KR101797256B1 - 합성 가스를 생산할 때 합성 가스의 재순환 및 탄소 주입을 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 방법에 관한 것으로서, 가스화 반응기(2) 내로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고 또한 분말 재료(C)가 유입 영역을 통해 가스화 반응기(2) 내로 도입되고, 라발 노즐(15)을 통해 음의 압력이 분말 재료(C)를 위한 상기 유입 영역에서 발생되고 또한 프로세스 가스(P)가 라발 노즐(15)을 통과할 때 음의 압력이 생성되게 된다. 방법은 또한 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도힙하기 위한 장치에 관련된다. 본 발명에 따른 방법은 프로세스 가스(P)가 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)에서 팽창하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 고형 탄소 입자들로부터 합성 가스를 생산할 때 가스들의 재순환과 탄소 주입을 위한 방법과 장치에 관한 것으로서, 상기 탄소 입자들은 열분해에 의해 얻고 또한 탄소 입자들의 가스화는, 탄소 입자들이 위치하는 동일 공간에서 프로세스 가스가 있는데서 간접적으로 탄소 입자들을 가열함으로써 이루어지고, 반응 생성물은 재순환되고 또한 가스화 동안에서 생산되는 합성 가스는 상기 공간에서부터 방출된다. 가능한 가장 좋은 효과를 이루기 위하여, 상기 장치는 가스들을 초음속으로 가속하고 또한 분말 탄소의 주입을 위한 음의 압력과 그리고 가스화 반응기에서 가스와 분말 탄소를 위한 긴 체류시간(dwell time)을 생성하기 위한 라발 노즐(Laval nozzle)을 포함한다.
가스화 프로세스에서 탄소-함유(carbon-bearing) 재료의 가스화가 이루어지도록 하기 위하여 탄소-합성 가스를 생산할 때 탄소 주입을 위한 장치가 필요하다.
고체연료로부터 가스연료를 생산하기 위한 프로세스가 가스화(gasification)이다. 이 기술은, 석탄, 석탄의 부산물, 석유 잔류물(petroleum residues), 폐기물 및 바이오매스에 사용된다. 반응은 아화확론적 연소(substoichiometric combustion)에 의해 가열되고 그리고 그런 다음에 흡열성인, 반응들을 수행하기 위하여 열을 소모함에 따라 형성되는 탄소([C] 환원제), 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)와 반응하는 산화가스(oxidising gases)(예컨대, CO2 및 H2O)를 기반으로 한다. 일산화탄소(CO)와 수소(H2)의 가스 혼합은 여기에서 합성 가스로 부른다.
한가지 통상적인 가스화 방법은, 과열증기(superheated steam)을 공급하는 동안 탄소-함유 재료들의 높은 아화학론적 연소이다. 연소되지 않지만 과열된 탄소는 공급된 연료가스와 증기와 반응한다. 탄소(C)는 이산화탄소(CO2)를 일산화탄소(CO)로 환원하고 또한 수증기(H2O)를 수소(H2)로 환원한다. 소모된 열은 온도를 낮추고 또한 반응도(reactivity)를 줄인다. 탄소 반응도는 높은 온도 종속성(temperature-dependent)인 한편, 반응의 평형(equilibrium)은 온도 종속성이다. 비록 공기기반(air-based) 연소가 발견된다고 하지만, 현재 가스화와 관련해 산소기반(oxygen-based) 연소방법이 주도적인 연소방법이다. 대부분의 프로세스들은 가압시스템(pressurised system)을 기반으로 한다. 증기와 산소는 쉽게 가압되지만 드물게 문제를 야기시킨다. 예컨대, 반응기 내로 분말재료(pulverulent material)의 도입은, 가스화 반응기 외측의 대기와 내측 압력 간에 압력차이가 있고, 이는 극복하여야 한다는 것을 의미한다.
상기에서 언급한 것과 같은 석탄, 석탄 부산물, 석유 잔류물, 폐기물 및 바이오매스와 같은 탄소-함유 재료들의 가스화와 관련된 문제점들은, 탄소-함유 재료의 완전한 가스화를 이루기 위해 상당히 긴 시간주기 동안에 상당히 높은 온도를 유지하고, 환원제(탄소)와 산화가스(CO2 및 H2O)를 충분히 혼합하고 그리고 가스화 반응기 외측의 대기와 내측의 압력차이를 극복하는데 있다. 만일 시간과 온도를 유지할 수 없다면, 반응이 완전하게 수행될 수 없게 되고, 불충분한 혼합 또한 불완전한 반응을 이끌 수 있다.
본 발명은 합성 가스를 생산할 때 관형 인젝터로 분말재료를 주입하는 탄소 주입을 위한 장치이고, 여기서 고체재료는 반응기의 중심 내로 들어가게 되고, 또한 탄소가 인젝터 내로 흡입되고 하고 또한 탄소를 가스화 반응기 내로 분배하는 강한 음의 압력을 생성하기 위해 가스를 산화하는 라발형(Laval type)의 주변노즐(surrounding nozzle)은 압력증가를 실행하고, 반응기에서 체류시간을 연장시키고 또한 반응기 내에서 동질의 혼합을 생성한다. 산화가스의 운동량(momentum)은 도입중인 산화가스와 재료로 가스화 반응기에서 합성 가스의 다양한 혼합을 일으킨다. 가스 운동량에 의해 생성되는 음의 압력은 반응기의 단부에 제공되는 채널들에 있는 인젝터를 통해 가스화 반응기 내 합성 가스의 일부를 재순환시킴으로써 제어될 수 있다.
본 발명의 제1목적은 도입부에서 규정된 유형의 장치를 제공하는 것이고, 본 발명의 필수적인 원리는 인젝터로 가스화 반응기 내로 분말재료의 도입을 용이하게 하기 위하여 음의 압력을 생성하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 산화가스와 분말재료가 가스화 반응기 내로 도입될 때 산화가스와 분말재료 간에 다양한 교반(agitation)을 생성하고 또한 가스화 반응기 내에서 합성 가스를 재순환하여, 온도와 구성요소들의 균일화를 달성하는 것이다. 이는, 반응기 내에서 체류시간이 길어지게 하여, 보다 작고 경제적인 반응기 디자인이 이루어지게 한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 이러한 방식에서 인젝터를 통해 합성 가스를 재순환시키고 또한 분말재료가 가스화 반응기 내로 도입될 때 음의 압력을 제어하는 것이다.
적어도 본 발명의 제1목적은 독립 청구항 제1항에 특정된 특징들을 가지는 장치에 의해 이루어진다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에서 규정된다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 방법으로서, 가스화 반응기(2) 내로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고 또한 분말 재료(C)가 유입 영역을 통해 가스화 반응기(2) 내로 도입되고, 라발 노즐(15)에 의해 음의 압력이 분말 재료(C)를 위한 상기 유입 영역에서 발생되고 또한 프로세스 가스(P)가 라발 노즐(15)을 통과할 때 음의 압력이 생성되게 되는 방법에 있어서, 프로세스 가스(P)는 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)에서 팽창하고, 분말 재료는 분말 탄소(C)로 구성되며, 분말 탄소(C)가 가스화 반응기(2) 내로 도입될 때 이차 반응 생성물(RS)이 노즐(1) 내로 흡입되고 분말 탄소(C)와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2) 내에 위치한 입자들과 가스를 흡입하여, 가스화 반응기(2) 내에서 가스들과 입자들의 체류시간을 연장하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2)에서 가스들과 입자들의 재순환을 일으켜, 가스 구성요소에서 농도 차이를 보상하고, 가스화 반응에 따른 온도 변화들을 보상하고 그리고 가스화 반응기(2)에 배열된 버너(4)들 둘레에 고정 베드(stationary bed)를 최소화하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 장치로서, 가스화 반응기(2)로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고, 장치는 주입노즐(1)로 구성되고, 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 중앙 튜브/중앙 채널(6)이 제공되고 또한 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 프로세서 가스(P)를 도입하기 위한 중앙 튜브(6)의 외측에 배열되는 라발 노즐(15)을 포함하며, 중앙 튜브/중앙 채널(6)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5) 내로 직접 통하는 장치에 있어서, 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2)로부터 중앙 튜브/중앙 채널(6) 내로 이차 반응 생성물(RS)을 재순환하기 위한 추가 채널(14)들을 포함하고 또한 상기 추가 채널(14)들은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)으로부터 떨어지게 배향되는 주입노즐(1)의 단부의 영역 내 중앙 튜브/중앙 채널(6)과 연통하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
또한, 라발 노즐(15)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)을 향하도록 배향된 주입노즐(1)의 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
본 발명의 한 측면에 따르면, 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 방법으로서, 가스화 반응기(2) 내로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고 또한 분말 재료(C)가 유입 영역을 통해 가스화 반응기(2) 내로 도입되고, 라발 노즐(15)에 의해 음의 압력이 분말 재료(C)를 위한 상기 유입 영역에서 발생되고 또한 프로세스 가스(P)가 라발 노즐(15)을 통과할 때 음의 압력이 생성되게 되는 방법에 있어서, 프로세스 가스(P)는 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)에서 팽창하고, 분말 재료는 분말 탄소(C)로 구성되며, 분말 탄소(C)가 가스화 반응기(2) 내로 도입될 때 이차 반응 생성물(RS)이 노즐(1) 내로 흡입되고 분말 탄소(C)와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2) 내에 위치한 입자들과 가스를 흡입하여, 가스화 반응기(2) 내에서 가스들과 입자들의 체류시간을 연장하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2)에서 가스들과 입자들의 재순환을 일으켜, 가스 구성요소에서 농도 차이를 보상하고, 가스화 반응에 따른 온도 변화들을 보상하고 그리고 가스화 반응기(2)에 배열된 버너(4)들 둘레에 고정 베드(stationary bed)를 최소화하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 장치로서, 가스화 반응기(2)로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고, 장치는 주입노즐(1)로 구성되고, 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 중앙 튜브/중앙 채널(6)이 제공되고 또한 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 프로세서 가스(P)를 도입하기 위한 중앙 튜브(6)의 외측에 배열되는 라발 노즐(15)을 포함하며, 중앙 튜브/중앙 채널(6)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5) 내로 직접 통하는 장치에 있어서, 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2)로부터 중앙 튜브/중앙 채널(6) 내로 이차 반응 생성물(RS)을 재순환하기 위한 추가 채널(14)들을 포함하고 또한 상기 추가 채널(14)들은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)으로부터 떨어지게 배향되는 주입노즐(1)의 단부의 영역 내 중앙 튜브/중앙 채널(6)과 연통하는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
또한, 라발 노즐(15)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)을 향하도록 배향된 주입노즐(1)의 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치가 제공된다.
본 발명에 따라, 라발 노즐로부터의 강한 음의 압력은 가스화 반응기에서 탄소와 프로세스 가스의 집단류 간에 비율을 제어하여, 최적의 반응 상태를 달성하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따라 합성 가스를 생성할 때 탄소 주입을 위한 장치의 개략도로서, 상기 개략도는 도표 형식으로 탄소 주입을 수행하기 위한 장치를 형성하는 유닛을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따라 합성 가스를 생성할 때 탄소 주입을 위한 한 실시예의 개략도로서, 상기 개략도는 도표형식으로 탄소 주입을 수행하기 위한 장치를 형성하는 유닛들을 보여준다.
도 2는 본 발명에 따라 합성 가스를 생성할 때 탄소 주입을 위한 한 실시예의 개략도로서, 상기 개략도는 도표형식으로 탄소 주입을 수행하기 위한 장치를 형성하는 유닛들을 보여준다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 분말 탄소(C)를 프로세스 가스(P)(바람직하게 증기)와 재순환된 반응 생성물(Rs)(합성 가스)과 혼합하는 주입노즐(1)로 분말 탄소(C)가 공급되는 가스화 프로세스에서 탄소 주입을 위한 장치를 보여주는 도면이다. 주입노즐(1)로부터의 혼합물은 간접적으로 가열된 가스화 반응기(2) 내에서 가열되고 또한 반응한다. 이를 위해, 가스화 반응기(2)는 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)으로 연장하는 버너(4)를 포함하고, 버너(4)는 가스화 반응기(2)에 직접 가열을 제공한다. 프로세스 가스(P)는 주입노즐(1)에 통합된 환형의 라발 노즐(15)을 통해 가압되고 또한 음속(마하(Mach)>1)으로 가속된다. 라발 노즐(15)은 주입노즐(1)의 중심과, 가스화 용기(2) 내로 통하는 주입노즐(1)에 통합되는 분말 탄소(C)와 재순돤 반응생성물(Rs)(합성 가스)를 위한 중앙튜브/중앙 채널(6)에서 강한 음의 압력을 생성한다.
주입노즐(1)의 중앙 튜브(6)가 가스화 용기(2) 내로 통하게 되는 영역은 분말 탄소(C)를 위한 유입 영역을 규정한다. 주입노즐(1)의 중앙/유입 영역에서 음의 압력은 분말 탄소(C)를 흡입하고 또한 반응 생성물(Rs)을 재순환시키고, 여기서 세 개의 스트림이 혼합되고 그리고 가스화 반응이 시작한다. 환형 라발 노즐(15)을 통해 초음속으로 흐르는 프로세스 가스(P)는 노즐의 주변부에서 더 재순환되게 된다. 주입노즐의 바로 정면에 있는 혼합영역(M)의 중심에서, 추가 반응 생성물이 주입노즐(1)로부터의 가스화 혼합물 내로 투입된다. 재순환된 반응 생성물(RS)로부터의 열은 가스화 반응기(2) 내 간접 방사열에 조력하여 주입된 분말 탄소(C)와 프로세스 가스(P)의 반응온도를 가스화 프로세스에 필요한 반응온도로 급격히 상승시킨다.
시설의 유닛들을 연결하는 파이프, 튜브 등을 상세히 기술되지 않거나 또는 도시되지 않는다. 파이프들과, 튜브 등은 그들의 기능을 수행하기에 적합한 방식으로, 즉 시설의 유닛들 간에 가스들과 고체 물질을 이송하기에 적합한 방식으로 설계된다.
도 1은 간접적으로 가열된 가스화 반응기(2)에 연결되는 주입노즐(1)의 원리를 보여준다. 주입노즐(1)은 프로세스 가스(P)를 초음속으로 가속시키는, 프로세스 가스(P)를 위한 라발 노즐(15)을 가진다. 환형의 라발 노즐(15)이 중앙 튜브/중앙 채널(6)의 외측에 배열된다. 프로세스에서 합성 가스(S)는 주로 가스화 반응기(2)에서 생성된다.
고체 탄소 입자(C)들이 프로세스 가스(P)와 그리고 재순환된 이차 반응 생성물(RS)의 일부와 함께 주입노즐(1)에 공급된다. 탄소 주입을 위한 음의 압력은, 이차 반응 생성물(RS)이 주입노즐(1) 내의 분리 채널(14)들을 통해 흐른다는 사실에 따라 때때로 제어할 수 있다. 탄소 입자(C)들은 바람직하게, 가스화에 앞서 열분해로부터 기원될 수 있다. 탄소 입자(C)들의 크기는 반응기에서 가장 빠른 반응을 제공하도록 만들어지는 것이 바람직하다. 프로세스 가스(P)는 증기이거나, 또는 반응기를 가열하는 연소단계로부터 회수하고 또한 정제된 연도가스(flue gas)일 수 있다. 만일 프로세스 가스(P)가 회수한 연도가스라면, 이 연도가스는 수증기(H2O)와 이산화탄소(CO2)를 포함할 수 있다. 프로세스 가스(P)는 일반적으로, 다운스트림 열교환기에서 배출되는 합성 가스(S)로부터 회수한 열에 의해 선가열된다(preheated). 프로세스 가스(P)는 일반적으로, 초음속을 이루기 위해 반응기 압력에 관해 충분히 높은 과도 압력(excess pressure)을 가진다. 속도 마하 >1을 가지는 프로세스 가스(P)는 가스화 반응기(2) 내에서 강한 운동량(momentum)을 생성한다. 증기의 압력은 상기 열교환기 외부 온도에 의존한다. 만일 증기 대신에 연도가스를 사용한다면, 재순환된 연도가스의 압력은 일반적으로 압축기(compressor)에 의해 생성된다. 주입노즐(1) 외부의 프로세스 가스(P)의 운동량은 혼합영역(M)에서 반응영역(R)으로 도입하는 이차 반응 생성물(RS)의 재순환이 이루어지게 한다. 가스화 반응기(2)에서 일어나는 반응은, 탄소(C)가 프로세스 가스(P)(H2O 및 CO2) 내용물을 합성 가스(S)(H2 및 CO)으로 환원하는(reduce) 것이고, 이 환원은 간접적으로 가열하는 버너(4)에 의해 프로세스에 공급되는 열을 소모한다. 열은 버너(4)로부터 방사에 의해 가스화 반응에 공급되고, 방사관(radiant tube) 내측에서 연소가 일어나, 연료(F)와 산화제(O)가 연소하여 가스화 흐름에서부터 분리되는 연도가스를 제공한다. 가스화 반응기(2)에서 버너(4)와 프로세스 가스(P) 또는 이의 반응 생성물 간에 직접적인 가스 생성은 없다. 프로세스 가스(P)에 초음속을 부여함으로써, 주입노즐(1)은 반응기(2) 내에서 연장된 체류시간을 제공하고 또한 가스화 반응이 평형상태에 가깝게 수행될 수 있다. 이는 또한, 탄소 입자(C)들에 대해 가장 큰 정도의 연소(burn-out)가 이루어지게 한다.
배출되는 합성 가스(S)는 연소목적을 위한 에너지 가스로서 또는 연료들을 액화하기 위해 추가 정제를 위한 기반(basis)으로서 사용될 수 있다(전형적인 차량 연료, 메탄올 생성물 등을 위한 피셔-트로프슈(Fischer-Tropsch) 프로세스).
주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내에서 상이한 시스템 압력을 처리하도록 설계된다. 반응기(2) 내 압력은 대기압에서부터 매우 높은 압력(>100 바(bar))까지 제어될 수 있다. 주입노즐(1)은 전형적으로, 가스화 반응기(2) 내 세라믹 내벽(ceramic lining)에 적합한 세라믹 부분과 그리고 내열 강철로 이루어지는 외측 부분을 가지도록 설계되고, 탄소(C), 프로세스 가스(P)와 재순환된 반응 가스(RS)를 위한 채널들이 위치하고 또한 궁극적으로 함께 노즐의 저단 외부로 노출된다. 주입노즐은 항상 가스화 반응기(2) 내 시스템 압력보다 높은 프로세스 가스(P)를 의한 공급 압력을 가져야만 한다. 또한 이 압력 차이는, 압력이 직선 튜브들을 가지는 표준 주입기에 비해 높기 때문에 프로세스 가스(P)의 집단류(mass flow)에 관해서 강한 음의 압력을 생성한다. 라발 노즐(15)로부터의 이 강한 음의 압력은 가스화 반응기(2)에서 탄소(C)와 프로세스 가스(P)의 집단류 간에 비율을 제어하여, 최적의 반응 상태를 달성하는데 유익하다.
합성 가스(S)의 최대 생산량을 이루기 위해, 주입노즐(1)에 대한 재료의 선택은, 반응 온도에 의존하는 가스화 반응기(2) 내 온도에 의존한다. 전형적인 값은 900 내지 1300℃의 범위 내이다. 주입노즐(1)에서 세라믹과 금속부분에 대한 재료의 선택은, 선택된 온도 레벨에 적합하도록 이루어진다. 반응영역(R)에서 온도 균일성은, 주입노즐(1) 내 채널(3)들을 통한 반응가스(RS)의 일부의 또한 혼합영역(M)을 통한 반응가스(RS)의 재순환의 결과로 정규적인 주입노즐들의 경우에서보다 한층 더 빨리 이루어질 수 있다.
가스화 반응기(2)로부터의 합성 가스(S)(H2 및 CO)는 수소와 일산화탄소를 포함할 뿐만 아니라, 도입하는 프로세스 가스(P)의 구성요소들과 선택된 온도에 따라 소정량의 이산화탄소와 메탄을 포함한다.
도 2는 합성 가스를 도입할 때 탄소 주입을 위한 장치의 실시예를 보여준다. 주입노즐(1)은 하나의 유닛을 형성하는 금속부분(11)과 세라믹부분(13)으로 구성된다. 주입노즐은 프로세스 가스(P)를 위한 라발 노즐(15)을 가지고, 이를 통해 가압된 가스가 초음속으로 가속된다. 분말 탄소(C)는 전형적으로 공급 스크류(feed screw)와 플러그 흐름(plug flow)에 의해 중앙 튜브/중앙 채널(6)에 공급되고, 여기에서 분말은 다른 채널(14)을 통해 흡입된 재순환 반응 생성물(RS)과 혼합된다. 프로세스 가스(P)(바람직하게 증기)는 세라믹 튜브를 통한 접속부(12)를 통해 라발 노즐(15)로 공급되고, 여기에서 과도 압력의 프로세스 가스(증기)는 노즐의 외부에서 팽창(+p)을 가지는 라발 노즐(15)에 의해 초음속(마하 >1)으로 강하게 가속되고 그리고 분말 탄소(C)와 재순환된 반응 생성물(RS)을 혼합 영역(M) 내로 비말(飛沫) 동반하는 중양에서 음의 압력(_p)을 생성하고, 라발 노즐(15)의 주변부 또한 음의 압력(-p)을 생성하고 또한 반응 생성물(RS)을 혼합 영역(M)내로 재순환한다.
본 발명의 가능한 수정안들
대체 실시예에서, 주입노즐은 상기에서 설명한 것과 같은 프로세스 가스와 추가 산소의 혼합물에 사용할 수 있고, 이는 혼합 영역(R)과 반응영역(M)에서 온도를 상당히 증가시킨다.
다른 대체 실시예에서, 주입노즐은 수평형(horizontal)이고, 탄소 주입(C)이 수평면에서 이루어지거나 또는 프로세스가 허용하게 되는 한 수평면에 가깝게 이루어진다.
분말 탄소(C)의 공급은 여기에서 도 2에 기술한 것과 같은 공급 스크류 대신에 유입피스톤에 의해 수행될 수 있다. 다른 대체안은, 록 피터(lock feeder)를 사용하여 유동채널(fluidised channel)을 통해 기밀 이송으로 주입노즐 내 수직 튜브에 분말 탄소(C)가 공급되게 하는 것이다.
음의 압력에 노출된 기밀 탄소 공급시스템을 사용하면, 도 2의 압력-조절 채널(14)을 최소화할 수 있거나 또는 생략할 수 있다.
상기에서 기술한 실시예에서, 이차 반응 생성물(RS)는 주입노즐(1)에 배열되는 채널(14)들을 통해 재순환된다. 이러한 배열의 대안으로서, 가스화 반응기(2)로부터 방출되는 합성 가스(S)는 주입노즐(1)의 중앙 튜브/중앙 채널(6) 내로 재순환될 수 있다. 순수하게 입자의 관점에서 보면, 이는 가스화 반응기(2)의 외부에 배열되는 재순환 파이프에 의해 이루어질 수 있다.
Claims (8)
- 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 방법으로서,
가스화 반응기(2) 내로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고 또한 분말 재료(C)가 유입 영역을 통해 가스화 반응기(2) 내로 도입되고, 라발 노즐(15)에 의해 음의 압력이 분말 재료(C)를 위한 상기 유입 영역에서 발생되고 또한 프로세스 가스(P)가 라발 노즐(15)을 통과할 때 음의 압력이 생성되게 되는 방법에 있어서,
프로세스 가스(P)는 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)에서 팽창하고, 분말 재료는 분말 탄소(C)로 구성되며, 분말 탄소(C)가 가스화 반응기(2) 내로 도입될 때 이차 반응 생성물(RS)이 노즐(1) 내로 흡입되고 분말 탄소(C)와 혼합되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2) 내에 위치한 입자들과 가스를 흡입하여, 가스화 반응기(2) 내에서 가스들과 입자들의 체류시간을 연장하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
유입 영역에서 생성된 음의 압력은 가스화 반응기(2)에서 가스들과 입자들의 재순환을 일으켜, 가스 구성요소에서 농도 차이를 보상하고, 가스화 반응에 따른 온도 변화들을 보상하고 그리고 가스화 반응기(2)에 배열된 버너(4)들 둘레에 고정 베드(stationary bed)를 최소화하는 것을 특징으로 하는 방법. - 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 장치로서, 가스화 반응기(2)로 공급되는 프로세스 가스(P)는 분말 재료(C)에 의해 합성 가스(S)로 환원되고, 장치는 주입노즐(1)로 구성되고, 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 분말 재료(C)를 도입하기 위한 중앙 튜브/중앙 채널(6)이 제공되고 또한 주입노즐(1)은 가스화 반응기(2) 내로 프로세서 가스(P)를 도입하기 위한 중앙 튜브(6)의 외측에 배열되는 라발 노즐(15)을 포함하며, 중앙 튜브/중앙 채널(6)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5) 내로 직접 통하는 장치에 있어서,
주입노즐(1)은 가스화 반응기(2)로부터 중앙 튜브/중앙 채널(6) 내로 이차 반응 생성물(RS)을 재순환하기 위한 추가 채널(14)들을 포함하고 또한 상기 추가 채널(14)들은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)으로부터 떨어지게 배향되는 주입노즐(1)의 단부의 영역 내 중앙 튜브/중앙 채널(6)과 연통하는 것을 특징으로 하는 장치. - 제4항에 있어서,
라발 노즐(15)은 가스화 반응기(2) 내 가스화 공간(5)을 향하도록 배향된 주입노즐(1)의 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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