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KR101231444B1 - 일산화탄소를 가스 흐름으로부터 제거하기 위한 사우어 전환 방법 - Google Patents

일산화탄소를 가스 흐름으로부터 제거하기 위한 사우어 전환 방법 Download PDF

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KR101231444B1
KR101231444B1 KR1020107021888A KR20107021888A KR101231444B1 KR 101231444 B1 KR101231444 B1 KR 101231444B1 KR 1020107021888 A KR1020107021888 A KR 1020107021888A KR 20107021888 A KR20107021888 A KR 20107021888A KR 101231444 B1 KR101231444 B1 KR 101231444B1
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얼 티. 로빈슨
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그레이트포인트 에너지, 인크.
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Abstract

본 발명은 탄소질 조성물을, 메탄을 포함하는 가스 흐름으로 접촉 전환시키는 방법에 관한 것이며, 여기서 사우어 전환 반응을 사용하여 가스화 공정에 의하여 생성된 일산화탄소 가스 흐름을 제거한다. 사우어 전환 반응을 포함하는 것은 일산화탄소를 가스 흐름으로부터 제거하는데 있어서 효율적이면서 비용면에서 효과적인 수단을 제공한다. 또한, 사우어 전환 반응은 추가의 수소를 생성하여 가스화 공정으로부터 생성된 수소의 양을 증가시킨다.

Description

일산화탄소를 가스 흐름으로부터 제거하기 위한 사우어 전환 방법{SOUR SHIFT PROCESS FOR THE REMOVAL OF CARBON MONOXIDE FROM A GAS STREAM}
본 발명은 탄소질 공급원료를 가스 흐름에 함유된 복수의 가스 생성물로 전환시키고 수소 및 메탄을 가스 흐름으로부터 분리하기 위한 방법에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키기에 적절한 조건하에서 일산화탄소-함유 가스 흐름을 수성 매체와 접촉시켜 일산화탄소를 가스 흐름으로부터 제거하는 방법에 관한 것이다.
높은 에너지 가격 및 환경적 관심과 같은 다수의 요인에 관하여, 연료 가치가 낮은 탄소질 공급원료, 예컨대 바이오매스, 석탄 및 석유 코크스로부터 부가 가치를 갖는 가스 생성물의 제조는 새로운 관심을 받고 있다. 메탄 및 기타의 부가 가치 가스를 생성하기 위한 상기 물질의 접촉 가스화는 예를 들면 미국 특허 제3,828,474호, 미국 특허 제3,998,607호, 미국 특허 제4,057,512호, 미국 특허 제4,092,125호, 미국 특허 제4,094,650호, 미국 특허 제4,204,843호, 미국 특허 제4,468,231호, 미국 특허 제4,500,323호, 미국 특허 제4,541,841호, 미국 특허 제4,551,155호, 미국 특허 제4,558,027호, 미국 특허 제4,606,105호, 미국 특허 제4,617,027호, 미국 특허 제4,609,456호, 미국 특허 제5,017,282호, 미국 특허 제5,055,181호, 미국 특허 제6,187,465호, 미국 특허 제6,790,430호, 미국 특허 제6,894,183호, 미국 특허 제6,955,695호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2003/0167961A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2006/0265953A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/000177A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/083072A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/0277437A1호 및 영국 특허 출원 공개 공보 제1599932호에 개시되어 있다.
상기 문헌들에 기재된 조건하에서 연료 가치가 낮은 탄소질 공급원료의 반응은 통상적으로 미정제 생성물 가스 및 차르(char)를 생성한다. 미정제 생성물 가스는 통상적으로 가스 유출물을 생성하기 위하여 가스 흐름으로부터 제거되는 소정량의 입자를 포함한다. 이와 같은 가스 유출물은 통상적으로 메탄, 이산화탄소, 수소, 일산화탄소, 황화수소, 암모니아, 미반응 증기, 비말된 미분 및 기타의 오염물, 예컨대 COS를 비롯한(이에 한정되지 않음) 가스 혼합물을 포함한다. 종래 기술에 공지된 방법을 통하여 가스 유출물을 처리하여 이산화탄소, 황화수소, 증기, 비말된 미분, COS 및 기타의 오염물을 제거하여 메탄, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 세정된 가스 흐름을 산출한다.
특정의 적용예의 경우, 메탄 또는 수소 가스가 농축된 가스 흐름을 회수하는 것이 바람직할 수 있다. 특정의 상황에서, 심지어 메탄 또는 수소를 거의 전적으로 포함하는 가스 흐름을 회수하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 상황하에서, 세정된 가스 흐름은 추가의 가공에 의하여 일산화탄소를 제거하여야만 한다. 이러한 추가의 가공은 특히 상당량의 일산화탄소를 포함하는 가스 흐름을 회수할 필요가 없는 경우에는 메탄 및/또는 수소의 회수를 복잡하게 할 수 있다. 그래서, 세정된 가스 흐름을 처리하여 일산화탄소를 제거할 필요성을 배제시킬 수 있는 방법에 대한 수요가 존재한다.
<도면의 간단한 설명>
도 1은 탄소질 공급원료의 가스화를 위한 연속 공정을 예시하는 블록 개략도를 도시하며, 여기서 공정은 사우어 전환 절차를 사용하여 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 것을 포함한다.
제1의 구체예에서, 본 발명은 탄소질 공급원료를 가스 흐름에 함유된 복수의 가스 생성물로 전환시키고 수소 및 메탄을 가스 흐름 중의 다른 가스 생성물로부터 분리하는 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은
(a) 탄소질 공급원료를 가스화 반응기에 공급하는 단계;
(b) 증기 및 가스화 촉매의 존재하에서 및 적절한 온도 및 압력하에서 탄소질 공급원료를 가스화 반응기내에서 반응시켜 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 제1의 가스 흐름을 형성하는 단계;
(c) 제1의 가스 흐름을 수성 매체와 접촉시켜 제1의 가스 흐름 중의 일산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 수소를 생성하여 메탄, 수소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 일산화탄소-결핍 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
(d) 이산화탄소의 상당 부분 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물의 상당 부분을 일산화탄소-결핍 가스 흐름으로부터 제거하여 메탄 및 수소를 포함하는 제2의 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
(e) 제2의 가스 흐름 중의 수소 및 제2의 가스 흐름 중의 메탄을 서로로부터 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 수소-농축 가스 흐름 및 제1의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 단계를 포함한다.
제2의 구체예에서, 본 발명은 탄소질 공급원료를 가스 흐름에 함유된 복수의 가스 생성물로 전환시키고 수소 및 메탄을 가스 흐름 중의 다른 가스 생성물로부터 분리하는 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은
(a) 제1의 탄소질 공급원료를 가스화 반응기에 공급하는 단계;
(b) (i) 열 에너지 및 (ii) 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 연소 가스 흐름을 생성하도록 가스화 반응기내의 제1의 탄소질 공급원료를 산소의 존재하에 및 적절한 온도 및 압력하에서 적어도 부분적으로 연소시키는 단계;
(c) 제1의 탄소질 공급원료의 연소로부터 열 에너지를 사용하여 증기를 생성하는 단계;
(d) 증기의 적어도 일부분, 연소 가스 흐름의 적어도 일부분, 제2의 탄소질 공급원료 및 가스화 촉매를 가스화 반응기에 투입하는 단계;
(e) 가스화 반응기내의 제2의 탄소질 공급원료를 증기 및 가스화 촉매의 존재하에서 및 적절한 온도 및 압력하에서 반응시켜 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 제1의 가스 흐름을 형성하는 단계;
(f) 제1의 가스 흐름을 수성 매체와 접촉시켜 제1의 가스 흐름 중의 일산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 수소를 생성하여 메탄, 수소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 일산화탄소-결핍 가스 흐름을 형성하는 단계;
(g) 이산화탄소의 상당 부분 및 1종 이상의 가스 부산물의 상당 부분을 일산화탄소-결핍 가스 흐름으로부터 제거하여 메탄 및 수소를 포함하는 제2의 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
(h) 제2의 가스 흐름 중의 수소 및 제2의 가스 흐름 중의 메탄을 서로에 대하여 적어도 부분적으로 분리하여 적어도 수소-농축 가스 흐름 및 제1의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 세정된 가스 흐름을 달성하기 이전에 일산화탄소를 제거하고 수소 가스의 가능한 수율을 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다. 적절한 조건하에서 미정제 가스 흐름을 수성 매체, 예를 들면 물과 접촉시킴으로써, 일산화탄소는 실질적으로 이산화탄소 및 수소 가스로 전환된다. 이러한 방법은 "사우어(sour) 가스 전환(shift)"으로도 지칭한다. 저렴하며 효율적인 사우어 가스 전환 단계에 의하여 가스 흐름에서 일산화탄소를 결핍되도록 하여 일산화탄소는 세정된 가스 흐름 중의 메탄 및 수소로부터 분리시킬 필요가 없다. 게다가, 사우어 가스 전환 수소 가스의 생성을 초래하므로, 본 발명의 방법은 가스화 공정으로부터 수소의 수율을 증가시키는 저렴하고도 효율적인 방법으로서 작용할 수 있다. 본 발명의 방법이 각종 가스화 공정에 사용될 수 있기는 하나, 본 발명의 방법은 수소 및 일산화탄소를 포함하는 합성가스보다는 수소 가스의 실질적으로 순수한 흐름을 회수하는 것이 바람직한 상황에서 특히 유용하다.
본 발명은 예를 들면 공동으로 소유된 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/0000177A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/0083072A1호, 미국 특허 출원 공개 공보 제2007/0277437A1호 및 미국 특허 출원 공개 공보 제2009/0048476A1호 및 미국 특허 출원 번호 제12/234,012호(2008년 9월 19일 출원) 및 미국 특허 출원 번호 제12/234,018호(2008년 9월 19일 출원)에 개시된 접촉 가스화 기술에 대한 임의의 개발을 이용하여 실시될 수 있다.
또한, 본 발명은 각각 2008년 12월 28일자로 출원된 "차르로부터 알칼리 금속의 회수를 사용한 접촉 가스화 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,554호; "접촉 가스화를 위한 석유 코우크스 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,565호; "접촉 가스화를 위한 석탄 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,578호; "합성 가스의 제조 방법 및 합성가스-유래 생성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,596호; "접촉 가스화를 위한 석유 코우크스 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,608호; "합성가스-유래 생성물의 제조 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,628호; "탄소질 연료 및 이의 제조 방법 및 사용 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,663호; "차르로부터 알칼리 금속의 회수를 사용한 접촉 가스화 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,715호; "차르로부터 알칼리 금속의 회수를 사용한 접촉 가스화 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/342,736호; "차르로부터 알칼리 금속의 회수를 사용한 접촉 가스화 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/343,143호; "탄소질 공급원료의 접촉 가스화를 위한 증기 발생 슬러리 가스화기"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/343,149호; 및 "탄소질 공급원료를 가스 생성물로 전환시키기 위한 연속 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/343,159호의 보호받고자 하는 사항과 함께 실시될 수 있다.
추가로, 본 발명은 각각 2008년 2월 27일자로 출원된 "흡수제의 제조 방법 및 이를 사용하여 유체로부터 오염물의 제거 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,293호; "바이오매스 공급원료를 사용한 증기 발생 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,309호; "감소된 탄소 발자국(footprint) 증기 발생 방법"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,320호; "가스 흐름으로부터 메탄의 분리를 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,330호; "가스화 생성물로부터 산 가스의 선택적 제거 및 회수"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,344호; "접촉 가스화를 위한 석탄 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,348호; "접촉 가스화를 위한 석탄 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,353호; "접촉 석탄 가스화를 위한 메이크업 촉매의 공급원으로서 바이오매스의 동시-공급"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,372호; "압축기-공급기"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,381호; "탄소질 미분 재순환"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,385호; "접촉 가스화를 위한 바이오매스 차르 조성물"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,429호; "접촉 가스화 미립자 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,433호; 및 "접촉 가스화를 위한 바이오매스 조성물"이라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/395,447호의 보호받고자 하는 사항과 함께 실시될 수 있다.
또한 본 발명은 동시에 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/415,042호(정리 번호 FN-0032, 명칭: "가스 흐름으로부터 메탄의 분리 방법")의 보호받고자 하는 사항과 함께 실시될 수 있다.
상기 인용한 것을 비롯한(이에 한정되지 않음) 모든 공보, 특허 출원, 특허 및 기타의 문헌은 반대의 의미로 나타내지 않는다면 완전하게 설명하는 바와 같이 모든 목적을 위하여 그 전체를 본 명세서에서 참고로 명백하게 인용하고자 한다.
반대의 의미로 정의하지 않는다면, 본 명세서에서 사용한 모든 기술적 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 분야에서 당업자에 의하여 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 분쟁의 경우, 정의를 포함한 본 명세서는 조정될 것이다.
명백하게 지시한 경우를 제외하고, 상표명은 대문자로 표기하였다.
본 명세서에 기재한 바와 유사하거나 또는 등가의 방법 및 물질을 본 발명의 실시 또는 테스트에 사용할 수 있기는 하나, 적절한 방법 및 물질을 본 명세서에 기재하였다.
반대의 의미로 기재하지 않는다면, 모든 비율(%), 부, 비 등은 중량을 기준으로 한 것이다.
양, 농도 또는 기타의 수치 또는 변수가 범위로서 또는 상한 및 하한의 수치의 목록으로서 제시될 경우, 이는 범위가 별도로 개시되는지의 여부와는 상관 없이 임의의 상한 및 하한 범위 한계치의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해하여야 한다. 수치의 범위를 본 명세서에서 인용할 경우, 반대의 의미로 기재하지 않는다면, 범위는 이의 종단점 및, 범위내의 모든 정수 및 분수를 포함시키고자 한다. 본 발명의 범위는 범위를 정의할 경우 인용된 구체적인 수치로 한정하고자 하는 의도가 아니다.
용어 "약"을 수치 또는 범위의 종단점을 설명하는데 사용할 경우, 본 발명은 구체적인 수치 또는 이를 지칭하는 종단점을 포함하는 것으로 이해하여야만 한다.
본 명세서에서 사용한 바와 같이, 용어 "포함한다", 포함하는", "비롯하다", "비롯한", "갖는다", "갖는" 또는 이의 임의의 기타 변형은 비-배타적 포함을 포괄하고자 한다. 예를 들면, 엘리먼트의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 반드시 이들 엘리먼트에만 한정되지는 않으며, 상기 공정, 방법, 물품 또는 장치에 대하여 고유하거나 또는 구체적으로 제시되지 않은 기타의 엘리먼트를 포함할 수 있다. 추가로, 반대의 의미로 구체적으로 기재하지 않는다면, "또는"이라는 것은 포함적 논리합을 지칭하며, 배타적 논리합을 지칭하는 것이 아니다. 예를 들면, 조건 A 또는 B는 A는 진실(또는 존재함)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음) B는 진실(또는 존재함) A 및 B 모두는 진실(또는 존재함)이다.
본 명세서에서의 각종 엘리먼트 및 성분을 기재하기 위한 "하나의"("a" 또는 "an")의 사용은 단지 편의상 사용한 것이며, 본 발명의 일반적인 의미를 나타내기 위함이다. 이와 같은 기재는 하나 또는 하나 이상을 포함하는 것으로 해석하여야 하며, 또한 단수형은 반대의 의미를 의미하는 것이 명백하지 않을 경우 복수형을 포함한다.
본 명세서에서 물질, 방법 및 실시예는 단지 예시를 위하여 제시하며, 구체적으로 기재한 경우를 제외하고는 제한하는 것을 의도하지 않는다.
가스화 방법
본 발명의 방법은 탄소질 공급원료, 예컨대 석유 코우크스, 액체 석유 잔사유, 아스팔텐, 바이오매스 및/또는 석탄을 가연성 가스, 예컨대 메탄으로 전환시키기 위한 통합된 가스화 방법에서 특히 유용하다.
이와 같은 방법을 위한 가스화 반응기는 통상적으로 적절히 높은 압력 및 온도에서 작동되어 공급원료의 필요한 온도, 압력 및 유속을 유지하면서 탄소질 물질(예, 공급원료)을 가스화 반응기의 반응 구역에 투입하는 것을 필요로 한다. 당업자는 스타 공급기, 스크류 공급기, 회전 피스톤 및 로크-호퍼를 포함하는 고압 및/또는 고온 환경에 공급원료를 제공하기 위한 공급 시스템과 익숙하다. 공급 시스템은 대안으로 사용되는 로크 호퍼와 같은 2 이상의 압력 균형 엘리먼트를 포함할 수 있는 것으로 이해하여야 한다.
촉매화된 공급원료는 공급원료 제조 작업으로부터 접촉 가스화기로 제공되며, 일반적으로 이하에서 논의되는 바와 같이 분쇄된 탄소질 물질 및 가스화 촉매의 미립자 조성물을 포함한다. 특정의 경우에서, 촉매화된 공급원료는 접촉 가스화기의 작동 압력보다 높은 압력 조건하에서 생성될 수 있다. 그래서, 촉매화된 공급원료는 추가의 가압 없이 접촉 가스화기로 직접 통과될 수 있다.
임의의 수개의 접촉 가스화기를 사용할 수 있다. 가스화기의 적절한 예로는 역류 고정상, 병류 고정상, 유동상, 비말된 흐름 및 이동상 반응기를 들 수 있다. 액체 공급물, 예컨대 액체 석유 잔사유를 가스화시키기 위한 접촉 가스화기는 이미 인용한 미국 특허 제6,955,695호에 개시되어 있다.
접촉 가스화기내의 압력은 통상적으로 약 10 내지 약 100 atm(약 150 내지 약 1,500 psig)이 될 수 있다. 가스화 반응기 온도는 약 450℃ 이상 또는 약 600℃ 이상 또는 약 900℃ 이상 또는 약 750℃ 이상 또는 약 600℃ 내지 약 700℃; 약 50 psig 이상 또는 약 200 psig 이상 또는 약 400 psig 이상 약 1,000 psig까지 또는 약 700 psig까지 또는 약 600 psig까지의 압력에서 유지될 수 있다.
미립자 조성물의 가압 및 반응을 위한 접촉 가스화기에 사용된 가스는 증기 및 임의로, 산소 또는 공기를 포함하며, 필요한 바에 따라 당업자에게 공지된 방법에 의하여 반응기로 공급된다.
예를 들면, 증기는 당업자에게 공지된 임의의 증기발생기로부터 접촉 가스화기로 공급될 수 있으며, 증기를 반응기에 공급할 수 있다. 이와 같은 증기발생기는 예를 들면 임의의 탄소질 물질, 예컨대 미립자 조성물 제조 작업으로부터 제거된 탄소질 물질(예, 미분, 상동)을 비롯한(그러나, 이에 한정되지 않음) 분말 석탄, 바이오매스 등의 사용을 통하여 가동될 수 있다. 또한, 증기는 반응기로부터의 배기가스가 물 공급원으로 열 교환되어 증기를 생성하는 연소 터빈에 연결된 제2의 가스화 반응기로부터 공급될 수 있다. 대안으로, 증기는 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/343,149호, 미국 특허 출원 번호 제12/395,309호 및 미국 특허 출원 번호 제12/395,320호에 기재된 바와 같이 가스화 반응기에 제공될 수 있다.
또한, 기타의 공정 작동으로부터의 재순환된 증기는 증기를 접촉 가스화기로 보충하는데 사용될 수 있다. 예를 들면, 촉매화된 공급원료의 제조에서 슬러리가 된 미립자 조성물을 이하에서 논의하는 바와 같이 유동상 슬러리 건조기로 건조시킨 후, 생성된 증기를 접촉 가스화 반응기에 공급할 수 있다.
접촉 가스화기에 필요할 수 있는 소량의 열 투입은 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의하여 가스화 반응기에 공급되는 증기 및 재순환 가스의 가스 혼합물을 과열시켜 제공될 수 있다. 하나의 방법에서, CO 및 H2의 압축된 재순환 가스를 증기와 혼합할 수 있으며, 생성된 증기/재순환 가스 혼합물을 접촉 가스화기 유출물과 열 교환에 의하여 추가로 과열시킨 후 재순환 가스 퍼니스내에서 과열시킬 수 있다.
메탄 개질기는 반응의 알짜(net) 열이 가능한한 중성에 가깝도록(단지 약간의 발열 또는 흡열), 환언하면 접촉 가스화기를 거의 열적으로 중성인 조건하에서 실시하도록 충분한 재순환 가스를 반응기에 공급하는 것을 보장하기 위하여 재순환 CO 및 H2 흐름 및 슬러리 가스화기로부터의 배기가스를 보충하는 공정에 임의로 포함될 수 있다. 이러한 경우에서, 메탄은 하기에 기재한 바와 같이 메탄 생성물로부터 개질기에 제공될 수 있다.
기재한 조건하에서 접촉 가스화기내의 촉매화된 공급원료의 반응은 접촉 가스화 반응기로부터의 차르 및 미정제 생성물 가스를 제공한다.
접촉 가스화기 공정에서 생성된 차르는 통상적으로 샘플링, 퍼징 및 또는 촉매 회수를 위하여 연속 또는 회분식으로 접촉 가스화기로부터 제거된다. 차르의 제거 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 예를 들면 유럽 특허 출원 공개 공보 제0102828호에 교시되어 있는 방법을 사용할 수 있다. 기타의 방법이 당업자에게 공지되어 있기는 하나, 차르는 로크 호퍼 시스템을 통하여 접촉 가스화 반응기로부터 주기적으로 배출될 수 있다.
종종, 접촉 가스화기로부터의 차르는 촉매 회수 및 재순환 공정으로 이송된다. 원료 비용을 절감하고 접촉 가스화 공정의 환경적 영향을 최소로 하기 위하여 고체 퍼지로부터 알칼리 금속을 회수하기 위한 방법이 개발되어 왔다. 예를 들면, 차르는 재순환 가스 및 물을 사용하여 퀀칭하고, 알칼리 금속 촉매의 추출 및 재사용을 위한 촉매 재순환 작업으로 이송될 수 있다. 특히 유용한 회수 및 재순환 방법은 미국 특허 제4,459,138호뿐 아니라, 이미 인용한 미국 특허 제4,057,512호 및 미국 특허 출원 공개 공보 번호 제2007/0277437A1호 및 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/342,554호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,715호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,736호 및 미국 특허 출원 번호 제12/343,143호에 기재되어 있다. 추가 공정의 세부 사항에 대하여서는 이들 문헌을 첨조한다.
촉매 회수 완료시, 거의 가스화 촉매가 없는 차르 및 회수된 촉매(용액 또는 고체로서) 모두는 촉매화된 공급원료 제조 방법 및 슬러리 공급원료 제조 방법을 포함하는 공급원료 제조 작업으로 이송될 수 있다.
탄소질 공급원료
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "탄소질 공급원료"로는 탄소 공급원, 통상적으로 석탄, 석유 코우크스, 아스팔텐 및/또는 액체 석유 잔사유를 들 수 있으나, 넓게는 바이오매스를 비롯한 가스화에 적절한 임의의 탄소 공급원을 들 수 있다.
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "석유 코우크스"는 (i) 석유 가공에서 얻은 고 비점 탄화수소 유분의 고체 열 분해 생성물(중질 잔사유-"레시드 펫코크(resid petcoke)") 및 (ii) 가공 역청탄(역청질 또는 오일 샌드-"역청탄 펫코크")의 고체 열 분해 생성물 모두를 포함한다. 이와 같은 탄산화 생성물의 예로는 그린, 하소, 침상 및 유동상 석유 코우크스를 들 수 있다.
레시드 펫코크는 중질 잔사 원유를 개량시키는데 사용되는 코우킹 공정에 의하여 원유로부터 유래될 수 있으며, 석유 코우크스는 코우크스의 중량을 기준으로 하여 미소량의 성분으로서 통상적으로 약 1.0 중량% 이하, 보다 통상적으로 약 0.5 중량% 이하의 회분을 포함한다. 통상적으로, 이와 같은 저-회분 코우크스에서의 회분은 금속, 예컨대 니켈 및 바나듐을 주로 포함한다.
역청탄 펫코크는 예를 들면 오일 샌드를 개량시키는데 사용되는 코우킹 공정에 의하여 오일 샌드로부터 유래된다. 역청탄 펫코크는 역청탄 펫코크의 총 중량을 기준으로 하여 미소량의 성분으로서 통상적으로 약 2 중량% 내지 약 12 중량% 범위내, 더욱 통상적으로 약 4 중량% 내지 약 12 중량% 범위내의 회분을 포함한다. 통상적으로, 이와 같은 고-회분 코우크스에서의 회분은 물질, 예컨대 규소 및/또는 알루미늄의 화합물을 주로 포함한다.
석유 코우크스는 석유 코우크스의 총 중량을 기준으로 하여 약 70 중량% 이상의 탄소, 약 80 중량% 이상의 탄소 또는 약 90 중량% 이상의 탄소를 포함할 수 있다. 통상적으로, 석유 코우크스는 석유 코우크스의 중량을 기준으로 하여 약 20 중량% 미만의 무기 화합물을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "아스팔텐"은 실온에서 방향족 탄소질 고체이며, 예를 들면 원유 및 원유 역청탄의 가공으로부터 유래할 수 있다.
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "액체 석유 잔사유"는 (i) 석유 가공에서 얻은 고-비점 탄화수소 유분(중질 잔사유-"레시드 액체 석유 잔사유")의 액체 열 분해 생성물 및 (ii) 가공 역청탄(역청질 또는 오일 샌드-"역청탄 액체 석유 잔사유")의 액체 열 분해 생성물 모두를 포함한다. 액체 석유 잔사유는 실질적으로 실온에서 고체가 아니며, 예를 들면 진한 유체 또는 슬러지의 형태를 취할 수 있다.
또한, 레시드 액체 석유 잔사유는 예를 들면 중질 원유 증류 잔사유를 개량시키는데 사용되는 공정에 의한 원류로부터 유래할 수 있다. 이와 같은 액체 석유 잔사유는 잔사유의 중량을 기준으로 하여 미소량의 성분으로서 통상적으로 약 1.0 중량% 이하, 더욱 통상적으로 약 0.5 중량% 이하의 회분을 포함한다. 통상적으로, 이와 같은 저-회분 잔류물에서의 회분은 금속, 예컨대 니켈 및 바나듐을 주로 포함한다.
역청탄 액체 석유 잔사유는 예를 들면 오일 샌드의 개량에 사용되는 공정에 의하여 오일 샌드로부터 유래될 수 있다. 역청탄 액체 석유 잔사유는 잔사유의 총 중량을 기준으로 하여 미소량의 성분으로서 통상적으로 약 2 중량% 내지 약 12 중량% 범위내, 더욱 통상적으로 약 4 중량% 내지 약 12 중량% 범위내의 회분을 포함한다. 통상적으로, 이와 같은 고-회분 잔사유중의 회분은 물질, 예컨대 규소 및/또는 알루미늄의 화합물을 주로 포함한다.
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "석탄"은 토탄, 갈탄, 아역청탄, 역청탄, 무연탄 또는 이의 혼합물을 의미한다. 특정의 실시태양에서, 석탄은 석탄의 총 중량을 기준으로 하여 탄소 함유량이 약 85% 미만 또는 약 80% 미만 또는 약 75% 미만 또는 약 70% 미만 또는 약 65% 미만 또는 약 60% 미만 또는 약 55% 미만 또는 약 50 중량% 미만이다. 기타의 실시태양에서, 석탄은 석탄의 총 중량을 기준으로 하여 탄소 함유량이 약 85% 이하 또는 약 80% 이하 또는 약 75 중량% 이하이다. 유용한 석탄의 비제한적인 예로는 일리노이(Illinois) #6, 피츠버그(Pittsburgh) #8, 뷰율러(Beulah)(노쓰 다코타), 유타 블라인드 캐년(Utah Blind Canyon) 및 파우더 리버 베이신(Powder River Basin(PRB)) 석탄을 들 수 있다. 무연탄, 역청탄, 아역청탄 및 갈탄은 각각 건조 상태 기준으로 약 10 중량%, 약 5 내지 약 7 중량%, 약 4 내지 약 8 중량% 및 약 9 내지 약 11 중량%의 회분을 포함할 수 있다. 그러나, 임의의 특정의 석탄 공급원의 회분 함유량은 당업자에게 익숙한 바와 같이 석탄의 공급원 및 순위에 따른다. 예를 들면 문헌[Coal Data: A Reference, Energy Information Administration, Office of Coal, Nuclear, Electric and Alternate Fuels, U.S. Department of Energy, DOE/EIA-0064(93), February 1995]을 참조한다.
본 명세서에서 사용한 바와 같은 용어 "회분"은 탄소 공급원에서 발생하는 무기 화합물을 포함한다. 회분은 통상적으로 규소, 알루미늄, 칼슘, 철, 바나듐, 황 등의 화합물을 포함한다. 상기 화합물은 무기 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 산화철 등을 포함할 수 있으나, 또한 규소, 알루미늄, 칼슘, 철 및 바나듐 중 하나 이상을 포함하는 각종 무기물도 또한 포함할 수 있다. 용어 "회분"은 가스화 이전에 탄소 공급원에 존재하는 상기 화합물을 지칭하는데 사용될 수 있으며, 또한 가스화후 차르 중에 존재하는 상기 화합물을 지칭하는데도 사용될 수 있다.
촉매 담지된 탄소질 공급원료
탄소질 조성물은 일반적으로 메탄으로의 증기 가스화를 촉진하기 위한 소정량의 알칼리 금속 화합물로 담지된다. 통상적으로, 조성물중의 알칼리 금속 화합물의 양은 약 0.01 또는 약 0.02 또는 약 0.03 또는 약 0.04 내지 약 0.06 또는 약 0.07 또는 약 0.08 또는 약 0.1인 탄소 원자에 대한 알칼리 금속 원자의 비를 제공하기에 충분한다. 추가로, 알칼리 금속은 통상적으로 중량 기준으로 탄소질 물질(예, 석탄 및/또는 석유 코우크스)의 회분 함유량 합보다 약 3 내지 약 10 배의 알칼리 금속 함유량을 달성하기 위하여 탄소 공급원상에 담지된다.
가스화 촉매로서 사용하기에 적절한 알칼리 금속 화합물의 예로는 알칼리 금속 탄산염, 중탄산염, 포름산염, 옥살산염, 아미드, 수산화물, 아세트산염, 할로겐화물, 질산염, 황화물 및 폴리황화물로 구성된 군으로부터 선택된 화합물을 들 수 있다. 예를 들면, 촉매는 Na2CO3, K2CO3, Rb2CO3, Li2CO3, Cs2CO3, NaOH, KOH, RbOH, 또는 CsOH 중 하나 이상, 특히 탄산칼륨 및/또는 수산화칼륨을 포함할 수 있다.
당업자에게 공지된 임의의 방법은 하나 이상의 가스화 촉매를 탄소질 조성물과 결합시키는데 사용될 수 있다. 이러한 방법의 비제한적인 예로는 고체 촉매 공급원과 혼합하고, 촉매를 탄소질 고체상에 함침시키는 것을 들 수 있다. 당업자에게 공지된 여러 함침 방법을 사용하여 가스화 촉매를 혼입시킬 수 있다. 이러한 방법의 비제한적인 예로는 초기 적심 함침법, 증발 함침법, 진공 합침법, 액침 함칩법 및 이들 방법의 조합을 들 수 있다. 가스화 촉매는 촉매의 용액(예, 수성)으로 슬러리화하여 탄소질 고체에 함침시킬 수 있다.
가스화 반응기에 사용하기 적절한 입자 크기를 갖는 미립자 탄소질 공급원료의 부분을 추가로 가공하여 예를 들면 당업계에 공지된 방법, 예를 들면 미국 특허 제4,069,304호, 미국 특허 제4,092,125호, 미국 특허 제4,468,231호, 미국 특허 제4,551,155호 및 미국 특허 제5,435,940호; 및 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/234,012호, 미국 특허 출원 번호 제12/234,018호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,565호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,578호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,608호, 미국 특허 출원 번호 제12/343,159호, 미국 특허 출원 번호 제12/342,578호 및 미국 특허 출원 번호 제12/342,596호의 방법에 의하여 하나 이상의 촉매 및/또는 조촉매를 함침시킬 수 있다.
촉매를 이온 교환에 의하여 석탄 미립자와 결합시킨 촉매화된 탄소질 공급원료를 제공하기 위한 석탄 미립자와 가스화 촉매를 합하기에 적절한 특정의 방법은 이미 인용한 미국 특허 출원 공개 공보 제2009/0048476A1호에 기재되어 있다. 이온 교환 메카니즘에 의한 촉매 담지는 (석탄에 대하여 구체적으로 개발된 흡착 등온식에 기초하여) 최대화되며, 공극의 내부를 비롯한 젖은 상태에서 보유된 추가의 촉매는 총 표적 촉매 수치가 조절된 방식으로 얻어지도록 조절된다. 이와 같은 담지는 젖은 케이크로서 촉매화된 석탄 미립자를 제공한다. 촉매 담지 및 탈수된 젖은 석탄 케이크는 통상적으로 예를 들면 약 50% 수분을 포함한다. 출발 석탄의 특징에 기초한 관련 분야에서 당업자에 의하여 용이하게 측정될 수 있는 바와 같이, 용액중의 촉매 성분의 농도뿐 아니라 접촉 시간, 온도 및 방법을 조절하여 담지된 촉매의 총량을 조절한다.
촉매화된 공급원료는 미래의 사용을 위하여 저장될 수 있거나 또는 가스화 반응기로의 투입을 위한 공급 작업으로 전달될 수 있다. 촉매화된 공급원료는 당업자에게 공지된 임의의 방법, 예를 들면 스크류 컨베이어 또는 공기식 수송에 의하여 저장 또는 공급 작동으로 이송될 수 있다.
증기 발생
가스화 반응기에 공급된 증기는 시판용 가스화 반응기, 옥시-연료 연소기 및 증기발생기를 비롯한 각종 공급원으로부터 유래할 수 있다. 탄소질 공급원료의 가스화 또는 연소 반응은 다량의 열 에너지를 생성한다. 이롭게도, 이와 같은 열 에너지는 물 공급원과 접촉하여 증기를 생성하는 임의의 유형의 열 교환기와 접촉하는데 사용될 수 있다. 예를 들면 당업자에게 공지된 임의의 증기발생기는 증기를 반응기에 공급할 수 있다. 임의의 물 공급원을 사용하여 증기를 생성할 수 있을 경우, 공지의 증기발생기 시스템에 통상적으로 사용되는 물은 부식 과정이 지연되도록 정제 및 탈이온화(약 0.3 내지 1.0 마이크로지멘스/cm)된다. 이와 같은 증기발생기는 예를 들면 공급원료 제조 작업(예, 미분, 상동)으로부터의 분쇄된/분말화된 석탄, 바이오매스 및 제거된 탄소질 물질을 비롯한 임의의 탄소질 물질의 연소에 의하여 가동될 수 있다. 연소중인 탄소질 물질로부터의 열 에너지는 증기발생기내의 물을 가열하며, 그리하여 증기로 전환된다(약 700℉ 및 3,200 psi). 증기는 증기발생기로부터, 통상적으로 연소 가스를 운반하는 배출 도관에 또는 배출 도관 부근에서의 퍼니스내에 위치하는 가열된 관으로 이동하게 된다. 증기는 가열된 도관을 경유하여 가스화 반응기로 이동될 수 있으며, 이는 탄소질 공급원료를 건조시키는데 사용될 수 있거나 또는 증기는 생성되어 전기의 생성을 위한 증기 터빈으로 이동될 수 있다. 수송중 증기의 과도한 냉각을 피하기 위하여, 증기를 운반하는 가열된 도관 또한 증기를 이의 종말점으로 전달하기 이전에 (예를 들면 열 교환기와의 접촉을 통하여) 과열될 수 있다. 증기 발생의 적절한 방법은 이미 인용된 미국 특허 출원 번호 제12/395,309호 및 미국 특허 출원 번호 제12/395,320호에 기재되어 있다.
또한, 증기는 연소 터빈과 결합된 제2의 가스화 반응기로부터 공급될 수 있으며, 배기가스는 상기에 기재한 바와 같은 증기발생기 시스템을 포함할 수 있는 물 공급원과 접촉하는 열 교환기와 접촉하여 증기를 생성한다.
또한, 기타의 공정 작업으로부터의 재순환된 증기는 증기를 반응기에 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면 슬러리 상태의 탄소질 공급원료를 유동상 슬러리 건조기로 건조시키고, 본 명세서에서 논의한 바와 같이, 기화에 의하여 생성된 증기를 가스화 반응기에 공급할 수 있다. 유사하게, 예컨대 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/343,149호에 기재된 바와 같이, 증기는 증기를 생성하는 슬러리 가스화기로부터 직접 생성될 수 있으며, 합성가스는 수성 탄소질 공급물 슬러리로부터 생성될 수 있다. 증기의 적어도 일부분은 또한 전기를 생성하는 증기 터빈을 구동시키는데 사용될 수도 있다.
미정제 생성물 가스의 처리
접촉 가스화기에서 배출되는 미정제 생성물 가스 유출물은, 너무 무거워서 반응기에서 배출되는 가스에 의하여 비말되지 못하는 입자(즉, 미분)를 유동상으로 되돌리는 이탈 구역으로서 작용하는 반응기의 일부를 통하여 통과될 수 있다. 이탈 구역은 하나 이상의 내부 사이클론 분리기 또는, 미분 및 미립자를 가스로부터 제거하기 위한 유사 장치를 포함할 수 있다. 이탈 구역을 통과하고 접촉 가스화기에서 배출되는 가스 유출물은 일반적으로 CH4, CO2, H2 및 CO, H2S, NH3, 미반응 증기, 비말된 미분 및 기타의 오염물, 예컨대 COS를 포함한다.
그후, 미분을 제거한 가스 흐름을 열 교환기에 통과시켜 가스를 냉각시키고, 회수된 열을 사용하여 재순환 가스를 예비가열시키고, 고압 증기를 생성할 수 있다. 또한, 잔류 비말된 미분을 임의의 적절한 수단, 예컨대 외부 사이클론 분리기로 제거한 후, 임의로 벤투리 스크러버로 제거할 수 있다. 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/395,385호에 기재된 바와 같이, 회수된 미분을 가공하여 알칼리 금속 촉매를 회수한 후, 슬러리 공급원료 제조 공정에 통과시키거나 또는 접촉 가스화 반응기로 되돌리거나 또는 공급원료 제조로 다시 직접 재순환시킬 수 있다.
미분을 제거한 가스 흐름은 COS 제거를 위한 COS 가수분해 반응기를 임의로 포함하는 가스 정제 공정(사우어 공정)에 공급하고, 열 교환기내에서 추가로 냉각시켜 잔류 열을 회수한다. COS 가수분해를 위한 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면 미국 특허 제4,100,256호를 참조한다.
그후, 가스 흐름을 증기의 존재하에 물-가스 전환 반응으로 처리하여 CO를 CO2로 전환시키고, H2의 분획을 증가시킨다. 이와 같은 사우어 전환 공정은 예를 들면 미국 특허 제7,074,373호에 상세하게 기재되어 있다. 이러한 공정은 물을 첨가하거나 또는, 가스에 함유된 물을 사용하고 생성된 물-가스 혼합물을 증기 개질 촉매상에서 단열 반응시키는 것을 포함한다. 통상의 증기 개질 촉매는 내열성 지지체상의 하나 이상의 VIII족 금속을 포함한다.
본 발명은 적절한 조건하에서 가스 흐름을 수성 매체(예, 물)와 접촉시켜 가스 흐름 중의 이산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 동시에 수소 가스를 생성하는 방법을 제공한다. 특정한 실시태양에서, 가스 흐름 중의 일산화탄소의 약 80 몰% 이상 또는 약 90 몰% 이상 또는 약 95 몰% 이상 또는 약 99 몰% 이상을 이산화탄소로 전환시킨다.
CO-함유 가스 흐름상에서의 사우어 가스 전환 반응을 실시하기 위한 방법 및 반응기는 당업자에게 공지되어 있다. 적절한 반응 조건 및 적절한 반응기는 가스 흐름으로부터 결핍되어야만 하는 CO의 양에 따라 변경될 수 있다. 특정한 실시태양에서, 사우어 가스 전환은 단일 단계로 약 100℃ 또는 약 150℃ 또는 약 200℃ 내지 약 250℃ 또는 약 300℃ 또는 약 350℃의 온도 범위내에서 실시될 수 있다. 이들 실시태양에서, 전환 반응은 당업자에게 공지된 임의의 적절한 촉매에 의하여 촉매화될 수 있다. 이와 같은 촉매의 비제한적인 예로는 Fe2O3계 촉매, 예컨대 Fe2O3-Cr2O3 촉매 및 기타의 전이 금속계 및 전이 금속 산화물계 촉매를 들 수 있다. 기타의 실시태양에서, 사우어 가스 전환은 복수의 단계로 실시될 수 있다. 하나의 특정한 실시태양에서, 사우어 가스 전환은 2 개의 단계로 실시된다. 이와 같은 2 단계 공정은 고온 시퀀스에 이어서 저온 시퀀스를 사용한다. 고온 전환 반응을 위한 가스 온도는 약 350℃ 내지 약 1,050℃이다. 통상의 고온 촉매의 비제한적인 예로는 더 적은 양의 산화크롬과 임의로 조합된 철 산화물을 들 수 있다. 저온 전환을 위한 가스 온도는 약 150℃ 내지 약 300℃ 또는 약 200℃ 내지 약 250℃이다. 저온 전환 촉매의 비제한적인 예로는 산화아연 또는 알루미나상에 지지될 수 있는 구리 산화물을 들 수 있다.
증기 전환은 종종 열 에너지를 효율적으로 사용하게 하는 열 교환기 및 증기 발생기를 사용하여 실시된다. 이와 같은 특징을 사용하는 전환 반응기는 당업자에게 공지되어 있다. 적절한 전환 반응기의 예는, 당업자에게 공지된 기타의 설계도 또한 효과적일 수는 있으나, 이미 인용한 미국 특허 제7,074,373호에 예시되어 있다.
사우어 가스 전환 절차 이후에, 가스 흐름은 일반적으로 CH4, CO2, H2, H2S, NH3 및 증기를 포함한다. 이러한 CO-결핍 가스 흐름은 암모니아의 회수를 위한 물 스크러버에서 처리될 수 있어서 적어도 H2S, CO2, H2 및 CH4를 포함하는 CO-결핍 스크러빙 가스를 산출할 수 있다.
스크러버 물 및 사우어 공정 응축물을 가공하여 H2S, CO2 및 NH3를 스트리핑 및 회수할 수 있으며; 이와 같은 공정은 당업자에게 공지되어 있다. NH3는 통상적으로 수용액으로서 회수될 수 있다(예, 20 중량%).
차후의 산 가스 제거 공정을 사용하여 스크러빙된 가스 흐름으로부터 가스의 용매 처리를 포함한 물리적 흡수 방법에 의하여 H2S 및 CO2를 제거하여 세정된 가스 흐름을 생성할 수 있다. 이와 같은 공정은 스크러빙된 가스를 용매, 예컨대 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 메틸디에탄올아민, 디이소프로필아민, 디글리콜아민, 아미노산의 나트륨 염 용액, 메탄올, 고온의 탄산칼륨 등과 접촉시키는 것을 포함한다. 하나의 방법은 2 개의 트레인을 가지며, 각각의 트레인은 H2S 흡수기 및 CO2 흡수기로 이루어진 셀렉솔(SELEXOL)?(유오피 엘엘씨, 미국 일리노이주 데스 플레인 소재) 또는 렉티솔(RECTISOL)?(루르기 아게, 독일 프랑크푸르트 암 마인 소재) 용매의 사용을 포함할 수 있다. H2S, CO2 및 기타의 오염물을 포함하는 폐용매는, 폐용매를 증기 또는 기타의 스트리핑 가스와 접촉시켜 오염물을 제거하거나 또는 폐용매를 스트리퍼 컬럼에 통과시키는 것을 포함하는 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의하여 재생될 수 있다. 회수된 산 가스는 황 회수 공정으로 이송될 수 있으며; 예를 들면 산 가스 제거 및 사우어 물 스트리핑으로부터의 임의의 회수된 H2S가 클라우스(Claus) 공정을 비롯한 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의하여 원소 황으로 전환될 수 있다. 황은 용융된 액체로서 회수될 수 있다. 스트리핑된 물은 촉매화된 공급원료의 제조에서 재순환된 사용을 위하여 이송될 수 있다. 산 가스를 스크러빙된 가스 흐름으로부터 제거하는 한 방법은 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/395,344호에 기재되어 있다.
이롭게도, 증기 발생 또는 접촉 가스화 또는 모두에서든 간에 공정에서 생성된 CO2는 차후의 사용 또는 제거를 위하여 회수될 수 있으며, 그 결과 탄소 발자국은 (공급원료의 직접 연소에 비하여) 크게 감소될 수 있다. 탄소 발자국을 감소시키기 위한 방법은 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/395,309호 및 12/395,320호에 기재되어 있다.
가스 정제 작업에서 배출되는 세정된 가스 흐름은 대개는 CH4 및 H2 및, 통상적으로 소량의 CO2 및 H2O를 포함한다.
본 발명에 의하면, 이와 같은 세정된 가스 흐름은 추가로 가공하여 적어도 메탄 및 수소의 부분 분리를 제공할 수 있다. 이러한 분리를 실시하기 위한 다양한 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 이러한 방법은 극저온 분리 및 막에 기초한 분리를 포함한다. 또한, 분리는 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/395,330호에 예시된 바와 같이 메탄 수화물의 형성을 비롯한 방법으로 실시될 수 있다. 특정한 실시태양에서, 분리 절차의 조합을 사용할 수 있다. 또한, 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제______호(정리 번호 FN-0032 US NP1, 명칭: 가스 흐름으로부터 메탄의 분리를 위한 방법)를 참조할 수 있다.
분리 단계는 메탄-농축 가스 흐름 및 수소-농축 가스 흐름을 생성한다. 메탄-농축 가스 흐름은 적어도 메탄을 포함한다. 특정한 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 발열량이 950 btu/scf(건조 기준) 이상이어야만 한다. 예를 들면, 특정한 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 약 80 몰% 이상 또는 약 90 몰% 이상 또는 약 95 몰% 이상의 메탄을 포함한다. 그러나, 특정한 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 적어도 메탄 및 일산화탄소 모두 및 임의로 소량의 수소(일반적으로 약 4 몰% 이하)를 포함한다. 특정의 실시태양에서, 메탄-농축 가스는 약 1,000 ppm 이상의 일산화탄소를 포함한다. 기타의 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 실질적으로 일산화탄소가 없으며, 예를 들면 일산화탄소를 약 1,000 ppm 미만으로 포함한다. 특정한 실시태양에서, 수소-농축 가스 흐름은 실질적으로 수소를 포함한다.
메탄-농축 가스 흐름이 1,000 ppm 이상의 일산화탄소를 포함하며, 메탄-농축 가스 흐름의 발열량이 950 btu/scf(건조 기준) 미만인 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름 중의 메탄 및 메탄-농축 가스 흐름 중의 일산화탄소는 적어도 부분적으로 서로 분리될 수 있다. 메탄 및 일산화탄소의 분리를 실시하기 위한 각종 방법은 당업자에게 공지되어 있다. 이와 같은 방법의 비제한적인 방법으로는 극저온 분리 및 막에 기초한 분리를 들 수 있다. 이와 같은 메탄 및 일산화탄소의 부분 분리는 적어도 제2의 메탄-농축 가스 흐름 및 일산화탄소-농축 가스 흐름을 산출한다. 메탄-농축 가스 흐름은 약 80 몰% 이상 또는 약 90 몰% 이상 또는 약 95 몰% 이상의 메탄을 포함한다. 게다가, 통상의 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 발열량이 950 btu/scf(건조 기준) 이상이다. 일산화탄소-농축 가스 흐름은 약 50 몰% 이상 또는 약 65 몰% 이상 또는 약 80 몰% 이상의 일산화탄소를 포함한다.
특정한 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 상당량의 CO를 포함할 경우 트림 메탄화를 실시하여 CO 함유량을 감소시켜 메탄을 추가로 농축시킬 수 있다. 예를 들면 미국 특허 제4,235,044호에 기재된 방법 및 장치를 비롯한 당업자에게 공지된 임의의 적절한 방법 및 장치를 사용하여 트림 메탄화를 실시할 수 있다.
분리에 의하여 메탄을 실질적으로 포함하는 메탄-농축 가스 흐름을 산출하는 실시태양에서, 메탄 흐름을 회수하여 고 품질의 에너지 공급원으로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 메탄을 압축시키고, 기존의 천연 가스 파이프라인 시스템에 투입할 수 있다. 또는, 메탄 생성물의 일부는 또한 가스 터빈을 위한 플랜트 연료로서 사용될 수 있다.
분리에 의하여 수소를 실질적으로 포함하는 수소-농축 가스 흐름을 산출하는 실시태양에서, 수소 흐름을 회수하여 에너지 공급원으로서 및/또는 반응물로서 사용될 수 있다. 예를 들면, 수소는 수소계 연료 전지 또는 차후의 접촉 가스화 공정을 위한 에너지 공급원으로서 사용될 수 있다. 또다른 예에서, 수소는 증기 발생 공정, 예컨대 이미 인용한 미국 특허 출원 번호 제12/395,309호 및 미국 특허 출원 번호 제12/395,320호에 기재된 것을 위한 연료로서 사용될 수 있다.
본 발명의 특정의 실시태양에서, 수소는 접촉 가스화기로 직접 다시 재순환되거나 및/또는 하기에서 논의하는 바와 같은 또다른 유니트 작동에 의하여 접촉 가스화기로 다시 재순환된다.
사우어 전환을 사용하는 연속 가스화 공정
상기 기재한 바와 같이, 본 발명은 사우어 전환 공정을 사용하여 CO 및 H2O를 CO2 및 H2로 전환시키는 연속 접촉 가스화 공정을 제공한다.
1. 탄소질 공급원료를 가스화 반응기로 투입
본 발명의 방법은 탄소질 공급원료 및 가스 공급물(증기, 일산화탄소 및 수소 포함)을 가스화 반응기에 제공하는 것을 필요로 한다.
적절한 가스화 반응기 및 탄소질 공급원료는 상기 기재되어 있다. 통상의 실시태양에서, 탄소질 공급원료는 미립자 형태로 제공되지만, 모든 실시태양에서 그러할 필요는 없다. 통상의 실시태양에서, 탄소질 공급원료는 적절한 가스화 촉매로 담지되거나 또는 적어도 적절한 가스화 촉매와 혼합된다. 적절한 촉매는 상기 기재되어 있다. 통상의 공정은 적어도 탄산칼륨 및/또는 수산화칼륨을 포함한다.
특정한 실시태양에서, 증기는 또한 가스화 반응기로 탄소질 공급원료의 투입과 동일한 단계에서 투입될 수 있다. 증기는 당업자에게 공지된 증기의 생성을 위한 임의의 적절한 방법에 의하여 생성될 수 있다. 증기 발생의 적절한 방법은 상기 기재되어 있다.
특정한 실시태양에서, 공급물 가스(증기 이외에)의 흐름은 또한 가스화 반응기로 탄소질 공급원료의 투입과 동일한 단계에서 투입될 수 있다. 이러한 공급물 가스 흐름은 적어도 수소 및 일산화탄소를 포함하나, 이산화탄소 및 수증기를 포함할 수 있다. 공급물 가스 흐름은 다양한 방법으로 생성될 수 있다.
특정한 실시태양에서, 공급물 가스 흐름은 메탄 개질기내에서 메탄을 개질시키는 생성물을 포함한다. 특정의 실시태양에서, 메탄 개질을 위한 투입 가스는 탄소질 공급원료의 접촉 가스화의 메탄 생성물의 일부이다. 메탄은 메탄 개질기내에서 반응하여 적어도 일산화탄소 및 수소 가스를 포함하는 가스 흐름을 생성한다. 이러한 CO 및 H2를 포함하는 가스 흐름은 생성물 가스 흐름으로서 가스화 반응기로 투입(즉 재순환)되는 (수소-농축 가스 흐름과 조합된) 재순환 가스 흐름으로서 작용할 수 있다.
특정한 실시태양에서, 공급물 가스 흐름은 연소 반응의 생성물이다. 특정의 실시태양에서, 연소 반응은 반응기(예, 산소-분출 가스화기 또는 연소 반응기)내에서 발생한다. 탄소질 공급원료는 산소의 존재하에 반응기에 공급된다. 탄소질 공급원료는 미립자 형태일 수 있거나 또는 그렇지 아니할 수 있으며, 탄소질 공급원료가 접촉 가스화에 사용되는 조성과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 연소 공정은 통상적으로 CO, H2 및 CO2 및, 연소 공정을 사용하여 증기를 생성할 경우 H2O를 적어도 포함하는 가스 흐름을 산출한다. 수소 농축된 가스 흐름과 조합된 연소 가스 흐름은 가스화 반응기에 공급물 가스 흐름으로서 투입되는 가스 흐름으로서 작용할 수 있다.
공급물 가스 흐름이 연소 반응의 생성물인 실시태양에서, 연소 반응으로부터의 열 에너지는 상기 기재된 증기 발생 공정을 위한 열 공급원으로서 사용될 수 있다.
2. 탄소질 공급원료의 접촉 가스화
탄소질 공급원료는 가스화 반응기내에서 공급물 가스 흐름(증기 포함) 및 가스화 촉매의 존재하에 적절한 온도 및 압력하에서 반응하여 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 생성물을 포함하는 가스 흐름을 형성한다. 적절한 반응기 및 반응 조건을 비롯한 접촉 가스화는 상기에 기재되어 있다.
3. 생성물 가스 흐름의 사우어 전환 처리
탄소질 공급원료의 접촉 가스화는 통상적으로 CH4, CO2, H2, CO, H2S, NH3, 미반응 증기, 비말된 미분 및 기타의 오염물, 에컨대 COS를 포함하는 가스 흐름을 생성한다. 상기에서 논의한 바와 같이, 일부 실시태양이 이들 초기 가공 단계중 하나 또는 둘다를 생략할 수도 있기는 하나, 이와 같은 가스 흐름은 통상적으로 초기 가공으로 비말된 미분을 제거하고 임의의 COS를 가수분해시킨다. 미정제 가스 흐름이 이와 같은 가공에 의하여 처리될 경우, 생성된 가스 흐름은 적어도 CH4, CO2, H2, CO, H2S, NH3 및 증기를 포함한다.
물 가스 전환 반응 또는 "사우어 가스 전환"을 사용하여 일산화탄소 및 물을 이산화탄소 및 수소로 전환시킨다. 본 발명은 가스 흐름 중의 일산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 동시에 수소 가스를 생성하기에 적절한 조건하에서 가스 흐름을 수성 매체(예, 물 또는 증기)와 접촉시키는 방법을 제공한다. 특정한 실시태양에서, 가스 흐름 중의 일산화탄소의 약 80 몰% 이상 또는 약 90 몰% 이상 또는 약 95 몰% 이상 또는 약 99 몰% 이상 또는 실질적으로 전부를 이산화탄소로 전환시킨다.
사우어 가스 전환은 적어도 CH4, CO2, H2 및 추가의 가스, 예컨대 H2S, NH3 및 증기를 포함하는 일산화탄소-결핍 가스 흐름을 산출한다. 특정한 실시태양에서, CO-결핍 가스 흐름은 CO-결핍 가스 흐름 중의 메탄의 양을 기준으로 하여 약 1,000 ppm 미만의 CO 또는 약 500 ppm 미만의 CO 또는 약 250 ppm 미만의 CO 또는 약 100 ppm 미만의 CO를 포함한다.
CO-함유 가스 흐름에 사우어 가스 전환 반응을 실시하기 위한 방법 및 반응기는 당업자에게 공지되어 있다. 적절한 반응 조건 및 적절한 반응기는 가스 흐름으로부터 결핍되어야만 하는 CO의 양에 따라 달라질 수 있으며, 상기에 논의되어 있다.
4. CO 2 및 기타 가스 부산물의 제거
CO 결핍후, 이산화탄소 및 기타의 가스 부산물(예, 황화수소, 암모니아 등)을 가스 흐름으로부터 제거할 수 있다. 이들 가스를 가스 흐름으로부터 제거하기에 적절한 방법은 상기 기재되어 있다. 생성된 가스 흐름은 적어도 수소 및 메탄을 포함한다. 통상의 실시태양에서, 생성된 가스 흐름은 약 90 몰% 이상 또는 약 95 몰% 이상 또는 약 99 몰% 이상의 메탄 및/또는 수소를 포함한다. 메탄 및 수소의 상대적 비율은 가스화 조건 및 가스 흐름으로부터 결핍된 CO의 양을 비롯한 각종 요인에 따라 달라질 수 있다.
5. 수소 및 메탄의 분리
일반적으로, 메탄 및 수소를 적어도 부분적으로 분리하여 메탄-농축 가스 흐름 및 수소-농축 가스 흐름을 얻는 것이 바람직하다. 목적하는 분리 정도는 메탄-농축 및 수소-농축 가스 흐름의 제안된 사용에 따라 달라질 수 있다. 일부의 사용의 경우, 예를 들면 가스 흐름에 하나의 가스 또는 다른 가스가 농축될 수도 있기는 하나, 존재하는 상당량의 가스 모두를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 기타의 적용예의 경우, 단일의 가스(메탄 또는 수소)만을 실질적으로 포함하는 농축 가스 흐름이 바람직하다.
메탄 및 수소의 분리에 적절한 방법은 상기에 논의되어 있다.
상기 논의된 바와 같이 분리 단계에 의하여 메탄-농축 가스 흐름 및 수소-농축 가스 흐름을 산출한다.
특정한 실시태양에서, 수소-농축 가스 흐름 및/또는 메탄-농축 가스 흐름은 분리후 회수할 수 있다. 이와 같은 실시태양에서, 본 발명은 당업자에게 공지된 가스 회수의 임의의 적절한 수단을 포함한다. 회수 방법 및 장치는 분리를 실시하는데 사용되는 수단 및 분리후 농축된 가스 흐름의 목적하는 사용과 같은 요인에 의하여 달라질 수 있다. 예를 들면, 메탄-농축 가스 흐름이 실질적으로 메탄(예, 약 99% 이상의 메탄)을 포함하는 실시태양에서, 메탄-농축 가스 흐름은 적절한 가압 장치내에서 가스를 가압시키고, 가압된 메탄을 천연 가스 파이프라인의 네트워크로 투입하여 회수될 수 있다.
추가의 공정 세부사항은 이미 인용한 특허 및 공보를 참조할 수 있다.
파이프라인 품질 천연 가스
본 발명은 특정의 실시태양에서 탄소질 공급원료의 접촉 가스화로부터 파이프라인-품질 천연 가스를 생성할 수 있는 방법을 제공한다. "파이프라인-품질 천연 가스"는 통상적으로 (1) 순수한 메탄(표준 대기 조건하에서 발열량이 1,010 btu/ft3임)의 발열량의 ±5% 이내 및 (2) 물 및 독성 또는 부식성 오염물이 없는 천연 가스를 지칭한다. 본 발명의 특정의 실시태양에서, 상기 방법에 기재된 메탄-농축 가스 흐름은 이와 같은 요건을 충족한다.
생성된 가스 혼합물의 발열량이 1,010 btu/ft3의 ±5% 이내이고 독성 또는 부식성이 아닌 한, 파이프라인-품질 천연 가스는 메탄을 제외한 가스를 포함할 수 있다. 그러므로, 기타의 가스의 존재가 950 btu/scf(건조 기준) 미만인 가스 흐름의 발열량을 낮추지 않는 한, 메탄-농축 가스 흐름은 발열량이 메탄의 발열량보다 낮으며, 여전히 파이프라인-품질 천연 가스로서 자격을 부여하는 가스를 포함할 수 있다. 그러므로, 메탄-농축 가스 흐름은 약 4 몰% 이하의 수소를 포함할 수 있으며, 여전히 파이프라인-품질 천연 가스로 작용할 수 있다. 일산화탄소는 발열량이 수소보다 더 높다. 그래서, 파이프라인-품질 천연 가스는 가스 흐름의 발열량을 감소시키지 않으면서 훨씬 더 높은 비율의 CO를 포함할 수 있다. 파이프라인-품질 천연 가스로서 사용하기에 적절한 메탄-농축 가스 흐름은 약 1,000 ppm 미만의 CO를 포함하는 것이 바람직하다.
이하의 실시예는 본 발명의 하나 이상의 특정의 실시태양을 예시한다. 이들 실시예는 단지 본 발명의 실시태양이며, 어떠한 방법으로도 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
실시예 1
사우어 전환 각종 분리 선택을 사용한 연속 공정
도 1은 본 발명에 포함되는 연속 공정의 하나의 실시태양을 예시한다. 소정량의 공급원료는 습식 분쇄기를 사용하여 미세한 미립자로 습식 분쇄하여 생성될 수 있다. 분쇄후, 공급원료 미립자는 입자 크기가 약 45 ㎛ 내지 약 2500 ㎛ 범위내이어야만 한다. 공급원료 미립자의 일부분을 분쇄기로부터 제거하여 촉매 담지 유니트(예, 하나 이상의 슬러리 탱크)로 투입할 수 있으며, 여기서 가스화 촉매는 공급원료 미립자에 담지될 수 있다. 담지된 촉매는 통상적으로 상기 가스화 공정으로부터 회수한 촉매 및 미가공 메이크-업 촉매의 혼합물을 포함한다. 촉매를 공급원료 미립자에 담지시킨 후, 촉매 담지된 공급원료를 가스화 반응기(21)에 투입할 수 있다. 공급원료 미립자의 또다른 부분을 분쇄기로부터 꺼내고, 이전의 가스화 공정으로부터 회수한 젖은 차르와 혼합하고, 이를 산소-분출 가스화기(7)에 투입할 수 있다.
산소-분출 가스화기(7)는 공급원료/차르 연료를 산소의 존재하에 연소시키고, 생성된 열 에너지를 사용하여 증기를 생성하고, 이를 가스화 반응기(21)에 투입한다. 임의로, 가수분해 반응기로부터 스크러빙 유니트로부터의 증기를 산소-분출 가스화기(7)에 투입할 수 있다.
가스화 반응기(21)는 촉매화된 공급원료를, 적어도 CH4, CO2, H2, CO, H2S, NH3, 증기 및 COS를 포함하는 복수의 가스 생성물로 전환시킨다. COS는 열 회수 이전에 또는 이후에 가수분해 공정을 통하여 제거될 수 있다. 그후, 가스 흐름은 전환 반응기(22)내에서 실시되는 가스-물 전환 공정으로 CO를 CO2로 실질적으로 전환시켜 CO가 결핍될 수 있다. 그후, 암모니아는 멀티-유니트 스크러버 장치(단일 가스 정제 유닛(23)의 일부로서 도시함)내에서 가스를 스크러빙하여 제거할 수 있다. 그후, CO2 및 H2S는 용매 처리 용기(단일 가스 정제 유닛(23)의 일부로서 도시함)내의 용매에 가스 흐름을 노출시키는 것을 포함하는 산 가스 제거 공정에서 가스 흐름으로부터 실질적으로 제거될 수 있다. 이때, 가스 흐름은 메탄 및 수소를 실질적으로 포함하여야만 한다.
메탄 및 수소 가스는 수개의 이용 가능한 공정에 의하여 서로로부터 실질적으로 분리될 수 있다. 제1의 선택에서, 가스 혼합물을 멤브레인 분리기(24)에 투입하고, 여기서 메탄을 실질적으로 포함하는 가스 흐름 및, 수소를 실질적으로 포함하는 또다른 가스 흐름으로 가스를 분리시킬 수 있다. 제2의 선택에서, 가스 혼합물을 메탄 수화물 분리기(25)에 투입하고, 여기서 메탄을 실질적으로 포함하는 가스 흐름 및, 수소를 실질적으로 포함하는 또다른 가스 흐름으로 가스를 분리시킬 수 있다. 제3의 선택에서, 가스 혼합물을 극저온 분리기(26)에 투입하고, 여기서 메탄을 실질적으로 포함하는 가스 흐름 및, 수소를 실질적으로 포함하는 또다른 가스 흐름으로 가스를 분리시킬 수 있다. 제4의 선택에서, 메탄-농축 가스 흐름을 트림 메탄화 반응기, 예컨대 상기 기재한 바와 같은 것에 투입할 수 있다. 이들 분리 방법 각각은 상기에서 인용한 문헌에 상세하게 기재되어 있다.
메탄 가스 흐름(15)을 회수하고, 파이프라인 등급의 천연 가스에 사용할 수 있다. 수소 가스 흐름은 적어도 수개의 사용을 가질 수 있으나, 통상적으로 가스화기(21)로 다시 재순환시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. (a) 탄소질 공급원료를 가스화 반응기에 공급하는 단계;
    (b) 증기, 일산화탄소, 수소 및 가스화 촉매의 존재하에서 탄소질 공급원료를 가스화 반응기내에서 반응시켜 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 제1의 가스 흐름을 형성하는 단계;
    (c) 제1의 가스 흐름을 수성 매체와 접촉시켜 제1의 가스 흐름 중의 일산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 수소를 생성하여 메탄, 수소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 일산화탄소-결핍 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
    (d) 이산화탄소의 상당 부분 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물의 상당 부분을 일산화탄소-결핍 가스 흐름으로부터 제거하여 메탄 및 수소를 포함하는 제2의 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
    (e) 제2의 가스 흐름 중의 수소 및 제2의 가스 흐름 중의 메탄을 서로로부터 부분적으로 또는 완전히 분리하여 수소-농축 가스 흐름 및 제1의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소질 공급원료를, 수소, 메탄 및 다른 가스 생성물을 포함하는 가스 흐름에 함유된 복수의 가스 생성물로 전환시키고 수소 및 메탄을 가스 흐름 중의 다른 가스 생성물로부터 분리하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 차르(char)가 단계 (b)에서 형성되며, 차르가 가스화 반응기로부터 제거되어 촉매 회수 및 재순환 공정으로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 가스화 촉매가 촉매 회수 및 재순환 공정으로부터 재순환된 가스화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. (a) 제1의 탄소질 공급원료를 반응기에 공급하는 단계;
    (b) (i) 열 에너지 및 (ii) 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 포함하는 연소 가스 흐름을 생성하도록 반응기내의 제1의 탄소질 공급원료를 산소의 존재하에 부분적으로 연소시키는 단계;
    (c) 제1의 탄소질 공급원료의 연소로부터의 열 에너지를 사용하여 증기를 생성하는 단계;
    (d) 증기의 일부분 또는 전부, 연소 가스 흐름의 일부분 또는 전부, 제2의 탄소질 공급원료 및 가스화 촉매를 가스화 반응기에 투입하는 단계;
    (e) 가스화 반응기내의 제2의 탄소질 공급원료를 증기, 일산화탄소, 수소 및 가스화 촉매의 존재하에서 반응시켜 메탄, 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 제1의 가스 흐름을 형성하는 단계;
    (f) 제1의 가스 흐름을 수성 매체와 접촉시켜 제1의 가스 흐름 중의 일산화탄소의 상당 부분을 이산화탄소로 전환시키고 수소를 생성하여 메탄, 수소, 이산화탄소 및 1종 이상의 추가의 가스 부산물을 포함하는 일산화탄소-결핍 가스 흐름을 형성하는 단계;
    (g) 이산화탄소의 상당 부분 및 1종 이상의 가스 부산물의 상당 부분을 일산화탄소-결핍 가스 흐름으로부터 제거하여 메탄 및 수소를 포함하는 제2의 가스 흐름을 형성하는 단계; 및
    (h) 제2의 가스 흐름 중의 수소 및 제2의 가스 흐름 중의 메탄을 서로에 대하여 부분적으로 또는 완전히 분리하여 수소-농축 가스 흐름 및 제1의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄소질 공급원료를, 수소, 메탄 및 다른 가스 생성물을 포함하는 가스 흐름에 함유된 복수의 가스 생성물로 전환시키고 수소 및 메탄을 가스 흐름 중의 다른 가스 생성물로부터 분리하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 차르가 단계 (b)에서 형성되며, 차르가 가스화 반응기로부터 제거되어 촉매 회수 및 재순환 공정으로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 가스화 촉매가 촉매 회수 및 재순환 공정으로부터 재순환된 가스화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 탄소질 공급원료가 수성 슬러리의 형태로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)에서, 증기가 반응기내에서 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (c)에서, 열 에너지가 물과 접촉시 증기를 생성하는 열 교환기로 전달되는 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1의 메탄-농축 가스 흐름이 메탄, 임의로 일산화탄소 및 약 4 몰% 이하의 수소를 포함하며; 제1의 메탄-농축 가스 흐름의 발열량이 950 btu/scf(건조 기준) 미만인 경우 및 제1의 메탄-농축 가스 흐름이 1,000 ppm 이상의 일산화탄소를 포함할 경우: (1) 일산화탄소를 제1의 메탄-농축 가스 흐름으로부터 부분적으로 또는 완전히 분리하여 (i) 일산화탄소-농축 가스 흐름 및 (ii) 발열량이 950 btu/scf(건조 기준) 이상의 제2의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하거나; 또는 (2) 제1의 메탄-농축 가스 흐름 중의 일산화탄소를 부분적으로 또는 완전히 메탄화하여 제2의 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 제2의 가스 흐름이 일산화탄소를 포함하며, 수소-결핍 가스 흐름이 약 1,000 ppm 이상의 일산화탄소를 포함하며, 수소-결핍 가스 흐름 중의 일산화탄소가 부분적으로 또는 완전히 메탄화되어 메탄-농축 가스 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
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