(57)【要約】【課題】合成ガスより転換される液体燃料を利用した統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）プラントの稼働方法を提供する。【解決手段】炭素供給源から合成ガスを生成するガス化装置と、合成ガスを燃焼させて電力を生成する合成ガス燃焼システムと、天然ガス予混合燃焼システムとを含むＩＧＣＣプラントの稼働方法であり、ガス化装置を稼働させて一定速度で合成ガスを生成するステップ；一定速度でのガス化装置の出力に対応するベース負荷よりも現状電力要求が低いとき、合成ガスを部分的に液体燃料に転換し保管するステップ；上記ベース負荷よりも現状電力要求が高いとき、保管された液体燃料を、液体燃料の気化及びこれと周囲空気より酸素含有量の少ない第１のガスとの混合を行う気化ユニットにより部分的に燃料ガスに転換し、これを天然ガス予混合燃焼システムで使用して上記ベース負荷より高い分の現状電力要求に見合う電力を生成するステップを含む方法である。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素供給源をガス化して合成ガスを生成するためのガス化装置と、前記合成ガスを燃焼させて電力を生成するための合成ガス燃焼システムと、天然ガス予混合燃焼システムと、を含む統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）プラントの稼働方法であって、
前記ガス化装置を稼働させて、一定の速度で合成ガスを生成するステップと、
前記一定の速度での前記ガス化装置の出力に対応するベース負荷よりも、現状の電力要求が低いときには、前記ガス化装置からの前記合成ガスを部分的に液体燃料に転換し、該液体燃料を保管するステップと、
前記一定の速度での前記ガス化装置の出力に対応するベース負荷よりも、現状の電力要求が高いときには、前記保管された液体燃料を、該液体燃料の気化及びこれと周囲空気よりも酸素含有量の少ない第１のガスとの混合を行う気化ユニットを用いて部分的に燃料ガスに転換し、該燃料ガスを前記天然ガス予混合燃焼システムで使用して、前記一定の速度での前記ガス化装置の出力に対応するベース負荷より高い分の現状の電力要求に見合うのに十分な電力を生成するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記炭素供給源は、石炭、亜炭、褐炭、無煙炭、亜瀝青炭、微粒炭素、化石燃料、固体炭化水素、液体炭化水素、残留油、低ＡＰＩ重力燃料油、タールサンド油、シェール油、VacResid、石油コークス、石油ボトム、アスファルト、ＡＰＩアスファルト、残留コークス、天然ガス、蝋、ビチューメン、ビチューメンの水性乳濁液、バイオマス、炭水化物、セルロース系材料、泥炭、トウモロコシ、藁、木材、木材残留物、肥料、下水汚泥、籾殻、稲藁、エンバク殻、松の樹皮、タイヤおよび／またはタイヤ由来燃料、残留フルフラール、スイッチグラス、オリーブのかす、サンサ、一本の木材から出る廃物、サトウキビバガス、未消化乾燥下水汚泥、消化乾燥下水汚泥、カーペット製造織端、使用済カーペット、にわとりの寝藁、七面鳥の寝藁、積層床材ちり、都会の植物性廃棄物、パルプ汚泥、トウモロコシの茎葉、エタノール工場で生じる乾燥された蒸留穀物残渣、ならびにそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記合成ガスを液体燃料に転換するステップは、フィッシャートロプシュ法を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記液体燃料は、前記第１のガスと接触する前に気化される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記液体燃料は、前記第１のガスと接触することによって気化される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のガスは、不活性ガス、窒素、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯX、ＳＯX、炭化水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アンモニア、空気分離器ユニットによって供給されるガス、排ガス、高温排ガス、低温排ガス、合成ガス、またはそれらの組合せの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のガス中の前記酸素含有量は、前記燃料ガスの燃焼が支持されないように十分低い、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のガスは実質的に酸素を含有しない、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のガス中の前記酸素含有量は、前記燃焼ガスの自己発火が遅れるか減少するように十分低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記燃料ガスを生成する前に、前記液体燃料を保管容器に送り、前記液体燃料を前記保管容器に一定期間保管し、前記液体燃料を前記保管容器から取出すステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記燃料ガスを生成する前に、前記液体燃料をトラック、鉄道、パイプライン、もしくは船、またはそれらの組合せによって輸送するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記燃焼ガスは、燃焼装置内の火炎面に到達する前に形成される、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）プラントは、空気分離器ユニットをさらに含み、
酸素豊富なガスを前記空気分離器ユニットから前記ガス化装置に供給するステップと、
前記空気分離器ユニットから窒素豊富なガスを前記燃料ガスを生成するステップにおける前記第１のガスとして使用するステップと、
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記統合型ガス化複合サイクル（ＩＧＣＣ）プラントは、単一のガス化装置を含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願データ
本出願は、２００６年５月１日に提出された米国仮出願連続番号６０／７４６，１３６の優先権を主張するものであり、当該出願の全体の内容は、詳細に記載されているように引用により本願に援用される。
【背景技術】
【０００２】
背景
石炭ガス化複合発電（Integrated Gasification Combined Cycle：ＩＧＣＣ）技術は、複雑な石炭ガス化処理工場を、合成ガス火力燃焼タービン複合サイクル発電所に結合する。ＩＧＣＣプロセスは典型的に２段階の燃焼作業を要し、これは典型的に段階の間の清浄を含む。第１段階ではガス化装置を使用し、酸化剤供給を制限することによって石炭の部分酸化が実行される。合成ガスを生成するために蒸気改質などの他の方法も用いられ得る。このように生成された合成ガスは、大部分がＣＯとＨ2との混合物であり、次に典型的に洗浄されて硫黄などの不純物が除去され、第２段階に送られる。第２段階では、合成ガスが燃焼タービン内で燃やされて、酸化が完了し、エネルギが生成される。
【０００３】
合成ガスを生成するため、石炭以外の炭素の供給源が用いられ得る。このいわゆるガスタービン複合サイクル（gas turbine/combined cycle：ＧＴ／ＣＣ）技術は、液体および固体炭化水素、バイオマス、アスファルト、タイヤ、残留コークスなどのさまざまな炭素含有供給原料を用いると等しく良好に働く。
【０００４】
ＩＧＣＣ工場にとって非常に重要なのは、全体のシステム−ガス化ユニットおよび燃焼タービン−の統合である。多量の合成ガスを保管するのは実用的でないため、ガス化工場が運転しているときはいつも燃焼タービンは運転し続けていなければならない。燃焼タービンを停止すると典型的に、ガス化工場を直ちに停止しなければならない。また、ガス化工場を部分負荷のみで操業するのも困難であり、したがって燃焼タービンを少なくともベース負荷構成において動かす必要がある。これらは重大な運転上の制約である。
【０００５】
石炭から得られる合成ガスの発熱量（１１５〜１２５ＢＴＵ／ｓｃｆ  ＬＨＶ）は、天然ガス（８００〜１０００ＢＴＵ／ｓｃｆ  ＬＨＶ）と比べて非常に低い。このため、合成ガス火力燃焼タービン上の燃焼ハードウェアを、天然ガス火力燃焼タービン上で通常用いられるものからかなり改良する必要がある。これらの改良の費用は多大になり得、工場の費用を増大させ、付加的な保守問題をオペレータにもたらす。
【０００６】
合成ガスをそのエネルギ値を得るために燃やす代わりに、合成ガスは炭化水素に変換され得る。これらのいわゆる気体−液体（gas-to-liquid：ＧＴＬ）および石炭−液体（coal-to-liquid：ＣＴＬ）プロセスは周知である。この変換を行なうためのいくつかの方法が利用可能である。フィッシャートロプシュ法は、ＣＯおよびＨ2が炭化水素に触媒されるほんの一例である。フィッシャートロプシュ法によって生成される炭化水素はＣ1〜Ｃ200またはそれより高級のものを含み、ほとんどは約Ｃ1〜Ｃ50の範囲内にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、過去１５年間、液体燃料は燃焼タービンに選択される燃料ではなかった。これは、天然ガスなどのガス燃料を燃やすのに比べて、液体燃料を燃やすことに典型的に関連付けられる汚染のレベルがより高いためである。液体燃料は伝統的に非予混合（または拡散）モードで燃やされ、これにより、燃焼室内に比較的高温の領域が生じる。非予混合燃焼はＮＯXなどの汚染物質の量を増やし得るため、ガスタービンのための予混合燃焼室が開発されている。これらによって、燃焼室内の温度場をよりよく制御することが可能となる。さらに、非予混合モードで液体燃料を燃やす際にＮＯX化合物の排出を減らすために水または蒸気を燃焼室に導入することもまた、燃焼タービンハードウェアの効率および寿命に悪影響を及ぼす。
【０００８】
その内容が引用により本願に援用される米国特許第７，０８９，７４５号は、燃焼用液体燃料を気化させるためのシステムおよび使用方法を開示している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
いくつかの実施例の説明
図２に示されるこの発明の１つの実施例は、合成ガス６を液体燃料２５に転換するステップと、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するステップと、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させて燃焼ガス６５を形成するステップとを備えるプロセスを提供する。炭素供給源１ａがガス化ユニット５に送られ、ここでＯ2、空気、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、またはそれらの組合せ２が導入される。不純物７が除去され得、合成ガス６が形成される。合成ガス６は、変換ユニット２０内で液体燃料２５に転換される。液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて、気化ユニット３０内で燃料ガス４５が生成される。燃料ガス４５は、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と予混合ユニット４０内で接触させられて、燃焼ガス６５が形成される。
【００１０】
燃焼ガス６５は、燃焼装置５０内の火炎面（図示せず）に到達する前に（予混合モード）、または燃焼装置５０内の火炎面で（非予混合モード）形成され得る。
【００１１】
炭素供給源１ａは特に限定されない。石炭１に加えて、他の炭素供給源１ａが用いられ得る。合成ガス６が生成され得る炭素供給源１ａのいくつかの例は、石炭、亜炭、褐炭、無煙炭、亜瀝青炭、微粒炭素、化石燃料、固体炭化水素、液体炭化水素、残留油、低ＡＰＩ重力燃料油、タールサンド油、シェール油、VacResid、石油コークス、石油ボトム、アスファルト、ＡＰＩアスファルト、残留コークス、天然ガス、蝋、廃棄物、ビチューメン、ORIMULSION（商標）（ビチューメンの水性乳濁液）、バイオマス、炭水化物、セルロース系材料、泥炭、トウモロコシ、藁、木材、木材残留物、肥料、下水汚泥、籾殻、稲藁、エンバク殻、松の樹皮、タイヤおよび／またはタイヤ由来燃料、残留フルフラール、エンバク殻、スイッチグラス、オリーブのかす、サンサ、一本の木材から出る廃物、サトウキビバガス、未消化乾燥下水汚泥、消化乾燥下水汚泥、カーペット製造織端、使用済カーペット、にわとりの寝藁、七面鳥の寝藁、積層床材ちり、都会の植物性廃棄物、パルプ汚泥、トウモロコシの茎葉、エタノール工場で生じる乾燥された蒸留穀物残渣、ならびにそれらの混合物の１つ以上を含む。
【００１２】
ガス化ユニット５は、炭素供給源１ａを合成ガス６に変換するかぎり特に限定されない。ガス化ユニット５は固定床、流動床、循環流動床または噴流型であり得る。ガス化ユニット５において、炭素供給源１ａは、Ｏ2、空気、Ｈ2Ｏ、蒸気、ＣＯ2、またはそれらの組合せの給送２と組合せられる。示されていないが、１つの実施例では、周知のように、ガス化ユニット５へのＯ2給送２は空気分離器ユニット（ＡＳＵ）内で生成され得る。炭素供給源１ａの変換は、部分酸化、触媒部分酸化、蒸気改質、自己熱改質、ＣＯ2改質、水性ガスシフト、圧力スイング吸着、またはそれらの組合せの１つ以上を含み得る。
【００１３】
図２に示されるように、スラグ、水銀、アルカリ金属、固体、すす、ちり、灰、硫黄、酸ガス、Ｈ2Ｓ、ＣＯＳ、ＮＨ3、ＨＣＮ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ、ＣＳ2などの不純物７が値を得るために除去されるか、回収され得る。所望であれば、ＣＯ2、Ｈ2Ｏ、ＣＨ4、Ｎ2、パラフィン、エタン、プロパン、およびオレフィン、エタン、プロペン、タール、有機化合物などの他の成分が値を得るために除去され、および／または回収され得る。これらを除去する方法は当該技術において公知である。合成ガス６はまた、バイオマスのガス化から生成されるいわゆる「生合ガス（biosyngas）」も含み得る。主としてＨ2とＣＯとの混合物である、このように生成された合成ガス６は、変換ユニット２０に供給するために乾燥して清浄であり得る。この点に関して、ガス化ユニット５と変換ユニット２０とは流体接続されている。
【００１４】
図２に示されるように、合成ガス６は、変換ユニット２０に送られて液体燃料２５に転換され得る。合成ガス６を炭化水素に転換するための方法は周知である。１つの実施例では、変換ユニット２０はフィッシャートロプシュ反応器を備える。フィッシャートロプシュ（「ＦＴ」）法は、ＣＯおよびＨ2が炭化水素に触媒されるほんの一例である。ＦＴ生成物およびＣＯとＨ2との同様の反応から作られる生成物は、ほとんどが約Ｃ1〜Ｃ50の範囲内にあるＣ1〜Ｃ200またはそれより高級の炭化水素、直鎖高沸点炭化水素、中沸点油、ディーゼル油、再生可能ディーゼル、Ｌ−Ｐガス、ナフサ、灯油、ジェット燃料、ＪＰ−５、ＪＰ−８、ＪＰ−４、油♯１、燃料油♯２、含酸素化合物、石炭液化油、テールガス、廃水など、およびそれらの混合物を含む。
【００１５】
図２に示されるような変換ユニット２０のためのフィッシャートロプシュ反応器の種類は特に限定されない。ＦＴ反応器のいくつかの例は、管状の固定床反応器、Arge反応器、Sasol advanced synthol（ＳＡＳ）反応器、Sasol slurry phase distillate（ＳＳＰＤ）反応器、高温フィッシャートロプシュ（３００〜３３０℃で流動触媒を用いる）、低温フィッシャートロプシュ（２００〜２３０℃で管状の固定床反応器を用いる）、噴流床反応器、固定流動床反応器、およびスラリーバブル柱状反応器を含む。
【００１６】
示されない１つの実施例では、ＦＴまたは同様のプロセスの副生成物として発生し得、ＣＯ、Ｈ2、ＣＯ2、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｈ2Ｏ、Ｎ2、Ａｒおよび他の気体炭化水素の１つ以上を含有し得るテールガスが、適宜、値を得るために回収されるか、または本明細書中の１つ以上のユニットまたはステップに再利用され得る。別の実施例では、テールガスの１つ以上の上記成分が、値を得るために回収されるか、または本明細書中の１つ以上のユニットまたはステップに再利用され得る。
【００１７】
合成ガスから得られるかぎり、多くの液体燃料２５が、本明細書中で説明されるシステムおよびプロセスにおける使用に好適である。「液体燃料」という用語は、周囲条件で通常は液体状態にある炭化水素、ならびに冷却および／または加圧によって液化された気体炭化水素を含むと理解すべきである。そのような液体燃料２５は、１つ以上の液体および／または液化気体炭化水素、炭化水素含有量を増大させた液化天然ガス、液化Ｃ2、Ｃ3、Ｃ4、液体Ｃ5、Ｃ6、Ｃ7、Ｃ8、Ｃ9、およびそれより高級の炭化水素、直鎖中沸点および高沸点炭化水素、少なくとも２つの炭素を有する少なくとも５０重量％の炭化水素分子を有する「より高級な炭化水素燃料」、ディーゼル、再生可能ディーゼル、Ｌ−Ｐガス、ナフサ、灯油、ジェット燃料、ＪＰ−５、ＪＰ−８、ＪＰ−４、燃料油♯１、燃料油♯２、含酸素化合物、石炭液化油など、ならびにそれらの混合物を備え得る。１つの実施例では、液体燃料２５は、周囲条件で通常は液体状態にある炭化水素を含む。別の実施例では、液体燃料２５は、冷却および／または加圧によって液化された気体炭化水素を含む。さらに別の実施例では、液体燃料２５は、周囲条件で通常は液体状態にある炭化水素と、冷却および／または加圧によって液化された気体炭化水素との混合物を含む。
【００１８】
図２に示されるように、液体燃料２５は気化ユニット３０に送られる。液体燃料２５および第１のガス３５を用いて、気化ユニット内で燃料ガス４５が生成される。気化ユニット３０において、液体燃料２５は第１のガス３５と接触させられて混合する。液体燃料２５も気化される。接触および気化が起こる順序は特に限定されない。いくつかの実施例では、第１のガス３５が、液体燃料２５を気化させるのに十分な温度まで余熱されたときなどに、接触および気化は同時に起こる。他の実施例では、たとえば液体燃料２５を第１のガス３５と接触させる前に加熱することによって、液体燃料２５は部分的にまたは完全に気化される。いくつかの実施例では、第１のガス３５は接触および気化の前に加圧および／または加熱される。好適な気化ユニット３０の例が、引用により本願に既に援用されている米国特許第７，０８９，７４５号に説明されている。
【００１９】
図２には示されていないが、１つの実施例では、液体燃料２５は、気化ユニット３０に送られる前に保管容器に送られ、一定期間保管され得る。図２には示されていない別の実施例では、液体燃料２５は、トラック、鉄道、パイプライン、または船によって気化ユニット３０に輸送され得る。別の実施例では、液体燃料２５は、保管容器と、トラック、鉄道、パイプラインまたは船による輸送との組合せによって気化ユニット３０に送られ得る。別の実施例では、液体燃料２５は気化ユニット３０に直接給送される。この点に関して、変換ユニット２０は気化ユニット３０と流体接続されている。
【００２０】
第１のガス３５の酸素含有量は、周囲空気のそれより少ない。１つの実施例では、第１のガス３５の酸素含有量は、周囲温度および圧力でＯ2が約２１％未満である。１つの実施例では、第１のガス３５のＯ2含有量は、周囲温度および圧力でゼロまたは実質的にゼロから約２１％未満である。この範囲は、その間のすべての値および下位範囲を含み、０、実質的にゼロ、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０および約２１％未満を含む。
【００２１】
１つの実施例では、第１のガス３５のＯ2含有量は限界酸素指数より低い。限界酸素指数（ＬＯＩ）は、それより低くなると物質が燃焼を支持しなくなる、局所環境中の酸素濃度であり、液体燃料の種類ごとに異なる。ＬＯＩは典型的に約１０％から約１４％であり、多くのより高級の炭化水素燃料については約１３％である。１つの実施例では、第１のガス３５のＯ2含有量は１４％より低い。これはその間のすべての値および下位範囲を含み、１４，１３，１２，１１，１０，９，８，７，６％より下、およびそれより下を含む。
【００２２】
第１のガス３５の酸素量を制限すると、自己発火の開始が遅れるか抑制されることになる。第１のガス３５の酸素含有量を減らせば減らすほど、自己発火がさらに抑制されるか遅れる。しかし、より少ない酸素含有量でガス流を生成するためにより多くの仕事（すなわちエネルギ）が必要となり、システムの全体効率が下がる。したがって、いくつかの実施例では、第１のガス３５の酸素含有量は、自己発火を抑制するか遅らせるよう十分低い。
【００２３】
１つの実施例では、第１のガス３５の酸素含有量は、燃料ガス４５の燃焼が支持されないように十分低い。１つの実施例では、第１のガス３５の酸素含有量は、燃焼ガス６５の自己発火が遅れるか減少するように十分低い。
【００２４】
含有する酸素量が減っている限り、第１のガス３５の組成は特に限定されない。第１のガス３５の非限定の例は、不活性ガス、窒素、アルゴン、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、ＮＯX、ＳＯX、炭化水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アンモニア、空気分離器ユニットによって供給されるガス、排ガス、高温排ガス７５、低温排ガス１２５、合成ガス６、またはそれらの組合せの１つ以上を含む。１つの実施例では、第１のガス３５は、本明細書中の１つ以上のユニットまたは燃焼装置から供給され得る。
【００２５】
１つの実施例では、第１のガス３５は、空気分離器ユニット（図示せず）によって生成されるＮ2である。これは、他の場合では廃棄物となってしまうものを有利に使用することになる。たいていのガス化処理では、石炭の部分酸化においてほぼ純粋な酸素を用いて合成ガスを生成する。この酸素は、周囲空気から酸素および窒素を分離する空気分離ユニット（ＡＳＵ）によって生成される。ＡＳＵによって生成される窒素は典型的に廃棄物であるとみなされ、ＮＯX排出の削減を図って合成ガス火力燃焼タービンによって燃やされるクリーン合成ガスに注入されることがある。しかし、１つの実施例では、窒素ガスのすべてまたは一部を第１のガス３５において利用して燃料ガス４５を作り出すことが考えられる。ＡＳＵから既に入手可能な廃棄窒素を用いることによって、本願のプロセスのエネルギ要件がかなり低くなる。天然ガス火力燃焼タービン内に存在する低ＮＯX燃焼ハードウェアには、合成ガス火力燃焼タービンのハードウェア要件とは対照的に、追加の窒素を加える必要がないことにも注目すべきである。
【００２６】
１つの実施例では、第１のガス３５の量、圧力、温度および組成の１つ以上が計測および制御され得る。ガスの制御および／または計測方法は公知である。
【００２７】
一旦生成されると、図２に示されるように、燃料ガス４５は予混合ユニット４０に給送される。予混合ユニット４０においては、燃料ガス４５は第２のガス５５と接触させられて、燃焼ガス６５が形成される。
【００２８】
第２のガス５５は少なくとも１つの酸化剤を含有する。１つの実施例では、第２のガス５５は、燃焼ガス６５内の燃焼を支持するのに十分な量の少なくとも１つの酸化剤を含有する。酸化剤は特に限定されない。酸化剤の非限定の例は、周囲空気、酸素ガス、二酸化窒素、オゾンなど、およびそれらの組合せを含む。第２のガス５５は、周囲空気中の量と等しいかもしくはそれより多い量、または約２１％存在する酸素を有し得る。この範囲は、その間のすべての値および下位範囲を含み、２１％、２１％より多量、２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３５，４０，５０，６０，７０，８０，９０，９５，９６，９７，９８，９９、実質的に１００％、および１００％酸素（Ｏ2）を含む。
【００２９】
１つの実施例では、第２のガス５５はＡＳＵによって供給される。別の実施例では、第２のガス５５は周囲空気であり得る。別の実施例では、第２のガス５５は圧縮器によって供給され得る。第２のガス５５は代替的に、これらの組合せであってもよい。
【００３０】
示されていないが、１つの実施例では、燃料ガス４５と混合させるために予混合ユニット４０に第２のガス５５を供給するのに加えて、または、燃焼装置５０内の火炎面で燃料ガス４５と第２のガス５５とを接触させるのに加えて、酸化剤、圧縮酸化剤、圧縮酸素含有ガスまたは酸素が、燃焼装置５０内で燃える燃料の下流に加えられ得る。付加的な酸化剤、たとえば酸素、を燃焼後排気流に給送すると、排気流（図３の７５）内の未燃焼燃料および／または一酸化炭素の酸化を高めることによって汚染物質を減らすことができる。
【００３１】
１つの実施例では、燃焼装置５０は、火炎面で燃料ガス４５を第２のガス５５と接触させるよう構成される。このようにして、燃焼ガス６５が火炎面で形成され得る。別の実施例では、予混合ユニット４０を利用する場合、燃焼ガス６５は、燃焼装置５０内の火炎面（図示せず）に到達する前に形成される。１つの実施例では、火炎面は、燃焼装置５０の一次燃焼帯（図示せず）において発生する。燃焼ガス６５が火炎面に到達する前に形成される予混合モードでは、混合が高まり温度が下がるため、汚染物質の排出が減少し得る。燃料ガス４５と第２のガス５５とが燃焼装置５０の火炎面で接触する非予混合モードでは、汚染物質の排出が増加し得る。
【００３２】
燃焼装置５０は、予混合モード用または非予混合モード用のいずれかに構成され得る。燃焼装置５０は、たとえばガスタービンであり得る。燃焼装置は、拡散燃焼、Rich Quench Lean（ＲＱＬ）燃焼、または予混合燃焼用に構成され得る。非予混合モードの場合、燃焼装置５０は拡散燃焼モードで動くよう構成され得る。これらの場合、拡散燃焼器が利用される。予混合モードの場合、燃焼装置５０は「Rich Quench Lean（「ＲＱＬ」）」または予混合燃焼器を利用し得る。これらの種類の燃焼器は当該技術において公知である。
【００３３】
図２の燃焼ガス６５は、所望の通り燃焼装置５０に給送され得る。
別の実施例は、合成ガス６を液体燃料２５に転換するよう構成される変換ユニット２０と、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するよう構成される気化ユニット３０と、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させ、燃焼ガス６５を形成するよう構成される予混合ユニット４０とを備えるシステムを提供する。この実施例の一例が図３に示される。
【００３４】
図３に示されるように、１つの実施例では、液体燃料２５は、気化ユニット３０に送られる前に保管容器に送られ、一定期間保管され得る。別の実施例では、液体燃料２５は、トラック、鉄道、パイプライン、または船によって気化ユニット３０に輸送され得る。別の実施例では、液体燃料２５は、保管容器と、トラック、鉄道、パイプラインまたは船による輸送との組合せによって気化ユニット３０に送られ得る。液体燃料２５は容易に保管および出荷可能であり、気体−液体または石炭−液体プロセスを発電プロセスに統合する必要性が大幅に低下するという利点が得られる。気体−液体または石炭−液体プロセスと発電プロセスとを同じ場所で行う必要性がなくなるという利点もある。図４に示されるような別の実施例では、液体燃料２５は気化ユニット３０に直接給送される。この点に関して、変換ユニット２０は気化ユニット３０と流体接続されている。
【００３５】
図３に示されるように、天然ガス燃焼装置であり得る燃焼装置５０には燃焼ガス６５が与えられる。電力１０５が生成される。高温排ガス７５は熱回収蒸気発生器６０に給送される。
【００３６】
任意で、代替肢として、高温排ガス７５のすべてまたは一部が第１のガス３５の希釈ガスとして利用され得る。１つの実施例では、排ガス７５の一部が熱回収蒸気発生器６０に熱を与え、一部が第１のガス３５の希釈ガスとして利用される。また、排ガス７５は、燃料ガス４５を加熱するまたは気化させるのに用いられ得る。
【００３７】
熱回収蒸気発生器６０は、水給送８５を加熱して、高圧蒸気１３５および低温排気１２５を生成する。低温排気１２５は排気筒（図示せず）に給送されて捨てられ得るか、または所望の通り本明細書中に説明される１つ以上のユニットに再利用され得る。たとえば、低温排気は第１のガス３５の希釈剤として利用され得る。
【００３８】
高圧蒸気１３５は蒸気タービン７０に給送されて、電力１０５および低圧蒸気１４５を生成する。低圧蒸気は、所望であれば、本明細書中で説明される１つ以上のユニットにおいて利用され得る。たとえば、低圧蒸気はガス化ユニット５への給送２において利用され得る。
【００３９】
別の実施例は、合成ガス６を第１および第２の部分６ａおよび６ｂに分離するステップと、合成ガス６の第１の部分６ａを液体燃料２５に転換するステップと、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するステップと、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させて燃焼ガス６５を形成するステップと、合成ガス６の第２の部分６ｂを改良燃焼装置８０で燃焼するステップとを備えるプロセスを提供する。改良燃焼装置の例は、改良ガスタービン８０ａである。このプロセスに従った１つの実施例が図７に示される。
【００４０】
別の実施例は、合成ガス６を第１および第２の部分６ａおよび６ｂに分離するよう構成される分離器ユニット１００と、合成ガス６の第１の部分６ａを液体燃料２５に転換するよう構成される変換ユニット２０と、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するよう構成される気化ユニット３０と、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させ、燃焼ガス６５を形成するよう構成される予混合ユニット４０と、合成ガス６の第２の部分６ｂを燃焼するよう構成される改良燃焼装置８０とを備えるシステムを提供する。合成ガス６を燃焼するように改良されている、改良燃焼装置８０の一例は、改良ガスタービン８０ａである。このシステムに従った１つの実施例が図７に示される。
【００４１】
図７に示されるように、合成ガス６を第１および第２の部分６ａおよび６ｂに分離する分離器１００が設けられる。合成ガス火力燃焼装置８０および燃焼燃料火力燃焼装置５０の両方からの電力および蒸気力の複数発生という利点が得られる。
【００４２】
別の実施例は、合成ガス６の流れのすべてまたは一部を第１の燃焼装置および変換ユニット２０の一方または両方に送るよう構成される切換ユニットを備え、変換ユニット２０は合成ガス６を液体燃料２５に転換するよう構成されており、さらに、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５から燃料ガス４５を生成するよう構成される気化ユニット３０と、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させ、燃焼ガス６５を形成するよう構成される予混合ユニット４０とを備えるシステムを提供する。そのようなシステムの例が図８に示される。
【００４３】
別の実施例は、合成ガス６の第１の流れを燃焼用の第１の燃焼装置に送るステップと、その後、第１の流れのすべてまたは一部を第１の燃焼装置から遠ざけるように切換えて合成ガス６の第２の流れを生成するステップと、合成ガス６の第２の流れを液体燃料２５に転換するステップと、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するステップと、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させて燃焼ガス６５を形成するステップとを備えるプロセスを提供する。
【００４４】
別の実施例は、合成ガス６を第１および第２の部分６ａおよび６ｂに分離するステップと、合成ガス６の第１の部分６ａを液体燃料２５に転換するステップと、液体燃料２５、および周囲空気より酸素含有量が少ない第１のガス３５を用いて燃料ガス４５を生成するステップと、燃料ガス４５を、少なくとも１つの酸化剤を備える第２のガス５５と接触させて燃焼ガス６５を形成するステップと、合成ガス６の第２の部分６ｂを改良燃焼装置８０で燃焼するステップとを備えるプロセスを提供する。
【００４５】
石炭−液体（ＣＴＬ）プロセスによって生成される液体燃料２５は、燃焼特質および汚染物質排出に関して、多くの点で原油から精製される同等の燃料より優れている（表１参照）。
【００４６】
表Ｉ．フィッシャートロプシュディーゼル燃料特性
【００４７】
【表１】
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【００４８】
液体燃料２５を第１のガス３５と接触させて気化させる（本明細書中ではＬＰＰプロセスと称されることもある）と、液体燃料２５が燃料ガス４５（合成天然ガスまたは「ＬＰＰ  ＧＡＳ（商標）」と称されることもある）に転換され、これは、従来の天然ガス乾式低排出燃焼ハードウェア内で燃やされ得る。本発明のプロセスおよびシステムにより、ＮＯXの低排出レベルを達成するのに水または蒸気を用いる必要がなくなる。
【００４９】
燃焼ガス６５を作り出すのに合成ガス６を用いることによって、ガス化ユニット５は、燃焼タービン８０の連続的なまたはベース負荷の動作をもはや必要としなくなる。燃焼タービン８０負荷が減少すると、生成された過剰な液体燃料２５は必要に応じて近くのタンクに保管されるか、またはパイプライン、トラックもしくは鉄道で配送されることになる。燃焼タービン８０が完全に停止された場合、ガス化および変換ユニット５および２０は運転し続けて、部分負荷運転について説明されたように、生成された燃料液体２５を保管または配送することができる。
【００５０】
この発明により、各々が、液体燃料２５を従来の燃焼タービンで燃やされることになるＬＰＰ  ＧＡＳ（商標）に転換するためのＬＰＰスキッド（または気化ユニット３０）と組合された１つ以上の従来の天然ガス火力燃焼タービンを利用することが可能である。ＬＰＰ（商標）スキッド／従来の燃焼タービンハードウェアは、必要に応じて「ピークモード」で運転可能であり、合成ガス６の生成速度を変えることなく、工場全体が電気負荷の変化に応答できるようになる。ガスタービンは、図７および図８に示されるような複合サイクルモードで、または単純なサイクル構成で運転可能である。
【００５１】
ガス化／石炭−液体（ＣＴＬ）工場と発電所とを完全に切離すことも可能である（図９参照）。石炭液化油はガス化／ＣＴＬ工場で生成され、ＬＰＰ（商標）技術が装備された独立型の燃焼タービンに出荷されることになる。これにより、ガス化／ＣＴＬ工場を、石炭供給源の近傍の場所を含むどのような場所にも配置することができるという付加的な利点が得られることになる。石炭供給源の近傍の場所は、石炭の輸送費を削減し、ガス化工場から出るスラグ廃棄物の処分を促進することになる。
【００５２】
この発明により、過剰な石炭液化油は、ＬＰＰ（商標）技術を含む独立型の燃焼タービンに容易に輸送され得る。
【００５３】
この発明は他の利点を内包する。石炭ガス化工場に予備のガス化装置が不要となれば、工場資本コストを大幅に削減することが可能である。石炭ガス化工場のガス化装置ハードウェア部分は、非常に高い温度および圧力で運転する。ガス化装置ハードウェアの信頼性は、主要なガス化装置が故障したり保守を必要とする場合に備えて予備のガス化装置を「ホットスタンバイ」として作ることが工場の経済的側面上必要となり得るようなものであることがわかっている。スタンバイガス化装置が必要とされるのは、ガス化装置を修理するのに必要な所要時間が長く、生成される合成ガス６はガス化装置の修理中の使用のために保管不可能であるためである。典型的なＩＧＣＣ工場では、ガス化装置ハードウェアには数千万または数億ドルかかり得る。
【００５４】
別の利点は、ＣＴＬ工場および発電所の所有権および運転を分離できることである。ＩＧＣＣ工場の懸念の１つは、石炭ガス化プロセスが、電力業界が豊富な経験を有しない複雑な化学プロセスであるということである。この発明により、石炭ガス化／ＣＴＬ工場を発電所から切離すことができる。これにより、処理工場会社がガス化／ＣＴＬ工場を所有および運転することが可能になる一方で、公益または独立電力会社が、ＬＰＰ（商標）スキッドとともに燃焼タービン工場を運転可能となる。
【００５５】
希薄な予混合燃焼を採用する乾式低公害型（Dry Low Emissions：ＤＬＥ）システムを燃焼タービン内の天然ガスとともに用いて、厳しい排出基準を満たすことに成功している。しかし、ＤＬＥシステム内で液体燃料を燃やすことは、燃料気化および空気予混合の複雑さのため依然として難しい課題である。１つの実施例では、Lean, Premixed, Prevaporized（ＬＰＰ）（商標）燃焼が、灯油および燃料油などの液体燃料を燃やしつつ汚染物質の低排出を達成している。
【００５６】
別の実施例では、液体燃料２５は、合成ガス中間物を用いる必要がなく、かつＦＴまたは他のプロセスを用いた変換の必要がない直接変換方法によって生成され得る。したがって、１つの実施例では、ガス化５および変換２０の代わりにこれらの直接変換プロセスが用いられ得る。これらの直接変換方法は当該技術において公知である。
【００５７】
直接変換方法の非限定の例は、石炭の直接変換、石炭の溶剤精製、石炭の液体溶剤精製、バイオマスの直接変換、木屑の直接変換などを含む。バイオマス、木屑などの直接変換では、不活性雰囲気中で、バイオマス、木屑などの熱分解から熱分解油が生成され得る。これらの直接変換方法から生じる液体燃料２５の種類の非限定の例は、溶剤精製石炭燃料、液体溶剤精製石炭燃料、熱分解油など、およびそれらの組合せを含む。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】先行技術のＩＧＣＣ工場のブロック図である。
【図２】本発明の１つの実施例のブロック図である。
【図３】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図４】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図５】本発明の１つの実施例のブロック図である。
【図６】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図７】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図８】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図９】本発明の別の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００５９】
図面の凡例
石炭１
石炭供給源１ａ
給送２
合成ガス６
合成ガス６第１の部分６ａ
合成ガス６第２の部分６ｂ
不純物７
変換ユニット２０
液体燃料２５
気化ユニット３０
第１のガス３５
予混合ユニット４０
燃料ガス４５
燃焼装置５０
燃焼タービン５０ａ
第２のガス５５
熱回収蒸気発生器６０
燃焼ガス６５
蒸気タービン７０
高温排ガス７５
改良燃焼装置８０
改良燃焼タービン８０ａ
水８５
Ｏ2９５
分離器ユニット１００
電力１０５
低温排ガス１２５
高圧蒸気１３５
低圧蒸気１４５
切換ユニット２００
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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