및 물간의 화학 반응으로 인해, 상기 합성가스는 수소, 일산화탄소, 및 이산화탄소를 포함할 수 있다. 기화 동안 생성된 애시로부터의 부산물, 황, 질소, 및 염화물을 포함하는, 그 밖의 바람직하지 않은 성분이 형성될 수도 있다.
급냉부(26)와 함께 단일의 압력 용기(20)에 내포되는 것으로 도 1에 도시된, 급냉 기화기로도 지칭되는 기화기(20)는 상기 기화 프로세스를 수행하는 반응부(24) 및 상기 기화 프로세스에 의해 생성된 합성가스를 냉각하는 급냉부(26)를 포함한다. 상기 반응부(24) 내에서는, 상기 연료 슬러리(18)가 가열되어 열분해 프로세스를 겪을 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 상기 기화기(20) 내측의 온도는, 상기 연료 슬러리(18)를 발생시키는데 이용된 연료원(12)의 유형에 따라, 상기 열분해 프로세스 동안 대략 150℃ 내지 1600℃ 범위로 될 수 있다. 상기 열분해 프로세스 동안의 상기 공급원료의 가열은, 예컨대 분체(char)와 같은 고형물, 및 예컨대 일산화탄소 및 수소와 같은 잔류 가스를 발생시킬 수 있다.
상기 기화기(20) 내에서는 연소 프로세스가 발생할 수 있다. 상기 연소는 상기 분체 및 잔류 가스에의 산소의 도입을 포함할 수 있다. 상기 분체 및 잔류 가스는 산소와 반응하여, 후속 기화 반응을 위한 열을 제공하는 이산화탄소 및 일산화탄소를 형성할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 상기 연소 프로세스 동안의 온도는 대략 700℃ 내지 1600℃ 범위로 될 수 있다. 이어서, 기화 단계 동안 상기 기화기(20)에 스팀이 도입될 수 있다. 상기 분체는 상기 이산화탄소 및 스팀과 반응하여, 대략 800℃ 내지 1100℃ 범위의 온도에서 일산화탄소 및 수소를 생성할 수 있다. 본질적으로, 상기 기화기(20)는 상기 공급원료의 일부가 "연소(burned)"되게 하여 이산화 탄소, 및 추가의 공급원료를 부가적인 수소 및 일산화탄소로 변환하는 제 2 반응을 가능하게 하는 에너지를 생성하기 위해 스팀 및 산소를 이용한다. 이렇게, 최종 가스가 상기 기화기(20)에 의해 제조된다. 이 최종 가스는 주로, 일산화탄소 및 수소뿐만 아니라, 메탄, 이산화탄소, 물, 염화수소, 불화수소, 암모니아, 시안화수소, 및 황화수소 및 황화카르보닐(상기 공급원료의 황 함량에 따름)을 포함할 수 있다. 기화 불가능한 애시 재료 및 변환되지 않은 및/또는 불완전하게 변환된 상기 공급원료 슬러리로부터의 연료는 용융 슬래그의 대형 입자와, 미분(fines) 또는 미세 슬래그로서 지칭되는 소형 입자로서 존재할 수 있는 프로세스 부산물일 수 있다.
상기 반응부(24)로부터, 상기 합성가스를 냉각 및 포화시킬 수 있는 급냉부(26)에 합성가스가 진입할 수 있다. 상기 급냉부(26)는 도시된 바와 같이 기화기(20)에 일체로 된 부분일 수 있거나, 또는 상기 급냉부(26)는 별도의 유닛으로 될 수 있다. 상기 급냉부(26)는, 바람직하지 않은 성분의 응고를 야기하는, 물과 같은 냉각 유체의 증발을 통해 포화 온도까지 또는 그 근처까지 상기 합성가스를 냉각할 수 있다. 특히, 상기 용융 슬래그는 상기 급냉부(26)의 저부에 수집될 수 있는 굵은 슬래그 입자(28)로 급속하게 냉각 및 응고될 수 있다.
어떤 실시예에 있어서는, 상기 합성가스 및 입자 고형물은 기화기(20)를 나간 후 급냉부(26)에 진입하기 전에 어떤 프로세스 단계를 겪을 수 있다. 비제한적인 예로서, 이들 다른 프로세스는 스팀을 생성하기 위해 보일러 급수와의 간접적인 열교환에 의한 부분적인 냉각 단계를 포함할 수 있지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 추가적으로 또는 대안으로서, 상기 프로세스는 상기 합성가스로부터 상기 슬래그 및 그 밖의 입자 고형물의 적어도 부분적인 분리, 및 상기 합성가스로부터 적어도 부분적으로 분리된 슬래그 및 그 밖의 입자 고형물과 잔여 입자 고형물을 제각기 급냉하는 단계를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 합성가스 및 잔여 입자 고형물의 급냉은 포화된 합성가스의 스트림 및 폐수의 스트림을 생성하도록 세정기(scrubber) 내에서 상기 합성가스 및 잔여 입자 고형물을 급냉, 냉각, 또는 세정하는 단계를, 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 상기 기화기(20) 내에서 생성된 상기 합성가스 및 입자는 반응물로서 사용되어 제 2 단계 반응기에서 추가적인 공급원료를 변환하는 것을 도울 수 있으며, 스팀 또는 CO2와 접촉하여 상기 합성가스의 조성을 변경하거나, 및/또는 상기 합성가스 및 입자 고형물을 부분적으로 냉각하는 것 등이 가능하다.
상기 굵은 슬래그(28)는, 예를 들어 중력에 의해, 상기 급냉부(26)로부터 가압된 로크 호퍼(pressurized lock hopper)(30) 내로 규칙적인 간격으로 유동할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서는, 제어 밸브(32)가 상기 로크 호퍼(30)에 전달되는 굵은 슬래그(28)의 양을 제어할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 로크 호퍼(30) 내의 상기 굵은 슬래그(28)로부터 액체(34)(예를 들어, 물)가 제거되어 기화기(20)의 급냉부(26)로 귀환될 수 있다. 도시된 실시예에 있어서는, 상기 액체(34)는 상기 로크 호퍼(30)와 상기 기화기(20) 사이의 분기 유로(38)를 따라 배치된 펌프(36)에 의해 기동된다. 이후, 최종 슬래그(29)는 상기 로크 호퍼(30)로부터 제거되어 슬래그 배출 유닛(40)으로 안내된다. 예를 들어, 상기 슬래그(29)는 상기 로크 호퍼(30)로부터 제어 밸브(42)를 통해 상기 슬래그 배출 유닛(40)으로 안내된다. 상기 슬래그(29)는 배출 유닛(40)의 저부에 침전되며, 예를 들어 부분적으로 탈수된 슬래그 스트림(43)을 생성하는 슬래그 드래그 컨베이어(slag drag conveyor)(도시되지 않음)를 이용하여 상기 슬래그 배출 유닛(40)으로부터 제거될 수 있다. 슬래그 스트림(43)의 제거는 슬래그 배출수(66)의 스트림을 생성하는 배출 펌프(68) 등의 사용에 의해, 슬래그 배출조(40)에 잔류하는 물의 회수를 용이하게 한다. 실제로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 슬래그 배출수(66)의 스트림은 최종적으로 상기 기화 시스템(10) 내에서 다양한 프로세스에 사용될 수 있는 오수(grey water) 또는 처리수(process water)를 생성하기 위해 탈기된다.
상기 기화기(20)의 동작으로 되돌아가서, 슬래그(28)를 생성하는 것에 더하여, 상기 급냉부(26)는 부분적으로 냉각된 합성가스(42) 및 기화기 블로우다운으로서 지칭될 수도 있는 폐수(44)를 생성할 수 있다. 상기 폐수(44)는 미분 및 분체의 혼합물과, 상기 기화기(20) 내에서 생성된 물을 포함하며, 일반적으로 급냉부(26) 내의 압력에서 상기 물의 포화 온도까지 상승된 온도로 되게 된다. 상기 부분적으로 냉각된 합성가스(42)는, 추가적인 미분, 분체 및 그 밖에 염화수소 등의 동반된 가스를 제거할 수 있는 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)으로 안내될 수 있다. 특히, 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46) 내에서는, 상기 미분 및 분체는 상기 합성가스로부터 분리되어, 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)의 저부에서 유출될 수 있는 폐수(48)의 다른 스트림을 생성하는 반면, 세정된 합성가스(50)는 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)에서 유출될 수 있다.
상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)에서 유출되는 폐수(48)는 급냉부(26)에서 사용될 수 있거나, 또는 상기 급냉부(26)로부터의 폐수(44)와 결합되어 폐수 처리 시스템(52)으로 안내될 수 있다. 다른 실시예에 있어서는, 상기 폐수(44) 및 폐수(48)는 별개의 스트림으로서 상기 폐수 처리 시스템(52)에 제공될 수 있다. 상기 폐수 처리 시스템(52)은 용존 가스를 제거하는 한편, 상기 미분을 농축시키기 위해, 상기 폐수(44 및 48)가 일련의 압력 감소를 겪게 하는 하나 이상의 플래시 탱크를 포함할 수 있다. 상기 플래시 탱크로부터의 열은 회수되어 상기 기화 시스템(10) 내의 다른 스트림을 가열하는데 사용될 수 있다.
도 1의 상기 폐수 처리 시스템(52)은 고압 플래시 탱크(54), 저압 플래시 탱크(56), 및 침전기(settler)(58)를 포함한다. 고압 및 저압 플래시 탱크(54, 56)가 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는, 기화 시스템(10)이, 후술하는 바와 같이, 저압 플래시 탱크(56)만을 포함할 수 있다. 일반적으로, 상기 고압 및 저압 플래시 탱크(54, 56)는 상기 폐수(44)를 부분적으로 증발 및 냉각되게 하는 압력 감소를 통해 미분의 분리를 촉진할 수 있다. 상기 도시된 실시예에 있어서, 상기 고압 및 저압 플래시 탱크(54, 56)는 상기 폐수(44)가 점진적으로 감소된 압력을 겪게 하여, 용존 가스의 추가적인 제거를 가능하게 한다. 어떤 실시예에 따르면, 상기 용존 가스는 급냉부(26) 및/또는 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)으로부터 흡수된 합성가스를 포함할 수 있다.
작동 중에, 상기 폐수(44)는 상기 기화기(20)의 급냉부(26)로부터 방출되어 레벨 제어 밸브(60)를 통해 유동한다. 상기 레벨 제어 밸브(60)는 고압 플래시 탱크(54) 내의 액체 레벨을 제어해서, 결국 상기 고압 플래시 탱크(54)에 유입하는 폐수(44)의 양을 제어할 수 있다. 제어 밸브(60)는, 이미 상기 폐수(44)에서 존재할 수 있는 임의의 스팀에 더하여, 상기 폐수(44)를 부분적으로 플래시(증발)시켜 스팀을 생성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 레벨 제어 밸브(60)는 상기 폐수(44)의 압력을 대략 20.7bar(300PSI(pound per square inch))와 대략 62.1bar(900PSI) 사이, 대략 25bar와 55bar 사이, 30bar와 45bar 사이, 또는 35bar와 40bar 사이로 감소시킬 수 있다.
상기 고압 플래시 탱크(54)는 상기 폐수(44)에 제 1 플래시 작업을 수행하도록 구성되어, 제 1 오버헤드 증기(62)를 생성한다. 실제로, 상기 고압 플래시 탱크(54)는, 대략 20.7bar-gauge(barg)(대략 300PSI-gauge(PSIG))와 대략 6.9barg(대략 100PSIG) 사이와 같은, 제 1 감소 압력으로 상기 폐수(44)를 플래시할 수 있다. 예컨대, 상기 폐수(44)의 압력은 대략 18barg와 9barg 사이, 16barg와 11barg 사이, 또는 14barg와 13barg 사이와 같은, 대략 20barg와 7barg 사이로 감소될 수 있다. 상기 제 1 플래시 작업에 의해 생성된 상기 제 1 오버헤드 증기(62)는 합성가스, 수소(H2), CO, CO2, 및 황화수소(H2S)의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 제 1 오버헤드 증기(62)는 다양한 가스 분리 및 포획 프로세스를 수행하는 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)에 제공될 수 있다.
상기 고압 플래시 용기(54) 내부의 압력, 및 그에 따라 상기 폐수(44)가 플래시되는 범위는 압력 제어 밸브(63)를 이용하여 제어된다. 예를 들어, 상기 압력 제어 밸브(63)는 그 하류 프로세스로의 유량을 제어함으로써 상기 제 1 오버헤드 증기(62)의 배압(backpressure)을 제어할 수 있다. 즉, 상기 제 1 오버헤드 증기(62)의 유동이 상기 압력 제어 밸브(63)에 의해 조절됨에 따라, 상기 고압 플래시 용기(54) 내부의 압력도 조절된다.
또한, 상기 고압 플래시 탱크(54)는 상기 고압 플래시 탱크(54)의 하부(예를 들어, 저부) 부근에서 유출되는 제 1 방출 폐수(64)를 생성한다. 상기 제 1 방출 폐수(64)는 상기 기화기(20)의 급냉부(26)에서 생성된 폐수(44)에 비해 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 오버헤드 증기(62)가 대부분의 상기 폐수(44)에서 증발하기 시작하면, 상기 고압 플래시 탱크(54) 내부의 폐수는 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상기 폐수(44)는 230℃와 250℃ 사이와 같이, 215℃와 270℃ 사이로 될 수 있는 반면, 냉각 이후의 상기 제 1 방출 스트림 폐수(64)는 185℃와 210℃ 사이와 같이, 170℃와 220℃ 사이로 냉각될 수 있다.
상기 제 1 방출 폐수(64)가 생성되면, 상기 저압 플래시 탱크(56)에 제공된다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 제 1 방출 폐수(64)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 하부(예를 들어, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 저부 부근)에 제공된다. 실제로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 상기 제 1 방출 폐수(64)를 플래시함으로써 생성된 증기는, 후에 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 제 1 플래시 가스로서 사용될 수 있다.
실질적으로 동시에, 배출수(66)의 스트림이 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부(예를 들어, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부 부근)에 제공된다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 배출수(66)의 스트림은 배출 펌프(68)에 의해 상기 저압 플래시 탱크(56)를 향해 기동된다. 어떤 실시예에 따르면, 배출수(66)의 스트림은 상기 슬래그 배출조(40) 부근의 대기로부터 용존 산소를 포함할 수 있으며, 상기 폐수(44) 및 상기 제 1 방출 폐수(64)보다 저온을 가질 수 있다. 불행히도, 상기 용존 산소는 이 배출수를 다른 플랜트 설비에서 사용하지 못하게 할 수 있으며, 상기 산소는 다양한 도관, 용기, 및 다른 플랜트 장비를 산화 및 부식시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은, 배출수(66)의 스트림을 탈기하는 방식으로, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 상기 제 1 방출 폐수(64)로부터 생성된 증기와 접촉되는 배출수(66)의 스트림을 제공하여, 상기 증기를 냉각한다.
예를 들어, 도 3 내지 도 5에 대하여 이하에서 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 저압 플래시 탱크(56)는 상기 제 1 방출 폐수(64)로부터 생성된 플래시 가스를 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림과 접촉시키는 하나 이상의 기액 접촉 구성부를 포함한다. 실제로, 상기 저압 플래시 탱크(56)에 제공될 수 있는 제 1 방출 폐수(64)의 양은 상기 고압 플래시 탱크(54) 및 상기 저압 플래시 탱크(56)를 유체 연통식으로 연결하는 도관(72)을 따라 배치된 레벨 제어 밸브(70)를 이용하여 적어도 부분적으로 제어될 수 있다. 상기 레벨 제어 밸브(70)는, 상기 고압 플래시 탱크(54)에서의 레벨 및 그에 따라 상기 도관(72)을 따른 상기 제 1 방출 폐수(64)의 유동을 제어하는 것에 더하여, 상기 배출수(66)의 스트림을 탈기하는데 사용될 상기 플래시 가스의 적어도 일부를 생성하기 위해 상기 제 1 방출 폐수(64)를 부분적으로 플래시할 수도 있다. 실제로, 레벨 제어 밸브(70)는 상기 제 1 방출 폐수(64)의 압력을 대략 5.0bar와 17.0bar 사이, 7.0bar와 15.0bar 사이, 또는 9.0bar와 11.0bar 사이와 같이, 대략 4.8bar(70PSI)와 대략 17.2bar(250PSI) 사이로 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 제 1 방출 폐수(64)가 상기 저압 플래시 탱크(56)에 진입함에 따라, 상기 제 1 방출 폐수(64)는 스팀과 같은 증기, 약간의 CO2, 약간의 합성가스, 및 다양한 입자(예를 들어, 미분 및 분체)를 포함하는 다상 유동(multi-phase flow)(예를 들어, 3-상 유동)일 수 있다.
상기 저압 플래시 탱크(56)는 상기 고압 플래시 탱크(54) 내의 압력에 비해 감소된 내부 압력을 갖는다. 일례로서, 상기 저압 플래시 탱크(56)는 플래시 가스를 생성하기 위해 상기 유입하는 제 1 방출 폐수(64)의 압력을 대략 1.4barg와 3.4barg 사이로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 방출 폐수(64)의 압력은 대략 2.2barg와 3.1barg 사이, 또는 2.5barg와 2.9barg 사이로 감소될 수 있다. 실제로, 이 압력 감소가 발생하면, 상기 제 1 방출 폐수(64)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부를 향해 유동하는 플래시 가스 또는 증기를 생성한다. 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림이 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부에 진입해서, 실질적으로 액체상(liquid phase)으로 되기 때문에, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 저부를 향해 흘러내리기 시작한다. 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림과 상기 플래시 가스의 역류 및 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 기액 접촉 구성부의 조합은 상기 플래시 가스가 상당량의 상기 용존 가스를 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림 내에서 제거하게 한다. 이는 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림이 탈기되게 하는 반면, 상기 플래시 가스를 냉각하여 제 2 오버헤드 증기(74)를 생성한다. 상기 제 1 오버헤드 증기(62)와 마찬가지로, 상기 제 2 오버헤드 증기(74)의 유량은 압력 제어 밸브(75)를 이용하여 제어된다. 따라서, 압력 제어 밸브(75)도 상기 저압 플래시 용기(56) 내부의 압력 및 상기 제 1 방출 폐수(64)가 플래시되는 범위를 제어한다.
상기 저압 플래시 탱크(56)에 제공되는 상기 제 1 방출 폐수(64) 및 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림에 더하여, 일부 실시예에 있어서는, 저압 스팀(76)의 스트림도 상기 탱크(56)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 저압 스팀(76)은 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 압력 및/또는 온도를 조절하는 것을 도울 수 있다. 상기 저압 스팀(76)은 상기 저압 플래시 탱크(56)에 진입할 때 상기 제 1 방출 폐수(64)를 플래시하는 것을 도울 수도 있다. 상기 저압 스팀(76)은 적어도 상기 저압 플래시 탱크(56) 내의 압력만큼 높은 압력으로 되어야 한다. 따라서, 일부 실시예에 있어서는, 상기 저압 스팀(76)의 압력은 대략 3bar와 6bar 사이, 또는 4bar와 5bar 사이와 같이, 대략 2bar와 8bar 사이로 될 수 있다. 도시된 실시예가 상기 저압 플래시 탱크(56)에 제공되는 것으로서 상기 저압 스팀(76)을 나타내고 있지만, 일부 실시예에 있어서는, 상기 저압 스팀(76)이 제공되지 않을 수 있다는 점에 유의해야 한다.
상기 제 1 방출 폐수(64)가 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부에서 플래시됨에 따라, 상기 생성된 플래시 가스는 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림을 탈기하여, 상기 제 2 오버헤드 증기(74)와, 탈기된 슬래그 배출수 및 상기 제 1 방출 폐수(64)의 액체 부분(즉, 플래시되지 않은 부분)을 갖는 탈기된 액체 방출물(77)을 생성한다. 앞서 주지한 바와 같이, 상기 플래싱 프로세스로 인해 탱크 내에 남은 잔류 유체가 냉각된다. 또한, 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림이 대략 60℃와 90℃ 사이, 또는 70℃와 80℃ 사이와 같이, 대략 50℃와 100℃ 사이 범위의 온도를 갖기 때문에, 상기 제 2 오버헤드 증기(74)는 상기 제 1 방출 폐수(64)에 비해 감소된 온도를 갖는다. 예를 들어, 상기 제 2 오버헤드 증기(74)는 대략 100℃와 150℃ 사이의 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 온도는 대략 90℃와 140℃ 사이, 95℃와 140℃ 사이, 또는 100℃와 130℃ 사이로 될 수 있다. 상기 제 2 오버헤드 증기(74)의 상기 감소된 온도는, 오히려 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림이 상기 제 1 방출 폐수(64)로부터 생성된 플래시 가스와 접촉되지 않을 때 사용될 수 있는 다양한 추가적인 냉각 및 처리 구성부에 대한 필요성을 배제할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 또한, 상기 접촉은 진공 플래시 탱크, 탈기기(deaerator) 등과 같은 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림을 위한 추가적인 탈기 구성부에 대한 필요성을 배제할 수 있다. 따라서, 장비 및 작업 비용의 절약을 제공하는 것 외에, 본 발명의 실시예들은, 그 구성 성분(예를 들어, 물, 미세 슬래그)을 보충수(make-up water), 로드 베이스(road base) 등과 같은 다양한 목적에 사용하는 처리 장비에 의해 상기 탈기된 액체 방출물(77)이 직접적으로 처리되게 할 수 있다.
예를 들어, 도시된 실시예에 있어서, 상기 탈기된 액체 방출물(77)은 상기 저압 플래시 탱크(56)에서 유출하여, 대략 100℃ 이하로 냉각되는 열교환기(78)로 안내된다. 예를 들어, 상기 탈기된 액체 방출물(77)은 대략 40℃와 100℃ 사이, 50℃와 90℃ 사이, 60℃와 80℃ 사이, 또는 대략 77℃로 냉각될 수 있다. 상기 탈기된 액체 방출물(77)의 냉각된 온도는 침전기(58) 내부에서 구성 성분으로서의 오수(80)와 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)의 분리를 도울 수 있다. 실제로, 상기 탈기된 액체 방출물(77)은 침전기(58)에 제공될 수 있으며, 상기 방출물(77) 내의 미세 슬래그 및 분체의 상당 부분이 침전될 수 있다. 이는 상기 오수(80) 및 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)을 생성하고, 상기 오수(80)는 보충수의 공급원으로서 사용되도록, 또는 기화 반응에서 사용(예를 들어, 급냉부(26)의 급냉수 공급원으로서)되도록, 추가의 정화를 위해 보내진다. 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)은 상기 침전기(58)의 저부로부터 제거되어 회전식 필터와 같은 필터(84)에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)은 펌프(86)에 의해 상기 필터(84)에 공급될 수 있으며, 또한 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)은 필터 케이크(filter cake)(88) 및 여과액 스트림(filtrate stream)(90)으로 분리될 수 있다. 상기 필터 케이크(88)는 고형 미세 슬래그 및 상기 기화 반응에 의해 생성되는 다른 입자를 포함할 수 있다. 상기 여과액 스트림(90)은 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)의 물뿐만 아니라 상기 필터(84)에 의해 제거되지 않은 미세 입자를 포함할 수 있다.
여과액 스트림(90)은 상기 슬래그 배출조(40)에서 재순환된다는 점에 유의해야 한다. 이 여과액 스트림(90)은 상기 저압 플래시 용기(56)에 제공되는 슬래그 배출수(66)의 스트림의 적어도 일부분을 구성할 수 있다. 선택적으로, 여과액 스트림(90)은 대체 스트림(91)으로서 도시되는 바와 같이, 저압 플래시 용기(56)로 직접적으로 경로설정될 수 있다. 따라서, 상기 대체 스트림(91)은 슬래그 배출수(66)를 수용하도록 구성된 입구와 동일한, 또는 상이한 입구를 통해 상기 저압 플래시 용기(56)에 진입할 수 있다. 실제로, 어떤 실시예에 있어서는, 스트림(90)은 상기 슬래그 배출수(66)와는 별개로, 또는 그 대신에 경로설정될 수 있다. 또한, 기화 시스템(10)에서의 사용을 위한 적어도 하나의 다른 물 스트림(93)은 처리수를 보충하는 것을 포함하여(그것에 제한되지는 않음) 저압 플래시 용기(56)에서의 상기 슬래그 배출수(66) 및 상기 미분 여과액 스트림(90)과는 별개로, 또는 그들 중 하나 또는 둘 모두와 조합하여 탈기될 수 있다. 다시 말해, 상기 저압 플래시 용기(56)는 상기 합성가스 생성 시스템에서의 사용을 위해 상기 여과액 스트림(90) 및 상기 적어도 하나의 다른 물 스트림(93)을 탈기할 수도 있다. 따라서, 상기 저압 플래시 용기(56)는 스트림(93)에 대한 각각의 입구를 포함할 수 있거나, 또는 스트림(93)은 상기 슬래그 배출수(66) 및/또는 상기 대체 스트림(91)의 어느 하나 또는 둘 모두에 사용된 것과 동일한 입구를 통해 상기 저압 플래시 용기(56)에 도입될 수 있다.
상기 폐수(44)(즉, 기화기 블로우다운)의 압력을 하나 이상의 단계에 걸쳐 내리는 것이 바람직할 수 있지만, 본 발명의 실시예들은 상기 저압 플래시 탱크(56)에서 단일의 단계로도 감소될 압력 및 온도를 제공한다. 실제로, 상기 실시예는 급냉부(26)로부터의 블로우다운수(blowdown water)의 처리와 연관된 장비 및 작업 비용을 더 절감할 수 있다. 도 2는 기화기(20)로부터의 부산물을 포함하는 블로우다운수(예를 들어, 폐수(44 및 48))를 처리하기 위한 저압 플래시 탱크와 같은 하나의 플래시 탱크만을 갖는 폐수 처리 시스템(100)의 일 실시예를 도시한다. 실제로, 상기 폐수 처리 시스템(100)은 상기 기화 시스템(10)의 일부로서 도시된다. 따라서, 상기 폐수 처리 시스템(100)의 구성요소는, 도 1에 관하여 상술한 기화 프로세스와 유사한 내용으로, 동일한 요소에 동일한 참조번호를 이용하여 기술된다.
상술한 바와 같이, 상기 기화기(20)는 미처리 합성가스(42), 슬래그(28) 및 폐수(44)를 생성한다. 상기 미처리 합성가스(42)는 세정 및 처리된 합성가스(50) 및 추가적인 폐수(48)를 생성하는 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)에 제공된다. 상기 굵은 슬래그(28)는 상기 슬래그 배출조(40)에 슬래그(29)를 보내는 로크 호퍼(30)에 제공되고, 여기서 상기 슬래그(29)는 슬래그 배출수(66)의 스트림이 상기 폐수 처리 시스템(100)에서 이용될 때까지 잔류하게 된다.
도시된 실시예에 있어서, 상기 합성가스 세정 및 처리 시스템(46)에서 생성된 추가의 폐수(48)를 포함할 수 있는 상기 폐수(44)는 고압 플래시 탱크(54) 없이 저압 플래시 탱크(56)에 직접 제공된다. 특히, 상기 폐수(44)는 상기 저압 플래시 탱크(56)를 급냉부(26)에 유체 연통식으로 연결하는 도관(104)을 따라 배치된 레벨 제어 밸브(102)를 통해 유동한다. 상기 레벨 제어 밸브(102)는, 일부 실시예에 있어서는, 상기 폐수(44)를 플래시하여, 스팀, 약간의 CO2, 약간의 합성가스, 물, 및 슬래그 입자를 포함하는 다상 유동을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 레벨 제어 밸브(102)는 상기 폐수(44)의 압력을 대략 30bar와 75bar 사이, 또는 40bar와 50bar 사이와 같이, 대략 24.1bar(350PSI)와 대략 80.7bar(1170PSI) 사이로 감소시킬 수 있다.
상기 폐수(44)는 상기 저압 플래시 탱크(56)에 도입되기 전에 플래시 탱크에서 플래시되지 않았기 때문에, 상기 저압 플래시 탱크(56)에 진입하는 상기 폐수는 도 1에 관하여 상술한 것보다 높은 온도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 저압 플래시 탱크(56)에의 도입시의 또는 도입 직전의, 상기 폐수(44)는 대략 230℃와 250℃ 사이와 같이, 대략 215℃와 270℃ 사이의 온도를 가질 수 있다. 앞서 주지한 바와 같이, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 압력은 대략 2.2barg와 3.1barg 사이, 또는 2.5barg와 2.9barg 사이와 같이, 대략 1.4barg와 3.4barg 사이로 될 수 있다. 실제로, 상기 폐수(44)는 대략 20barg와 80barg 사이, 30barg와 70barg 사이, 또는 40barg와 70barg 사이(예를 들어, 69barg)와 같이, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내로의 도입 전에 매우 높은 압력을 가질 수 있기 때문에, 상기 폐수(44)는 상기 저압 플래시 탱크(56) 내로의 진입시에 플래시될 수 있다. 실제로, 일 실시예에 따르면, 상기 폐수(44)는 플래시되어 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부에 제 1 플래시 가스를 생성한다.
실질적으로 동시에, 앞서 주지한 바와 같이, 슬래그 배출수(66)의 스트림이 상기 저압 플래시 탱크(56)에 제공될 수 있다. 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 압력은, 역류를 통해 및 기액 접촉 구성부를 통해 두 유동을 혼합함에 따라, 상기 폐수(44)의 플래시된 부분인 제 1 플래시 가스가 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림을 탈기하게 한다. 상기 기액 접촉 구성부는 복수의 라시히 링(예를 들어, 중공 원통형 구조), 하나 이상의 밸브 트레이(예를 들어, 고정식 밸브 트레이) 등을 포함할 수 있다. 앞서 주지한 바와 같이, 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림도 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 상기 제 1 플래시 가스 및 잔여 폐수(44)를 냉각한다. 따라서, 이 혼합, 탈기, 및 냉각의 결과로서, 오버헤드 증기(106) 및 탈기된 액체 방출물(108)이 상기 탱크(56)에 의해 생성된다. 그러므로, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부 부근에서 유출되는 상기 오버헤드 증기(106)는 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림에서 사전에 용해된 산소의 상당 부분, 스팀, 약간의 합성가스, 약간의 CO2, 약간의 산성 가스, 및 유사한 가스를 적어도 포함할 수 있다. 또한, 상기 오버헤드 증기(106)는 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 압력과 실질적으로 동일한 압력을 가질 수 있다. 또한, 도 1에 관하여 상술한 바와 같이, 상기 저압 플래시 용기(56) 내부의 압력은 압력 제어 밸브(107)에 의해 제어된다. 상기 압력 제어 밸브(107)는 상기 오버헤드 증기(106)의 유량을 제어하고, 그에 따라 상기 폐수(44)가 상기 저압 플래시 용기(56) 내부에서 플래시되는 범위를 조절하는 그 배압을 제어한다.
앞서 주지한 바와 같이, 도시된 실시예에서, 상기 저압 플래시 탱크(56)에 직접 제공되는 상기 폐수(44)는 상기 슬래그 배출수(66)를 탈기하는데 이용된다. 실제로, 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 제 1 플래시 가스(즉, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 상기 폐수(44)의 플래시된 부분)는 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림 내에서 용해된 산소의 60% 내지 100%를 제거할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 플래시 가스는 상기 용존 산소의 대략 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 또는 90% 내지 100%를 제거할 수 있다. 실제로, 일부 실시예에 있어서, 상기 제 1 플래시 가스는, 상기 시스템(10)의 작동 중에 상기 탈기된 액체 방출물(108)이 접촉할 수 있는 배관, 도관, 펌프, 또는 다른 용기에 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림에 존재하는 임의의 용존 산소가 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있게 하는 범위까지, 상기 슬래그 배출수(66)의 스트림을 탈기할 수 있다.
도 1의 상기 탈기된 액체 방출물(77)과 유사한 방식으로, 상기 탈기된 액체 방출물(108)이 열교환기(78)에서 냉각되어 침전기(58)에 제공된다. 상기 침전기(58)는 오수(80)와, 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)을 생성한다. 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)은, 상기 농축된 미세 슬래그 및 분체 스트림(82)을 다양한 고형 물질(예를 들어, 로드 베이스)을 포함하는 필터 케이크(88) 및 상기 슬래그 배출조(40)의 보충수 공급원으로서 사용되는 미분 여과액(90)으로 분리하는 필터(84)에 제공된다. 일부 실시예에 있어서, 상기 필터 케이크(88)는 상기 기화기(20)에서 연료 공급원으로서 추가적으로 또는 선택적으로 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 미분 여과액(90)은, 탈기를 위해 상기 저압 플래시 탱크(56)에 상기 미분 여과액(90)을 공급함으로써, 공급원료 슬러리 준비 및/또는 오수 보충에 사용될 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 제 1 입구(120), 상기 제 1 입구(120) 아래에 배치된 제 2 입구(122), 및 상기 제 1 입구(120)와 상기 제 2 입구(122) 사이에 배치된 기액 접촉기(124)를 포함하는, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 일 실시예가 도시된다. 상기 제 1 입구(120)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부(128)에서 슬래그 배출수(126)의 스트림을 수용(예를 들어, 도 1 및 도 2의 슬래그 배출조(40)로부터)하도록 구성된다. 반대로, 상기 제 2 입구(122)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 하부(132)에서 기화기 블로우다운(130)을 수용하도록 구성된다. 일례로서, 상기 기화기 블로우다운(130)은 도 2의 폐수(44)의 스트림 또는 도 1의 제 1 방출 폐수(64)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 기액 접촉기(124)는 상기 저압 플래시 탱크(56) 내에서 하향으로 떨어지는 상기 슬래그 배출수(126)와 상기 저압 플래시 탱크(56) 내에서 플래시되는 상기 기화기 블로우다운(130)으로부터 생성된 상승 플래시 가스의 혼합을 용이하게 하도록 위치된다.
상기 저압 플래시 탱크(56)는 상기 저압 플래시 용기(56) 내부의 압력 및/또는 온도 유지를 용이하게 하거나, 및/또는 상기 기화기 블로우다운(130)의 플래싱을 용이하게 할 수 있는 저압 스팀(76)을 수용하도록 구성된 제 3 입구(134)를 또한 포함한다. 작동 중에, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부에는 물, 또는 물 및 다른 기화 부산물의 혼합물 등의 액체(136)도 존재한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 액체(136)는, 상기 기화기 블로우다운(130) 및 상기 슬래그 배출수(126)로부터 잔류할 수 있는, 슬래그 및 분체를 포함하는 슬래그 배출수 성분 및 다양한 폐수 성분을 포함한다. 상기 액체(136)는 무엇보다도 소량의 합성가스, 불활성 가스, 산성 가스와 같이, 액상의 물 공급물(126 및 130)에 비해 농도가 감소된 다른 용존 가스를 포함할 수 있지만, 후술하는 바와 같이, 탈기가 고려될 수 있는 것이 일반적이다.
상기 액체(136)의 레벨(138)은, 상기 저압 플래시 탱크(56)에, 및 상기 저압 플래시 탱크(56)로부터 냉각/침전 영역(146)에 이르는 도관(144)을 따라 배치된 유량 제어 밸브(142)에 작동 가능하게 연결되는 레벨 제어부(140)를 이용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 냉각/침전 영역(146)는 도 1 또는 도 2의 기화 시스템(10)의 다양한 여과 및 물-재순환 구성부로 되는 상기 열교환기(78) 및 침전기(58)에 대응한다. 따라서, 작동 중에, 상기 레벨 제어부(140)는 탈기된 액체 방출물(예를 들어, 상기 액체(136)의 일부)을 상기 저압 플래시 용기(56)로부터 상기 냉각/침전 영역(146)까지 전달하는데 적합한 속도를 결정하기 위해 상기 액체(136)의 레벨(138)을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 레벨 제어부(140)는 상기 밸브(142)의 위치를 조절하기 위해 상기 유량 제어 밸브(142)의 액추에이터(148)에 제어 신호를 송신할 수 있다. 아래에서 상세히 기술하는 바와 같이, 상기 저압 플래시 용기(56) 내부의 압력은 상기 용기(56)로부터의 오버헤드 방출물의 유동을 제어함으로써 제어된다.
상술한 특징에 더하여, 상기 저압 플래시 탱크(56)는 상기 제 1 및 제 2 입구(120, 122) 각각의 부근에 배치된 트로프(trough)(150) 및 배플(baffle)(152)을 또한 포함한다. 일반적으로, 상기 트로프(150) 및 배플(152)은 상기 저압 플래시 탱크(56)를 각각 가로질러 실질적으로 균일한 분포를 제공함으로써 액체(예를 들어, 상기 슬래그 배출수(126)) 및 기체(예를 들어, 상기 기화기 블로우다운(130)의 플래시된 부분)의 접촉을 강화하도록 구성된다. 상기 트로프(150)는 상기 저압 플래시 탱크(56) 내에서 상기 슬래그 배출수(126)의 하향 유동(154)(화살표로 도시됨)을 수용하도록 구성된다. 상기 트로프(150)는 베이스(156)를 포함하고, 상기 베이스(156)에는 복수의 리세스(158)가 배치되어 있다. 상기 베이스(156)는 상기 유동(154)을 수용하고 상기 리세스(158)를 가로질러 상기 유동(154)을 분배해서, 화살표로 도시된 복수의 스트림(160)을 형성하도록 구성된다. 작동 중에, 상기 스트림(160)은 상기 기액 접촉기(124)를 향해 아래로 떨어진다. 상기 저압 플래시 탱크(56)가 일반적으로 상기 트로프(150)를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 어떤 실시예에 있어서는, 상기 기액 접촉기(124)가 고정식 밸브 트레이를 포함하는 경우 등에는 상기 플래시 탱크(56)는 트로프를 포함하지 않을 수 있다.
상기 배플(152)은 제 2 입구(122) 부근에 배치된 고정식 또는 가동식 돌출부(projection)를 포함한다. 상기 배플(152)은 상기 기화기 블로우다운(130)의 상기 저압 플래시 탱크(56) 내로의 유동을 방해하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부에서 상기 기화기 블로우다운(130)의 유동을 방해하면, 상승하는 제 1 플래시 가스(162)에 상기 블로우다운(130)의 유입이 악영향을 미치는 것이 방지될 수 있다. 실제로, 어떤 실시예에 있어서는, 상기 제 1 플래시 가스(162)의 유동의 악영향을 줄이면, 상기 슬래그 배출수(126)가 탈기되는 속도를 유지하는 것에 도움이 된다.
상기 제 1 플래시 가스(162)는 플래시된 상기 기화기 블로우다운(130)의 일부, 및 일부 실시예에 있어서는 상기 저압 스팀(76)의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 제 1 플래시 가스(162)는 주로 상기 블로우다운(130)으로부터 생성된 저압 스팀을 상기 기화 프로세스에서 생성된 트레이스 가스(trace gas)와 함께 포함한다. 도시된 바와 같이, 작동 중에, 상기 제 1 플래시 가스(162) 및 상기 슬래그 배출수(126)의 스트림(160)은 기액 접촉기(124)로 배향되고, 여기서 상기 슬래그 배출수(126)는 탈기되면서 상기 제 1 플래시 가스(162)를 냉각시킨다.
상기 기액 접촉기(124)는, 앞서 주지한 바와 같이, 상기 플래시 가스(162) 및 상기 스트림(160)의 접촉을 용이하게 하도록 구성된다. 일반적으로, 상기 기액 접촉기(124)는, 상기 플래시 가스(162) 및 상기 스트림(160)이 역류를 통한 접촉 가능성을 증가시키기 위해 한정된 영역을 통과하게 하는, 복수의 유동 방해 구조물과 같은 구성부를 포함한다. 예를 들어, 상기 기액 접촉기(124)는 상기 스트림(160) 및 상기 제 1 플래시 가스(162)의 상호작용을 위해 증가된 표면적을 제공할 수 있다. 상기 제 1 플래시 가스(162)는 상기 스트림(160)보다 온도가 높기 때문에, 상기 제 1 플래시 가스(162)로부터 상기 스트림(160)까지 어느 정도의 열전달이 발생한다. 결국, 상기 제 1 플래시 가스(162)는 냉각되는 반면, 상기 스트림(160)은 가열된다. 상기 스트림(160)의 온도 증가는 상기 스트림(160) 내의 용존 산소를 용액으로부터 기동하도록 기능할 수 있다. 또한, 실질적으로 증기인 상기 제 1 플래시 가스(162)는 상당량의 산소를 동반할 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 플래시 가스(162)는 상기 스트림(160) 내의 산소의 대략 20% 내지 100%, 30% 내지 100%, 40% 내지 100%, 50% 내지 99%, 60% 내지 95%, 또는 70% 내지 90%와 같이, 상기 스트림(160) 내의 산소의 10% 내지 100%를 동반할 수 있다. 실제로, 어떤 실시예에 따르면, 상기 스트림(160)은 상기 산소의 대략 50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 95%가 제거되도록 상기 플래시 가스(162)에 의해 탈기되어, 탈기된 슬래그 배출수(164)를 생성할 수 있다.
작동 중에, 상기 제 1 플래시 가스(162) 및 상기 스트림(160)이 상기 기액 접촉기(124)에서 상호작용되면, 최종 탈기된 슬래그 배출수(164)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 저부(132)를 향해 떨어져서 상기 액체(136)의 일부가 된다. 한편, 상기 제 1 플래시 가스(162)는, 상기 스트림(160)과 상호작용한 후에, 상기 제 1 플래시 가스(162)에 비해 증가된 산소 농도 및 감소된 온도를 갖는 제 2 플래시 가스(166)(화살표로 도시됨)로 된다. 상기 제 2 플래시 가스(166)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부(128)에 배치된 가스 출구(168)를 오버헤드 증기(170)로서 유출한다. 도 2의 오버헤드 증기(106) 또는 도 1의 제 2 오버헤드 증기(74)에 대응할 수 있는 상기 오버헤드 증기(170)는 가열, 냉각, 또는 연소 연료로서의 사용을 위해 상기 기화 시스템의 다양한 구성부에 또는 다른 플랜트 구성부에 제공될 수 있다.
상기 저압 플래시 탱크(56) 내부의 압력은 배압 제어부(172)를 사용하는 등과 같이, 상기 오버헤드 증기(170)의 배압을 제어함으로써 조절될 수 있다. 상기 배압 제어부(172)는 가열, 냉각, 또는 연소 연료로서의 사용을 위해, 상기 저압 플래시 탱크(56)로부터 상기 기화 시스템의 다양한 구성부에 또는 다른 플랜트 구성부에 이르는 도관(178)을 따라 배치되는 압력 제어 밸브(176)의 액추에이터(174) 및 상기 저압 플래시 탱크(56)에 작동 가능하게 연결된다. 작동 중에, 상기 배압 제어부(172)는 상기 오버헤드 증기(170)를 방출하기에 적합한 속도를 결정하기 위해 상기 오버헤드 증기(170)의 배압 및/또는 상기 저압 플래시 용기(56) 내부의 압력을 모니터링할 수 있다. 예를 들어, 상기 배압 제어부(172)는 상기 압력 제어 밸브(176)의 액추에이터(174)에 제어 신호를 송신해서 상기 밸브(176)의 위치를 조절할 수 있고, 그에 따라 상기 도관(178)을 통한 상기 오버헤드 증기(170)의 유량을 조절할 수 있다.
상기 액체(136) 및 상기 오버헤드 증기(170)의 조성은 상기 탱크(56)에 사용되는 기액 접촉기(124)의 유형에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 상기 슬래그 배출수(126)에서 상기 제 1 플래시 가스(162)가 수행하는 탈기의 양은 상기 두 가지가 접촉되는 방식에 의존할 수 있다. 실제로, 상기 기액 접촉기(124)는 상기 제 1 플래시 가스(162)와 상기 슬래그 배출수(126) 사이의 유동을 방해하거나 및/또는 표면적을 증가시킬 수 있는 하나 이상의 밸브 트레이, 시브 트레이(sieve tray; 체판), 패킹된 베드, 캡 트레이, 또는 임의의 구성부를 포함할 수 있다. 상기 기액 접촉기(124)가 하나 이상의 밸브 트레이를 포함하는 실시예에 있어서, 상기 밸브 트레이는 가동식 밸브 트레이와는 대조적으로 고정식 밸브 트레이일 수 있다. 예를 들어, 고정식 밸브 트레이는, 슬래그 또는 다른 입자에 의해 막힐 수 있는 가동식 밸브 트레이와는 달리, 상기 기액 접촉기(124)를 통한 상기 슬래그 배출수(126)의 실질적으로 일정한 유동을 가능하게 할 수 있다. 유사하게, 상기 기액 접촉기(124)가 시브 트레이 또는 패킹된 베드를 포함하는 실시예에 있어서는, 상기 패킹된 베드 또는 상기 시브 트레이는, 상기 기액 접촉기(124)를 통한 상기 슬래그 배출수(126)의 유동을 결국 입자들이 막거나 방해할 수 있게 되면, 상기 슬래그 또는 다른 입자의 여과가 회피되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 기액 접촉기(124)가 라시히 링의 패킹된 베드를 포함하는 실시예에 있어서는, 상기 라시히 링은 상기 슬래그 배출수(126)의 여과 및 상기 패킹된 베드의 막힘을 회피하기 위해 상기 슬래그 배출수(126)의 슬래그 입자보다 큰 개구를 가질 수 있다.
상기 기액 접촉기(124)가 복수의 고정식 밸브 트레이(180)를 포함하는 저압 플래시 탱크(56)의 일 실시예가 도 4에 개략적으로 도시된다. 도 4에 도시된 실시예는 3개의 고정식 밸브 트레이를 포함하고 있지만, 상기 저압 플래시 탱크(56)는 상기 슬래그 배출수(126)로부터 산소의 제거를 용이하게 하는 임의의 개수의 고정식 밸브 트레이를 포함할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 고정식 밸브 트레이의 개수가 증가하면, 스팀 성분과 같은 상기 플래시 가스의 특정 부분의 응축 가능성을 증가시킬 수 있는 상기 플래시 가스의 냉각이 증가할 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 일부 실시예에 있어서, 상기 저압 플래시 용기(56)는 1개 내지 5개의 고정식 밸브 트레이, 1개 내지 4개의 고정식 밸브 트레이, 또는 1개 내지 3개의 고정식 밸브 트레이를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 상기 저압 플래시 탱크(56)는 제 1 고정식 밸브 트레이(182), 제 2 고정식 밸브 트레이(184), 및 제 3 고정식 밸브 트레이(186)를 포함한다. 상기 고정식 밸브 트레이(182, 184, 186) 각각은 메인 트레이부(188) 및 상기 메인 트레이부(188) 내의 구멍들을 각각 덮는 돌출부인 복수의 고정식 밸브(190)를 포함한다. 작동 중에, 상승 플래시 가스(162)는 상기 저압 플래시 탱크(56)의 상부(128)를 향해 상기 밸브(190)를 통과하는 반면, 상기 슬래그 배출수(126)의 하향 유동(154)은 상기 트레이(182, 184, 186) 위에서 저부(132)를 향해 하향으로 유동하는 것이 일반적이다. 특히, 상기 슬래그 배출수(126)는 상기 플래시 가스(162)가 상기 고정식 밸브(190)를 통과할 때 상기 트레이(182, 184, 186)를 가로질러 유동한다. 이는 상기 플래시 가스가 적어도 상기 밸브(190)에서 상기 슬래그 배출수(126)와 상호작용하는 것을 허용한다. 상기 슬래그 배출수(126)는, 각 트레이(182, 184, 186)의 단부에서 상기 슬래그 배출수(126)가 다음 트레이를 가로질러 하향으로, 또는 상기 액체(136)에까지 유동하는 것을 가능하게 하는, 강수관(downcomer)(193)으로 유동한다.
상기 고정식 밸브 트레이(182, 184, 186)는 상기 슬래그 배출수(126)의 하향 유동(154)과 상기 플래시 가스(예를 들어, 제 1 플래시 가스(162))간의 접촉뿐만 아니라 유동을 용이하게 하는 거리(192)로 이격될 수 있다. 상기 트레이들간의 공간은 대략 24in(610mm)일 수 있다. 상기 트레이들간의 공간에의 보다 양호한 접근성을 제공하기 위해 30in(760mm)와 같은 큰 공간이 사용될 수도 있다. 상기 슬래그 배출수(126)는 상기 고정식 밸브 트레이(182, 184, 186)를 통해 또는 가로질러 흘러내리면, 점증적으로 탈기될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 유사하게, 상기 제 1 플래시 가스(162)는 상기 고정식 밸브 트레이(182, 184, 186)를 통해 상향으로 통과하면, 증가된 양의 산소를 동반하는 한편, 점진적으로 냉각될 수 있다.
예를 들어, 상기 슬래그 배출수(126)의 점진적인 탈기에 대하여, 상기 탱크(56)에의 진입시에, 상기 슬래그 배출수(126)의 유동(154)은 상기 제 1 고정식 밸브 트레이(182)에 부딪힌다. 상기 유동(154)이 상기 제 1 고정식 밸브 트레이(182)를 가로질러 유동하면, 상기 슬래그 배출수(126)의 유동(154) 내의 산소의 제 1 부분은 플래시 가스에 의해 제거되어 상기 슬래그 배출수(126)의 제 2 유동(194)(화살표로 도시됨)을 생성한다. 유사하게, 상기 제 2 유동(194)이 상기 제 2 고정식 밸브 트레이(184)에 부딪히면, 산소의 제 2 부분은 플래시 가스에 의해 상기 제 2 유동(194)으로부터 제거되어 상기 슬래그 배출수(126)의 제 3 유동(196)(화살표로 도시됨)을 생성할 수 있다. 상기 제 3 유동(196)은 상기 제 3 고정식 밸브 트레이(186)에 부딪히면, 상기 제 1 플래시 가스(162)에 의해 탈기되어 상기 탈기된 슬래그 배출수(164)를 생성한다. 일례로서, 상기 제 1 플래시 가스(162)는, 상기 슬래그 배출수(126)의 총 용존 산소의 대략 70% 내지 100%, 80% 내지 100%, 또는 90% 내지 100%가 상기 저압 플래시 탱크(56) 내부에서 제거되도록, 상기 슬래그 배출수(126)의 제 3 하향 유동(196)을 탈기할 수 있다.
상기 제 1 플래시 가스(162)의 점진적인 포기 및 냉각에 관해서는, 상기 프로세스는 상기 슬래그 배출수(126)의 하향 유동(154)에 대하여 상술한 것과는 반대의 내용으로 고려될 수 있다. 따라서, 상기 제 1 플래시 가스(162)는 제 1 온도까지 냉각되어 제 1 냉각된 플래시 가스(198)(화살표로 도시됨)를 생성한다. 상기 제 1 플래시 가스(162)에 비해 낮은 온도 및 높은 산소 함량을 갖는 상기 제 1 냉각된 플래시 가스(198)는 상기 제 2 트레이(184)상을 유동하는 액체와의 접촉에 의해 더 냉각되고, 산소의 제 2 부분을 동반해서 제 2 냉각된 플래시 가스(200)를 생성한다. 상기 제 2 냉각된 플래시 가스(200)는 상기 슬래그 배출수(126)의 유동(154)에 의해 더 냉각되며, 상기 슬래그 배출수(126)로부터의 산소의 제 3 부분을 동반해서, 상기 가스 출구(168)에서 상기 오버헤드 증기(170)로서 상기 저압 플래시 탱크(56)를 유출하는 제 2 플래시 가스(166)를 생성한다. 일례로서, 상기 제 2 플래시 가스(166)는 대략 90℃와 140℃ 사이, 95℃와 130℃ 사이, 또는 100℃와 120℃ 사이와 같이, 대략 90℃와 150℃ 사이의 온도로 상기 저압 플래시 탱크(56)를 유출할 수 있다.
상술한 저압 플래시 탱크(56)의 실시예는, 앞서 주지한 바와 같이, 고정식 밸브 트레이를 사용하여 상기 슬래그 배출수(126)의 탈기를 용이하게 하고 있지만, 도 3의 기액 접촉기(124)는 상기 슬래그 배출수(126) 및 상기 제 1 플래시 가스(162)와 접촉하는 다른 구성부를 포함할 수 있다. 도 5는 패킹된 베드(212)로 형성된 복수의 라시히 링(210)을 상기 기액 접촉기(124)가 포함하는 저압 플래시 탱크(56)의 일 실시예를 도시한다. 일반적으로, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 작동은 도 3에 대하여 상술한 것과 동일하다.
도시된 실시예에 있어서, 상기 라시히 링(210)은 상기 베드(212) 내로 무작위로 패킹된 중공 실린더 또는 유사한 중공 구조체를 포함한다. 상기 라시히 링(210)은 상기 패킹된 베드(212) 내부에서 실질적으로 무작위 방위를 갖는다. 그러므로, 상기 저압 플래시 탱크(56)의 작동 중에, 상기 제 1 플래시 가스(162)와 상기 스트림(160)은 상기 라시히 링(210)의 중공부 내부에서 및/또는 상기 라시히 링(210)들 사이의 작은 공간에서 서로 접촉한다. 어떤 실시예에 있어서는, 상기 슬래그 배출조(126)와 상기 제 1 플래시 가스(162) 사이의 접촉 면적이 증가하면, 제한을 받지 않는 역류를 통한 혼합에 비해, 상기 슬래그 배출조(126)의 탈기 및 상기 제 1 플래시 가스(162)의 냉각이 강화될 수 있다.
이러한 기재는 최선의 모드를 포함하여 본 발명을 개시하는 예들을 이용하고, 또한, 임의의 장치 및 시스템을 만들어 이용하는 것 및 임의의 원용된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있게 한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에 의해 구현될 수 있는 다른 예들을 포함할 수 있다. 상기와 같은 다른 예들은, 청구범위에 쓰인 표현과 다르지 않은 구성 요소를 가지거나, 청구범위에 쓰인 표현과 미소한 차이가 있는 등가의 구성 요소를 포함하면, 청구범위 내의 것으로 된다.
10 : 기화 시스템 12 : 탄소계 연료원
14 : 공급원료 준비 시스템 16 : 첨가제
20 : 기화기 30 : 로크 호퍼
40 : 슬래그 배출 유닛 46 : 합성가스 세정 및 처리 시스템
50 : 세정된 합성 가스 52 : 폐수 처리 시스템
54 : 고압 플래시 탱크 56 : 저압 플래시 탱크
58 : 침전기 76 : 저압 스팀의 스트림
80 : 오수 84 : 필터
88 : 필터 케이크
14 : 공급원료 준비 시스템 16 : 첨가제
20 : 기화기 30 : 로크 호퍼
40 : 슬래그 배출 유닛 46 : 합성가스 세정 및 처리 시스템
50 : 세정된 합성 가스 52 : 폐수 처리 시스템
54 : 고압 플래시 탱크 56 : 저압 플래시 탱크
58 : 침전기 76 : 저압 스팀의 스트림
80 : 오수 84 : 필터
88 : 필터 케이크
Claims (22)
- 플래시 용기(flash vessel)를 포함하는 시스템에 있어서,
상기 플래시 용기는,
제 1 유체를 상기 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 1 입구로서, 상기 플래시 용기는 상기 제 1 유체를 플래시(flash)하여 제 1 플래시 가스를 생성하도록 구성되는, 제 1 입구와,
슬래그 배출수(slag sump water)의 스트림을 상기 플래시 용기 내로 도입하도록 구성된 제 2 입구로서, 상기 슬래그 배출수의 스트림은 물, 산소(O2), 및 기화 슬래그 및 분체(char)의 적어도 하나의 혼합물을 포함하는, 제 2 입구와,
상기 플래시 용기 내부에 배치되는 기액 접촉기(gas-liquid contactor)로서, 상기 슬래그 배출수의 스트림과 상기 제 1 플래시 가스를 접촉시켜서 상기 제 1 플래시 가스가 상기 슬래그 배출수의 스트림을 탈기할 수 있게 하도록 구성되는, 기액 접촉기와,
상기 슬래그 배출수의 스트림으로부터의 산소 및 제 2 플래시 가스를 포함하는 오버헤드 방출물(overhead discharge)을 유출하도록 구성된 제 1 출구를 포함하는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 기액 접촉기는 상기 플래시 용기 내부에서 상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구 사이에 위치되며, 상기 제 2 입구는 상기 제 1 입구 위에 배치되는
시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 출구는 상기 제 2 입구 위에 배치되며, 상기 플래시 용기는 상기 제 1 입구 아래에 배치된 제 2 출구를 포함하고, 상기 제 2 출구는 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 유출하도록 구성되는
시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 플래시 용기는 상기 제 2 입구 아래에 배치된 제 3 입구를 포함하고, 상기 제 3 입구는 스팀을 수용하도록 구성되며, 상기 스팀은 상기 제 1 플래시 가스에 더하여 상기 슬래그 배출수의 스트림을 탈기하는데 사용되는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 기액 접촉기는 고정식 밸브 트레이(fixed valve tray), 복수의 라시히 링(Raschig ring)을 갖는 패킹된 베드(packed bed), 시브 트레이(sieve tray), 또는 그들의 조합을 포함하는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 플래시 용기의 제 1 입구에 유체 연통식으로 연결되는 기화기(gasifier)를 포함하고,
상기 기화기는,
탄소계 연료(carbonaceous fuel)를 수용해서 기화하여 제 1 합성가스 혼합물을 생성하도록 구성된 기화 용기(gasification vessel)와,
상기 제 1 합성 가스 혼합물을 물과 접촉시켜서, 급냉된 합성가스 스트림, 슬래그 스트림, 및 폐수 스트림을 생성하도록 구성된 급냉부(quench portion)를 포함하며,
상기 제 1 유체는 상기 폐수 스트림을 포함하는
시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 폐수 스트림은 대략 10bar와 85bar 사이의 압력을 갖는
시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 플래시 용기는 대략 2bar와 10bar 사이의 평균 압력을 갖는
시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 플래시 용기는 액체 공급물을 수용하도록 구성된 제 3 입구를 포함하고, 상기 기액 접촉기는 상기 액체 공급물을 상기 제 1 플래시 가스와 접촉시켜서 상기 제 1 플래시 가스가 액체 공급물을 탈기할 수 있게 하도록 구성되며, 상기 액체 공급물은 기화 시스템 내부에서 생성된 처리수(process water), 또는 상기 기화 시스템 내부에서 생성된 미분 여과액의 스트림, 또는 그들의 조합을 포함하는
시스템. - 탄소계 공급물을 기화하여 합성가스를 생성하도록 구성된 기화기와,
상기 생성된 합성가스를 적어도 물을 이용하여 급냉해서, 급냉된 합성가스의 스트림, 용존 산소를 갖는 슬래그 스트림, 및 폐수 스트림을 발생시키도록 구성된 급냉부와,
상기 급냉부보다 하류에 배치된 플래시 용기를 포함하는 시스템에 있어서,
상기 플래시 용기는 제 1 입구에서 액체 공급물을 수용하는 한편, 제 2 입구에서 상기 폐수 스트림을 수용하도록 구성되며, 상기 액체 공급물은 상기 슬래그 스트림과 물의 접촉에 의해 발생된 슬래그 배출수의 스트림을 포함하고, 상기 플래시 용기는 상기 액체 공급물을 제 1 플래시 가스와 접촉시켜서 상기 슬래그 배출수를 탈기하여 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 생성하도록 구성된 기액 접촉기를 포함하는
시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 플래시 가스는 상기 폐수 스트림으로부터 생성된 스팀을 포함하는
시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 플래시 용기는 제 1 압력을 가지며, 상기 폐수 스트림은 제 2 압력을 갖고, 상기 제 1 압력은 상기 제 2 압력보다 낮으며, 상기 플래시 용기는 적어도 상기 폐수 스트림에 내포된 상기 스팀을 플래시하도록 구성되는
시스템. - 제 12 항에 있어서,
상기 제 2 압력은 대략 10bar와 85bar 사이이며, 상기 제 1 압력은 대략 2bar와 10bar 사이인
시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 입구는 상기 제 2 입구 위에 배치되고, 상기 기액 접촉기는 상기 플래시 용기 내부에서 상기 제 1 입구와 상기 제 2 입구 사이에 위치되는
시스템. - 제 14 항에 있어서,
상기 기액 접촉기는, 상기 제 1 플래시 가스에 대한 상기 액체 공급물의 역류에 의해, 상기 액체 공급물과 상기 제 1 플래시 가스의 접촉을 증가시키도록 구성된 복수의 유동 방해 구조물을 포함하는
시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 복수의 유동 방해 구조물은 고정식 밸브 트레이, 복수의 라시히 링을 갖는 패킹된 베드, 시브 트레이, 또는 그들의 조합을 포함하는
시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 급냉부보다 하류에 배치된 슬래그 배출조(slag sump)를 포함하고,
상기 슬래그 배출조는 상기 급냉부로부터 상기 슬래그 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되며, 상기 슬래그 배출조는 상기 슬래그 배출수의 스트림을 발생시키도록 구성되는
시스템. - 제 17 항에 있어서,
상기 플래시 용기보다 하류에 배치되며, 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 오수(grey water)의 스트림과 미분의 스트림으로 분리하도록 구성되는 침전기(settler)와,
상기 침전기보다 하류에 배치되며, 상기 미분의 스트림을 필터 케이크(filter cake)와, 물 및 용존 가스를 포함하는 여과액 스트림(filtrate stream)으로 분리하도록 구성되는 필터를 포함하고,
상기 필터는 상기 슬래그 배출조, 상기 제 2 플래시 용기, 또는 양자 모두에 결합되고, 상기 슬래그 배출조, 상기 제 2 플래시 용기, 또는 양자 모두는 상기 여과액 스트림을 수용해서 상기 액체 공급물이 상기 여과액 스트림의 적어도 일부를 포함하게 하도록 구성되는
시스템. - 탄소계 공급물을 기화하여 합성가스를 생성하도록 구성된 기화기와,
상기 합성가스를 적어도 물을 이용하여 급냉해서, 급냉된 합성가스의 스트림, 슬래그 스트림, 및 제 1 폐수 스트림을 발생시키도록 구성된 급냉부와,
상기 급냉부보다 하류에 배치된 제 1 플래시 용기로서, 상기 제 1 폐수 스트림을 수용하여 제 1 압력에서 플래시해서 제 1 플래시 가스 및 제 2 폐수 스트림을 생성하도록 구성되며, 상기 제 2 폐수 스트림이 상기 제 1 폐수 스트림보다 낮은 압력을 가지는, 제 1 플래시 용기와,
상기 제 1 플래시 용기보다 하류에 배치된 제 2 플래시 용기로서, 제 1 입구에서 상기 제 2 폐수 스트림을 수용하도록 구성되고, 제 2 입구에서 용존 산소를 갖는 액체 공급물을 수용하도록 구성되며, 상기 제 2 폐수 스트림을 제 2 압력에서 플래시하여 제 2 플래시 가스를 생성해서 상기 액체 공급물을 탈기하여 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 생성하도록 구성되는, 제 2 플래시 용기를 포함하는
시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 제 2 플래시 용기는 기액 접촉기를 포함하고, 상기 기액 접촉기는, 상기 제 2 플래시 가스에 대한 상기 슬래그 배출수의 스트림의 역류에 의해 상기 액체 공급물과 상기 제 2 플래시 가스의 접촉을 증가시키도록 구성된 복수의 유동 방해 구조물을 포함하는
시스템. - 제 19 항에 있어서,
상기 급냉부보다 하류에 배치된 슬래그 배출조를 포함하고, 상기 슬래그 배출조는 상기 급냉부로부터 상기 슬래그 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되며, 상기 슬래그 배출조는 상기 슬래그 스트림 내의 물의 일부를 제거하여 상기 슬래그 배출수의 스트림 및 물 재순환 스트림을 발생시키도록 구성되고, 상기 물 재순환 스트림은 상기 기화기로 재순환되며, 상기 액체 공급물은 상기 슬래그 배출수의 스트림을 포함하는
시스템. - 제 21 항에 있어서,
상기 제 2 플래시 용기보다 하류에 배치되며, 실질적으로 탈기된 액체의 스트림을 오수의 스트림과 미분의 스트림으로 분리하도록 구성되는 침전기와,
상기 침전기보다 하류에 배치되며, 상기 미분의 스트림을 필터 케이크와, 물 및 용존 가스를 포함하는 여과액 스트림으로 분리하도록 구성되는 필터를 포함하고,
상기 필터는 상기 슬래그 배출조, 상기 제 2 플래시 용기, 또는 양자 모두에 결합되고, 상기 슬래그 배출조, 상기 제 2 플래시 용기, 또는 양자 모두는 상기 여과액 스트림을 수용해서 상기 액체 공급물이 상기 여과액 스트림의 적어도 일부를 포함하도록 구성되는
시스템.
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|---|---|---|---|
| US13/353,208 | 2012-01-18 | ||
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|---|---|
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