KR20210152526A - 탄소질 물질의 가스화 및 개질로부터 합성 가스의 생산 - Google Patents

탄소질 물질의 가스화 및 개질로부터 합성 가스의 생산 Download PDF

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막심 푸코
장-피에르 크레타
기욤 드로레
미카엘 불레
루이 드놈
보리스 발세치
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에너켐 인코포레이티드
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Abstract

탄소질 물질을 합성가스로 78 % 이상의 탄소 전환율로 전환하는 방법으로서, 유동층 반응기에서 탄소질 물질을 가스화시켜, 미정제 합성가스를 생산하는 단계, 미정제 합성가스를 입자 크기 및 밀도로 절단 사이징 장치로 분류하는 단계, 분류된 미정제 합성가스를 열 개질기에 도입하는 단계, 및 미네랄 융점보다 높은 온도에서 분류된 미정제 합성가스를 개질하여, 합성 가스를 생산하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

Description

탄소질 물질의 가스화 및 개질로부터 합성 가스의 생산
관련 출원에 대한 상호 참조
본 명세서는 2019년 4월 12일에 출원된 미국 가출원 번호 62/833,158로부터 우선권을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 원용된다.
기술분야
탄소질 물질을 가스화하는 단계, 입자 크기 및 밀도로 미정제 합성가스(crude syngas)를 분류하는 단계, 및 분류된 미정제 합성가스를 개질하는 단계를 포함하는 탄소질 물질을 합성 가스로 전환하는 방법을 제공한다.
합성가스라고도 불리는 합성 가스는 주로 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 및 수소(H2)를 포함하는 연료 가스 혼합물이다. 원하는 생산물인 경우, 작동 온도를 변경하여 메탄(CH4)을 포함할 수도 있다.
합성가스는 증기 (증기 개질), 이산화탄소 (건식 개질), 공기 (부분 산화), 산소(부분 산화) 또는 나열된 반응물의 혼합물과의 반응을 통해, 바이오매스 또는 임의의 탄소질 물질을 포함한 다양한 공급원으로부터 생산할 수 있다. 합성가스는 예를 들면 수소, 암모니아 및 메탄올 생산을 위한 중요한 중간 공급원이다. 내연 기관에서 및 재생 에너지 자원으로서의 합성가스의 활용은 지속적이고 광범위한 연구이다.
탄소질 물질은 "탄소" 원자를 포함하는 임의의 기체, 액체 또는 고체를 나타낸다. 대부분의 경우, 이러한 원자는 식물 또는 동물 및 그 파생물, 또는 화석 연료 및 그 파생물로부터 유래할 수 있다. 탄소질 물질의 예는, 이에 한정되지는 않으나, 도시 고형 폐기물 (Municipal Solid Waste; MSW); 산업, 상업 및 기관 폐기물 (IC&I); 건설 및 철거 폐기물 (C&D); 임의의 석유 제품; 플라스틱; 균질 및/또는 비균질 바이오매스를 포함한다.
탄소질 물질 및 폐기물을 합성 가스로 전환하는 것은 가스화 기술로 달성될 수 있다. 합성가스는 탄소질 공급원료를 가스화시켜 생산할 수 있다. 가스화는 분순물, 예컨대 암모니아 (NH3), 황 (황화 수소 (H2S) 및 카르보닐 설파이드(COS)), 염소 (HCl), 휘발성 금속, 방향족 타르 (NBTX; 나프탈렌, 벤젠, 톨루엔 및 자일렌), 타르 (HAP 포함), 미세 재 (금속 및 금속 염을 포함하는 입자 형태), 베드 물질 및 숯 (char) (통상적으로 0.001mm 이상이고, 금속, 염 및 대부분 탄소를 포함하는 고체 미립자)을 포함하는 미정제 합성가스를 제공한다. 그러나, 이러한 불순물은 합성가스가 연료로 사용되거나 세정 공정 없이 다른 유용한 물질의 합성에 이용되는 능력을 제한한다.
예를 들면, 합성가스를 사용하여 메탄올을 생산하는 경우, 합성가스는 촉매 존재 하에 압력 하에서 반응한다. 탄소질 공급원료를 가스화한 결과, 생산된 미정제 합성가스에서 불순물은 촉매를 오염시키거나 비활성화시킬 수 있다.
플라즈마 보조 가스화, 단계적 가스화 및/또는 간접 가스화 공정을 포함하여 다양한 공정에 이미 존재하고 사용되는 많은 유형의 가스화 장치가 있다. 다른 예는 고정층, 이동층, 유동층, 순환 유동층 및 동반-유동 가스화기(gasifier)가 있다. 동반-유동 가스화기는 통상적으로 다른 가스화기보다 더 높은 배출구 온도에서 작동한다. 이는 다른 유형의 가스화기보다 잔류 숯 및 타르가 더 적은 합성가스를 생산하고, 공급원료 미네랄 물질을 유리형(glass-like) 물질로 녹인다. 동반-유동 가스화기의 한 가지 단점은 고체 물질 공급 준비의 한계이다. 동반-유동 가스화기에서 일반적으로 두 가지 형태의 공급이 사용된다; 이송 가스 (공압 이송) 또는 기계 장치를 사용한 초미세 입자 주입, 또는 초미세 고체로 이루어진 액체-고체 슬러리 주입.
미처리 폐기물 및 많은 미처리 바이오매스 물질은 미세한 입자 공급 크기를 달성하기 위해 광범위한 분쇄 및/또는 전처리가 필요하다. 또한, 대부분 유형의 폐기물, 바이오매스, 탄소질 고체 물질과 같은 비석탄 물질 및/또는 매우 낮은 밀도 물질은 미세하게 분할된 입자 대신 플러프성(fluffy) 공급을 생산한다. 폐기물 및 바이오매스는 동반-유동 가스화기에 필요한 것보다 수십 배 더 큰 거친 크기의 입자를 생산하는 파쇄 및/또는 분쇄 공정을 거칠 수 있다는 것이 인정된다.
동반-유동 가스화기의 또 다른 문제는 몇 초 내지 1초 미만으로 구성된 반응기에서 낮은 체류 시간이다. 이는 좁은 범위의 공급원료 입자 크기/밀도 분포를 필요로 하며, 그렇지 않으면 그러한 공급원료의 합성가스로의 전환 효율이 낮아 생산된 합성가스에서 보다 바람직하지 않은 숯 및 타르가 생산될 수 있다.
공급이 "미세하게 분쇄하기 어려운" 탄소질 공급원료로 이루어진 경우, 덩어리, 끈, 모발형 섬유 및/또는 린트가 생산되어, 입자 크기 분포가 넓어지고 입자 크기/밀도 분포의 균질성이 감소한다. 이러한 균질성의 감소는 동반-유동 가스화기에서 공급이 균질하지 않게 되고, 전환 효율이 감소하는 결과가 나타난다.
또한, 유동층 및 순환 유동층 가스화기는 밀리미터 내지 센티미터에 이르는 불균질한 입자 크기 공급을 처리할 수 있는 것으로 잘 알려져 있어, 동반-유동 가스화기의 공급원료 분쇄 문제를 방지한다. 공급원료의 미네랄 함량, 특히 알칼리 함량에 따라, 이러한 성분의 연화는 750 내지 900 ℃ 사이에서 발생한다. 이는 유동화 매체와 함께 및 그 내부에서 응집을 일으켜 연화 범위 체제를 피하기 위해 더 낮은 온도에서 이러한 유형의 가스화기를 작동하게 한다. 실제로 동반-유동 가스화기를 제외하고, 다른 모든 유형의 가스화 시스템은 상대적으로 낮은 합성가스 배출구 온도에서 작동하여 상당한 양의 숯 및 타르를 생성하고, 합성 가스로의 전체 탄소 전환을 감소한다.
예를 들면, 석탄 가스화와 비교하여, 폐기물 및 바이오매스의 탄소질 물질에 대한 주요 과제는, 공급원료에 존재하는 알칼리 및 불활성 물질의 양, 유형 및 가변성이다. 폐기물 및 바이오매스 탄소질 물질은 다양한 알칼리를 함유하며, 그 양은 석탄 공급원료보다 10배 이상 많은 경우가 많다. 이러한 알칼리는 동반-유동 가스화기 설계에 사용되는 통상적인 두꺼운 내화물 물질에 공격적인 것으로 잘 알려져 있다. 결과적으로, 석탄 가스화에 사용되는 두꺼운 내화물 라이닝된 동반-유동 가스화기는 1년 내지 2년마다 교체해야 한다. 폐기물 및 바이오매스의 경우, 동일한 내화물 설계가 몇 개월 미만으로 지속되어 운영 비용이 지속 가능하지 않게 증가하고 플랜트 운영 가용성이 감소할 것으로 추정된다.
대안적으로, 동반-유동 가스화기는 "멤브레인 벽 설계"라고도 하는 냉각 벽 멤브레인 설계와 함께 제공될 수도 있다. 반응기 고온 반응 구역을 형성하는 모양의 수관 파이프로 이루어진다. 이 고온 구역의 내부 표면 측면에서, 많은 스터드 및 상대적으로 얇은 내화물 라이닝 층이 있다. 냉각 벽 멤브레인은 반응기의 내부 내화물 표면을 냉각시키고, 용융된 미네랄의 일부를 제자리에서 동결시켜, 동결된 층의 상단에 흐르는 액체 용융 미네랄로부터 냉각 벽 멤브레인을 보호한다. 이러한 유형의 가스화기는 석탄 산업에서 사용된다. 그러나 좁은 범위의 불활성 미네랄 입자 직경을 위해 설계된다. 바이오매스의 폐기물에서 나오는 것과 같은 더 큰 입자는, 시간이 없고 부분적으로만 용융되어 완전히 용융된 미네랄과 용융되지 않은 미네랄 고체 입자의 혼합물을 생성한다. 이러한 혼합물은 열악하고 매우 가변적인 유동 특성을 가지므로, 반응기에서 미네랄을 배출하는 데 어려움이 있고, 태핑 오리피스 또는 기타 제거 장비를 차단할 위험이 증가한다.
입자 밀도/크기가 비교적 좁은 범위의 석탄 공급원료와 달리, 바이오매스, 폐기물 및 이 둘의 혼합물은 매우 넓은 범위의 입자 직경 및 부피 밀도를 갖는다. 표 1에서 알 수 있듯이, 동일한 질량에 대해, 서로 다른 바이오매스, 폐기물 및 골재의 입자 크기는 약 1 내지 최대 800 범위의 입자 겉보기 직경 비율을 초래할 수 있다. 특정 입자 크기 직경으로 광범위한 물질을 체질하는 경우, 동일한 직경을 갖는 입자는 1 내지 800의 질량비 범위가 될 것이다. 이러한 범위의 공급원료 밀도를 동반-유동 가스화기로 공급하는 것은, 합성가스 효율에 대한 탄소에서 불균질성을 생성하고, 여기에서 설명된 고체/용융 미네랄 입자 문제를 악화시킨다. 따라서, 동반-유동 가스화기는 입자 크기가 미크론 범위로 작고, 질량, 입자 크기 분포 및 잔류 미네랄 함량이 균일한 경우에만 고온에서 작동하고, 용융된 미네랄을 처리할 수 있다.
상이한 물질의 평균 일반 밀도
물질 밀도 (kg/m3)
팽창된 폴리스티렌 11
폴리-필름 플록 (플라스틱 필름 플러프) 32
그라운드 코르크 80
RDF 플러프 100
MSW 플러프 175
목재 칩 320
목재 펠릿 450
그라운드 석탄 640
타르 1150
모래 및 자갈 1750
알루미나 입자 밀도 3000
구리 입자 밀도 8960
브론즈 샷 9440
미국 특허 번호 8,137,655는 탄소질 물질을 건현(freeboard) 및/또는 별도의 용기로 2차 개질 공정을 통해 유동층으로 가스화하여 유동층 연화점 온도 한계인 750 ℃ 내지 900 ℃까지 병목 현상을 제거하는 방법을 설명한다. 여기에 설명된 공정에서 관찰된 문제 중 하나는, 가스화기 벽 및 건현의 배기관에 덩어리질 수 있는 액체 미네랄의 액적을 생성하는 액화 온도 제한으로 이루어진 제2 온도 제한의 한계이다. 공급되는 미네랄 및 알칼리 공급의 특성에 따라, 이러한 제2 온도 제한은 900 ℃ 내지 1100 ℃ 범위이다. 미국 특허 번호 8,137,655에서, 개질은 최대 1200 ℃, 주로 약 1000 ℃에서 수행되었다. 이러한 온도 이상에서, 가스화기는 위에서 설명한 바와 같이 한계가 있는 동반-유동 가스화기와 같은 용융 미네랄을 처리하도록 설계되어야 한다.
미국 특허 번호 5,900,224는 회전식 유동층 반응기에 이어 소용돌이형 고온 연소기를 사용하여 합성가스를 생산하고, 합성가스 CO 및 H2O를 CO2 및 H2로의 수성 가스 전환 반응으로 반응시키고, 궁극적으로 암모니아 합성을 위한 CO2를 제거하는 방법을 사용하는 가스화를 통해 폐기물을 처리하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 H2, CO 및 CO2가 아닌 H2/NH3 생산에 중점을 두면서 위에서 설명한 입자의 광범위한 밀도 및 크기와 관련된 문제를 고려한 탄소 및 미네랄 용융의 전환을 최적화하기 위한 작업을 수행하지 않거나 또는 장치를 가지고 있지 않다. 나아가, 높은 알칼리 함량을 갖는 공급원료를 취급할 수 있는 수단에 대한 언급이나 교시가 없다.
실제 사용 가능한 기술을 고려할 때, 탄소에서 합 가스로의 전환 효율이 높은 미세 그라운드 과정을 거친 탄소질 물질을 가스화하는 것은 불가능하다.
따라서, 숯 및 타르 잔류량이 매우 낮은 합성가스를 생성하고, 용융된 미네랄을 처리하면서, 탄소의 합성가스로의 전환율이 높은 탄소질 물질을 미세하게 분쇄하는 가스화를 위한 수단 및/또는 공정을 제공할 필요가 여전히 존재한다.
본 발명의 일 목적은, 탄소질 물질을 합성 가스로 전환하는 방법으로서, 유동층에서 탄소질 물질을 가스화시켜, 미정제 합성가스를 생산하는 단계; 상기 미정제 합성가스를 입자 공기역학적 속도로 절단 사이징 장치로 분류하여, 분류된 미정제 합성가스를 생산하는 단계; 상기 분류된 입자 미정제 합성가스를 열 개질기 / 동반-유동 가스화기에 도입하고, 미네랄 융점보다 높은 온도에서 상기 분류된 미정제 합성가스를 개질하여, 합성 가스를 생산하는 단계를 포함하는 방법을 제공하는 것이다.
일 구현예에서, 절단 사이징 장치는, 건현 확장, 사이클론, 천공된 슈라우드, 나선형 스트레이크, 종방향 슬랫, 필터, 캐스케이드 임팩터, 공기역학적 분류기 또는 이들의 임의의 조합이다.
다른 구현예에서, 탄소질 물질은 공급 시스템에 의해 유동층 반응기에 공급된다.
추가적인 구현예에서, 유동층 반응기가, 알루미나, 석회석, 백운석, 모래, 감람석, 무연탄, 탈황 석유 코크스 또는 이들의 임의의 비율의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유동층 물질을 포함한다.
다른 구현예에서, 유동화제가 유동층 반응기를 가열하기 위해 사용되고, 탄소질 물질의 가스화를 돕기 위해 산소를 공급받는다.
일 구현예에서, 유동화제가 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 비율의 임의의 조합이다.
다른 구현예에서, 탄소질 물질은 약 450 ℃ 내지 약 800 ℃의 온도에서 가스화된다.
일 구현예에서, 탄소질 물질은는 약 500 ℃ 내지 약 700 ℃의 온도에서 가스화된다.
추가적인 구현예에서, 분류된 입자 미정제 합성가스는 열 개질기에서 개질된다.
추가적인 구현예에서, 개질 작동 온도는 약 1200 ℃ 내지 약 2000 ℃이다.
다른 구현예에서, 상기 개질기의 온도를 증가시키기 위해, 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 비율의 임의의 조합이 개질기에 공급된다.
다른 구현예에서, 분류된 미정제 합성가스는 약 1200 ℃ 내지 약 1800 ℃의 온도에서 개질된다.
일 구현예에서, 개질기는 냉각 벽 멤브레인을 포함한다.
다른 구현예에서, 냉각 벽 멤브레인은 스터디드 파이프로 이루어진다.
추가적인 구현예에서, 탄소질 물질이 78 % 이상의 탄소 전환율, 바람직하게는 90 % 이상의 탄소 전환율, 보다 바람직하게는 96 % 이상의 탄소 전환율로 합성가스로 전환된다.
일 구현예에서, 탄소질 물질이 액체, 고체 및/또는 탄소 함유 기체이다.
일 구현예에서, 탄소질 물질이 바이오매스이다.
다른 구현예에서, 바이오매스는 균질(homogeneous) 바이오매스, 비균질(non-homogenous) 바이오매스, 불균질(heterogeneous) 바이오매스, 도시(urban) 바이오매스, 또는 이들의 조합이다.
한 구현예에서, 균질 바이오매스가 침엽수, 낙엽수, 농업 물질, 1차 슬러지, 폐식용유, 리치 과일 껍질(bark) 또는 스틸리지(stillage)로부터 유래한다.
다른 구현예에서, 비균질 바이오매스는 혼합 산림 잔류물, 또는 혼합 나무 잔류물로부터 유래한다.
추가적인 구현예에서, 탄소질 물질이 플라스틱, 금속, 무기 염, 유기 화합물, 산업 폐기물, 재활용 시설 폐기물, 자동차 플러프, 도시 고형 폐기물, ICI 폐기물, C&D 폐기물, 폐기물 가공 연료 (refuse derived fuel; RDF), 고체 회수 연료, 하수 슬러지, 중고 목재 전신주, 목재 철도용 타이, 목재, 타이어, 합성 섬유, 카페트, 합성 고무, 화석 연료 또는 석유화학 원료 물질, 팽창된 폴리스티렌, 폴리-필름 플록, 건축 목재 재료 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
또한, 탄소질 물질을 화학물질로 전환시키는 방법으로서, 유동층에서 탄소질 물질을 가스화시켜, 미정제 합성가스를 생산하는 단계; 미정제 합성가스를 입자 공기역학적 속도로 전달 사이징 장치로 분류하여, 분류된 미정제 합성가스를 생산하는 단계; 상기 분류된 입자 미정제 합성가스를 열 개질기에 도입하는 단계; 미네랄 융점보다 높은 온도에서 상기 분류된 미정제 합성가스를 개질하여, 합성 가스를 생산하는 단계; 및 메탄올 반응기에서 상기 합성 가스를 메탄올로 전환하여, 메탄올을 생산하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
일 구현예에서, 상기 방법은 카르보닐화 반응기에서 메탄올을 일산화탄소 (CO)와 반응시켜 메틸 아세테이트로 반응시키는 단계; 메틸 아세테이트를 가수소분해(hydrogenolysis) 반응기에 공급하고, 메틸 아세테이트를 수소 (H2)와 반응시켜 에탄올, 메탄올, 에틸 아세테이트 또는 이들의 조합을 생산하는 단계를 포함한다.
이제, 첨부 도면을 참조할 것이다.
도 1은 합성가스 생산 공정의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 합성가스 생산 공정의 개략도를 도시한다.
도 3은 여기에 기재된 바와 같은 개질기의 냉각 벽 멤브레인 표면 상의 스터드의 예시이다.
도 4는 상이한 직경 및 밀도를 갖는 입자의 종단 속도 등곡선(iso-curve)을 나타낸다.
도 5는 작동 조건 특정 세트에 대해, 상이한 직경 및 밀도의 숯 입자를 합성 가스로 완전히 전환하는 데 필요한 체류 시간 등곡선을 나타낸다.
도 6은 도 6에 대해 상이한 작동 온도 및 0.5, 2 및 5초의 체류 시간에서 도 5의 중첩을 나타낸다.
도 7은 1050 ℃ 대 1300 ℃에서의 개질로부터 합성가스 성능으로의 증가된 전환율을 보여주는 히스토그램을 도시한다.
탄소질 물질을, 높은 탄소에서 합성가스로의 전환율을 갖는 적절한 합성가스로 제조, 처리 및 전환하는 방법이 제공된다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 방법은 응집 문제를 피하기에 충분히 낮은 온도에서 유동층 가스화기에서 미정제 합성가스를 형성하기 위해, 탄소질 물질을 가스화하는 단계를 포함한다. 미정제 합성가스는 저온에서 가스화하면서 생성되는 합성가스이다. 이는 숯, 베드 물질, 미네랄 물질 입자, 타르 및 많은 기체, 액체 및 고체 석유 유형 생산물이 첨가된 합성 가스를 포함한다. 그 후, 미정제 합성가스는 유동화 비말동반(entrainment)에 의해 유동층 구역에서 절단 사이징 장치로 이송된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 탄소질 물질 (10)은 공급 시스템 (15)의 도움으로 유동층 가스화기 (16)에 도입된다. 가스화기(12)는 유동화제 (11)를 사용하여 탄소질 물질 (10)을 미정제 합성가스로 전환시킨다. 광범위한 범위의 입자 직경/밀도를 포함하는 미정제 합성가스는 미정제 합성가스 열 개질기 (20)의 설계에 맞게 입자를 분류하는 절단 사이징 장치 (14)에 도입된다. 분류된 미정제 합성가스 및 산화제 (21)는 고온에서 합성가스 열 개질기 (20)에 도입되어, 미정제 합성가스를 주로 H2, CO, CO2, H2O 및 기타 소량의 화합물을 포함하는 개질된 합성가스로 개질된다. 개질된 합성가스는 연료, 발전, 알코올 합성 (MeOH, DME, EtOH, 및 기타), 탄화수소 합성 및 기타 용도로서 추가 사용을 위한 깨끗한 합성가스를 생산하기 위해 오염물을 제거하기 위한 물 및/또는 화학적 및/또는 물리적 스크러빙 (24) 단계를 거친다.
또한, 예를 들면, 피셔-트롭쉬 연료, 피셔-트롭쉬에서 올레핀 (FTO) 으로의 합성과 같은, 여기에 설명된 합성가스로부터의 다른 생성물의 형성이 포함된다.
구현예에서, 탄소질 물질 (10)은 3단계로 이루어진 시스템을 통해 공급된다; 가압 (5), 유량 제어 (6) 및 가스화기 (12)로의 공급 (7). 각 단계는 다른 장비에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 사용되는 장비의 통상적인 유형은 잠금-호퍼, 컨베이어 및/또는 스크류(screw)이다.
유동층 (16)은 적절한 유동층 물질, 예컨대 이에 한정되지 않으나, 알루미나, 석회석, 백운석, 모래, 감람석, 무연탄, 탈황 석유 코크스 및 이들의 임의의 비율의 임의의 조합을 포함한다.
공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 비율의 임의의 조합을 포함하는 유동화제 (11)는 가스화기 (12)로 이송된다. 공기는 일반적으로 시작 시, 가스화기를 가열하는 데 사용되며, 산소-증기는 일반적으로 정상 작동 중에 사용되므로 다운스트림 촉매 전환을 위한 질소 함량 및 합성가스 희석 효과를 최소화한다. 유동화제는 예를 들면 증기 응축을 최소화하고 또한 가스화기 (12)에서 더 높은 합성가스 수율을 촉진하기 위해 베드 온도 이하의 온도로 예열될 수 있다. 최종 산화제 농도는 가스화기 유동층 온도 (예를 들어, 450 ℃ 내지 800 ℃ 사이)를 유지하기 위해 온도 제어에서 조정된다.
일 구현예에서, 유동층 가스화기 (12)는 약 650 ℃ 및 0.1 내지 70 barg에서 작동된다. 다른 구현예에서, 가스화기 (12)는 750 ℃를 초과하지 않는 온도 및 10 barg를 초과하지 않는 압력에서 작동된다. 비제한적인 구현예에서, 물질 (10)은 725 ℃를 초과하지 않는 온도에서 가스화된다. 다른 비제한적인 구현예에서, 물질 (10)은 700 ℃를 초과하지 않는 온도에서 가스화된다. 비제한적인 구현예에서, 물질 (10)은 4 barg를 초과하지 않는 압력에서 가스화된다.
온도는 이 지점보다 약간 높게 발생하는 베드 내 염 용융/응집을 방지하고, 탄소질 물질을 미정제 합성가스로 우수한 열 전환 및 탈휘발을 허용하도록 설정된다. 전체 반응은 다음과 같이 표현될 수 있다:
CnHm + n/2O2 → nCO + m/2H2
따라서, 이 반응은 CO와 H2를 생산하는 전체적인 발열 반응을 나타낸다. 수분 증발 등의 흡열 반응/변환을 보상하기 위해 열을 공급하기 위해서는 산화 반응이 필요하다. 이는 일부 CO2 및 H2O도 산화 반응에 의해 생성됨을 의미한다. HCl을 생성하는 염소, 및 H2S 및 COS를 생산하는 황과 같은 물질 (10)에 존재하는 다른 요소와 다른 사소한 반응이 발생한다. HCN, N2 및 NH3는 또한 질소가 물질 (10)에 존재할 때 형성된다.
여기에 설명되고, 도 2에 도시된 유동층 가스화기 (12)는 절단 사이징 장치 (14)를 포함한다. 절단 사이징 장치 (14)는 가스화기 (12)의 건현 구역으로 이루어진다. 일 구현예에서, 건현 구역 형상의 설계는 베드 구역 (16)으로부터 동반된 입자가 밀도, 입자 크기 및 형상에 의해 분류되는 방식으로 조정된다. 확대된 직경으로 구동되는 건현은 공기역학적 입자 절단 크기 장치로서 작동할 것이다. 여기에 포함된 바와 같이, 절단 사이징 장치는 건현 확장, 사이클론, 천공된 슈라우드, 나선형 스트레이크, 종방향 슬랫, 필터, 캐스케이드 임팩터, 공기역학적 분류기 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
절단 사이징 장치의 실제 속도보다 작은 공기역학적 말단 속도를 갖는 저밀도를 갖는 큰 입자가 동반될 것이다. 실제 절단 사이징 장치의 실제 속도보다 큰 공기역학적 말단 속도를 갖는 매우 고밀도를 갖는 작은 입자는 동반되지 않고, 추가적인 가스화를 위해 유동층 (16)으로 다시 떨어질 것이다. 특정 입자 형상의 경우, 도 4는 직경 및 밀도의 상이한 값에 대한 공기역학적 말단 속도의 등곡선을 나타내며, 이는 임의의 공기역학적 절단 사이징 장치의 분리 효과를 도시한다. 분리는 입자 크기 또는 질량만을 기준으로 하는 것이 아니라, 입자 크기, 질량 및 형상의 조합이다. 고밀도의 작은 입자가 유동층에서 다시 떨어질 수 있으며, 밀도가 낮은 더 큰 다공성 입자가 동반될 수 있다. 이러한 공기역학적 절단 사이징 장치는 후속 단계의 탄소 전환 효율을 최대화하는 데 필요한 원하는 절단 크기/밀도/형상과 일치하도록 조정된다.
특정 작동 매개변수 및 입자 유형에 대해, 도 5는 미정제 합성가스 열 개질기 내에서 탄소 함유 입자를 합성가스로 완전히 전환하는 데 필요한 시간 등곡선을 나타낸다. 임의의 등곡선에 대한 이러한 그래프에서, 곡선의 왼쪽 및/또는 아래에 있는 임의의 입자는 완전히 전환될 것이다. 도시된 바와 같이, 필요한 전환 시간은 입자 직경 또는 밀도에 비례할 뿐만 아니라 직경 및 밀도의 조합에도 비례한다. 이는 탄소 전환율을 증가시키는 절단 분류된 미정제 합성가스를 얻기 위해, 미정제 합성가스와 동반된 입자를 조절해야 할 필요성을 보여준다.
특정 작동 매개변수 및 입자 유형에 대해, 도 6은 도 4에 대해 도 5의 연속을 나타낸다. 넓은 회색 줄무늬는 고온 작동 설정값 범위 및 상이한 입자 직경 및 밀도에 대해 0.5, 2 및 5초의 미정제 합성가스 열 개질기 전환 시간을 나타낸다. 등곡선은 상이한 직경 및 밀도에 대한 공기역학적 말단 속도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 초 단위의 전환 곡선 및 m/s 단위의 공기역학적 말단 속도 모두 임의의 주어진 직경 및 밀도에 대해 거의 일치한다. 예를 들면, 0.5초의 체류 시간을 갖는 개질기의 설계는, 공기역학적 절단 사이징 장치가 0.5 m/s보다 높은 공기역학적 말단 속도를 갖는 유동층 입자를 유지하기 위해 추가될 때, 개질된 합성가스로 더 높은 전환율을 가질 것이다. 이는 0.4 mm의 직경 및 500 kg/m3를 갖는 입자가 0.2 mm의 직경 및 1500 kg/m3를 갖는 입자로 완전히 전환될 수 있게 한다. 0.4 mm의 직경 및 500 kg/m3를 갖는 입자가 베드에 다시 떨어지고, 너무 크고/조밀한 입자가 미정제 합성가스 열 개질기에 들어가는 것을 방지하여, 완전히 전환되지 않게 한다.
분류된 미정제 합성가스는 합성가스 열 개질기 (20)로 도입된다. 합성가스 열 개질기 (20)는 불활성 및 염 연화점보다 높은 고온에서 작동하도록 설계되어, 용융된 미네랄을 처리하고 이러한 용융된 미네랄을 추출을 위해 냉각 구역으로 배출한다.
이후, 분류된 미정제 합성가스는 합성가스 열 개질기 (20)로 흘러가며, 여기서 순수한 산소 (21)가 개질기 (20)의 상부에 공급되어, 미네랄 융점보다 높은 온도, 일반적으로 > 1200 ℃의 온도로 증가시키고, 무거운 타르, 숯, 방향족 및 메탄 등을 추가의 CO 및 H2로의 열 전환을 향상시킨다. 일 구현예에서, 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 비율의 임의의 조합이 개질기에 공급되어 개질기의 온도를 증가시킨다.
동반된 고체는 개질기 (20)의 작동 온도에서 용융되고, 이는 합성가스에서 미세한 액적으로 동반되고, 고체화된 물질의 외부 층에 천천히 유동하는 용융된 물질의 필름을 생성하여 벽에 축적된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일 구현예에서, 여기에 설명된 개질기 (20)는 스터디드 냉각 파이프 (22)로 이루어진 냉각 벽 멤브레인을 포함한다. 이 단계에서, 뜨거운 합성 가스 혼합물 및 용융된 고체는 모두 부식성이고, 개질기의 벽에 언급된 고체 층의 형성은 보호 장벽 역할을 한다. 일 구현예에서, 층은 냉각 벽 멤브레인 (22)에서 순환하는 고압 보일러 물에 의해 유지되고, 따라서 제1 층을 고체 형태로 유지하기에 충분한 냉각을 제공한다.
이 시점에서 합성가스로의 총 탄소 전환율은 90 내지 > 99%의 전환에 도달한다. 최종 합성가스 조성은 작동 온도 및 공급원료/물질 (10) 조성에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 총 탄소의 합성가스로의 전환율을 실질적으로 증가시키는 수단이 제공되며, 여기서 개질이 예를 들어 1050 ℃에서 수행될 때, 원하는 종류 CO, CO2 및 H2의 비율은 이러한 종류들의 수득된 유량에 비해 여기에 설명된 공정에 따라 실질적으로 증가된다. 또한, CH4와 같은 원하지 않는 종은 최소화된다.
여기서 설명된 공정에 의해 생산된 결과물인 합성가스는 낮은 숯, 타르, HAP, 페놀 및 기타 석유 유사 부산물을 갖는다. 제공된 공정은 90 내지 > 99 %의 높은 탄소 전환 효율을 가지며, 거친 플러프, 미세한 플러프 또는 잘게 분쇄된 물질을 처리할 수 있다. 추가적으로, 상기 공정은 용융 미네랄을 처리할 수 있고, 고온 가스화 구역에 대한 공급원료 제제의 크기/밀도를 최적화하고, 전환 및 용융된 미네랄 유동성을 최적화하기 위해 입자 크기/밀도 범위를 최소화할 수 있다.
여기에 포함된 탄소질 물질은 일 구현예에 따라 가스화될 수 있는 바이오매스-풍부 물질일 수 있고, 이에 한정되지는 않으나, 균질 바이오매스-풍부 물질, 비균질 바이오매스-풍부 물질, 불균질 바이오매스-풍부 물질, 및 도시 바이오매스를 포함한다. 탄소질 물질은 또한 플라스틱 풍부 잔류물 또는 탄소를 포함하는 폐기물/생산물/가스/액체/고체일 수 있다. 또한, 페트콕, 석유 생산물 및 부산물, 폐유, 유성 연료, 탄화수소 및 타르와 같은 임의의 유형의 석탄 및 파생물일 수 있다.
균질 바이오매스-풍부 물질은 단일 공급원으로부터 나오는 바이오매스-풍부 물질이다. 이러한 물질은, 이에 한정되지는 않으나, 단일 종류의 침엽수 또는 낙엽수로부터의 물질, 건초, 옥수수 또는 밀과 같은 단일 종류의 식물로부터의 농업 물질, 또는 예를 들어 목재 펄프 및 목재 칩으로부터의 1차 슬러지를 포함한다. 또한, 폐식용유, 리치 과일 껍질 또는 옥수수로부터 메탄올 부산물로의 스틸리지와 같은 정제된 단일 공급원의 물질일 수 있다.
비균질 바이오매스-풍부 물질은 일반적으로 하나 초과의 종류의 식물에서 수득된 물질이다. 이러한 물질은, 이에 한정되지는 않으나, 혼합 종류의 산림 잔류물 및 박피 작업 또는 제재소 작업에서 수득된 혼합 종류의 나무 잔류물을 포함한다.
일반적으로, 불균질 바이오매스-풍부 물질은 바이오매스 및 비-바이오매스 물질 예컨대 플라스틱, 금속 및/또는 오염 물질, 예컨대 황, 할로겐 또는 무기 염 또는 유기 화합물과 같은 화합물에 포함된 비-바이오매스 질소를 포함하는 물질이다. 이러한 불균질 바이오매스-풍부 물질의 예는, 이에 한정되지 않으나, 산업 폐기물, 재활용 시설 폐기물, 자동차 플러프 및 폐기물, 도시 바이오매스, 예컨대 도시 고형 폐기물, 예컨대 폐기물 가공 연료 (RDF), 고체 회수 연료, 하수 슬러지, 타이어, 합성 섬유, 카페트, 합성 고무, 팽창된 폴리스티렌, 폴리-필름 플록 등 화석 또는 식물 원료, 중고 목재 전신주 및 목재 철도 타이로서, 이는 크레오소트, 펜타클로로페놀 또는 구리 크롬 비산염으로 처리될 수 있고, 그리고 페인트와 수지뿐만 아니라 상기 화학물질 중 하나를 함유할 수 있는 건설 및 철거 작업의 목재를 포함한다.
일 구현예에서, 탄소질 물질은 공급 시스템에 의해 저밀도 플러프 RDF로서 공급될 수 있고, RDF 플러프를 부분적으로만 전처리함으로써 공급원료의 전처리 비용을 낮출 수 있다. 다른 구현예에서, 탄소질 물질은 수 밀리미터 내지 수 센티미터 범위의 입자 크기를 갖는 저밀도 플러프의 혼합물일 수 있다. 비제한적 구현예에서, 탄소질 물질은 저밀도 플러프가 있거나 또는 없는, 고밀도 펠릿화된 형태일 수 있다. 다른 비제한적인 구현예에서, 탄소질 물질은 고체, 액체, 기체 또는 탄소 원자를 함유하는 이들의 임의의 비율의 임의의 조성일 수 있다.
여기에 포함된 구현예에서, 개질 작동 온도는 약 1200 ℃ 내지 약 2000 ℃이다. 따라서, 열 개질 온도는 예를 들어 약 1200-1800 ℃와 같은 미네랄 융점보다 높으며, 이는 합성가스 및 궁극적으로 알코올 수율을 증가시킨다. 1300-1500 ℃에서, 여기에 설명된 열 개질은 탄소질 종류가 CO, H2, CO2 및 H2O로의 사실상 완전한 전환을 제공하며, 여기서 최종 합성가스 조성은 수성가스전환 (Water Gas Shift; WGS) 평형에 의해 유도된다.
여기에 설명되고 포함되는 유동화 가스화기 및 절단 사이징 장치를 사용하는 동안, 1200℃ 이상의 온도에서 여기에 설명된 바와 같은 열 개질은 메탄, 타르 및 방향족 타르 (NBTX; 나프탈렌, 벤젠, 톨루엔 및 크실렌), 여기서 잔류 숯/미전환 탄소는 환원된다.
미국 특허 번호 8,137,655에서 설명된 바와 같은 가스화와 비교하여, 개질은 1200 ℃ 이하, 주로 약 1000 ℃에서 수행되며, 여기에 설명된 공정은 도 7에 보고된 바와 같이 잔류 숯의 양을 실질적으로 감소시킨다.
여기에 설명된 공정은 적어도 78 % 내지 96 %의 높은 탄소에서 합성가스로의 전환율의 달성을 가능하게 한다.
열 개질기 (20)의 배출구에서 합성가스는 H2, CO, CO2 및 H2O를 포함한다. 아래에 설명된 추가 처리 후, 이후 여기에 설명된 공정에 의해 생산된 결과물인 깨끗한 합성가스는 추가 처리 및 화학물질과 같은 다른 유용한 생산물으로 전환될 수 있다. 특히, 여기에 설명된 공정은 예를 들어 연료, 바람직하게는 액체 연료 및 다수의 재생가능한 화학물질을 생산하는 것으로 포함된다. 여기에 포함된 화학물질의 예는, 메탄올 (MeOH), 에탄올 (EtOH), 메틸 아세테이트 (MeOAc) 및 에틸 아세테이트 (EtOAc)를 포함하며, 예를 들어 WO 2013/188949 및 WO 2013/091067에 설명되어 있고, 이의 내용은 여기에 참조로 원용된다.
통상적으로, 깨끗한 합성가스를 생산하기 위한 개질된 합성가스 공정의 세정 단계 (24)는 황 제거, 암모니아 제거, 염소 제거, 입자 제거, 이산화탄소 제거 및 기타 저미량 촉매 독 제거 단계로 이루어진다. 여기에 포함되는 전형적인 공정 단계는 예를 들어 습식 물 스크러버, 산성 가스 스크러버 및 고체상 가드 베드이다.
위에서 설명한 공정의 마지막에 생산된 산성 가스는 주로 이산화탄소 및 황화수소 (H2S)로 이루어진다. 합성가스는 다운스트림 촉매를 황 중독으로부터 보호하고 공정에서 재사용을 위한 최적의 CO2 순도를 충족하기 위해 이러한 산성 가스가 세정되어야 한다. 산성 가스 제거는 흡수 컬럼에서 재생 메탄올 용매를 사용하는 역류 흡수로 이루어진 산성 가스 제거 (AGR) 루프를 사용하여 달성할 수 있다. 대안적으로, 아민 스크러버, 셀렉솔(Selexol) 공정, 푸리솔(Purisol) 공정, 프로필렌 카르보네이트 용매 등과 같은 다른 시스템을 산성 가스 제거에 사용할 수 있다.
여기에 설명된 바와 같이, AGR은 황화 카르보닐, 이황화탄소 등과 같은 다른 미량의 황 및 질소 화합물 외에도 합성가스로부터 H2S 및 CO2를 제거할 수 있다. 흡수 컬럼 배출구에서, 합성가스는 주로 CO, H2, 일부 CO2, 미량의 황 화합물을 포함하고, 이는 합성가스 가드 베드로 보내져, 남아있는 황 화합물 및 합성 촉매에 유독하며 활성 수명을 크게 단축시킬 수 있는 카르보닐 및 아르신을 제거한다.
위에서 설명된 바와 같이, 여기에 설명된 공정은 추가 처리를 거칠 수 있으며, 합성 가스를 화학 물질로 전환하는 것을 포함한다. 일 구현예에서, 깨끗한 합성가스는 촉매의 존재 하에 반응하여 메탄올을 생산할 수 있다.
이후 깨끗한 합성가스는 메탄올 반응기에 공급된다. 통상적으로, 메탄올 반응기는 예를 들면 산화구리 (CuO) 촉매 및/또는 산화아연 (ZnO) 촉매와 같은 촉매를 포함하며, 여기서 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소는 촉매의 표면에서 결합하고 다음 주요 반응에 따라 메탄올로 변한다:
CO + 2H2 ↔ CH3OH
CO2 + H2 ↔ CO + H2O
CO2 + 3H2 ↔ CH3OH + H2O
통상적으로 합성가스는 200 ℃ 내지 230 ℃에서 메탄올 반응기로 유입된다. 일 구현예에서, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소는 약 100 ℃ 내지 약 300 ℃의 온도에서 반응된다. 합성가스로부터의 수소 및 일산화탄소는 약 250 내지 약 2,000 psi의 압력에서 반응된다.
예를 들면, 에탄올 생산 공정에서, 메탄올 반응기로부터 생산된 메탄올은 다음 반응에 따라 카르보닐화 반응기에서 일산화탄소와 추가로 반응하여 메틸 아세테이트를 생산할 수 있다:
CH3OH + CO ↔ CH3OOH (카르보닐화 반응)
CH3OOH + CH3OH ↔ CH3COOCH3 + H2O (에스테르화 반응)
카르보닐화 반응기 통합에 따라, 과량의 아세트산(CH3COOH)이 별도의 반응 구역에서 에스테르화될 수 있다.
이후 생산된 메틸 아세테이트는 가수소분해 반응기에 공급되고, 다음 반응에 따라 메틸 아세테이트와 수소가 반응하여 에탄올과 메탄올을 형성한다:
CH3COOCH3 + 2H2 ↔ CH3CH2OH + CH3OH
특히, 상기 카르보닐화 및 가수소분해 반응기를 위한 일산화탄소 및 수소는 각각의 반응기에서 사용될 수 있는 CO 풍부 스트림 및 H2 풍부 스트림을 생성하기 위한 합성가스 분리 단계로부터 수득된다. 이러한 합성가스 분리 단계는, 예를 들어 공지된 멤브레인 분리 기술 및/또는 극저온 CO 분리 등을 포함한다.
여기서 설명된 바와 같이, 생성된 합성가스는 메탄올 및/또는 에탄올 생산으로의 추가 처리에 사용될 수 있다. 대안적으로, 생성된 합성가스는 전력 및/또는 열 생성, 탄화수소 또는 드롭-인 연료 생산 (예를 들어, 알려진 Fischer-Tropsch 공정 사용), 고급 알코올 및/또는 화학 물질 생산에 사용될 수 있다.
본 개시내용이 이의 특정 구현예와 관련하여 설명되었지만, 추가 수정이 가능하고, 본 명세서는 기술분야 내에서 알려지거나 관례적인 관행 내에서, 첨부된 특허청구범위의 범위 내에서 앞서 설명한 필수 특징에 적용될 수 있는, 본 개시내용으로부터의 이러한 이탈을 포함하여 임의의 변형, 사용 또는 개조를 포함하도록 의도된 것으로 이해될 것이다.

Claims (25)

  1. 탄소질 물질을 합성 가스로 전환하는 방법으로서,
    a) 유동층에서 탄소질 물질을 가스화시켜, 미정제 합성가스를 생산하는 단계;
    b) 상기 미정제 합성가스를 입자 공기역학적 속도로 절단 사이징 장치로 분류하여, 분류된 미정제 합성가스를 생산하는 단계;
    c) 상기 분류된 입자 미정제 합성가스를 열 개질기에 도입하는 단계; 및
    d) 미네랄 융점보다 높은 온도에서 상기 분류된 미정제 합성가스를 개질하여, 합성 가스를 생산하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절단 사이징 장치는, 건현 확장, 사이클론, 천공된 슈라우드, 나선형 스트레이크, 종방향 슬랫, 필터, 캐스케이드 임팩터, 공기역학적 분류기 또는 이들의 임의의 조합인, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 공급 시스템에 의해 유동층 반응기에 공급되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동층 반응기가, 알루미나, 석회석, 백운석, 모래, 감람석, 무연탄, 탈황 석유 코크스 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 유동층 물질을 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유동화제가 유동층 반응기를 가열하고, 탄소질 물질의 가스화에 산소를 공급하는 데 사용되는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유동화제가 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 조합인, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 약 450 ℃ 내지 약 800 ℃의 온도에서 가스화되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 약 500 ℃ 내지 약 700 ℃의 온도에서 가스화되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분류된 입자 미정제 합성가스는 열 개질기에서 개질되는, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    개질 작동 온도가 약 1200 ℃ 내지 약 2000 ℃인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 개질기의 온도를 증가시키기 위해, 공기, 산소, 이산화탄소, 질소, 증기 또는 이들의 임의의 비율의 임의의 조합이 상기 개질기에 공급되는, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분류된 미정제 합성가스는 약 1200 ℃ 내지 약 1800 ℃의 온도에서 개질되는, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개질기가 냉각 벽 멤브레인을 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 냉각 벽 멤브레인은 스터디드 파이프로 이루어진, 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 78 % 이상의 탄소 전환율로 합성 가스로 전환되는, 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 90 % 이상의 탄소 전환율로 합성 가스로 전환되는, 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 96 % 이상의 탄소 전환율로 합성 가스로 전환되는, 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 액체, 고체 및/또는 탄소 함유 기체인, 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 바이오매스인, 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 바이오매스가 균질 바이오매스, 비균질 바이오매스, 비균질 바이오매스, 불균질 바이오매스, 도시 바이오매스, 또는 이들의 조합인, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 균질 바이오매스가 침엽수, 낙엽수, 농업 물질, 1차 슬러지, 폐식용유, 리치 과일 껍질 또는 스틸리지로부터 유래하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 비균질 바이오매스가 혼합 산림 잔류물, 또는 혼합 나무 잔류물로부터 유래하는, 방법.
  23. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄소질 물질이 플라스틱, 금속, 무기 염, 유기 화합물, 산업 폐기물, 재활용 시설 폐기물, 자동차 플러프, 도시 고형 폐기물, ICI 폐기물, C&D 폐기물, 폐기물 가공 연료 (RDF), 고체 회수 연료, 하수 슬러지, 중고 목재 전신주, 목재 철도용 타이, 목재, 타이어, 합성 섬유, 카페트, 합성 고무, 화석 연료 원료 물질, 팽창된 폴리스티렌, 폴리-필름 플록, 건축 목재 재료 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 방법.
  24. 탄소질 물질을 화학물질로 전환시키는 방법으로서,
    a) 유동층에서 탄소질 물질을 가스화시켜, 미정제 합성가스를 생산하는 단계;
    b) 상기 미정제 합성가스를 입자 공기역학적 속도로 절단 사이징 장치로 분류하여, 분류된 미정제 합성가스를 생산하는 단계;
    c) 상기 분류된 입자 미정제 합성가스를 열 개질기에 도입하는 단계;
    d) 미네랄 융점보다 높은 온도에서 상기 분류된 미정제 합성가스를 개질하여, 합성 가스를 생산하는 단계; 및
    e) 메탄올 반응기에서 상기 합성 가스를 메탄올로 전환하여, 메탄올을 생산하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    f) 카르보닐화 반응기에서 메탄올을 일산화탄소 (CO)와 반응시켜 메틸 아세테이트로 반응시키는 단계; 및
    g) 상기 메틸 아세테이트를 가수소분해 반응기에 공급하고, 상기 메틸 아세테이트를 수소 (H2)와 반응시켜 에탄올, 메탄올, 에틸 아세테이트 또는 이들의 조합을 생산하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
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