KR20140045354A - 탄소 함유 고체 원료의 기화 방법 - Google Patents

Abstract

산소 함유 기체와 증기를 첨가하여, 토탄, 갈탄 및 무연탄과 같은 탄소 함유 고체 연료를 기화시키는 방법으로, 미정제 기체를 세척 및 냉각하는 동안 축적하는 기체 응축물을 공지된 방법대로 정제하고, 이어서 폐열 보일러에서 증발시키고, 증기를 열적 접촉 후연소에 의해 정제하고, 이 공정에서 형성된 연도 가스 내의 수증기 함량이 응축되고, 이 응축물이 보일러 공급수 조정 시스템에서 처리되고 열적 후연소에서 발생된 열에 의해 증발되고, 증기가 고체 원료의 기화에 처리 증기로서 공급되는 방법.

Description

탄소 함유 고체 원료의 기화 방법{METHOD FOR GASIFYING SOLID RAW MATERIAL CONTAINING CARBON}

본 발명은 산소 함유 기체와 증기를 첨가하여 이탄(peat), 갈탄(lignite) 또는 무연탄(hard coal)과 같은 고체 탄소계 공급원료(feedstock)를 합성 기체로 기화하는데 있어서 폐수를 거의 생산하지 않는 방법에 관한 것이다. 여기서, 합성 기체란 용어는 암모니아, 메탄올, 옥소 또는 피셔-트롭쉬 합성에 사용되고 기체 터빈용 연료로서 또는 도시가스 또는 장거리(long-distance) 가스로서 사용되는 기체를 함유하는 것을 의미한다.

고체 탄소계 공급원료를 기화하는 방법은 알려져 있다. 이러한 방법으로는 예컨대 원칙적으로 문헌[LURGI HANDBUCH, chapter 2.1, edition 1970, Lurgi Gesellschaften, Frankfurt am Main]에 기술된 러기(Lurgi) 압력 기화 방법 등을 포함한다.

이러한 방법들의 중요한 일부 측면은 생산된 미가공 기체의 냉각 및 세척 동안 탄화수소가 풍부한 수성 응축물의 처리이다. 문헌[Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, 4th edition (1974), Vol.14, chapter 6]에는 이 응축물의 처리가 대체로 기술되어 있다. 필수적인 처리 단계는 먼저 응축물로부터 검댕, 석탄 및 애쉬(ash)와 같은 부유 고체뿐 아니라 유화 타르 및 오일을 제거하는 것이다. 이어서, 응축물은 탈페놀화되고, 그 후 곧 암모니아 및 황도 제거된다. 이와 같이 정제된 응축물은 그 다음 생물학적 정화 플랜트에서 폐수로 처분될 수 있거나 또는 DE 10 2007 035 301 A1에 기술된 바와 같이 타워 냉각수로 사용될 수 있을 정도로 정제된다.

지금까지 공지된 종래 기술에서의 단점은 응축물의 처리가 항상 기화 공정으로부터 방출되어야 하는 폐수를 생산하고, 전술한 정제 처리에도 불구하고 여전히 종종 폐기시 또는 사용 시에 환경 손상 및/또는 예컨대 냉각탑 작업의 장애를 초래할 수 있는 불순물을 함유하고 있다는 점이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점을 피하는 기화 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 기반이 되는 목적은 실질적으로 제1항의 특징을 가진 방법에 의해 해결된다.

본 발명에 따른 방법은 미가공 기체의 냉각 및 세척으로부터 기원하는 응축물이 적어도 부분적으로 공정 기체로서 기화 반응기로 공급된다는 점에서, 기화 공정으로부터 방출될 폐수의 양이 감소하는 것을 특징으로 한다. 극단적인 경우, 이것은 폐수가 전혀 없는 기화 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 방법 단계를 포함한다:

공지된 방법 자체, 바람직하게는 러기 압력 기화 방법에 따르면, 이탄, 갈탄 또는 무연탄과 같은 고체 탄소계 공급원료가 산소 함유 기체 및 증기의 첨가에 의해 기화 반응기에서 기화된다. 기화 반응기에서 배출되는 미가공 기체는 적어도 하나의 세척기-냉각기에서 물에 의해 냉각 및 세척되어 응축물을 발생시킨다. 이어서, 미가공 기체는 폐열 보일러에서, 미가공 기체로부터 회수한 열을 증기 발생에 사용하는 간접 열 전달로 냉각한다. 폐열 보일러로부터 미가공 기체는 본 발명의 영역에 속하지 않는 추가 가공처리로 이동되어, 궁극적으로 탄소 산화물과 수소를 함유하는 정제된 합성 기체가 수득된다.

미가공 기체를 냉각 및 세척할 때 수득되는 응축물로부터, 여기에 함유된 부유 고체 및 유화 타르 및 오일이 분리된다. 대부분의 경우에, 분리는 중력 또는 원심력에 의해 실시되며, 원칙적으로 스크리닝(screening) 또는 필터링(filtering) 방법이 사용될 수도 있다.

정제된 응축물은 그 다음 폐열 보일러에서 간접 열 전달에 의해 증발된다. 이와 같이 수득된 증기에 함유된 유기 구성성분은 열적 또는 접촉 후연소(thermal or catalytic postcombustion)용 플랜트에 의해 증기와 이산화탄소로 변환된다.

후연소의 연도 가스(flue gas)에 함유된 증기는 응축되고, 이 응축물은 플랜트의 보일러 공급수로 처리된다. 보일러 공급수를 처리하기 위한 당업자에게 공지된 단계들, 즉 물의 열적 및/또는 화학적 탈기 뿐만 아니라 연화 및 추가 콘디셔닝제의 첨가가 진행된다. 이 공정에서 수득된 물은 증기 발생기로 주입되고, 수득된 증기가 공정 증기로서 기화 반응기로 공급된다. 기화 반응기에서 탄소계 공급원료와 첨가된 물이 합성 기체 구성성분으로 순 전환이 실시될 때, 일반적으로 기화 반응기에는 기화 반응의 증기 조건을 충족시키기 위해, 새 물로 제조된 추가 증기 스트림이 공급될 필요가 있다.

본 발명의 유익한 관점에 따르면, 페놀과 같은 유기 구성성분 뿐만 아니라 암모니아 및 황은 타르 및 오일과 같은 고체가 분리된 후 공지된 방법을 그대로 사용함으로써 응축물로부터 제거된다. 이러한 방식에 따르면, 한편으로는 페놀 및 암모니아와 같은 가치있는 물질이 수득되고, 다른 한편으로는 이 물질들이 이후 폐열 보일러에서 응축물의 후속 증발 동안 열교환기 표면에서 더 이상 불순물이 되지 않을 것이다.

본 발명의 다른 유익한 관점에 따르면, 증기의 열적 또는 접촉 후연소 동안 생산된 열은 공정 증기의 발생에 이용된다. 이러한 방식에 따르면, 증기 발생을 위한 화석 연료의 소비가 감소될 수 있다.

예시적 양태

본 발명의 추가 개발, 장점 및 가능한 이용분야는 이하 예시적 양태 및 도면의 설명으로부터 파악할 수 있다. 기술되고(또는) 예시된 모든 특징은 청구항 또는 이의 역참조(back-reference)에 포함되는지의 여부에 상관없이 본 발명 그 자체 또는 이의 임의의 조합을 형성한다.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 바람직한 관점을 도시한 것이다.

기체 발생기(1)에서, 이탄, 갈탄 또는 무연탄과 같은 고체 연료(2)는 공정 증기(4)로서의 증기와 산소(3)의 첨가에 의해 기화된다. 도관(5)을 통해, 생성된 미가공 기체는 기체 발생기(1)를 떠나 수성 세척 액체와 접촉이 이루어지는 세척기-냉각기(6)로 도입된다. 이 공정에서, 기체 유래의 불순물은 세척 액체에 의해 흡수된다. 기체 응축물은 도관(7)을 통해, 기체는 도관(9)을 통해 폐열 보일러(8)로 전달된다. 폐열 보일러(8)에서, 기체는 간접 열전달에 의해 냉각되고, 증기, 주로 수증기는 소위 기체 응축물로서 응축된다. 기체 응축물의 일부는 도관(10)을 통해 세척기-냉각기(6)로 재순환된다. 이 기체는 도관(11)을 통해 폐열 보일러(8)를 떠나 추가 응축기(12)를 통해 이동하고 다른 사용을 위해 도관(13)을 통해 방출된다. 폐열 보일러(8) 및 응축기(12)에서 각각 형성된 기체 응축물은 도관(14) 및 (15)을 통해 처리장치(processing)(16)로 전달된다. 여기서 먼저 부유 고체, 예컨대 검댕, 석탄, 애쉬 및 유화 타르와 오일이 기계적으로 제거된다. 그 다음, 페놀과 같은 용해된 유기 물질이 추출 또는 흡착에 의해 기체 응축물로부터 분리되고, 이어서 NH₃, CO₂, H₂S 및 HCN과 같은 휘발성 성분이 증류에 의해 분리된다. 물질 스트림(17)은 기체 응축물로부터 분리된 성분을 나타낸다. 이와 같이 정제된 기체 응축물은 도관(18)을 통해 외각(shell) 측에 있는 폐열 보일러로 도입되고, 여기서 기체로부터 회수된 열에 의해 증발된다. 이와 같이 수득된 증기는 도관(19)을 통해 열적 후연소 및 증기 발생용 플랜트(20)로 공급되고, 여기서 연료 및 산소(21)의 사용으로, 증기에 존재하는 유기 불순물이 산화된다. 열적 후연소(20)에서 수득된 연도 가스는 도관(22)을 통해 응축기(23)로 공급되고, 여기서 연도 가스에 함유된 증기가 응축된다. 연도 가스의 나머지 구성성분들은 도관(24)을 통해 환경으로 방출된다. 응축수는 도관(25)을 통해 보일러 공급수 처리장치(26)로 이동한다. 스트림(27)을 통해, 필요한 경우 새 물 및 처리 공정에 필수적인 응집체가 플랜트에 공급된다. 스트림(28)은 물에서 분리되고 처리 플랜트로부터 방출된 성분을 나타낸다. 이로부터 처리된 응축수는 도관(29)을 통해 열적 후연소용 플랜트(20)로 튜브를 통해 공급되고, 열적 후연소에 의해 수득된 열에 의해 증발된다. 이와 같이 발생된 증기는 도관(4)을 통해 기체 발생기(1)로 처리 증기로서 공급된다.

산업상 이용가능성

이와 같이 본 발명은 특히 폐수를 거의 생산함이 없이 수행될 수 있는, 고체 탄소계 공급원료의 기화에 의해 합성 기체를 생산하는 경제적인 방법을 제공한다.

(1) 기체 발생기
(2) 고체 연료
(3) 산소
(4) 처리 증기
(5) 미가공 기체(도관)
(6) 세척기-냉각기
(7) 기체 응축물(도관)
(8) 폐열 보일러
(9) 세척기-냉각기(도관)에서 처리된 기체
(10) 재순환된 기체 응축물(도관)
(11) 기체(도관)
(12) 응축기
(13) 사용 준비된 기체(도관)
(14) 기체 응축물(도관)
(15) 기체 응축물(도관)
(16) 기체 응축물의 처리
(17) 분리된 불순물 및 부산물
(18) 처리된 기체 응축물(도관)
(19) 증발된 기체 응축물(도관)
(20) 열적 후연소 및 증기 발생용 플랜트
(21) 연료 및 산소
(22) 연도 가스(도관)
(23) 응축기
(24) 환경으로 방출되는 연도 가스(도관)
(25) 응축수(도관)
(26) 보일러 공급수 처리
(27) 새 물 및 응집체
(28) 방출된 성분
(29) 처리된 응축수(도관)

Claims (3)

1. 기화 매질로서 증기와 산소 함유 기체를 첨가하여 고체 탄소계 공급원료를 기화함으로써, 탄소 산화물과 수소를 함유하는 합성 기체를 생산하는 방법으로서,
   a) 기화 반응기에서 공급원료를 기화시켜, 합성 기체 미가공 기체 스트림(synthesis-gas raw gas stream)을 수득하는 단계,
   b) 기화 반응기에서 배출되는 상기 합성 기체 미가공 기체를 적어도 하나의 세척기-냉각기에서 물을 이용하여 냉각 및 세척하여 1차 응축물을 발생시키는 단계,
   c) 적어도 하나의 폐열 보일러에서 증기의 발생과 함께 간접 열교환에 의해 상기 합성 기체 미가공 기체를 냉각하고, 이 합성 기체 미가공 기체를 추가 처리장치로 전진시키는 단계,
   d) 방법 단계 b)에서 수득한 1차 응축물로부터 부유 고체 및 유화 타르 및 오일을 분리하여, 2차 정제된 응축물을 수득하는 단계,
   e) 방법 단계 d)로부터의 2차 응축물을 증발시키고 수득한 증기를 열적 또는 접촉 후연소로 공급하는 단계,
   f) 후연소의 연도 가스로부터 증기를 응축시켜, 유기 불순물이 제거된 3차 응축물을 수득하는 단계,
   g) 상기 3차 응축물을 보일러 공급수로 진행시키는 단계,
   h) 보일러 공급수를 증발시켜 증기를 수득하는 단계,
   i) 증기를 단계 a)에서 언급된 기화 반응기로 공급하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 방법 단계 d)의 처리 후, 단계 e)로 공급되기 전인 응축물로부터, 페놀, 다른 유기 성분 및/또는 암모니아와 같은 용해된 부산물이 분리되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 후연소 동안 생성된 열이 방법 단계 h)에서 증기 발생을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.

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