KR102038725B1 - 고형물들의 가스화를 위한 프로세스 및 장치 - Google Patents
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Abstract
산소 및/또는 스팀을 갖는 탄소질 고형물들의 가스화에서, 고형물들은 제 1 프로세스 단계 (10) 에서 CO 및 H2 로 적어도 부분적으로 전환된다. 제 2 프로세스 단계에서 (20) 에서, 이때 물 함유 스트림은 얻어진 생성 혼합물로부터 분리된다. 이러한 물 함유 스트림은 제 3 프로세스 단계 (30) 에서 최종적으로 정수부를 거친다. 이러한 정수는 상이한 순도를 갖는 세개의 스트림들 (31, 36, 37) 이 얻어지도록 실행되고, 그 중 적어도 하나는 프로세스에서 재순환된다.
Description
본 발명은 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이고, 제 1 프로세스 단계에서는 고형물들이 가스화부에서 CO 및 H2 로 적어도 부분적으로 전환되고, 제 2 프로세스 단계에서는 물 함유 스트림이 분리되고, 제 3 프로세스 단계에서는 제 2 프로세스 단계에서 얻어진 물-함유 스트림이 정수부를 거친다.
가스화는 고형물 매터의 적어도 일부가 가스 최종물로 전환되는 물리 화학적 프로세스로서 칭해진다. 가스 최종물은 일산화탄소 (CO) 및 수소 (H2) 로 주로 이루어지는 혼합물이다. 지금까지 단지 불완전하게 공지된 많은 반응들은 동시에 진행된다. 실제 가스화는 고형물들의 발열성 연소에 의해 실행된다. 이러한 반응의 생성물들은 고형물들 및 부가적으로 도입된 스팀과 또는 상호간에 추가로 반응할 수 있다. 연소 반응을 제외하고, 모든 본질적인 반응들은 평형 반응들이므로 전환은 또한 가역 방향으로 진행될 수 있다. 석탄 가스화에서의 비교적 고온들 (600 내지 1600 ℃) 에서, 생성물 가스들의 조성은 일반적으로 평형 상태에 매우 가깝다.
원칙적으로, 고형물들의 가스화를 위한 세개의 상이한 프로세스 타입들이 공지되어 있다: 유동층들 (fluidized beds) 에서의 가스화, 고형물들로 형성된 고정층 (fixed bed) 에서의 가스화, 및 최종적으로 분류층 (entrained bed) 반응기에서의 가스화.
가스화 반응이 어떻게 실행되는지와 독립적으로, 가스화 반응에서 얻어지는 합성 가스 CO 및 H2 는 나중에 정제되어야만 한다. 반응 중에 스팀은 추출물 (educt) 로서 요구되고 물은 가능한 반응 생성물들 중 하나이므로, 다른 것들 중에서 물은 가스 스트림으로부터 제거되어야만 한다.
분리된 물의 스트림에서, 고형물들, 암모니아, 페놀들 등과 같은 추가의 불순물들이 포함되므로 물의 스트림은 정제되어야만 한다.
그러한 프로세스는 예를 들면 DE 41 07 109 C1 로부터 공지되어 있다. 고형물 연료들은 미처리 가스 (raw gas) 를 발생시키기 위한 산소 및 스팀을 함유하는 가스화 매체와 함께 10 내지 100 바의 범위의 압력에서 가스화된다. 가스화로부터 나오는 미처리 가스는 20 내지 200 ℃ 의 온도들로 냉각되고, 물이 풍부한 응축물이 얻어진다. 응축물은 분리되고 적어도 부분적으로 증기화되고, 응축물 증기 및 염 함유 소금물은 분리되어 회수된다. 염 함유 소금물은 태워지고, 응축물 증기는 정제된 미처리 가스에 부분적으로 부가된다.
DE 35 15 484 에는 생성물 가스의 단계적인 냉각에서 얻어진 응축물이 순환하는 물로써 충전된 세정기-쿨러에서 냉각되는 것이 설명되어 있고, 그에 따라 할로겐들은 대부분 세정된다. 120 내지 220 ℃ 의 온도들을 갖는 사용된 세정수는 보다 낮은 압력으로 팽창되고, 플래쉬 스팀 (flash steam) 및 액체 상이 얻어진다. 할로겐들이 실제적으로 없는 플래쉬 스팀이 배출되고 대부분의 액체 상은 세정기-쿨러 내에서 재차 가압되고, 잔여 액체 상은 폐기부로 공급된다.
DE 32 07 779 A1 에는 합성 가스로부터 얻어진 응축물이 팽창되고 물로 대부분 이루어진 응축물 상이 회수되는 분리 수단으로 공급되는 것이 설명되어 있다. 응축물 상은 미처리 가스 스트림을 냉각하는 데 사용하기 전에 보다 차가운 가스와 직접 접촉되어 냉각된다. 가열된, 스팀-함유 냉각 가스는 연소부로 공급되고 예를 들면 반응기를 가열하기 위해 사용된다.
DD 147679 에는 고형물들이 풍부한 스트림이 고형물들이 부족한 스트림으로부터 분리되는 하이드로클론으로부터 기원하는 물로 실질적으로 이루어지는 스트림의 재순환이 설명되어 있다. 고형물들이 부족한 오버 플로우 스트림은 가스화 장치의 추출물 스트림에 혼합되고 반응에서 요구되는 스팀을 위한 소스로서 역할을 한다. 고형물들이 풍부한 언더 플로우 스트림은 추가의 정제를 위해 대기압에서 증류된다.
GB 2 198 744 A 에는 최종적으로 가스들의 분리 후에 폐수 스트림이 증기화 수단 내로 안내되는 고정층에서의 석탄 가스화가 설명되어 있다. 그곳으로부터, 가스 성분이 가스화 매체로서 반응기 내로 재순환된다.
그와 달리 대량의 고형물들을 부분적으로 함유하는 물의 스트림들의 재순환들은, 완전히 상이한 프로세스들로부터 공지되어 있다. 예를 들면, US 5,586,510 은 회전식 킬른 (kiln) 에서 시멘트의 생성을 설명하고, 시멘트 생성에서 얻어진 슬러지가 회전식 킬른 내로 재순환되고, 그곳에서 미립화되고 태워진다.
모든 프로세스들은 대량의 폐수가 프로세스에서 추가로 사용될 수 없는 것이 공통적이다. 따라서, 환경 표준들이 폐기 중에 준수되도록 스트림 또는 스트림들을 프로세싱하기 위해 값비싸고 비용이 많이드는 폐수 후처리는 필수적이다.
따라서 본 발명의 목적은 고형물들의 가스화에서 폐수의 생성을 감소시키기 위한 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 제 1 항의 특징들을 갖는 프로세스에 의해 달성된다. 탄소질 고형물 매터는 가스화되고 산소 및 스팀의 존재하에서 일산화탄소 및 수소로 적어도 부분적으로 전환된다. 이때 생성된 가스 혼합물은 액체 분량들 (fractions) 이 가스 분량들로부터 분리되는 분리 디바이스에 공급되고, 소위 미처리 가스 스트림 및 물 함유 스트림이 얻어진다. 물 함유 액체 스트림은 최종적으로 정수부를 거친다.
본 발명에 따르면, 정수는 상이한 순도를 갖는 세개의 스트림들이 얻어지도록 실행된다. 제 1 스트림은 거의 물만으로 이루어진 가장 높은 순도를 갖고, 다음의 조성을 갖는다:
제 1 스트림에 함유된 물질들
따라서 그러한 스트림은 스팀 발생을 위해 사용되는 데 적절하다. 스트림이 이러한 제한값들에 도달하지 않을 때에, 제 1 스트림은 플랜트 내측에서 냉각수로서 사용될 수 있다.
제 2 스트림은 중간 순도를 갖는다:
제 2 스트림에 함유된 물질들
제 3 스트림은 가장 낮은 순도를 갖고 높은 고형물들 함유량을 지닌다:
제 3 스트림에 함유된 물질들
본 발명에 따른 절차는 이들 세개의 스트림들의 각각의 재순환을 제공한다. 그러한 가장 높은 순도를 갖는 물의 스트림이 스팀 발생부의 물 유입구에 공급되고; 그러한 중간 순도를 갖는 물의 스트림이 가스화 반응기에서 얻어진 애쉬의 추가의 처리부에 공급되고; 및/또는 그러한 가장 낮은 순도를 갖고 고형물들이 풍부한 물의 스트림이 가스화 반응기 내로 다시 안내된다.
모든 세개의 스트림들이 가스화 유닛 자체 내측에서 재순환될 때에 특히 유리하다. 프로세스에서 얻어진 폐수의 양은 이로써 현저하게 감소될 수 있을 뿐만 아니라, 실제적으로 완전히 제로로 보다 낮아질 수 있다.
동시에, 중간 및 가장 낮은 순도를 갖는 스트림들은 또한 가스화 구역 내에서 함께 재순환될 수 있고, 함유된 유기 성분들의 특히 높은 이용률이 달성될 수 있다.
부분적으로, 제 1 스트림의 순도는 스팀 발생을 위해 필수적인 순도에 도달하지 않는다. 동일한 pH 값에 있어서 이때 제 1 스트림은 개별적인 성분들이 표 1 에 나타낸 농도와 비교되는 바와 같이 3 배, 부분적으로 심지어 6 배의 농도로 존재하는 조성을 갖는다. 이러한 조성을 갖는 스트림은 냉각수가 증기화되지 않고 프로세스의 임의의 지점에서 냉각수 스트림으로서 사용될 수 있거나 또는 가스화 플랜트의 냉각 타워에 부가될 수 있다.
본 발명의 유리한 양태에서, 가장 낮은 순도를 갖는 스트림은 제 1 단계에서 디캔팅 (decanting) 에 의해 분리된다. 예를 들면 증기화에 의해 물 함유량을 추가로 낮추는 것이 가능하다. 제 2 단계에서, 남아 있는 스트림은 나중에 역삼투로 공급된다. 역삼투는 액체들에 용해된 물질들을 농축하기 위한 물리적인 프로세스이고, 여기서 삼투의 본래 프로세스가 압력에 의해 반대로 된다. 소정 물질의 농도가 감소되야 하는 매체는 농도가 반투성 멤브레인에 의해 증가되어야만 하는 매체로부터 분리된다. 본 경우에서, 물의 유입 스트림에서 고형물들의 농도는 낮아지고 가장 낮은 순도를 갖는 배출 스트림에서 증가되어야만 한다. 농도가 증가되어야만 하는 그러한 매체는 농도 평형화를 위한 삼투 요구에 의해 얻어진 압력보다 높아야 하는 압력에 노출된다. 이는 확산 (propagation) 방향에 반대로 입자들의 이동을 발생시킨다. 본 프로세스에서, 그로 인해 정제된 제 1 스트림은 가장 높은 순도를 갖는 스트림 및 중간 순도를 갖는 스트림을 얻도록 바람직하게 다시 한번 제 2 역삼투를 거친다.
중간 순도를 갖는 스트림의 일부들은 또한 역삼투의 상류의 이온 교환기에 의해 얻어질 수 있다. 이온 교환기 및 역삼투로부터 중간 순도를 갖는 두개의 부분적인 스트림들은 나중에 혼합된다.
세개의 스트림들을 분리하기 전에 및/또는 그 물 함유량이 89 중량 % 이하, 바람직하게 50 중량 % 이하 및 특히 바람직하게 30 중량 % 이하인 가장 낮은 순도를 갖는 스트림의 분리와 역삼투 사이에서, 탈질화 작용, 질화 작용 및/또는 유기 화합물들의 제거와 같은 추가의 정제 단계들이 제공될 수 있다.
탈질화 작용은 멤브레인에 결합된 소정 종속 영양체 및 일부 독립 영양체 박테리아에 의해 분자형 질소 (N2) 로의 질산염 (NO3) 에 결합된 질소의 전환이라는 것이 이해될 것이다. 박테리아가 에너지를 발생시키는 역할을 하는 이러한 프로세스에서, 유기 물질들, 황화 수소 (H2S) 및 분자형 수소 (H2) 와 같은 다양한 산화 가능한 물질들 (전자 도너들) 은 분자형 산소 (O2) 의 무존재 (무산소 조건들) 에서 옥시던트 (산화제) 로서 질산염에 의해 산화된다.
질화 작용은 질산염 (NO3) 으로의 암모니아 (NH3) 의 박테리아 산화를 나타낸다. 그것은 두개의 결합된 부분적인 프로세스들로 이루어진다: 제 1 부분적인 프로세스에서 암모니아는 아질산염에 의해 산화되고, 이는 제 2 부분적인 프로세스에서 질산염으로 산화된다.
유기 화합물들의 제거는 바람직하게 산소가 없는 환경에서 박테리아와 함께 혐기 처리에 의해 실행된다.
추가로, 가스화 프로세스를 위해, 예를 들면 추출물들을 사전 가열하기 위해 예를 들면 증류 프로세스들에서 스팀 공급 시스템 내측의 스팀 발생부에서 발생하는 스팀을 사용하는 것 및/또는 전기 에너지를 발생시키 위한, 예를 들면 터빈을 작동시키기 위해 스팀을 사용하는 것이 유리하다는 것을 알게되었다. 따라서, 프로세스의 물 요구치는 감소될 수 있다.
특히 가스화가 고정층 반응기에서 실행될 때에, 그곳에서 얻어진 애쉬는 외부로 플러싱 (flushed out) 되어야만 한다. 이를 위해, 중간 순도를 갖는 물의 스트림은 본 발명의 개발에 따라 사용된다.
고정층 가스화에서, 이러한 애쉬는 석탄 또는 바이오 매스와 같은 탄소질 고형물들의 반응에 의해 얻어지고 고정층의 바닥 영역에 제공된 화격자 (grate) 를 통해 떨어진다. 애쉬의 추가의 이송을 위해, 물에 도입되고 따라서 애쉬는 외부로 플러싱된다.
유동층에서 수행되는 가스화 프로세스에서, 반응기 내로 중간 순도를 갖는 스트림을 또한 재순환시키는 것이 특히 바람직하다는 것을 알게되었다.
분류 유동 가스화에서, 슬러리로서 반응기 내로 도입된 추출물에 및/또는 담금질 후에 슬래그/폐수 스트림에 중간 순도를 갖는 스트림을 혼합하는 것이 바람직하다.
추가로, 그러한 가장 높은 순도를 갖는 물의 스트림 및/또는 그러한 중간 순도를 갖는 물의 스트림은 스팀 발생부 내로의 또는 추가의 애쉬 처리부 내로의 재순환 전에 추가의 정제를 거치는 것이 필수적일 수 있다. 그러한 추가의 정제는 심지어 많은 양의 소일링 (soiling) 이 사용된 고형물 시작 재료에 의해 프로세스 내로 도입될 때 조차도 폐수의 스트림들을 주로 재순환시키기 위해 제공된다.
추가의 정제를 위해 가능한 프로세스들은 펜톤 (Fenton) 반응 (철 염들에 의해 촉매된 산성 매체에서 수소 과산화물을 갖는 유기 기질들의 산화), 오존화 (도입 오존에 의한 살균), 활성 탄소 (흡착제로서) 의 사용 및/또는 수산화 칼슘의 부가 (이온 교환에 의해 물 경도를 보다 낮추기 위해) 와 같은 화학적 프로세스들일 수 있다. 추가의 침전제 또는 응고제의 사용이 또한 고려될 수 있다. 뿐만 아니라, 세퍼레이터들 및/또는 오물 처리 플랜트가 또한 사용될 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 유리한 양태는 고형물들이 고정층에서 가스화되도록 제공한다.
고정층 가스화에서 고정층 위에 가장 낮은 순도를 갖는 물의 스트림을 도입하는 것이 바람직하다는 것을 알게되었고, 스트림은 가능한 미세하게 분배되도록 분사된다.
분류층 반응기가 사용될 때에, 버너 플레임 내로 공급 도관들을 통해 직접 가장 낮은 순도를 갖는 물의 스트림을 공급하는 것이 고려될 수 있다. 유동층 반응기에서 유동층 위에서 미립화가 또한 고려되어야만 한다. 연료가 분류 유동 가스화에서 슬러리로서 제공될 때에, 반응기 영역 내로의 유입 전에 이러한 슬러리에 스트림을 혼합하는 것이 추천될 수 있다.
고형물 매터로서, 한편으로 석탄이 사용될 수 있다. 석탄 가스화 프로세스들은 몇십년 동안 실시되어 왔다. 다른 한편으로, 바이오 매스가 또한 시작 재료로서 역할을 할 수 있고, 재생 가능한 생 재료들은 합성 가스로 전환될 수 있다. 특히 바이오 매스의 가스화에서 상기 프로세스는 대량의 연소되지 않은 재료들이 물의 스트림에 의해 배출되므로 매우 관심을 받고 있다.
본 발명은 제 9 항의 특징들을 갖는 탄소질 고형물 매터의 가스화를 위한 플랜트를 추가로 포함한다. 따라서, 플랜트는 고형물들이 일산화탄소 및 수소로 적어도 부분적으로 전환되는 가스화 반응기, 미처리 가스가 액체, 수성 스트림으로부터 분리되는 분리 디바이스, 및 분리 디바이스에서 얻어진 수성 액체 스트림이 정제되는 정수 디바이스를 포함한다. 정수부에서 물은 상이한 순도를 갖는 세개의 스트림들로 분리된다. 제 1 도관를 통해, 가장 높은 순도를 갖는 물의 스트림이 스팀 발생부의 물 유입구로 공급되고; 제 2 도관을 통해, 그러한 중간 순도를 갖는 물의 스트림이 가스화 반응기로부터 애쉬의 추가의 처리를 위한 수단에 공급되고; 및/또는 제 3 도관을 통해 그러한 가장 낮은 순도를 갖는 물의 스트림이 가스화 반응기 내로 다시 안내된다.
유리하게, 액체 스트림으로부터 가스 분량을 분리하기 위한 디바이스는 응축기로서 또는 액적 세퍼레이터로서 구성된다. 응축기로서의 구성은 동시에 가스 스트림이 추가로 냉각된다는 이점을 갖는다. 액적 세퍼레이터가 사용될 때에, 가스 스트림은 사전에 이미 냉각될 수 있고 냉각시 회수된 열 에너지는 일부 다른 지점에서 사용될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 플랜트는 유리하게 가스화 반응기와 분리 디바이스 사이에서 가스 냉각부를 포함하고, 이는 특히 가스-액체 세퍼레이터가 액적 세퍼레이터로서 형성되고 따라서 냉각이 프로세스에서 일부 다른 지점에서 실행되어야만 할 때에 특히 추천할만 한다. 추가로, 본 발명에 따른 플랜트는 바람직하게 분리 디바이스와 추가의 애쉬 처리부 사이에 암모니아 회수 디바이스를 포함한다.
가스-액체 분리에서, 함유된 액체 스트림은 가스 냉각부로부터 디캔팅에 의해 추가로 분리되고, 실질적으로 타르들, 오일들, 페놀들 및 암모니아 (NH3) 가 분리된다.
물의 추가의 정제는 하류의 Phenosolvan® 프로세스에 의해 실행될 수 있다. Phenosolvan® 프로세스에서 페놀-함유수는 믹서-세퍼레이터 원리에 따라 다단식 추출기에서 Phenosolvan® 와 밀접하게 혼합된다. 이어진 상 분리 이후에, 대부분의 페놀들은 솔벤트에 존재한다. 이러한 프로세스는 몇 회 반복되고, 페놀-함유수 및 솔벤트는 역류로 안내된다. 솔벤트는 증류에 의해 페놀로부터 분리되고 페놀들을 재차 세정하기 위해 추출기 내로 다시 유동된다.
Phenosolvan® 프로세스를 통과한 후에, CLL 프로세스 (Chemie Linz-Lurgi®) 가 행해질 수도 있다. 이러한 프로세스에서, 산성 가스들 및 암모니아는 선택적인 스트립핑에 의해 Phenosolvan® 프로세스의 응축물로부터 제거된다.
특히 더욱 더 규제적인 환경 보호 규정들과 더불어 플랜트의 이러한 구성으로 인해, 투자 비용들 및 운영 비용들은 폐기되어야할 폐수의 값비싼 정제가 전체적으로 또는 부분적으로 생략될 수 있으므로 명백하게 보다 낮아질 수 있다. 고형물들의 메인 분량을 운반하는 스트림을 다시 가스화부에 도입시킴으로써, 에너지-소비적인 건조 작동에서 물로부터 고형물을 분리하는 것이 생략될 수 있다.
중간 순도를 갖는 물의 스트림이 애쉬를 외부로 플러싱하는 데 사용될 때에, 부가적인 신선한 물의 비용 및 중간 순도를 갖는 물의 추가의 처리 비용이 절약될 수 있다.
본 발명의 추가의 특징들, 이점들 및 가능한 적용예들은 또한 예시적인 실시형태 및 도면들의 다음의 설명으로부터 취해질 수 있다. 설명되거나 예시된 모든 특징들은 청구항에서의 그 포함 관계 또는 인용 관계와 독립적으로 그 자체로 또는 임의의 조합으로 본 발명의 주제물을 형성한다.
도 1 은 종래 기술에 따른 폐수 후처리를 포함하는 종래의 가스화 프로세스의 흐름도를 도시하고;
도 2 는 본 발명에 따른 프로세스의 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 프로세스의 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 1 에 도시된 바와 같은 종래의 프로세스에서, 고형물들은 도관 (1) 을 통해 가스화 반응기 (10) 내로 도입되고 산소는 도관 (2) 을 통해 도입된다. 동일한 또는 예시되지 않은 추가의 도관을 통해 스팀은 반응기 (10) 내에 공급된다. 도관 (14) 을 통해, 반응에 의해 형성된 가스 혼합물은 반응기 (10) 로부터 가스 냉각부 (20) 로 공급된다. 이러한 가스 냉각부로부터, 얻어진 생 합성 가스는 도관 (21) 을 통해 회수된다. 도관 (22) 을 통해, 얻어진 액체 스트림은 가스/액체 분리부 (23) 로 공급된다. 그곳으로부터, 액체 스트림은 도관 (24) 을 통해 암모니아 회수부 (25) 내로 도입된다. 가스/액체 분리부 (23) 와 암모니아 회수부 (25) 사이에, Phenosolvan® 프로세스가 제공될 수 있다 (도 1 에 도시 생략).
암모니아 회수부 (25) 로부터, 물 함유 액체 스트림은 도관 (26) 을 통해 물 처리부 (30) 내로 전달된다. 상기 물 처리부로부터, 수성 폐수는 한편으로 도관 (31) 을 통해 배출되고 가능하게 처리되어 폐수들은 폐기될 수 있다. 도관 (32) 을 통해, 대부분의 고형물 입자들을 포함하고 따라서 또한 슬래그 스트림으로서 칭해지는 스트림은 회수된다. 고형물을 포함하는 스트림은 함유된 물이 에너지 공급에 의해 증기화되고 대기로 탈출하는 건조기 (33) 에 공급된다. 이때 건조된 슬래그는 예를 들면 폐기 현장으로 보내질 수 있다.
가스화 반응기 (10) 로부터, 특히 그것이 고정층 가스화일 때, 애쉬는 도관 (11) 을 통해 배출되고 추가의 애쉬 처리부 (12) 에 공급된다. 고형물 애쉬를 이송하도록, 애쉬 스트림은 소위 보급수에 의해 유동 가능하게 된다. 도관 (40) 을 통해, 보급수는 소스로부터 추가의 애쉬 처리부 (12) 에 공급된다. 이때 유동 가능한 애쉬는 도관 (13) 을 통해 회수된다.
이러한 프로세스에서, 폐수 후처리로부터 얻어진 물은 폐수로서 폐기되지만, 프로세스 내로 재순환되지 않는다. 대신에, 신선한 물이 프로세스의 일부 다른 지점에 공급된다.
도 2 는 본 발명에 따른 프로세스의 구성을 흐름도로 도시하고, 가스화될 고형물들은 마찬가지로 도관 (1) 을 통해 가스화 반응기 (10) 에 공급되고 산소는 도관 (2) 을 통해 공급된다. 가스화 반응기 (10) 로부터 애쉬는 도관 (11) 을 통해 회수되고 추가의 애쉬 처리부 (12) 에 공급된다. 이러한 추가의 애쉬 처리부로부터, 애쉬는 이때 도관 (13) 을 통해 회수된다.
본 발명의 예시된 실시형태에서, 가스화 장치 (10) 는 고정층 반응기로서 구성되고 외부 물 재킷을 갖는 실질적으로 원통형 수직 반응기를 포함한다. 석탄 또는 바이오 매스는 위로부터 통문을 통해 반응기의 내부에 존재하는 고형물들 분배기로 도입되고, 고정층은 반응기 (10) 의 보다 낮은 영역에 배열된 회전식 화격자 상에 놓이도록 형성된다. 이러한 보다 낮은 영역으로부터 산소 및 스팀은 또한 분사된다. 상승하는 뜨거운 가스들로 인해 사용된 석탄 또는 바이오 매스의 건조 뿐만 아니라 물리적으로 흡수된 가스들의 탈착이 가스화 장치 (10) 의 상부 부분에서 발생한다. 건조 구역 아래에 반응 구역이 위치되고, 반응 구역의 상부 부분에서 석탄 또는 바이오 매스의 가스 제거가 발생된다. 반응 구역 내측에서는, 가스 제거 이후에 Boudouard 반응에 따른 석탄 또는 바이오 매스의 실제 가스화가 이어진다. 이어지는 맨 아래 구역에서, 석탄 또는 바이오 매스의 연소 뿐만 아니라 물 가스 반응 및 물 가스 이동 반응이 발생된다. 그로 인한 애쉬는 화격자를 통해 떨어지고 그곳으로부터 추가로 배출된다. 위로부터 떨어지는 석탄 또는 바이오 매스에 대해 역류로 안내되는 뜨거운 가스들은 고정층 위에 제공된 가스 벤트를 통해 회수된다.
도관 (14) 을 통해, 가스화 반응에 의해 얻어진 가스 혼합물은 반응기 (10) 로부터 회수되고 쿨러 (20) 에 공급된다. 냉각으로 인해 생 합성 가스가 얻어지고, 이는 도관 (21) 을 통해 회수된다. 도관 (22) 을 통해, 물 함유 액체 스트림은 가스-액체 세퍼레이터 (분리 디바이스 : 23) 내로 유동한다. 물론 가스 및 액체의 분리만이 가스 쿨러 (20) 에서의 응축에 의해 실행되는 것이 또한 고려될 수 있다.
응축기로서 또는 액적 세퍼레이터로서 형성될 수 있는 가스-액체 세퍼레이터 (23) 로부터, 얻어진 액체 스트림은 도관 (24) 을 통해 암모니아 회수부 (25) 로 재순환된다. 가스/액체 분리부 (23) 와 암모니아 회수부 (25) 사이에, Phenosolvan® 프로세스가 제공될 수 있다 (도 2 에 도시 생략). 암모니아 회수부 (25) 로부터, 도관 (26) 은 이때 물 처리부 (30) 내에 이른다. 그곳에서 얻어진 수성 스트림은 세개의 스트림들로 분할된다. 가장 높은 순도를 갖는 그러한 스트림은 도관 (31) 을 통해 예시되지 않은 스팀 발생부에 공급된다. 이때 그곳에서 발생된 스팀은 실제 가스화 프로세스에서 열매체로서, 예를 들면 추출물들을 가열하기 위해 사용되거나, 또는 하류의 터빈에서 에너지 발생을 위해 사용될 수 있다. 원칙적으로 냉각 회로 내에 냉각수로서 물의 스트림을 공급하는 것이 또한 고려될 수 있다. 가능하게, 이러한 스트림의 추가의 예시되지 않은 정제는 필수적일 것이다.
도관 (37) 을 통해, 중간 순도를 갖는 스트림은 추가의 애쉬 처리부 (12) 로 안내되고 그곳에서 유체화 작용제로서 역할을 한다. 보급수의 도입은 이로써 완전히 생략될 수 있다. 가능하게, 추가의 정수부 (38) 가 또한 도관 (37) 에서 이러한 스트림을 위해 제공될 수 있다.
도관 (36) 을 통해, 대부분의 고형물들을 운반하는 그러한 스트림은 최종적으로 가스화부로 다시 이송된다. 반응기 (10) 가 고정층 반응기로서 구성될 때에, 위로부터 고정층 상으로 고형물을 운반하는 스트림을 분무하는 것이 추천된다. 따라서, 고형물들의 에너지-소비적인 그리고 따라서 값비싼 건조는 생략될 수 있다. 뿐만 아니라, 여전히 함유된 가치 있는 생성물들은 따라서 가스화부에 공급될 수 있다.
이러한 프로세스에 의해, 어떠한 폐수들도 얻어지지 않는, 고형물들을 위한 가스화를 제공하는 것이 가능하다.
1, 2 도관
10 가스화 반응기
11 도관
12 추가의 애쉬 처리부
13, 14 도관
20 쿨러
21, 22 도관
23 분리 디바이스
24 도관
25 암모니아 회수부
26 도관
30 물 후처리부
31, 32 도관
33 고형물들 건조부
34-37 도관
38 물 후처리부
40 도관
10 가스화 반응기
11 도관
12 추가의 애쉬 처리부
13, 14 도관
20 쿨러
21, 22 도관
23 분리 디바이스
24 도관
25 암모니아 회수부
26 도관
30 물 후처리부
31, 32 도관
33 고형물들 건조부
34-37 도관
38 물 후처리부
40 도관
Claims (10)
- 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스로서,
제 1 프로세스 단계에서, 상기 탄소질 고형물들은 가스화부에서 CO 및 H2 로 적어도 부분적으로 전환되고,
제 2 프로세스 단계에서, 물 함유 액체 스트림은 가스 스트림으로부터 분리되고,
제 3 프로세스 단계에서 상기 물 함유 액체 스트림은 정수부를 거치고,
상기 정수부에서 상기 물 함유 액체 스트림은 상이한 순도를 갖는 세개의 스트림들로 분리되고,
가장 높은 순도를 갖는 물의 제 1 스트림은 스팀 발생부에 공급되고,
중간 순도를 갖는 물의 제 2 스트림은 고형물들 슬러링 (slurrying) 에 공급되고, 상기 고형물들 슬러링은 고형물들 가스화부로부터 애쉬를 외부로 플러싱하고, 및
가장 낮은 순도를 갖는 물의 제 3 스트림은 상기 고형물들 가스화부 내로 재순환되는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 1 항에 있어서,
상기 중간 순도를 갖는 물의 제 2 스트림 및 상기 가장 낮은 순도를 갖는 물의 제 3 스트림은 혼합되고 상기 고형물들 가스화부 내로 함께 재순환되는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
제 1 단계에서 상기 가장 낮은 순도를 갖는 물의 제 3 스트림은 디캔팅에 의해 분리되고,
제 2 단계에서 상기 가장 높은 순도를 갖는 물의 제 1 스트림 및 상기 중간 순도를 갖는 물의 제 2 스트림은 역삼투 프로세스에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스팀 발생부에 의해 발생된 상기 스팀은 스팀을 상기 가스화 프로세스에 공급하기 위해 및/또는 전기 에너지를 발생시키기 위해 사용되는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 가장 높은 순도를 갖는 물의 제 1 스트림, 및/또는 상기 중간 순도를 갖는 물의 제 2 스트림은 재순환되기 전에 추가의 정제를 거치는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 탄소질 고형물들의 상기 가스화는 고정층에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 7 항에 있어서,
상기 가장 낮은 순도를 갖는 물의 제 3 스트림은 상기 고정층 위에서 상기 고형물들 가스화부 내로 분무되는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 프로세스. - 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 프로세스를 수행하기 위한 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 플랜트로서,
상기 탄소질 고형물들이 CO 및 H2 로 적어도 부분적으로 전환되는 가스화 반응기 (10) 와,
상기 가스화에 의해 얻어진 생 합성 가스로부터 물 함유 액체 스트림이 분리되는 분리 디바이스 (20) 및
상기 물 함유 액체 스트림이 정제되는 정수 디바이스 (30) 를 갖고,
상기 정수 디바이스 (30) 는 상기 물 함유 액체 스트림이 상이한 순도를 갖는 세개의 스트림들로 분리되고, 상기 정수 디바이스 (30) 는, 도관 (31) 을 통해 스팀 발생부와 연결되고, 및/또는 도관 (37) 을 통해 고형물들 슬러링과 연결되거나 또는 슬러리 입구를 위한 도관을 통해 상기 반응기 (10) 내로 연결되고, 및/또는 도관 (36) 을 통해 상기 가스화 반응기 (10) 와 연결되고, 상기 고형물들 슬러링은 고형물들 가스화부로부터 애쉬를 외부로 플러싱하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물들의 가스화를 위한 플랜트. - 제 9 항에 있어서,
상기 분리 디바이스 (20) 는 응축기 또는 액적 세퍼레이터인 것을 특징으로 하는, 탄소질 고형물의 가스화를 위한 플랜트.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102012013139.9 | 2012-07-03 | ||
| DE102012013139.9A DE102012013139B4 (de) | 2012-07-03 | 2012-07-03 | Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung von Feststoffen |
| PCT/EP2013/058337 WO2014005738A1 (en) | 2012-07-03 | 2013-04-23 | Process and apparatus for the gasification of solids |
Publications (2)
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