KR810000115B1 - 합성가스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

합성가스의 제조방법

첨부도면은 본 발명의 한 구체예에 의한 합성가스 발생 장치도.

본 발명을 탄소질 혹은 탄화수소질 연료를 산소를 함유하는 기체와 직접 부분 산화시켜 합성가스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 특징중의 하나는, 본 발명이 연료로서 사용하기 적합한 가스를 발생시키며, 동시에 특히 가스를 발생시키기 위한 공급물이 재를 형성하는 성분을 포함할 때 이동전환 대역에 공급물로서 사용하기에 적합한 가스를 발생시키는 비촉매 공정에 관한 것이라는 것이다.

증기의 존재하에서 탄소를 함유하는 연료를 산소공기 및 산소가 강화된 공기와 비촉매 반응시켜 일산화탄소, 수소 및 합성가스의 발생시키는 방법이 알려져 있다. 일반적으로 액체탄화수소, 특히 중연료유의 부분 산화는 대량으로 합성가스를 제조하는데 상당히 경제적인 방법이다. 부분산화 공정에서는 액체 및 고체 연로를 촉매 또는 충전물이 없는 조건에서 약 1800-3200℉, 바람직하게는 약 2200-2800℉의 범위내의 자생되는 온도하에 밀폐된 밀집 반응 대역에서 산소와 증기로 반응시킨다. 만일 공급물이 탄화수소유라면 부분적으로 또는 완전히 기화하여 증기와 혼합되거나 증기에 분산된다. 탄화수소유와 증기는 보통 300-800℉의 온도, 일반적으로 적어도 600℉의 온도로 예열된다. 산소는 보통 예열되지 않으나 공기 혹은 산소가 강화된 공기는 예열될 수 있다. 만약 공급물이 고체연료이면 보통 기름 혹은 물슬러리 형태나 혹은 기름이나 수증기에 현탁시킨 형태로 반응대역에 도입한다.

반응 대역은 보통 약 100psig 이상의 압력, 예컨데 250-3000psig의 압력을 유지시켜야 하며 최근의 경향은 2500-3000psig까지 보다 높은 작용압력을 사용한다. 생성가스 유출물은 주로 일산화탄소와 수소로 구성되고, 소량의 이산화탄소, 증기, 메탄 그리고 연행되는 검댕, 공급물에 따라서는 소량의 금속산화물 형태의 재를 함유한다. 공정에서 생성된 검댕은 물에 의하여 쉽게 젖는 대단히 미세한 입자형태이다.

가스 발생대역으로부터 분출되는 생성가스는 다량의 열을 함유한다. 이 열은 뜨거운 가스 유출물을 물과 직접 접촉시키거나 혹은 뜨거운 가스 유출물을 폐열 보일러와 같은 적당한 열교환기를 통과시킴으로서 물을 증기로 변환시키는데 유용하게 사용된다.

만일 합성가스를 이동전환에 의하여 수소 생산에 사용하려 한다면 이동전환 촉매에 해로운 영향을 끼치는 미립자를 제거하기 위해 급냉 및 세정 대역에서 물과 직접 접촉시키는 것이 낫다. 급냉수나 세정수는 가스로부터 미립자를 제거시킬 뿐만 아니라 전환반응이 잘 진행되기 위해서는 물이 존재해야 하므로 가스를 증기로 포화시켜 전환반응이 쉽게 일어나게 한다. 세정대역의 압력과 온도를 조절하므로서 이동 전환대역에 공급되는 가스내에 존재하는 수증기의 양을 조절하는 것이 가능하다.

만일 생성가스를 메탄올 합성이나 연료 가스로서 사용하려 하면 뜨거운 연소생성물을 물로 급히 냉각시키는 것보다는 보통 폐열 보일러를 통하여 뜨거운 가스를 통과시키는 것과 같이 간접 열교환에 의하여 가스의 전부 혹은 일부로부터 열을 회수하는 것이 바람직하다.

그러나 조 생성가스내에는 검댕과 재 입자가 존재하여 열 교환기 표면에 입자가 안착되어 폐열 보일러의 효율을 감소시키므로 폐열 보일러에 직접 도입해서는 안된다. 이와같은 이유 때문에 폐열 보일러에 대한 설계명세는 검댕의 량이나 미립자의 량이 보통 7.5g/NM³보다 크지 않을 것을 요구한다. 그밖에 만일 합성가스 발생기에 공급되는 화석연료가 석유찌꺼기 혹은 고체연료와 같은 재를 형성하는 성분을 함유하면 생성가스내에 재 입자를 폐열 보일러를 통과하기 전에 제거시켜야 한다. 상기에서 언급한 바와같이 연료로서 사용하게 되는 가스인 경우와 같이 생성합성가스에 증기의 부가가 불필요하다면 가스의 세정은 문제를 제시한다.

본 발명의 목적은 액체 세정과 급냉을 피하면서 실질적으로 고체오염물이 없는 합성가스를 제조하는 것이다. 다른 목적은 열교환기를 통과하기에 적합한 깨끗한 합성가스를 제조하는 것이다. 또 다른 목적은 액체 세정없이 합성가스의 고체 함량을 감소시킴과 동시에 이동전환 대역에 공급물로 사용물로 사용되기에 적합한 부가된 유출물을 함유하는 합성가스를 제조하는 것이다. 이들 및 기타의 목적은 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면 탄소질의 연료를 부분 산화시켜 검댕과 재를 함유하는 연행되는 고체 입자를 포함하는 합성가스 유출물을 만들어서 상기 가스 유출물을 긴축 대역(confined zone)을 통과시켜 상기 가스 유출물의 유출속도를 가속시키고 또한 상기 고체입자의 속도를 증가시키고 증가된 속도의 상기 입자로부터 고체 함량이 감소된 가스유출물을 분기되는 것으로 구성되는 검소된 고체 함량의 합성가스 제조 방법을 제공하는 것이다.

합성 가스는 주로 인산화탄소와 수소로 구성되며 제조되었을 때 또한 증기, 메탄, 이산화탄소, 연행되는 검댕입자, 공급물에 따라서 소량의 재를 포함하는 합성가스는 보통 화석연료와 같은 탄소질 연료를 부분 산화시켜 만든다. 산화제는 실질적으로 순수한 산소, 공기, 혹은 가스의 최종용도에 따라서 선택되는 특정시제, 산소가 강화된 공기가 될 수 있다.

가스 발생대역에 대한 공급물은 액체 혹은 고체인 탄소질 연료로 되어 있다. 액체연료의 예는 원유, 타르샌드유, 형암유류, 가스오일과 같이 그로부터 회수된 초기 증류 물, 대기압하 또는 진공하의 잔유, 순환가스 오일과 같이 정제된 유출물등이다. 고체연료의 예는 무연탄, 역청탄, 갈탄과 코크스와 같은 이들의 유도체이다. 타르, 아스팔트와 유기폐기물은 또한 가스 발생대역에 연료로서 사용된다. 연료는 액체, 기화된 액체, 액체 혹은 기체내에 현탁된 미세분화된 고체, 또는 고체-액체 슬러리로서 가스 반응 대역에 도입된다.

사용한 산화제의 양은 생성하고자 하는 탄소의 양에 좌우되어 변한다. 보통 발생기는 공급물내에 약 98%의 탄소를 탄소의 산화물로 전환시키고 그 나머지 탄소는 합성가스내 미세한 검댕입자로 나타나게 가동된다. 하여튼 공급물이 재를 형성하는 성분을 함유하면 공급물내에 20% 만큼의 탄소가 전환되지 않도록 발생기를 가동시키는게 바람직하다. 미전환 탄소가 각열된 재 입자를 은폐시킴으로써 발생기의 내화성 라이닝을 보호한다.

가스 유출이 부분산화실을 떠날때 가스 유출물이 가속되어 적어도 1.0ft/Sec의 속도로 바람직하게는 5.0-50.0ft/sec되게 산화실의 출구에서 좁은 부분을 통과시킨다. 이 좁은 부분위에 측면 개구가 있어 여기 급송선이 연결되어 가스는 낮은 밀도로 인해 인출되지만 비교적 고밀도인 고체입자는 계속 통과되어 급냉수에 젖어 급냉실 바닥에 가라 앉는다. 이렇게 인출된 가스 유출물은 고체함량이 낮아졌으므로 열교환기 표면과 접촉시키는데 적당하게 된다. 만일 원한다면 가스 일부분만 인출시켜 열교환기에 인출시키고 그 나머지 가스는 물로 세정시켜서 수소제를 위한 이동 전환대역으로 도입시킨다.

본 발명을 보다 잘 이해하기 위해 설명의 목적을 위해 한가지 실예를 들어 본 발명이 어떻게 구체화되는 가를 개략적으로 간단한 방법으로 나타내는 첨부도면을 참조하기로 한다. 도면에 의하면 산화제, 연료와 증기는 각각 선 1, 2, 3에 의하여 가스 발생기 4로 도입되어 반응대역 5에서 부분적으로 산화된다. 연행된 입자를 함유하는 생성가스 유출물은 반응대역 5를 떠나면서 좁은 부분 6을 통과하여 가스의 속도가 가속되고 동시에 가스 유출물내에 연행된 입자의 속도가 증가된다. 가스가 급냉실 7로 진행할때 가스의 일부분은 급송선 8을 통하여 인출되고, 급송선 8에 의하여 폐열 보일러 9의 관내에 도입된다. 선 10에 의하여 폐열 보일러내에 도입된 물은 선 11을 통하여 유출되는 증기로 전환되고 그리고 연료로서 사용하기에 적당한 냉각된 가스가 선 12를 통하여 폐열 보일러로부터 인출된다. 합성가스의 나머지 부분은 급냉실 7로 들어가서 침지각 13을 통과하여 선 13와 급냉링 16을 통하여 급냉실 7로 도입된 급냉수 14에 배출된다. 고체입자는 물에 의하여 젖어져서 급냉실 바닥으로 가라 앉는다.

실질적으로 고체입자가 체거된 가스는 급냉실로부터 가스 출구 17을 통하여 인출된다. 검댕과 재를 함유하는 물은 필요에 따라 급냉실로부터 급냉 배출구 18을 통하여 제거된다.

다음의 예는 단지 설명할 목적으로 제시했고 본 발명의 이에만 제한되는 것은 아니다.

[표 Ⅰ]

이상의 분석을 갖는 석유 코크스를 켈리포니아 원료로 46 중량% 슬러리로 형성시키고 그리고 볼밀로 분쇄하고 213℉의 온도로 예열시킨후 14.95 입방 ft의 부피를 갖는 비충전된 가스 발생기내에 도입시킨다. 모두 348℉의 온도로 가열된 99.7% 순도의 산소와 증기를 또한 538psig의 압력으로 유지시킨 가스 발생기내에 도입시킨다. 작동 데이타는 아래표 2에 나타나 있다.

[표 2]

여러가지 컬럼의 표제에서 H₂O/F는 물대 연료비, O/C는 산소대 탄소원자비, soc는 특정 산소소모 즉 수소 및 일산화탄소 1000입방 ft당 산소의 입방 ft, %C는 합성가스내에 검댕 혹은 탄소로 나타나는 공급물내에 탄소의 양이다.

부분산화실의 약 3/1의 직경을 갖는 좁은 출구 개구를 통과함으로써 유출 가스는 초당 35ft 속도로 가속되고 측면 유출물은 첨부도면에서 나타난 방법으로 인출된다.

측면 유출물을 통하여 폐열 보일러로 가는 가스의 백분율, 가스 측면 유출물내의 탄소의 양과 통상적 급냉에 관한 가스 유출물의 나머지내의 탄소 %에 관한 자료가 하기 표 3에 기재되어 있다.

[표 3]

주기 측면 유출물내에 급냉처리되는 가스내에 급냉배출구로부터 회수된 고체물질의 분석은 81.23 중량% 탄소, 2.02 중량% 황과 15.5 중량% 재를 함유하는 것으로 나타난다.

전술한 대로 본 발명의 범위와 정신으로부터 벗어나지 않게 다양한 변경이 가능하며 그런 변경도 본 발명에 속함은 명백한 것이다.

Claims (1)

1. 탄소질 연료를 부분산화시켜 검댕과 재를 함유하는 연행된 고체입자를 포함하는 합성가스 유출물을 만들고, 상기 가스 유출물을 긴축대역을 통과시켜 그 유출속도가 적어도 매초당 5ft가 되게 가속시킴으로써 상기 고체입자의 속도도 증가되게 하며, 가속된 입자는 계속 통로를 진행하는 동안 적어도 감소된 고체함량을 가지는 가속된 가스 유출물의 일부를 측면유출물로 인출하는 것으로 구성되는 액체 세정처리를 하지 않는 감소된 입자함량의 합성가스 제조방법.

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