KR20220154799A - 가스화 및 피셔-트롭쉬 공정의 폐수 처리 방법 - Google Patents

가스화 및 피셔-트롭쉬 공정의 폐수 처리 방법 Download PDF

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KR20220154799A
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Abstract

가스화 및 F-T(Fischer-Tropsch) 공정을 결합한 폐수 처리 공정에 있어서, 도시 고형 폐기물 등으로부터 유래된 공급원료는 반응기(R)에서 기화되고 염 및 무기 오염물을 함유하는 제1 폐수 스트림(1차 WWT 스트림)을 생성하는 정화 장치(C)에서 처리된다. 제1 폐수 스트림은 합성 가스에서 파생된 무기 오염 물질을 제거하기 위해 처리 장치(T1)에서 처리된다. 처리는 a) 탈기, 및 후속적으로 b) 용존 공기 부상 장치(72c)에서 처리하기 전에 제 1 폐수 스트림을 중화하고 이동하는 모래 층 또는 이와 유사한 것(72d)에서 여과하여 고체를 제거하고, 암모니아를 제거하기 위한 스트리핑 단계를 포함한다. 유기 오염 물질을 포함하지만 염도가 낮은 제2 폐수 스트림(제2 WWT 흐름)은 F-T 공정에서 발생하며 F-T 공정 내에서 재활용이 가능하도록 별도로 처리된다.

Description

가스화 및 피셔-트롭쉬 공정의 폐수 처리 방법
본 발명은 가스화 공정의 폐수 처리 공정에 관한 것이다. 가스화 공정은 탄화수소 연료 생성을 위한 피셔-트롭쉬(Fischer-Tropsch)(F-T) 공정의 공급원료를 생성하는 데 사용된다.
피셔-트롭쉬 공정은 일산화탄소와 수소로부터 연료를 생성하는 데 널리 사용되며 다음 방정식으로 나타낼 수 있다:
(2n + 1)H2 + nCO -> C n H2 n +2 + nH2O
이 반응은 발열성이 높으며 고온 조건(일반적으로 최소 180°C, 예를 들어 200°C 이상) 및 고압 조건(예: 최소 10bar)에서 일반적으로 코발트 기반 촉매인 피셔-트롭쉬 촉매에 의해 촉매화된다. 혼합물이 얻어지고, n은 일반적으로 10 내지 120의 범위를 포함한다. 메탄 선택성(즉, 제품 혼합물에서 메탄의 비율(n = 1))을 최소화하고 C5 이상(n ≥ 5) 파라핀에 대한 선택성을 최대화하는 것이 바람직하며, 일반적으로 90% 이상의 수준이다. 또한 일산화탄소의 전환율을 최대화하는 것이 바람직하다.
수소 및 일산화탄소 공급원료는 일반적으로 합성 가스이다.
합성 가스는 탄소계 물질을 승온, 예를 들어 700℃ 이상에서 기화시켜 생성할 수 있다. 탄소질 재료는 합성 가스를 생성하기 위해 가스화될 수 있는 임의의 탄소 함유 재료를 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 바이오매스(예: 식물 또는 동물성 폐기물, 생분해성 폐기물 등), 식량 자원(예: 옥수수, 대두 등), 및/또는 석탄( 예: 저급 석탄, 고급 석탄, 청정 석탄 등), 오일(예: 원유, 중유, 타르 샌드 오일, 셰일 오일 등), 고형 폐기물(예: 도시 고형 폐기물, 유해 폐기물), 폐기물 파생 연료(RDF), 타이어, 석유 코크스, 쓰레기, 쓰레기, 바이오가스, 하수 슬러지, 동물성 폐기물, 농업 폐기물(예: 옥수수 스토버, 스위치 풀, 잔디 깎기), 건설 철거 자재, 플라스틱 재료(예: , 플라스틱 폐기물), 면조 폐기물, 매립가스, 이들 중 2종 이상의 혼합물 등의 비식량 자원을 포함할 수 있다. 탄소질 물질은 또한 일반적으로 종이, 카드, 목재, 직물 및 플라스틱에서 파생되는 비교적 높은 발열량의 폐기물인 고체 회수 연료(SRF)일 수 있다.
새로운 합성가스는 증기 개질(예를 들어, 증기 메탄 개질(SMR) 촉매의 존재 하에 메탄이 증기와 반응하는 증기 메탄 개질(SMR) 반응)에 의해 CO에 대한 H2의 몰비 조정; 부분 산화; 자열 개질; 이산화탄소 개질; 또는 이들의 둘 이상의 조합에 의해 처리될 수 있다. 본 출원에서 합성 가스의 이러한 처리는 F-T 공정의 일부로 광범위하게 고려되며 이러한 처리로 인한 폐수 스트림은 가스화 공정 자체가 아닌 F-T 공정의 폐수 스트림으로 간주된다.
새로운 합성가스에서 H2 대 CO의 몰비는 바람직하게는 약 1.6:1 내지 약 2.2:1, 또는 약 1.8:1 내지 약 2.10:1, 또는 약 1.95:1 내지 약 2.05: 1.
새로운 합성 가스는 반응 혼합물을 형성하기 위해 H2 및 CO도 포함하는 재활용된 테일 가스(예: 재활용된 FT 테일 가스)와 선택적으로 조합될 수 있다. 테일 가스는 H2 대 CO의 몰비가 약 0.5:1 내지 약 2:1, 또는 약 0.6:1 내지 약 1.8:1, 또는 약 0.7:1 내지 약 1.2:1 범위인 H2 및 CO를 선택적으로 포함할 수 있다.
복합 FT 합성 가스 공급물(재순환된 테일가스와 복합 새로운 합성 가스를 포함함)은 바람직하게 몰비가 약 1.:1 내지 약 2.1:1, 또는 약 1.7:1 내지 약 2.0:1, 또는 약 1.7:1 내지 약 1.9:1 범위인 H2 및 CO를 포함할 수 있다.
본 발명은 특히 높은 수준의 오염물질을 포함하는 폐수를 생성하는 경향이 있는 가스화 공급원료로서 도시 고체 폐기물(MSW) 또는 상업 및 산업 폐기물(C&I)을 사용하는 가스화 공정으로부터의 폐수를 처리하는 것에 관한 것이지만 이에 국한되지 않는다. 이러한 폐수를 처리하고 이러한 오염 물질을 제거하는 것은 시급한 관심사이다.
매립을 포함하지 않는 MSW 및 C&I 폐기물의 처리에 대한 요구가 있다.
또한 재생 가능한 자원에서 파생된 연료에 대한 수요가 있다. 예를 들어 재생 가능 운송 연료 의무(RTFO)는 영국의 도로 운송 연료 공급업체(예: 정유업체 및 수입업체)에 연간 450,000리터를 초과하여 일정 비율의 지속 가능한 바이오 연료를 사용하도록 의무화하고 있다.
F-T 공정의 폐수를 재활용하는 것으로 알려져 있다.
또한, 예를 들어 WO 2017/011025A 및 WO 2017/039741A로부터 공급원료로서 MSW를 사용하는 복합 가스화 및 F-T 설비에서 가스화 및 F-T 공정으로부터 분리된 폐수 스트림을 처리하는 것이 알려져 있다. 그러나 이러한 특허 출원은 폐수 처리 또는 폐수에서 제거된 오염 물질에 대한 세부 사항을 공개하지 않는다.
F-T 폐수 처리는 증류 또는 증기 스트리핑에 의한 폐수 전처리, 중력에 의한 잔류 왁스 제거 및 생성된 전처리 폐수를 입상 슬러지 기반 혐기성 생물 반응기에 공급하는 것을 논의한 WO2016193337A1에 개시되어 있다. 이 문서는 이온 교환 또는 역삼투를 제외한 염수 처리에 대해 거의 언급하지 않는다.
일 실시예에서 본 발명은 가스화로부터의 수성 유출물을 알칼리로 처리하여 제1 폐수 스트림을 생성하고 제1 폐수 스트림을 처리하여 수성 유출물에 존재하는 무기 오염 물질을 제거하고, F-T 공정에서 생성된 물을 함유하고 제1 폐수 스트림과 구별되는 제2 폐수 스트림은 유기 화합물을 제거하기 위해 제1 폐수 스트림과 별도로 처리하는 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬(F-T) 공정으로부터의 폐수 처리 방법을 제공한다.
처리된 제1 폐수 스트림은 환경으로 배출될 수 있다. 처리된 제 2 폐수 스트림은 가스화 및/또는 F-T 공정에 사용되는 플랜트 내에서 재사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한, 가스화로부터의 수성 유출물을 알칼리로 처리하여 제1 폐수 스트림을 생성하고 제1 폐수 스트림을 처리하여 수성 유출물에 존재하는 무기 오염 물질을 제거하고, F-T 공정에서 생성된 물을 함유하고 제1 폐수 스트림과 구별되는 제2 폐수 스트림은 유기 화합물을 제거하기 위해 제1 폐수 스트림과 별도로 처리하는 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬(F-T) 공정으로부터의 폐수 처리 방법을 제공하고, 여기서 처리된 제1 폐수 스트림은 환경으로 배출되고 처리된 제2 폐수 스트림은 가스화 및/또는 F-T 공정에 사용되는 플랜트 내에서 재사용된다.
이것은 폐수 스트림의 처리가 최적화된다는 장점이 있다. 염분 무기 폐수는 유기물이 포함된 비염 폐수와 별도로 처리된다. 바람직한 실시예에서, 이것은 냉각수 보충 또는 다른 자원을 위해 시설 내에서 염이 아닌(신선한) 물이 재사용되는 것을 허용한다.
제1 폐수 스트림은 예를 들어, 가스화 구역, 부분 산화 구역, 정화 구역 및/또는 수소 대 일산화탄소 비율 전환 구역(예: 수성 가스 전환 구역) 중 어느 하나 이상으로부터의 처리된 수성 유출물을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서 다음을 포함하는 하나 이상의 유용한 제품(예: 긴 사슬 탄화수소 등)의 제조 방법이 제공된다:
a. 바람직하게는 폐기물 및/또는 바이오매스를 포함하는 탄소질 공급원료를 가스화 구역에서 가스화하여 원료 합성 가스를 생성하는 단계;
b. 부분적으로 산화된 합성 가스를 생성하기 위해, 부분 산화 구역에서 원료 합성 가스를 선택적으로 부분적으로 산화하는 단계;
c. 선택적으로 부분적으로 산화된 미가공 합성 가스의 적어도 일부를 정화 구역에 공급하여 오염 물질을 제거하고 깨끗한 합성 가스를 제공하는 단계;
d. 전환된 청정 합성 가스를 생성하기 위해, 선택적으로 수소 대 일산화탄소 비율 전환 구역에서 청정 합성 가스의 수소 대 일산화탄소 비율을 전환하는 단계;
e. 적어도 하나의 제1 유용한 제품을 생성하기 위해, 선택적으로 전환된 깨끗한 합성 가스를 F-T 반응 트레인에 공급하는 단계;
f. 제 2 유용한 제품을 생성하기 위해, 제 2 추가 반응 트레인에서 제 1 유용한 제품을 선택적으로 업그레이드하는 단계;
여기서 단계 a 내지 c 중 하나 이상으로부터의 수성 유출물은 탈기에 의해 처리되고, 단계 d 및 e(및 선택적으로 단계 f)의 후속 중화 및 수성 유출물은 별도로 처리된다.
공급 원료가 MSW 또는 C & I 폐기물에서 유래하더라도, 제 1 폐수 스트림은 일반적으로 규제 요구 사항을 충족하기 위해 오염 물질을 제거하기 위해 경제적으로 처리될 수 있음이 밝혀졌다.
바람직하게는 처리된 제1 폐수 스트림은 환경으로 배출된다.
바람직하게 제 1 폐수 스트림 처리는 다음을 포함한다:
a) 탈기, 및 후속적으로
b) 중화
c) 바람직하게는 정화하고,
d) 바람직하게는 필터링
관련된 실시예에서, 본 발명은 수성 폐수에 존재하는 무기 오염 물질을 제거하기 위해, 가스화로부터의 수성 유출물이 알칼리로 처리되어 제1 폐수 스트림을 생성하고 제1 폐수 스트림이 처리되는 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬(F-T) 공정으로부터의 폐수 처리 방법을 제공하고, 여기서 제 1 폐수 스트림처리는 포함한다:
a) 탈기, 및 후속적으로
b) 중화,
c) 바람직하게는 정화하고,
d) 바람직하게는 필터링
예비 탈기 단계는 중화 요구 사항을 줄이고 공정의 경제성을 향상시킨다. 그렇지 않으면 부식성 요구를 가할 CO2 및 SO2와 같은 산성 가스가 방출된다. 이것은 또한 최종 처리된 폐수에서 더 낮은 염도를 유지하는 데 도움이 된다.
또한, 본 발명의 폐수 처리는 MSW 또는 C&I 폐기물과 같은 비교적 더러운 공급원료를 사용하는 경우에도 두 측면 모두에서 중금속 및 기타 오염 물질을 줄이는 데 현저하게 효과적인 것으로 밝혀졌다.
바람직하게는, 방법은 추가 단계를 포함한다:
c) 중화된 제1 폐수 스트림의 용해되거나 현탁된 성분을 산화시키는 단계.
이는 중금속 제거를 용이하게 할 뿐만 아니라 폐수의 화학적 산화 요구량(COD)을 감소시킨다.
바람직하게는 제1 폐수 스트림은 산화 가스(예: 공기)에 의해 교반되는 반응 구역에서 중화된다.
이것은 완전한 혼합을 보장하고 따라서 중화를 보장하고 또한 하나의 동일한 반응 용기에서 중화 및 산화를 가능하게 하다.
바람직한 실시실시예에서, 반응 구역은 아황산염, 아질산염 및 비소 화합물 중 하나 이상의 산화를 위해 촉매, 바람직하게는 코발트 촉매 또는 제1철 촉매의 존재 하에 기포 통기에 의해 교반된다.
바람직하게는 제1 폐수 스트림은 유기 화합물 및/또는 중금속을 흡수하기 위해 활성탄(바람직하게는 분말 활성탄)으로 처리된다.
이를 통해 경제적인 방식으로 오염 물질을 크게 줄일 수 있다.
바람직하게는, 처리된 제1 폐수 스트림은 용존 공기 부상 공정을 거쳐 사용된 활성탄 및 기타 현탁 고체(존재하는 경우)를 분리한다.
이 과정은 활성탄 처리를 보완하다. 현탁된 고체는 전형적으로 중금속 산화물을 포함할 것이다.
바람직하게는, 제1 폐수 스트림을 모래 필터, 멀티미디어 필터 또는 멤브레인 필터로 여과하여 남아 있는 사용된 활성탄 및 부유 고형물(존재하는 경우)을 제거하다.
이 기능을 통해 경제적인 방식으로 폐수를 거의 완벽하게 정화할 수 있다.
바람직하게는 제1 폐수 스트림은 부유 고형물의 제거를 돕기 위해 응고제, 바람직하게는 알루미늄 또는 철 기반 응고제 및/또는 응집 촉진 중합체로 처리된다.
이 기능은 유출수의 작은 입자를 응집시키고 용존 공기 부상에 의한 제거를 돕기 때문에 용해 공기 부상과 함께 특히 유리하다. 응고제는 또한 중금속의 포획을 돕는다.
바람직하게는 제1 폐수 스트림은 암모니아를 제거하기 위해 바람직하게는 알칼리성 조건하에서 공기 또는 증기 스트리핑 공정을 거친다. 제거된 암모니아는 포집되어 시설 내에서 재사용된다.
바람직하게는 제1 폐수 스트림은 황화물 화합물로 처리된다. 황화물은 예를 들어 황화나트륨과 같은 무기 황화물, 또는 유기 황화물 화합물, 바람직하게는 헤테로방향족 황화물, 가장 바람직하게는 S-트리아진 황화물 염을 사용하여 중금속을 침전시킬 수 있다.
침전된 중금속 착물의 용해도를 더욱 감소시키기 때문에, 이 마지막 두 가지 특징은 제 1 폐수 스트림이 알칼리성으로 만들어질 때 결합하여 특히 유리하다. 본 발명은 또한 본 명세서에 개시된 공정을 작동하도록 구성된 플랜트를 제공한다. 플랜트는 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬 (F-T) 플랜트일 수 있다.
다른 바람직한 특징은 종속항에 정의되어 있다.
모든 기본 기능은 어떤 조합으로든 결합할 수 있다.
바람직하게는 바람직한 공정 단계 및 이들의 조합은 상기 언급된 순서로 수행된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면의 도 1 내지 도 4를 참조하여 단지 예로서 아래에 설명되며, 여기서:
도 1은 복합 가스화 및 F-T 공정을 위한 공급원료로 MSW 또는 C&I 폐기물을 처리하는 데 사용되는 공급원료 컨디셔닝 설비의 개략도이고;
도 2는 도 1의 FCF에 의해 생성된 공급원료를 이용하는 결합된 가스화 및 F-T 공정의 개략도이고;
도 3은 도 1의 제1 WWT(폐수) 스트림의 처리에 사용되는 유닛 T1(장치 72a-72e)의 개략도이고,
도 4는 T1 유닛의 탈기조 및 반응조 배치를 보다 상세히 나타낸 개략도이다.
공급원료 컨디셔닝
도 1을 참조하면, 도시된 FCF는 쓰레기 봉투가 백 스플리터(1)로 이송되는 벙커(미도시)에서 봉투 C&I 및 MSW 폐기물을 받다.
백 스플리터(1)로부터의 폐기물은 철 및 비철 금속을 각각 제거하는 벨트 자석(2) 및 와전류 회전자(3) 아래를 통과하는 진동 컨베이어(c1)로 공급된다.
크기가 큰 품목도 이 단계에서 제거된다.
처리된 폐기물은 밀도 분리기(4)로 전달되어 가연성이 아닌 유리 및 파편과 같은 고밀도 물질을 제거한다.
처리된 폐기물은 컨베이어(c2)에 의해 입자 크기를 25mm 이하로 줄이는 미세 파쇄기(5)로 이송된다.
크기가 감소된 폐기물은 컨베이어(c3)에 의해 벨트 건조기(4)로 이송되어 과잉 수분이 제거된다. 건조된 폐기물(일반적인 수분 함량 10wt%)은 컨베이어(c4)에 의해 벙커(7)로 이송된다.
벙커(7)는 또한 MSW 및 C&I 폐기물보다 발열량이 다소 높은 폐기물이며 일반적으로 종이, 카드, 목재, 섬유 및 플라스틱에서 파생되는 고체 회수 연료(SRF)를 받는다.
그런 다음 벙커(7)에서 결합된 재료는 크레인에 의해 컨베이어 어셈블리(c7)로 이송되어 처리된 공급원료를 포장기(8)에 공급한다.
가스화
이제 도 2를 참조하면, 포장기(8)의 포장된 공급원료가 공급원료를 반응기 압력으로 가압하고 반응기 어셈블리(R)의 가스화기(21)에 공급하는 공급기(12)로 공급된다.
반응기 어셈블리(R)는 부분 산화(POx) 반응기(22) 및 복사 냉각기(23)를 더 포함한다.
가스화기(21)는 깊은 유동층을 포함하는 증기 개질 반응기를 포함하며, 층 작동 온도는 일반적으로 600-800℃이다. 유동층은 과열 증기로 유동화되고 공급원료의 탄소 재료가 열분해되고 증기와 반응하여 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 형성한다.
가스화기(21)의 합성가스 제품은 부분 산화 반응기(22)로 공급되고, 이 반응기는 또한 F-T 반응기(51)로부터 F-T 테일가스 및 또한 산소를 수용한다. 반응기(22)는 합성가스 내의 타르, 오일 및 메탄을 탄소 산화물, 수소 및 물로 전환시키기에 충분한 체류 시간에서 회분 융점 이상의 온도에서 작동된다.
부분 산화 반응기(22)의 합성가스 출력은 복사 및 대류 냉각기 유닛을 포함하는 냉각기(23)로 공급된다. 반응기(22)는 또한 냉각기(23)에서 응고되는 용융 재를 생성한다.
HRSG(열회수 증기 발생기)에는 가스화기 및 POX의 슬래그 입자를 포함하는 블로우다운 물 스트림이 있다. 이 흐름에서 부유 고형물의 농도는 비교적 높으므로, 액상이 나머지 염수와 함께 공동 처리되기 전에 대부분의 고형물을 제거하기 위해, 슬러지 탈수 원심 분리기 72e(사이클론보다는 원심 분리기)로 직접 보내진다
냉각기(23)로부터 냉각된 합성가스는 산 가스 제거 유닛(31b), 압축기(41) 및 산성 가스 제거 유닛(42)을 더 포함하는 가스 정화 유닛(C)의 벤츄리 스크러버(31a)로 공급된다.
입자상 물질은 벤츄리 스크러버(31a)에서 제거되고, 생성된 스크러빙된 합성 가스는 할로겐화물 제거 유닛(31b)으로 전달된다. 할로겐화물 제거 유닛(31b)은 염화수소, 브롬화물 및 불화물을 흡수하기 위해 수산화나트륨 용액이 통과하는 충전된 컬럼을 포함한다. 할로겐화물 염을 함유하는 생성된 제1 폐수(WWT) 스트림은 제1 수처리 어셈블리(T1)의 탈기 탱크(72a)로 전달된다.
할로겐화물 제거 유닛(31b)의 합성 가스 출력은 압축기(41)에서 압축된 다음 냉각되고 액체(폐수)를 응축하여 합성 가스에서 제거되고 탈기 탱크로 공급된 다음 후술할 DAF(용존 공기 부상) 장치(73a)로 공급된다.
압축기(41)로부터의 압축 합성가스는 저온 및 고압에서 작동하며 황화수소, 황화카르보닐, 이산화탄소 및 시안화수소, 암모니아, 포름산 및 금속 카르보닐과 같은 미량 불순물을 제거하기 위한 용매로 메탄올을 사용하는 산성 가스 제거 유닛(42)으로 공급되고, 그렇지 않으면 특히 F-T 촉매를 중독시킴으로써 다운스트림 공정 장치에 해로울 수 있다. 유닛(42)은 바람직하게는 RECTISOL™ 프로세스를 사용한다. 용해된 불순물은 단계적 플래싱에 의해 메탄올 용매로부터 제거되고 소각로(45)로 전달된다. 산성 가스 제거 유닛(42)은 또한 수은 흡수를 위한 수은 보호층을 포함한다.
산성 가스 제거 유닛(42)의 RECTISOL™ 공정 및 유닛(43)의 시프트 공정으로부터의 액체는 탈기 탱크(미도시)를 통해 DAF 유닛(73a)으로 공급된다. 장치(42)의 산성 가스는 소각로(45)로 공급된다.
흡수된 이산화탄소는 재생되어 CO2 압축기(47)에 공급되며, 이는 정화된 이산화탄소를 대기로 배출하고 또한 탈기 탱크(미도시)를 통해 DAF(73a)로 공급되는 오염된 물을 생성한다.
산성 가스 제거 유닛(42)의 합성 가스 출력은 합성 가스의 수소 함량이 증가되는 시프트 반응기(43)로 공급된다. 시프트 반응기(42)는 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 질소 및 아르곤과 같은 수소 내의 불순물이 제거되는 압력 변동 흡착 반응기(44)와 연통한다. 시프트 반응기(43)에서 생성된 액체는 탈기 탱크(72a)로 공급된 다음 DAF(73a)로 공급된다.
F-T 합성
반응기(43)로부터의 합성가스는 가드 베드(48)를 통해 피셔-트롭쉬 유닛(51)으로 공급된다. F-T 유닛(51)은 트레인에 3개의 병렬 F-T 반응기를 포함하고, 각각은 4개의 마이크로 채널 코어를 포함하는 외부 쉘(압력 용기)로 구성된다. 각 코어는 여러 개의 수직 및 교차 흐름 마이크로 채널로 구성된다.
F-T 반응에서 생성된 물은 제2 수처리 어셈블리(T2)의 스팀 스트리퍼(71)로 공급된다.
F-T 유닛(51)으로부터의 F-T 제품은 고품질 나프타 및 합성 파라핀 등유(SPK)를 생산하는 액체 업그레이드 유닛(61)으로 공급된다. 액체 업그레이드 장치는 SPK 생산을 최대화하면서 F-T 물질의 완전한 전환을 달성하기 위해 재활용 수소화분해기로 구성된다. 이는 적절한 촉매를 사용하여 수소화분해, 수소화이성질화 및 수소화처리에 의해 달성된다.
액체 업그레이드 유닛(61)의 출력은 주 연료 제품으로서 SPK를 생성하는 분류기(62)로 공급된다. 분류기(62)로부터의 오염된 물은 스팀 스트리퍼(71)로 공급된다.
제1 WWT 처리
도 2, 3 및 4를 참조하면, 벤츄리 스크러버(31a)로부터의 제1 WWT 스트림은 탈기 탱크(72a)에서 탈기된다. 이 탈기 탱크는 진공 상태에서 작동하며 그림 4와 같이 가스가 자연스럽게 빠져나갈 수 있도록 다층 캐스케이드 시스템 CS가 장착되어 있다. 탈기 탱크에는 탱크 내부에 부유 고형물이 침전되는 것을 방지하기 위해 외부에 장착된 믹서 펌프 MP가 장착되어 있다. 탱크는 또한 탱크에 고형물이 축적되는 것을 방지하기 위해 가장 낮은 지점에 출구 파이프가 있는 벤치형(benched)이다.
오프-가스는 다른 공정 가스와 함께 소각로(45)로 보내진다. 소각로(45)에서 유황 가스는 이산화황으로 소각되고 이 가스는 배기 가스가 대기로 방출되기 전에 수산화나트륨 용액으로 소각로 연도에서 스크러빙된다.
또한, 생성된 아황산나트륨/중아황산염 용액은 코발트 또는 제1철 촉매의 존재 하에 황산나트륨으로의 산화를 위해 반응 탱크(72b)로 보내진다. 반응 탱크(72b)는 2개의 송풍기를 사용하는 조대 기포 폭기 시스템(A)(도 4)에 의해 폭기된다. 폭기는 아황산염/중아황산염, 아질산염 및 비소와 같은 종의 산화 및 침전을 허용한다. 공급물의 중화는 수산화나트륨의 투여에 의해 달성된다. 폭기는 또한 탱크를 효과적으로 혼합한다.
폐 가성 용액은 아황산나트륨 및 아황산수소나트륨을 함유하고, 이 폐수는 탈기 탱크(72a)로부터의 탈기된 물과 결합되고 반응 탱크(72b)로 공급되어 폐수 스트림이 수산화나트륨으로 중화되고 폭기에 의해 산화된다. 아황산염은 보조제나 코발트 또는 철 촉매를 사용하여 황산염으로 전환된다. 분말 활성탄(PAC)은 탈기 후 잔류 메르캅탄과 물에 존재할 수 있는 특정 중금속, 페놀, 크레졸 또는 기타 유기물을 제거하기 위해 주입된다(그림 3 및 4 참조). 염화코발트(II) 또는 염화제1철 촉매는 아황산염에서 황산염으로의 산화를 촉매하기 위해 투입된다. 이 탱크 및 후속 DAF 유닛(72c)은 냄새가 통제된다.
이후, 흐름은 DAF(용해 공기 부상) 유닛(72c)으로 전달된다. 중금속 제거제(TMT-15 또는 이와 유사한 것)가 DAF 장치에서 중금속 및 부유 고형물의 포획을 개선하기 위해 응고제 및 중합체와 함께 투여된다. 알루미늄계 응고제는 응고를 용이하게 하기 위해 명반 투여 펌프를 통해 DAF 유닛(72c)에 첨가된다.
다운스트림 여과 공정, 유닛(72d)으로부터의 세척수는 정화를 위해 DAF 유닛(72c)에도 공급된다. 탈기된 물에서 고형물은 가스화기 오버헤드 제품에서 세척된 미세하게 분할된 그을음 입자로 가정된다. 이러한 매우 미세한 입자를 제거하려면 정화 및 여과를 통해 더 쉽게 제거할 수 있도록 더 큰 플록으로 응고해야 한다.
중합체, 바람직하게는 폴리아크릴아미드 음이온성 중합체는 응집을 용이하게 하기 위해 중합체 투여 패키지(미도시)에 의해 DAF 유닛(72c)에 첨가된다.
TMT-15(1, 3, 5-트리아진-2, 4, 6-트리아티온 나트륨염) 또는 이와 유사한 물질은 배출 허용 기준에 따라 중금속 침전을 위해 투여된다. 플록 입자는 DAF 유닛(72c)의 표면에 부유한다. 고형물은 슬러지 호퍼(미도시)로 연속적으로 긁어내어 처리를 위한 슬러지 케이크를 생성하는 슬러지 탈수 원심분리기(72e)로 이송되는 슬러지를 형성한다.
DAF 유닛(72c)으로부터의 정화된 물은 그 다음 여과 유닛(72d)으로 펌핑된다. 이것은 지속적인 여과를 제공한다. 여과 유형은 방류수 품질 요건에 따라 현장에 따라 다르다.
폐수의 암모니아 로딩 및 관련 배출 허가에 따라 DAF 유닛(72c)과 여과 유닛(72d) 사이에 암모니아 스트리핑 시스템이 필요할 수 있다. 암모니아는 수산화나트륨을 투여하여 pH를 높인 다음, 탈거 매체로 공기 또는 증기를 사용하여 충전탑에서 역류 탈거함으로써 탈거할 수 있다.
여과액의 높은 총 용존 고형물(TDS) 수준은 냉각수가 보충될 때 재활용을 방해한다. 따라서 여과액은 유출물 균형 탱크(미도시)를 통해 배출된다. 여기에서는 이온 교환 연화제 재생 염수 및 냉각탑 블로우다운과 같은 다른 염분 폐기물 흐름과 혼합된다.
여과액의 높은 총 용존 고형물(TDS) 수준은 냉각수가 보충될 때 재활용을 방해한다. 따라서 여과액은 유출물 균형 탱크(미도시)를 통해 배출된다. 여기에서는 이온 교환 연화제 재생 염수 및 냉각탑 블로우다운과 같은 다른 염분 폐기물 흐름과 혼합된다. 이러한 방식으로 여과 유닛(72d)으로부터의 처리수는 환경으로 안전하게 배출된다.
DAF 유닛(72c)으로부터의 슬러지는 유닛(230)으로부터의 POX 슬래그/물과 함께 슬러지 탈수 원심분리기(72e)에서 탈수된다. 원심분리기(72e)로부터의 농축액은 DAF 유닛(72c)에서 재처리된다. DAF 유닛(72c)으로부터의 정화된 물은 그 다음 여과 유닛(72d)에서 추가로 연마된다. 오염 부하 및 배출 허가 조건에 따라 필요한 경우 공기 또는 증기를 사용한 암모니아 스트리핑이 여기에 포함될 수 있다. 그런 다음 필터(및 제거된) 물은 적절한 수로로 배출되기 전에 냉각수 블로우다운 및 연화제 재생 염수를 포함한 다른 염수 흐름과 혼합되는 유출 균형 탱크(미도시)로 보내진다.
스크러버 유닛(31a)(제1 WWT)으로부터의 염류 폐수는 진공 하에 작동하는 탈기 탱크(72a)로 보내진다. 다시 그림 4를 참조하면 탱크에는 가스가 자연스럽게 빠져나갈 수 있도록 다층 캐스케이드 시스템 CS가 장착되어 있다.
반응 탱크(72a)에는 탱크 내부에 부유 고형물이 침전되는 것을 방지하기 위해 외부에 장착된 혼합 펌프(MP)가 장착되어 있다. 탱크는 또한 탱크에 고형물이 축적되는 것을 방지하기 위해 가장 낮은 지점에 출구 파이프가 있는 벤치형(benched)이다.
탱크의 통풍구는 소각로(45)로 연결된다. 탈기된 물은 중화, 산화 및 흡착을 위해 반응 탱크(72b)로 전달된다. 소각로(45)에서 유황 가스는 이산화황으로 소각되고 이 가스는 소각로 연도에서 수산화나트륨 용액으로 스크러빙된다. 생성된 아황산나트륨/중아황산염 용액은 또한 코발트 또는 제1철 촉매의 존재 하에 황산나트륨으로의 산화를 위해 반응 탱크(72b)로 보내진다.
반응 탱크(72b)는 2개의 송풍기를 사용하는 거친 기포 폭기 시스템(A)에 의해 폭기된다. 폭기는 아황산염/중아황산염, 아질산염 및 비소와 같은 종의 산화 및 침전을 허용한다. 공급물의 중화는 수산화나트륨의 투여에 의해 달성된다. 폭기는 또한 탱크를 효과적으로 혼합한다.
분말 활성탄(PAC)은 또한 탈기 후 잔류 메르캅탄과 물에 존재할 수 있는 특정 중금속, 페놀, 크레졸 또는 기타 유기물을 제거하기 위해 투여된다. 염화코발트(II) 또는 염화제1철 촉매는 아황산염에서 황산염으로의 산화를 촉매하기 위해 투입된다. 이 탱크 및 후속 DAF 유닛(72c)은 냄새가 통제된다.
제1 수처리 어셈블리(T1)에 의해 처리될 수 있는 선택된 오염물의 범위는 아래의 표 1에 주어진다.
스트림 310-102, 가스 정화 폐수 450-106, 사용한 부식제 POX 슬래그/물
총 부유 고형물, mg/l 2,000 - 20,000 0 - 100 100,000 - 500,000
총 유기탄소, mg/l 1 - 100 1 -10 N/A
화학적 산소 요구량, mg/l 10 - 1,000 5,000 - 20,000 N/A
할로겐화물, mg/l 2,000 - 20,000 0 - 200 2,000 - 20,000
인, mg/l 0 - 20 0 - 20 0 - 20
황화수소, 이산화황, 아황산염 이온 및 중아황산염 이온, mg/l as S 100 - 1,000 5,000 - 30,000 100 - 1,000
암모니아(N, mg/l) 20 - 200 0 - 10 1,000 - 50,000
중금속*, mg/l 1 - 100 0 - 2 10 - 100
*As, Hg, Ni, Cd, Cu, Pb, Cr, Co, Ga, Mo, V 및 Zn 포함
제2 WWT 처리
F-T 유닛(51) 및 분류기(62)으로부터의 공정수는 전술한 바와 같이 스팀 스트리퍼(71)로 보내진다.
위의 복합 공정 용수 공급 스트림(제2 WWT 스트림)은 먼저 예열된 다음 상승하는 증기와 접촉하는 충전/트레이형 타워 스트리핑 섹션을 통해 아래로 흐른다. 증기의 흐름은 공급 흐름의 비율로 설정된다. 증기는 공급물의 유기물 함량 대부분을 휘발시켜 소량의 탄화수소가 포함된 물의 바닥 스트림을 생성한다. 바닥 스트림은 공급 스트림을 예열하도록 배열된다. 바닥 스트림은 유출 냉각기(미도시)에서 추가로 냉각된다.
냉각된 스트리핑된 물은 추가 처리를 위해 DAF 공급 탱크(73a)를 통해 DAF 유닛(73b)으로 보내진다. DAF 공급 탱크(73a)는 압축기(41), 가스 제거 유닛(42), 시프트 반응기(43) 및 CO2 압축기(47)로부터 폐수 스트림을 수용한다. 이러한 추가 스트림은 탱크에 들어가기 전에 가스를 제거하여 이산화탄소를 포함한 동반 가스를 방출한다.
위의 DAF 어셈블리는 결합된 스트림에서 남아 있는 자유 오일과 잔류 고형물을 제거한다.
공급물은 먼저 수산화나트륨으로 pH 보정된 후 DAF 응고 구역으로 공급된다. 응고제, 예를 들어 황산알루미늄은 고체와 기름 방울을 수상에서 분리하기 위해 더 큰 입자로 응고시키기 위해 투입된다.
DAF 공정을 위한 공기는 전용 압축기(미도시)에 의해 공급된다. 공기는 접촉기(도시되지 않음)에서 재활용된 물 흐름으로 압력 하에서 용해되고 공기의 미세 기포를 생성하기 위해 유입 공급물과 혼합될 때 폭기된 물은 감압된다. 기포는 응고된 입자에 부착되어 DAF 유닛(73b)의 상부로 부유되어 스키머(미도시)에 의해 내장된 슬러지 호퍼(미도시)로 슬러지로서 제거된다. 슬러지는 탱커에 의해 현장에서 제거된다.
DAF 장치(73b)에서 정화된 물은 영양분을 공급하고 유기 오염 물질을 미생물 슬러지로 변환하는 멤브레인 생물 반응기(MBR)(73c)로 펌핑되어 하수 작업장이나 기타 현장 또는 현장 슬러지 처리 시설로 이송될 수 있다.
MBR(73c)로부터의 정제수는 도징 유닛(84a)(dosing unit)에서 부식 방지, 항균 및 증착 방지 화학 물질로 투여된 다음 냉각 타워(84b)로 공급되고 처리된 냉각수가 냉각을 필요로 하는 유닛에 공급되기 전에 냉각된다.
냉각수 사용자는 다음과 같다:
- 재 처리(미도시)
- 가스화기(21)
- 가스 정화 장치(C)
- 시프트 반응기(43)
- 소각로(45)
- F-T 유닛(51)
- 분류기(62)
- 폐수 처리 장치(T1 및 T2).

Claims (22)

  1. 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬(F-T) 공정의 폐수 처리 방법에 있어서, 가스화로부터의 수성 유출물을 알칼리로 처리하여 제1 폐수 스트림을 생성하고, 상기 제1 폐수 스트림을 처리하여 상기 수성 유출물에 존재하는 무기 오염 물질을 제거하고, F-T 공정에서 생성된 물을 포함하고 상기 제1 폐수 스트림과 구별되는 제2 폐수 스트림을 상기 제1 폐수 스트림과 별도로 처리하여 유기 화합물을 제거하고, 여기서 상기 처리된 제1 폐수 스트림은 환경으로 배출되고, 상기 처리된 제2 폐수 스트림은 상기 가스화 및/또는 F-T 공정에 사용되는 플랜트 내에서 재사용되는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리는:
    상기 제 1 폐수 스트림을,
    a) 탈기하는 단계, 및 후속적으로
    b) 중화하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 처리가 c) 상기 제1 폐수 스트림을 정화하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 처리가 d) 제1 폐수 스트림을 여과하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    c) 중화된 제1 폐수 스트림의 용해되거나 현탁된 성분을 산화시키는 단계; 를 추가로 포함하는 방법.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 폐수 스트림은 산화 가스에 의해 교반되는 반응 구역에서 중화되는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    아황산염, 아질산염 및 비소 화합물 중 하나 이상의 산화용으로, 상기 반응 구역은
    촉매의 존재 하에 기포 폭기에 의해 교반되는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 촉매가 코발트 또는 제1철 촉매인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    유기 화합물 및/또는 중금속을 흡수하기 위해, 상기 제1 폐수 스트림은 활성탄으로 처리되는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    사용된 활성탄과 기타 부유 고형물을 분리하기 위해, 처리된 상기 제1 폐수 스트림이 용존 공기 부상 공정을 거치는 것인 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    잔류된 사용 활성탄 및 부유 고형물을 제거하기 위해, 상기 제1 폐수 스트림은 이동층 모래 필터, 멀티미디어 필터, 또는 멤브레인 필터로 여과되는 방법.
  12. 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    부유 고형물을 제거하기 위해, 상기 제 1 폐수 스트림은 응고제로 처리되는 방법.
  13. 이전 청구항에 있어서,
    암모니아를 제거하기 위해 상기 제1 폐수 스트림은 에어 스트리핑 공정 또는 스팀 스트리핑 공정을 거치는 방법.
  14. 이전 청구항에 있어서,
    중금속을 침전시키위해, 상기 제1 폐수 스트림이 황화물로 처리되는 방법.
  15. 이전 청구항에 있어서,
    상기 F-T 공정에서 생성된 물을 함유하고 상기 제1 폐수 스트림과 구별되는 제2 폐수 스트림은 냉각되고, 후속적으로 상기 가스화 및/또는 F-T 공정에 사용되는 냉각 플랜트에 사용되는 방법.
  16. 이전 청구항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 상기 제2 폐수 스트림으로부터 추출된 가스는 소각로 및 황 스크러버 중 하나 또는 둘 모두로 재순환되는 방법.
  17. 이전 청구항에 있어서,
    상기 F-T 공정에서 생성된 물을 함유하고 상기 제1 폐수 스트림과 구별되는 제2 폐수 스트림은, 다음에 적용되는 방법.
    a) 휘발성 유기 성분을 제거하기 위한 스팀 스트리핑, 이어서,
    b) 덜 휘발성 유기 성분을 제거하기 위해, 용해된 공기 부상
  18. 제17항에 있어서,
    부유 고형물을 제거하기 위해, 상기 제2 폐수 스트림은 알루미늄계 응집제 및/또는 응집 촉진 중합체로 처리되는 방법.
  19. 제15항, 제17항 및 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 폐수 스트림은 멤브레인 생물 반응기를 통과하는 방법.
  20. 이전 청구항에 있어서,
    상업 및 산업 폐기물(C & I) 및/또는 도시 고체 폐기물(MSI)은 처리되어 가스화 공정을 위한 공급원료를 형성하는 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음을 포함하는 하나 이상의 유용한 제품의 제조:
    a. 원료 합성 가스를 생성하기 위해, 가스화 구역에서 폐기물 및/또는 바이오매스를 포함하는 탄소질 공급원료를 가스화하는 단계;
    b. 부분적으로 산화된 합성 가스를 생성하기 위해, 부분 산화 구역에서 원료 합성 가스를 선택적으로 부분적으로 산화하는 단계;
    c. 오염 물질을 제거하고 깨끗한 합성 가스를 제공하기 위해, 선택적으로 상기 부분적으로 산화된 원료 합성 가스의 적어도 일부를 정화 구역에 공급하는 단계;
    d. 전환된 청정 합성 가스를 생성하기 위해, 선택적으로 수소 대 일산화탄소 비율 전환 구역에서 상기 청정 합성 가스의 수소 대 일산화탄소 비율을 전환하는 단계;
    e. 적어도 하나의 제1 유용한 제품을 생성하기 위해, 선택적으로 전환된 깨끗한 합성 가스를 F-T 반응 트레인에 공급하는 단계;
    f. 제2 유용한 제품을 생성하기 위해, 선택적으로 제2 추가 반응 트레인에서 상기 제1 유용한 제품을 업그레이드하는 단계;
    여기서, 단계 a 내지 c 중 하나 이상으로부터의 수성 유출물은 탈기에 의해 처리되고, 단계 d 및 e(및 선택적으로 단계 f)의 후속 중화 및 수성 유출물은 별도로 처리되는 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 방법을 작동하도록 구성된 복합 가스화 및 피셔-트롭쉬(F-T) 플랜트.

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