KR20230032951A - 통합형 열 교환기 및 산성수 스트리퍼 - Google Patents
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Abstract
조합된 용기는 가스화 프로세스를 위한 물 스트림의 처리 및 재순환에서 열 및 물질 전달을 개선하기 위해 산수 스트림에서 산성 가스를 제거하기 위한 스트리핑 섹션과 회수 스트림을 가열하기 위한 직접 접촉 열 교환기 섹션을 포함한다.
Description
다음의 발명은 부분 연소 또는 가스화 프로세스로부터의 물 및/또는 응축물 스트림의 하류 처리를 위한 프로세스에 관한 것이다. 상류 가스화 프로세스는 전형적으로 폭기 장치로부터의 회수 스트림(graywater stream) 및 산수 스트림(sour water stream), 전형적으로 응축물 스트림을 생성하는 임의의 프로세스일 수 있다. 양자 모두를 수행하는 가장 일반적인 가스화 프로세스는 고체 탄소질 연료의 수성 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 가스화기와 물로 고온 합성 가스 생성물을 급냉시키는 하단 급냉 가스화기이다.
본 출원에 사용된 용어 "고체 탄소질 연료"는 다양한 가스 운반 가연성 물질 및 이들의 혼합물을 포함하는 것을 의도하며, 석탄, 석탄으로부터의 코크스, 석탄 액화 잔류물, 석유 코크스, 그을음, 바이오매스, 및 오일 셰일, 타르 샌드 및 피치로부터 유래된 미립자 고체의 그룹으로부터 선택될 수 있다. 석탄은 갈탄, 아역청, 역청 및 무연탄을 비롯한 임의의 유형일 수 있다. 고체 탄소질 연료는 드라이 피드(dry feed)로도 알려진 캐리어 가스 또는 액체 슬러리와 같은 유체의 현탁물로서 버너에 전달될 수 있다.
석탄과 같은 고체 탄소질 연료의 부분 연소 또는 가스화를 통해 주거용 및 산업용 연료, 화학 물질 및 연료의 합성을 위한 출발 물질, 전기 생산을 위한 에너지 소스로서 가치가 있는 가스를 생성하는 것은 전 세계에 걸쳐 오랫동안 인식되고 다양한 규모로 실행되어 왔다.
황화수소, 이산화탄소, 암모니아와 같은 불순물이 액체 스트림, 전형적으로 응축물 스트림에 축적될 때 산수 스트리퍼가 필요하다. 산수를 재순환하기 위해, 하나 이상의 불순물을 산수 스트리퍼에서 제거해야 한다. 이러한 불순물 중에서, 전형적으로 암모니아가 제거하기 가장 어렵다. 회수는 폭기 장치, 침전 탱크 또는 기타 화학 처리로부터의 고체 함량이 낮은 물 스트림을 지칭하며 전형적으로 100 mg/m3 미만의 미세 고체 농도를 갖는다. 이는 전형적으로 1 g/m3보다 훨씬 더 높은 미세 고체 농도를 갖는 합성 가스로부터 회분, 슬래그 및/또는 그을음을 제거하기 위한 임의의 시스템 또는 가스화기 급냉으로부터의 흑수 스트림(blackwater stream)과 대조된다. 회수를 재순환하기 전에 가열하면 가스화 프로세스의 전반적인 효율이 개선되며, 이러한 가열은 프로세스 스트림 및/또는 스팀과의 간접 열 교환을 통해 또는 예를 들어 고압 증기 스트림과의 직접 열 교환에 의해 달성될 수 있다.
Bao 등(CN 205948388U)은 가스화 아일랜드의 흑수 및 회수 처리 시스템의 통합된 고압 플래시 및 직접 접촉 열 교환기를 교시한다. 흑수는 고압 플래시 섹션으로 진입하고 증기는 직접 접촉 열 교환기 섹션을 통해 위로 이동하여 아래로 이동하는 회수를 가열한다.
Wang 등(CN 106587233A)은 산수 스트리퍼 및 직접 접촉 열 교환기를 위한 별개의 용기를 갖는 물 및/또는 응축물 처리 시스템을 교시한다. 흑수는 고압에서 플래시되고 고압 증기는 직접 접촉 열 교환기에서 회수 스트림을 가열한다. 그 후, 고압 증기는 깨끗한 물로 세정되고 하나 이상의 열 교환기에서 추가로 냉각된 다음 스팀을 열원으로 사용하는 산수 스트리퍼에서 스트리핑 가스로 사용된다.
과거에, 산수 스트리퍼와 회수 가열기는, 서로 다른 라이선스 제공자가 설계하고 서로 다른 운영자가 운영할 수 있는, 가스화 플랜트의 다른 블록 또는 아일랜드에 존재한다. 두 아일랜드의 독립적인 설계 및 운영으로 인해 산수 스트리퍼와 회수 가열기 통합에 대한 고려가 부족했다. 비용을 감소시키고, 에너지를 절약하고, 신뢰성을 개선시키기 위해 간소화된 물 및/또는 응축물 처리 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 조합된 용기로의 산수 스트리퍼 및 직접 접촉 열 교환기의 통합에 관한 것이다. 용기 상단의 스트리핑 섹션은 아래의 직접 접촉 열 교환기 섹션과 다른 내부를 사용할 수 있다. 응축물 스트림은 용기 상단에서 진입한다. 회수 스트림은 용기 상단 또는 직접 접촉 열 교환기 섹션 위에서 진입할 수 있다. 고압 흑수 플래시의 증기는 직접 접촉 열 교환기 섹션의 하단으로 진입하여 회수 스트림을 가열하고 스트리핑 섹션에 스트리핑 가스를 제공한다. 일부 실시예에서 고압 플래시는 단일 용기에 통합될 수 있다. 증기 스트림은 스트리핑 섹션의 상단을 떠나 내부 또는 외부 응축기로 응축될 수 있다. 처리된 물 스트림은 직접 접촉 열 교환기 섹션의 하단을 떠나 가스화기로 재순환될 수 있다.
양태 1: 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 장치에 있어서, 장치는 스트리핑 섹션과 직접 접촉 열 교환기 섹션을 포함하는 조합된 용기를 포함하고; 스트리핑 섹션은 제1 산수 스트림을 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하도록 구성되고; 및 열 교환 섹션은 고압 증기 스트림을 회수 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 스트리핑 가스 스트림 및 처리된 회수 스트림을 생성하도록 구성된다.
양태 2: 양태 1에 따른 장치에 있어서, 조합된 용기는 플래시 섹션을 더 포함하고; 플래시 섹션은 흑수 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림과 흑수 하단 스트림을 생성하도록 구성된다.
양태 3: 양태 1 또는 양태 2에 따른 장치에 있어서, 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림 및 제1 산수 스트림을 생성하기 위해 제2 산수 스트림에 대한 간접 열 교환에 의해 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림을 부분적으로 응축시키도록 구성된 응축기; 및 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림을 분리하여 사워 가스 스트림(sour gas stream) 및 오버헤드 응축물 스트림을 생성하도록 구성된 응축기 분리기를 더 포함한다.
양태 4: 양태 3에 따른 장치에 있어서, 조합된 용기는 응축기 및 응축기 분리기를 포함한다.
양태 5: 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 장치에 있어서, 장치는 스트리핑 섹션, 직접 접촉 열 교환기 섹션 및 수직 분할 벽을 포함하는 조합된 용기를 포함하고; 스트리핑 섹션은 제1 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하기 위해 산수 스트림과 스트리핑 가스 스트림을 접촉시키도록 구성되며; 열 교환 섹션은 고압 증기 스트림을 회수 스트림과 접촉시켜 제2 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 처리된 회수 스트림을 생성하도록 구성되며; 및 스트리핑 섹션 및 열 교환 섹션은 분할 벽에 의해 분리된다.
양태 6: 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 프로세스에 있어서, 프로세스는 제1 산수 스트림을 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계; 및 고압 증기 스트림을 회수 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 스트리핑 가스 스트림 및 처리된 회수 스트림을 생성하는 단계를 포함하고; 스트리핑 가스 스트림은 제1 산수 스트림과 접촉하기 전에 냉각되지 않는다.
양태 7: 양태 6에 따른 프로세스에 있어서, 흑수 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림 및 흑수 하단 스트림을 생성하는 단계를 더 포함하고; 제1 산수 스트림을 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계, 고압 증기 스트림을 회수 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 스트리핑 가스 스트림과 처리된 회수 스트림을 생성하는 단계, 및 흑수 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림과 흑수 하단 스트림을 생성하는 단계는 모두 조합된 용기 내에서 이루어진다.
양태 8: 양태 6 또는 양태 7에 따른 프로세스에 있어서, 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림 및 제1 산수 스트림을 생성하기 위해 제2 산수 스트림과의 간접 열 교환에 의해 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림을 응축하는 단계; 및 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림을 분리하여 사워 가스 스트림 및 오버헤드 응축물 스트림을 생성하는 단계를 더 포함한다.
양태 9: 양태 8에 따른 프로세스에 있어서, 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림은 조합된 용기에서 응축되고; 및 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림은 조합된 용기에서 분리된다.
양태 10: 양태 6 내지 9 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 처리된 회수 스트림의 온도가 포화 온도보다 0.1 내지 10℃ 낮다.
양태 11: 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 프로세스에 있어서, 프로세스는 제1 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 제1 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하기 위해 제1 산수 스트림을 제1 스트리핑 가스 스트림과 접촉시키는 단계; 및 회수 스트림을 제2 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 제2 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 제2 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계를 포함하고; 제1 산수 스트림을 제1 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 제1 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 제1 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계, 및 회수 스트림을 제2 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 제2 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림과 제2 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계는 조합된 용기 내에서 이루어진다.
양태 12: 양태 11에 따른 프로세스에 있어서, 흑수 스트림을 분리하여 고압 증기 스트림 및 흑수 하단 스트림을 생성하는 단계를 더 포함하고; 제2 스트리핑 가스는 고압 증기 스트림의 적어도 일부를 포함한다.
양태 13: 양태 12의 프로세스에 있어서, 제1 스트리핑 가스는 고압 증기 스트림의 적어도 일부를 포함한다.
양태 14: 제11 내지 제13 양태 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제1 스트리핑 가스는 스팀을 포함한다.
양태 15: 양태 11 내지 14 중 어느 하나의 프로세스에 있어서, 제1 산성 가스 고갈 하단 스트림의 고체 함량은 질량 기준으로 제2 산성 가스 고갈 하단 스트림의 고체 함량보다 더 낮다.
본 발명은 이하 첨부 도면과 관련하여 설명될 것이며, 여기서 유사한 번호는 유사한 요소를 나타낸다:
도 1은 본 발명에 따른 조합된 산수 스트리퍼 및 직접 접촉 열 교환기를 도시하는 흐름도이다.
도 2는 오버헤드 응축기가 조합된 용기와 통합된 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 고압 분리기가 조합된 용기와 통합된 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 조합된 용기가 분할 벽 컬럼인 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명에 따른 조합된 산수 스트리퍼 및 직접 접촉 열 교환기를 도시하는 흐름도이다.
도 2는 오버헤드 응축기가 조합된 용기와 통합된 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 고압 분리기가 조합된 용기와 통합된 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 조합된 용기가 분할 벽 컬럼인 도 1의 실시예의 변형을 도시하는 흐름도이다.
이어지는 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 실시예를 제공하며, 본 발명의 범위, 적용 가능성 또는 구성을 제한하기를 의도하는 것은 아니다. 오히려, 바람직한 예시적인 실시예의 이어지는 상세한 설명은 본 기술 분야의 숙련자에게 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예의 구현을 가능하게 하는 설명을 제공할 것이다. 첨부된 청구범위에 설명된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 요소의 기능 및 배열에서 다양한 변경이 이루어질 수 있다.
본 출원에 사용된 관사("a" 또는 "an")는 명세서 및 청구범위에 설명된 본 발명의 실시예의 임의의 특징에 적용될 때 하나 이상을 의미한다. 관사("a" 및 "an")의 사용은 이러한 제한이 구체적으로 명시되지 않는 한 단일 특징으로 의미를 제한하지 않는다. 단수 또는 복수 명사 또는 명사구에 선행하는 관사("the")는 특정한 명시된 특징 또는 특정한 명시된 특징들을 나타내며 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수 의미를 가질 수 있다.
제1 개체와 제2 개체 사이에 위치하는 "및/또는"이라는 용어는 (1) 제1 개체만, (2) 제2 개체만, 또는 (3) 제1 개체와 제2 개체의 의미 중 어느 하나를 포함한다. 3개 이상의 개체 목록의 마지막 두 개체 사이에 배치된 "및/또는"이라는 용어는 이 목록에 있는 개체의 임의의 특정 조합을 포함하는 목록의 개체 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들어, "A, B 및/또는 C"는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 동일한 의미를 가지며 A, B 및 C의 다음 조합을 포함한다: (1) A만, (2) B만, (3) C만, (4) A 및 B, 그러나 C는 제외, (5) A 및 C, 그러나, B는 제외, (6) B 및 C, 그러나, A는 제외, (7) A 및 B 및 C.
"복수"라는 용어는 "2개 또는 2개 초과"를 의미한다.
형용사 "임의의"는 무차별적으로 수량 중 하나, 일부 또는 전체를 의미한다.
"적어도 일부"라는 문구는 "일부 또는 전체"를 의미한다. "스트림의 적어도 일부"는 그것이 유래한 스트림과 동일한 조성을 갖고, 각각의 종은 동일한 농도를 갖는다.
본 출원에 사용될 때, "제1", "제2", "제3" 등은 복수의 단계 및/또는 특징을 구별하기 위해 사용되며, 명시적으로 언급되지 않는 한 전체 수 또는 시간 및/또는 공간의 상대적 위치를 나타내지 않는다.
"고갈된" 또는 "희박한"이라는 용어는 그것이 형성되는 원래 스트림보다 표시된 성분의 mol% 농도가 더 낮다는 것을 의미한다. "고갈된" 및 "희박한"은 스트림에 표시된 성분이 완전히 결여되어 있음을 의미하지 않는다.
"풍부한" 또는 "농후한"이라는 용어는 그것이 형성되는 원래 스트림보다 표시된 성분의 mol% 농도가 더 크다는 것을 의미한다.
도 1은 물 및/또는 가스화 프로세스의 응축물 처리를 위한 프로세스 1을 도시한다. 황화수소, 이산화탄소 및 암모니아로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 불순물을 포함하는 산수 스트림(102)은 산수 스트림(104)으로서 조합된 용기(100)에 진입하기 전에 응축기(140)에서 가열될 수 있다. 대안적으로, 산수 스트림(102)은 조합된 용기(100)의 상단으로 직접 진입할 수 있고 응축기(140)에 대한 냉각 듀티는 냉각수와 같은 열 전달 매체로부터 전달될 수 있다. 산수 스트림(102)은 사워 시프트 블록(sour shift block)을 떠나는 응축물 및/또는 암모니아 스크러버로부터의 액체 배출로부터 형성될 수 있다. 사워 시프트 블록은 H2S와 같은 황 화합물의 존재시 수성 가스 전이 반응을 사용하여 CO가 H2로 변환되는 곳이므로 사워 시프트 블록을 떠나는 응축물은 H2S를 함유한다. 암모니아 스크러버는 물을 사용하여 합성 가스에서 암모니아를 세척하여 암모니아와 H2S 및 CO2와 같은 산성 가스를 포함하는 수성 스트림을 생성한다.
조합된 용기(100)는 직접 접촉 열 교환기 섹션(120) 위에 위치된 스트리핑 섹션(110)을 포함한다. 스트리핑 섹션(110) 및 직접 접촉 열 교환기 섹션(120) 모두는 각각 물질 및 열 전달을 개선하기 위해 패킹 및/또는 트레이와 같은 컬럼 내부를 포함할 수 있다. 2개의 섹션에서 액체의 상이한 유량으로 인해, 컬럼 직경은 상이할 수 있으며, 전형적으로 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)에서 더 큰 직경을 갖는다. 직접 접촉 열 교환기 섹션은 간접 열 교환기에 비교하여 오염 및 막힘의 위험을 감소시킨다.
회수 스트림(118)의 고체 함량은 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)의 트레이 설계에 제약을 부여한다. 스트리핑 섹션(110)의 트레이가 노출되는 유일한 액체는 고체가 없는 산수 스트림(104)이기 때문에, 스트리핑 섹션은 플로팅 밸브 트레이, 고정 밸브 트레이, 랜덤 패킹 또는 구조화된 패킹과 같은 가스-액체 접촉을 촉진하는 임의의 컬럼 내부를 포함할 수 있다. 그러나, 회수 스트림(118)의 고체는 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)에 오염 위험을 제공하므로 고정 밸브 트레이, 직사각형 밸브 트레이, 그리드 트레이 및 이중 유동 트레이와 같은 부유 고체가 있는 액체를 처리할 수 있는 컬럼 내부가 필요하다.
산수 스트림(104)으로부터의 사워 가스는 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)의 하단 근방에서 조합된 용기로 진입하고 조합된 용기(100)를 통해 스트리핑 섹션(110)으로 위로 이동하는 고압 증기 스트림(106)에 의해 스트리핑된다. 산성 가스 고갈 하단 스트림은 스트리핑 섹션(110)을 빠져나와 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)으로 진입한다. 고압 증기 스트림(106)은 고압 분리기(130)에서 가스화기 프로세스로부터 흑수 스트림(108)을 분리함으로써 생성되며, 이는 또한, 고압 액체 스트림(112)을 생성하고, 이는 차례로 저압 및/또는 진공에서의 하나 이상의 플래시 분리 스테이지 및/또는 침전 탱크(도시되지 않음)와 같이 액체로부터 고체를 추가로 분리하기 위한 추가 처리로 전송된다. 고압 분리기(130)는 컬럼 내에 플래시 용기 또는 복수의 분리 스테이지를 포함하는 임의의 증기-액체 분리기일 수 있다. 흑수 스트림(108)은 가스화 프로세스, 예를 들어 합성 가스로부터 회분, 슬래그 및/또는 그을음 같은 고체를 제거하기 위한 급냉 프로세스 또는 다른 시스템에 의해 생성될 수 있는 임의의 고-고체 함량 물 스트림(1 g/m3 초과)을 지칭한다. 산수 스트림(104)으로부터 사워 가스를 제거하기 위해 추가적인 열 입력이 필요한 경우, 이때, 스팀(114)이 간접 열 교환에 의해 그 열을 제공할 수 있다. 스팀(114)은 또한 조합된 용기(100)에 진입하기 전에 고압 증기 스트림(106)과 혼합될 수 있다. 생성된 응축물 스트림(116)은 습식 스크러버로 전송될 수 있다.
회수 스트림(118)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(120), 스트리핑 섹션(110)에서 조합된 용기(100)로 공급되거나, 산수 스트림(102)과 혼합될 수 있다. 회수 스트림(118)은 가스화 프로세스, 예를 들어 폭기 장치에 의해 생성될 수 있는 임의의 낮은 고체 함량의 물 스트림을 지칭한다. 회수 스트림(118)을 공급할 위치에 대한 판정은 회수 스트림(118)과 산수 스트림(102)의 조성에 기초하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 산수 스트림(102)의 암모니아 함량이 낮으면, 이때, 산수 스트림(102)과 회수 스트림(118)의 혼합으로 인한 오염 위험이 더 적고, 둘은 혼합되어 스트리핑 섹션(110)으로 공급될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 회수 스트림(118)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)으로 진입하고, 여기서, 이는 고압 증기 스트림(106)에 대한 직접적인 열 교환에 의해 가열된다. 직접 접촉 열 교환기 섹션(120)의 상단을 떠나는 증기 스트림은 어떠한 열 교환 또는 압력 또는 조성의 다른 변화도 없이 스트리핑 섹션(110)으로 진입하고, 여기서, 이는 산수 스트림(104)으로부터 불순물을 제거하기 위한 스트리핑 가스로서 작용한다. 고압 증기 스트림(106)으로부터의 고품질 열을 사용하여 산수 스트림(104)을 제거하면 스팀(114)에 대한 수요가 더 적거나 잠재적으로 0인 상태로 암모니아 제거가 가능하다. 전형적으로 암모니아가 스팀 가열이 적용되는 전용 용기에서 제거되는 종래 기술과 비교하여, 본 발명은 그 전용 용기를 제거하고 조합된 용기에서 해당 기능을 수행한다.
포화 온도보다 더 낮은 0.1 내지 10℃, 또는 1 내지 5℃ 사이의 온도로 가열된 처리된 회수 스트림(122)은 조합된 용기(100)의 하단을 떠난다. 처리된 회수 스트림(122)의 전형적인 압력 범위가 5 내지 11 bara이기 때문에, 처리된 회수 스트림(122)의 온도는 전형적으로 150 내지 185℃일 것이다. 처리된 회수 스트림의 황 함량은 전형적으로 중량 기준으로 100 ppm 미만이다. 처리된 회수 스트림(122)은 그 다음 가스화 프로세스, 예를 들어 습식 스크러버 및/또는 급냉 용기(도시되지 않음)에서 필요한 경우 공정수를 공급하기 위해 재순환될 수 있다. 습식 스크러버에 사용하기 위해 처리된 회수 스트림(122)의 온도를 최대화하면 습식 스크러버를 떠나는 합성 가스 온도를 증가시켜 가스화 프로세스의 전체 열 회수를 개선하고, 사워 시프트 블록에서 회수되는 열의 양과 품질이 더 커지게 한다. 종래 기술의 분리된 처리된 회수 및 처리된 산수 스트림과 비교하여 단일 처리된 회수 스트림만 재순환되면 되므로 중복 펌프가 또한 제거될 것이다.
스트리핑된 사워 가스를 포함하는 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림(124)은 조합된 용기(100)의 상단을 떠나서 산수 스트림(102)에 대해 응축기(140)에서 부분적으로 응축된다. 생성된 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림(126)은 응축기 분리기(150)에서, 황 회수 유닛으로 전송될 수 있는 사워 가스 스트림(128) 및 가스화 프로세스, 예를 들어 습식 스크러버 및/또는 급냉 용기에서 필요한 경우 공정수를 공급하기 위해 재순환될 수 있는 오버헤드 응축물 스트림(132)으로 분리된다. 오버헤드 응축물 스트림(132)은 또한 스트리핑 섹션(110)으로 복귀될 수 있다. 냉각수는 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림(124)을 부분적으로 응축하여 산수 스트림(102)으로부터의 냉각 듀티에 추가로 또는 이를 대체하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 응축기와 응축기 분리기를 조합된 용기에 통합한 가스화 프로세스의 물 및/또는 응축물 처리를 위한 프로세스(2)의 실시예를 도시하고, 또한 일부 제어 특징도 도시한다. 응축기(140) 및 응축기 분리기(150)가 조합된 용기(100)로부터 분리되어 있는 도 1과 대조적으로, 도 2에서 조합된 용기(200)는 간접 열 교환 및 증기-액체 분리의 기능을 모두 수행하는 응축기(260)를 포함한다. 조합된 용기(200)는 또한 응축기(260) 아래의 스트리핑 섹션(210) 및 스트리핑 섹션(210) 아래의 직접 접촉 열 교환기 섹션(220)을 포함한다. 도 1에서와 같이, 스트리핑 섹션(210) 및 직접 접촉 열 교환기 섹션(220) 모두는 각각 물질 및 열 전달을 개선하기 위해 패킹 및/또는 트레이를 포함할 수 있다. 고정 밸브 트레이와 같은 트레이는 조합된 용기에 대한 하나 이상의 공급 스트림이 높은 고체 함량을 포함할 때 사용될 수 있다.
황화수소와 같은 황 함유 가스를 포함하는 산수 스트림(102)은 산수 스트림(204)으로서 조합된 용기(200)에 진입하기 전에 응축기(260)에서 가열된다. 도 1에서와 같이, 냉각수와 같은 열 전달 매체는 응축기(260)에 대한 냉각 듀티를 제공할 수 있고 산수 스트림(202)은 조합된 용기(200)에 직접 진입할 수 있다. 산수 스트림(202)은 가스화 프로세스의 시프트 블록을 떠나는 응축물로부터 형성될 수 있다. 산수 스트림(204)은 스트리핑 섹션(210) 위에서 조합된 용기(200)로 진입한다.
산수 스트림(204)으로부터의 사워 가스는 직접 접촉 열 교환기 섹션(220)의 하단 근방에서 조합된 용기로 진입하고 조합된 용기(200)를 통해 스트리핑 섹션(210)으로 위로 이동하는 고압 증기 스트림(206)에 의해 스트리핑된다. 스팀(214)은 열 교환기 섹션(220)에 진입하기 전에 고압 증기 스트림(206)과 혼합될 수 있고, 또한 열 교환기 섹션(220)에 직접 추가될 수 있다. 산성 가스 고갈 하단 스트림은 스트리핑 섹션(210)을 빠져나와 직접 접촉 열 교환기 섹션(220)으로 진입한다.
회수 스트림(118)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(220), 스트리핑 섹션(210)에서 조합된 용기(200)로 공급되거나, 또는 산수 스트림(202)과 혼합될 수 있다. 도 2에 도시된 실시예에서, 회수 스트림(118)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(220)으로 진입하고, 여기서, 이는 고압 증기 스트림(206)에 대한 직접적인 열 교환에 의해 가열된다. 회수 스트림(118)은 가스화 프로세스, 예를 들어 폭기 장치에 의해 생성될 수 있는 임의의 낮은 고체 함량의 물 스트림을 지칭한다.
포화 온도보다 더 낮은 0.1 내지 10℃, 또는 1 내지 5℃ 사이의 온도로 가열된 처리된 회수 스트림(222)은 조합된 용기(200)의 하단을 떠난다. 처리된 회수 스트림(222)의 전형적인 압력 범위가 5 내지 11 bara이기 때문에, 처리된 회수 스트림(222)의 온도는 전형적으로 150 내지 185℃일 것이다. 처리된 회수 스트림의 황 함량은 전형적으로 중량 기준으로 100 ppm 미만이다. 처리된 회수 스트림(222)은 선택적으로 펌프(225)에서 펌핑되어 펌핑된 처리된 회수 스트림(234)으로서 재순환될 수 있거나, 더 높은 압력이 필요하지 않은 경우, 처리된 회수 스트림(222)으로서 재순환될 수 있다. 일정한 높이에서 직접 접촉 열 교환기 섹션(220)의 하단에서 액체 레벨을 유지하기 위해 제어 밸브(235)와 연결된 레벨 제어기가 도시되어 있다.
산성 가스 풍부 오버헤드 스트림은 스트리핑 섹션(210)의 상단을 떠나서 부분적으로 응축되고 산수 스트림(202)에 대해 응축기(260)에서 분리되어, 황 회수 유닛으로 전송될 수 있는 사워 가스 스트림(228) 및 스트리핑 섹션(210)으로 재진입하는 오버헤드 응축물 스트림을 생성한다. 조합된 용기(200) 상단의 압력조절기는 조합된 용기의 압력을 일정하게 유지하기 위해 밸브(215)를 제어한다.
조합된 용기는 도 3에 도시된 바와 같이 고압 분리기를 더 포함할 수 있다. 프로세스 3은 일반적으로 프로세스 1과 유사하다. 조합된 용기(300)는 산수 스트림(104)을 수용하는 스트리핑 섹션(310), 회수 스트림(118)을 수용하는 직접 접촉 열 교환기 섹션, 및 흑수 스트림(108)을 수용하는 고압 분리기 섹션(330)을 포함한다. 고압 증기 스트림은 고압 분리기 섹션(330)으로부터 직접 접촉 열 교환기 시스템으로 빠져나가 회수 스트림(118) 및 산수 스트림(104)과 접촉된다.
산성 가스 풍부 오버헤드 스트림(124)은 조합된 용기의 상단을 빠져나가 도 1에 설명된 바와 같이 부분적으로 응축된다. 고압 액체 스트림(312)은 도 1에서와 같이 고압 분리기 섹션(330)의 하단을 빠져나간 다음 저압 및/또는 진공에서의 하나 이상의 플래시 분리 스테이지 및/또는 침전 탱크와 같은 액체로부터 고체를 추가로 분리하기 위한 추가 처리로 전송된다. 처리된 회수 스트림(322)은 포화 온도보다 낮은 0.1 내지 10℃, 또는 1 내지 5℃ 사이의 온도로 가열되어, 직접 접촉 열 교환기 섹션(320)의 하단을 빠져나간다. 도 3은 응축물 스트림(316)이 인출되어 고온 스트림을 급냉시키고, 가스 스트림 및/또는 플러시 장비로부터 불순물 및/또는 고체를 스크러빙하기 위해 저-고체 공정수 스트림으로서 사용되는, 조합된 용기(300)로부터 빠져나가는 선택적 측면 인출을 도시한다. 응축물 스트림(316)은 더 높은 온도의 합성 가스 냉각으로부터의 전이 응축물(342)을 추가함으로써 증강될 수 있고 더 낮은 농도의 불순물을 함유할 것으로 예상된다.
조합된 용기를 수직으로 적층된 섹션으로 분할하는 대신, 이는 또한 도 4에 도시된 바와 같이 분할 벽 컬럼을 사용하여 달성될 수 있으며, 여기서, 프로세스(4)는 분할 벽(460)에 의해 스트리핑 섹션(410)과 직접 접촉 열 교환기 섹션(420)로 분할된 조합된 용기(400)를 사용한다. 산수 스트림(104)은 스트리핑 섹션(410)의 상단으로 진입하고 스팀(414) 및/또는 스트리핑 섹션(410)의 하단 근방으로 진입하는 고압 증기 스트림(106A)의 일부와 접촉한다. 처리된 응축물 스트림(416)은 스트리핑 섹션(410)의 하단을 빠져나가고, 고온 스트림을 급냉하고, 가스 스트림 및/또는 플러시 장비로부터 불순물 및/또는 고체를 스크러빙하기 위한 저-고체 공정수 스트림으로서 사용될 수 있다. 회수 스트림(118)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(420)으로 진입하고 고압 증기 스트림(106)과 접촉한다. 처리된 회수 스트림(422)은 직접 접촉 열 교환기 섹션(420)의 하단을 빠져나가 습식 스크러버에서 사용될 수 있다. 고압 증기 스트림(106) 및 스팀(414)은 조합된 용기의 상단에서 혼합되고 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림(124)으로서 상단을 빠져나간다. 이러한 배열은 회수 스트림(118)으로부터 고체를 추가하지 않고 불순물이 산수 스트림(104)에서 제거되도록 하고 2개의 공정수 스트림을 제공한다. 질량 기준으로 낮은 고체 함량을 갖는 처리된 회수 스트림(422) 및 질량 기준으로 본질적으로 0 고체 함량을 갖는 처리된 응축물 스트림(416). 2개의 섹션의 수평 통합은 도 1의 수직 통합에 비교하여 높이를 절약한다.
예
하루에 3000톤의 석탄을 소비하는 드라이 피드 가스화 프로세스의 컴퓨터 시뮬레이션이 Aspen Technology, Inc.로부터 입수할 수 있는 상용 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어 패키지인 Aspen Plus에서 수행되었다. 도 1의 조합된 용기를 사용하는 시스템과 산수 스트리핑 및 회수 가열을 위해 별개의 용기를 사용하는 시스템에 대해 흑수, 회수 및 산수를 재순환시키기 위한 저압 스팀 소비율을 비교하였다. 별개의 용기가 하루에 3000톤의 기준 소비율을 소비하는 것과 비교하여 조합된 용기는 하루에 400톤의 저압 스팀 소비를 감소시켰다. 이는 2개의 분리된 재순환 물 시스템을 위한 펌프와 같은 중복 장비를 제거하는 것에 추가로 유틸리티 소비를 크게 절감한다.
다른 조건에서도 유사한 스팀 절감이 발견되고, 예를 들어 슬러리 피드의 경우에, 하루에 3000톤의 기준 저압 스팀 소비율은 조합된 용기의 경우 하루에 300톤만큼 감소했다.
본 발명의 원리가 바람직한 실시예와 관련하여 앞서 설명되었지만, 이러한 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니라 단지 예로서 이루어지는 것임을 분명히 이해하여야 한다.
Claims (9)
- 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
스트리핑 섹션 및 직접 접촉 열 교환기 섹션을 포함하는 조합된 용기를 포함하고;
상기 스트리핑 섹션은 제1 산수 스트림을 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하도록 구성되고; 및
상기 열 교환 섹션은 고압 증기 스트림을 회수 스트림 및 상기 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 상기 스트리핑 가스 스트림 및 처리된 회수 스트림을 생성하도록 구성되는, 장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 조합된 용기는 플래시 섹션을 더 포함하고;
상기 플래시 섹션은 흑수 스트림을 분리하여 상기 고압 증기 스트림과 흑수 하단 스트림을 생성하도록 구성되는, 장치. - 청구항 1에 있어서,
부분적으로 응축된 오버헤드 스트림 및 상기 제1 산수 스트림을 생성하기 위해 제2 산수 스트림에 대한 간접 열 교환에 의해 상기 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림을 부분적으로 응축시키도록 구성된 응축기; 및
상기 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림을 분리하여 사워 가스 스트림 및 오버헤드 응축물 스트림을 생성하도록 구성된 응축기 분리기를 더 포함하는, 장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 조합된 용기는 상기 응축기 및 상기 응축기 분리기를 포함하는, 장치.
- 다수의 스트림 사이의 물질 및 열 전달을 개선하기 위한 프로세스에 있어서, 상기 프로세스는
제1 산수 스트림을 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계; 및
고압 증기 스트림을 회수 스트림 및 상기 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 상기 스트리핑 가스 스트림 및 처리된 회수 스트림을 생성하는 단계를 포함하고;
상기 스트리핑 가스 스트림은 상기 제1 산수 스트림과 접촉하기 전에 냉각되지 않는, 프로세스. - 청구항 5에 있어서,
흑수 스트림을 분리하여 상기 고압 증기 스트림과 흑수 하단 스트림을 생성하는 단계를 더 포함하고;
상기 제1 산수 스트림을 상기 스트리핑 가스 스트림과 접촉시켜 상기 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림 및 상기 산성 가스 고갈 하단 스트림을 생성하는 단계, 상기 고압 증기 스트림을 상기 회수 스트림 및 상기 산성 가스 고갈 하단 스트림과 접촉시켜 상기 스트리핑 가스 스트림과 상기 처리된 회수 스트림을 생성하는 단계, 및 상기 흑수 스트림을 분리하여 상기 고압 증기 스트림과 상기 흑수 하단 스트림을 생성하는 단계는 모두 조합된 용기 내에서 이루어지는, 프로세스. - 청구항 5에 있어서,
부분적으로 응축된 오버헤드 스트림 및 상기 제1 산수 스트림을 생성하기 위해 제2 산수 스트림과의 간접 열 교환에 의해 상기 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림을 응축하는 단계; 및
상기 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림을 분리하여 사워 가스 스트림 및 오버헤드 응축물 스트림을 생성하는 단계를 더 포함하는, 프로세스. - 청구항 7에 있어서, 상기 산성 가스 풍부 오버헤드 스트림은 상기 조합된 용기에서 응축되고; 및
상기 부분적으로 응축된 오버헤드 스트림은 상기 조합된 용기에서 분리되는, 프로세스. - 청구항 5에 있어서, 상기 처리된 회수 스트림의 온도는 상기 포화 온도보다 0.1 내지 10℃ 낮은, 프로세스.
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