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KR20080031380A - 합성 가스의 제조 시스템 및 그 방법 - Google Patents

합성 가스의 제조 시스템 및 그 방법 Download PDF

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KR20080031380A
KR20080031380A KR1020087003026A KR20087003026A KR20080031380A KR 20080031380 A KR20080031380 A KR 20080031380A KR 1020087003026 A KR1020087003026 A KR 1020087003026A KR 20087003026 A KR20087003026 A KR 20087003026A KR 20080031380 A KR20080031380 A KR 20080031380A
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KR
South Korea
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stream
oxygen
vaporization
reactor
synthesis gas
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Application number
KR1020087003026A
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English (en)
Inventor
피터 라메르트 추이데펠트
게라르트 그로트벨트
Original Assignee
쉘 인터내셔날 리써취 마트샤피지 비.브이.
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Publication date
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Abstract

본 발명은 CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스 (20, 40) 를 제조하는 시스템 (1) 에 관한 것으로, 상기 시스템 (1) 은 적어도:
- 제 1 산소 함유 스트림 (60) 을 위한 입구 (7) , 제 1 미립자 또는 액체 탄소 스트림 (10) 을 위한 입구 (6), 제 1 기화 반응기 (2) 에서 생성된 원료 합성 가스 (20) 를 위한 출구 (8) 를 구비한 제 1 기화 반응기 (2);
- 제 2 산소 함유 스트림 (70) 을 위한 입구 (11), 제 2 탄소 스트림 (30) 을 위한 입구 (9), 및 제 2 기화 반응기 (3) 에서 생성된 원료 합성 가스 (40) 를 위한 출구 (12) 를 구비한 제 2 기화 반응기 (3) 로서, 상기 제 2 탄소 스트림 (30) 은 가스 및 액체 스트림으로 구성된 그룹, 또는 이들의 혼합물로부터 선택되는 제 2 기화 반응기 (3);
- 산소 함유 스트림 (50) 의 공급원 (4); 및
- 상기 공급원 (4) 을 제 1 기화 반응기 (2) 의 제 1 산소 함유 스트림 (60) 을 위한 입구 (7) 및 제 2 기화 반응기 (3) 의 제 2 산소 함유 스트림 (70) 을 위한 입구 (11) 와 유동적으로 연결하는 분배기 (25) 를 포함하고,
상기 분배기 (25) 는 상기 공급원 (4) 을 제 1 기화 반응기 (2) 또는 제 2 기화 반응기 (3) 와 선택적으로 연결하도록 배열된다.

Description

합성 가스의 제조 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SYNTHESIS GAS}
본 발명은 산소 함유 스트림을 이용하여 탄소 스트림으로부터 CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스를 제조하는 시스템에 관한 것이다.
합성 가스의 제조 시스템은 실시로부터 공지되어 있다.
일반적으로, 석탄, 갈탄, 토탄, 목질, 코크, 수트, 또는 다른 가스, 액체 또는 고체 연로 또는 이들의 혼합물 등의 탄소 스트림이 실질적으로 순수 산소 또는 (선택적으로 산소가 풍부한) 공기 등의 산소 함유 가스를 이용하는 기화 반응기에서 부분적으로 연소되어, a.o. 합성 가스 (CO 및 H2), CO2 및 선택적으로 슬래그를 얻을 수 있다. 이 경우에 부분 연소 동안 슬래그가 형성되고, 이 슬래그는 밑으로 내려가서 반응기 바닥에 있는 또는 그 근처에 위치된 출구를 통해 배출된다.
고온 생성 가스, 즉 원료 합성 가스는 통상 기화 반응기의 하류에 위치된 냉각부에서 냉각된다. 냉각부에서 원료 합성 가스를 냉각하기 위해서 물, 저온 가스, 순환된 합성 가스 등의 적절한 냉각 매체가 원료 합성 가스 안으로 도입된다.
냉각 후에 원료 합성 가스는 더 처리되어서 예컨대 원료 합성 가스로부터 원하지 않는 성분을 제거하거나 또는 CO 를 메탄올 및 다양한 다른 탄화수소로 전환한다. H2 는 그대로 생성 가스로서 이용되거나 예컨대 수소화분해에 이용될 수도 있다.
WO-A-99/55618 은 두 개의 병렬 조작 공정에 의해 합성 가스를 제조하는 공정을 설명한다. 하나의 공정은 바이오매스 공급물의 부분 산화 (기화로도 불림) 이다. 병렬 공정에서 천연 가스가 스팀 개질 공정에 공급물로서 이용된다. 두 공정으로부터의 합성 가스 혼합물이 혼합된다.
WO--02/090250 은 두 개의 병렬 조작 부분 산화 공정에 의해 합성 가스를 준비하는 공정을 설명한다. 하나의 공정에서 고체 또는 액체 공급물이 공급물로서 이용되고 병렬 공정에서는 공급물로서 천연 가스가 이용된다. 두 공정으로서의 합성 가스가 혼합된다.
액체 및 특히 WO-A-02/090250 등의 석탄 등의 고체 공급물에서 작동하는 종래의 기화 반응기의 문제점은, 이들이 통상 이용성이 상대적으로 낮다는 것인데, 즉 소정 작동 기간 후에, 필요하다면 내부를 체크하고 수리하는 동안 반응기가 멈추어야만 한다. 그 결과, 잠시 동안 합성 가스가 생성되지 않고 또는 WO-A-02/090250 의 공정의 경우에서와 같이 합성 가스가 실질적으로 반감되게 된다.
상기의 문제점은 기화 반응기가 석탄 및 특히 석유 코크 등의 미립자 탄소 공급 스트림을 이용하는 경우에 특히 더 관련이 있고, 주 생성물로서 H2 를 생성하 게 된다. 특히 기화 공정이 이 기화 공정에 대한 공급물로서 석유 코크를 이용하는 정제 환경에서 적용된다면, 동력을 발생시키기 위해서 통상 연간 98% 가 넘는 고 H2 이용성 및/또는 고합성 가스의 이용성이 바람직하다. 수소화처리, 수소화정제, 수소화분해 및 촉매 탈왁스화 등의 다양한 정제 공정에 수소가 이용된다. 정제기에서 수소 또는 동력 공급 중 하나의 중단은 바람직하지 않다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 적어도 최소화시키는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 가능한 한 적은 구성 요소를 이용하면서 합성 가스의 고이용성을 보장하는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 합성 가스를 생성하기 위한 대안적인 시스템을 제공하는 것이다.
1 이상의 상기 또는 다른 목적들은 CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스를 제조하기 위한 시스템을 제공함으로써 본 발명에 따라 달성될 수 있으며, 상기 시스템은 적어도:
- 제 1 산소 함유 스트림을 위한 입구, 제 1 미립자 또는 액체 탄소 스트림을 위한 입구, 제 1 기화 반응기에서 생성된 원료 합성 가스를 위한 출구를 구비한 제 1 기화 반응기;
- 제 2 산소 함유 스트림을 위한 입구, 제 2 탄소 스트림을 위한 입구, 및 제 2 기화 반응기에서 생성된 원료 합성 가스를 위한 출구를 구비한 제 2 기화 반응기로서, 상기 제 2 탄소 스트림은 가스 및 액체 스트림, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 제 2 기화 반응기;
- 산소 함유 스트림의 공급원; 및
- 상기 공급원을 제 1 기화 반응기의 제 1 산소 함유 스트림을 위한 입구 및 제 2 기화 반응기의 제 2 산소 함유 스트림을 위한 입구와 유동적으로 연결하는 분배기를 포함하고,
상기 분배기는 상기 공급원을 제 1 기화 반응기 또는 제 2 기화 반응기와 선택적으로 연결하도록 배열된다.
본 발명에 따라 미립자 탄소 스트림을 위한 기화 반응기가 고장이 나더라도, 매우 높은 합성 가스의 이용성을 보장하면서 합성 가스가 생성될 수 있다는 것이 놀랍게도 밝혀졌다.
또한 상기의 사항이 매우 간단한 시스템을 이용하여 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 중요한 이점은 미립자 탄소 스트림을 위한 기화 반응기 및 상이한 종류의 기화 반응기의 조합이 미립자 탄소 스트림을 위한 두 개의 기화 반응기가 사용될 때보다 경제적이라는 것이다.
제1 및 제 2 기화 반응기는 각각의 탄소 스트림을 부분적으로 산화시키는데 적합한 어떠한 반응기도 될 수 있다. 원한다면, 1 이상의 제 1 및 제 2 기화 반응기가 사용되어서 분배기에 연결된 2 이상의 기화 반응기를 포함하는 시스템을 얻을 수도 있다.
제 1 미립자 탄소 스트림은 통상 자연적으로 발생하는 석탄, 바이오매스 또는 합성 코크 등의 고탄소 함유 공급원료이다. 합성 코크는 석유 코크로도 불린다. 석유 코크는 널리 이용되는 원유 정제 공정의 부산물이다. 석유 코크는 예를 들어 US-A-2002/0170846 에 기재된 바와 같이 사암 (tar sands) 업그레이딩 공정의 부산물로서 얻어질 수도 있다. 이 공보에서, 역청 또는 사암 공급물의 중유 분획물이 유체 코킹 공정에 의해 가스 오일 생성물로 전환되는 공정이 기재되어 있다. 석유 코크는 예를 들어서 코킹 공정에서 가장 널리 이용되는 지연 코킹에 의해 준비될 수 있다. 지연 코킹은 공급원료로서 중질 잔유를 이용한다. 지연 코킹 동안, 중질 잔유는 노 안으로 도입되어서, 약 480℃ 까지 가열된 후에 코킹 드럼 안으로 펌핑된다. 코킹 공정은 코크의 형성을 개시하고 드럼 벽에서 코크가 고형화되도록 한다. 열분해는 끓는점이 낮은 생성물을 내보내어, 연속적으로 제거한다. 이 반응이 완료될 때, 드럼이 개방되고, 코크가 제거된다. 제 1 미립자 탄소 스트림이 건조되거나 습해질 수 있다. 뒤에 경우에, 제 1 스트림은 슬러리의 형태가 된다.
제 1 탄소 스트림은 또한 액체 스트림이 될 수도 있다. 적합한 액체 스트림은 천연 광유 또는 사암유로부토 얻어진 진공 잔여물을 이용한 탈아스팔트 공정으로부터 얻어진 아스팔트 또는 사암유 또는 천연 광유로부터 어어진 진동 잔여물이다. 바람직하게는 제 2 탄소 스트림은 이하에 설명될 바와 같이 가스 스트림이고 이 경우에 제 1 탄소 스트림은 액체 스트림이다.
제 2 탄소 스트림은 실질적으로 제 2 기화 반응기에서 부분적으로 산화되는데 적합한 액체 또는 가스 스트림 (또는 이들의 1 종 이상의 조합물) 이다. 액체 스트림으로서는, 예컨대 오일, 응축물, 진공 또는 대기압 증류물 또는 아스팔트 또는 다른 잔여물이 사용될 수 있다. 가스 스트림으로서는 예컨대 천연 가스, 메탄, 에탄, 프로판, 정제 가스 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 제 2 탄소 스트림은 가스 스트림이고, 가장 바람직하게는 천연 가스 또는 천연 가스와 정제 가스, 적절하게는 메탄 및 에탄을 포함하는 전제 가스의 혼합물이다. 기화 반응기 및 하류 가스 처리 단계는 더 간단하게 구성될 수 있기 때문에 가스 공급물이 바람직하다. 또한, 일산화탄소에 대한 수소의 몰 비는 더 클 수 있기 때문에, 물 시프트 반응에서 더 적은 이산화탄소 부산물이 생성된다.
산소 함유 스트림의 공급원은 적합한 어떠한 공급원도 될 수 있다. 바람직하게는 실질적으로 순수 산소 또는 (추가적으로 산소가 풍부한) 공기 등이 이용된다. 또한, 바람직하게는 단일 공급원이 사용되어 제 1 및 제 2 기화 반응기기 연결된다. 바람직하게는, 산소 함유 스트림은 50 vol.% 초과의 O2, 바람직하게는 90 vol.% 초과의 O2, 보다 바람직하게는 95 vol.% 초과의 O2, 보다 더 바람직하게는 99 vol.% 초과의 O2 를 포함한다. 바람직한 산소 공급원은 소위 공기 분리 유닛에서 준비된다. 이러한 공기 분리 공정은 잘 알려져 있으며 극저온 공기 분리 공정이라고도 불린다. 이러한 공정에서, 압축된 공기는 극저온 열교환 및 증류 전에 냉각 및 세정되어서 산소, 질소, 및 추가적으로, 아르곤이 많은 스트림이 된다. 이동을 위한 이들 스트림의 압축은 가스 압축, 액체 펌핑 또는 압축에 의한 펌핑의 조랍에 의해 달성된다.
공기 분리 유닛에 대한 자본 투자는 매우 높다. 따라서, 동일한 합성 가스 생성물에 대해 낮은 산소 용량을 필요로 하는 공정이 소망된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 특히 두 개의 제 1 기화 반응기와 한 개의 제 2 기화 반응기가 사용된다면, 공기 분리 유닛의 최대 용량은 제 1 및 제 2 기화 반응기에 필요한 산소의 합의 80% 미만이다. 보다 바람직하게는, 특히 한 개의 제 1 기화 반응기와 한 개의 제 2 기화 반응기가 사용될 때 이 백분율은 65% 미만이다. 정의에 의하면, 이 백분율의 하한치는 50% 이다.
당업자들은 분배기가 산소 공급원과 제 1 또는 제 2 기화 반응기를 선택적으로 연결하도록 배열되는 한 분배기가 상이한 실시형태를 가질 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
'원료 합성 가스' 는 이 생성물 스트림이 (통상) 예컨대 건식 고제 리무버, 습식 가스 스크러버, 시프트 컨버터 등에서 더 처리될 수 있음을 의미한다.
본 발명의 다른 양태는 산소 함유 스트림을 이용하여 탄소 스트림으로부터 CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 적어도;
(a) 제 1 미립자 또는 액체 탄소 스트림 및 제 1 산소 함유 스트림을 제 1 기화 반응기 안으로 주입하는 단계로서, 상기 제 1 산소 함유 스트림은 산소 공급원으로부터 발생하는 단계;
(b) 제 1 기화 반응기에서 제 1 탄소 스트림을 적어도 부분적으로 산화시켜서, 제 1 원료 합성 가스를 얻는 단계;
(c) 단계 (b) 에서 얻어진 제 1 원료 합성 가스를 제 1 기화 반응기로부터 제거하는 단계;
(d) 제 2 탄소 스트림 및 제 2 산소 함유 스트림을 제 2 기화 반응기 안으로 주입하는 단계로서, 상기 제 2 탄소 스트림은 가스 및 액체 스트림, 또는 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되고 상기 제 2 산소 함유 스트림은 단계 (a) 에서 사용된 산소 공급원으로부터 발생하는 단계;
(e) 제 2 기화 반응기에서 제 2 탄소 스트림을 적어도 부분적으로 산화시켜서, 제 2 원료 합성 가스를 얻는 단계;
(f) 단계 (e) 에서 얻어진 제 2 원료 합성 가스를 제 2 기화 반응기로부터 제거하는 단계를 포함한다.
제 1 기화 반응기 및 제 2 기화 반응기는 동시에 기능할 수도 있지만, 특히 바람직하게는 제 1 및 제 2 기화 반응기는 번갈아가며 사용된다. 보다 바람직하게는 제 2 기화 반응기는 예를 들어 조작 실패로 인해서 제 1 기화가 조작되지 않을 때만 이용되는 여분 반응기로서 이용된다. 이러한 실시형태에 있어서, 공기 분리 유닛의 용량을 제 1 기화 반응기에서만 기화를 실시하는데 필요한 용량으로 제한하는 것이 가능하다. 제 1 기화가 실패한 경우에, 제 2 기화가 합성 가스의 준비를 유리하게 실시할 수 있어서, 이때 상기 제 1 기화 반응기에서 이용되지 않는 산소 제조 용량을 이용하게 된다. 그 결과, 제 1 기화 반응기 또는 제 1 기화 반응기 중의 하나가 고장나거나 열간 대기 상태인 경우에도 합성 가스의 이용성이 확보될 수 있고, 산소 제조 유닛, 적절한 공기 분리 유닛의 필요한 용량을 최소화할 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기의 방법은 (g) 단계 (c) 에서 제거된 제 1 합성 가스 또는 단계 (f) 에서 제거된 제 2 합성 가스를 시프트 컨버터에 보내는 단계; 및
(h) CO2 및 H2 를 생성하기 위해서, 단계 (g) 에서 시프트 컨버터에 이동된 제 1 합성 가스 또는 제 2 합성 가스에 있는 CO 의 적어도 일부를 반응시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 특히, 제 1 미립자 탄소 스트림이 석유 코크이고 제 2 탄소 공급물이 코킹 공정의 진공 잔여 공급물 또는 보다 바람직하게는 천연 가스인 방법을 나타낸다. 코킹 공정의 진공 잔여 공급물의 이용은 코킹 작업이 그 자체로 제 1 기화 반응기에 대해 석유 코크 공급물의 준비를 실패한 상황에서 유리하다. 따라서 제 1 기화 반응기는 작동 실패하게 된다. 그 후에 코킹 공정에 대한 공급물은 제 2 기화 반응기에서 적절하게 사용될 수 있다.
보다 바람직하게는, 공기 분리 유닛의 최대 용량은 상기에 설명된 바와 같이 천연 가스 공급물의 기화에 필요한 산소 및 석유 코크 공급물의 합보다 작다.
본 발명은 또한 이하의 용도를 더 나타낸다. 1 이상의 병렬 작동 기화 반응기에서 석유 코크 공급원으로부터 동력을 발생시키기 위한 공정에서 사용되는 여분의 기화 반응기의 용도에 있어서, 여분의 반응기는 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 1 부피의 산소로 진공 잔여물 또는 보다 바람직하게는 천연 가스의 부분 산화에 의해 수소 및 일산화 탄소를 포함하는 여분의 합성 가스 혼합물을 준비할 수 있다.
석유 코크에 근거한 동력 발생은,
(aa) 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 2 부피의 산소로 석유 코크를 부분 산화하여서 합성 가스 혼합물을 생성하고,
(bb) 단계 (aa) 에서 얻어진 합성 가스 및/또는 여분의 합성 혼합물을 사용하여서 동력을 발생시킴으로써 석유 코크로부터 얻어지며, 공기 분리 유닛의 최대 용량이 시간당 제 1 산소 및 제 2 산소 부피의 합보다 작다.
상기 실시형태는 예를 들어 가스 터빈에서 동력 발생 전에 이산화탄소를 분리하기를 원할 때 유리하다. 이산화탄소는 봉쇄를 받게 되거나 또는 농업용 또는 강화유 회수에 적절하게 사용될 수 있다.
석유 코크로부터 상기 바람직한 실시형태에서,
(aa1) 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 2 부피의 산소로 석유 코크를 부분 산화하여서 합성 가스 혼합물을 생성하고,
(bb1) 단계 (aa1) 에서 얻어진 합성 가스 및/또는 여분의 합성 가스 혼합물을 수분 가스 시프트 단계를 거치게 하고,
(cc1) 시프트 가스를 가스 분리 단계를 거치게 하여 수소가 많은 혼합물을 얻음으로써 석유 코크가 준비되고, 공기 분리 유닛의 최대 용량은 시간당 제 1 및 제 2 산소 부피의 합보다 작다. 가스 분리는 예를 들어, 멤브레인 분리 또는 보다 바람직하게는 압력 스윙 흡수 (PSA) 공정에 의해 수소를 정화하는 어떠한 방법으로도 실시될 수 있다.
본 발명은 첨부된 비제한적 도면을 참조하여 보다 상세한 예로서 설명될 것이다. 이 설명을 위해서, 단일 도면 부호가 라인에서 실시된 스트림으로서 라인에 적용될 것이다. 동일한 도면 부호는 유사한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법을 실시하는 공정 개요도를 개략적으로 도시한다.
도 1 을 참조한다. 도 1 은 합성 가스를 생성하기 위한 시스템 (1) 을 개략적으로 도시한다.
시스템 (1) 은 제 1 기화 반응기 (2), 제 2 기화 반응기 (3), 산소 공급원 (4) 및 시프트 컨버터 (5) 를 포함한다. 도 1 에 도시된 실시형태에 있어서, 제 1 기화 반응기 (2) 는 석탄 기화 반응기이고 제 2 기화 반응기 (3) 는 가스 기화 반응기이다.
도 1 에 따른 시스템 (1) 에서, 미립자 석탄 함유 스트림 (10) 및 산소 함유 스트림 (60) 이 입구 (6, 7) 에서 각각 석탄 기화 반응기 (2) 안으로 공급된다.
유사하게, 가스 함유 스트림 (30) 및 산소 함유 스트림 (70) 은 입구 (9, 11) 에서 가스 기화 반응기 (3) 안으로 공급된다.
도 1 의 실시형태의 정상 사용 동안에, 석탄 기화 반응기 (2) 만이 기능하 고, 가스 기화 반응기 (3) 는 석탄 기화 반응기 (2) 가 고장났을 때 또는 열간 대기 상태인 경우에 합성 가스를 생성하기 위해 여분의 유닛으로서 기능한다.
석탄 기화 반응기 (2) 가 기능한다면, 산소 공급원 (4) 은 라인 (50, 60) 을 통해 산소 공급원 (4) 을 석탄 기화 반응기 (2) 와 선택적으로 연결시키는 분배기 (25) 에 산소 함유 스트림 (50) 을 공급한다. 이 때 가스 기화 반응기 (3) 에는 산소가 공급되지 않는다.
탄소 스트림 (10) 은 기화 반응기 (2) 에서 부분적으로 산화되어서 원료 합성 가스 (20) (출구 (8) 를 통해 제거됨) 및 슬래그 (스트림 (90) 을 통해 제거됨) 를 얻게 된다. 출구 (8) 는 제 1 기화 반응기 (2) 의 하류에 위치된다. 기화 반응기 (2) 에 1 이상의 버너 (도시되지 않음) 가 존재한다.
석탄 기화 반응기 (2) 에서 생성된 합성 가스 (20) 는 통상 냉각부 (도시되지 않음) 에 공급되고, 여기에서 원료 합성 가스가 통상 냉각된다.
도 1 의 실시형태에 도시된 바와 같이, 출구 (8) 에서 반응기 (2) 를 떠나는 합성 가스 (20) 가 시프트 컨버터 (5) 에서 더 처리되어 CO2 및 H2 를 생성하기 위해 CO 의 적어도 일부와 반응하여서, 시프트 변환된 가스 스트림 (80) 을 얻을 수 있고, 이 스트림은 더 처리되거나 그대로 판매될 수 있다.
원한다면, 합성 가스 스트림 (20) 은 시프트 컨버터 (5) 에 들어가기 전에 예컨대 건조 고형물 제거 유닛 (도시되지 않음) 에서 먼저 처리되어서 원료 합성 가스 (20) 에서 건조 먼지를 적어도 부분적으로 제거할 수 있다. 또한, 합성 가스 (20) 는 습식 가스 스크러버 (도시되지 않음) 에 공급될 수 있다.
석탄 기화 반응기 (2) 가 주기적으로 체크될 필요가 있다면, 가스 기화 반응기 (3) 가 시동된다 (또는 이미 열간 대기 상태이다). 그 후에 석탄 기화 반응기 (2) 는 정지되고 분배기 (25) 는 석탄 기화 반응기 (2) 에 더이상 산소 (스트림 (60) 을 통해) 를 공급하지 않지만, 스트림 (50, 70) 을 통해 산소 공급원 (4) 과 가스 기화 반응기 (3) 를 연결시킨다. 출구 (12) 에서 가스 기화 반응기 (3) 로부터 제거된 합성 가스 (40) 는 스트림 (20) 과 유사하게 처리될 수 있고 시프트 컨버터 (5) 에 공급된다. 출구 (12) 는 제 2 기화 반응기 (3) 의 하류에 위치된다. 슬래그가 기화 반응기 (3) 에서 형성되는 경우에, 슬래그 스트림은 라인 (100) 을 통해 제거된다.
본 발명의 유리한 실시형태에 따라서, 합성 가스 (40) 는 석탄 기화 반응기 (2) 에서 생긴 스트림 (20) 과 같이 동일한 시프트 컨버터 (5) 에 공급된다. 스트림 (40) 이 동일 시프트 컨버터에 공급되기 전에, 예컨대 별도의 건조 고형물 제거 단계에서 합성 가스 (20) 로부터 어떠한 고형물도 제거하는 것이 바람직하다. 스트림 (40) 이 동일 시프트 컨버터에 공급되기 전에, 합성 가스를 별도의 습식 가스 스크러버에 보내는 것이 바람직하다. 여기에서 별도의라는 것은 여분의 제 2 기화 반응기 (3) 가 이용될 때 합성 가스 (40) 가 건조 고형물 제거 단계 및/또는 습식 가스 스크러버를 통과하지 않는 것을 의미한다. 석탄 기화 반응기 (2) 가 다시 사용할 준비가 되자마자, 석탄 기화 반응기 (2) 는 재시동된다. 그 후에 분배기 (25) 는 가스 기화 반응기 (3) 에 대한 산소 스트림 (70) 의 공급 을 끊고, 산소는 라인 (60) 을 통해 석탄 기화 반응기 (2) 에 재공급된다. 가스 기화 반응기 (3) 는 나중에 다시 사용될 때까지 중지되거나 열간 대기 상태에 있게 된다. 따라서, 도 1 의 실시형태에 있어서, 반응기 (2, 3) 는 번갈아가며 사용된다.
당업자들은 원한다면 반응기 (2, 3) 사이의 전환이 점진적으로 진행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 반응기 (2) 가 정지된다면, 분배기 (25) 는 반응기 (2) 에 주어지는 산소 스트림 (60) 을 점진적으로 감소시키고, 동시에 반응기 (3) 에 주어지는 산소 스트림 (70) 을 증가시킨다. 그 결과, 분배기 (25) 는 소정 기간 동안 동시에, 두 개의 반응기 (2, 3) 에 산소를 공급한다.
도 1 의 실시형태에 있어서, 시스템 (1) 은 시프트 컨버터 (5) 에 존재하는 촉매를 황화시키기 위해 황을 첨가하기 위한 입구를 포함할 수 있다. 이로써, 하나의 동일한 시프트 컨버터 (5) 가 두 개의 상이한 탄소 스트림 (10, 30) 에 대해 이용될 수 있다 (이 경우에, 시프트 컨버터 (5) 에서 " sour 시프트 전환" 이 발생함). 대안적으로, 탈황 유닛 (도시되지 않음) 이 존재할 수 있다 (따라서 시프트 컨버터 (5) 에서 "sweet 시프트 전환" 이 발생함).
시프트 컨버터 (5) 가 이미 공지되었기 때문에, 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다.
종래 당업자들은 본 발명이 청구 범위에 규정된 범위를 이탈하지 않으면서 다양한 방법으로 변형될 수 있다는 것을 용이하게 이해할 것이다.

Claims (17)

  1. CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스 (20, 40) 의 제조 시스템 (1) 에 있어서, 상기 시스템 (1) 은 적어도:
    - 제 1 산소 함유 스트림 (60) 을 위한 입구 (7), 제 1 미립자 또는 액체 탄소 스트림 (10) 을 위한 입구 (6), 제 1 기화 반응기 (2) 에서 생성된 원료 합성 가스 (20) 를 위한 출구 (8) 를 구비한 제 1 기화 반응기 (2);
    - 제 2 산소 함유 스트림 (70) 을 위한 입구 (11), 제 2 탄소 스트림 (30) 을 위한 입구 (9), 및 제 2 기화 반응기 (3) 에서 생성된 원료 합성 가스 (40) 를 위한 출구 (12) 를 구비한 제 2 기화 반응기 (3) 로서, 상기 제 2 탄소 스트림 (30) 은 가스 및 액체 스트림, 또는 이들의 혼합물 중에서 선택되는 제 2 기화 반응기 (3);
    - 산소 함유 스트림 (50) 의 공급원 (4); 및
    - 상기 공급원 (4) 을 제 1 기화 반응기 (2) 의 제 1 산소 함유 스트림 (60) 을 위한 입구 (7) 및 제 2 기화 반응기 (3) 의 제 2 산소 함유 스트림 (70) 을 위한 입구 (11) 와 유동적으로 연결하는 분배기 (25) 를 포함하고,
    상기 분배기 (25) 는 상기 공급원 (4) 을 제 1 기화 반응기 (2) 또는 제 2 기화 반응기 (3) 에 선택적으로 연결시키는 합성 가스의 제조 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 탄소 스트림 (30) 은 가스 스트림인 합성 가스의 제조 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 산소 함유 스트림 (50) 은 50 vol.% 초과의 O2, 바람직하게는 90 vol.% 초과의 O2, 보다 바람직하게는 95 vol.% 초과의 O2, 보다 더 바람직하게는 99 vol.% 초과의 O2 를 포함하는 합성 가스의 제조 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 산소 함유 스트림의 상기 공급원 (4) 은 제 1 기화 반응기 (2) 및 제 2 기화 반응기 (3) 에 필요한 산소의 합의 80% 보다 작은 최대 산소 용량을 갖는 공기 분리 유닛인 합성 가스의 제조 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 두 개의 제 1 기화 반응기와 한 개의 제 2 기화 반응기를 구비하는 합성 가스의 제조 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 공기 분리 유닛의 최대 산소 용량이 제 1 기화 반응기 (2) 및 제 2 기화 반응기 (3) 에 필요한 산소의 합의 65% 보다 작은 합성 가스의 제조 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 한 개의 제 1 기화 반응기와 한 개의 제 2 기화 반응기를 구비하는 합성 가스의 제조 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템 (1) 은 제 1 기화 반응기 (2) 및 제 2 기화 반응기 (3) 의 원료 합성 가스 (20, 40) 를 위한 출구 (8, 12) 에 연결되는 시프트 컨버터 (5) 를 더 포함하고, 이 시프트 컨버터 (5) 에서 CO2 및 H2 를 생성하도록 적어도 CO 의 일부가 반응될 수 있는 합성 가스의 제조 시스템.
  9. 산소 함유 스트림 (50) 을 이용하여 탄소 스트림 (10, 30) 으로부터 CO 및 H2 를 포함하는 합성 가스 (20, 40) 의 제조 방법으로서, 상기 방법은 적어도;
    (a) 제 1 미립자 또는 액체 탄소 스트림 (10) 및 제 1 산소 함유 스트림 (60) 을 제 1 기화 반응기 (2) 안으로 주입하는 단계로서, 상기 제 1 산소 함유 스트림 (60) 은 산소 공급원 (4) 으로부터 발생하는 단계;
    (b) 제 1 기화 반응기 (2) 에서 제 1 탄소 스트림 (10) 을 적어도 부분적으로 산화시켜서, 제 1 원료 합성 가스 (20) 를 얻는 단계;
    (c) 단계 (b) 에서 얻어진 제 1 원료 합성 가스 (20) 를 제 1 기화 반응기 (2) 로부터 제거하는 단계;
    (d) 제 2 탄소 스트림 (30) 및 제 2 산소 함유 스트림 (70) 을 제 2 기화 반 응기 (3) 안으로 주입하는 단계로서, 상기 제 2 탄소 스트림 (30) 은 가스 및 액체 스트림, 또는 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택되고 상기 제 2 산소 함유 스트림 (70) 은 단계 (a) 에서 사용된 산소 공급원 (4) 으로부터 발생하는 단계;
    (e) 제 2 기화 반응기 (3)에서 제 2 탄소 스트림 (30) 을 적어도 부분적으로 산화시켜서, 제 2 원료 합성 가스 (40) 를 얻는 단계;
    (f) 단계 (e) 에서 얻어진 제 2 원료 합성 가스 (40) 를 제 2 기화 반응기 (3) 로부터 제거하는 단계를 포함하고,
    제 1 기화 반응기 (2) 및 제 2 기화 반응기 (3) 는 번갈아가며 사용되는 합성 가스의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 탄소 스트림 (30) 은 가스 스트림인 합성 가스의 제조 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 산소 함유 스트림 (50) 은 50 vol.% 초과의 O2, 바람직하게는 90 vol.% 초과의 O2, 보다 바람직하게는 95 vol.% 초과의 O2, 보다 더 바람직하게는 99 vol.% 초과의 O2 를 포함하는 합성 가스의 제조 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은:
    (g) 단계 (c) 에서 제거된 제 1 합성 가스 (20) 또는 단계 (f) 에서 제거된 제 2 합성 가스 (40) 를 시프트 컨버터 (5) 에 보내는 단계; 및
    (h) CO2 및 H2 를 생성하기 위해서, 단계 (g) 에서 시프트 컨버터 (5) 에 이동된 제 1 합성 가스 (20) 또는 제 2 합성 가스 (40) 에 있는 CO 의 적어도 일부를 반응시키는 단계를 더 포함하는 합성 가스의 제조 방법.
  13. 1 이상의 병렬 작동 기화 반응기에서 석유 코크 공급원으로부터 동력을 발생시키기 위한 공정에서 사용되는 여분의 기화 반응기의 용도에 있어서, 여분의 반응기는 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 1 부피의 산소로 진공 잔여물 또는 보다 바람직하게는 천연 가스의 부분 산화에 의해 수소 및 일산화 탄소를 포함하는 여분의 합성 가스 혼합물을 준비할 수 있고, 동력은
    (aa) 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 2 부피의 산소로 석유 코크를 부분 산화하여서 합성 가스 혼합물을 생성하고,
    (bb) 단계 (aa) 에서 얻어진 합성 가스 및/또는 여분의 합성 혼합물을 사용하여서 동력을 발생시킴으로써 석유 코크로부터 얻어지며, 공기 분리 유닛의 최대 용량이 시간당 제 1 산소 및 제 2 산소 부피의 합보다 작은 여분의 기화 반응기의 용도.
  14. 제 13 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 시스템에 사용되는 용도.
  15. 1 이상의 병렬 작동 기화 반응기에서 석유 코크 공급원으로부터 수소를 준비하기 위한 공정에서 사용되는 여분의 기화 반응기의 사용에 있어서, 여분의 반응기는 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 1 부피의 산소로 진공 잔여물 또는 바람직하게는 천연 가스의 부분 산화에 의해 수소 및 일산화탄소를 포함하는 여분의 합성 가스 혼합물을 준비할 수 있고,
    (aa1) 공기 분리 유닛으로부터 얻어진 시간당 소정 제 2 부피의 산소로 석유 코크를 부분 산화하여서 합성 가스 혼합물을 생성하고,
    (bb1) 단계 (aa1) 에서 얻어진 합성 가스 및/또는 여분의 합성 가스 혼합물을 수분 가스 시프트 단계를 거치게 하고,
    (cc1) 시프트 가스를 가스 분리 단계를 거치게 하여 수소가 많은 혼합물을 얻음으로써 석유 코크가 준비되고, 공기 분리 유닛의 최대 용량은 시간당 제 1 및 제 2 산소 부피의 합보다 작은 여분의 기화 반응기의 용도.
  16. 제 15 항에 있어서, 가스 분리 공정은 압력 스윙 흡수 공정인 공정.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 시스템에 사용되는 용도.
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