KR20230004221A - 피셔-트롭쉬 액체 및 수송 연료의 제조를 위한 공급원료 가공 시스템 및 방법 - Google Patents

피셔-트롭쉬 액체 및 수송 연료의 제조를 위한 공급원료 가공 시스템 및 방법 Download PDF

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biogenic carbon
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피터 지. 티베리오스
이. 제임스 마시아스
스티븐 에이치. 루카스
루이스 엘. 리치
그레고르 에이. 톰슨
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풀크럼 바이오에너지, 인크.
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Abstract

유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수하는 것을 특징으로 하는, 공급원료의 가공 방법이 기재되어 있다. 일부 실시양태에서, 유입 공급원료는 혼합 고형 폐기물, 예컨대 도시 고형 폐기물 (MSW)로 구성된다. 다른 실시양태에서, 유입 공급원료는 목질 바이오매스로 구성된다. 일부 경우, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수함으로써, 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체로의 전환에 적합한 50% 이상의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성한다. 높은 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체는 생원성 탄소 액체 연료로 업그레이드될 수 있다. 대안적으로, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 플라스틱 물질을 선택적으로 회수함으로써, 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성한다.

Description

피셔-트롭쉬 액체 및 수송 연료의 제조를 위한 공급원료 가공 시스템 및 방법
<관련 출원에 대한 상호 참조>
본 출원은 2020년 4월 30일에 출원된 미국 특허 출원 제16/864,124호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그의 전체 개시내용은 본원에 참조로 포함된다.
본 출원은 또한 다음의 미국 특허 출원에 관한 것이다: 2011년 2월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제13/023,497호 (발명의 명칭: "Processes For Recovering Waste Heat From Gasification Systems For Converting Municipal Solid Waste Into Ethanol", 2013년 12월 10일에 미국 특허 제8,604,088 B2호로 허여됨) 및 2011년 2월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제13/023,510호 (발명의 명칭 "Gas Recycle Loops in Process For Converting Municipal Solid Waste Into Ethanol", 2013년 12월 10일에 미국 특허 제8,604,089 B2호로 허여됨). 이들 출원은 본원에 참조로 포함된다.
<기술분야>
본 발명의 대상은 일반적으로 유기 또는 탄소질 물질을 포함하는 공급원료, 예컨대 비제한적으로 도시 고형 폐기물 (MSW)을 가공하고, 가공된 공급원료를 연료로 전환시키기 위한 공정, 시스템 및 시설에 관한 것이다.
도시 고형 폐기물 (MSW)은 지자체에 의해 폐기된 모든 고형 물질을 포함한다. 이 폐기물의 일부는 재활용되지만, 대부분은 전형적으로 매립지에 버려지고, 거기서 수십년 또는 심지어 수세기에 걸쳐 분해된다. 도시 고형 폐기물은 에너지 함량을 갖는 유기 물질을 함유하는 것으로 인식되었다. MSW가 매립지에서 미처리된 채 남아있으면, 에너지 함량은, 농축된 에너지를 소산시킬 뿐만 아니라 강한 온실 가스인 메탄을 생산하는 박테리아 공정에 의해 매립지로부터 천천히 배출될 수 있다. 일부 매립지는 연료에 사용될 수 있는 메탄을 수집하려 하였으나; 메탄으로의 전환은 장시간 규모로 일어나고, MSW의 내부 에너지의 대부분을 낭비하며, MSW의 이용가능한 에너지 함량의 대부분을 회수하는데 다소 비효과적이다.
MSW로부터 에너지를 회수하는 가장 초기의 가장 흔한 방법은 소각이다. 소각은 열을 생성하기 위한 MSW 또는 폐기물 고형 연료 (RDF, refuse-derived fuel)의 연소를 포함하며, 이는 전형적으로 터빈에 전력을 공급하여 전기를 생성한다. 소각 부산물은 비산 회분, 바닥 회분, 및 황 화합물, CO2 (이는 온실 가스임), 산 가스 뿐만 아니라 금속, 금속 화합물 및 미립자를 비롯한 위험한 오염물을 함유하는 연도 가스를 포함한다. 비산 회분 및 바닥 회분은 전형적으로 매립지에서 폐기된다. 일부 유해 연도 가스 및 미립자는 대기로 배출되기 전에 소각 연도 스트림으로부터 스크러빙될 수 있다.
MSW로부터 에너지를 회수하는 또 다른 방법은 열분해이며, 이는 MSW의 유기 부분을 가열하여, 열적으로 불안정한 화합물이 다른 화합물로 화학적으로 분해되도록 하는 것을 포함한다. 이들 화합물은 다른 휘발성 성분과 혼합되어, 전형적으로 타르, 알켄, 방향족 탄화수소, 황 화합물, 스팀 및 이산화탄소를 포함하는 열분해 가스를 형성한다. 열분해 공정으로부터의 고형 잔류물은 코크스 (잔류 탄소)를 포함하며, 이는 이어서 연소되거나 가스화 공급원료로서 사용될 수 있다.
MSW로부터 에너지를 회수하는 관련 방법은 가스화이다. 가스화는 MSW의 적어도 일부를 주로 일산화탄소, 이산화탄소 및 수소로 구성된 합성 가스 ("합성가스")로 전환시키는 것을 포함한다. 가스화 기술은 수세기 동안 존재하였다. 19세기에, 예를 들어 석탄 및 토탄을 종종 "타운 가스(town gas)"로 가스화하여 요리, 난방 및 조명에 사용되었던 일산화탄소 (CO), 메탄 (CH4) 및 수소 (H2)의 가연성 혼합물을 제공하였다. 제1차 및 제2차 세계 대전 동안, 바이오매스 및 석탄 가스화를 이용해 CO 및 H2를 생성하여 수송 요구를 충족시켰다. 때때로, 합성가스의 일부를 피셔-트롭쉬(Fisher-Tropsch) 공정을 이용하여 액체 수송 연료로 직접 전환시켰다. 제2차 세계 대전 후 막대한 양의 가정용 오일 및 천연 가스의 발견으로, 석탄 및 바이오매스 가스화는 더 이상 비용-경쟁력이 없어져 모두 사라졌다.
가스화는 MSW에 직접 적용되었지만, 다른 경우, MSW는 먼저 열분해되고, 이어서 2차 가스화 공정에 적용된다. MSW의 가스화는 일반적으로 낮은 에너지 함량을 갖거나 또는 에너지 함량을 갖지 않는 재활용가능 물질 및 다른 물질을 제거하는 기계적 가공 단계를 포함한다. 이어서, 가공된 공급원료를 가스화 작용제 (적어도 일부 산소 및 가능하게는 스팀 포함)의 존재 하에 가스화기에서 가열한다. 가스화기는 다수의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 고정층 가스화기는 공급원료를 고정층에 위치시킨 다음, 향류 ("상향 드래프트") 또는 병류 ("하향 드래프트") 방식으로 가스화제의 스트림과 접촉시킨다. 가스화기는 또한 유동층 반응기를 사용할 수 있다.
MSW를 가스화하는 또 다른 방법은 산소의 존재 하에 고온 플라즈마로 처리하는 것이다. 이러한 시스템은 MSW를 합성가스로 전환시켜, 유리화 폐기물 및 금속을 부산물로 남길 수 있다.
합성 연료로서 탄화수소를 생성하기 위해, 합성가스를 합성 연료로 전환시키는 공지된 방법은 촉매 피셔-트롭쉬 (F-T) 공정이다. 이 방법은 액체 수송 연료를 생산하기 위해 추가로 정제될 수 있는 탄화수소의 혼합물을 생산한다.
온실 가스의 수많은 유해 효과가 점점 더 문서화됨에 따라, 화석 연료, 특히 석유 및 석탄-유래 연료 공급원으로부터의 에너지 생산을 감소시켜야 할 분명한 필요성이 있다. 화석 연료 사용의 감소를 장려하기 위해, 정부는 화석-기반 공급원보다는 재생가능한 유기 공급원으로부터 유래된 연료의 사용을 촉진하고 있다.
미국 환경 보호국 (EPA)은 신재생연료 의무혼합제(Renewable Fuel Standard; "RFS")를 의무화하였고, 이에 따라 셀룰로스-기반 연료에 의무 당사자 (예를 들어, 정제공장)에 대한 준수 크레딧의 한 형태인 셀룰로스 RIN (재생가능 식별 번호)가 발행된다. RFS에 따라 의무 당사자는 점점 더 많은 양의 셀룰로스 연료를 화석-유래 연료에 블렌딩해야 한다.
연료의 생원성 백분율 함량을 측정하기 위해서, EPA는 방사성탄소 연대측정 방법을 이용하는 시험을 요구한다. 보다 특히, 현행 USEPA 규정, 섹션 8.1426(f)(9)에 따라 당사자는 ASTM D 6866의 방법 B 또는 방법 C를 이용하여 연료의 재생가능한 분율을 측정하기 위한 방사성탄소 연대측정을 수행해야 한다.
본 개시내용은 일반적으로 MSW에 함유된 것과 같은 유기 물질을 연료로 전환시키는 공정 및 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 개시내용은 다른 비-탄소질 물질과 함께 비교적 고농도의 생원성 탄소 (식물로부터 유래됨) 및 비교적 저농도의 비-생원성 탄소 (화석 공급원으로부터 유래됨)를 함유하는 도시 고형 폐기물 (MSW) 공급원료의 유기 분획으로부터 유래된, 높은 생원성 농도의 피셔-트롭쉬 액체 및 각각 업그레이드된 연료 생성물의 제조 방법에 관한 것이다. 실제로, 비교적 고농도의 생원성 탄소는 약 80% 이하의 생원성 탄소이다. 높은 생원성 농도의 피셔-트롭쉬 액체가 MSW로부터 유래된 공급원료와 동일한 비교적 고농도의 생원성 탄소를 함유한다는 것이 특히 주목할 만하다.
또 다른 측면에서, 본 개시내용의 실시양태는 분리된 또는 가공된 공급원료를 생성하기 위한 공급원료 가공 시스템 및 방법에 관한 것이다. 일부 실시양태에서, 공급원료 가공 시스템은 생원성 탄소 물질을 비-생원성 탄소 물질보다 높은 농도로 함유하는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 가공된 공급원료는 50 중량% 내지 100 중량% 또는 51 중량% 내지 95 중량% 범위의 생원성 탄소 함량을 갖는다. 다른 실시양태에서, 공급원료 가공 시스템은 다수의 공급원료 스트림, 예컨대, 이에 제한되지는 않지만, MSW 공급원료 스트림, 목질 바이오매스 또는 다른 바이오매스 공급원료 스트림, 플라스틱 공급원료 스트림 및 상기 언급된 스트림의 임의의 것의 혼합물을 가공하도록 구성된다. 플라스틱이 공급원료 스트림에 포함되는 또 다른 실시양태에서, 가공된 공급원료는 50 중량% 이하의 생원성 탄소 함량을 가질 수 있다.
또 다른 실시양태에서, 본 개시내용은 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수하는 것을 특징으로 하는 공급원료의 가공 방법을 제공한다. 일부 실시양태에서, 유입 공급원료는 혼합 고형 폐기물로 구성된다. 다른 실시양태에서, 유입 공급원료는 목질 바이오매스로 구성된다. 일부 실시양태에서, 혼합 고형 폐기물은 도시 고형 폐기물 (MSW)이다. 일부 경우, 유입 공급원료는 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수하도록 가공되어, 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체로의 전환에 적합한 50% 이상의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성한다. 높은 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체는 생원성 탄소 액체 연료로 업그레이드될 수 있다. 대안적 실시양태에서, 유입 공급원료는 유입 공급원료로부터 플라스틱 물질을 선택적으로 회수하도록 가공되어, 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성한다.
본 명세서에 포함된 첨부 도면은 본원에 개시된 본 발명의 하나 이상의 예시적 실시양태를 도시하고, 상세한 설명과 함께 이들 발명의 원리 및 예시적 구현을 설명하는 역할을 한다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 도면이 단지 예시적이며, 그에 도시된 것은 본 개시내용을 기반으로 관련 기술분야의 통상의 지식에 비추어 적합화될 수 있음을 이해할 것이다.
도시된 실시양태에 대한 부가 및 변형을 포함한 본 발명의 다양한 실시양태는 MSW로부터 유래된 공급원료를 연료로 전환시키는 맥락에서 본원에 기재된다.
도면에서:
도 1은 다른 비-탄소질 물질과 함께 비교적 고농도의 생원성 탄소 및 비교적 저농도의 비-생원성 탄소를 함유하는 도시 고형 폐기물 (MSW) 공급원료로부터 유래된 높은 생원성 농도의 피셔-트롭쉬 액체를 제조하기 위한 전체 시스템의 한 실시양태를 나타내고;
도 2는 가스화 섬의 한 실시양태의 예를 나타내고;
도 3은 합성가스 컨디셔닝 시스템의 한 실시양태의 예를 나타내고;
도 4a는 CO2/H2S 제거 시스템의 한 실시양태의 예를 나타내고;
도 4b는 CO2/H2S 제거 시스템의 또 다른 실시양태의 예를 나타내고;
도 5는 F-T 액체를 생성하기 위한 시스템의 한 실시양태의 예를 나타내고;
도 6은 도 5의 시스템으로부터 정제된 F-T 액체를 제조하기 위한 시스템의 한 실시양태의 예를 나타내고;
도 7은 공급원료 가공 시스템 및 방법의 한 실시양태를 도시한 개략도이고;
도 8은 공급원료 가공 시스템 및 방법의 또 다른 실시양태를 도시한 개략도이고;
도 9는 공급원료 가공 시스템 및 방법의 또 다른 예시적 실시양태를 도시한 개략도이고;
도 10은 공급원료 가공 시스템 및 방법의 또 다른 예시적 실시양태를 도시한 개략도이고;
도 11은 공급원료 가공 시스템 및 방법의 또 다른 실시양태를 도시한 개략도이고;
도 12는 공급원료 가공 시스템 및 방법의 또 다른 실시양태를 도시한 개략도이다.
관련 기술분야의 통상의 기술자는 하기 상세한 설명이 단지 예시적이며, 어떠한 방식으로도 제한적인 것으로 의도되지 않음을 이해할 것이다. 본 발명의 다른 실시양태는, 관련 기술 분야에 공지된 것, 이러한 사용을 위한 정보 시스템의 제공 및 작동, 및 다른 관련 분야에 비추어, 본 개시내용의 이익을 갖는 이러한 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 제안될 것이다. 이제, 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 예시적 구현들에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이다.
명확성을 위해, 본원에 기재된 예시적 구현들의 일반적인 특징들 모두가 도시되지도 않고 설명되지도 않는다. 물론, 임의의 이러한 실제 구현의 개발에서, 규제, 안전성, 사회적, 환경적, 건강 및 비즈니스-관련 제약들의 준수와 같은 개발자의 특정 목표들을 달성하기 위해 다수의 구현-특정 결정이 이루어져야 한다는 점, 및 이러한 특정 목표들은 구현마다 및 개발자마다 달라질 것이라는 점이 이해될 것이다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간-소모적일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 본 개시내용의 이익을 갖는 관련 기술분야의 통상의 기술자에게는 일상적인 엔지니어링 업무일 것이라는 점이 이해될 것이다.
본 개시내용 전반에 걸쳐, 관련 용어는 관련 기술분야에 확립된 그의 전형적인 의미와 일관되게 이해되어야 한다. 그러나, 본 개시내용의 범주를 제한하지 않으면서, 하기 제시된 바와 같이 관련 용어 및 개념에 대한 추가의 설명 및 기술이 제공된다:
본원에 사용된 용어 도시 고형 폐기물 (MSW)은 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 용어와 동일한 의미를 갖는다. MSW의 예는 상업용 및 가정용 쓰레기의 수집으로부터 얻어진 고형 폐기물이다. 미가공 형태에서, MSW는 동반된 또는 흡수된 액체, 또는 용기 또는 다른 밀폐된 공간 내 액체를 함유할 수 있으므로 완전히 고체일 필요는 없다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 MSW가 광범위한 조성을 가질 것이고, MSW의 공급원이 반드시 지자체로부터의 것일 필요는 없다는 것을 이해할 것이다. 본 개시내용의 목적상, 다른 유기 폐기물 및 다양한 바이오매스 물질, 예컨대 식물성 물질이 MSW와 동등할 수 있다.
본원에 사용된 용어 스트림은 임의의 유체 또는 고체가 한 위치에서 또 다른 위치로 직접 또는 간접적으로 이동하는 것을 의미한다. 스트림은 일시적으로 정지해 있더라도 여전히 스트림이다.
스트림 또는 물질의 일부에 대한 언급은 스트림 또는 물질 전체를 포함한 스트림 또는 물질의 임의의 일부를 지칭한다. 스트림 또는 물질의 일부는 물질의 다른 조성물과 혼합될 수 있고, 혼합물은 원래의 스트림 또는 물질의 일부를 포함하는 것으로 간주될 것이다.
본원에 사용된 용어 "~와 유체 연통하는"은 비제한적으로 예컨대 중간 공정 유닛을 통한 직접적 및 간접적 유체 연통 둘 다를 포함한다.
본원에 사용된 용어 유닛은 시스템의 일부를 의미하고, 예를 들어 유닛 작동, 유닛 작동의 시스템 또는 군, 플랜트 등을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 합성가스 (합성 가스)는 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 사용되는 용어와 동일한 의미를 갖는다. 예를 들어, 합성가스는 일산화탄소, 수소, 이산화탄소, 및 가능하게는 다른 성분, 예컨대 비제한적으로 수증기, 황- 또는 질소-함유 화합물, 메탄 및 다른 알칸, 탄화수소, 산 가스, 할로겐 및 미립자의 조합을 포함할 수 있다.
본원에 사용된 용어 분리기는 분리 공정을 수행하기 위한 관련 기술분야에 공지된 임의의 공정 유닛을 지칭하며, 문맥에 따라 증류 칼럼, 막 분리 시스템, 이온 교환 흡착 시스템, 열 흡착, 압력 변동 흡착, 분자체, 플래시 드럼, 흡수 또는 흡착 칼럼, 습윤 스크러버, 벤투리 스크러버, 원심분리기, 크로마토그래프 또는 결정화기를 포함할 수 있다. 분리기는 액체로부터 증기를, 액체로부터 액체를, 고체로부터 액체로부터 증기를, 고체로부터 고체를 또는 고체로부터 유체를 분리할 수 있다.
본원에 사용된 용어 열 교환기는 비제한적으로 관련 기술분야에 공지된 임의의 열 교환기 또는 열 교환 장치, 보다 넓게는, 물질의 제1 조성물의 엔탈피 또는 내부 에너지를 상승시키고, 물질의 제2 조성물의 엔탈피 또는 내부 에너지를 감소시키며, 열을 물질의 제2 조성물로부터 물질의 제1 조성물로 전달하는 임의의 장치를 포함한다. 다양한 열 교환 수단이 본원에 개시되며, 이들 모두는 상기 용어에 포함된다. 상기 용어는 또한 다수의 열 교환 수단의 조합 또는 시리즈를 포함한다. 이는, 비제한적으로, 다관형 열 교환기, 공기 또는 "핀-팬" 냉각기, 냉장 유닛, 냉각기, 냉각 탑, 스팀 발생기, 보일러, 플레이트 열 교환기, 단열 휠 열 교환기, 플레이트 핀 열 교환기, 유체 열 교환기, 임의의 종류의 폐열 회수 유닛 또는 임의의 종류의 상 변화 열 교환기를 포함한다. 이들은 향류, 평행, 교차류 구성 또는 임의의 다른 유동 구성으로 작동할 수 있고, 열을 하나의 유체로부터 또 다른 유체로 전달하기 위한, 2종의 유체의 분리 또는 2종의 유체 사이의 직접 접촉, 또는 중간 유체 (예컨대 물, 고온 오일, 용융 염 등)의 사용을 수반할 수 있다.
본원에 사용된 용어 압축기는 그 용어의 일반적인 의미에서 압축기로서 이해되는 임의의 것을 포함한다. 그러나, 일반적으로, 상기 용어는 유체를 제1 압력으로부터 보다 높은 제2 압력으로 단열적으로 또는 비-단열적으로 상승시키는 임의의 장치를 포함한다. 이는 원심 또는 축방향 또는 정변위 (예컨대, 왕복운동, 격막 또는 회전 기어)를 비제한적으로 포함하는 임의의 종류의 압축기 또는 펌프를 포함할 수 있다. 상기 용어는 또한 다단계 압축기의 하나 이상의 단계를 포함할 수 있다. 단수로 사용된 용어 압축기는 또한 직렬 및/또는 병렬로 배열된 다중 압축기들을 지칭할 수 있다.
도 1에서, 숫자(11)은 다른 비-탄소질 물질과 함께 비교적 고농도의 생원성 탄소 및 비교적 저농도의 비-생원성 탄소를 함유하는 도시 고형 폐기물 (MSW) 공급원료로부터 유래된 높은 생원성 농도의 피셔-트롭쉬 액체를 제조하기 위한 전체 시스템을 나타낸다.
시스템(11)의 헤드에서, MSW에서 발견되는 다른 비-탄소질 물질과 함께 비교적 고농도의 생원성 탄소 및 비교적 저농도의 비-생원성 탄소를 함유하는 구분된 공급원료를 생성하기 위해 MSW로부터 비-생원성 유래 탄소 물질 및 비-탄소질 물질을 제거하기 위한, 일반적으로 숫자(13)으로 지정된 MSW 공급원료 생산 시설이 제공된다.
바람직한 실시양태에서, 공급원료 가공 시설(13)은 인바운드 MSW 및 개별 물질을 하기 카테고리로 가공할 것이다:
ㆍ 연료로의 전환에 사용될 MSW 스트림으로부터 분류된 공급원료 물질;
ㆍ 철 및 비철 금속, 판지, 플라스틱, 종이, 및 상품 시장으로 분류 및 수송될 수 있는 다른 재활용가능한 물질을 포함하나 이에 제한되지는 않는 회수가능한 물질; 및
ㆍ 매립지로 보내질 수 있는, 재활용되지 않거나 공급원료로서 사용되지 않은 나머지 물질인 잔류 물질.
플라스틱, 예컨대 특히 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)를 회수함으로써, 화석 기재 플라스틱의 백분율이 감소함에 따라 공급원료 중 비-생원성 탄소의 백분율이 감소된다. 따라서, 공급원료 가공 시설은 합성가스로 가스화될 수 있는 고도로 생원성인 공급원료 물질을 제공하는 기능을 한다. 상기에서 설명된 이유로, 공급원료의 생원성 백분율 함량은 셀룰로스 연료의 경제적 가치에 상당한 영향을 미친다.
공급원료 가공 유닛(13)에서, 폐기물은 공정에서 유용하지 않거나 또는 그의 효율을 감소시킬 수 있는 물질을 제거하기 위해 크기가 조절되고, 분리되고, 가공될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 금속, 무기 물질, 및 습윤 물질, 예컨대 식품 폐기물 또는 농업 제품을 제거한다. 이러한 물질은 예를 들어 재활용되거나 매립지로 보내질 수 있다. 생원성 함량이 높은 식품 폐기물 및 농업 물질의 일부는 건조되고, 다른 물질과 함께 공급 스트림에 다시 추가될 수 있다.
도면에 나타낸 바와 같이, 공급원료 가공 시설(13)은 도 1에 도시된 시스템의 다른 부분으로부터 물리적으로 분리된 시설일 수 있다. 예로서, 공급원료 가공 시설(13)은 동시-계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 14/138,635 (발명의 명칭: Product Recycle Loops in Process for Converting Municipal Solid Waste Into Ethanol)에 기재된 바와 같을 수 있으며, 그의 개시내용은 본원에 참조로 포함된다. 또 다른 예에서, 공급원료 가공 시설(13)은 하기 기재되고 본원 도 7 내지 12에 도시된 바와 같을 수 있다. 공급원료 가공 시설은 도 1에 도시된 시스템의 다른 부분과 함께 위치하거나 분리될 수 있다.
공급원료는 조성이 매우 다양할 수 있지만, 한 예시적 실시양태에서, 미가공 또는 초기 물질 또는 공급원료로도 지칭되는 유입 물질 (도 7 내지 12에서 참조 번호(1200))은 MSW의 다양하고 불균질한 혼합물이다. MSW의 조성은 전형적으로 폭넓은 범위이다. 본 설명의 목적을 위해, 달리 언급되지 않는 한, 본원에 기재된 모든 백분율 (%) 값은 중량 퍼센트 (wt.%)이다. 일부 실시양태에서, 예를 들어 및 제한 없이, 플라스틱 함량은 10% 내지 30%의 범위일 수 있고, 혼합 종이 함량은 10% 내지 40%의 범위일 수 있고, 목재 함량은 5% 내지 20%의 범위일 수 있고, 텍스타일 및 직물은 1% 내지 15%의 범위일 수 있고, 식품 및 정원 폐기물은 5% 내지 20%의 범위일 수 있고, 철 금속은 1% 내지 10%의 범위일 수 있고, 비철 금속은 0.1% 내지 1.5%의 범위일 수 있고, 크기가 2 인치 초과인 불활성 물질은 1% 내지 15%의 범위일 수 있고, 크기가 2 인치 미만인 잔류 물질은 5% 내지 40%의 범위일 수 있다. 유입 MSW의 수분 함량은 5% 내지 50%의 범위일 수 있다.
공급원료를 재순환시키고 분류한 후에 남아있는 물질의 공칭 원소 조성의 한 예를 하기 표 1에 열거한다.
표 1. 공급원료의 최종 화학적 조성의 예
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가공, 저장 및 취급 공정에 의해 바람직하게 배제되는 잔류 물질은 예를 들어 금속, 암석, 먼지, 유리, 콘크리트 및 PVC를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 정상 조건 하에, 배출 속도는 물질 가공 유닛으로의 총 공급 속도의 약 10% 내지 약 55%로 진행될 것이다. 바람직하게는, 이들은 적용가능한 정부 규정에 따라 공급원료로부터 개별적으로 분리되고, 용기에 침착되고, 매립지 또는 퇴비화 작업으로 수송되거나, 또는 재활용 또는 현장외 폐기를 위해 보내질 것이다. 도 7 내지 12는 다양한 미가공 또는 초기 또는 유입 공급원료로부터 선택적 농도의 생원성 탄소 및 비-생원성 탄소를 함유하는 가공된 또는 구분된 공급원료를 제조하기 위한 공급원료 가공 시스템의 추가의 실시양태를 도시한다. 도 7 내지 12는 나중에 하기에서 상세히 설명된다.
중요한 점은 일반적으로 숫자(17)로 지정된 바이오-정제기에 도시 고형 폐기물로부터의 다른 비-탄소질 물질과 함께 비교적 고농도의 생원성 탄소 및 비교적 저농도의 비-생원성 탄소를 함유하는 스트림(15)이 공급된다는 것이다. 실제로, 비교적 고농도의 생원성 탄소는 약 80% 이하의 생원성 탄소이다.
도 1에 도시된 시스템의 나머지는 가공된 공급원료의 스트림(15)을 피셔-트롭쉬 액체의 스트림(19)으로 전환시키기 위한 바이오-정제기(17)이다. 높은 생원성 농도의 피셔-트롭쉬 액체가 투입 스트림(15)과 동일한 비교적 고농도의 생원성 탄소를 함유한다는 것이 특히 주목할 만하다. 다시 말해서, 백분율-방식으로, 비-생원성 탄소는 제조 시스템에서 피셔-트롭쉬 액체에 첨가되지 않고, 실제로 일부는 제거될 수 있다.
예시된 실시양태에서, 바이오-정제기(17)는, MSW로부터 유래된 공급원료를 합성가스로 전환시키고, 하기에 설명될 바와 같이, 그 합성가스를 탄화수소 개질기 (HR)를 통해 추가로 가공하여 높은 생원성 함량 합성가스를 생성하기 위한, 일반적으로 숫자(21)로 지정되고 때때로 본원에서 가스화 섬 (GI)으로 지칭되는 가스화 시스템을 포함한다. 가스화 시스템(21)은 재순환된 탄화수소 생성물 및 중간 생성물을 각각 HR로 운반하는 스트림(231 및 235)을 수용한다는 것을 주목해야 한다. 또한, GI(21)는 재순환된 CO2를 그의 단계 1 및 단계 2로 운반하는 스트림(27)을 수용하고, 이들은 둘 다 하기에 상세히 기재될 것이다. 또한, 하기에 추가로 설명될 바와 같이, 재순환된 CO2는 GI(21)에서 스팀 개질기 내의 수성-가스-전환 반응을 완화시키기 위해서 및 기기, 기기 시스템 및 MSW 공급기 시스템을 위한 퍼지 가스로서 사용된다. 또한, GI(21)는 산소의 스트림(273) 및 F-T 테일 가스의 스트림(25)을 수용한다.
가스화 섬(21)에서, 일반적으로 말해서, 생원성 탄소는 스팀 개질, 아화학량론적 탄소 산화 및 탄화수소 개질의 조합에 의해 생원성 합성가스로 전환된다. CO, H2 및 CO2를 포함하는 합성가스 생성물은 도시된 실시양태에서 스트림(29)에 의해 운반된다. GI(21)에서 일어나는 가스화 반응은 하기에서 추가로 설명될 것이다.
합성가스 스트림(29)은, 하기에 보다 상세히 설명될 바와 같이, 합성가스 컨디셔닝 시스템(41)에서 가공되어 합성가스 공급 스트림(31)을 F-T 반응기 시스템(33)에 제공한다. 합성가스 컨디셔닝 시스템(41)은 CO2를 GI(21)로 다시 재순환시키기 위한 CO2 재순환 스트림(27)을 제공한다는 것을 주목해야 한다.
F-T 반응기 시스템(33)으로부터의 산출물은 중간 피셔 트롭쉬 액체 (MFTL) 스트림(520) 및 중질 피셔 트롭쉬 액체 (HFTL) 스트림(540) (둘 다 F-T 탄화수소임)을 포함하는 F-T 유체를 포함한다. 임의의 미반응 합성가스는 하기에서 설명될 바와 같이 F-T 반응기(33)에서 재순환될 수 있다. 또한, F-T 반응기 시스템(33)의 산출물은 상기 언급된 F-T 테일 가스의 스트림(25)을 포함한다.
바이오-정제기는 컨디셔닝된 합성가스로부터 업그레이드에 필요한 수소를 제거하는 수소 회수 시스템을 포함한다. 컨디셔닝된 합성가스의 일부는 조합 막/PSA 유닛을 통해 유동하여 업그레이딩 유닛을 위한 고순도 수소 스트림을 생성한다. 막으로부터 회수된 수소 (투과물)는 PSA 유닛으로 공급되고, 보유물은 우회 합성가스와 합쳐져 FT 반응기로 공급된다. 회수된 수소는 PSA 유닛으로 공급되며, 여기서 비교적 순수한 수소 스트림 (>99.5% H2)이 생성되고, PSA 배출 스트림은 배출 합성가스의 회수를 위해 합성가스 압축기의 흡인부로 보내진다.
도 1의 바이오-정제기(17)는 F-T 시스템(33)으로부터 F-T 유체를 수용하기 위한 업그레이딩 시스템(54)을 추가로 포함한다. 예시된 실시양태에서, 중질 피셔 트롭쉬 액체 (HFTL) 스트림(540) 및 중간 피셔 트롭쉬 액체 (MFTL) 스트림(520)은 둘 다 업그레이딩 시스템(54)에 공급된다. 업그레이딩 시스템(54)으로부터의 F-T 액체 산출물은 도시된 실시양태에서 스트림(58)에 의해 운반된다. 실제로, F-T 액체는 나프타, 디젤, 합성 파라핀계 케로센 (SPK), 이소-알칸과 함께 보다 중질의 알칸, 산소화물 및 올레핀, 또는 이들 성분 모두의 조합을 포함할 수 있다. 업그레이딩 시스템(54)으로부터의 다른 산출물은 상기 언급된 나프타의 스트림(231) 및 오프 가스의 스트림(233)이다.
도 2에 상세히 도시된 바와 같이, 가스화 섬 시스템(21)은 3-단계 가스화 공정을 실행한다. 바람직한 실시양태에서, 3-단계 가스화 공정은 다음을 포함한다:
a. 단계 1 - 스팀 개질;
b. 단계 2 - 스팀 개질 후 미반응 탄소를 가스화하기 위한 아화학량론적 탄소 산화; 및
c. 단계 3 - 탄화수소 개질.
예시된 실시양태에서, 일반적으로 숫자(211)로 지정된 가스화 유닛은 일반적으로 각각 숫자(251 및 271)로 지정된 단계 1 및 2 유닛을 포함한다. 유닛(251)은 가스화가 달성되는 스팀 개질기인 것으로 이해될 수 있다. 추가로, 유닛(271)은 단계 1 가스화로부터의 미반응 탄소가 아화학량론적으로 합성가스로 전환되는 탄소 산화 시스템인 것으로 이해될 수 있다. 또한 가스화 섬(21)에서, 탄화수소 개질은 제3 단계에서 일반적으로 숫자(215)로 지정된 탄화수소 개질 시스템에 의해 제공된다.
스팀 개질기(251)는 가공된 공급원료의 스트림(15)을 선택적으로 수용하고, 합성가스의 스트림(219)을 생성한다. 또한, 가스화 유닛(211)은 재순환된 CO2의 스트림(27)을 수용한다. 가스화 유닛(211)에서, 스트림(27) 중 회수된 높은 생원성 CO2는 스팀 개질기(251), 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271) 및 탄화수소 개질기(215)에서 층 물질의 유동화, 수성-가스-전환 반응의 완화 및 기기의 퍼징을 돕기 위해 사용될 수 있다. 또한, 스트림(27) 중 회수된 높은 생원성 CO2는 도시된 바와 같이 가공된 공급원료의 스트림(15)에 첨가될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 도 2의 실시양태에서 가스화 유닛(211)은 스팀 개질기(251) 및 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)을 포함한다. 가공된 공급원료의 스팀(15)을 초기에 수용하는 것은 스팀 개질기(251)이다. 또한, 산소의 스팀(273)을 초기에 수용하는 것은 스팀 개질기(251)이다. 바람직하게는, 스팀 개질기(251)는 간접 열원(253)을 포함한다. 스팀 개질기(251)로부터의 산출 스트림은 합성가스의 스트림(254) 및 고형물의 스트림(256)을 포함한다. 합성가스 스트림(254)은 스트림(219)과 함께 탄화수소 개질 유닛(215)으로 운반된다. 주로 회분 및 미세 차르로 구성된 고형물 스트림(256)은 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)으로 운반된다.
바람직한 실시양태에서, 스팀 개질기(251)는 층-유동화 매질로서 과열 스팀, CO2 및 O2를 사용하는 유동층 시스템이다. 또 다른 실시양태에서, 스팀 및 O2만이 층-유동화 매질로서 사용된다. 바람직하게는, 외부-연소식 간접 가열기(253)는 개질기 층 온도를 유지하고, 가스화 공정에서 요구되는 흡열 반응을 지지하는 대부분의 에너지를 제공한다. 공정 가스 스트림은 일련의 사이클론을 통해 스팀 개질기(251)를 빠져나갈 수 있다. 바람직하게는, 내부 사이클론은 임의의 동반된 층 매질의 대부분을 분리하여 개질기 유동층으로 돌려 보내는 반면, 제2 외부 사이클론은 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)에서 합성가스로의 추가의 전환을 위해 미반응 차르를 수집한다. 바람직하게는, 스팀 개질기의 간접 가열기로부터의 연도 가스는 연소관 보일러에서 사용되어 플랜트용 스팀을 생성한다.
도시된 탄화수소 개질기 유닛(215)은 합성가스 스트림(219)을 수용하고, 미량 구성성분과 함께 CO, H2 및 CO2를 함유하는 상기 언급한 합성가스의 1차 스트림(29)을 생성한다. 또한, 탄화수소 개질기 유닛(215)은 산소의 스트림(273) 및 F-T 테일 가스의 스트림(25)을 수용한다. 마지막으로, 탄화수소 개질기 유닛(215)은 상기 언급된 나프타의 스트림(231) 및 오프 가스의 스트림(233)을 수용한다.
탄화수소 개질기 유닛(215)은 2200℉ 초과의 온도에서 탄화수소를 열 해리함으로써 생원성 탄소를 회수하도록 작동한다. 탄화수소 개질기를 위한 열은 일산화탄소 및 수소의 산화에 의해 제공된다. 이들 반응은 발열 반응이라는 점에 주목할 수 있다.
도 2의 실시양태에서, 탄화수소 개질기 유닛(215)은 합성가스 냉각 섹션(225)을 포함한다. 합성가스 냉각 섹션은 예를 들어 복사 슬래깅 냉각기 또는 재순환 합성가스 슬래깅 켄처를 포함할 수 있다.
바람직한 실시에서, 탄화수소 개질 유닛(215)은, 타르를 포함한 가스 스트림 중 모든 탄화수소 화합물이 합성가스로 전환되고, 황 화합물이 H2S로 전환되고, 수성 가스 전환 반응이 평형에 접근하는 것을 보장하기 위해 1800℉ 내지 3000℉의 범위에서 작동하는 산소 가스 버너/혼합기를 갖는 내화성-라이닝된 용기이다. 탄화수소 개질 유닛(215)에서, F-T 반응 루프로부터 퍼징된 F-T 테일 가스, 정제 시스템 오프 가스, 및 기화된 나프타의 스트림(231)은 CO 및 H2로 다시 전환된다.
아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)은 고형물 스트림(256)을 수용하는 것 뿐만 아니라 재순환된 CO2의 스트림(27) 및 산소의 스트림(273)을 수용한다. 탄소 아화학량론적 산화 유닛(271)에서의 열은 미반응 탄소의 아화학량론적 산화에 의해 제공된다. 저압 스팀의 스트림(275)은 아화학량론적 탄소 산화 유닛에서 과열되고, 단계 1 및 단계 2 가스화 둘 다를 위한 유동화 스팀으로서 사용된다. 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)의 산출물은 합성가스 스트림(277)이고, 이는 도시된 실시양태에서 스팀 개질기(251)로부터의 합성가스 스트림(254)과 합쳐져 합성가스 스트림(219)을 형성하고, 탄화수소 개질기 유닛(215)에 공급된다.
바람직한 실시양태에서, 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)은, 산소가 유동화 스팀 및 CO2와 함께 추가되어 미세 차르를 합성가스로 추가로 전환시키는 유동층을 이용한다. 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)에서 생성되고 이를 통과하는 가스는 외부 사이클론을 통과하여 주요 합성가스 스트림(219)으로 다시 들어간다. 바람직하게는, 사이클론에서 제거된 회분은 냉각되고, 현장외 폐기를 위해 수집 사일로로 수송된다. 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)의 유동층에 침지된 열 교환기는 유동화 층 스팀 개질기(251) 및 유닛(271)의 유동화 층 자체에서 사용하기 위해 저압 스팀을 1100℉로 과열시켜 일부 열을 제거한다.
도 2의 시스템의 작동에서, 스팀 개질기(251)의 유동층 내에서, 외부 연소식 가열기는 순환층 매질 및 용기로 들어오는 공급원료를 신속하게 가열한다. 거의 즉시 공급원료는 건조 및 열분해를 겪음으로써, 가스상 및 고형 (차르) 생성물을 생성한다. 가스상 열분해 생성물은 수성-가스 전환 반응을 겪고, 고형 차르 물질의 동시 스팀 개질과 함께 주로 H2, CO, CO2 및 일부 탄화수소로 구성된 합성가스를 생성한다. 대부분의 잔류 차르는 과열 스팀 및 산소와 반응하여 합성가스를 생성한다. 스팀 개질기를 빠져나온 차르는 사이클론을 통해 분리되고, 추가의 가스화 및 전환을 위해 아화학량론적 탄소 산화 유닛으로 적하된다. 스팀 개질기 및 아화학량론적 탄소 산화 유닛은 내부 및 외부 사이클론을 이용하여 공정 가스 스트림에 동반된 층 매질을 분리하고 보유한다. 스팀 개질기(251) 및 아화학량론적 탄소 산화 유닛(271)으로부터 합성가스는 스트림(219)을 통해 탄화수소 개질기 유닛(215)으로 유동하여, 임의의 잔류 차르, 탄화수소 및 타르를 합성가스로 전환시킨다.
상기 언급된 바와 같이, 탄화수소 개질기 유닛(215)의 산출물은 합성가스 컨디셔닝 시스템(41)에 공급되는 합성가스 스트림(29)이고, 이는 이제 도 3과 함께 설명될 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 숫자(41)로 지정된 예시적 합성가스 컨디셔닝 시스템은 1차 합성가스 스트림(29)을 수용하고, 상기 스트림을 컨디셔닝하여 F-T 반응기로의 가스상 공급 스트림(31)을 생성한다. 도시된 실시양태에서, 합성가스 컨디셔닝 시스템(41)은 폐열 회수를 위한 합성가스 열 회수 스팀 발생기 (HRSG) 유닛(411), 합성가스 스크러버 유닛(421), 합성가스 압축기(431), 1차 가드층(436), 수성 가스 전환 반응기(441), 암모니아 제거 유닛(446), 2차 가드층(451) 및 CO2/H2S 제거 시스템(461)을 유체 연통으로 순차적으로 포함한다. CO2/H2S 제거 시스템(461)의 하나의 산출물은 도시된 실시양태에서 합성가스 공급 스트림(470)이다. CO2/H2S 제거 시스템(461)의 또 다른 산출물은 재순환된 CO2의 스트림(27)이다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 공정 내부의 여러 공급원으로부터 스팀이 생성된다. HRSG는 스팀 개질기 유닛(251) 내 간접 연소식 가열기 유닛(253)에서 생성된 연도 가스로부터 스팀을 회수한다. 스팀은 또한 가스화 섬으로부터 배출되는 합성가스 스트림(29)으로부터 열을 회수하는 HRSG 유닛(411)에서 생성되고, 스팀은 전력 보일러에서 생성된다. 3개의 공급원 모두로부터의 스팀은 합쳐지고 과열되어, 합성가스 압축기 유닛(431) 스팀 터빈 또는 스팀 터빈 발전기에서 구동 유체로서 사용되는 중압 스팀을 제공한다 (도 1). 합쳐진 중압 스팀은 외부 가열기의 연소에 사용되는 천연 가스의 양에 따라 MSW 공급물과 동일한 생원성 함량을 가질 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 생성된 합성가스의 일부는 가스 터빈/스팀 터빈 (복합 화력 발전소)에 공급되어, 플랜트의 전기 요구량을 공급하는데 사용되는 높은 생원성 함량 전력을 생성한다. 또 다른 실시양태에서, 모든 합성가스를 사용하여 생원성 전력을 위한 스팀을 생성하고, 스팀 터빈 드라이브를 갖는 합성가스 압축기 유닛(431)을 구동한다.
합성가스 스크러버 유닛(421)은 합성가스 스트림(420), 및 가성 또는 다른 적합한 알칼리성 용액의 스트림(424)을 수용하는 통상적인 가스 스크러빙 장치이다. 스크러버 유닛(421)으로부터 제거된 액체는 폐수 처리 시스템으로 운반될 수 있는 사워 워터 스트림(426)을 포함한다. 사워 워터는 합성가스로부터 제거되는 바람직하지 않은 오염물, 예를 들어 회분 입자, 산, 수은 및 산성 화합물, 예컨대 염산 (HCl) 및 황화수소 (H2S)를 함유할 수 있다. 따라서, 합성가스 스크러버 유닛(421)은 잠재적으로 하류 장비를 손상시키고 F-T 합성 촉매 성능에 영향을 미칠 수 있는 오염물을 제거하기 위해 제공된다는 것을 알 수 있다.
바람직하게는, 합성가스 스크러버 유닛은 3개의 주요 섹션 - 벤투리 스크러버, 패킹된 타워 섹션 및 직접 접촉 냉각기 섹션을 갖는다. 합성가스 켄치 냉각기가 사용되는 경우, 합성가스 스크러버 유닛으로부터 배출되는 세정된 합성가스의 대략 절반은 켄치 송풍기를 통해 탄화수소 개질기 켄치 냉각기로 다시 순환될 것이며, 나머지 절반은 F-T 합성 공정의 요건을 충족시키기 위해 합성가스 압축기(431)에서 압축될 것이다. 복사 슬래깅 냉각기가 사용되는 경우, 재순환 가스 송풍기는 필요하지 않을 것이며, 스크러버로의 유동은 가스화 섬(21)으로부터 배출되는 유동과 동일할 것이다. 합성가스 스크러빙은 동시-계류중인 미국 특허 출원 일련 번호 14/138,635에 추가로 기재되어 있으며, 그의 개시내용은 본원에 참조로 포함된다. 스크러빙된 합성가스는 스트림(428)으로 운반된다.
도시된 실시양태에서, 합성가스 압축기 스테이지(431)는, 합성가스 스트림의 적어도 일부를 포함하는 압축기 유입구 스트림의 압력을 미리 규정된 수준으로 상승시켜 압축된 합성가스 스트림(434)을 산출하기 위해서 직렬로 배열된 하나 이상의 통상적인 압축기 스테이지(433)를 포함한다. 실제로, 합성가스 스트림(434)의 최종 압력은 F-T 합성 공정의 공정 요건을 충족시키기 위해 약 400 psig 내지 약 600 psig의 범위일 수 있다. 바람직하게는, 압축열은, 모든 응축수가 수집되고 회수를 위해 폐수 처리 플랜트로 보내지는 최종 단계를 제외한 모든 단계 후에 인터쿨러로 제거된다. 압축기의 유출물은 고온으로 1차 가드층(436)으로 보내지고, 여기서 임의의 COS 및 HCN이 H2S 및 NH3으로 가수분해된 다음, 전환 반응기(441)로 보내진다.
한 실시양태에서, 합성가스 압축기 드라이브는 과열 고압 스팀에 의해 구동되는 추출/응축 터빈이며, 스팀의 일부는 공정 요건을 위해 저압에서 추출된다. 또한, F-T 재순환 압축기 (도 5의 유닛(511))는 합성가스 압축기 샤프트 상에 있으며, 합성가스 압축기 스팀 터빈 드라이브에 의해 구동될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 합성가스 압축기는, 연료로서 합성가스를 사용하여 높은 생원성 전력을 생산하는 복합 화력 발전소에서 생성된 전력으로부터 에너지를 공급받는 전기 모터에 의해 구동된다.
또한 도 3에 나타낸 바와 같이, 수성 가스 전환 반응기(441)는 가압된 1차 합성가스 스트림(440)의 일부를 수용하여, 유출구 스트림(450)에서 요구되는 H2/CO 비가 충족될 때까지 스팀 및 CO의 일부를 수성 가스 전환 반응을 통해 H2 및 CO2로 전환시킨다. 후속적으로, 가압된 1차 합성가스의 측부 스트림(442)은 수성 가스 전환 반응기(441)를 우회할 수 있고, 수성 가스 전환 반응기(441)로부터의 유출구 스트림(450)과 재결합될 수 있다. 고압 스팀은 반응의 전환 열을 제거하기 위해 수성 가스 전환 유닛에서 생성된다. 생성된 스팀은 반응기에 공급되는 합성가스 스트림(440)으로 다시 공급되어 전환 반응을 위한 수소 공급원을 제공한다. 필요한 임의의 추가의 스팀은 플랜트 스팀 시스템에 의해 제공될 수 있다.
도 3의 실시양태에서, 수성 가스 전환 반응기(441)로부터의 합성가스의 유출구 스트림(450)은 통상의 암모니아 제거 유닛(446)에 제공된다. 암모니아 제거 유닛(446)에서, 합성가스는 과량의 물이 흡수된 암모니아와 함께 응축될 때까지 냉각된다. 이어서, 합성가스는 스트림(448)으로서 응축기(446)로부터 배출된다. 응축기(446)로부터의 사워 워터는 폐수 처리 시스템으로 운반될 수 있다. 스트림(448)은 임의의 휘발된 Hg를 제거하는 제2 가드층(451)의 유입구로 운반된다.
도 3에 추가로 나타낸 바와 같이, 제2 가드층(451)으로부터의 가압된 1차 합성가스는 스트림(460)으로서 CO2/H2S 제거 시스템(461)으로 운반된다. CO2/H2S 제거 시스템(461)은 도 4a 및 4b와 함께 추가로 설명될 것이다. CO2/H2S 제거 시스템(461)의 하나의 산출물은 황의 스트림(464)이다. 또 다른 산출물은 황이 제거된 합성가스의 스트림(470)이다. 제3 산출물은 CO2 재순환 스트림(27)이다.
도 3의 도시된 실시양태에서, 합성가스 공급 스트림(470)은 H2S 및 최종 가드 아르신 층(471)으로, 이어서 H2 회수 유닛(481)으로 운반된다.
H2S/아르신 가드층으로부터의 합성가스는 수소 회수 유닛(481)으로 유동한다. 수소 회수 유닛(481)은 하기 기재된 바와 같이 수소화분해 업그레이딩 공정에 필요한 고순도 H2의 스팀(482)을 추출한다. H2 회수 유닛(481)의 산출물은 F-T 반응기(33)로의 합성가스 공급 스트림(31)이다. 수소 회수 유닛(481)으로부터의 제3 산출물은 배출된 합성가스의 스트림(483)이다. 스트림(483)은 재순환되어 스트림(428)에 합류할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 수소 회수 유닛(HRU)(481)은 조합 막 및 압력 변동 흡착 ("PSA") 시스템을 사용하여 H2를 추출한다. HRU 막 보유물 가스를 벌크 합성가스 스트림과 재혼합하고 F-T 액체 반응기로 보낸다. HRU PSA 퍼지 가스는 합성가스 압축기(431)의 흡인부로 보내지고, 정제된 H2 스트림(482)은 업그레이딩으로 보내진다.
도 5에 도시된 바와 같이, F-T 액체를 생성하기 위한 시스템(33)은 합성가스 공급 스트림(31)을 수용한다. 시스템은 하나 이상의 F-T 반응기(533)를 포함하고, 상기 언급된 바와 같이, F-T 액체 및 F-T 테일 가스를 포함하는 유체 산출 스트림(535)을 제공한다. F-T 반응기 산출 스트림(535)은 일반적으로 숫자(500)으로 지정된 열 분리 시스템에 공급되어, F-T 액체를 그의 중질 F-T 액체 (HFTL), 중간 FT 액체 (MFTL), 물 및 F-T 테일 가스로 분리한다.
도 5에 도시된 바와 같은 바람직한 실시양태에서, 열 분리 시스템(500)은 2개의 응축기(501 및 531) 및 2개의 분리기(503 및 504)를 포함한다. HFTL 분리기(503)는 각각 유출구(518 및 520)를 갖는다. 실제로, 응축기(501)는 냉각 매질로서 템퍼링된 온수 루프를 사용하여 작동되어, F-T 물 및 MFTL 액체 분획으로부터 HFTL 액체 분획을 응축하고 분리한다. MFTL 물 및 FT 테일 가스는 둘 다 증기 상으로 남아있다. HFTL 스트림은 추가 가공을 위해 탱크(들)(521) 저장용 유출구(520)에 의해 운반된다. 실제로, HFTL 스트림(520)은 주로 실온에서 고체인 중질 탄화수소 왁스로 구성된다. 이들 왁스를 230℉ 초과로 따뜻하게 유지하여 응고를 방지하였다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 열 분리 시스템(500)은, 스트림(518)을 통해 HFTL 분리기(503)로부터 F-T 물 및 MFTL을 수용하는 제2 응축기(531)를 포함한다. 실제로, 제2 응축기(531)는 냉각수를 사용하여, 미반응 합성가스 및 비-응축성 탄화수소 (즉, 메탄 등)로부터 F-T 물 및 MFTL을 응축하고 분리한다. 응축된 F-T 물 및 MFTL 스트림 상은 제2 분리기(504)에서 분할되고, MFTL 스트림은 스트림(540)을 통해 저장 유닛(들)(522)으로 보내지고, F-T 물은 스트림(542)을 통해 폐수 처리로 보내진다.
도 5가 추가로 도시한 바와 같이, F-T 테일 가스는 스트림(537)을 통해 F-T 반응기(533)로 재순환될 수 있다. 도시된 실시양태에서, F-T 테일 가스는 MFTL 분리기(504)에서 분리되고, 스트림(550)에 의해 압축기(511)로 운반되며, 그의 산출물은 합성가스 재순환 라인(537) 상에서 운반된다. 재순환 압축기(511) 전에, 퍼지 스트림(552)이 스트림(550)으로부터 분지된다. 퍼지 스트림(552)은 재순환 합성가스 중 탄화수소 함량을 제어하기 위해 스트림(25)을 통해 탄화수소 개질기(215) (도 2)로 및 재순환 합성가스로부터 불활성 물질을 퍼징하기 위해 전력 보일러로 향할 수 있다.
도 6은 도 1의 업그레이드 시스템(54)의 한 실시양태의 예를 도시한다. 보다 특히, 이 도면은 도 5의 시스템으로부터 정제된 F-T 액체를 생성하기 위한 시스템을 도시한다. 도시된 시스템은 상기 언급된 탱크(521 및 522) (도 5)에 의해 공급된 수소화분해 충전 용기(524)로부터의 액체를 수용하는 수소화분해기 반응기 유닛(643)을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 수소화분해기 반응기 유닛(643)은 HFTL 및 MFTL 탄화수소 스트림을 수송 연료 (SPK 또는 디젤)로 업그레이드하는 고온 고압 촉매 공정을 이용한다. 업그레이딩의 낮은 엄격성(severity)으로 인해, 수소화-가공 및 수소화분해가 하나의 반응기에서 일어난다. 올레핀 및 알콜을 먼저 포화시킨 다음, 알칸을 SPK 범위의 생성물로 분해한다. 양성자화된 시클로프로판 중간체를 포함하는 수소화분해 메카니즘은 직쇄 생성물과 함께 이성질체 생성물을 형성한다. 수소화분해기 반응기 유닛(643)에서, 공급 혼합물은 더 짧은 쇄의 탄화수소로의 전환을 위해 일련의 촉매 층을 통과한다.
대안적 실시양태에서, MFTL은 사전-분획화될 수 있고, 탄화수소 개질기 상부에서 경질 분획이 제거될 수 있으며; 이어서, HFTL과 함께 중질 분획은 업그레이딩을 위해 수소화분해기로 운반될 것이다. 이러한 실시양태는 수소화분해기로 유동하는 스트림으로부터 대부분의 산소화물을 제거하고, 수소화분해기 상의 수소처리 부하를 경감시킨다.
도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 수소화분해기 반응기 유닛(643)은 일반적으로 숫자(701)로 지정된 탄화수소 열 분리 시스템에 공급되는 산출 스트림(644)을 제공하며, 여기서 분해물은 일련의 열 교환기 및 분리기 용기를 사용하여, 냉각되고, 응축되고, 2개의 별개의 중질 및 경질 분해물 스트림으로 분리된다.
탄화수소 열 분리 시스템(701)의 도시된 실시양태에서, 분해물은 공급물/유출물 열 교환기(702)에서 냉각되고, 중질 분해물은 중질 분해물 분리기(703)에서 경질 분해물로부터 분리된다. 중질 분해물 분리기(703)로부터 중질 분해물 순환물은 스트림(704 및 750)에 의해서와 같이 분별기(853)로 보내진다. 또한, 중질 분해물의 일부는 기동 중에 및 분별 칼럼이 오작동할 때 물질이 수소화분해기로 계속 유동하도록 하기 위해 수소화분해기(643)로 재순환될 수 있다.
도시된 실시양태에서, 경질 분해물 분리기(705)는 경질 분해물을 중질 분해물 물 및 수소로부터 분리하기 위해 제공된다. 분리된 경질 분해물은 스트림(750)에 의해 분별기(853)로 보내진다. 중질 분해물 물은 라인(706)에 의해서와 같이 처리를 위해 바이오-정제기의 폐수 처리 플랜트로 보내진다. 분리된 수소 가스는 스트림(708, 741 및 742)에 의해서와 같이 재순환된다.
이제, 도 6의 분별 방법을 더 상세히 기술할 것이다. 이전에 언급된 바와 같이, 분별기(853)는 중질 분해물 액체의 스트림(704) 및 경질 분해물 액체의 스트림(750)을 수용한다. 분별기(853)의 목적은 중질 분해물 분획 및 나프타 분획으로부터 SPK 또는 디젤을 분리하는 것이다. 측부 인출 스트림(856)을 스트리퍼 칼럼(857)에 공급하여, SPK/디젤 공급물로부터 경질물을 제거하고, SPK/디젤 생성물의 최종 세정 및 회수를 제공한다. 분별기(853)에서, 유입되는 중질 및 경질 분해물 스트림은 분별기 칼럼에서의 초기 분리를 위해 천연 가스 연소식 가열기에 의해 합쳐지고 가열된다. 바람직하게는, 분별기(853)는 고온 리보일러 구성을 이용하지 않으면서 고비점 탄화수소로부터 저비점 탄화수소를 스트리핑하기 위해 직접 스팀 주입을 사용한다.
분별기(853)로부터의 산출물은 재순환가능한 탄화수소 생성물을 운반하는 오버헤드 스트림(823)을 포함한다. 바람직하게는, 오버헤드 스트림(823)은 응축기 유닛(860)에 제공되고, 여기서 스트림은 응축되어 3개의 스트림: 주요 분별기 ("MF") 물 스트림(862), 상기 언급된 경질 상 (나프타) 스트림(231) 및 오프가스 스트림(233)으로 분리된다. 실제로, 나프타는 분별기(853)로 다시 환류되고/되거나 탄화수소 개질기로의 주입을 위해 나프타 기화기로 보내질 수 있다. 오프가스 스트림(233)은 오프 가스 압축기에 의해 재가공을 위한 탄화수소 개질기로 재순환된다. 분별기 칼럼(853)의 저부는 추가의 수소화분해를 위해 스트림(855)에 의해서와 같이 수소화분해 충전 용기(560)로 펌핑된다. MF 물은 처리를 위해 바이오-정제기의 폐수 처리 플랜트로 보내진다.
분별기 OH 분리기로부터의 나프타를 나프타 기화기로 펌핑하고, 저압 스팀을 사용하여 기화시킨다. 이어서, 나프타 증기는 회수를 위해 도 2의 탄화수소 개질기(215)로 유동한다. 분별 칼럼 오버헤드 압력은 오프가스 압축기 배출 속도 상에서 부유한다. 오프가스 압축기는 분별기 오버헤드 분리기 오프가스를 나프타 기화기의 배출물로 이동시키는 추진력을 제공한다. 이어서, 합쳐진 스트림은 탄화수소 개질기로 유동한다.
분별기(853)의 상부로부터 스팀(856)에 의해 회수된 SPK 생성물은 최종 생성물 분리를 위해 생성물 스트리퍼 칼럼(857)으로 보내진다. 생성물 스트리퍼 칼럼(857)에 대한 열은 예를 들어 천연 가스 연소식 생성물 스트리퍼 리보일러에 의해 제공된다. 생성물 스트리퍼 오버헤드 스트림은 분별기(853)로 다시 재순환된다. 저부 스트림(800)은 냉각되고, 스트림(58)을 통해 SPK 생성물로서 저장 유닛(803)으로 보내진다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 예시적 CO2/H2S 제거 시스템(461)의 한 실시양태는 스트림(460)을 수용하는 황 제거 유닛(463)을 포함한다. 황 제거 유닛(463)의 하나의 산출물은 황의 스트림(464)이다. 제거 유닛(463)의 또 다른 산출물은 황이 제거된 합성가스의 스트림(466)이다.
합성가스 스트림(466)은 일반적으로 숫자(491)로 지정된 아민 용매계에 공급된다. 도시된 실시양태에서, 아민 용매계(491A)는 향류 관계로 연결된 흡수기 유닛(493) 및 재생기 유닛(495)을 포함한다. 흡수기 유닛(493)의 산출물은 상기 언급된 합성가스 공급 스트림(470)이다. 재생기 유닛(495)의 산출물은 상기 언급된 재순환된 CO2의 스트림(27)이다.
도 4a의 바람직한 실시양태에서, 흡수기 유닛(493)은 CO2를 순환 아민/물 용액과 접촉시켜 제거하는 칼럼이다. 이 실시양태에서, 아민 흡수기는 황 제거 유닛이 수행되는 경우에 스트림(466)으로부터 H2S를 제거할 수 있다. 처리된 합성가스를 물 세척하여 임의의 동반된 아민 용액을 제거하였다. 바람직한 실시양태에서, 용매 흡수기(493)로부터 배출되는 세정된 합성가스는 중압 (MP) 포화 스팀을 사용하여 가열되고, F-T 합성 공정에 도입되기 전에 스트림(470)으로서 가드층으로 전달되어 미량의 H2S 및 비소 촉매 독을 제거한다.
도 4b에 나타낸 바와 같이, 또 다른 예시적인 CO2/H2S 제거 시스템(461)은 아민 유닛을 포함하며, 여기서 합성가스 스트림(460)은 일반적으로 숫자(491B)로 나타낸 아민 용매계에 공급된다. 도시된 실시양태에서, 아민 용매계(491B)는 향류 관계로 연결된 흡수기 유닛(493) 및 재생기 유닛(495)을 포함한다. 재생기 유닛(495)의 산출물은 황 제거 유닛(463)으로 공급된다. 흡수기 유닛(493)의 산출물은 상기 언급된 합성가스 공급 스트림(470)이다. 이 실시양태에서, 흡수기 유닛(493)은 CO2 및 H2S를 순환 아민/물 용액과 접촉시켜 제거하는 칼럼이다. 이어서, 처리된 합성가스를 물 세척하여 임의의 동반된 아민 용액을 제거하고, 스트림(470)으로서 최종 가드층(471)으로 보낸다.
도 4b의 실시양태에서, 재생기 오버헤드 산출 스트림(466)은 황 제거 유닛(463)에 공급되고, 여기서 H2S가 배출 CO2 스트림으로부터 제거된다. 황 제거 유닛(463)의 하나의 산출물은 상기 언급된 재순환된 CO2의 스트림(27) 및 황의 스트림(464)이다. 황 제거 유닛으로부터의 오버헤드 CO2 배출 스트림의 일부는 압축되어 가스화 섬으로 다시 재순환되고, 과량은 대기로 배기된다.
도 4a 및 4b에서 CO2/H2S 제거 시스템의 작동시, 흡수기 칼럼으로부터의 "풍부" 아민 (즉, CO2 흡수 후의 아민)은 희박/풍부 교환기를 통과한 다음, 풍부 용매 플래시 드럼으로 플래싱된다. CO 및 H2가 풍부한 플래싱된 가스는 공정에서 재사용하기 위해 합성가스 압축기의 흡인부로 유동한다. 플래싱된 풍부 액체 스트림은 용매 재생기 칼럼으로 유동한다. 용매 재생기에서, 풍부 용매는 스팀 리보일러에서 가열되어 흡수된 CO2/H2S를 제거한다. 용매 재생기의 저부로부터 유출되는 "희박" 용매는 재사용을 위해 희박/풍부 교환기 및 용매 냉각기를 통해 흡수기로 다시 재순환된다. 용매 재생기로부터의 오버헤드 CO2 배출 스트림의 일부는 압축되어 가스화 섬으로 다시 재순환되고, 과량은 대기로 배기된다. 바람직하게는, 시스템은 CO 및 H2의 손실을 최소화하면서 합성가스 스트림 중 CO2 함량을 <1 mol%로 및 H2S 함량을 <5 ppmv로 감소시키도록 설계된다.
상기 기재된 시스템의 전체 작동에서, MSW가 가스화됨에 따라 다중 반응이 일어난다. 차르 (탄소)가 스팀과 반응할 때, 주요 반응이 승온에서 발생하여 주로 수소 (H2), 일산화탄소 (CO), 이산화탄소 (CO2) 및 일부 탄화수소로 구성된 합성가스를 생성한다:
C + H2O → H2+ CO
2C + O2 → 2CO
C + O2 → CO2
동시에, 가역적 "수성 가스 전환" 반응
CO + H2O ↔ CO2 + H2
은 가스화기 작동 온도에서 평형 상수를 기준으로 CO/H2O 및 CO2/H2 비로 평형 조건에 접근한다. 가스화 시스템은 적어도 다음의 가스화 반응이 일어나도록 구성되고 조건이 제공될 수 있다:
C + H2O → H2 + CO.
동시에, 조건은 바람직하게는 하기 가역적 "수성 전환" 반응이 주로 가스화기의 온도에 의해 결정된 평형 상태에 도달하도록 제공될 수 있고, 압력은 바람직하게는 거의 대기압이다:
CO + H2O ↔ CO2 + H2.
1차 FT 반응은 촉매의 존재 하에 합성가스를 고분자량 탄화수소 및 물로 전환시킨다:
nCO + (2n + 1)H2 → CnH2n+2 + nH2O.
시스템의 전체 작동에 추가로, 가스화 섬(21)에서 생성된 합성가스는 F-T 액체의 효과적인 생성 및 업그레이딩에 불충분한 양의 수소를 갖는다는 것을 주목해야 한다. 사워 전환 반응기(441)는 추가의 수소를 생성하여 합성가스 중 H2:CO 비를 약 0.8에서 대략 2.0으로 증가시킨다. 수성 가스 전환 반응은 합성가스 중 CO 및 H2O의 일부를 H2 및 CO2로 전환시킨다. 반응은 발열 반응이고, 사워 전환 촉매 상에서 일어난다. H2S가 합성가스 스트림에 여전히 존재하므로 반응은 "사워 전환"이다. 유틸리티 스팀 및 전환 반응기(441)에 의해 생성된 스팀을 합성가스와 혼합하여 수성-가스 전환 반응을 위한 물을 제공하고, 반응기 내 온도 상승을 완화시킨다. 수소 생성 및 합성가스 H2:CO 비는 전환 반응기 주위의 합성가스 스트림의 일부를 우회함으로써 제어된다. 전환 반응기 유출물 열은 반응기 유입물 합성가스와 상호교환하고, 전환 반응기 스팀을 생성하고, 보일러 공급수를 예열함으로써 회수된다.
도 7 내지 12를 참조하면, 공급원료 가공 시스템 (때때로 공급원료 가공 시설 (FPF)로도 지칭됨)(1000)의 추가의 실시양태가 도시되어 있다. 도 7은 공급원료 가공 시스템(1000) 및 관련 방법의 한 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 7 및 설명은 MSW 공급원료를 사용하는 구체적 예를 언급하지만, 이러한 예는 단지 예시적 목적을 위한 것이고, 본 발명은 임의의 구체적 예로 제한되지 않는다. 다른 초기 또는 미가공 공급원료가 시스템(1000)에서 사용되고 가공될 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 것이다. 추가로, 용어 "미가공" 또는 "초기" 또는 "유입"은 시스템(1000)에 투입 또는 공급되는 공급원료 또는 물질을 기재하기 위해 상호교환가능하게 사용된다. 이들 용어는 편의상 시스템(1000)에 투입 또는 공급되는 공급원료 또는 물질의 함량 또는 특징을 제한하지 않는다. 예를 들어, 시스템(1000)으로의 공급원료 또는 물질 투입은 사전 가공이 적용될 수 있고, 이어서 추가의 가공을 위해 시스템(1000)으로 보내질 수 있다. 시스템(1000)으로의 공급원료 투입은 사전 가공 없이 지자체로부터 직접 보내질 수 있다. 목질 바이오매스 공급원료의 예에서, 이러한 공급원료는 반드시는 아니지만 시스템(1000)에 투입되기 전에 세절 또는 절단될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자는 많은 유형의 공급원료 또는 물질이 시스템(1000)에 투입될 수 있고, 본 발명은 임의의 특정한 유형 또는 전달로 제한되지 않는다는 것을 인식할 것이다.
일반적으로, 공급원료 가공 시스템(1000)은 공급원료 또는 다른 물질, 예컨대 폐기물을 가공하여 선택적 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다. 공급원료 가공 시스템(1000)은 특정 시설, 적용 또는 필요에 맞춘 가공된 공급원료를 생성하기 위해 하나 이상의 공급원료의 유연한 가공을 제공한다. 예를 들어 일부 실시양태에서, 공급원료 가공 시스템(1000)은 높은 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하기 위해 시스템(1000)으로의 미가공 또는 초기 공급원료 투입으로부터 생원성 탄소 물질의 회수를 최적화하거나 최대화하도록 구성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 가공된 공급원료 중 생원성 탄소 함량은 특정 범위 내에 있도록 선택적으로 제어되고, 반드시 최대화되는 것은 아니다. 예를 들어, 생원성 탄소 물질 뿐만 아니라 특정 양의 비-생원성 탄소 물질, 예컨대 비제한적으로 플라스틱으로부터 유래된 탄소를 함유하는 가공된 공급원료를 생성하는 것이 바람직할 수 있다. 그리고 추가 실시양태에서, 가공된 공급원료의 생원성 탄소 함량이 50 중량% 미만이 되도록, 보다 높은 함량의 비-생원성 탄소 물질, 예컨대 폐플라스틱을 가공하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 모든 백분율 (%) 값은 달리 나타내지 않는 한 중량 퍼센트 (wt.%)이다.
일반적으로, 시스템(1000)으로의 공급원료 투입은 임의의 유형의 물질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료는 유기 폐기물을 포함할 것이다. 본 개시내용의 목적상, 용어 유기 폐기물 또는 폐기물은 임의의 유기 또는 탄소질 물질, 예컨대, 이에 제한되지는 않지만, MSW, 목질 바이오매스, 셀룰로스 물질, 플라스틱 등을 포함하는 것으로 넓게 이해되고 의도된다.
일반적으로 본 개시내용의 목적을 위해, 가공된 공급원료와 관련하여 용어 "높은" 생원성 탄소는 적어도 51 중량%의 생원성 탄소 물질로 구성된다. 공급원료 가공 시스템(1000)의 실시양태는 50% 내지 100% 범위의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다. 다른 실시양태에서, 공급원료 가공 시스템(1000)은 51% 내지 95% 범위의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 공급원료 가공 시스템(1000)은 플라스틱을 가공하여 50% 이하의 범위의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다.
공급원료 가공 시스템(1000)은 하나 이상의 공급원료 스트림(1200)에 의해 시스템(1000)으로 투입되는 매우 다양한 공급원료 물질을 가공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시양태에서, 공급원료 물질(1200)은 하나 이상의 폐기물 스트림에서 합쳐진 혼합 고형 폐기물, 예컨대 습윤 유기 폐기물, 건조 유기 폐기물 및 무기 폐기물을 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 공급원료 물질은 바이오매스 물질, 예컨대 목질 바이오매스 또는 영양 물질, 또는 그의 혼합물을 포함할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 공급원료는 플라스틱을 포함할 수 있다. 플라스틱은 혼합 고형 폐기물과 혼합될 수 있거나, 또는 별도의 폐기물 스트림으로 투입될 수 있다 (하기에 추가로 설명되는 바와 같이 도 11 및 12에 도시됨). 관련 기술분야의 통상의 기술자는 시스템(1000)으로의 공급원료 물질 투입이 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 유일한 기준은 공급원료 물질이 약간의 양의 탄소질 물질을 함유하는 것임을 인식할 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 공급원료 또는 물질(1200)은 공급원료 가공 시설 또는 시스템(1000)으로 전달될 수 있다. 이 예에서, 공급원료(1200)는 MSW로 구성된다. 예를 들어, 공급원료(1200)는 전달 트럭에 의해 전달될 수 있고, 분류될 바닥 분류(1210) 상에 부하되지 않을 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 바닥 분류(1210)에서 과대크기 거대 폐기물, 예컨대 온수기, 냉장고, 프로판 탱크, 큰 금속 조각 등, 유해 물품 및 가공 트레인의 나머지 부분과 비상용성인 기타 물품은 스트림(1202)에서 중질 잔류 물질 저장소(1290)로 제거되면서, 스트림(1205)을 생성할 수 있다. 중질 잔류 물질 저장 유닛(1290)은 또한 때때로 단순히 잔류 물질 저장소(1290)로서 또는 때때로 불활성 물질 스테이션(1290)으로서 언급됨을 주목한다. 바닥 분류(1210)는 보다 큰 물질을 보다 작은 물질로부터 분리한다. 한 실시양태에서, 10 인치 이상의 크기를 갖는 물질을 보다 작은 물질 (10 인치 미만의 크기를 갖는 물질)로부터 분리하여 스트림(1205)을 생성한다. 큰 물질과 작은 물질을 구별하기 위해 다른 크기가 사용될 수 있다.
이러한 초기 분류 후, MSW (스트림(1205))는 크기 감소 유닛(1230)으로 공급될 수 있고, 여기서 스트림(1205) 중 10 인치 이상의 물질이 감소될 수 있다. 예를 들어, 크기 감소 유닛(1230)은 전단형 (또는 동등한) 세절기를 공급하는 컨베이어 (도시되지 않음)를 포함할 수 있다. MSW (스트림(1205))는 스트림(1235) 중 마이너스 10-인치 크기의 생성 물질로 세절될 수 있다. 스트림(1235) 중 크기 감소된/세절된 MSW는 분별 유닛(1240)으로 보내질 수 있다. 임의의 적합한 유형의 분별 장치가 본원에서 실행될 수 있다. 분별 유닛(1240)은 스트림(1235)으로부터의 다른 비-탄소질 물질과 함께 비-생원성 탄소를 제거하여 스트림(1245)을 생성하는데 사용될 수 있다. 스트림(1245)은 생원성 탄소 물질 및 다른 탄소질 물질을 포함할 수 있다. 분별 유닛(1240)으로부터의 배출 스트림(1242)은 1-4 인치의 크기 범위일 수 있고, 높은 백분율의 비-탄소질 물질을 함유할 수 있다. 임의의 적합한 유형의 분별 유닛이 실행될 수 있다. 예를 들어, 스트림(1245)은 2 인치보다 작은 미세 물질을 제거하기 위해 캐스케이딩 핑거형 스크린 유닛(1240)에서 스크리닝될 수 있다. 미세 물질은 먼지, 유리, 습윤 유기물 및 다른 불활성 물질을 포함할 수 있다. 습윤 유기물은 예를 들어 잔디 예지물(grass clipping) 및 식품 폐기물을 포함할 수 있다. 본 설명의 목적을 위해, 용어 불활성 물질 또는 "불활성 물질들"은 임의의 비-탄소질 물질을 지칭한다.
스트림(1245) 중 물질은 스트림(1245) 중 경질 분획으로부터 중질/중간 분획을 분리하도록 구성된 미세 분별 밀도 분리 유닛(1250)에서 추가로 가공된다. 먼지, 자갈, 유리, 금속, 정원 폐기물 및 식품 폐기물과 같은 물질을 함유하는 중질/중간 분획은 스트림(1255)으로서 경질 분획으로부터 분리되고 (2:2 내지 5:1 범위의 밀도 분리 비), 잔여 물질 스테이션(1290)으로 보내질 수 있다. 스트림(1257) 중 경질 또는 미세 분획은 전형적으로 탄소질 물질, 예컨대 종이, 플라스틱 및 텍스타일을 함유한다. 미세 분별에 적합한 유형의 유닛은 밀도 유형의 공기 분리 유닛일 것이다.
미세 분별 및 밀도 분리 유닛(1250)으로부터의 MSW 스트림(1257) 산출물은 철류 제거 유닛(1270) (또한 때때로 자기 분리기로 지칭됨)에서 철류 물질을 제거함으로써 추가로 가공될 수 있다. 철류 제거 유닛(1270)의 자기 분리기는 철 금속을 제거하여 높은 탄소질 물질 산출물 (스트림(1277))을 생성한다. 스트림(1275)에서 분리된 철류 물질은 회수된 금속 스테이션(1278)에서 및 궁극적으로 재순환 스테이션으로 회수될 수 있다.
철류 제거 유닛(1270)으로부터의 MSW 스트림(1277) 산출물은 비철류 제거 유닛(1280)에서 비철 금속 물질을 제거함으로써 추가로 가공되어 보다 높은 탄소질 MSW 산출 스트림(1287)을 생성할 수 있다. 스트림(1285)에서 분리된 비철 금속 물질은 회수된 비철 금속 스테이션(1288)에서 및 궁극적으로 재순환 스테이션으로 회수될 수 있다. 비철 금속(1288)은 예를 들어 알루미늄, 구리 및 비자성 강철을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 와전류 분리기를 사용해 비철 금속을 제거하여 높은 탄소질 물질 산출 스트림(1287)을 생성할 수 있다.
추가로, MSW 스트림(1287)은 플라스틱 제거 유닛(1300)에서 스트림(1287)으로부터 플라스틱을 제거 및 회수하도록 추가로 가공되어 MSW 산출 스트림(1307)을 생성할 수 있다. 플라스틱 제거 유닛(1300)은 스트림(1305)에서 플라스틱을 분리 제거하도록 구성된 일련의 근적외선 광학 분류기를 포함할 수 있다. 플라스틱(1305)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET") 플라스틱 스트림, 및 조합된 폴리비닐 클로라이드 ("PVC") 및 고밀도 폴리에틸렌 ("HDPE") 및 저밀도 폴리에틸렌 (LDPE) 플라스틱 스트림의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 폴리스티렌 ("PS") 및 폴리프로필렌 ("PP")은 광학 분류기 설정을 조정함으로써 HDPE/PVC 스트림과 함께 회수될 수 있다. 스트림(1305) 중 분리된 플라스틱은 현장외 운송 및 판매를 위해 회수된 플라스틱 스테이션(1308)에서 포장하여 저장될 수 있다.
이제, 불활성 물질, 철 금속, 비철 금속, "습윤" 유기물 및 플라스틱이 가공된 공급원료 스트림(1307)으로부터 제거되고, 스트림(1307) 중 탄소질 물질이 최종 파분쇄를 위해 제2 크기 감소 유닛(1310)으로 공급된다. 스트림(1307) 내 물질은 최종 가공된 공급원료에 대한 요건에 따라 임의의 바람직한 크기로 파분쇄될 수 있다. 예를 들어, 공급원료 물질은 공정 요건에 따라 0.75 내지 1.5 인치 범위의 크기로 세절될 수 있다.
원하는 크기로 파분쇄되면, 스트림(1315) 중 크기 조절된 가공된 공급원료 물질은 전형적으로 건조 유닛(1320)에서 공급원료 사양까지 건조되어 스트림(1325) 중 최종 가공된 공급원료를 생성한다. 최종 가공된 공급원료 스트림(1325)은 바이오-정제기로 전달될 수 있고, 여기서 상기 논의된 바와 같이 F-T 액체 및 액체 연료로 전환된다. 일부 실시양태에서, 최종 가공된 공급원료는 0.75 내지 1.25 인치 범위의 크기의 물질로 구성될 수 있다. 최종 가공된 공급원료는 일반적으로 약 8% 내지 15% 범위의 낮은 수분 함량을 갖는다. 구체적으로, 최종 가공된 공급원료는 약 10% 미만의 낮은 수분 함량을 가질 수 있다. 최종 가공된 공급원료는 낮은 불활성 물질 함량을 포함할 수 있다. 예를 들어, 낮은 불활성 물질 함량은 0.5-2.5%의 범위일 수 있다. 대안적으로, 낮은 불활성 물질 함량은 2% 미만일 수 있다. 탄소질 물질의 회수는 35-40%이다.
도 8은 공급원료 가공 시스템(1020) 및 관련 방법의 대안적 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 8의 실시양태는 초기 공급원료로부터 탄소질 물질의 보다 큰 회수를 제공하고, 도 7에 예시된 실시양태보다 더 가공된 최종 공급원료(1325)를 생성한다.
일반적으로, 공급원료 가공 시스템(1020)은 폐기물과 같은 미가공 공급원료를 가공하여 선택적 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다. 공급원료 가공 시스템(1020)은 특정 시설, 적용 또는 필요에 맞춘 가공된 공급원료를 생성하기 위해 미가공 공급원료의 유연한 가공을 제공한다. 도 8의 공급원료 가공 시스템(1020)은 도 7의 공급원료 가공 시스템(1000)과 유사한 구성요소를 포함하며, 공급원료를 추가로 가공하기 위해 하기 추가 및/또는 차이가 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 공급원료 가공 시스템(1020)은 초벌 분리 유닛(1220)을 포함할 수 있다. 초기 분류 후, MSW 스트림(1205)은 초벌 분리 또는 초기 크기 분리 유닛(1220)으로 공급될 수 있고, 여기서 보다 큰 물질이 보다 작은 물질로부터 초벌 분리로 분리된다. 한 실시양태에서, 보다 큰 물질 (예를 들어, 10 인치 이상의 크기를 갖는 물질)은 스트림(1225)으로 분리될 수 있다. 보다 작은 물질 (예를 들어, 10 인치 미만의 크기를 갖는 물질)은 스트림(1215)으로 분리된다. 큰 물질과 작은 물질을 구별하기 위해 다른 크기가 사용될 수 있다.
스트림(1225) 중 보다 큰 물질은 크기 감소 유닛(1230)으로 공급되고, 여기서 스트림(1225) 중 10 인치 이상의 물질은 전단형 세절기를 공급하는 컨베이어 (도시되지 않음) 상에 공급됨으로써 추가로 파분쇄된다. 전단형 세절기는 보다 큰 물질을 마이너스 10-인치 크기의 생성 물질로 세절할 수 있다. 세절된 마이너스 10-인치 크기의 MSW 물질이 스트림(1235)에서 생성된다.
스트림(1215) 중 보다 작은 물질 (예를 들어, 10 인치 이하 물질)은 초벌 분리 유닛(1220)으로부터 분별 밀도 분리 유닛(1260)으로 보내지고, 여기서 중질/중간 분획이 경질 분획으로부터 분리된다. 중질/중간 분획은 스트림(1267)으로 분리되고, 일반적으로 먼지, 자갈, 유리, 금속, 정원 폐기물 및 식품 폐기물과 같은 물질을 함유한다. 보다 경질의 분획은 스트림(1265)으로 분리되고, 일반적으로 종이, 플라스틱 및 텍스타일, 및 다른 탄소질 물질을 함유한다. 중질 분획으로부터 보다 경질의 분획을 분리하기 위해 2:2 내지 5:1 범위의 밀도 분리 비가 달성가능하다.
중질/중간 분획 스트림(1267)은 제1 분별 밀도 분리 유닛(1250)으로 보내지고, 여기서 스트림(1245)과 합쳐진다. 밀도 분별기(1260)로부터의 경질 분획 (스트림(1265))은 종이, 플라스틱 및 텍스타일을 함유할 수 있고, (1310)의 최종 파분쇄 단계로 보내질 수 있으며, 여기서 공급원료 생성물을 건조하기 전에 다른 생성물 스트림과 혼합된다. 상기 실시양태는 탄소질 물질의 회수를 44-50%로 증가시킨다.
도 9는 공급원료 가공 시스템(1030) 및 관련 방법의 대안적 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 9의 실시양태는 스트림(1200)으로부터의 탄소질 물질의 회수를 약 50-55%로 증가시키고, 도 7 및 도 8에 도시된 실시양태보다 더 많이 가공된 최종 공급원료(1325)를 생성한다. 도 9의 공급원료 가공 시스템(1030)은 도 8의 공급원료 가공 시스템(1020)과 유사한 구성요소를 포함하며, 공급원료를 추가로 가공하기 위해 하기 추가 및/또는 차이가 있다.
공급원료로부터 탄소질 물질의 추가의 회수를 제공하기 위해, 시스템(1030)은 추가의 미세 분별 유닛을 포함한다. 도시된 예에서, 3개의 분별 밀도 분리 유닛; 2개의 1차 유닛 및 1개의 2차 유닛이 사용된다. 1차 유닛(1250 및 1260)은 공급원료 가공 시스템(1020)에 기재된 바와 같이 구성된다. 제2 분별 밀도 분리 유닛(1244)은 분별 유닛(1240)의 배출 스트림(1242)으로부터 탄소질 물질의 회수를 증가시키도록 구성된다. 상기 실시양태에서, 기본 분별 유닛(1240)은 상이한 크기의 두 산출 스트림(1242 및 1245)을 생성한다. 일반적으로, 산출 스트림(1242)은 제2 분별 분리 밀도 분리 유닛(1244)으로 보내지는 보다 작은 미세 물질 (<2 인치)을 함유하며, 여기서 물질은 분별 분리 유닛(1240)에서 불활성 분획으로 스크리닝 제거된 스트림(1242)으로부터 탄소질 물질의 일부를 회수하기 위해 밀도에 기초하여 분류된다. 유닛(1240)에서 제거된 스트림(1242) 중 물질은 먼지, 유리, 습윤 유기물 및 다른 불활성 물질 뿐만 아니라 종이, 텍스타일을 포함할 수 있다. 습윤 유기물은 예를 들어 잔디 예지물 및 식품 폐기물을 포함할 수 있다. 유닛(1244)으로부터의 중질/중간 분획인 스트림(1246)은 잔류 물질로 보내지고, 경질 분획인 스트림(1248)은 유닛(1250)으로부터의 경질 분획과 합쳐지고 철류 제거 유닛(1270)으로 보내진다. 2차 밀도 분별기(1244)로부터의 경질 분획 (스트림(1248))은 종이, 플라스틱 및 텍스타일을 함유할 수 있다. 본 설명의 목적을 위해, 용어 불활성 물질(1202, 1246 및 1255) 또는 "불활성 물질들"은 임의의 비-탄소질 물질을 지칭한다. 불활성 물질(1202, 1246, 1255)은 불활성 물질 스테이션(1290)으로 보내진다. 불활성 물질을 제거하여 높은 탄소질 물질 산출물 (스트림(1248 및 1257))을 생성할 수 있다. 스트림(1248 및 1257)은 철류 제거 스테이션(1270)으로 보내지고, 도 7 및 8과 관련하여 상기 기재된 바와 같이 추가로 가공된다.
도 10은 공급원료 가공 시스템(1040) 및 관련 방법의 대안적 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 10의 실시양태는 초기 공급원료로부터 훨씬 더 많은 탄소질 물질을 회수하고, 도 7, 8 및 9에 예시된 실시양태보다 더 가공된 최종 공급원료(1325)를 생성한다. 도 10의 실시양태는 도 7, 8 및 9에 도시된 실시양태보다 더 많이 가공된 최종 공급원료(1325) (55-60% 회수)를 생성한다. 추가의 가공 단계를 추가함으로써, 원래의 공급원료(1200) 스트림으로부터 탄소질 물질의 보다 많은 회수가 달성될 수 있다. 도 10의 공급원료 가공 시스템(1030)은 도 9의 공급원료 가공 시스템(1030)과 유사한 구성요소를 포함하며, 공급원료를 추가로 가공하기 위해 하기 추가 및/또는 차이가 있다.
공급원료 가공 시스템(1040)은 1차 분별 밀도 분리 유닛 중 하나(1260)로부터 하류에 1개의 추가의 2차 분별 밀도 분리 유닛(1090)을 포함한다. 1차 분별 밀도 분리 유닛(1260)으로부터의 불활성 스트림(1267)은 2차 분별 밀도 및 분리 유닛(1090)으로 보내져 추가의 탄소질 물질을 회수한다. 2개의 분별 밀도 분리 장치를 직렬로 작동시킬 때 달성가능한 보다 넓은 밀도 범위로 인해 보다 많은 탄소질 물질이 회수된다. 불활성 물질(911)은 잔류 물질 스테이션(1290)으로 보내질 것이고, 탄소질 물질 스트림(912)은 1차 분별 분리 밀도 분리 유닛(1250)으로 보내지고, 여기서 스트림(1245)과 합쳐진다. 유닛(1260)의 하류 작동은 상기 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 설명된다.
본 발명의 추가의 측면에서, 탄소질 물질을 함유하는 다수의 초기 공급원료 스트림을 가공하도록 구성된 공급원료 가공 시스템이 제공된다. 도 11은 공급원료 가공 시스템(1050) 및 관련 방법의 대안적 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 11은 다수의 공급원료 스트림 및 상이한 유형의 공급원료 스트림을 가공하도록 구성된 공급원료 가공 시스템의 예이다.
일반적으로, 공급원료 가공 시스템(1050)은 하나 이상의 초기 또는 미가공 공급원료 스트림을 가공하여 선택적 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성된다. 공급원료 가공 시스템(1050)은 특정 시설, 적용 또는 필요에 맞춘 가공된 공급원료를 생성하기 위해 다수의 공급원료의 유연한 가공을 제공한다. 도 11의 공급원료 가공 시스템(1050)은 도 10의 공급원료 가공 시스템(1040)의 일부 유사한 구성요소를 포함하지만, 하기 차이 및/또는 추가를 갖는다.
공급원료 가공 시스템(1050)은, MSW와 같은 다른 탄소질 공급원료(1200) 뿐만 아니라 회수된 플라스틱(1201) (예컨대, 이전에 회수된 또는 재활용된 플라스틱) 및/또는 목질 바이오매스(1202)를 수용하고 가공하도록 구성된다. 회수된 플라스틱(1201)은 비제한적으로 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET") 플라스틱 스트림, 및 조합된 폴리비닐 클로라이드 ("PVC") 및 고밀도 폴리에틸렌 ("HDPE") 및 저밀도 폴리에틸렌 ("LDPE") 플라스틱 스트림의 혼합물을 포함할 수 있다. 목질 바이오매스(1202)는 목재 바이오매스, 짚, 스위치 그래스, 건설 및 탈리 폐기물, 및 다른 유사 바이오매스 물질을 제한 없이 포함할 수 있다. 플라스틱(1201) 및 목질 바이오매스(1202) 스트림은 도 11에 나타낸 시스템(1050)에 개별적으로 투입될 수 있거나, 또는 상기 스트림은 혼합된 후 하나의 공급스트림으로 시스템에 투입될 수 있다. 예시적인 실시양태에서, 플라스틱(1201) 및 목질 바이오매스(1202) 스트림은 크기 감소 유닛(1203)으로 보내지고, 여기서 플라스틱(1201) 및 목질 바이오매스(1202) 중 10 인치 이상의 물질은 전단형 (또는 유사한) 세절기를 공급하는 컨베이어 (도시되지 않음) 상에 공급됨으로써 파분쇄된다. 전단형 세절기는 보다 큰 물질을 마이너스 10-인치 크기의 생성 물질로 세절할 수 있다. 세절된 마이너스 10-인치 크기의 MSW 물질이 스트림(992)에서 생성된다.
세절된 물질은 분별 밀도 분리 유닛(1150)으로 보내질 수 있고, 여기서 경질/중간 분획이 중질 물질로부터 분리된다. 중질 물질은 먼지, 유리, 습윤 유기물 및 다른 불활성 물질을 포함할 수 있다. 습윤 유기물은 예를 들어 잔디 예지물 및 식품 폐기물을 포함할 수 있다. 불활성 물질(996)은 임의의 비-탄소질 물질을 포함할 수 있다. 불활성 물질(996)은 잔류 물질 스테이션(1290)으로 보내질 수 있다. 많은 불활성 물질이 제거된 후, 스트림(994)이 생성된다. 경질/중간 분획 (스트림(994))은 철류 제거 유닛(1270) (또한 때때로 자기 분리기로 지칭됨)으로 보내지고, 스트림(1248, 1257 및 1265)으로부터의 철류 물질 제거를 위한 다른 스트림과 혼합되고, 이어서 상기 기재된 바와 같은 공정 단계를 계속 통과할 수 있다. 따라서, 상기 실시양태에서 추가의 탄소질 폐기물 공급원료가 가공되어 가공된 공급원료(1325)를 제공하고, 이는 이어서 F-T 액체 및 수송 연료를 생성하는데 사용된다.
도 12는 공급원료 가공 시스템(1060) 및 관련 방법의 대안적 실시양태를 도시한 개략도이다. 도 12는 다수의 공급원료 스트림 및 상이한 유형의 공급원료 스트림을 가공하도록 구성된 공급원료 가공 시스템의 예이고, 시스템(1060)으로부터 메탄을 회수하기 위한 혐기성 다이제스터를 추가로 제공한다.
일반적으로, 공급원료 가공 시스템(1060)은 공급원료, 예컨대 폐기물을 가공하여 선택적 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성될 수 있다. 공급원료 가공 시스템(1060)은 특정 시설, 적용 또는 필요에 맞춘 가공된 공급원료를 생성하기 위해 공급원료의 유연한 가공을 제공한다. 도 12의 공급원료 가공 시스템(1060)은 도 11의 공급원료 가공 시스템(1050)과 유사한 구성요소를 포함하지만, 잔류 물질 유닛(1290)에서 배출된 물질로부터 메탄을 회수하도록 구성된 혐기성 다이제스터를 후속적으로 추가한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 잔류 물질 스테이션(1290)에 공급된 다양한 스트림(996, 1246, 911 및 1255)으로부터의 배출 물질은 스트림(1295)으로 산출되어 혐기성 다이제스터 스테이션(1296)으로 보내진다. 혐기성 소화는 미생물이 산소의 부재 하에 생물학적 물질을 분해하는 과정을 포함할 수 있다. 혐기성 다이제스터 스테이션(1296)은 혐기성 필터 또는 상향류 슬러지 블랭킷 다이제스터에서와 같이 하수 생체고형물, 저함량 고형물 또는 스크리닝된 동물 퇴비, 및 저함량 현탁 고형물 또는 고함량 가용성 고형물을 소화시키는데 사용되는 하나 이상의 혐기성 다이제스터를 포함할 수도 있다. 다이제스터는 또한 잔류 물질 스테이션(1290)으로부터의 미립자 유기 폐기물, 특히 소비전 및 소비후 식품 폐기물, 예컨대 지방, 오일 및 그리스, 식품 가공 폐기물, 정원 트리밍, 잎, 종이 및 다른 불활성 물질을 포함하는 고형 폐기물 (도시 폐기물의 소화성 분획)을 소화시키는데 사용될 수 있다. 혐기성 다이제스터 스테이션(1296)은 바이오가스 (메탄) 부산물(1297)을 생성하고, 이는 회수되어 공정 가열을 위한 에너지원으로서 사용된다.
바이오가스 (메탄) 부산물을 생성하기 위한 혐기성 소화의 4가지 기본 단계는 (1) 큰 미립자 고형물의 가수분해; (2) 큰 중합체의 중간체, 즉 산 및 알콜로의 발효; (3) 이들 산 및 알콜의 이산화탄소, 수소 및 소쇄 지방산, 예를 들어 아세테이트로의 전환; 및 (4) 이산화탄소, 수소 및 아세테이트의 메탄으로의 환원이다. 가수분해성 박테리아는 모든 다양한 고체를 보다 작은 입자로 분해하는 효소, 및 이어서 이산화탄소 및 수소를 발효액으로 방출하는 액체를 생산하는 소화 바이오매스로서 사용될 수 있다. 가수분해성 박테리아에 의해 생산된 효소는 셀룰로스, 단백질 및 지방의 큰 중합체를 절단할 수 있다.
따라서, 상기 실시양태에서 잔류 물질 유닛(1290) 내 물질의 탄소질 부분을 가공하여 바이오가스 (메탄)를 생성하고, 이를 공정 가열기에 대한 에너지원으로서 사용할 수 있거나, 또는 가스화 섬으로 다시 재순환시켜 합성가스로 개질시키고, 이어서 이를 사용하여 F-T 액체 및 수송 연료를 생성한다. 잔류 물질로부터 매립지에서 생성되었던 메탄이 감소되고, 탄소 회수가 최대화된다.
상기 기재된 시스템에 의한 MSW, 목질 바이오매스, 플라스틱의 공급원료 및 다른 탄소질 공급원료로부터의 연료의 생성은 상당한 이점을 갖는다. 이는 매우 낮은 방출 프로파일을 갖는 에너지 효율 시스템을 제공하고, MSW 및 플라스틱 및 매립지로 들어가는 다른 물질을 감소시키고 (따라서 매립지로부터의 유해한 메탄 가스 방출을 극적으로 감소시키고, 새로운 또는 확장된 매립지에 대한 필요성을 완화시킴), 석유 및 석탄 유래 연료 생성물의 사용과 연관된 온실 가스를 대체하여 감소시킨다. 시스템은 셀룰로스계 연료의 생원성 함량을 증가시키고, 따라서 이러한 연료의 가치를 실질적으로 증가시킨다.
예시적 실시양태가 특정 구성을 참조하여 기재되었다. 구체적인 실시양태 및 실시예의 상기 기재는 단지 예시 및 설명의 목적으로 제시되었고, 본 발명은 상기 특정 실시예에 의해 예시되었지만, 이에 의해 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (56)

  1. 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수하는 것을 특징으로 하는, 공급원료의 가공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 유입 공급원료가 혼합 고형 폐기물로 구성되는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 유입 공급원료가 목질 바이오매스로 구성되는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 혼합 고형 폐기물이 도시 고형 폐기물 (MSW)인 방법.
  5. 제2항에 있어서, 혼합 고형 폐기물이 합쳐진 습윤 유기 폐기물, 건조 유기 폐기물 및 무기 폐기물로 구성되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수함으로써 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체로의 전환에 적합한 50% 이상의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하는 것인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 높은 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체가 생원성 탄소 액체 연료로 업그레이드되는 것인 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    합쳐진 혼합 고형 폐기물을, 미리 결정된 크기 이상의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 제1 스트림 및 미리 결정된 크기 이하의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 제2 스트림으로 분리하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 스트림을 파분쇄하여 미리 결정된 크기 이하의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 산출 스트림을 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    산출 스트림 및 제2 스트림을 합하여 합쳐진 스트림을 생성하는 단계, 및
    합쳐진 스트림을 크기에 의해 분별하여 높은 탄소 함량 물질로부터 2 인치 이하의 크기를 갖는 작은 크기의 낮은 탄소 함량 물질을 제거하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    불활성 물질을 제거하기 위해 높은 탄소 함량 물질 (과량)을 추가로 분별하여 탄소질 물질 스트림을 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    탄소질 물질 스트림을 파분쇄하여 1 인치 이하의 크기를 갖는 탄소질 물질을 함유하는 산출 스트림을 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    산출 스트림을 건조시켜 탄소질 물질 및 8% 내지 15% 범위의 수분 함량을 함유하는 가공된 공급원료를 생성하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 플라스틱 물질을 선택적으로 회수함으로써 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하는 것인 방법.
  15. 제13항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 내지 100% 범위의 생원성 탄소 함량을 함유하는 것인 방법.
  16. 제13항에 있어서, 가공된 공급원료가 51% 이상의 생원성 탄소 함량을 함유하는 것인 방법.
  17. 제8항에 있어서, 합쳐진 혼합 고형 폐기물을 분리하는 단계가 트로멜을 사용하여 수행되는 것인 방법.
  18. 제9항에 있어서, 파분쇄 단계가 6 내지 15 인치 범위의 세절기 개구부를 갖는 세절기를 사용하여 수행되는 것인 방법.
  19. 제10항에 있어서, 합쳐진 스트림을 분별하는 단계가 진동 스크린을 통해 수행되고, 여기서 2 인치 이하의 분획은 불활성의 낮은 생원성 탄소 물질 및 높은 생원성 함량 물질로의 추가 분별을 위해 제거되는 것인 방법.
  20. 제11항에 있어서, 추가 분별 단계가 공기 분리기를 통해 수행되고, 여기서 중질 분획이 밀도차에 의해 경질 분획으로부터 분리되는 것인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 공기 분리기로부터의 중질 분획이 또 다른 공기 분리기에서 추가로 분별되고, 여기서 중질 분획이 밀도차에 의해 중간 분획 및 중질-중질 분획으로 추가로 분리되는 것인 방법.
  22. 제21항에 있어서, 중질-중질 분획이 불활성의 낮은 생원성 물질로서 제거되는 것인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 경질 분획이 중간 분획과 합쳐지고, 합쳐진 스트림이 자석을 통과하여 합쳐진 스트림으로부터 철류 물질을 제거하는 것인 방법.
  24. 제20항에 있어서, 중질 분획이 진동 스크린을 통해 추가로 분별되어 1 인치 이하의 크기를 갖는 비-탄소질 (즉, 불활성) 물질을 제거하는 것인 방법.
  25. 제21항에 있어서, 경질 분획, 중간 분획 및 중질 분획을 합하여 합쳐진 분획 스트림을 생성하고, 이어서 와전류를 통과시켜 비철류 물질을 제거하는 것인 방법.
  26. 제25항에 있어서, 합쳐진 분획 스트림을 광학 분류기에 통과시켜 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량의 적어도 일부를 제거하여 가공된 공급원료를 생성하는 것인 방법.
  27. 제26항에 있어서, 가공된 공급원료가 95% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 방법.
  28. 제26항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 방법.
  29. 제26항에 있어서, 가공된 공급원료가 51% 이상의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 방법.
  30. 제26항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 내지 95%의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 방법.
  31. 유입 공급원료를, 미리 결정된 크기 이상의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 제1 스트림 및 미리 결정된 크기 이하의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 제2 스트림으로 분리하도록 구성된 분류 스테이션;
    분류 스테이션과 연통하고, 제1 스트림을 파분쇄하여 미리 결정된 크기 이하의 크기를 갖는 혼합 고형 폐기물을 함유하는 산출 스트림을 생성하고, 산출 스트림 및 제2 스트림을 합하여 합쳐진 스트림을 생성하도록 구성된 제1 파분쇄 유닛;
    파분쇄 유닛과 연통하고, 합쳐진 스트림을 크기에 의해 분별하여 높은 탄소 함량 물질로부터 2 인치 이하의 크기를 갖는 작은 크기의 낮은 탄소 함량 물질을 제거하도록 구성된 분별 유닛;
    분별 유닛과 연통하고, 불활성 물질을 제거하기 위해 높은 탄소 함량 물질을 추가로 분별하여 탄소질 물질 스트림을 생성하도록 구성된 미세 분별 밀도 유닛;
    미세 분별 밀도 유닛과 연통하고, 탄소질 물질 스트림으로부터 철류 물질을 제거하도록 구성된 철류 제거 유닛;
    철류 제거 유닛과 연통하고, 탄소질 물질 스트림으로부터 비철류 물질을 제거하도록 구성된 비철류 제거 유닛;
    비철류 제거 유닛과 연통하고, 탄소질 물질 스트림으로부터 플라스틱 물질을 제거하도록 구성된 플라스틱 제거 유닛;
    플라스틱 제거 유닛과 연통하고, 탄소질 물질 스트림을 파분쇄하여 1 인치 이하의 크기를 갖는 탄소질 물질을 함유하는 산출 스트림을 생성하도록 구성된 제2 파분쇄 유닛; 및
    제2 파분쇄 유닛과 연통하고, 산출 스트림을 건조시켜 탄소질 물질 및 8% 내지 15% 범위의 수분 함량을 함유하는 가공된 공급원료를 생성하도록 구성된 건조 유닛
    을 포함하는, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수하기 위한 시스템.
  32. 제31항에 있어서, 유입 공급원료가 혼합 고형 폐기물로 구성되는 것인 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 유입 공급원료가 목질 바이오매스로 구성되는 것인 시스템.
  34. 제31항에 있어서, 혼합 고형 폐기물이 도시 고형 폐기물 (MSW)인 시스템.
  35. 제31항에 있어서, 비-생원성 탄소 및 비-탄소질 물질의 적어도 일부가 먼지, 유리, 습윤 유기물 및 다른 불활성 물질을 포함하는 것인 시스템.
  36. 제31항에 있어서, 유입 공급원료를 가공하여 유입 공급원료로부터 생원성 탄소 물질을 선택적으로 회수함으로써 높은 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체로의 전환에 적합한 높은 생원성 탄소 함량을 갖는 가공된 공급원료를 생성하는 것인 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 높은 생원성 탄소 피셔 트롭쉬 액체가 높은 생원성 탄소 액체 연료로 업그레이드되는 것인 시스템.
  38. 제31항에 있어서, 철류 제거 유닛이 자기 분리기를 포함하는 것인 시스템.
  39. 제31항에 있어서, 혐기성 필터 또는 상향류 슬러지 블랭킷 다이제스터에서와 같이 하수 생체고형물, 저함량 고형물 또는 스크리닝된 동물 퇴비, 및 저함량 현탁 고형물 또는 고함량 가용성 고형물을 소화시키는데 사용되는 하나 이상의 혐기성 다이제스터를 포함하는 혐기성 다이제스터 스테이션을 추가로 포함하는 시스템.
  40. 제31항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 함유하는 것인 시스템.
  41. 제31항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 내지 100% 범위의 생원성 탄소 함량을 함유하는 것인 시스템.
  42. 제31항에 있어서, 가공된 공급원료가 51% 이상의 생원성 탄소 함량을 함유하는 것인 시스템.
  43. 제31항에 있어서, 분류 스테이션이 트로멜을 포함하는 것인 시스템.
  44. 제31항에 있어서, 제1 파분쇄 유닛이 6 내지 15 인치 범위의 세절기 개구부를 갖는 세절기를 포함하는 것인 시스템.
  45. 제31항에 있어서, 분별 유닛이 진동 스크린을 포함하고, 여기서 2 인치 이하의 분획이 불활성의 낮은 생원성 탄소 물질 및 높은 생원성 함량 물질로의 추가 분별을 위해 제거되는 것인 시스템.
  46. 제31항에 있어서, 분별 유닛이 공기 분리기를 추가로 포함하고, 여기서 중질 분획이 밀도차에 의해 경질 분획으로부터 분리되는 것인 시스템.
  47. 제46항에 있어서, 공기 분리기로부터의 중질 분획이 또 다른 공기 분리기에서 추가로 분별되고, 여기서 중질 분획이 밀도차에 의해 중간 분획 및 중질-중질 분획으로 추가로 분리되는 것인 시스템.
  48. 제47항에 있어서, 중질-중질 분획이 불활성의 낮은 생원성 물질로서 제거되는 것인 시스템.
  49. 제48항에 있어서, 경질 분획이 중간 분획과 합쳐지고, 합쳐진 스트림이 철류 제거 유닛으로 보내지는 것인 시스템.
  50. 제49항에 있어서, 미세 분별 밀도 유닛이 진동 스크린을 통해 중질 분획을 분별하여 1 인치 이하의 크기를 갖는 비-탄소질 (불활성) 물질을 제거하도록 구성되는 것인 시스템.
  51. 제50항에 있어서, 경질 분획, 중간 분획 및 중질 분획을 합하여 합쳐진 분획 스트림을 생성하고, 이어서 비철류 제거 유닛에 통과시키고, 상기 비철류 제거 유닛은 비철류 물질을 제거하도록 구성된 와전류를 포함하는 것인 시스템.
  52. 제51항에 있어서, 합쳐진 분획 스트림을, 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량의 적어도 일부를 제거하도록 구성된 광학 분류기를 포함하는 플라스틱 제거 유닛에 통과시켜 가공된 공급원료를 생성하는 것인 시스템.
  53. 제52항에 있어서, 가공된 공급원료가 95% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 시스템.
  54. 제52항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 이하의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 시스템.
  55. 제52항에 있어서, 가공된 공급원료가 51% 이상의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 시스템.
  56. 제52항에 있어서, 가공된 공급원료가 50% 내지 100%의 생원성 탄소 함량을 갖도록 합쳐진 분획 스트림 중 플라스틱 함량이 선택적으로 제거되는 것인 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023243547A1 (ja) * 2022-06-13 2023-12-21 株式会社Inpex 液体炭化水素製造方法及び液体炭化水素製造装置
WO2023242360A1 (en) * 2022-06-17 2023-12-21 Topsoe A/S Combination of methanol loop and biogas producing unit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8393558B2 (en) * 2009-12-30 2013-03-12 Organic Energy Corporation Mechanized separation and recovery system for solid waste
US8614257B2 (en) * 2010-02-08 2013-12-24 Fulcrum Bioenergy, Inc. Product recycle loops in process for converting municipal solid waste into ethanol
CA3085848C (en) * 2011-04-15 2022-08-30 Carbon Technology Holdings, LLC Methods and apparatus for enhancing the energy content of carbonaceous materials from pyrolysis
CA2873040C (en) * 2012-05-07 2024-02-27 Biogenic Reagents Ventures, Llc Biogenic activated carbon and methods of making and using same
US10202622B2 (en) * 2014-07-22 2019-02-12 Iogen Corporation Process for producing fuel using two fermentations
EP3507239A1 (en) * 2016-08-30 2019-07-10 Fuelcell Energy, Inc. System and method for increasing a carbon monoxide content of syngas produced by a steam methane reformer

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