석탄의 가스화

석탄 가스화

석탄의 가스화는 석탄과 같은 탄소(C)를 포함하는 물질을 합성가스(syngas)로 전환시키는 변환 기술입니다. 일반적으로 온도가 1,225℃에 이르는 고온 공정입니다. 온도는 액체와 고체가 최소화된 연료 가스를 생성하도록 최적화되어 있습니다. 이 공정은 산소(O2)를 추가하거나 추가하지 않고 용기에서 원료 석탄을 가열하는 것으로 구성됩니다. 탄소는 일반적으로 제곱센티미터당 30킬로그램(kg/sq cm) 이상의 비교적 높은 압력에서 증기 및 O2 형태의 물과 반응하여 주로 일산화탄소(CO)와 수소(H2) 및 일부 사소한 부산물. 부산물을 제거하여 (i) 전력 또는 증기를 생성하기 위한 연료로, (ii) 석유화학 및 정유 산업에서 많은 용도를 위한 기본 화학 빌딩 블록으로, (ii) 사용할 수 있는 깨끗한 합성가스를 생산합니다. ) H2의 생산을 위해. 가스화는 가치가 낮거나 음수인 공급 원료를 시장성 있는 연료 및 제품으로 전환하여 가치를 더합니다. 가스화 과정의 기본 사항은 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 가스화 과정의 기본 사항

역사 및 현재 발전

약 50%의 H2를 함유하고 나머지는 대부분 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 구성되며 3%에서 6%의 CO를 포함하는 석탄에서 제조된 기체 제품인 도시 가스는 석탄에서 제조된 기체 제품입니다. 1800년대 초반부터 사용되고 있습니다.

석탄 가스화의 최초 ​​공정은 1920년대 독일 카이저 빌헬름 연구소의 Franz Fischer와 Hans Tropsch에 의해 개발되었습니다. Fischer-Tropsch 공정을 통해 석탄을 운송 연료로 변환하기 위해 2차 세계 대전 중에 가스화가 광범위하게 사용되었습니다. Sasol은 저품위 석탄을 석유 제품으로 전환하는 것을 주요 목표로 Sasolburg에 공장을 건설했으며 1955년 이 공장에서 최초의 액체가 생산되었습니다. 석탄 가스화 공정은 지난 50~60년 동안 석탄과 석유 제품을 전환하는 데 광범위하게 사용되었습니다. 암모니아/요소 비료 생산을 위해 H2로 중유. 화학 산업과 정유 산업은 각각 1960년대와 1980년대에 공급원료 준비를 위해 가스화를 적용했습니다. 지난 10~15년 동안 이 공정은 IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) 발전소의 전력 산업에서 사용되었습니다.

피셔-트롭쉬 프로세스

Fischer-Tropsch 공정은 CO와 H2가 다양한 형태의 액체 탄화수소로 전환되는 촉매 화학 반응입니다. 사용되는 일반적인 촉매는 코발트와 철입니다. 이 공정의 주요 목적은 합성 연료를 생산하는 것입니다. 이 공정의 유용성은 주로 고체 공급원료에서 유체 탄화수소 또는 H2를 생산하는 능력 때문입니다.

원래의 Fischer-Tropsch 공정은 화학식 (2n+1)H2 + nCO =CnH(2n+2) + nH2O로 설명됩니다. 위 반응의 초기 반응물(즉, CO + H2)은 방정식 CH4 + 0.5O2 =2H2 + CO에 따라 GTL(기체에서 액체로) 적용의 경우 CH4의 부분 연소와 같은 다른 반응에 의해 생성될 수 있습니다. C + H2O =H2 + CO 방정식에 따라 CTL(석탄에서 액체로)의 경우 석탄의 가스화에 의해. 석탄과 증기의 반응에 필요한 에너지는 공기 또는 O2를 추가하여 제공됩니다. 이것은 C + 0.5O2 =CO 반응으로 이어집니다. Fischer-Tropsch 공정에 의한 합성 가스의 생산 및 합성은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 Fischer-Tropsch 공정에 의한 합성가스 생산 및 합성

석탄 가스화와 석탄 연소의 비교

가스화 및 연소는 본질적으로 반응 범위의 두 끝으로 간주될 수 있습니다. 연소는 완전 산화이고 가스화는 부분 산화입니다. 또한 연소는 산화(과잉 O2) 환경에서 발생하고 가스화는 환원(O2 고갈) 환경에서 발생합니다. 가스화는 더 효율적이고 배출이 적습니다. 가스화의 경우, 생성물의 H2 함량을 증가시키기 위해 반응물로 물을 첨가할 수 있다. 탭 1은 가장 중요한 반응의 목록과 이러한 각 반응과 관련된 엔탈피 변화를 제공합니다. 표의 처음 두 반응을 보면 C로 표시된 석탄은 하나의 O2 원자(0.5 O2)와 반응하여 CO를 얻고 두 개의 O2 원자와 반응하여 CO2를 얻는 것을 알 수 있습니다. 실제로, 두 번째 반응은 고체상 C가 하나의 O2 원자와 반응하여 CO를 생성한 다음 두 번째 O2 원자와 반응하여 CO2를 형성하기 때문에 한 단계 과정이 아닙니다. 표의 모든 반응은 증기에 의한 가스화와 CO2에 의한 가스화로 식별된 두 가지 반응을 제외하고 발열 반응입니다. 이 두 가지 흡열 반응은 가장 흔히 기체화라고 하는 반응이며, 여기서 고체 C는 '비반응성' 기체(H2O 또는 CO2)와의 반응을 통해 반응성 기체로 바뀝니다. 게다가 이 두 반응은 흡열 반응으로 진행되기 위해서는 높은 온도가 필요합니다.

일반적인 부분 산화 반응은 2CHn + O2 =2CO + nH2입니다. 공정 중 O2 소비량은 석탄의 회분 함량과 CV에 따라 다릅니다. 불충분한 O2 공급은 석탄의 부분 산화를 보장합니다. 이 반응은 H2, CO, CH4 및 CO2와 같은 가스 혼합물을 생성합니다. 최종 제품은 합성 가스입니다. 혼합물의 조성은 압력에 따라 변합니다.

탭 1 가스화 및 연소 반응
SL 번호	대응 절차	방정식	엔탈피 변화
1	O2를 사용한 가스화	C + 0.5O2 =CO	-2180.3 kcal/kg C
2	O2와의 연소	C + O2 =CO2	-7844.7 kcal/kg C
3	CO2를 사용한 가스화	C + CO2 =2CO	3484kcal/kg C
4	증기 가스화	C + H2O =CO + H2	2640.7 kcal/kg C
5	H2를 사용한 가스화	C + 2H2 =CH4	-1485.4 kcal/kg C
6	수성 가스 이동 반응	CO + H2O =CO2 + H2	-361.4 kcal/kg CO
7	메탄화	CO + 3H2 =CH4 + H2O	-1768.4 kcal/kg CO

  석탄 가스화는 완전 연소에 필요한 이론적 O2의 약 1/5에서 1/3인 제한된 양의 O2로 수행됩니다. C의 일부만이 열 생성을 위해 연소됩니다. H2와 CO는 가스화의 주요 생성물입니다. CH4와 CO2는 다른 두 가지 주요 제품이며 그 함량은 압력이 증가함에 따라 증가하고 H2+CO 함량은 감소합니다. 석탄 가스화기에서는 두 가지 물리화학적 공정이 발생합니다. (i) 열분해 또는 탈휘발 공정 및 (ii) 가스화 공정입니다.

열분해 과정에서 석탄은 가스화로에 들어갈 때 먼저 가스화로에 존재하는 뜨거운 가스에 의해 건조됩니다. 일련의 복잡한 물리적, 화학적 공정은 350℃ 미만의 온도에서 천천히 시작하고 온도가 700℃를 초과하면 가속화됩니다. 열분해 방출 생성물의 조성은 열분해 동안의 온도, 압력 및 가스 조성에 따라 달라집니다. 열분해 과정은 석탄 -> 열 -> 숯 -> 기체 -> 증기 또는 액체의 반응으로 나타낼 수 있습니다.

열분해에 의해 생성되는 세 가지 제품은 (i) CO, H2, CO2, CH4 및 H2O(수증기)와 같은 가벼운 가스, (ii) 무거운 무기 및 유기 분자로 구성된 부식성 및 점성 액체인 타르, 및 (iii) 고체 잔류물인 숯은 주로 C를 함유한다.

가스화 과정은 가스화기 내부에서 발생하는 연소 반응에서 생성된 열에 의해 지원되는 일련의 흡열 반응을 포함합니다. 이러한 반응은 방정식 (i) C + O2 =CO2(델타 H =-94.05 kcal/mol) 및 (ii) H2 + 0.5O2 =H2O(델타 H =– 68.3 kcal/mol)로 표시됩니다. 발생하는 주요 가스화 반응은 (i) 수성 가스 전환 반응, (ii) 부두아르 반응, (iii) 전환 전환 및 (iv) 메탄화입니다.

수증기에 의한 C의 부분 산화가 발생하는 수성 가스 전환 반응에서 델타 H =28/3 kcal/mol인 방정식 C + H2O =H2 + CO로 표시됩니다. Boudouard 반응 동안, 가스화 장치에 존재하는 숯은 CO2와 반응하여 CO를 생성합니다. 가역 반응은 delta H =38 kcal/mol인 CO2 + C =2CO 방정식으로 표시됩니다. 전환 전환은 흡열 반응이며 물-기체 전환 반응으로 알려져 있습니다. 이 반응으로 인해 가스의 H2 대 CO 비율이 증가합니다. 이 반응은 합성 가스 생산 중에 사용됩니다. 반응은 델타 H =– 10.1 kcal/mol인 CO + H2O =CO2 + H2입니다. 메탄화에는 니켈계 촉매가 사용됩니다. 1100℃ 및 6kg/sq cm ~ 8kg/sq cm의 압력에서 이 촉매는 높은 발열량 때문에 IGCC 응용 분야에서 선호되는 CH4 형성 반응을 가속화합니다. 관련된 반응은 방정식 C + 2H2 =CH4(델타 H =17.8 kcal/mol)로 주어집니다.

완전한 가스화 반응은 특정 흡열 C-증기 및 C-CO2 반응을 유도하기 위해 특정 온도에서 작동해야 하는 가스화기에서 수행됩니다. 필요한 온도는 O2와 석탄 사이의 발열 반응에서 발생하는 열에 의해 유지됩니다.

가스화 매체에 따라 가스화기는 (i) 공기 취입 및 (ii) O2 취입의 두 가지 범주로 분류됩니다. 공기 취입 가스화기에서는 공기가 가스화 매체로 사용되는 반면 O2 취입 가스화로는 순수한 O2가 가스화 매체로 사용됩니다. 공기가 가스화 매체로 사용되는 경우 N2가 동시에 공정에 유입되어 생성물 가스가 희석됩니다. 결과적으로 제품 가스는 낮은 발열량(CV)을 갖습니다.

가스와 연료의 접촉에 따라 4가지 유형의 가스화기가 있습니다(그림 3). 이들은 즉 (i) 이동층 또는 고정층 가스화기, (ii) 유동층 가스화기, (iii) 동반층 가스화기 및 (iv) 수송 흐름 가스화기입니다. 네 가지 유형의 가스화기는 모두 탄소질(C 함유) 공급 재료(석탄)의 부분 산화(가스화)를 기반으로 합니다. 이들 각각은 DRI 생산을 위한 허용 가능한 환원 가스를 만들 수 있지만 고정층 및 유동층 가스화기는 고회탄에 선호되는 선택입니다.

그림 3 가스화기의 유형

이동층 가스화 기술은 가장 오래된 기술로 널리 사용되고 있습니다. 가스화기는 고정층 가스화기라고도 합니다. 가스화 매체는 고정된 고체 입자 층을 통해 천천히 흐릅니다. 이러한 유형의 가스화기의 두 가지 가능한 구성은 가스화 매체의 흐름 방향에 따라 상승기류 및 하강기류입니다. 타르 함량이 낮기 때문에 상향 기류 구성이 더 일반적으로 사용됩니다. 선호되는 공급 석탄 크기는 5mm에서 80mm입니다. 연소 구역은 약 1500℃에서 1800℃의 최대 온도에 도달하고 슬래깅 및 건식회 가스화 구역의 경우 약 1300℃의 최대 온도에 도달합니다. 온도 프로파일은 베드 위에 형성되어 공급 석탄이 연속적으로 예열, 건조, 열분해, 가스화 및 연소. Lurgi 가스화기는 가장 오래된 이동층 가스화기 기술입니다.

유동층 가스화기는 유체처럼 행동하는 고체 입자의 층을 가지고 있습니다. 이러한 유형의 가스화기에서 공급원료의 입자 크기는 5mm 미만이고 입자는 O2가 풍부한 가스에 부유합니다. 상승하는 가스는 공급원료와 반응하여 석탄 입자의 유동화 상태를 유지합니다. 이러한 유형의 가스화기에서는 균일한 온도 분포가 달성됩니다. 또한, 이러한 유형의 가스화기에서는 작동 온도가 회융합 온도보다 훨씬 낮은 800℃ 내지 1050℃ 범위에 있기 때문에 베드의 클링커 형성 및 탈유동화가 방지된다. 재 배출은 건조 재 또는 덩어리 재의 형태로 수행될 수 있습니다. 건식 재 유동층 가스화기는 전통적으로 저급 석탄에 사용됩니다. 응집재 유동층 가스화기는 모든 등급의 석탄에 사용됩니다.

연행식 가스화기는 증기와 O2의 흐름에 고속으로 부유하는 0.1mm 미만의 미분탄 입자를 사용합니다. 석탄 공급 방법에 따라 건식(수송 가스로 사용되는 질소) 또는 습식(수분 슬러리로 운반) 가스화기는 거의 모든 유형의 석탄을 수용합니다. 엔트레인드 플로우 가스화기는 1400℃ ~ 1600℃의 고온 범위(재 슬래깅 온도보다 훨씬 높음)에서 작동하기 때문에 높은 C 전환율을 보장합니다. 이 가스화기는 가스 체류 시간이 초 단위로 측정되기 때문에 고용량입니다.

수송 가스화기는 건식 비슬래깅 가스화기입니다. 수송 가스화기는 유체역학적 유동장을 기반으로 합니다. 기체-고체 접촉이 우수하고 기체와 고체 사이의 물질 전달 저항이 매우 낮습니다. 그것은 슬래그 처리 및 라이너 침식 문제를 방지하는 저온에서 높은 석탄 처리량과 높은 열 방출 속도를 허용하는 매우 난류적인 분위기를 가지고 있습니다.

원하는 CO 및 H2 외에도 가스화 장치를 떠나는 합성 가스에는 다른 화합물도 포함되어 있습니다. 가스화 생성물은 CO, H2, CH4와 같은 바람직한 성분과 CO2, H2O, 회분, 그을음, 타르, 입자상 물질, 일정량의 H2S(황화수소) 및 미량의 암모니아, 염산, 시안화수소와 같은 바람직하지 않은 성분을 포함합니다. . 따라서 합성 가스의 정화는 석탄 가스화 공정의 중요한 측면입니다. 바람직하지 않은 구성 요소는 제품 가스에서 제거해야 합니다. 바람직하지 않은 구성 요소를 제거하는 데 사용되는 여러 기술이 있습니다.

석탄 가스화 공정의 생성 가스(CO, H2, CH4)는 연료 가치가 있습니다. 고정층 가스화 기술을 사용하는 경우 합성 가스에는 방향족 유기 화합물도 포함됩니다. 일반적으로 유연탄 1kg은 합성가스 1.5~1.7cum으로 전환될 수 있습니다.

공급원료 유연성 측면에서 다양한 등급의 석탄을 활용하기 위해 여러 가스화 플랜트 설계가 개발되었습니다. 가스화는 공정 운영의 특성으로 인해 기존(비 GHG) 오염물질의 매우 낮은 가스 배출을 초래합니다. 또한 지질학적 저장 또는 유전에서 향상된 석유 회수를 위해 생성된 CO2 부산물을 포집하기 위한 잠재적으로 낮은 한계 비용 경로를 제공합니다.

또한 석탄 가스화 공정에는 상당한 물 사용이 필요합니다. 그들은 또한 CO2를 많이 배출합니다. 합성가스 1톤의 경우 일반적인 석탄 소비량은 약 2.8톤, 물 요구량은 약 6.6톤, CO2 발생량은 약 2.5톤입니다. CO2는 부산물로 배출되며 지하 저장고로 운반하기 위해 판매되거나 압축될 수 있습니다.

몇 가지 가스화기 개념이 있습니다. 일부 주요 가스화기 개념의 원자로에 대한 일반적인 설명은 아래에 나와 있습니다.

GE 에너지 가스화기 – GE Energy는 2004년 Chevron으로부터 가스화 기술을 인수했습니다. GE 석탄 가스화로는 합성 가스를 생산하기 위한 단일 단계, 하향 공급, 동반 흐름 내화 라이닝 ​​가스화로로 구성됩니다. 석탄/물 슬러리는 단일 버너를 통해 O2와 함께 도입되는 가스화기의 상단으로 펌핑됩니다(그림 4). 석탄은 고온(1200 ~ 1480 ℃)에서 O2와 발열 반응하여 합성 가스를 형성합니다. 합성가스는 대부분 H2와 CO, 그리고 슬래그를 포함합니다.

그림 4 GE 에너지의 석탄 가스화로

아래로 흐르는 슬래그는 급냉된 다음 잠금 호퍼 배열을 통해 가스화기의 바닥에서 제거됩니다. 잠금 호퍼를 떠나는 물은 슬래그에서 분리되어 스크러빙 장치로 보내진 후 슬러리 준비를 위해 재활용될 수 있습니다. 가스화 장치를 떠나는 원료 합성 가스는 복사열 및/또는 대류 열 교환기 및/또는 직접 급랭 시스템에 의해 냉각될 수 있으며, 여기서 물은 뜨거운 원료 합성 가스에 주입됩니다. 이러한 대안 중에서 선택하는 것은 비용과 적용의 선택입니다.

복사 냉각 설계는 고압 증기를 생성하는 그을음 내성 복사 합성 가스 냉각기를 사용합니다. 슬래그는 원자로용기 바닥에 있는 수조에서 급냉되고 잠금호퍼를 통해 제거됩니다. 합성 가스는 가스가 하류 공정으로 보내지기 전에 미세 입자 물질을 제거하기 위해 물 스크러버에 의해 가스화기를 떠난 후 추가로 냉각됩니다. 직접 급랭 시스템은 가스화기를 떠나는 뜨거운 가스가 급랭 링을 통해 물과 직접 접촉하는 출구 가스 수 급냉을 사용합니다. 그런 다음 가스화기 용기의 하부에 있는 물에 담근다. 냉각되고 포화된 합성 가스는 그을음 및 미립자 제거를 위해 스크러버로 보내집니다. 퀜칭 설계는 덜 효율적이지만 비용도 덜 들고, 더 높은 H2 대 CO 비율 합성가스가 필요할 때 일반적으로 사용됩니다.

Conoco Phillips E-Gas 가스화기 – Conoco Philips E-가스 가스화기는 원래 DOW Chemicals에서 개발되었으며 1987년부터 1995년까지 Louisiana Gasification Technology Inc.(LGTI)에서 시연되었습니다. 이는 동반 흐름 가스화기이며 그림 5에 나와 있습니다. 1단계(하부)로 공급되는 가스화기의 80%. 가스화기는 석탄수 슬러리 공급, O2 취입, 연속 슬래그 제거 시스템 및 건식 미립자 제거 기능이 있는 내화 라이닝 ​​가스화기입니다. E-Gas 공정은 다양한 석탄에 적합합니다.

그림 5 Conoco Philips E-가스 가스화기

쉘 가스화기 – Shell의 가스화 기술은 건식 공급, 가압, 동반 유동, 슬래깅 가스화로 구성됩니다. 석탄 기반 변형은 1970년대에 개발되었습니다. 석탄은 분쇄되고 수송 가스(합성 가스 또는 질소)를 사용하여 수평으로 대향된 두 세트의 버너를 통해 가스화기로 공급됩니다. 예열된 O2와 증기(감속제로서)는 혼합되어 인젝터로 공급되어 석탄과 반응하여 탄화수소 액체나 가스가 없는 소량의 CO2와 함께 주로 H2와 CO로 구성된 합성 가스를 생성합니다. 뜨거운 제품 가스는 그림 6과 같이 수직 멤브레인 원통형 벽을 통해 위쪽으로 흐릅니다.

그림 6 쉘 변형 유동 가스화기

위쪽으로 흐르는 합성 가스와 동반된 용융 재는 수벽에 퇴적되어 아래쪽으로 흐릅니다. 그것은 수조에서 담금질되는 가스화기의 바닥을 통해 제거됩니다. 원료 합성가스는 1370~1480℃의 온도 범위에서 가스화기를 떠난 다음 더 낮은 온도의 재활용 제품 가스로 처리되어 혼입된 용융 플라이 슬래그를 경화된 고체 물질로 전환합니다. 그런 다음 열 회수를 위해 합성 가스 냉각기로 들어가 고압(HP) 과열 증기를 생성합니다. 합성 가스 냉각기를 떠나는 미가공 합성 가스에 포함된 비산회 대부분은 상업용 필터 장비나 사이클론을 사용하여 가스에서 제거됩니다. 남아 있는 비산회는 습식 세정기로 하류에서 포집됩니다.

지멘스 가스화기 – Siemens 가스화기는 건식 공급, 가압, 연행식 시스템으로 상부 연소 버너를 통해 석탄과 함께 O2 및 증기가 도입됩니다(그림 7). 낮은 회분 공급 원료를 위해 내화 라이닝으로 설계하거나 가스화기의 가스화 섹션에 기밀 멤브레인 벽 구조로 설계할 수 있습니다.

그림 7 Siemens 연행 가스화기

가스화기에서 형성된 용융 슬래그는 반응기 챔버를 따라 급랭 구역으로 흘러들어가 급랭 노즐 링의 물과 접촉하면 응고되고 잠금 호퍼 장치를 통해 제거됩니다. 가스화로는 99% 이상의 C 전환율을 달성할 수 있으며 이 기술은 무연탄에서 갈탄에 이르기까지 모든 유형의 석탄에 적합합니다.

KBR TRIG 석탄 가스화기 – TRIG(Transport Integrated Gasification) 기술은 Southern 회사와 KBR Inc.에서 개발했습니다. 최대 50%의 회분 및 높은 수분 함량을 포함하는 반응성 저급 석탄을 처리하도록 설계되었으며 증기 및 공기 중 하나로 작동할 수 있습니다. 또는 가스화 매질로서 O2. 발전에는 공기 송풍 운전이 바람직하고 합성 가스 생산에는 O2 송풍 운전이 더 적합합니다. TRIG 프로세스의 단순화된 레이아웃은 그림 8에 나와 있습니다.

그림 8 TRIG 프로세스의 단순화된 레이아웃

이 시스템은 혼합 구역, 라이저, 분리기, 사이클론, 스탠드파이프, 루프 씰 및 J-레그로 구성된 순환 가스화기로 구성됩니다. 이것은 높은 고체 순환 속도와 가스 속도로 작동하도록 설계되어 처리량, C 변환 및 효율성을 높입니다. 원료 합성가스는 장치의 라이저 부분에서 형성되며, 반응하지 않은 고형물이 실린 곳에서 고형물이 제거되는 일련의 사이클론을 통과합니다. 재 물질은 라이저를 통해 재순환되어 미전환 C가 활용되고 가스화기에 열을 제공합니다. 재는 다운코머에 축적되면서 장치에서 배출됩니다. 가스화기는 적당한 온도와 회분의 융점 이하에서 작동하므로 장비의 신뢰성과 가용성을 높일 수 있습니다. 후자는 하류 미립자 필터를 사용하여 향상되어 물 세정을 제거하고 플랜트 물 소비 및 폐수 배출을 크게 줄입니다.

Lurgi 건식 바닥 가압 석탄 가스화기 – Sasol Lurgi 가스화 공정은 20kg/sq cm ~ 30kg/sq cm의 압력에서 회전하는 화격자에서 증기와 O2와 덩어리 크기의 저점결탄 또는 중간 점결탄의 반응으로 구성됩니다. 건식 바닥 가압탄 가스화 공정을 위한 가스화기는 그림 9에 나와 있습니다.

그림 9 Lurgi 건식 바닥 가압 석탄 가스화기

화격자의 바닥 연소 구역에서 석탄 숯은 가스화 반응을 위한 에너지를 제공하기 위해 O2와 함께 연소됩니다. 석탄이 가스화로 아래로 이동함에 따라 가스화로를 떠나는 위쪽으로 흐르는 합성가스에 의해 가열됩니다. 열로 인해 석탄이 건조되고 휘발됩니다. 휘발된 생성물 중 일부는 반응하기 전에 빠져나와 가스화기를 원료 합성 가스와 함께 둡니다. 탈휘발탄이 아래로 내려감에 따라 아래 연소 구역의 연소 생성물과 함께 가스화됩니다. 건식 재 작동 모드에서 초과 증기에 O2가 주입되어 온도를 재 융합 온도 미만으로 유지합니다. 모터로 구동되는 회전식 재 화격자는 '건조' 상태의 재를 제거하고 석탄층을 지지하는 데 사용됩니다.

가스화제 및 연료의 역류 흐름은 가스화기의 높은 열효율을 초래하여 발열량이 약 2650kcal/cum ~ 2850kcal/cum인 원료 가스를 생성합니다. 공급 석탄의 특성에 따라 제품 가스는 부피 기준으로 25% ~ 33% CO2, 15% ~ 21% CO, 35% ~ 41% H2 및 10% ~ 13% CH4를 포함합니다. 합성가스로 사용하기 위해서는 CH4와 CO2를 제거해야 합니다.

1960년대 이후 Lurgi 공정은 원자로 크기 및 구성 요소의 증가, 저급 석탄을 포함하도록 공급 석탄 슬레이트의 확장, 가스화제로 O2 대신 공기 사용을 통해 개선되었습니다. 또한, 가스화기 처리량을 높이는 동시에 미가공 가스의 CH4 함량을 증가시키기 위해 최대 100kg/sq cm 압력에서 작동하도록 설계가 입증되었습니다.

British Gas Corporation은 Lurgi와 협력하여 연료/회분 베드에서 회전 장비와 관련된 문제를 피하는 동시에 가스화기 바닥의 새로운 설계를 개발함과 동시에 회분의 연화 온도에 의해 설정된 한계를 극복했습니다. 가스화 구역. 이로 인해 BGL 슬래깅 가스화기가 발생했습니다. 가스화기는 (i) 액체 슬래그 태핑을 위한 노로 화격자 및 재 잠금 장치 교체, (ii) 화격자 대신 송풍구를 통한 가스화제 O2 및 증기 도입, (iii) 열 손실을 줄이기 위해 원자로 본체의 하부에 내화 라이닝을 사용합니다.

BGL 슬래깅 가스화기는 또한 표준 Lurgi 가스화기보다 더 높은 가스화 온도에서 작동하므로 제품 가스의 CO/CO2 비율이 더 높고 그에 따라 CH4 함량이 더 낮습니다. 부피에 따른 일반적인 가스 조성은 2% ~ 3% CO2, 55% ~ 60% CO, 25% ~ 28% H2 및 6% ~ 9% CH4입니다. 고온은 더 나은 증기 활용을 제공하므로 세척 및 처리에 필요한 물의 양이 훨씬 줄어듭니다. 석탄재는 제거 시 침출되지 않는 유리를 형성하는 슬래그로 전환됩니다. 이것은 일반적으로 석회석 또는 염기성 용광로(BF) 슬래그와 같은 융제제를 추가하여 얻어지는 낮은 슬래그 점도를 필요로 합니다.

MHI 가스화기 – Mitsubishi Heavy Industries(MHI) 가스화기는 Combustion Engineering 공기 취입 슬래깅 가스화기를 기반으로 하며 Combustion Engineering(및 후속 소유자)과 MHI 간에 공동 개발되었습니다. 건식 공급 시스템으로 수분 함량이 높은 저급 석탄에 적합합니다. 그것은 멤브레인 수벽 구조를 사용하는 공기 취입 2단계 연행층 슬래깅 가스화기입니다. 가스화기는 그림 10에 나와 있습니다.

그림 10 MHI 가스화기  

Synthesis Energy Systems 가스화 기술

SES(Synthesis Energy Systems)는 단일 단계 유동층 시스템이며 중저 발열량 합성 가스를 제공할 수 있는 U-Gas 가스화 기술에 대한 전 세계 독점 라이선스를 보유하고 있습니다. SES 가스화 기술의 흐름도는 그림 11에 나와 있습니다. SES 가스화 기술은 모든 등급의 석탄을 포함하여 저품질 연료를 가스화하는 데 특히 적합합니다.

건조되고 갈은 석탄은 잠금 호퍼를 통해 가스화기로 공급되며 증기와 O2의 혼합물에 의해 유동화됩니다. 이러한 반응가스는 배전망을 통해 가스화기 하부로 유입되고 배전망 중앙의 회분배출구로 유입된다. 베드는 연료 내 재의 연화 온도에 따라 840℃에서 1100℃ 범위의 온도로 유지됩니다. 이러한 조건에서, 가스화기 내의 연료회(미네랄 함량) 입자의 농도는 덩어리지기 시작하여 더 큰 입자를 형성하기 시작하도록 증가하며, 이는 중력에 의해 유동층에서 선택적으로 제거됩니다. 이 설계는 연료 C의 95% 이상이 가스화되도록 합니다.

그림 11 SES 가스화 기술의 흐름도